DC-DC 12V-300V 400W, Греются полевики Опции

[kada]

Уважаемые коллеги, прошу помощи в решении проблемы. Нужно разработать DC-DC пуш-пулл 12В-300В 400Вт. В силовой электронике опыта мало, поэтому особо не пинайте.
Конвертор будет запитываться от свинцово-кислотного аккумулятора, работающего в буферном режиме. Т.е. возможно падение напряжения до 10В. Стабилизация выходного напряжения устроит в пределах +10% -30%, т.к. потребителями будут ИИП. Потребление будет меняться в больших пределах - около 10%-80% от номинальной мощности.
На данном этапе собран макет, стабилизация работает корректно, при нагрузке 200Вт в виде лампочки, просадки на выходе нет.
Трансформатор, выпрямители и конденсаторы практически холодные, но сильно греются полевики. За минуту работы невозможно притронуться к радиатору. КПД низкий - при потреблении 300Вт в нагрузку отдает всего 200Вт.
Пробовал перемотать трансформатор - играл с первичкой, увеличил количество витков с 2+2 до 3+3 и соответственно вторичку, чтобы уменьшить индукцию и увеличить индуктивность первички, как следствие, результат слабый - выиграл Ватт 5 максимум.
Транс считал в программе ExcellentIT. Вот результат:

Исходные данные:
Схема преобразователя: Пуш-пул
Тип магнитопровода: ETD PC_BP 35.4/21.25/11.5 N87
Амплитуда индукции: 0.215 T
Магнитная проницаемость, эффективная: 2000
Коэффициент заполнения окна (заданный): 0.25
Плотность тока: 4 А/мм2
Частота преобразования: 50 кГц
Коэффициент заполнения импульса (duty cicle), максимум: 0.45
Напряжение насыщения транзисторов: 0.324 В
Напряжение питания (мин. - макс.): 10 В - 13.8 В, постоянного тока
Стабилизация выходных напряжений: Есть
Выходные напряжения, не менее: 300 В, 20 В
Токи вторичных обмоток: 1.33 А, 0.03 А

Результаты расчета:
Рассчитанная амплитуда индукции: 0.1394 T
Число витков и диаметр провода первичной обмотки: 3 + 3(3.02) 0.41 x 52
Число витков и диаметр провода вторичных обмоток
1. 104(103.76) 0.63 x 1
22. 8 + 8(7.11) 0.63 x 1

Прикладываю схему, вид макета, осциллограммы напряжений на затвор-исток и сток-исток полевиков и ток через первичку, снятый на трансформаторе тока.
Защита тока пока отключена, т.е. выпаяны диоды VD2, VD3 - они сгорели при первом включении, напряжение на выходной обмотке ТТ выстреливает до 100В.
Щупы при измерении тока включал параллельно одной выходной обмотки ТТ, нагруженной на резистор 1,2 кОм. Вторичка ТТ содержит 5+5 витков.
Осциллограммы в двух вариантах - 1. С отключенными снабберами, 2. С включенными снабберами.
Откликнувшимся заранее спасибо.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[meloden]

Если Вы скинете ТЗ на английском, то можно будет поискать из уже производящихся.

[Plain]

Прежде, чем это копипастить, почитали бы хоть немного теории — уберите C15, тем более, что он всё равно уже дохлый.

Трансформатор сделан совершенно негодно.

И L2 никак не может быть намотан на замкнутом магнитопроводе, каковым является ферритовое кольцо. Феррит для дросселя должен быть с зазором — тот же ETD, например, имеет стандартный ряд зазоров. На крайний случай, можно набрать нужный зазор бумажками.

Кольца с зазорами в природе, конечно, имеются, только они не монолитно ферритовые, а спрессованы из смеси порошков — например, 95% феррита и 5% пластика, т.е. зазор равномерно распределён по всему кольцу.

[kada]

Критикуйте пожалуйста конструктивно.
Что не так с C15 и почему он дохлый?
Что не так с трансформатором?
Вообще-то L2 намотан на гантельке.

Если Вы скинете ТЗ на английском, то можно будет поискать из уже производящихся.

Уже есть мысли применять готовые преобразователи, но все же хотелось бы довести эту конструкцию до некого логического завершения.

[Microwatt]

Защита тока пока отключена, т.е. выпаяны диоды VD2, VD3 - они сгорели при первом включении, напряжение на выходной обмотке ТТ выстреливает до 100В.

По этому частному вопросу. Неудивительно, ведь задумывался трансформатор тока, а получилмся трансформатор напряжения. Нагружать его нужно, чуть ли не накоротко, всего несколько Ом, а у Вас 47кОм нагрузка

[kada]

По этому частному вопросу. Неудивительно, ведь задумывался трансформатор тока, а получилмся трансформатор напряжения. Нагружать его нужно, чуть ли не накоротко, всего несколько Ом, а у Вас 47кОм нагрузка

Благодарю за разъяснения. Меня самого смущали эти выбросы, а также индуктивность первички ТТ, т.к. ИМХО от нее только хуже. Если закоротить вторичку ТТ, то индуктивность первички будет стремиться к нулю, вернее к индуктивности рассеяния. Вообще я как то пробовал закорачивать вход с выходом ТТ, была небольшая искра, но улучшений по КПД преобразователя не заметил.

[SergCh]

Критикуйте пожалуйста конструктивно.
Что не так с C15 и почему он дохлый?
Что не так с трансформатором?
Вообще-то L2 намотан на гантельке.


Уже есть мысли применять готовые преобразователи, но все же хотелось бы довести эту конструкцию до некого логического завершения.

Последняя мысль очень здравая, но если очень хочется, то вместо гантельки нужно поставить или кольцо (нормальных размеров, сопоставимых с размером трансформатора) с распределённым зазором, либо ш образный феррит опять же с зазором.
С15 дохлый потому что он стоит не на месте, не должно его там быть. Потому и транзисторы греются.
Трансформатор тока никуда не годится, 5 витков это курам на смех. 100-200 витков надо во вторичке, а так он у вас в насыщение входит, что видно по осциллограммам.
Токовую защиту я не понял, как она реализована на тиристоре, да с такими номиналами конденсаторов во вторичке токового тр-ра, быстродействие такой защиты секунд 5, не меньше ))
Что с трансформатором не так, не знаю, не считал, в этой схеме и без того косяков хватает.

