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|Ferry|nnt例:勿忘本我,合理利用或掩蔽DLC器件的每个参数

给太长不想看的同志们:法1:将黄白环位置的磁芯损耗变废为宝。法2:节省一个黄白环电感,并且规避或利用了开关管的寄生电容(变废为宝)。法3:一物两用,将LED还兼作二极管在使用,而不是单纯当作电阻在使用。任何带有能量转换作用的二极管都可考虑一肩挑两担。

声明:作者表述能力差,让大家见笑了,请各位同志见谅。为了阐述作者思前想后的改动的出发点和注意事项就会极其啰嗦。

作者分享的东西随意使用和改动,无需任何告知。因为作者又懒(尤其是画图和发帖)又喜欢想精想怪。淘了些山寨货和硬货,瞻前顾后也弄了很多半成品。成品的话,有一部分丢大街随缘幸运路人。

抛砖引玉,重在分享,禁用专利枷身~|Free|, idea-sharing, not for patent-prisoning~

作者的初萌想法:转坏为好,兼用器件的本质属性。Turn downside up & conceal its inherent characteristic.

例如,中频电感L磁芯的铁损用来加热导磁金属,高频电容C的介质损耗用来焊接某些塑料。换能二极管D在发射电磁波EMW的同时担当起二极管角色(可见光LED。微波磁控管Magnetron,伦琴射线管X-ray tube等高压CRT器件都是二极管啊。而且CRT基本上可以工作在GHz级别的开关频率,虽然其高Vf压降和首次启动在设计时必须考虑进去),不要只是把它当作负载电阻看待啊。

对缺少黄白环电感的山寨版电磁炉,作者的2种改法,市面上的家用电磁炉几乎都是单管并联谐振版本:

1.0) 改法1,将黄白环滤波电感/电流馈电电感L_current feeding的位置的磁芯损耗利用起来,无论放在直流侧还是交流侧都可以。

1.1) 图1为并联谐振感应加热,在利用了谐振电感的高损耗磁芯加热电饭煲锅底的,同时还利用了滤波电感/电流馈电电感L_cf的损耗(铁损@2x50Hz肯定存在,作者停机摸过此处的黄白环电感,热度不小)加热电饭煲侧壁。合理设计2个电感线圈的绕向,可以降低相互的耦合。

1.2) 电流馈电电感L_current feeding(不加以区分也可被称作平波/滤波电感,电容也是同样的遭遇)的实质是将200V&50Hz的电压源VS变成了电流源CS。

1.3) 为了稍微提高电饭煲侧壁的安全性,电流馈电电感L_cf也可以改放到交流侧的零线Neutral位置,但是需要提高感量,铁损只是@50Hz会降低。电流馈电电感若放在交流侧,当母线电容C_bus的高频ESR不良时会对整流桥不利。

1.4) 母线电容C_bus之所以存在,是因为工频整流桥的阻隔,能量无法返还至发电机/电源。如果开关晶体管S和开关二极管D这套组合开关是双向可控的,那么不需要C_bus(图1&图2同理)。图1所画的开关管代表IGBT,基本上只能用在25kHz左右的中频加热领域。

1.5) 并联谐振大致路径:CS→L//C→via S, L→C, C→L, L//C→CS→via D。但是注意!实质上返不回CS,只能到C_bus。

2.0) 作者把并联谐振改成了串联谐振,合理利用寄生电容,省电感但不是简单粗暴。对于缺少黄白环电流馈电电感的偷工减料山寨电磁炉,只需挑起它的谐振电容C的一只脚挪至Gnd即可)。注意前提,原电路最好是带有谐振高压保护(当谐振电容开路时生效),虽然该保护通常带得有。

2.1) 图2为电压源VS直接供电的串联谐振感应加热,既可以利用L的磁芯损耗,也可利用C的介质损耗(例如,塑料的高频焊接。或者用两块金属板煎豆腐,哈哈)。

2.2) 改动后的优势:25kHz左右的中频范围可以少用一个电感器。且图2所画的MOS开关管可以工作于MHz高频级别(但是由于MOS的寄生二极管反向恢复欠佳,MHz级别时前置电感器省略与否不能一概而论),因为其寄生电容C_parasitic和谐振电容C已经合并而被掩蔽了。也就是能更好地实现ZVS off(ZVS on由驱动电路保证)。

2.3) 改动后的优势:如果使用交错并联技术将多颗开关管并联,频率还可以翻倍,而不用担心寄生电容翻倍的问题。

2.4) 改动后的劣势:必须要有限压措施,图2所示的串联谐振又称电压谐振(LC槽路会产生Q倍的电源电压),而并联谐振又称电流谐振(LC槽路只产生π倍的电源电压)。首次启动时,开关S必须承受C的放电能量(相比较而言,如果并联谐振版本缺少L_current feeding,开关S也逃不了要承受C的浪涌电流)。

2.5) 其实注意观察就会发现,图2就是最常见的boost PFC缺少了后方的峰值保持电路的防逆流二极管和大电解电容(把开关管S的寄生电容当作谐振电容考虑进去即可)。

2.6) 串联谐振大致路径:VS→L→via S, VS+L→C, C→L+VS, L→VS→via D。

3.0据作者观察,绝大多数带有能量转换功能的二极管都是当作负载电阻在使用,其本我的二极管身份被遗忘得一干二净。

3.1所有发射电磁波Electro-Magnetic Wave的二极管都可以考虑利用其本我的二极管身份。以发射光波的LED为例(低压输入时暂未考虑高压领域的CRT这一大类的真空二极管器件),它只需要一个近乎恒定的电流源CS。

3.2阻容降压的多串LED是直接可以将桥堆也用或者全部用多串LED代替的,尤其是在AC110V地区。如果有了电解电容和稳压管的钳位,则更加方便。

3.3如果设计成DCM不连续模式,Buck电路的续流二极管也可以用LED代替(buck电感也是电流源CS)。作者的设计方案是将buck的电容短接摈弃(Buck-Boost的电容短接也是),并优先使用低边Buck形式利于驱动。注意!Boost电容不允许短接,不支持该方案的改动。

3.4由于所有LED都是PN结的载流子复合发出来的光,作者斗胆冒昧的分析,即便Buck工作于CCM连续模式也应该没有问题。虽然某些LED的反向恢复trr性能很差(猜测主要是因为接触面的寄生电容太大导致,因为例如最常见的白色LED。配的是黄色荧光粉,实则是发蓝光的氮化铟•氮化镓InN•GaN,本身工作频率高于硅Si材料),但是只要它耐受得住反向恢复trr的能量,原理上直接能隙的LED反向击穿时,只是加厚了的PN结势垒被暂时击穿,其载流子复合时的导带→价带的能隙Eg没变,其中心频率任然遵从换能公式Eg=hν=hc/wl(例如3.2eV的发紫光+紫外线的氮化镓GaN,算得388nm)。推测反向击穿时LED的发光hν与发热几乎同比例增加。该条由稳压管的Zenner击穿(注意!普通的硅Si材料不是直接能隙半导体,无论正向反向都只发热不发光,tfr和trr期间也类似。空间辐射部分的热IR和可见光visible light本质都是电磁波EMW,勿忘哦!)和特斯拉线圈的反并联LED高频指示灯并无损坏外推,合理性待验证。

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