ZETA конвертер Опции

[VDV]

Очередная веселуха. Просто ради интереса решил посмотреть ZETA топологию.

Analog Devices
http://www.analog.com/en/technical-article...r-topology.html

Texas Instruments
http://www.ti.com/lit/an/slyt372/slyt372.pdf

Уравнения у них похожи.
Но вот если сравнить схемы, приведенные там же, то у AD всё очень странно.
- неправильные номиналы резисторов обратной связи (в доке на микросхему на этой же схеме верные)
- UPS140 diode, 40V 1A.При этом ток диода > (Iin + Iout) + пульсации
- C8 вроде бы должен быть по расчёту >= 24uF, а не 1uF
- входной конденсатор должен быть >= 30uF, а не 2.2uF
- выходной конденсатор должен быть >= 4.7uF, а не 3x47uF.

Кто-нибудь что-то может полезное сказать, кому верить, как считать?

Upd:
еще один расчёт
https://www.exar.com/Files/Documents/sipex/...sics_071107.pdf

Тут другая формула для связующего конденсатора.
Похоже, ребята забыли в числителе Vout сократить...

Сообщение отредактировал VDV - May 20 2018, 10:42

[Plain]

Из всей схемы, только два, но критически важных, подменённых оригинальных резистора 15 кОм — очевидно, исключительно месть проданных LT-шников AD-шникам, равно как и, возможно, месть "понаехало" потеснённых AD-шников LT-шникам.

В таких топологиях средний ток ключа равен входному, средний ток выпрямителя равен выходному, так что с диодом всё в порядке.

Конденсаторы рассчитываются исходя из приемлемых пульсаций напряжения и потерь; указанные на схеме вполне правдоподобны.

[VDV]

средний ток выпрямителя равен выходному, так что с диодом всё в порядке.
Конденсаторы рассчитываются исходя из приемлемых пульсаций напряжения и потерь; указанные на схеме вполне правдоподобны.

В доках написано, что ток диода равен сумме входного и выходного, там же диаграммы нарисованы.
Далее: в отличие от SEPIC входной ток пульсирующий, т.е. требуется бОльший конденсатор на входе.
Выходной более на правду похож у TI, потому что дроссель выходной еще сглаживает.
Ну и связующий конденсатор неприлично разный.

[Plain]

Ещё раз про диоды и ключи — средний ток ключа равен входному току схемы, средний ток выпрямителя равен выходному току схемы. Своими паспортами эти компоненты тоже нормируются по средним токам, UPS140 — это диод на 1 А среднего тока.

По конденсаторам ещё раз — для предметного разговора указывайте конкретные "неправильные" формулы. И в бумаге Exar описан другой преобразователь, на двух однообмоточных дросселях, некоторые формулы для него другие.

[VDV]

Пообщался с производителями.
По схеме от AD:
- их не смущает использовать диод на 1А, при расчётном среднем токе без учёта КПД чуть более 0.9А
- нет требований по помехам на входе, поэтому такая маленькая входная ёмкость.
- на выходе ёмкость значительно больше рачётной из-за того, что используемая м/с не имеет контакта для компенсации, пришлось добиваться стабильности увеличением ёмкости.
- про ёмкость связующего конденсатора и обязательно или нет использовать связанные индуктивности с большой индуктивностью рассеяния никто ничего внятного сказать не смог.

Попробовал помоделировать схему с сильно связанными индкутивностями и разными значениями конденсатора.
Не заметил такого же поведения как у SEPIC. То есть вроде бы все нормально и при небольшой ёмкости.
Если кому не лень, можете проверить/подтвердить это?

[Plain]

Нет нужды сравнивать, потому что ZETA с двухобмоточным дросселем бессмысленен, потому что на прямом ходу остаётся только индуктивность рассеяния.

[wim]

ZETA с двухобмоточным дросселем бессмысленен, потому что на прямом ходу остаётся только индуктивность рассеяния.

С чего вдруг? На прямом ходу к L1 приложено напряжение Vin, к L2 - Vin+Vout-Vout = Vin. Итого, к двум одинаковым обмоткам приложены одинаковые вольт-секунды.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Plain]

Ну вот же, отчётливо видно, что между Cin и Cout никакая не L2, а только индуктивность рассеяния.

[wim]

Ну вот же, отчётливо видно, что между Cin и Cout никакая не L2, а только индуктивность рассеяния.