[kada]

Последняя мысль очень здравая, но если очень хочется, то вместо гантельки нужно поставить или кольцо (нормальных размеров, сопоставимых с размером трансформатора) с распределённым зазором, либо ш образный феррит опять же с зазором.
С15 дохлый потому что он стоит не на месте, не должно его там быть. Потому и транзисторы греются.
Трансформатор тока никуда не годится, 5 витков это курам на смех. 100-200 витков надо во вторичке, а так он у вас в насыщение входит, что видно по осциллограммам.
Токовую защиту я не понял, как она реализована на тиристоре, да с такими номиналами конденсаторов во вторичке токового тр-ра, быстродействие такой защиты секунд 5, не меньше ))
Что с трансформатором не так, не знаю, не считал, в этой схеме и без того косяков хватает.

Подскажите, а феррит от компового БП из групповой стабилизации подойдет в качестве подопытного?
Ну что-то я очень сомневаюсь что С15 дохлый. Сейчас проверю его на RLC-метре. Он во время работы холодный.
Вообще я пробовал в ходе экспериментов его отпаивать, результата не было.
На токовую защиту прошу пока не обращать внимание, я выше писал, что пока ее отключил.
Что касается ТТ, то спасибо за рекомендации, но я пробовал его исключать из схемы на время отладки, результата не было.

[SergCh]

Подскажите, а феррит от компового БП из групповой стабилизации подойдет в качестве подопытного?
Ну что-то я очень сомневаюсь что С15 дохлый. Сейчас проверю его на RLC-метре. Он во время работы холодный.
Вообще я пробовал в ходе экспериментов его отпаивать, результата не было.
На токовую защиту прошу пока не обращать внимание, я выше писал, что пока ее отключил.
Что касается ТТ, то спасибо за рекомендации, но я пробовал его исключать из схемы на время отладки, результата не было.

Подойдёт или нет считать надо, но там скорее всего не феррит, а пермаллой какой ни будь альсиферовый, всяко лучше чем эта миниатюрная гантелька.
Посмотреть бы ток в первичке, снятый через токосъёмный резистор, установленный вразрыв средней точки трансформатора.
И без С15 в схеме. Щуп осциллографа к сопротивлению при этом нужно подключать самым коротким способом, без длинного провода массы. А то за помехами не разберёшь ничего.

[Herz]

Стабилизация выходного напряжения устроит в пределах +10% -30%, т.к. потребителями будут ИИП. Потребление будет меняться в больших пределах - около 10%-80% от номинальной мощности.

Подумайте хорошенько, нужна ли она вообще. Если сможете обойтись (а это наверняка возможно), то жизнь значительно облегчится.

[_gari]

Стабилизация выходного напряжения устроит в пределах +10% -30%, т.к. потребителями будут ИИП. Потребление будет меняться в больших пределах - около 10%-80% от номинальной мощности.

Напряжение питания (мин. - макс.): 10 В - 13.8 В, постоянного тока

По ТЗ совсем не очевидна необходимость регулировки, т.е. режима электронного трансформатора вполне может хватить.
Работа цепи ОС по напр. в существующем виде вызывает пока только вопросы, попробуйте ее отключить и проверить работу схемы при 200вт нагрузке.

------
Зы. ну вот, пока ходил, писал Herz аналогичную мысль озвучил

Сообщение отредактировал _gari - Jan 17 2012, 16:23

[kada]

Подойдёт или нет считать надо, но там скорее всего не феррит, а пермаллой какой ни будь альсиферовый, всяко лучше чем эта миниатюрная гантелька.
Посмотреть бы ток в первичке, снятый через токосъёмный резистор, установленный вразрыв средней точки трансформатора.
И без С15 в схеме. Щуп осциллографа к сопротивлению при этом нужно подключать самым коротким способом, без длинного провода массы. А то за помехами не разберёшь ничего.

Впаял какой-то дроссель от компового БП. Оказался порядка 67 мкГн. С15 отпаял. Печка работает дальше
Прикладываю осциллограммы тока.

Подумайте хорошенько, нужна ли она вообще. Если сможете обойтись (а это наверняка возможно), то жизнь значительно облегчится.

Мне нужно жестко ограничить напряжение по верху в районе 330В. А по низу пусть хоть до 200В падает, не критично думаю. Вы предлагаете сделать что-то вроде автогенераторного пуш-пула?

По ТЗ совсем не очевидна необходимость регулировки, т.е. режима электронного трансформатора вполне может хватить.
Работа цепи ОС по напр. в существующем виде вызывает пока только вопросы, попробуйте ее отключить и проверить работу схемы при 200вт нагрузке.

Я как-то пробовал отключать ОС. Без нагрузки напряжение на электролитах выросло до 460В, они у меня 400-вольтовые, побоялся что вскипят. Нужно прикрутить 450-вольтовые и попробовать.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[SergCh]

Впаял какой-то дроссель от компового БП. Оказался порядка 67 мкГн. С15 отпаял. Печка работает дальше
Прикладываю осциллограммы тока.

Это ток, снятый с помощью токосъёмного сопротивления, включенного в разрыв средней точки трансфоратора ?
Мне кажется это перевёрнутая версия осциллограммы, приведённой уже выше, с токового трансформатора.
И что случилось с напряжением на затворе? Откуда такие выбросы?
67uH мало, нужно раз в десять большую индуктивность.

Сообщение отредактировал SergCh - Jan 17 2012, 17:13

[kada]

Это ток, снятый с помощью токосъёмного сопротивления, включенного в разрыв средней точки трансфоратора ?
Мне кажется это перевёрнутая версия осциллограммы, приведённой уже выше, с токового трансформатора.
И что случилось с напряжением на затворе? Откуда такие выбросы?
67uH мало, нужно раз в десять большую индуктивность.

Все верно, с токосъемного сопротивления, если так можно назвать отрезок медной проволоки диаметром 0,63мм и длиной 13мм
Измерения проводились относительна общей точки первички.
Насчет выбросов на затворе, думаю что возможно они появились из за длинного земляного провода на щупе второго канала осциллографа.
Ток измерял, как Вы и советовали, короткими выводами на щупе прямо на токосъемном сопротивлении, с помощью "пружинки".
Завтра доберусь до работы и попробою намотать индуктивность.

