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

 

[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.

[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.

[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.

[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.