[提问]有没有150kHz的高频晶闸管或是别的同步整流方式

今年参加了大学生智能车大赛,本来跑基础四轮组,结果卷不过他们,压力太大了,不知道冲不冲的出校赛(每个学校每个组别只有一个队能参加赛区赛)。遂放弃,换成我们学校从没有人尝试过的信标组。今年也比较巧,传统的信标组规则变化很大(老牌学校祖传代码积累优势被削弱),与节能组合并改为节能信标组:车模需要在计时开始时从零开始无线充电而不是使用电池。

无线充电的发射端功率信号由现成成品设备提供:150kHz 12V 正弦信号,功率限制50W(大约50-80W),发射端自带LCC补偿(不知道这是啥)。接收端由参赛队伍自行制作。

目前我们构思的方案是:

线圈—〉谐振电容—〉全桥整流—〉同步buck恒功率降压—〉超级电容—〉boost升压10V驱动电机—〉buck降压+ldo输出3v3给MCU

后续还要做几个启动用的旁路。

现在卡在全桥整流上了,如果用肖特基,两颗二极管损耗0.7v大约3.5W占7%,我们考虑使用:

1、晶闸管+简单驱动 组一组只能开不能关的理想二极管做同步整流,但是找不到这么快的晶闸管

2、mos+同步整流芯片做同步整流,但是没有找到能跑到150kHz的同步整流芯片,自己搓又不知道搓不搓的出来

想不出别的方案了,实在不行就用二极管。

其实还有一个想法,似乎可以把同步整流和恒功率同步buck放在一起做,但是我们又不需要省几个mos,感觉这样做除了炫技没有什么好处。

[修改于 24 天前 - 2021-04-17 01:14:09]

m24h
23天23时前 修改于 23天23时前
1楼

感觉如果这个频率下不是方波

对mos要求没那么高

但是在控制和驱动电路上

会比常规的更为复杂

还是全桥的

还得考虑给驱动的辅助供电

还要有检测电路


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三水合番
23天17时前 修改于 23天17时前
2楼

晶闸管导通压降很高,比二极管高几倍的…

要提高系统效率的话,从效率最低的部分下手要更有效,比如多花些钱买个更好的电机😂


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xljxlj
23天17时前
3楼

不建议超级电容,普通高倍率锂电池足够了,超级电容能量密度太低

50w普通电动工具用的15c的18650几串就行(又不用太多次,管他损耗呢😂)或者某宝上电子烟厂流出来的高倍率锂电

不过要求一定要开始时候0电量。。。普通锂电好像不行😂

貌似磷酸铁锂可以0电压

无线充电发射设备是成品的话应该会有配套的接收端吧,找下拆机看是用的什么方亲,一般来说都是用线充电专用芯片的

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2
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BSP作者
23天15时前
4楼
引用m24h发表于1楼的内容
感觉如果这个频率下不是方波对mos要求没那么高但是在控制和驱动电路上会比常规的更为复杂还是全桥的还得...

所以就在想有没有现成的同步整流控制芯片可以用的,检测电路真的不想搭了。。

启动电路不管做不做同步整流肯定都要有,因为后面恒功率充电mcu得先初始化才行,指定的这款u也不是什么省电的u,英飞凌的tc264/tc377。

要不就恒功率充电也用现成的芯片,不知道有没有,找不着。

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BSP作者
23天15时前
5楼
引用xljxlj发表于3楼的内容
不建议超级电容,普通高倍率锂电池足够了,超级电容能量密度太低50w普通电动工具用的15c的18650...

要从零电压启动,充电功率也不小,储能不需要很大,超级电容还是最方便的。

基础四轮用的是高倍率锂电爽的一批。

没有配套的接收端,发射端是比赛举办方和协作方现设计的,前两天刚做出来。https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/113796168?utm_source=app&app_version=4.5.8

大概就这样。

我也想用专有芯片,但是不知道好不好用。

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BSP作者
23天15时前 修改于 23天15时前
6楼
引用三水合番发表于2楼的内容
晶闸管导通压降很高,比二极管高几倍的…要提高系统效率的话,从效率最低的部分下手要更有效,比如多花些钱...

