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

 

[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.

[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]

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.