Расчет flyback с самовозбуждением Опции

[eleco]

Необходим сетевой преобразователь напряжения мощностью около 3 Вт (12В 0,2А).

 block.bmp ( 45.7 килобайт ) Кол-во скачиваний: 521


Немогу найти расчеты (а может плохо искал?) элементов схемы. Если кто-то сталкивался помогите пожалуйста.

[Dmitron]

Похоже Rсм - очень большой, мегаом например,
С кажется тоже приличной ёмкости, например 0,1 мкФ,
Rб и напряжение на обмотке связи (коэффициент трансформации) определяют мощность преобразователя.
Главная опасность в схеме - пробой эмиттера обратным напряжением на нём на обратном ходу.
И ещё период должен быть значительно меньше Rсм*Сб.
А ещё преобразователь по-моему нерегулируемый. Это плохо.

[SSerge]

Необходим сетевой преобразователь напряжения мощностью около 3 Вт (12В 0,2А).

Немогу найти расчеты (а может плохо искал?) элементов схемы. Если кто-то сталкивался помогите пожалуйста.

Поищите в книжках по радиотехнике тему "блокинг-генератор", там это дело расписано.
Если же нужен не столько расчёт, сколько работающий преобразователь, то лучше с такой конструкцией не связываться - чем меньше в схеме деталей тем труднее её настроить и понять как она работает.
Сейчас есть куча готовых микросхем для преобразователей, например у http://www.powerint.com.
В этой схеме для работоспособности необходимо как минимум добавить RCD-цепочку (снаббер) или последовательную RC-цепочку между коллектором и эмиттером транзистора чтобы его после запирания не пробило выбросом на W1.

[eleco]

Подобная схема применяется во многих блоках питания ATX (дежурный режим) и зарядниках для сотовых. Вы правы нужен не столько расчет, сколько работающий преобразователь. Стабилизация напряжения не требуется. Но на первом месте стоит цена, а дешевле транзистора с трансформатором наверно больше ничего не придумать. В книжках только теория (местами несовсем понятная) и там этот тип преобразователя называется "Преобразователь напряжения с модуляцией частоты преобразователя и переменной относительной длительностью открытого состояния ключа", у буржуев "Auxilary power supply". Готовых примеров схем тоже не нашел.

[rod]

Необходим сетевой преобразователь напряжения мощностью около 3 Вт (12В 0,2А).Не могу найти расчеты ...

А не проще будет "разломать" АТХ-ный БП, подмотать пробную обмотку, измерить индуктивности, посчитать витки, эффективную проницаемость. Намотать аналог, проверить его работу в "буржуйской" схеме? (Длинно, долго, не самый простой путь? -возможно.., однако близко к оригиналу и позволит Вам моделировать, имея перед собой модель и оригинал, исследовать влияние разбросов. ( Прошу извинить за примитивный подход, но схема, как уже отметили, не смотря на простоту, не так проста и требует тщательной проработки. )

[Dmitron]

А что конкретно ты собрался посчитать?
Принцип работы понимаешь?

[AML]

В свое время неоднократно видел примеры расчетов блокинг-генератора, но искать лень…
Поэтому в двух словах общие рекомендации:

1. Выбрать частоту работы схемы и коэффициент заполнения (относительную длительность открытого состояния ключа)
2. Посчитать дроссель-трансформатор обратноходового преобразователя (без учета обмотки w3) для обеспечения необходимого выходного напряжения при заданной нагрузке (методика единая для всех флаев) – да поможет Вам Google…
3. Зная индуктивность дросселя-трансформатора и длительность открытого состояния, нужно посчитать ток ключа, при котором его нужно выключить.
4. Транзисторный ключ в этой схеме начнет выключаться, когда он с ростом коллекторного тока начнет переходить из ключевого режима в активный (выходить из насыщения). Поэтому можно определить граничный ток базы, необходимый для переключения при заданном токе коллектора (через коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ)
5. Зная граничный ток базы, нужно посчитать пару - сопротивление базового резистора и напряжение на обмотке w3. (закон Ома). Имеем множественность решения, выбираем понравившуюся. Снизу напряжение ограничивается порогом отпирания транзистора, а сверху – нецелесообразностью мотать много витков.
6. Зная число витков w1, определяется число витков w3.
7. Rсм задает небольшой начальный ток транзистора для старта схемы.

