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da **SandroCalligaro** » 19 gen 2018, 10:26

La distorsione dovuta ai dead-time è abbastanza complicata, e non avrebbe senso considerare un carico resistivo, perché in quel caso all'apertura dello switch la corrente va istantaneamente a zero, e la tensione vista dal carico quindi anche.
In pratica il carico non vede distorsione, perché le due tensioni di ciascun mezzo ponte sono decurtate della stessa quantità.

Con carico induttivo, in prima approssimazione si accende il diodo basso se la corrente è uscente dalla gamba, viceversa quello alto. Si avrebbe quindi una distorsione delle due tensioni di ramo (cioè le due uscite del ponte) pari ad una costante (Tdt/Tsw*Vdc) moltiplicata per il segno della corrente.
Nella realtà, a causa delle capacità parassite su ciascuna uscita del ponte, la caratteristica è più complicata, e in pratica si la tensione di distorsione ha una transizione più "dolce" attorno a zero.
Una buona approssimazione è una spezzata, con pendenza alta attorno a zero e nulla o quasi dopo.
L'effetto non è del tutto distinguibile dalla resistenza.

Abbiamo scritto un paio di articoli sull'identificazione e compensazione dei dead-time su inverter trifase. Siccome la prima analisi è fatta per ciascuna gamba, qualche risultato è valido anche per il ponte ad H.

da **EcoTan** » 19 gen 2018, 10:59

SandroCalligaro ha scritto:In pratica il carico non vede distorsione

Sì ma qui stiamo sforzando un po' il discorso per vedere se si può tirare fuori un amplificatore audio.
Attorno al passaggio per lo zero, specialmente quando il livello audio si abbassa, si ha una piccola zona morta e conseguente distorsione di incrocio, magari compensabile a software.
Posso dire che l'esemplare nel progettino linkato, facendo una prova di ascolto di poche pretese, suona bene proprio ai bassi livelli.

da **claudiocedrone** » 19 gen 2018, 13:01

L'orecchio è... di bocca buona :mrgreen:

con buona pace degli audiofili e degli appassionati di hi-fi ;-)

le prove di ascolto lasciano il tempo che trovano, le vere differenze, se ci sono, sono rilevabili solo strumentalmente. O_/

da **SandroCalligaro** » 19 gen 2018, 17:37

EcoTan ha scritto:
SandroCalligaro ha scritto:In pratica il carico non vede distorsione

Sì ma qui stiamo sforzando un po' il discorso per vedere se si può tirare fuori un amplificatore audio.

Stavo solo dicendo che non ha senso fare un modello di quel che succede con carico puramente resistivo, perché in quel caso non si ha distorsione, per lo meno se si pilotano i due rami assegnando un duty-cycle di questo tipo:
$\delta_{sx} = 0.5 + \frac{A}{2} \cdot v_{in}$
$\delta_{dx} = 0.5 - \frac{A}{2} \cdot v_{in}$
dove A è l'amplificazione.
(forse sopra l'ho scritto in modo diverso, non mi ricordo...)

Siccome però il carico non è puramente resistivo, la distorsione c'è eccome.

Per piccole potenze il dead-time sarà abbastanza piccolo, la distorsione potrebbe essere trascurabile.
Che si senta o meno, questo lo lascio valutare agli audiofili. ;-)

da **EcoTan** » 20 gen 2018, 8:16

Questa discussione mi è stata molto utile e sono d'accordissimo su tutto, precisando tuttavia che la distorsione secondo me può esserci o meno in dipendenza dallo schema e dalla tecnica adottati.
Riporto da un reference manual dei dsPic:
14.14.3 Dead Time Distortion
For short PWM duty cycles, the ratio of dead time to the active PWM time can become large. In
an extreme case, when the duty cycle is less than or equal to the programmed duty cycle (NdR questo mi sembra un errore, forse voleva dire dead time), no PWM pulse will be generated. In these cases, the inserted dead time introduces distortion into waveforms produced by the MCPWM module.
User software can minimize dead time distortion by keeping the PWM duty cycle at least three
times larger than the dead time. Dead time distortion can also be corrected by other techniques,
such as closed loop current control.
A similar effect occurs for duty cycles near 100%. The maximum duty cycle used in the
application should be selected such that the minimum inactive time of the PWM signal is at least
three times larger than the dead time.

