Расчет транса импульсного преобразователя., Хелп! Опции

[Валентиныч]

Требуется помощь в оптимизации схемотехники выходного ключевого каскада преобразователя напряжения 6 - 350 вольт с внешним возбуждением, и в выборе типа импульсного транса (точнее - накопительного дросселя).
Задача не тривиальна из-за чисто емкостного характера нагрузки (активная компонента практически отсутствует), что не позволяет применить известные методики расчета. Преобразователь должен заряжать конденсатор до определенного напряжения, и "вырубаться" до момента импульсного же разряда накопительной емкости. Время, отведенное для цикла заряда - не более 1,5-2 мс. Преобразователь управляется микроконтроллером (программную часть не обсуждаем, требуется просто задать параметры управляющих импульсов). Cредняя мощность преобразователя <= 10 Ватт. Дополнительные требования: минимальные массо-габаритные параметры.
Попытки реализации импульсного транса на броне и кольце пока не обеспечивают достаточного КПД устройства.

Конкретнее:
Источник питания - аккумулятор 6-8 вольт, преобразователь (однотактный, обратноходовый) нужен для того, чтобы за 1,5-2,0 мс "закачать" в емкость порцию энергии ~ 30-35 мДж (для емкости порядка 0,47 мкф это соответствует напряжению ~ 360 вольт. Затем следует пауза от 2-х до 60-ти мс, импульсный разряд емкости "на коротыш", и очередной цикл заряда. Режим работы - длительный.
В принципе - все работает, но не удается добиться максимального КПД устройства. Сейчаc КПД не выше 60%, хотелось бы не менее 90%. И проблема именно в трансформаторе - не хочет он нормально работать на реактивную нагрузку... Замена емкости на нагрузочный резистр это подтверждает - КПД возрастает практически до требуемого значения.

Буду рад любым подсказкам, советам и рекомендациям.
Буду вдвойне рад готовому решению.

P.S. С месяц назад оставлял подобное сообщение, но сейчас найти эту тему не удается...

Сообщение отредактировал Валентиныч - Mar 15 2006, 05:38

[Валентиныч]

i=t*Vo/L1=5мкс*6В/2.71мкГн= 11А. Откуда 5.7А взялось?

Действительно, откуда?...
Вынужден признать, что по невнимательности допустил элементарную арифметическую ошибку (стыдно...).

А это из чего следует?

Из методик расчета транформатора, описанных в книгах Митофанова-Щеголева, Поликарпова-Сергиенко и т.д.. Здесь вроде все верно, но - проверю еще раз.
К сожалению, эти общепризнанные методики предназначены для расчета длительного (установившегося) режима преобразователя с незначительным изменением нагрузки. И все расчеты ведутся "задом наперед" - от параметров вторичной цепи (обычная практика таких расчетов). В данном случае имеет место совсем другое - в течение всего времени работы преобразователя наргузка непрерывно изменяется, что в некоторой мере и не позволило мне корректно выполнить предварительные расчеты.
Попробую выполнить расчеты по другому - от "кванта" энергии, запасаемой в первичной цепи в каждом такте работы преобразователя. А затем пересчитаю всё в амперы/вольты/витки.

Кроме того, для этого феррита 100кГц - предельная рекомендованная частота использования. Поэтому могу предположить, что с этим сердечником максимально возможного КПД достичь не удастся.

Да, я это тоже выяснил, но пока другого материала просто нет. Или N48, или наш М2000, выбоор не богатый...

To All: благодарю всех откликнувшихся, и высказавших свое мнение по этому вопросу.
В том числе - моему главному оппоненту АК, чья агрессивность в конце концов заставила меня более критически подойти к решению задачи.
При этом я все же остаюсь при своем мнении в вопросе формирования скоростного ШИМа. Здесь, АК, Ваши выводы не верны как в принципе, так и в частном случае использования таймера2 Меги 8. Если внимательно перечитаете даташит, уверен, поймете свою ошибку.

Особый респект - AML, человеку, деликатность которого оставила самые приятные впечатления, и желание "дружить" и общаться дальше.

Так что дискуссия не прошла впустую.
Кое-что начинает проясняться как в общей теории работы преобразователей такого класса, так и в подходе к решению моей конкретной задачи.
Беру тайм-аут на 2-3 дня. О положительных результатах (если такие будут) обязательно сообщу.

[=AK=]

АК, Ваши выводы не верны как в принципе, так и в частном случае использования таймера2 Меги 8. Если внимательно перечитаете даташит, уверен, поймете свою ошибку.