Примечание. Постольку ток переключения (а, следовательно, длительность импульса и выходное напряжение) зависит от коэф. передачи тока используемого транзистора, то оно может сильно гулять от экземпляра к экземпляру (требуется индивидуальная подгонка Rб) и будет значительная температурная нестабильность.

С учетом того, что дроссель-трансформатор, скорее всего, придется делать, а не брать готовый, а потом еще, возможно, настраивать каждую схему, выбранное решение может оказаться не таким уж и дешевым. Точнее – нетехнологичным в серийном производстве.

p.s. Если очень надо, могу посчитать подробно. И промоделировать в симуляторе, чтобы было понятно. Но это уже будет не совет, а работа.

[eleco]

А что конкретно ты собрался посчитать?
Принцип работы понимаешь?

Необходим сетевой преобразователь напряжения мощностью около 3 Вт (12В 0,2А).Не могу найти расчеты ...

А не проще будет "разломать" АТХ-ный БП, подмотать пробную обмотку, измерить индуктивности, посчитать витки, эффективную проницаемость. Намотать аналог, проверить его работу в "буржуйской" схеме?

Пробовал: снял полностью все параметры с зарядника Delta Electronics. Намотал трансформатор, собрал схему... После включения было две крайности: или не запускается или сгорает. Правда транзистор поставил тот который был (на транзистор который стоял в заряднике вообще не нашел никакой информации).

А что конкретно ты собрался посчитать?
Принцип работы понимаешь?

Собирался посчитать трансформатор. А как считать если не знаешь частоту и остальные параметры

А может кто-нибудь предложит на чем(как) лучше сделать?

[AML]

А на чем транс мотал?

Да и остальные параметры неработающего автогенератора не помешает выложить. Только тогда можно подсказать, что там не так.

Сообщение отредактировал AML - Feb 3 2006, 12:31

[rod]

..снял полностью все параметры с зарядника Delta Electronics..

Выкладывайте, pls. Интересно взглянуть. +параметры "собственного изготовления".

[FPGA]

eleco, давайте отделять мух от котлет.

там этот тип преобразователя называется "Преобразователь напряжения с модуляцией частоты преобразователя и переменной относительной длительностью открытого состояния ключа"

Эта фраза, пусть и кривая, пытается донести до вас принцип работы преобразователя, а это выражение

"Auxilary power supply"

всего лишь переводится как "вспомогательный источник питания" и НИКАК не соотносится с принципом работы схемы. Если вы хотите понять, как работает ваша схема, то в любом (или почти любом) учебнике почитайте о работе БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОРА, именно его схему вы привели. Если же вам нужно рабочее устройство, то я бы посмотрел в сторону семейства TOP или TINY от Power Integrations.

[AML]

По своим делам полез в книжку и увидел там достаточно подробное описание рассматриваемого устройства с расчетом параметров - "Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным выходом" / А.А. Бас, В.П. Миловзоров, А.К. Мусолин - М. Радио и связь, 1987 г.

Но у меня подозрение, что автор ее уже видел. И проблема у него в том, как правильно расчитать трансформатор (в книжке этот вопрос галантно опущен). Там рассчитывается только коэффициент трансформации, однако далеко не при любой индуктивности намагничивания эта схема работоспособна (либо не будет запускаться, либо будет гореть)

В дополнении к книжке скажу, что индуктивность трансформатора L=E*tимп/Iкл мах
Е - входное напряжение
tимп - длительность импульса прямого хода (этим параметром задаемся)
I кл мах - максимальное значение пилы коллекторного тока транзистора

При заданном (расчетном) числе витков и перепаде индукции, менять индуктивность придется подбором материала сердечника с нужной магнитной проницаемостью, либо регулированием немагнитного зазора в сердечнике.

[eleco]

С теорией все понятно -> http://naf-st.narod.ru/re/gener/blok.html

 pack.zip ( 71.9 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1031


Честно говоря смущает диод 1N4007 в цепи снаббера.

P.S. Книжку видел. А на основании чего задаватся параметрами tимп, I кл мах?

[AML]

Длительность импульса выбирается из соображений обеспечения допустимого перепада индукции в сердечнике. Иначе он войдет в насыщение и транзистор сгорит. Рекомендую поискать в литературе рекомендации по этому поводу для обратноходовых преобразователей (необходимо знать при использовании любой схемы преобразователя, если дроссель-трансформатор делать самому)

Максимальный ток должен быть допустим для выбранного транзистора.