Mi sembra un po' come il gioco delle punterie, è necessario lasciare un po' di gioco a freddo per non bruciare le valvole a caldo. In effetti credo che il ritardo intrinseco allo spegnimento dei semiconduttori di potenza dipenda dal carico mentre il dead time impostato nella MCU è (solitamente) fisso pertanto va tarato prudenzialmente sulla corrente di picco.

P.S. Mi sono attrezzato un piccolo banco di prova, e la suddetta dipendenza del ritardo dal carico, per la verità non la riscontro.

da **SandroCalligaro** » 20 gen 2018, 17:55

La visione di Microchip è molto semplificata: la distorsione si ha ben prima che l'impulso sparisca.

Tieni presente che, sia nel ponte ad H, sia nel trifase, la tensione che conta (quella che vede il carico) è la differenza tra due uscite dell'inverter.
Quindi anche attorno al 50% di duty si ha distorsione, perché durante il dead-time le uscite non sono forzate dagli switch attivi, quindi non sono determinate a priori, ma dipendono dalle condizioni di funzionamento.

Riguardo alle misure, ribadisco che è il carico induttivo a "creare problemi", forzando l'accensione di determinati diodi invece che altri (free-wheeling).
La supposizione è che l'induttanza sia talmente grande da mantenere costante la corrente durante il dead-time, cioè da poter essere modellata con un generatore di corrente.
Quello che avviene non è ritardo, ma una pendenza della transizione che dipende da capacità e corrente (è in pratica una carica a corrente costante, in prima approssimazione).

da **SandroCalligaro** » 20 gen 2018, 18:33

Ho inserito qualche diagramma, dal nostro articolo su rivista (la versione è quella inviata da noi, quindi ne abbiamo i diritti di copyright).

Questa è la distorsione dovuta solo al comportamento dei diodi con carico induttivo, senza considerare l'effetto della capacità. La formula è semplificata per $\delta_x \approx 0.5$

Questa è la distorsione tenendo conto dell'effetto della capacità

Il risultato, in termini di distorsione della tensione di ramo (o di gamba, cioè dell'uscita del ponte rispetto al negativo del DC-bus), ha questa forma (per corrente negativa è simmetrica):

$\delta_x$ è il duty-cycle desiderato
$V_{x0}$ è la tensione (media nel periodo di switching) tra l'uscita della gamba di inverter e il negativo del DC-bus.
$V_{DC}$ è la tensione di bus
$T_{SW}$ è il periodo di switching
$T_{DT}$ è la durata del dead-time
$C_{out}$ è la capacità (parassita) al nodo di uscita dell'inverter (in pratica la somma delle capacità dei due switch, più l'eventuale capacità del cavo).
I_x

è la corrente (considerata quasi costante nel periodo) in uscita dalla gamba di inverter
$V_{SW}$ è la media tra la caduta del diodo e quella dell'IGBT
$V_{diode}$ è la caduta sul diodo
$\Delta V$ è la metà della differenza tra la caduta sul diodo e quella sull'IGBT

da **EcoTan** » 21 gen 2018, 9:56

La penultima figura non è che mi sia chiarissima. Nella zona gialla la tensione di uscita della gamba va a zero?
Nel frattempo ho fatto svariate prove audio ed il circuito del link, quello col consumo elevato a vuoto, rimane il più pulito ma parliamo comunque di fedeltà bassa. Chissà con MCU ancora più performanti.

da **SandroCalligaro** » 21 gen 2018, 11:59

Sapevo di aver dimenticato di indicare qualcosa...
Quella figura mostra solo la tensione di distorsione (media nel periodo di switching) dovuta ai dead-time, in funzione della corrente.

Se l'induttanza è piccola, e si applica un pattern come quello dello schema che hai riportato, si può avere che la corrente passa, in un periodo di PWM, da positiva a negativa. In quel caso le commutazioni avvengono tutte naturalmente (zero voltage switching), con perdite di switching molto basse (purché la corrente sia abbastanza alta ed il dead-time abbastanza lungo).
Questo viene sfruttato di solito nei convertitori isolati (come i risonanti).
In quel caso la distorsione dovrebbe essere bassa proprio perché durante i due dead-time nel periodo di PWM la corrente ha in un caso un segno e nell'altro caso il segno opposto.

Per contro aumentano di tanto le perdite, specie quelle nell'altoparlante (dovute al ripple estremamente più alto).
Insomma, la questione mi sembra un po' come negli amplificatori lineari: in classe A si ha migliore linearità ma maggiori perdite...