Трудно спорить, когда вместо доводов, расчетов и примеров приводится безапелляционное мнение безо всяких обоснований. Увы, практика (в том числе данное обсуждение) показывает, что такое безапелляционное мнение часто бывает ошибочным, а доводы не приводятся по той простой причине, что их или вообще нет, или же они слишком шаткие, чтобы их было не стыдно произнести вслух. Со своей стороны, вынужден еще раз процитировать аппликуху AVR131, стр.2 и 3

In the AVR, the timer/counters are used to generate PWM signals. To change the PWM
base frequency, the timer clock frequency and top counter value is changed. Faster
clock and/or lower top value will increase the PWM base frequency, or timer overflow
frequency. With full resolution (top value 255) the maximum PWM base frequency is
250 kHz. Increasing the base frequency beyond this frequency will be at the expense of
reduced resolution, since fewer step are then available from 0% to 100% duty cycle.
Altering the value of the Output Compare Registers (OCR) changes the duty cycle.
Increasing the OCR value increases the duty cycle. The PWM output is high until the
OCR value is reached, and low until the timer reaches the top value and wraps back to
0. This is called Fast-PWM mode.

The selection of resolution versus base frequency is thus an application dependent
trade-off.

Setting the counter top value to a small value, very high base frequencies are available.

The highest possible timer clock frequency for the ATtiny26 high-speed timer is 64 MHz
(no prescaling). At 16 MHz PWM base frequency (top value 3) the OCR value can be
set to 0, 1 (25% duty cycle), 2 (50% duty cycle, A in Figure 4) or 3 (100% duty cycle).
This shows that lowering the top value to increase the PWM base frequency reduces
the resolution.

Из этого следует, что можно получить высокочастотный ШИМ с произвольно малым числом шагов (например, 4, как в этом примере), а для получения ЧИМ достаточно манипулировать значением top. Если это не так, укажите конкретно, что мешает это сделать, а также почему в Атмеге8 нельзя получить высокочастотный ШИМ с малым числом шагов. Разве в Атмеге этот кусок железа совсем другой?

Сообщение отредактировал =AK= - Mar 19 2006, 00:41

[Валентиныч]

Трудно спорить, когда вместо доводов, расчетов и примеров приводится безапелляционное мнение безо всяких обоснований. Увы, практика (в том числе данное обсуждение) показывает, что такое безапелляционное мнение часто бывает ошибочным, а доводы не приводятся по той простой причине, что их или вообще нет, или же они слишком шаткие, чтобы их было не стыдно произнести вслух.

Есть в сети категория людей, которые считают себя и свое мнение истиной в последней инстанции...
Да еще и ярлыки вешают направо и налево.
Если Вы смогли заметить, я умею признавать свои ошибки, даже самые нелепые. Попробуйте приобрести это качество, и общаться с Вами стенет намного интереснее.
А пока я просто переадрессую Вам Вашу же ремарку, процитированную выше.

Из этого следует, что можно получить высокочастотный ШИМ с произвольно малым числом шагов (например, 4, как в этом примере), а для получения ЧИМ достаточно манипулировать значением top. Если это не так, укажите конкретно, что мешает это сделать, а также почему в Атмеге8 нельзя получить высокочастотный ШИМ с малым числом шагов. Разве в Атмеге этот кусок железа совсем другой?

Из этого ничего не следует, кроме того, что в приводимом примере речь идет совсем о другом аппаратном устройстве, которое работает на совсем другой частоте, и обладает совсем другими свойствами.
Я упорно пытаюсь объяснить, что меня интересует частное, конкретное решение именно на Меге 8, и именно на Таймере 2 этого камня. То, что скоростной ШИМ (и ЧИМ, если хотите) можно так или иначе реализовать на другой аппаратной базе для меня не новость уже лет 40 - именно тогда я познакомился с теоремой Котельникова, из которой, в частности, следует, что дискретность изменения частоты и скважности не может быть выше величины шага приращения.(Очень надеюсь, что Вы теперь не обвините меня в старческом склерозе и маразме! )
В данном, конкретном случае, шаг приращения равен периоду CLC таймера, с учетом прескалера/8 - это ровно 1 мкс.
Отсюда, максимальная частота ШИМ (f), который возможен для этого устройства - 500 кГц. При этом скважность будет равна 2. В принципе, возможно изменение как f, так и скважности с шагом 1 мкс, но в данном случае, как мне кажется, предпочтительнее СТС мода (она легко реализуется аппратано), которая позваляет генерировать меандр на любой частоте кратной 2 мкс. Таким образом, снижение частоты ШИМ до 100 кГц (период - 5*2 мкс) позволит реализовать ЧИМ с дискретность 10% от базовой частоты 100 кГц. При уменьшении частоты относительный шаг приращения будет уменьшаться, при увеличении - увеличиваться. И только на частотах ШИМ менее 5 кГц дискретность регулирования достигнет 1 % (впрочем, я отнюдь не убежден, что такая точность требуется для решения моей задачи). Относительный шаг приращения вверх будет только увеличивать дискретизацию, в пределе доводя ее до 100%.
Если Вы такие режимы называете Fast PWM, то я ничего не имею против.
Но меня это НЕ УСТРАИВАЕТ.