Я вижу совсем другое. Кстати, не только я :
http://www.analog.com/ru/analog-dialogue/a...with-sepic.html

[Plain]

Вот, индуктивность рассеяния ноль, в цепи нагрузки виден прерывный и практически прямоугольный ток, а значит, никаких индуктивных элементов в этой цепи нет, а L2 — просто оптический обман:

[VDV]

Вот, индуктивность рассеяния ноль, в цепи нагрузки виден прерывный и практически прямоугольный ток, а значит, никаких индуктивных элементов в этой цепи нет, а L2 — просто оптический обман:

У меня модель показывает постоянный ток с треугольными пульсациями.
0.1мкф конденсатор, обмотки по 12.5 мкГн, выходной конденсатор 6 мкФ, нагрузка 100 Ом.
Сопротивление каждой обмотки 50 мОм. ESR выходного конденсатора 33мОм.
Ключ идеальный, диод тоже.

В таком режиме ток через 2ую индуктивность 100мА, пульсации ок 6мА на 1 МГц, DC=0.5, Uвх = 10В.

Upd:
Для 100мкГн, 250кГц и D=0.5 ток индуктивности 1.2А с пульсациями ок. 0.2А при нагрузке 10 Ом и Uвх = 12В.

Upd:
Похоже, что связующий конденсатор влияет на пульсации вЫходного тока.
Чем он больше, тем они меньше.

Сообщение отредактировал VDV - May 25 2018, 16:57

[Plain]

А у меня в модели практически идеальный трансформатор. И об этом предыдущие полтемы. Вашей. Вы б её почитали, что ли.

[VDV]

А у меня в модели практически идеальный трансформатор. И об этом предыдущие полтемы. Вашей. Вы б её почитали, что ли.

связанные индуктивности с коэффициентом = 1 и идеальный трансформатор - разные вещи?

[Plain]

У меня идеальный трансформатор, по учебнику, за вычетом индуктивности намагничивания не бесконечной, а 100 мкГн.

Очевидно, в Вашей модели нечто другое, если работает по-другому, либо по другим законам, поэтому разговор будет предметным, если Вы её таки поведаете миру, это будет первым доказательством множественности вселенных.

[wim]

У меня идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор - это как девушка на 95%. С реальным трансформатором все не так страшно.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[VDV]

Очевидно, в Вашей модели нечто другое, если работает по-другому, либо по другим законамх.

а не может быть так, что у вашей модели омы и генри местами перепутаны?

[Plain]

девушка на 95%. С реальным трансформатором все не так страшно

У реальных обмотки делают скрученной парой, связь более 99%.

[VDV]

если Вы её таки поведаете миру, это будет первым доказательством множественности вселенных.

вот что у меня получается.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[wim]

У реальных обмотки делают скрученной парой, связь более 99%.

Кто-то, может, и делает, но не все:
https://www.edn.com/design/power-management...inductor-Part-1

[VDV]

TI: The Zeta coupling capacitor sees the same input current ripple as a regular buck converter. To minimize input current ripple and therefore voltage ripple, and minimize EMI, you need a bigger coupling capacitor for the zeta compared to the sepic.

у меня получается, что для вышеприведенной схемы
в случае несвязанных индуктивностей связующий конденсатор оказывает влияние на выходное напряжение.
например, если его уменьшить с 1 мкф до 1 нФ выходное напряжение уменьшается на 2В примерно.

в случае связанных индуктивносетей K=1, влияния на выходное напряжение практически нет, но меняются пульсации выходного тока.
то есть он как бы в паре с выходным конденсатором начинает работать.

Таким образом получается, что существует минимально допустимое значение связующего конденсатора которое в первом случае делает конвертер вообще работоспособным, а во втором - определяет пульсации выходного напряжения.

Сообщение отредактировал VDV - May 26 2018, 09:45

[wim]

получается, что существует минимально допустимое значение связующего конденсатора которое в первом случае делает конвертер вообще работоспособным, а во втором - определяет пульсации выходного напряжения.

Для понижающе-повышающего преобразователя конденсатор zeta можно использовать на меньшее напряжение по сравнению с sepic. Т.е. получить бОльшую емкость в тех же габаритах.
Как говорил Ломоносов, где чего убудет, то в другом присовокупится.

[VDV]

это всё хорошо, конечно, но во-первых, не вижу влияние его ёмкости на пульсации входного тока,
во-вторых, получается, что его расчёт в доках не вполне корректен,
в-третьих, возвращаясь к первоначальному вопросу, оказывает ли тут влияние индуктивность рассеяния?

