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原帖地址：http://bbs.makertime.org/read-589
作者：七千八百二十一 到目前为止入手QCWdrsstc的人越来越多，很多爱好者想制作，却不知道如何入手，本帖将展开讨论下QCWdrsstc的原理，工作状态，以及制作思路~ 本帖将在DRSSTC原理的基础上叙述，有关DRSSTC的原理不再重复，如果对DRSSTC还是不了解的，请看 http://bbs.makertime.org/read-582 http://bbs.makertime.org/read-469 
首先大家要知道，QCWdrsstc是在DRSSTC的基础上改进的。最初QCWdrsstc是来源于VTTC的启发，对于输入电压呈一定斜率增长时，会使电弧成一束的发生，行程巨大的电弧~~~~~ 然而不过多的叙述他的背景历史，直接切入主题~讨论QCWdrsstc原理和思路 QCWdrsstc区别与普通drsstc的几个特点： 1.实质上的区别： QCWdrsstc的工作功率呈一定斜率增大（也就说明了实现QCW不一定只能改变输入电压，只需改变功率即可） 谐振频率较高，需大于300Khz（甚至要大于350Khz） 灭弧脉宽（工作周期）远远大于普通DRSSTC，一般在5-15ms 拥有较高的回路阻抗，使得其谐振电流上升较慢/小（通过提高耦合度和降低谐振电容容量，原因后面会讲到） 2.效果上的区别： 弧次比可以做的很高，电弧直且长 声音相对dr小，没有那么尖锐 体积并不是很大 然而并不能放音乐 我们谈谈对于解决功率调制的问题，本帖将以BUCK调制为主，以后会发帖讲述关于移相和电流反馈等方法~ 如果我们想让一个tc的功率，由小到大提升，最简单的方法就是通过改变其输入电压~ 然而如果让tc的输入电压可控且呈一定斜率增长，最简单的方法，就是在tc输入加装一个buck，做一个电源调制。 对于一些对开关电源拓补结构不是很了解的人来说，直接去理解buck电路是如何工作的是有点困难的，那么我们就换个角度去想想，来看看D类放大器是如何工作的。以D类放大器的角度去理解buck~如果对buck拓补很了解，可跳过此部分~ 1.D类放大器（对buck了解的请跳过此部分） 说到D类放大器，实质上是一种数字功放，工作原理与A B类放大器明显不同，首先我们分析一下D类放大器是如何放大音频信号的，如果我们能将音频信号放大，即可将一个微弱的三角波信号放大，放大到能给TC做供电，如图为D类放大器结构 
图中左下为音频信号。左上角为高频（几十-几百Khz）三角波，两个信号同时输入运放（或电压比较器）把音乐调制成占空比不同的等频率方波。经过驱动电路栅极放大，推动半桥结构，让晶体管放大（可理解为高压大电流的方波信号）这个方波信号（晶体管工作在非线性状态）。然后通过巴特沃斯低通滤波结构（不懂的去度娘低通滤波），将高频载波信号（与音频信号比较的三角波）滤掉，剩下的就是原有的音频信号了。经过这个结构，将音频信号进行放大完成。 
这是信号变换过程 
注意观察三角波与音频信号比较生成占空比不同的方波过程 
这两个图对比更加明显 因此我们可以通过这种结构，来制作电源调制，将D类放大器的音频输入处，输入适当的锯齿波，再将放大器输出接的喇叭，换成TC，即可完成我们的电源调制结构，使TC输入电压呈一定斜率且可控的增长，剩下需要解决的，就是D类放大器电路的驱动，锯齿波发生，以及功率元件的设计 2.BUCK 