[SergCh]

Все верно, с токосъемного сопротивления, если так можно назвать отрезок медной проволоки диаметром 0,63мм и длиной 13мм
Измерения проводились относительна общей точки первички.
Насчет выбросов на затворе, думаю что возможно они появились из за длинного земляного провода на щупе второго канала осциллографа.
Ток измерял, как Вы и советовали, короткими выводами на щупе прямо на токосъемном сопротивлении, с помощью "пружинки".
Завтра доберусь до работы и попробою намотать индуктивность.

А ноль у токовой осциллограммы где ? Мне кажется амплитуда тока слишком высокая для такой нагрузки, нагрузка 200Вт 300В была?
Смущает несимметричность токов разных плечей и форма тока, при такой индуктивности должна быть качественная пила с разрывными токами в дросселе. А тут видно ток нарастает, и концу такта становится совершенно пологим.

[НЕХ]

В 21 веке push-pull может выглядеть не столь архаично.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[kada]

А ноль у токовой осциллограммы где ? Мне кажется амплитуда тока слишком высокая для такой нагрузки, нагрузка 200Вт 300В была?
Смущает несимметричность токов разных плечей и форма тока, при такой индуктивности должна быть качественная пила с разрывными токами в дросселе. А тут видно ток нарастает, и концу такта становится совершенно пологим.

Отметил нули красными стрелками.
Да верно, нагрузка 200Вт 300В.
Я так понимаю это выбросы самоиндукции первички, которые появляются при закрытии полевиков. И насколько я понял, их нужно давить, чтобы не пробило полевики по максимальному напряжению сток-исток. Кстати, последние осциллограммы сняты при отпаянных снабберных цепочках.

В 21 веке push-pull может выглядеть не столь архаично.

Интересное решение. Правда нужен драйвер верхнего ключа S2 на рисунке (с), ну и отвод вторички. А можно взглянуть на первоисточник?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[SergCh]

Отметил нули красными стрелками.
Да верно, нагрузка 200Вт 300В.
Я так понимаю это выбросы самоиндукции первички, которые появляются при закрытии полевиков. И насколько я понял, их нужно давить, чтобы не пробило полевики по максимальному напряжению сток-исток. Кстати, последние осциллограммы сняты при отпаянных снабберных цепочках.

Да, выбросы достаточно большие, но я бы пока на них не обращал внимания, снабберов -то нет. Возможно и самих выбросов нет, а есть наводки на щупе осциллографа.
Трансформатор выходит что в один полупериод не работает, причём ток в этот нерабочий полупериод отрицательный )) Мда, мысли на сегодня кончились.

[kada]

Да, выбросы достаточно большие, но я бы пока на них не обращал внимания, снабберов -то нет. Возможно и самих выбросов нет, а есть наводки на щупе осциллографа.
Трансформатор выходит что в один полупериод не работает, причём ток в этот нерабочий полупериод отрицательный )) Мда, мысли на сегодня кончились.

Кажется до меня дошло, почему такие большие отрицательные выбросы на затворах. Строго говоря их там нет, если измерять относительно земли. Дело в том, что я проводил измерения относительно средней точки первички и потенциал в этом узле гуляет вместе с импульсными токами протекающими через первичку, т.к. шина от плюсовой клеммы питания вместе с токовым проволочным шунтом до средней точки первички имеют значительное сопротивление. Это подверждает последняя осциллограмма. Т.е. на ней не нужно особо обращать внимание на нижний график, он лишь является ориентиром для определения фронтов переключения мосфетов.
Что касается работы трансформатора в один полупериод, то скорее всего Вы забыли учесть что я снимал осциллограмму с затвора одного из полевиков одного плеча.

[SergCh]

Что касается работы трансформатора в один полупериод, то скорее всего Вы забыли учесть что я снимал осциллограмму с затвора одного из полевиков одного плеча.

Я не забыл, даже по осциллограмме напряжения на затворе только одного полевика видно где включается второй.

[MaslovVG]

Судя по наклону пилы, ток намагничения по амплитуде сравним с рабочим током.
У вас слишком мала индуктивность трансформатора. Учтите что в вашей схеме ток намагничения полностью уходит в потери.

[Plain]

С15 отпаял. Печка работает дальше

Ну и всё правильно, будет продолжать греть, до тех пор, пока там не встанет нормальный дроссель.

Нормальный — это порядка 3 мГн, а не те фитюльки, что сейчас.

Если его мотать на том выковыренном из лома порошковом кольце, то надо порядка 250 витков.

Или можно намотать дроссель на феррите того же типа, на котором сейчас намотан трансформатор, т.е. ETD34 — понадобится зазор толщиной в 11 полосок офисной бумаги А4 под каждый боковой керн, и те же 250 витков.

[Herz]

Нормальный — это порядка 3 мГн, а не те фитюльки, что сейчас.

Если его мотать на том выковыренном из лома порошковом кольце, то надо порядка 250 витков.

Или можно намотать дроссель на феррите того же типа, на котором сейчас намотан трансформатор, т.е. ETD34 — понадобится зазор толщиной в 11 полосок офисной бумаги А4 под каждый боковой керн, и те же 250 витков.

Поделитесь, пожалуйста, методикой расчёта. Подкупает эта точность - 11 полосок...

[Plain]

Нужно набрать 1 мм (если ориентироваться на стандартный зазор ETD34), а типовая пачка 80 г/м² 500 листов — это 45 мм.

[SergCh]

Судя по наклону пилы, ток намагничения по амплитуде сравним с рабочим током.
У вас слишком мала индуктивность трансформатора. Учтите что в вашей схеме ток намагничения полностью уходит в потери.

Как вы это видите? Я там не вижу ни пилы ни тем более выделенного тока намагничивания.

[vlvl@ukr.net]

Поделитесь, пожалуйста, методикой расчёта. Подкупает эта точность - 11 полосок...

1 лист - это 0,1мм, если мерять микрометром. Итого, эквивалентный зазор 2,2 мм ( приблизительно).