啊这,这样啊。

以前做电炮的知识储备都忘光光了。

什么样的电机效率会高一些呢?无刷吗?

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三水合番
23天15时前
7楼
引用BSP发表于6楼的内容
啊这,这样啊。以前做电炮的知识储备都忘光光了。什么样的电机效率会高一些呢?无刷吗?

我也不知道具体哪个效率高。印象里这种小电机的效率普遍只有50%~60%这样,应该值得下工夫找效率高的。

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warmonkey
23天14时前
8楼
  1. 是否是升压充入锂电池?接收到的电压不确定是多少,能确定下来也可忽略这一条;

  2. 150k频率的pwm整流器不好做,建议是整流和恒功率电源转换分开做;

  3. 驱动电机不需要升压,电池电压超过电机的额定电压,使用pwm驱动降低实际电压即可;

  4. 不需要反转,但是可能需要同步续流(提高效率),用mos搭个半桥来驱动电机比较好;

  5. 同步整流可以先不驱动mos,利用体二极管整流启动。随后比较器ic通电,用比较器驱动mos,实现同步整流。具体看看理想二极管控制器电路怎么做的;

  6. mcu供电只需要buck降压,不需要再用ldo了。mcu尽量在满足性能的情况下降低工作频率,节约能源。

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BSP作者
23天13时前
9楼
引用warmonkey发表于8楼的内容
是否是升压充入锂电池?接收到的电压不确定是多少,能确定下来也可忽略这一条;150k频率的pwm整流器...
  1. 不是充入锂电池,因为需要达到开始时电池组电压为零的标准(主办方规定小于10mV),所以最终还是用超级电容

  2. 我后来也是怎么想的,150kHz一个周期时间太短了,八成是做不出

  3. 我就是这个意思,而且也不一定要升到额定电压,只需要让满占空比转速和加速度达到车模运行的标准就行了。(选用额定电压与够用电压不相等的电机会不会造成电机性能的浪费?)

  4. 需要反转

  5. 这一点是我没考虑到的,学习了。

  6. mcu供电真的可以不使用ldo吗,没有尝试过,而且ldo输入电压控制的好的话损耗似乎会很小。按6w输出算,大概0.4w损耗。

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m24h
23天11时前
10楼

其实出于实际 同步整流意义不大 因为非模型车的电压没那么低 二极管压降没那么重要

即使竞赛做得很好 也无法套用到实际场所

不如在无线耦合和接收端lcc补偿上做好点

其实也是两种路线

如果不做lcc补偿 接收端上升下降沿很慢的 远没有传统开关电源的快 做同步整流没有问题 但是没有补偿的话 功率因子下降 传输的功率效率也低了

如果做lcc补偿 功率因子高了 但是同步整流困难了

如果克服困难两个都做 好像很不错 。。。到实际应用一看 电压没那么低 二极管带来的效率损失没那么大 同步整流白做了

总而言之 这是一个降压版的现实应用 当前遇到的问题只是因为降压带来的。。。主办方在乎么?

我猜你的主办方是英飞凌吧

别花时间在这上面 随便套一个lcc接收端补偿电路就是了(难道没注意到 这是一个提示么)

多花时间 把那块mcu玩出花来 才可能获胜



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BSP作者
23天8时前 修改于 23天8时前
11楼
引用m24h发表于10楼的内容
其实出于实际 同步整流意义不大 因为非模型车的电压没那么低 二极管压降没那么重要即使竞赛做得很好 也...

接收端也需要lcc吗,我还以为发送端做了就足够了。如果要做的话,补偿的方式和发送端一样吗。LCC补偿我看来看去晕晕的看不懂

赞助方是英飞凌,举办方是一堆部委

这个比赛最后只看效果,谁用最短的时间触发全部的信标灯(没有评委)

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BSP作者
23天8时前 修改于 23天8时前
12楼

找到了这个:ucc24612,TI家的,说是可以跑到1MHz,晚上细看一下他的手册

还有这个:LTC4352,ADI家的,理想二极管控制器

不知道好不好用

还要再选一款高频的mos

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m24h
23天8时前 修改于 23天8时前
13楼
引用BSP发表于11楼的内容
接收端也需要lcc吗,我还以为发送端做了就足够了。如果要做的话,补偿的方式和发送端一样吗。LCC补偿...

