Нужно было сделать преобразователь 10-70В > 20В 1А
Сделал обратноходовый, получил КПД 70%

Вопрос : если КПД 70% меня не устраивает, то какой путь был лучше для решения задачи ?
И вообще, использовать в этом случае обратноходовый- правильно ?
Коэффициент трансформации в обратноходовике лучше 1:1 или 1:2 (на первичке 7 витков на вторичке 14) ?
Греется больше всего силовой транзистор PSMN030-150B.118 . Причём судя по осцилограммам и по тому что супрессор холодный не в момент переключения, а когда просто открыт.

Спасибо !

Повысить бустом до 70В, а за ним форвард. У меня такой имеет кпд>85% при мощности 100Вт. К стати если есть провалы входного, то можно хорошо копить энергию электролитами на 70-ти вольтах.

Забыл сказать - нужна гальваническая развязка.

Если сначала повышать до 70, то потом форвард на каком принципе ? Косой мост/ полумост ?

Форвард - это не прямоход? Зачем усложнять?

Например, каскадный преобразователь, по типу LM5041 (она не подходит по ТЗ, да и кривовата) — это когда понижающий (в д.с. синхронный, исходя из КПД) стабилизатор питает током (current-fed, т.е. промежуточного конденсатора нет) модулятор трансформатора.

Схема удобна тем, что этот модулятор можно сделать на чём угодно, хоть на автогенераторе, и с перекрытием полупериодов (такой режим есть в той же LM5041), а под синхронный выпрямитель на вторичной стороне годится простой пассивный.

Как сделать лучше - теперь понятно .

А какие будут советы по оптимизации моего обратноходовика ?
У меня уже сделаны 50 плат, и закуплены комплектующие...

На осциллограммах :
Силовой транзистор PSMN030-150B.118, частота 74КГц , в первичной обмотке 7 витков во вторичной 14 сердечник EFD20 U160 ,
напряжение питания 10В , на выходе 20В.

Смущает больше всего то, что под конец прямого хода на транзисторе падение 0.8В .
Хотя ток потребления 2.8 А , стало быть пиковый через транзистор 2.8 * 4 =11.2 ,
сопротивление транзистора в открытом состоянии 30мОм , и падение тогда должно быть 0.34В
Щуп и земля осциллографа подключены прямо к ногам транзистора, т.е. это падение именно на нём а не на дорожках.

Это у холодного, а Ваш случай — это клетка с цифрой 0,08 Ом в бумаге на него.

Ну, а если уж основные потери на транзисторе когда он открыт, то чем мне поможет другой тип преобразователя ? Наверно в первую очередь нужно думать о другом транзисторе ?

?
А щуп у Вас 1:10?

Да

У Вас действительно на нём 5 Вт потерь?

Откуда 5Вт? Даже при сопротивлении канала 0,08 и пиковом токе 12 А больше чем 1,8Вт не вычисляется. Ладно, добавлю ещё пол-ватта на динамику, при входном 10В вряд ли будет больше.

MiklPolikov, КПД может неправильно меряли? или какие-нибудь провода не учли. По картинкам трудно что-либо точно сказать, но замена транзистора не очевидна. Ищите что греется.
И ещё, в сердечнике обе половинки U160, т.е. 80нГн/вит2? Или как положено: одна с зазором, другая без? А то ток 11, 2А в пике по Вашим осциллограммам для 160нГн/вит2 не получается.

Больше всего греется транзистор.
В сердечнике обе половинки U160 , и при этом получается 160нГн/вит2 . Это подтверждают измерения RLC метром.

Значит надо смотреть управление (как со спадом тока, сколько нс?) и снаберы (хотя не те напряжения, вроде) ну и как трансформатор намотан: параметры обмоток, диаметры проводов...

