полумост, несколько вопросов сразу Опции

[shf_05]

добрый день коллеги.

устройство следующего типа - полумостовой преобразователь dc110-dc220 на IR2153 .Я перенес схему с макета коллеги на прототип ПП. частота преобразования 56кГц,
трансформатор- кольцо М2000 48*26*12.
показанные на схеме обратные диоды - это на самом деле супрессоры 1,5КЕ.
нагрузка активная - лампы накаливания.

и сразу несколько разочарований:
1) схема греется больше запланированного - КПД всего 90%, я ожидал 95 и выше. хуже всего, что греются ключи (сейчас irfp240, потом будут с меньшими потерями на переключение и в статике),. Во время мертвого времени драйвера между стоком и стоком приличный звон у обоих транзисторов (все время 1мс, амплитуда звона от 0,7 до 0,4 Vsd !!!). в затворах сигнал хорошей прямоугольной формы 10В с небольшими шумами во время мертвого времени (не более 0,2В в пике)
транзисторы в 3 см. друг от друга дорожка между транзисторами около 4мм шириной, питание отфильтровано, LOW ESR конденсатор+пленочник на 1мкФ, разведено толстыми проводниками и полигонами.
2) кстати электролит прилично разогревается.
3) предположил, что насыщается трансформатор, снял ток с шунта 0,3Ом, и ... форма тока в трансформаторе превзошла мои ожидания -см. рисунок. (???), может быть это резонанс индуктивности рассеяния и развязывающего конденсатора? либо по уверениям автора схемы выходной фильтр LC, в чем я лично сомневаюсь.

вопросы:
1. возможная причина звона транзисторов, так ли нужны им обратные диоды в этой схеме при работе на активную нагрузку?
2. почему греется low esr конденсатор (звон), пульсации на нем небольшие,
3. прочие советы приветствуются
4. зачем выбрана схема полумоста с одним конденсатором и не с расщеплением питания?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[НЕХ]

Если войдет в насыщение, то ничего страшнего с ним не произойдет.

трансформатор насыщается при превышении вольт-секунд и к току нагрузки это никакого отношения не имеет.
вернее наоборот - чем больше ток, тем меньше опасность насыщения.

[shf_05]

чем больше ток, тем меньше опасность насыщения.

погодите, погодите! я о тр-ре без зазора, а как же габаритная мощность тр-ра и мощность нагрузки?
при одних и тех же вольт секундах индукция B в сердечнике пропорциональна H, которое пропорционально току, если H уж слишком велико, то B превысит максимальное значение для сердечника и вот оно насыщение.
трансформатор же не может передавать бесконечную мощность из 1) в 2).
ПС-
1. отмотал от своего тр-ра треть витков, повысив рассчетное B до 0,2Тл, тр-р стал меньше тепла выделять, но все равно печка, видимо дальше только суммарное сечение провода увеличивать? N87 на частоте 57кГц не должен греть, а тут такое впечатление, что ключи выделяют тепла меньше тр-ра, диоды не греют почти.
еще источник тепла - NTC по входу схемы, диод по входу и резисторы питания IR-ки. Т.к. корпус не вентилируемый все это нагревает потроха преобразователя до "рука терпит но по лицу видно, что горячо", если открыть крышку, то все кроме этих элементов "теплое".
не будет ли дурной идеей добавить обмоточку питания IR-ки на трансформатор и запитать ее, снизив ток через резисторы?
2. применил IR21531, разочаровался - DT около 0,8мс, что не далеко ушло от прежних 1,4, переключить за первый всплеск колебания не удается.

[thickman]

B в сердечнике пропорциональна H, которое пропорционально току, если H уж слишком велико, то B превысит максимальное значение для сердечника и вот оно насыщение.

Мда. Типичный ответ студентки на любимый вопрос преподавателя. Изучите (вспомните) принцип работы трансформатора. Это ни в коей мере не сарказм, вы в самом начале пути, ничего зазорного в этом нет, все начинали с нуля. Но учить на форуме основам электротехники – увольте сразу.

[gte]

N87 на частоте 57кГц не должен греть, а тут такое впечатление, что ключи выделяют тепла меньше тр-ра, диоды не греют почти.

Греет всегда.
Возьмите на сайте EPCOS программу MAGNETIC DESIGN TOOL и посчитайте сколько выделится тепла в Вашем сердечнике при Вашей индукции на частоте 57кГц.

[orbita]

погодите, погодите! я о тр-ре без зазора, а как же габаритная мощность тр-ра и мощность нагрузки?
при одних и тех же вольт секундах индукция B в сердечнике пропорциональна H, которое пропорционально току, если H уж слишком велико, то B превысит максимальное значение для сердечника и вот оно насыщение.
трансформатор же не может передавать бесконечную мощность из 1) в 2).
ПС-

Габаритная мощность - понятие абстрактное. Существует понятие вольт-секунд, и плотности тока. При максимально допустимых вольт-секундах ( не доводя до насыщения) и при меньших, греют потери в феррите, которые существуют на любой частоте, отличаются только количественно. Второе - плотность тока в обмотке. Если сможете эффективно отводить тепло от трансформатора ( например жидким азотом , то сможете многократно превысить Вашу рассчетную габаритную мощность.

[shf_05]

Мда. Типичный ответ студентки на любимый вопрос преподавателя. Изучите (вспомните) принцип работы трансформатора. Это ни в коей мере не сарказм, вы в самом начале пути, ничего зазорного в этом нет, все начинали с нуля. Но учить на форуме основам электротехники – увольте сразу.

ууу полностью признаю свою неправоту, вот это дела, вот это дела... как же я так оплошал то? программирование в совсем голову замусорило, это же трансформатор а не дроссель. освежил память, как в голову ударило! и ведь ходил с неверным представлением в голове уже несколько недель подряд.
точно точно обмотка 2 ведь уничтожает поток 1) и подавай любой ток, лишь бы частота не была ниже определенной величины.
вот бывает же.