Как уже писали, эта схема не так проста для расчета, как кажется, поскольку имеет взаимозависимые параметры элементов. А также допускает не одно решение, а множество.
Частью параметров приходится задаться по умолчанию, а остальные - расчитывать.

Я бы задался длительностью импульса прямого хода. Затем расчитал число витков в первичной обмотке дросселя-трансформатора, исходя из имеющегося типоразмера сердечника. Потом - коэффициент трансформации (есть в книжке) и число витков во вторичной обмотке. Затем задался бы величиной пульсаций тока дросселя и расчитал его индуктивность и величину немагнитного зазора для обеспечения этой индуктивности. А потом бы рассчитал число витков базовой обмотки и сопротивление базового резистора для переключения именно при таких пульсациях тока.

Но возможна и другая последовательность.

[SSerge]

4. Транзисторный ключ в этой схеме начнет выключаться, когда он с ростом коллекторного тока начнет переходить из ключевого режима в активный (выходить из насыщения). Поэтому можно определить граничный ток базы, необходимый для переключения при заданном токе коллектора (через коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ)

Примечание. Постольку ток переключения (а, следовательно, длительность импульса и выходное напряжение) зависит от коэф. передачи тока используемого транзистора, то оно может сильно гулять от экземпляра к экземпляру (требуется индивидуальная подгонка Rб) и будет значительная температурная нестабильность.

Кстати, если добавить резистор в цепь эмиттера транзистора то ток на момент выключения будет гораздо меньше зависить от температуры и параметров транзистора и его можно будет более-менее точно посчитать.

[Stanislav]

Длительность импульса выбирается из соображений обеспечения допустимого перепада индукции в сердечнике. Иначе он войдет в насыщение и транзистор сгорит...

Нет-нет, сердечник в блокинг-генераторе и должен входить в насыщение, с чего, собственно, и начинается лавиннообразный процесс запирания силового БТ. Расчет схемы должен производиться с учетом этого обстоятельства. Из-за больших потерь схема не слишком годится для использования в качестве сетевого ИБП, я бы прислушался к совету использовать TNY от PI.

[Johny]

Как говорилось выше, из насыщения должен выходить транзистор, а не сердечник входить.

При расчете:
Для начала можно задаться энергией, накапливаемой трансформатором:

(1) E=S*(B*Hc*lc+lз*B*B/u0)/2, где S - площадь сердечника, В - индукция магнитного поля, Нс - напряженность магнитного поля в сердечнике, lс - длина средней линии сердечника, lз - общая длина зазора, u0 - 4*pi*10e-7.

При Нс=800 А/м для материала 2000НМ В=0,39 Тл для материала 2500НМС В=0,48 Тл, большую напряженность брать не стоит.

Соотношение длины сердечника к длине зазора - примерно 50...100. Можно больше, если запаса по энергии хватает.

Зная мощность и частоту переключения, можно определить накапливаемую энергию Е=P/f и по формуле (1) подобрать подходящий сердечник.

Зная входное напряжение, можно определить индуктивность первичной обмотки:

L=(U*t)(U*t)/(2*E), где U- входное напряжение, t - время прямого хода, при скважности 0,5 равно 0,5/f

По индуктивности можно найти количество витков:

W1=sqrt(L*(lс/u+lз)/(u0*S)) , где u - относительная магнитная проницаемость сердечника.

количество витков вторички - из коэффициента трансформации W2=k*W1, k можно взять по соотношению напряжений первички и вторички.

Для базовой обмотки я бы выбрал вольт 5, и обязательно поставил бы сопротивление в цепь эмиттера.

Сообщение отредактировал Johny - Feb 3 2006, 19:01

[AML]

Stanislav, это схема автогенератора с ненасышающимся сердечником.

Что-то задела меня эта тема и чтобы не быть голословным, сделал расчеты и промоделировал в симуляторе. В принципе, работает. (картинки - точно как в книжке) , но не слишком оптимально. При выходной мощности 4Вт только в ключе сеется больше чем 8 Вт (транзистор-то перед выключением переходит в активный режим - имеем большие динамические потери). Отсюда очевидный вывод - особо высокую частоту делать не стоит.

Попробую соптимизировать для используемого автором сердечника, потом выложу результаты.

Сообщение отредактировал AML - Feb 3 2006, 19:33

[Stanislav]

Stanislav, это схема автогенератора с ненасышающимся сердечником.