接下来我们看看buck电路，如果细心看D类放大器的结构就会发现，D类放大器只是把BUCK中的续流二极管D换成了一个开关管~这样做的目的，是为了省去buck电路后面的负载电阻。对于buck电路我不做讲解，度娘的内容会比我讲的更丰富。（如果对这里不明白的，只需知道buck电路中Q的导通占空比与输出电压成正比就可以了~） 那么我们来看看用D类放大器结构和用BUCK结构的区别 我个人更倾向把QCWdrsstc的电源调制当作一个不要求失真度的大功率D类放大器来做。因为他相对于BUCK电路可以省去一个大功率负载电阻，其缺点是驱动电路需要注意死区时间等一些列问题。 至此，电源调制的功率电路就是这么简单的结构，给予开关管Q一个占空比按一定幅度同步增大的驱动信号，即可制作出大功率锯齿波，给TC供电，使得其输入电压呈一定可控斜率增长 然而电源调制电路不止这两种，还有很多方法可以自己去尝试，这里只是做一个简单讲解 3.下面说一下制作电源调制需要注意的问题 BUCK电路中的电感。这个电感是一个大功率元件，计算时可根据巴特沃斯低通滤波来计算，截止你的锯齿波的载波频率。注意绕线的线径足够大，而且电感量不要过大，绕制时，要注意开合适的气隙，以免导致饱和。并且电容也要注意其容量，以免与电感产生震荡（我实验时就曾因此击穿过一个900V的薄膜电容~） 如果使用D类放大器的半桥结构，可以免去buck后面比较纠结的负载电阻（如果buck不加负载电阻，tc不工作的时候，buck输出电压接近于输入电压，当tc工作时，电压并不是直接从最小电压开始输入的，而是会在一开始有一个很大的电压尖峰，导致全桥损坏）。但是要注意上下管死区时间的设置 说完BUCK结构，我们来直入主题，说说QCWdrsstc 下面我画出了QCWdrsstc结构/波形示意图 
下图即为本帖镇楼图，QCW工作时全桥输出波形 
如果具体看一下QCWdrsstc结构，其实与DRsstc并不完全不同 需要注意的事情： 电源调制出的锯齿波，与全桥工作脉宽周期同步 buck输出设置一定的静态电压 适当控制好反馈线圈匝数 初次极线圈耦合度 谐振电容容量与Z值的大小 功率元件的选型问题 1.静态电压 对于静态电压，有些人会认为只要是让buck输出锯齿波就好，其实并不然~需要设置一定的静态电压 仔细观察下图 
这是0-420V锯齿波 
带有20v静态电压的锯齿波~ 设置这个静态电压，是为了更容易让tc自激。 
如果没有静态电压，tc启动的时候，就是以逐渐上升的电压给LC供电，并不能有效的使初级回路产生电磁振荡，互感器以及追频系统无法获取谐振频率，所以难以使TC自激 
当有静态电压V1时，QCWdrsstc工作时，LC回路会有一个瞬间的电压差V1，这个电压差能使初级产生有效的电磁振荡产生较大的电流，互感器通过这个电流截取谐振频率，达到自激状态。 因此制作QCWdrsstc的buck时要注意设置一定大小的静态电压，这个电压值如果过低，会导致难以使TC自激，如果过高，锯齿波电压差值变低，导致QCWdrsstc难以达到预期效果。 或者还可以从反馈互感器的匝数的调整，来使tc更容易的达到自激状态，例如正常dr用的互感器为33*33双环。共匝数比为1:1000..可以尝试将匝数改少一些，能更容易的使tc进入自激状态，但是如果匝数太少，会烧坏限幅电路中的稳压二极管，或者导致反馈频率不准，反馈倍频等情况，所以要根据实际情况选择和调制反馈互感器的匝数。 2.耦合度大小和Z因子的问题（下面所有实例均已谐振频率为300Khz为例忽略Q值因素） 众所周知 QCWdrsstc工作周期很长，一般都在7ms以上，15ms以内 这么长时间的连续工作，长时间的自激初级串联谐振。虽然激励电压呈斜率上升，但是也是很危险的事情~ 所以我们要用其他方法，减小初级的谐振电流，以保证全桥的安全工作。 ①：增大初次极耦合度 下面看几个仿真的函数图象（电容量恒定） 
耦合度为0.1时初级谐振电流 ps：注意时间单位与电流单位 