Греет всегда.

конечно всегда греет, по расчетам около 1Вт сердечник и 1,2Вт в меди, вроде бы немного, а температура 75С. а ведь все закономерно- если тепловое сопротивление порядка 25, то при 25*2 Вт +25 температура в комнате= 75С.

Выбросьте нетехнологичный тор и намотайте сами трансформатор - поиграйте зазором и всё наладится !

RM14, лучше тора?
вопрос по зазору, чем вы пользуетесь для получения нужного или сразу готовые сердечники получаете?

[thickman]

Возможно скин не учли, или эффект близости, или оба два эффекта. Вторичка часом не двухслойная? Исходных данных нет, - на какую частоту замахнулись, мощность преобразователя какая? Диапазон нагрузок немаловажен, - основная работа на небольшой мощности с непродолжительными пиками, или же диапазон узкий, близкий к максимальной мощности.

[shf_05]

частота 57кГц, преобразователь нерегулируемый, мощность полная, сначала намотана 2) в два слоя, затем 1) в один слой.
потери 2Вт в тр-ре при более чем 200Вт в нагрузке - неплохо вроде.
остальное - NTC около 2,5Вт (нагревается до 150С) , резисторы в питании драйвера около 1 Вт, снабберы около 2Вт в сумме, катушки в фильтрах около 1 Вт, диод около 1,5Вт.
итого 2+2,5+1+2+1+1,5= 10 Вт, ключи около 10Вт, вот и КПД всего около 90%. выходит ключи еще не самое нагреваемое в этой схеме, попробую другие, драйвер с еще меньшим DT, ну попозже замахнусь на полноценный резонансник.
направление для работы ясны, спасибо всем большое за Ваши советы, отдельное спасибо "за трансформатор" .

[Starichok51]

похоже, термистор NTC не правильно выбран.

[shf_05]

похоже, термистор NTC не правильно выбран.

на 3А выбирал, ток не более 2,5А и макс. емкость которую он зарядить может не превышена, хотя вероятно запаян не тот, что на схеме.
Измерил т-ру NTC в ИБП там 90С при половинной нагрузке.

ПС, поглядел доку на IR2161 ( http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2161.pdf ), уж очень вкусно звучит adaptive dead time (к сожалению на функц. схеме не показали), и ряд других прибамбасов, вот уже решаю перейти на нее.

[shf_05]

коллеги еще по этой же схеме вопрос относительно выходного напряжения на обмотке 2).

не до конца понимаю наличие звона на вторичной обмотке тр-ра примерно амплитудой = вых. напряжению, спадающего за полупериод к нулю, частота около 1МГц. Звон наблюдается и в том случае если нагрузку подключить без выпрямителя прямо к трансформатору. Форма напряжения в 1) без каких-либо выбросов. ( !? )

Измерил Ls2 - около 20 мкГн, если замкнуть обмотку 1).
Понятно, что это влияние инд-ти рассеяния 2-й обмотки ) ? но на какой емкости она звенит? Типичная ли это ситуация? - на всех картинках, что нашел в даташитах и книжках напряжение на 2) без выбросов.
может быть все так и должно быть и не имеет смысла с этим бороться?

В принципе выбросы напряжения меня не напрягают - диоды на 600В, (ultrafast, soft recovery), напряжение в пике около 400В, диоды нагреваются едва едва при макс. нагрузке.
Снаббер ставил, гасит все кроме 1-го импульса, но не нравится его нагрев, поэтому его пока отключил.

Но все же есть желание понять как сделать лучше.

[thickman]

но на какой емкости она звенит?

- вторичная обмотка двухслойная, это плохой вариант. Кроме эффекта близости, такая намотка имеет большую собственную емкость.

[shf_05]

спасибо, т.е."так и должно быть" и причина тому межвитковая емкость+индуктивность рассеяния.
2 слоя это плохо, но к сожалению, сделать однослойную вероятно удастся только с повышением частоты преобразования или применять габаритный трансформатор.
если увеличить частоту, снизить DT до 300нс с другим драйвером, то надеюсь на улучшение.
добиться ZVS удалось подключив последовательно с 1) индуктивность около 1,3мкГн и емкости к транзисторам по 10нФ, переключение шло по трапеции примерно до 0,5 от макс. нагрузки.
но чую надо быть осторожным с ZVS чтобы не сделать хуже чем при жесткой коммутации...

[Herz]

спасибо, т.е."так и должно быть" и причина тому межвитковая емкость+индуктивность рассеяния.
2 слоя это плохо, но к сожалению, сделать однослойную вероятно удастся только с повышением частоты преобразования или применять габаритный трансформатор.
если увеличить частоту, снизить DT до 300нс с другим драйвером, то надеюсь на улучшение.

Это не очень логичная надежда, ИМХО, ведь с ростом частоты и влияние паразитных реактивностей возрастёт.

[thickman]

к сожалению, сделать однослойную вероятно удастся только с повышением частоты преобразования или применять габаритный трансформатор.

Однослойную, с уполовиненным числом витков вторичной обмотки можно, см. симметричный удвоитель напряжения (схема Латура). Но ток вторичной обмотки удвоен, есть и другие более серьёзные подводные камни, вам, пмсм, такую топологию пока рано осваивать. Лучше перейти на сердечники типа ETD и секционирование вторички, половина вторички---первичка---другая половина вторички, здесь (---) – достойная межобмоточная изоляция.

емкости к транзисторам по 10нФ

- на холостом ходу и малой нагрузке 10нФ будут источником дополнительных динамических потерь при включении транзисторов.