А как же быть с ДШ:
Да и если 0,16мкГн/вит2, то L1=0,16*W2(в смысле в квадрате )=0,16*7*7=7,84мкГн, амплитуда тока в обмотке Im=U*t/L1=10В(примерно)*6,5мкс(длительностьоткрытого состояния по осциллограмме)/7,84мкГн=8,3А, т.е. 11-ти ампер нету, значит кто-то врёт:либо осциллограф, либо ещё какой прибор, а может автор ошибается

Из личного опыта по подобным ОХК: КПД до 80% в ваших условиях получить не трудно, может даже до 85, но если этим озаботиться сначала проекта. Когда проект уже готов, закуплена комплектация на 50 штук, то задача вытягивания КПД усложняется. Вам правильно указывают, что потери прямой проводимости силового транзистора-не основная причина невысокого КПД. Ищите другие.

Если есть возможность поиграть с трансформатором, то можно рассмотреть альтернативу.
Расчёты проведены для предельного режима, входное напряжение 10В, преобразователь работает на грани между разрывным и непрерывным током в первичной обмотке трансформатора.


Ваш вариант, примерно:

Входное напряжение 10В

Частота преобразования 74кГц

Индуктивность первички 7,18мкГ

Индуктивность вторички 28,77мкГ


Ток первички:
9,41 – пиковый,
3,844А – среднеквадратический

Ток вторички:
4,7 А – пиковый,
1,92 – среднеквадратический

Максимальный коэффициент заполнения 0,5.
Отраженное напряжение 10В.


Вариант для альтернативного рассмотрения
(проще транс, меньше индуктивность рассеяния, чуть меньше RMS тока первички, но больше у вторички:

Входное напряжение 10В

Частота преобразования 74кГц

Индуктивность первички 12,8мкГ

Индуктивность вторички 12,8мкГ

Ток первички:
7,05А – пиковый,
3,324А – среднеквадратический

Ток вторички:
7,05 А – пиковый,
2,353 – среднеквадратический

Максимальный коэффициент заполнения 0,667.
Отраженное напряжение 20В.

Несколько вопростов :

1)Я правильно понимаю, что если в конце обратного хода на первичке начались вот эти колебания, то
это значит что ток вторички прекратился и сердечник полностью размагничен ?

2)На частоте 80 КГц нагрев обмотки только из-за омического сопротивления ?

3)Правильно ли судить о входе сердечника в насыщение по форме импульсов снятых с последовательного резистора 0.01 Ом ?
Если эти импульсы строго триугольные, вершина не задрана по дуге вверх, то сердечник точно работает как надо ?

1) Да. И затем еще колебательно перемагничивается в процессе этих колебаний.
2) Нет, добавочные потери могут быть заметными (значительными). Насколько-зависит от многих факторов.
3) Да. Можно смотреть и по падению напряжения на самом силовом ключе, если это-полевой транзистор. Величина его сопротивления в проводящем состоянии , конечно, не калиброванная, за то НЕСКОЛЬКО десятков миллиом. При насыщении сердечника скорость нарастания тока сильно увеличится. У сердечников из пресспермов это происходит достаточно плавно и можно спокойно поразглядывать картинку.

Прочитал про доп. нагрев обмотки связанный с
а) скин-эффектом,
б)эффектом близости витков
в) выпиранием магнитного поля из немагнитного зазора.

Я правильно понимаю, что всё это касается только обратноходовых трансформаторов ? А в прямоходовых в сердечнике магнитного поля почти нет,
и в обмотке значит его то же нет, и тогда этих трёх эффектов там то же нет, все потери чисто омические ?

А куда же оно девается?

Откуда ж тогда ЭДС во вторичной обмотке берётся? раз магнитного поля нет... Неужто Ьожьей силой...

Его почти нет. Магнитное поле вторички почти полностью компенсирует поле первички.
За счёт этого сердечник и не входит в насыщение, хотя имеет огромную проницаемость.
Представьте себе прямоходовый трансформатор с одинаковым числом витков на первичке и вторичке. И если у него КПД близко к 100% ,
ток первички почти равен току вторички, количество витков одинаково...

И как Вы представляете будет сохранятся закон сохранения энергии и как она передается из первички во вторичку, если нет магнитного поля. И при
чем тут количество витков?

Количество витков при том, что так это себе проще представить. Ток в первичке равен току вторички (с точностью до КПД) , количество витков одинаковое,
стало быть магнитные поля почти скомпенсируют друг друга .