耦合度为0.4时初级谐振电流 ps：谐振电流被次级“牵制”注意电流单位 实际上，如果tc没有次级线圈时，初级线圈自激谐振，谐振电流与谐振电压将上升非常稳定且迅速，电流会达到一个非常高的值，如果与次级线圈有一个耦合度K时，初级回路就不是自己单独完成谐振周期，而是要与次级有一定的能量传输的过程，从而“限制”了谐振电流的增长~ 所以当制作像QCWdrsstc这种长工作周期的tc时，可以尝试增大其耦合度，来减小初级谐振电流在工作周期内的增长~ ②：Z因子（Z=根号下（L/C）） 对于一个DR来说，谐振电容的大小影响并不是很大，因为可以通过工作周期来弥补，因为功率可以通过PDM调功控制，谐振电流也是根据功率增长，功率不大，谐振电流不会大到哪去的~但是对于QCWdrsstc来说，长脉宽是必要的，因此还要注意一下一定时间内谐振电容对谐振电流的影响 再看几个图像~ 为了控制变量，耦合度都为0.18 激励电压与谐振频率不变 
初级电容为80nf时 
初级电容为8nf时 很明显，相同频率下电容的大小影响了Z因子，导致了谐振峰值电流不同 当初级电容相对较大时，谐振峰值电流会有明显的下降。这样在很长的谐振周期内，谐振电流并不会很大，这就是为什么许多QCWdrsstc机器的MMC都是很小的原因。 但是对于DRSSTC来说，如果电弧长度要求一定，功率就一定，因为激励电压是定值，也就等价于达到一定高的谐振电流，那么需要达到这么大的电流值的时间越短就越好，全桥通过的电流是一定的，工作时间越小越好，所以对于DR来说，应该合适的减小耦合度，增大谐振电容容量~ 综上所述，可以明白为什么一个DR只能工作在几十到几百us内，而一个QCWdrsstc可以工作在较长脉宽时间内，不光是母线电压呈线性变化，还要在设计结构上注意一些参数的选择和计算，以免在设计时造成“硬伤”而失败。所以对TC不是很了解的人，不建议直接去尝试QCWdrsstc的制作，可以先试试做一台DRsstc 3.说说功率桥的选型 buck来说没有特别的要求，注意续流二极管的频率以及电流大小即可 全桥是一个比较令人难受的东西，要求的频率很高，大概300khz以上，这个开关频率很难去找大功率的压控型开关管来使用。只能用小电流高频率的管子采取并联来增大电流。如果选取MOS时，要注意管子是否自带反向二极管来续流，如IRG4PC50W，高频性能很好，电流很可观，但是没有自带反向二极管，只能自行外加大功二极管。 另外，MOS的结构存在寄生二极管，即使有自带的反向二极管，必要时也要将其屏蔽后，自行加入外置的续流二极管 
如图所示的方法外置续流二极管 当选取IGBT时，因为IGBT的结构不会有像MOS那样的寄生二极管。考虑的不需要这么多，只需做好必要的吸收和tvs保护即可 下面我来说一下续流二极管的作用 电感电流不能瞬时突变，当电感端电压变化时，由于电感感应电压的存在，会试图去平衡这个电压。 
由图中看到，当回路中电感端电压强制由Vin降低到0时，电感为了释放储存的能量，感应电压随之提高，甚至不惜打出电弧来平衡释放这个电流。 当tc工作的逆变桥工作在死区时间，或者一个工作周期结束时，谐振回路的电流只能通过续流二极管释放，如果不然，将会有击穿全桥的危险~ 这种续流不光在QCWdrsstc上需要，在所有tc中的逆变桥，都需要有良好的二极管来续流，tc才能稳定的工作 QCWdrsstc的整体结构并不是很难，如果效果不理想，你还可以在输入制作一个boost来升压，增加锯齿波的差值。其结构类似于BUCK。总而言之，QCW只是在drsstc的基础上做一些改进，需要注意在设计和计算时的细节多一些罢了。对于电路图，我觉得完全没必要死扣外国人那几张图，了解了大体思路，明白其工作状态和工作原理，电路图便就在你的脑子里浮现出来了，自己去实验，去设计，并不是只有一条路能成功。外国人的电路图也不是最好的。所以尽量自己去想，自己去尝试，自己去构思。自己去创作总比抄袭有意义的多~然而照抄出来的东西意义并不大，在制作的过程中，去发现，去体验，去创造新的属于自己的东西，才是真正充满色彩，充满乐趣的事情~这是爱好者独享的幸福~ 原帖地址：http://bbs.makertime.org/read-589 作者：七千八百二十一 |
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