[kada]

Судя по наклону пилы, ток намагничения по амплитуде сравним с рабочим током.
У вас слишком мала индуктивность трансформатора. Учтите что в вашей схеме ток намагничения полностью уходит в потери.

У меня тоже были мысли что индуктивность мала. Я измерил индуктивность первички и она совпала с расчетной.
Также я пробовал замерять индуктивность первички замкнув вторичку чтобы примерно оценить индуктивность рассеяния. Насколько я помню она была в районе 500-700 нГн.
Даже возникли мысли сделать количество витков первички и соответсвенно вторички избыточным, чтобы поднять индуктивность, но обмотки не влезли в мой магнитопровод.

Ну и всё правильно, будет продолжать греть, до тех пор, пока там не встанет нормальный дроссель.

Нормальный — это порядка 3 мГн, а не те фитюльки, что сейчас.

Если его мотать на том выковыренном из лома порошковом кольце, то надо порядка 250 витков.

Или можно намотать дроссель на феррите того же типа, на котором сейчас намотан трансформатор, т.е. ETD34 — понадобится зазор толщиной в 11 полосок офисной бумаги А4 под каждый боковой керн, и те же 250 витков.

Попробовал дроссель, сначала тот что слева. Его индуктивность 4 мГн и зазор с каждой стороны по 0,5 мм. Картина заметно поменялась в лучшую сторону. При потреблении 263Вт в нагрузку отдается 219Вт, т.е. КПД порядка 83% против 63% со старым дросселем. Спасибо за дельный совет.
Продолжил эксперименты и намотал дроссель, тот что справа. Индуктивность получилась 13 мГн при зазоре с каждой стороны по 0,7 мм. КПД не изменилось по сравнению с дросселем 4 мГн.
Эти два дросселя довольно громко пищат при работе. Как это побороть? Поднять немного частоту преобразования? Сейчас она 50 кГц.
Честно говоря я думал что функция L2 заключается в сглаживании пульсаций, как например в сетевых ИИП. Но здесь она выступает в роли накопителя? Ткните пожалуйста носом на хорошую книжку по преобразовательной технике.
Поднять бы еще КПД процентов на 10
Куда дальше копать?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[vlvl@ukr.net]

У меня тоже были мысли что индуктивность мала. Я измерил индуктивность первички и она совпала с расчетной.
Также я пробовал замерять индуктивность первички замкнув вторичку чтобы примерно оценить индуктивность рассеяния. Насколько я помню она была в районе 500-700 нГн.

А чему равна первичка? Обычно рассеивание приводят в % по отношению к первичке.

[kada]

А чему равна первичка? Обычно рассеивание приводят в % по отношению к первичке.

Сейчас точно не помню, около 20мкГ.

[vlvl@ukr.net]

Эти два дросселя довольно громко пищат при работе. Как это побороть?

Для начала, хорошо зажать.

Поднять бы еще КПД процентов на 10
Куда дальше копать?

Синхронные выпрямители

[kada]

Для начала, хорошо зажать.

Попробовал зажать что есть мочи пальцами, свист стал немного высокочастотнее, но не меньше

Синхронные выпрямители

Т.е. для данной топологии КПД 83% - это предел?

[vlvl@ukr.net]

Т.е. для данной топологии КПД 83% - это предел?

Не корректный вопрос. Грубо, нужно оценить потери на ключах (статика, динамика), потери на выходных диодах, потери проводимости на всех мочочных и тогда оценить этот самый предел.

[Microwatt]

Вы попытайтесь составить ведомость потерь. Что сеется в ключах, диодах, снабберах, найдите термопарой самые горячие места. Что оценочно сеется чисто омически в меди. Что-то можно выловить даже в простых дорожках или подводящих проводах от батареи. В нескольких местах повытянете по проценту - уже лучше будет.
83% - не так уж и плохо для начала. Токи-то очень большие, а макет "на соплях" спаян.
А вот свистеть на 50кГц ничего не должно. Если это так, то ищите - где-то работа пачками. Что-то сбоит или в предпробойном состоянии.

[vlvl@ukr.net]

Попробовал зажать что есть мочи пальцами, свист стал немного высокочастотнее, но не меньше

Руками может и не получится, скобы есть?

[Herz]

Нужно набрать 1 мм (если ориентироваться на стандартный зазор ETD34), а типовая пачка 80 г/м² 500 листов — это 45 мм.

Меня интересовало не то, как посчитать количество листов бумаги для получения толщины в 1мм, а как рассчитать зазор и количество витков для нужной индуктивности и тока подмагничивания.

Честно говоря я думал что функция L2 заключается в сглаживании пульсаций, как например в сетевых ИИП. Но здесь она выступает в роли накопителя? Ткните пожалуйста носом на хорошую книжку по преобразовательной технике.

Да, дроссель накопительный. Книжек в сети полно. Почитайте, чем отличаются сглаживающие фильтры на выходе ИИП, начинающиеся с ёмкости от начинающихся с индуктивности. И сравните режимы работы выпрямителя в обоих случаях.

Поднять бы еще КПД процентов на 10
Куда дальше копать?

Снижать частоту. Но 83% для такого коэффициента трансформации - уже совсем не так плохо.

Синхронные выпрямители

Да нет, не тот случай. Сколько получится сэкономить на фоне 300В?

Руками может и не получится, скобы есть?

Опасно, можно расколоть. Лучше проклеить, если на то пошло...

[kada]

Вы попытайтесь составить ведомость потерь. Что сеется в ключах, диодах, снабберах, найдите термопарой самые горячие места. Что оценочно сеется чисто омически в меди. Что-то можно выловить даже в простых дорожках или подводящих проводах от батареи. В нескольких местах повытянете по проценту - уже лучше будет.
83% - не так уж и плохо для начала. Токи-то очень большие, а макет "на соплях" спаян.
А вот свистеть на 50кГц ничего не должно. Если это так, то ищите - где-то работа пачками. Что-то сбоит или в предпробойном состоянии.

90% тепла излучает радиатор транзисторов.
Напаял керамики на среднюю точку первички трансформатора и близлежащие земли. Свист выходного дроселля пропадает, но не надолго. После прогрева преобразователя в течении 30 секунд свист появляется. Т.е. скорее всего есть какая-то паразитная генерация, как Вы и заметили.
Кстати, когда дроссель не свистит, КПД поднимается на 3% Надо как-то с этим бороться.