Что-то задела меня эта тема и чтобы не быть голословным, сделал расчеты и промоделировал в симуляторе. В принципе, работает. (картинки - точно как в книжке) , но не слишком оптимально. При выходной мощности 4Вт только в ключе сеется больше чем 8 Вт (транзистор-то перед выключением переходит в активный режим - имеем большие динамические потери)...

Такие громадные потери в силовом БТ Вы получили, основываясь на неправильной концепции работы схемы. Здесь приведен типичный блокинг-генератор, частота преобразования которого определяется Rсм (а также, в меньшей степени - С), а длительность рабочего цикла - параметрами трансформатора (в меньшей степени - БТ). Бьюсь об заклад, что специально введенного зазора в нем нет. Звучит странно, но при условии достаточно большого С и насыщающегося транса, потери уменьшатся в несколько раз, относительно подсчитанных Вами (я ни в коем случае не пытаюсь оспорить правильность Вашего расчета). Процесс включения и выключения силового БТ в правильно рассчитанной схеме, повторюсь, происходит лавиннообразно, что позволяет минимизировать потери в ключе. Демпфирующая цепь, как правило, не нужна вовсе, из-за хорошей связи обмоток (сердечник - без зазора). Не имея возможности привести здесь и сейчас все выкладки, рекомендую проанализировать работу Блокинг-генератора как такового.

ЗЫ. В схеме не приведены номиналы и параметры транса, поэтому расчет затруднен. Кроме того, в ней, с моей точки зрения, есть ошибка(и).

ЗЗЫ. Прошу прощения, все параметры скачал, завтра проанализирую.

[Stanislav]

С теорией все понятно -> http://naf-st.narod.ru/re/gener/blok.html

Эту статью, по-моему, написал враг народа. Имеющий весьма посредственное отношение к реальному проектированию электронных устройств.

[AML]

Такие громадные потери в силовом БТ Вы получили, основываясь на неправильной концепции работы схемы.

Честно говоря, не задумываясь взял эту концепцию из "классической" литературы (источник приводил выше). Процесс выключения здесь тоже идет лавинообразно, но транзистор некоторое время все-таки находится в активном режиме, пока ПОС не начинает его активно запирать.
По идее схема с насыщающимся трансформатором должна иметь меньшие потери при выключении транзистора (эквивалентная индуктивность при насыщении падает). Надо попробывать. Беспокоит только ток ключа при подходе к насыщению сердечника.

[Johny]

Развивая тему с ненасыщенным сердечником, для поллного счастья можно ввести цепь стабилизации выходного напряжения Сст VDст VSст. Считая, что ток отсключения определяется в основном Rэ и напряжением на обмотке управления на прямом ходу, эта схема может работать как корректор мощности (ток отсечки пропорционален входному напряжению).
Как инженер-практик, моделированием не увлекаюсь, но навскидку при достижении тока отключения, транзистор должен выключиться довольно быстро - Сб поможет рассосать заряд в базе.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[AML]

Сегодня продолжил эксперименты с ненасыщающимся блокингом...

Вчерашняя проблема (большие потери при выслючении) решается просто - форсирующей емкостью 10нФ параллельно Rб (старо как мир). При этом потери в транзисторе уменьшаются с 4Вт до 0,1Вт, что вполне похоже на правду.

[AML]

Вот какие пораметры получаются при расчете на частоту 100кГц, Uвых=12B, Iвых=0,2А
Расчетное значение индуктивности первичной обмотки - 30мГн.

Схема, по которой проводилось моделирование и временные диаграммы - в прикрепленных файлах.

В симуляторе все получается. По идее, должо и в реальности завестись. Не уверен, правда, что на сердкчнике E16x8x5 нормально разместятся 400 витков первички. И еще не нравится, что резистор смещения всего 100К (потери на нем большие). А при большем значении - не заводится (отрабатывает только 1 импульс и останавливается).

Частота работы схемы удобнее всего регулировать зазором сердечника. Но вообще в этой схеме все настолько взаимосвязано, что предстакзать изменение выходного напряжения при изменении какого-либо параметра очень трудно.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[eleco]

Спасибо всем кто откликнулся!

На самом деле взвесив все за и против блокинг-генератора, потратил полтора дня на расчет и сборку блока питания на TNY264 и пожалел, что потратил неделю на блокинг-генератор...

З.Ы. Остался только вопрос как ведет себя TNY при КЗ и обрыве нагрузки?