13.56MHz HV Power Supply

[Bert S. (kautschuck)]

Hi,

Ich versuche folgendes HV HF Netzteil zu analysieren und bin mir 
bezüglich der Funktion mit dem L-matching nicht ganz sicher (Seite 5):

https://www.ixys.com/Documents/AppNotes/CO1.pdf

Anscheinend wird die Tank Induktivität und die Tank Kapazität so auf die 
Frequenz angepasst, dass dort die maximale Güte ist. Nun kann man ja 
vereinfacht annehmen, dass die Eingangsspannung die RFC ungehindert 
passieren kann, aber die hohe Schaltfrequenz durch die RFC geblockt wird 
und man kommt zum Ersatzschaltbild wie im Anhang. Daraus kann man die 
Übertragungsfunktion berechnen:

$$V_{out} = \frac{\frac{1}{j\omega C_o}}{\frac{1}{j\omega C_o} + \frac{1}{j\omega C_t} + j\omega L_t} V_{in} = \frac{C_t}{C_o + C_t - \omega^2 C_o C_t L_t} V_{in}$$

Somit ist die Übertragungsfunktion maximiert für;

$$f = \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{C_o + C_t}{C_o C_t L_t}} \approx 12Mhz$$

Jetzt verstehe ich nicht, warum das Netzwerk auf 12Mhz gematcht wird und 
nicht auf 13.56Mhz und warum die Übertragungsfunktion eine Verstärkung 
von um die 3.5 hat?

Edit: Ok, die Güteberechnung kommt von der Annahme, dass eine 50 Ohm 
Last angehängt wird und die Tank Circuit einen Innenwiderstand von 8 Ohm 
hat.

[Maxx (Gast)]

Ein Class E Verstärker wie dargestellt hat zwei verschiedene Cd, je 
nachdem ob der MOSFET sperrt oder nicht.
Daher muss ein Kompromiss zwischen beiden Cd's gefunden werden.

Soweit ich mich erinnere gibt es für das Optimieren ein 
Standardverfahren auf dessen Name ich gerade nicht mehr komme.

[Maxx (Gast)]

http://people.physics.anu.edu.au/~dxt103/160m/class_E_amplifier_design.pdf

Siehe Tuning Procedure. Die resultierenden Werte (=Ausgleich aller 
Parasitäten) dürften zu den Abweichungen von 13.56MHz führen.

[Falk B. (falk)]

@Bert S. (kautschuck)

>Anscheinend wird die Tank Induktivität und die Tank Kapazität so

Wie meinen? Was für ein Tank? Benzintank?
Oder meinst du einfach einen SCHWINGKREIS?

Deutsches Sprache schweres Sprache?

>Jetzt verstehe ich nicht, warum das Netzwerk auf 12Mhz gematcht wird

Früher (tm) hieß das optimiert bzw. angepaßt. Die 12 MHz vernachlässigen 
wahrscheinlich diverse parasitäre Elemente. Real wird es wohl eher 13,56 
MH sein, wobei die Güte eher klein ist.

> und
>nicht auf 13.56Mhz und warum die Übertragungsfunktion eine Verstärkung
>von um die 3.5 hat?

Wahrscheinlich wegen Güte>1 == Resonanzüberhöhung.

>Last angehängt wird und die Tank Circuit einen Innenwiderstand von 8 Ohm

Noch ein Tank? Ganz schön viel getankt heute, was?

[Bert S. (kautschuck)]

Falk B. schrieb:
> Wie meinen? Was für ein Tank? Benzintank?

Betreibst du deine Induktivitäten und Kapazitäten nicht mit Benzin?

Falk B. schrieb:
> Wahrscheinlich wegen Güte>1 == Resonanzüberhöhung.

Genau, habe zuerst nur die Last von 50 Ohm nicht gesehen, daher kam mir 
die Güteberechnung spanisch vor.

Maxx schrieb:
> http://people.physics.anu.edu.au/~dxt103/160m/clas...

Danke, schaue ich mir mal an.

[Robert M. (r0bm)]

Bert S. schrieb:
> Jetzt verstehe ich nicht, warum das Netzwerk auf 12Mhz gematcht wird und
> nicht auf 13.56Mhz und warum die Übertragungsfunktion eine Verstärkung
> von um die 3.5 hat?

Eine Spannungsverstärkung von 2,5 wird im Ausgangsnetzwerk erzielt wegen 
der Aufwärtstransformation 8Ohm : 50Ohm durch eine L-Anpassschaltung 
(215nH mit 547pF).

Du ignorierst bei deiner Berechnung den Shuntkondensator am Schalter. 
Betrachte zuerst die Resonanzfrequenz ohne Shuntkondensator (345nH in 
Reihe mit 734pF) und einmal mit (345nH in Reihe mit 734pF und 227pF). 
Das geometrische Mittel ergibt dann runde 14Mhz.

Was mich irritiert ist der willkürlich gewählte 8Ohm Last- bzw. 
Ausgangswiderstand. Die optimale Last ist jedoch abhängig von der 
Betriebsspannung (300V) und der Ausgangsleistung (1kW) und liegt rund 4x 
so hoch wie angenommen.

[Maxx (Gast)]

Hmm,

300V Peak-Peak -> 150V Amplitude im Sinus -> Vrms ~108V

108V / 8 Ohm -> 13,5A
108V * 13.5A -> 1458W

[DCDC (Gast)]

Hallo,

zunächst eine kurze Anmerkung, dein zweites Bild (SimplifiedCircuit) ist 
falsch. Du musst entweder die Spule RFC benutzen oder diese durch eine 
Stromquelle ersetzen.

Bert S. schrieb:
> Jetzt verstehe ich nicht, warum das Netzwerk auf 12Mhz gematcht wird und
> nicht auf 13.56Mhz und warum die Übertragungsfunktion eine Verstärkung
> von um die 3.5 hat?

Der Klasse E Verstärker benötigt einen induktiven Laststrom um die 
Ausgangskapazität des Transistor umzuladen, dass ein ZVS 
(zero-voltage-switching) entsteht. Daher muss die Eingangsimpedanz des 
Netzwerkes induktiv sein. Dies ist für einen Serienresonanzkreis 
erfüllt, falls Du oberhalb der Resonanzfrequenz bist. Dein Lastnetzwerk 
ist so ähnlich, d.h. eigentlich hast Du hier ein LCC Lastnetzwerk, wo 
parallel zu Co die Last angeschlossen wird, dies ist ein 
Serien-Parallel-Resonanzkreis.

Falls Du tief einsteigen willst:

Literatur

Marian Kazimierczuk, Dariusz Czarkowski: Resonant Power Converters

Gruß DC/DC

[DCDC (Gast)]

Ergänzung:

weitere Literatur

Andrei Grebennikov, ‎Nathan O. Sokal Switchmode RF Power Amplifiers

http://mirror.thelifeofkenneth.com/lib/electronics_archive/v14n7pg64.pdf