Здесь Вы говорите о напряжённости поля, она действительно мала и пропорционалина разности ампервитков обмоток, но ведь поток (индукция) присутствует. Нет потока, точнее изменения потока - нет напряжения на обмотке. Я так дууумаю

Так что при грамотном исполнении трансформатора Вы выигрываете только по пункту б), ну и немножко по в), да и здесь речь должна идти тоже о потоке.

Хорошо, скажите как передается энергия из первичку во вторичку.

Через магнитное поле разумеется.
Я не говорю, что там совсем нет поля, а говорю что поле вторичной почти полностью компенсирует поле первичной обмотки.

Это вопрос из серии
"Если магнитное поле не проникает вглубь сверхпроводника, то откуда в сверхпроводнике появляется ток, поле которого компенсирует внешнее ?"

Нет, вопрос из серии, как передается энергия.

Да вопрос вырастает в старый анекдот: "...я всё понял про электричество, только скажите как керосин по проводам течёт?"
А вообще, работа трансформатора основана на законе электромагнитной индукции, формулу которого все помнят. Так вот там (в законе) участвуют не все характеристики поля, а только одна - потокосцепление, а про напряжённость ни слова.Вот с помощью его (потокосцепления) и передаётся энергия
Напишите на бумажке чтоб запомнить

керосин, керосином(как и потокосцепление), а энергия определяется законом сохранения энергии.

Да все в порядке с законом сохранения энергии.
В идеальном трансформаторе поток считается равным нулю. Ампервитки первичной обмотки всегда равны сумме ампервитков остальных. Энергия передается подобно механическому рычагу, не отвлекаясь на потери в конструкции самого рычага, прямо и мгновенно. Причем, при изменении входного напряжения любого знака (движение в любом направлении).
А вот в обратноходовом трансформаторе картина качественно иная. Это, строго говоря, не трансформатор, а многообмоточный энергозапасающий дроссель. Четко выражена фаза прямого хода с накоплением энергии в магнитном поле и обратного - с отдачей накопленного. Механический аналог, пожалуй, пружина.

Вот я и спрашиваю про доп.потери в обмотках прямоходового трансформатора, в связи с тем что там магнитного поля почти нет.

1) Потери связанные со скин-эфектом
2) Потери, связанные с эффектом близости витков
там отсутствуют ?

Это заблуждение. Или математическая абстракция, если хотите. Чтобы убедиться, что магнитное поле в трансформаторе есть и оно, по большей части, сосредоточено в сердечнике, выньте сердечник и почувствуйте разницу.

Скин-эффект возникает в любом сплошном проводнике при прохождении переменного тока. Он даже не догадывается есть ли поблизости сердечник или проводник находится в вакууме. То же самое по поводу близости витков. Это тот же скин-эффект, вернее механизм явления тот же.
Поэтому потери эти будут одинаковы и в прямоходе, и в обратноходовом трансформаторе, если не углубляться в детали вроде формы сингала, гармоник и т.д.
Обычно общие потери в прямоходовом конверторе заметно меньше потому что меньше амплитуды токов, чище форма сигнала и не так губительно сказываются индуктивности рассеивания, конструкция трансформатора может быть проще.

Что до поля.... оно и есть, и его нет в прямоходовике. Это может вырасти в такую же дискуссию страниц на 30-40, как и дважды возникавший тут диспут об индуктивности рассеивания. Физики легко считают свет то твердым шариком, то волной, когда как удобно. То же самое с атомом. В идеальном трансформаторе "поле есть, но оно равно нулю"

Вот и Вы найдите способ легко абстрагироваться от ненужных тонкостей, которые на самом деле никому неизвестны и вряд ли когда будут известны. Мы не видим магнитного поля и не можем его попробовать на вкус. Следовательно, заменяем подобием чего-то попонятнее в каждом отдельном случае (моделью).
Поле в прямоходе (сердечнике) проявляется в виде тока намагничивания который , обычно в 10-30 раз меньше амплитуды рабочего тока. Его энергия часто рекуперируется, а не теряется как в обратноходе и на нее мало обращают внимания на практике.