Руками может и не получится, скобы есть?

Под эти ферриты скоб нет, и как любезно заметил Herz, боязно как-то их скобами стягивать.

Снижать частоту. Но 83% для такого коэффициента трансформации - уже совсем не так плохо.

Я бы с радостью, но не влезу по меди в свои ферриты. Нужно что-то погабаритней

--------
Дал остыть преобразователю подольше. В холодном состоянии КПД 87,5%, но быстро снижается до 83% по мере прогрева полевиков. После этого появляется этот мерзкий свист дросселя.

[_gari]

Посмотрел фоту вашего радиатора, видно не ахти, однако похоже что без обдува он может вытянуть ватт 5-10, а у Вас. судя по всему, более 40. Прикиньте с какого процессорного радиатора сдувается 65Вт.
И хотя бы статические потери на ключах надо таки посчитать.

[Herz]

Я бы с радостью, но не влезу по меди в свои ферриты. Нужно что-то погабаритней

Ваш сердечник для 400Вт и так выглядит маловат. Если нет погони за компактностью, возьмите пару таких, сложите, намотайте первичку фольгой, снизьте частоту до 25кГц и почувствуйте разницу...

[SmartRed]

90% тепла излучает радиатор транзисторов.
Напаял керамики на среднюю точку первички трансформатора и близлежащие земли. Свист выходного дроселля пропадает, но не надолго. После прогрева преобразователя в течении 30 секунд свист появляется. Т.е. скорее всего есть какая-то паразитная генерация, как Вы и заметили.
Кстати, когда дроссель не свистит, КПД поднимается на 3% Надо как-то с этим бороться.

Статических потерь в ключах, по моим оценкам не более 20 Вт.
Остается динамика.
Драйверы вы выбрали хилые. Поставьте еще один и запараллельте входы и выходы у каждого.
Понизьте сопротивления в затворах в два раза.

[vlvl@ukr.net]

Меня интересовало не то, как посчитать количество листов бумаги для получения толщины в 1мм, а как рассчитать зазор и количество витков для нужной индуктивности и тока подмагничивания.

g=u0*(w)^2*S/L, где: g- зазор; w-витки; S-площадь; L-индуктивность.
g=(Iw/B)*u0 - lm/u, где: I-пиковый ток; В- индукция; lm-длина магнитного пути; u0-мю нулевое; u-мю сердечника без зазора.

Выбирайте любую, обе рабочие.

[kada]

Ваш сердечник для 400Вт и так выглядит маловат. Если нет погони за компактностью, возьмите пару таких, сложите, намотайте первичку фольгой, снизьте частоту до 25кГц и почувствуйте разницу...

А Вы правы, посмотрел сейчас что для этого сердечника на частоте 50кГц габаритная мощность составляет 260 Вт. Маловато будет
Он с круглым центарльным керном, поэтому его не получится сложить.
Попробую намотать на Ш12х15 М2000НМ. У него габаритная мощность 544 Вт на 50 кГц.

Лежит у меня на столе такой вот DC-DC модулек на 200W и с КПД 93%. Размеры у него 56х36х13 мм, вес 30 гр.
Объясните мне пожалуйста, что там за хитрые ключи такие, которые на 275 кГц работают? Про транс я молчу - многослойная печатная плата, на которую надеты две ферритовые половинки с круглым центарльным керном.
К чему я все это, смотрю я на этот модулек и от вида габаритов своего макета просто тошно становится. А Вы еще посоветовали снизить частоту до 25 кГц.
Может есть какой-то хитрый способ, помимо умощнения драйверов, заставить мосфеты переключаться быстрей? Или применить другие, более "быстрые" мосфеты?

Статических потерь в ключах, по моим оценкам не более 20 Вт.
Остается динамика.
Драйверы вы выбрали хилые. Поставьте еще один и запараллельте входы и выходы у каждого.
Понизьте сопротивления в затворах в два раза.

Рассчитаем бюджет статических потерь ключей. Мосфеты стоят IRFZ48N. Сопротивление открытого канала 14 мОм. По два в параллель, итого по 7 мОм на плечо. Максимальный потребляемый ток при 12В питания - 34 А. Средний коммутируемый ток для пуш-пула - 17 А на плечо. Соответсвенно статические потери 2.023 Вт на плечо. На каждый мосфет 1.0115 Вт. На все мосфеты 4.046 Вт.
Подскажите, существенно ли поможет умощнение выходов моего драйвера IR4426 с помощью эммитерных повторителей, например на BD139+BD140 ?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[vlvl@ukr.net]

Лежит у меня на столе такой вот DC-DC модулек на 200W и с КПД 93%. Размеры у него 56х36х13 мм, вес 30 гр.
Объясните мне пожалуйста, что там за хитрые ключи такие, которые на 275 кГц работают? Про транс я молчу - многослойная печатная плата, на которую надеты две ферритовые половинки с круглым центарльным керном.

Не хитрые ключи, а режим переключения ключей, так чтобы снизить динамические потери (переключение в 0). Схема похоже не пуш-пул, а однотранзисторная (форвард), по выходу по 2 а ключа в параллель.

[Microwatt]

Лежит у меня на столе DC-DC модулек на 200W и с КПД 93%. Размеры у него 56х36х13 мм, вес 30 гр.
Объясните мне пожалуйста, что там за хитрые ключи такие, которые на 275 кГц работают?

Это что, от 12 вольт по входу работает и 300 на выходе?
Наверняка нет. Не полный это аналог. Не намотать сетевую обмотку печатным монтажом.

[Herz]

g=4pi*(w)^2*S/L,
g=Iw/B*u0-lm/u, где lm-длина магнитного пути.

Выбирайте любую, обе рабочие.

Я прошу прощения, а нельзя ли пояснить для тех, кто в танке? Что есть что в этих формулах?

Лежит у меня на столе такой вот DC-DC модулек на 200W и с КПД 93%. Размеры у него 56х36х13 мм, вес 30 гр.

Так ведь и напряжения совсем не те. Сравнивать такие вещи некорректно.

[_Pasha]

Лежит у меня на столе такой вот DC-DC модулек на 200W и с КПД 93%. Размеры у него 56х36х13 мм, вес 30 гр.