[Plain]

вот что у меня получается

Кроме самого простого, что Ваш симулятор тупо врёт и не краснеет, у меня единственное объяснение, что K=1 у него означает связь 0%.

Возвращаясь к теме, какой-никакой расчёт ZETA есть здесь. Общими словами, по входу расчёт как для инвертирующего преобразователя, по выходу — как для понижающего, соответственно, на прямом ходу входной конденсатор понижающего — это последовательно соединённые ключом входной конденсатор инвертирующего и проходной, что снова напоминает о вышеизложенных фактах, что ZETA на трансформаторе фактически является гибридной помпой и обобщающие с классической схемой формулы — заблуждение.

делает, но не все

Статья давно известная и познавательная, но фактически говорит всё то же, что в реальности надо выбирать реальность, а она такова, что свободно пользоваться ещё и единственной рискнувшей Coilcraft могут только аборигены.

[VDV]

Кроме самого простого, что Ваш симулятор тупо врёт и не краснеет, у меня единственное объяснение, что K=1 у него означает связь 0%.

менял K на 0, получал поведение как с несвязанными.
за доку спасибо, попробую понять, что там написано.

[VDV]

файл для TINA-TI c ZETA и двумя вариантами индуктивностей.

в доке не вижу отличий между SEPIC и ZETA.
схемы ZETA в этой и других доках используют связанные индуктивности.
выбор связующего конденсатора неочевиден.
расчёт выходного конденсатора теперь тоже под вопросом.

Сообщение отредактировал VDV - May 27 2018, 07:06

Прикрепленные файлы

 Zeta.zip ( 41.49 килобайт ) Кол-во скачиваний: 12

 

[VDV]

Получаются такие результаты:
- Связующий конденсатор очень слабо влияет на пульсации входного тока
- Расчёт его ёмкости подходит из расчёта энерго баланса, как для SEPIC, т.е. он может быть в десятки раз меньше, чем предлагает TI.
экспериментально вроде бы его можно даже еще уменьшить и пороговое значение - когда его импеданс равен сопротивлению нагрузки.
в SEPIC и Чука похоже также.
- Расчет целиком и выходной ёмкости на основе доки для LT8582 для Чука. Сходится для связанных индуктивностей.
для несвязанных можно ставить ещё меньше.

При несвязанных индуктивностях сильно возрастает напряжение пульсаций на связующем конденсаторе.
расчёт пульсаций сходится для связанных, для несвязанных пока не понимаю, как считать.
Не замечаю такого негативного влияния связанных индуктивностей, как для SEPIC и Чука.

Если кто-то не пожалеет времени и проверит в своих любимых симуляторах, или на железе, поправит и подскажет с расчётом будет здорово!

P.S. в симулируемой схеме действительно было что-то не так - это видно по треугольному входному току, сразу не заметил.
поменял транзистор на управляемый ключ, стало лучше.

Upd: было перепутано в тексте про связанные и несвязанные, поправил.

Upd: ещё раз всё перепроверил и просчитал при разных значениях.
Теперь всё выглядит так: для несвязанных индуктивностей всё примерно сходится.
Для связанных индуктивностей всё выглядит так, что ёмкость вообще не нужна, и пульсации на ней - просто мелочь.
Или возможно как раз необходимо увеличить её значение, чтобы схема осталась ZETA, и она всё-таки участвовала в работе.

Сообщение отредактировал VDV - May 28 2018, 17:59

[VDV]

Вот, индуктивность рассеяния ноль, в цепи нагрузки виден прерывный и практически прямоугольный ток, а значит, никаких индуктивных элементов в этой цепи нет, а L2 — просто оптический обман:

Да, вы правы. При K=1 полная ерунда.
При K=0.99 уже работает.
Самая опасная ситуация, видимо, это когда ёмкость и индуктивность рассеяния резонанс создают.

А как вы это сразу увидели? Просветите, пожалуйста, поделитесь опытом!

Итог у меня получается такой:
- расчёт минимальной выходной ёмкости подходит от Чука
- расчёт связующего конденсатора подходит от SEPIC.
- пример расчёта от TI с использованием в схеме сильносвязанных индуктивностей не учитывает возможный резонанс с индуктивностью рассеяния.

Upd: да, теперь тоже вижу.

Сообщение отредактировал VDV - May 29 2018, 16:41