不明白信标灯是什么没法考虑

但是接收端不做补偿的话

很慢的上升下降沿那段时间是没法有效充电的(因为小于整流电容上的电压)这就影响了功率传输的效率

如果补偿的话 接收端将复原成更方的波 有效功率输送时段变长 提高了等效功率因子 这个改善可能比变成理想二极管还大

补偿电路可以自度一下 说不定查查英飞凌的方案 直接就有现成的 。。。没准连同步整流都有的(我猜)

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TonyChip
5天8时前
14楼

https://m.tb.cn/h.4r5WBNA?sm=5038df

看下这个,现成的电赛无线充电模块

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BSP作者
5天8时前
15楼
引用TonyChip发表于14楼的内容
https://m.tb.cn/h.4r5WBNA?sm=5038df 看下这个,现成的电赛无线充电...

这是个简单的实现,我自己也可以搓一个。

目前高频同步整流感觉做不太出来了,本来想着以接收线圈两端电压为基准操作同步整流桥,后来画原理图的时候发现后继滤波电容会给接收线圈反向充电,无法关断。现在考虑串接采样电阻或是将mos作为采样电阻,以电流为基准操作整流桥,电流反向则整流桥换桥臂导通。后级不受影响。采样电阻两端的电压降太小了,难找合适的高速比较器,目前买的1711不知道行不行。

过段时间准备试试TI的同步整流芯片,要是不行就算了。

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月下孤狼
5天4时前
16楼

同步整流技术特指场效应管相关技术,可控硅压降比二极管更大,因为有更多的PN结,这个属于模拟电子基础知识了;

另外,不论是特别高电压还是特别大电流,二极管都是比同步整流压降小的;仅在低压(<5V)和中等电流(<500A)的情况MOS管毫欧的内阻压降小于0.6V。学过模拟电子线路的学生应该知道,二极管是恒压降模型,小电流下是0.7V压降,很大电流情况下压降也不会大很多。一般二极管压降=恒压降+电流*动态电阻。

学生以及爱好者盲目迷信同步整流是非常正常的,因为通常只关心功率回路的功耗而不关心驱动功耗,通常同步整流控制器就很难做到一百毫瓦内。

其实出现这种措施也是思维定势导向,其实看到无线输电应该第一反应就是交流电,是交流电就是可以很方便升压降压,无线输电的发射装置不能修改,那是不是可以修改接受线圈呢?用更高匝数的接受线圈和更小的谐振电容实现一个更高电压的输出(电流相对减小),这样二极管压降就可以忽略了。将几十到几百V降压到低压是成熟技术,很多电源芯片都可以实现这个宽范围降压。

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月下孤狼
5天4时前
17楼

目前电赛也好飞思卡尔也好轻基础重结果必然导致各种奇怪方案满天飞,各个高校老师也没办法对此进行积极引导。

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BSP作者
4天17时前
18楼
引用月下孤狼发表于16楼的内容
同步整流技术特指场效应管相关技术,可控硅压降比二极管更大,因为有更多的PN结,这个属于模拟电子基础知...

肯定是用mos咯,怎么可能用晶闸管,晶闸管没有一个特性是适合在这里使用的。

我说的无法关断是指在以输入端电压为切换桥臂的判据的时候,无法关断,因为后级电容会给前级放电。当时想错了,幸好还没打板。

驱动功耗确实没有关注,一直以为驱动功耗都是毫瓦级的。

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月下孤狼
3天5时前
19楼
引用BSP发表于18楼的内容
肯定是用mos咯,怎么可能用晶闸管,晶闸管没有一个特性是适合在这里使用的。我说的无法关断是指在以输入...

你这个贴子题目不就是要问有没有高频晶闸管吗,晶闸管通常和大学生的竞赛是没有关系的。还是应该多实践,为什么电力系统要用晶闸管,为什么电脑主板不用,为什么晶闸管比双极晶体管更容易实现大功率容量,这些问题要弄清楚一方面需要把半导体物理学好,另一方面多实践。

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TonyChip
1天18时前
20楼

你看2sk192这个管子行不行

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