В два каскада. И будет
Не сразу, после расчёта.

[НЕХ]

Может есть какой-то хитрый способ, помимо умощнения драйверов, заставить мосфеты переключаться быстрей? Или применить другие, более "быстрые" мосфеты?

Подскажите, существенно ли поможет умощнение выходов моего драйвера IR4426 с помощью эммитерных повторителей, например на BD139+BD140 ?

нет принципиальных сложностей, но эмиттерный повторитель должен быть на специальных транзисторах.
большой мастер по их производству - ZETEX, ныне Diodes.
вот к примеру, вариант - рядом графики...

PS. если в Вашем push-pull мертвое время невелико, то выходной дроссель необязателен - справится внутренняя индуктивность рассеяния.

[kada]

Это что, от 12 вольт по входу работает и 300 на выходе?
Наверняка нет. Не полный это аналог. Не намотать сетевую обмотку печатным монтажом.

Нет конечно. 48В на входе, 8В на выходе. Я понимаю что это не совсем корректное сравнение, просто современные тенденции развития DC-DC конверторов предполагают улучшение массо-габаритных характеристик, чего можно добиться с поднятием частоты.
В связи с этим вопрос. Есть ли некоторый практический максимум частоты, выше которого нецелесообразно собирать сетевой пуш-пул из-за низкого КПД?

[SmartRed]

...
Рассчитаем бюджет статических потерь ключей. Мосфеты стоят IRFZ48N. Сопротивление открытого канала 14 мОм. По два в параллель, итого по 7 мОм на плечо. Максимальный потребляемый ток при 12В питания - 34 А. Средний коммутируемый ток для пуш-пула - 17 А на плечо. Соответсвенно статические потери 2.023 Вт на плечо. На каждый мосфет 1.0115 Вт. На все мосфеты 4.046 Вт.
Подскажите, существенно ли поможет умощнение выходов моего драйвера IR4426 с помощью эммитерных повторителей, например на BD139+BD140 ?

Надо плясать от крайностей.
10В на входе КПД пусть будет 0.9.
Рвых - 400Вт
Скважность близка к 0.5, макс. ток ключа - 45А
ЭФФЕКТИВНЫЙ (а не средний) ток ключа - 32А
Общие статические потери - 14.3Вт

По поводу динамических потерь надо смотреть что у вас там за фронты получились.
Выложите картинки с яйцеллопера с масштабом 100ns/дел что у вас творится в затворах и на стоках.

[kada]

нет принципиальных сложностей, но эмиттерный повторитель должен быть на специальных транзисторах.
большой мастер по их производству - ZETEX, ныне Diodes.
вот к примеру, вариант - рядом графики...

PS. если в Вашем push-pull мертвое время невелико, то выходной дроссель необязателен - справится внутренняя индуктивность рассеяния.

Благодарю за идею. Питание драйвера через развязывающий трансформатор сделано для удобства управления верхним ключем?
Укажите пожалуйста марку диодов и транзисторов.
Сильно ли помогает скорости закрытия силового мосфета диод шоттки, тот что справа на схеме?

[НЕХ]

npn = ZXTN25015DFHTA
mosfet = IRLML2803
diodes = BAT54s

одинокий диод на скорость почти не влияет - его задача защитить переход база-эмиттер от чрезмерного обратного напряжения и не давать напряжению на затворе силового ключа расти при отсутствии управления через трансформатор.

[Microwatt]

Нет конечно. 48В на входе, 8В на выходе. Я понимаю что это не совсем корректное сравнение, просто современные тенденции развития DC-DC конверторов предполагают улучшение массо-габаритных характеристик, чего можно добиться с поднятием частоты.
В связи с этим вопрос. Есть ли некоторый практический максимум частоты, выше которого нецелесообразно собирать сетевой пуш-пул из-за низкого КПД?

Тогда не мучайтесь завистью. Сделать с 48вольт 8 и сделать с 8 вольт 300 - две большие разницы при одной и той же мощности.
Вам посоветовал бы во избежание технологических трудностей с литцендратами и динамическими потерями выше 50-60 кГц не подниматься.

[kada]

ЭФФЕКТИВНЫЙ (а не средний) ток ключа - 32А

Вы правы, это мощность распределяется пополам. А я и ток взял средний

npn = ZXTN25015DFHTA
mosfet = IRLML2803
diodes = BAT54s

одинокий диод на скорость почти не влияет - его задача защитить переход база-эмиттер от чрезмерного обратного напряжения и не давать напряжению на затворе силового ключа расти при отсутствии управления через трансформатор.

Спасибо за разъяснения. А у ZXTN есть какие-нибудь более ширпотребные аналоги? А то этих диназавров у нас не достать.
Какие получились фронты на Вашем драйвере с 20N60?

[НЕХ]

А у ZXTN есть какие-нибудь более ширпотребные аналоги? А то этих диназавров у нас не достать.
Какие получились фронты на Вашем драйвере с 20N60?

аналоги - транзисторы BISS от NXP, например. (или FMMT619)
Фронты на соседних со схемой картинках.

[Plain]

Ткните пожалуйста носом на хорошую книжку по преобразовательной технике.

Ничего не вспоминается, разве что брошюрки, типа такой.

Поднять бы еще КПД процентов на 10 Куда дальше копать?

У Вас сейчас снабберов практически нет, индуктивность рассеяния трансформатора долбит по встроенным в ключи ограничителям, хотя в любом случае такое схемное решение будет терять энергию.

Трансформатор плох тем, что намотан внавал, отсюда и индуктивность рассеяния такая большая.

[kada]

По поводу динамических потерь надо смотреть что у вас там за фронты получились.
Выложите картинки с яйцеллопера с масштабом 100ns/дел что у вас творится в затворах и на стоках.

Выкладываю осциллограммы.

У Вас сейчас снабберов практически нет, индуктивность рассеяния трансформатора долбит по встроенным в ключи ограничителям, хотя в любом случае такое схемное решение будет терять энергию.

Подскажите пожалуйста более продвинутое схемное решение в плане КПД. Может сделать рекуперацию энергии снабберов обратно в источник?

Трансформатор плох тем, что намотан внавал, отсюда и индуктивность рассеяния такая большая.

Меди много, по другому она бы не влезла. Попробую найти и намотать фольгой.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Plain]

Меди много, по другому она бы не влезла. Попробую найти и намотать фольгой.

Внавал много меди не влезет по определению, и можно вполне обойтись без фольги — мотать проводом одного диаметра слой первой половины первички, поверх слой вторички, поверх слой второй половины первички. И так далее, такими вот бутербродами.

[kada]

Внавал много меди не влезет по определению, и можно вполне обойтись без фольги — мотать проводом одного диаметра слой первой половины первички, поверх слой вторички, поверх слой второй половины первички. И так далее, такими вот бутербродами.

У меня первичка состоит из 45 х 0,41 проводов. Мотал я ее, как рекомендуется, две полуобмотки одним пучком, т.е. 90 х 0,41. Первичку видно на фотографии в первом посте, она намотана поверх вторички. Вторичку мотал виток к витку с межслойной изоляцией.
Первичка, состоящая из 3-х витков, не влезла одним слоем на всю поверхность катушки, поэтому 3-й виток пришлось немного распушить и равномерно распределить по всей площади катушки, по другому он просто бы не влез.
Поясните пожалуйста, не возникнет ли проблем с нессиметричностью полуобмоток первички, если мотать предложенным Вами способом?

[НЕХ]

Ткните пожалуйста носом на хорошую книжку по преобразовательной технике.
Куда дальше копать?

рекомендую
посетить страницу Ernest Wittenbreder
и его патенты
посетить страницу Ivo Barbi

на пару недель хватит...

Сообщение отредактировал НЕХ - Jan 21 2012, 15:47

[kada]

рекомендую
посетить страницу Ernest Wittenbreder
и его патенты
посетить страницу Ivo Barbi

на пару недель хватит...

Благодарю

Внавал много меди не влезет по определению, и можно вполне обойтись без фольги — мотать проводом одного диаметра слой первой половины первички, поверх слой вторички, поверх слой второй половины первички. И так далее, такими вот бутербродами.

Намотал таким способом на Ш12х15. Еле влез в окно, много места уходит на межслойную изоляцию. Завтра буду испытывать.
Как лучше соединить среднюю точку первички - непосредственно на трансе или вывести отдельными проводами и соединить на плате?

[Herz]

Как лучше соединить среднюю точку первички - непосредственно на трансе или вывести отдельными проводами и соединить на плате?

Лучше пропустить выводы через окошко ТТ (с разных сторон, вестимо) и только потом соединить.

[Plain]

не возникнет ли проблем с нессиметричностью полуобмоток первички, если мотать предложенным Вами способом?

Вряд ли, здесь сброс достаточен. В идеале, конечно, и если Ктр позволяет, полуобмотки делят на секции на середине сердечника, т.е. одна половина каждой полуобмотки первички лежит под вторичкой, другая над ней.

[kada]

К сожалению новый транс не поспособствовал увеличению КПД, оно не изменилось.

Выкинул старую ОС и сделал ее на время экспериментов на обычном резисторном делителе и завел напрямую на TL494. Тем самым избавился от неприятных писков и визгов выходного дросселя.

Я попробовал умощнить выходы IR4426 сначала с помощью эммитерного повторителя на BD139+BD140, изменений не заметил. Затем добавил предварительный каскад эммитерного повторителя на BC847+BC857 перед BD139+BD140, КПД увеличилось на 1,5%. Фронты на затворах мосфетов стали порядка 100-150нс.

Во время опытов сгорел один мосфет во время подключения нагрузки. Стал разбираться, оказалось что сгорел один из диодов в выходном мосте, видимо после него и мосфет.
Поменял диоды на более мощные - HER508 (5A 800V), при первом включении при подсоединении нагрузки опять сгорает один из диодов. Наученный горьким опытом успел выключить преобразователь и тем самым спасти жизнь мосфетам. Думаю проблема может быть в приличном скачке тока при подсоединении нагрузки в виде холодной лампочки. Видел в одной схеме преобразователя резистор 1 Ом включенный последовательно после диодного моста. Не по этой ли причине его туда ставят?

Поставил снабберы 0,1 мкФ + 47 Ом параллельно каждой полуобмотке первички. Сделал осциллограммы тока первички и напряжения на полуобмотке. Измерения проводил, как и раньше, относительно средней точки первички. Поясните пожалуйста, почему происходит колебательный процесс тока вместо его линейного нарастания? Может это и есть причина не высокого КПД?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[georgy31]

Я как то раз победил колебательный процесс надев ферритовые кольца на ноги первички транса, в другой раз снаббер навесил параллельно первичке где то 100 ом и 2 нан последоватьельно, но надо подбирать в каждом случае свои номиналы. А ещё можно попробовать влепить диод на вход 12 вольт перед(после) входного дросселя. Это у вас самоинюкция видать по питанию гуляет.

[Plain]

Поясните пожалуйста, почему происходит колебательный процесс тока вместо его линейного нарастания?

А что с трансформатором тока? Вы его исправили на то, что рекомендовал SergCh?

[SmartRed]

...
Сделал осциллограммы тока первички и напряжения на полуобмотке. Измерения проводил, как и раньше, относительно средней точки первички. Поясните пожалуйста, почему происходит колебательный процесс тока вместо его линейного нарастания? Может это и есть причина не высокого КПД?

Судя по всему, частота паразитного резонанса трансформатора (индуктивность рассеивания с ёмкостью вторички) порядка 300кГц
Плюс 1.2Мгц это колебалка открытого конца первички транса
В результате, у вас в силе болтается чудовищная реактивная мощность, что и дает низкий КПД.

Сделать трансформатор с таким коэффициентом трансформации и приемлемыми паразитами это серьезная наука.

[kada]

А что с трансформатором тока? Вы его исправили на то, что рекомендовал SergCh?

Я пока его исключил из схемы на время экспериментов.

Судя по всему, частота паразитного резонанса трансформатора (индуктивность рассеивания с ёмкостью вторички) порядка 300кГц
Плюс 1.2Мгц это колебалка открытого конца первички транса
В результате, у вас в силе болтается чудовищная реактивная мощность, что и дает низкий КПД.

Сделать трансформатор с таким коэффициентом трансформации и приемлемыми паразитами это серьезная наука.

Что интересно КПД в китайских ширпотребных инверторах более 90%, во всяком случае они так заявляют. Мне же подняться выше 84% пока не удается. Это на нагрузке 200 Вт. А на 300 Вт еще хуже - около 80%, а это 75 Вт тепла, которое нужно куда-то девать. Вот только как это сделать эффективно в жару под 45 град. в металлическом корпусе под открытым небом не совсем понятно. Надежность будет не ахти.
Есть ли еще ухишрения, помимо изменения конструкции трансформатора, борьбы с этими паразитными колебаниями?

Я как то раз победил колебательный процесс надев ферритовые кольца на ноги первички транса, в другой раз снаббер навесил параллельно первичке где то 100 ом и 2 нан последоватьельно, но надо подбирать в каждом случае свои номиналы.

Спасибо за советы, завтра поэкспериментирую.

А ещё можно попробовать влепить диод на вход 12 вольт перед(после) входного дросселя. Это у вас самоинюкция видать по питанию гуляет.

В качестве эксперимента попробую, но на этом диоде рассеится не мало тепла. Конденсатор после дросселя (C13) довольно сильно нагревается, градусов до 65. А конденсатор до дросселя (C14) - холодный, что подтвержадет Вашу мысль о наличии токов самоиндукции замкнутых по цепям питания. Т.к. индуктивность L1 (2,2 мкГн) небольшая, то разность температур C13 и C14 может говорить о высокой частоте самоиндукции.
Странно то, что навешивание керамики непосредственно на среднюю точку первички не спасает от нагрева заметно дальше расположенный электролит C13.

[egorr]

Есть один простой способ для Вашего случая,позволяющий повысить КПД при сохранении требуемой мощности-4 трансформатора на 100Ватт,к каждому по паре транзисторов и раскачка их драйверами от одного контроллера.Вторичные обмотки трансформаторов соединить последовательно.

[НЕХ]

Voltage-Mode Push-Pull Converters
а то смотреть на графики страшно...

[kada]

Voltage-Mode Push-Pull Converters
а то смотреть на графики страшно...

За статейку мерси. Очень познавательно.
А насчет графиков думаю что я измеряю какие-то наводки, а не сам сигнал. Пробовал менять частоту и нагрузку, картина примерно та же.
В общем решено пока обойтись покупными инверторами до более детального изучения теории и понимания всех процессов.
Всем отозвавшимся большое спасибо за помощь!

Попутно начал изучать LTSpice.
Кстати, а чем плох MicroCAP для моделирования силовой электроники? Просто имею опыт работы в нем, а тут все советуют лучше в LTSpice моделировать.
Я так понимаю главное преимущество LTSpice в библиотеках?

[vlvl@ukr.net]

Я вот смотрю на вашу схему и не могу понять зачем Вы поставили транс TV1 между мосфетом и TV2, это же по любому увеличит выбросы на стоках ключей. Если это транс тока поставте его в среднюю точку TV2. И с С15 непонятно, Вы его убрали, вроде бы кто то в постых выше об этом писал ?

[Microwatt]

Попутно начал изучать LTSpice.
Кстати, а чем плох MicroCAP для моделирования силовой электроники? Просто имею опыт работы в нем, а тут все советуют лучше в LTSpice моделировать.
Я так понимаю главное преимущество LTSpice в библиотеках?

Да как раз MicroCAP богаче по библиотекам. Там разных компонентов полно, а у LTSpice только фирменные. Правда самопальные модели неизвестных авторов в инете есть, но доверия к ним...
Но вот трансформатор в MicroCAP я так и "ни асилил". А это резко сокращает область применимости моделей.
Ну и вывод данных в LTSpice намного удобнее.

[kada]

Я вот смотрю на вашу схему и не могу понять зачем Вы поставили транс TV1 между мосфетом и TV2, это же по любому увеличит выбросы на стоках ключей. Если это транс тока поставте его в среднюю точку TV2. И с С15 непонятно, Вы его убрали, вроде бы кто то в постых выше об этом писал ?

Вы правы, это трансформатор тока. Я его пока исключил на время экспериментов.
C15 убрал.

Да как раз MicroCAP богаче по библиотекам. Там разных компонентов полно, а у LTSpice только фирменные. Правда самопальные модели неизвестных авторов в инете есть, но доверия к ним...
Но вот трансформатор в MicroCAP я так и "ни асилил". А это резко сокращает область применимости моделей.
Ну и вывод данных в LTSpice намного удобнее.

Значит правильным путем иду

[Starichok51]

Но вот трансформатор в MicroCAP я так и "ни асилил".

вот вам пример транса в микрокап9.
для сердечника параметры вводятся в сантиметрах.
указываются индуктивности, которые на нем расположены.
в примере указано число витков и начальное условие отсутствия тока в обмотках.
в примере сердечник указан с зазором.

Прикрепленные файлы

 Trans.rar ( 2.31 килобайт ) Кол-во скачиваний: 42

 

[Microwatt]

Спасибо, попробую разобраться. У меня почему-то если поменять концы обмотки напряжение не меняет полярность, а сдвигается.
Т.е. с обмотки идут не импульсы минус 12 вольт, а идет минус 12 вольт, а при импульсе - нуль. ???!!
Из-за чего и забросил микрокап с трансформаторными узлами. А для источников питания это , считай, все не годится.

[_gari]

у LTSpice есть еще одно серьезное преимущество, в отдичии от9 капы, умеет считать на многих ядрах сразу.
Интересно, сколько надо времени для анализа вот такой схемы в капе

Заряд емкости 200мкф до 750В

Эскизы прикрепленных изображений

 

[НЕХ]

Интересное решение. Правда нужен драйвер верхнего ключа S2 на рисунке (с), ну и отвод вторички. А можно взглянуть на первоисточник?

Improved Forward Topologies for DC-DC Applications

[Starichok51]

Microwatt, очень важно указывать начальные условия, что изначально ток в индуктивностях равен нулю.
для емкостей это указание тоже важно для преобразовательной схемы.
транс для этого примера я взял из своей схемы для флая. поэтому полярность обмоток указана для флая.
у меня никакого смещения уровня не происходит.