Вы читали статью участника нашего форума?

Я надеюсь, Вы оговорились? Зачем же тогда при проектировании трансформатора мы выбираем материал сердечника, чтоб индукция насыщения была побольше? Ведь Ф=B*S, Ф - поток (мвгнитный), В - индукция, S - сечение сердечника.





Хорошая статья. Порекомендовал "своим", надеюсь поможет навести порядок в "буйных головах". Мне показалось (к сожалению, все ссылки : на литературу и на формулы в одинаковых скобках), что к этой статье должен быть список литературы, но не нашёл его. Было бы интересно знать источники.

Ну так у Bludgera на сайте указан оригинал на буржуйском языке.

Спасибо!
ПС только оригинала там нет и даже в SEM-900 Unitrode (1993) ( http://www.smps.us/Unitrode2.html ) не нашёл к сожалению.

Мы сильно отвлеклись от темы, заданной ТС

Пользуясь осциллограммами представленными ТС в посте #5, анализируя переходные процессы, я сделал модель преобразователяи просимулировал. Правда у меня небыло модели указанного транзистора, но я заменил её известной с Rdson=0,077Ом, что соответствует разогретому транзистору, скорстные параметры близки. Коэфициент связи в трансформаторе Кс=0,985 (по переходным процессам)
Получилось, без учёта потерь в сердечнике и потерь в проводах и на управление (надеюсь там что-то типа UC3842)+ погрешности, КПД= 76% с хвостиком.
Т.е. реальное устройство близко к сделанному мной идеалу (идеал - конечно условно, что получилось - то получилось)
Можно немножко повысить КПД применив более низкоомный транзистор (с помощью снаббера убрать выброс на стоке и взять транзистор на более низкое напряжение), но к сожалению значительно улучшить связь в трансформаторе не удастся.
Так что обратноходовик остаётся по-прежнему самым дешёвым преобразователем, но дешёвое, к сожалению, не бывает лучшим

В защиту ОХК.
То, что при выбранных проектных параметрах ОХК, КПД получается порядка 70%, не препятствует получить более высокий КПД, "улучшив" проект (при этом может потребуется поступиться какими-то другими характеристиками, а может и не потребуется). В условиях задачи ТС (вход 10...70 вольт, выход 20 вольт, 0...20 ватт) реально ставить задачу спроектировать ОХК с КПД 80+% (при полной нагрузке). Да и в уже имеющемся проекте можно попытаться "приподнять" КПД на несколько процентов, но сколько ТС готов за это "заплатить"? (может улучшение КПД-просто пожелание, а нет-и так сойдет).
Не стану спорить, что для получения рекордного КПД, нужен не ОХК, а нечто другое.

у обратнохода весь ток ключа является током намагничивания сердечника.
у прямохода ток намагничивания составляет примерно 10% от тока ключа.

но, поскольку у прямохода нет зазора, проницаемость сердечника выше, а, значит, индуктивность обмотки тоже выше. При равных входны-выходных параметрах - где-то на порядок разница.

Запасённая в сердечнике энергия E=L*I^2/2, у прямохода она есть также как и у обратнохода. Просто ток ниже, а индуктивность выше. Так что не надо говорить, что у прямохода магнитного поля в сердечнике нет Оно есть, причём такое же

Просьба объяснить режим " с перекрытием полупериодов " . Что хорошего, ведь транс в этот момент замкнут по входным обмоткам., или я чего-то недопонимаю. У TI на схеме включения Lm5041 тоже сигналы управления пуш-пулом перекрываются. Буду благодарен за разъяснение. (тем более что в реально спаянной схеме , такое включение только уменьшает КПД и вызывает сильный нагрев транзисторов.)

Для режима без перекрытия потребуется дополнительная деталь (диод, ограничитель и т.п.), которая будет подхватывать питающий дроссель на этот момент, либо его могут ловить ограничители ключей, если они есть.

Насчёт неизвестного нагрева — при данной топологии через ключи в среднем всегда течёт один и тот же ток, который при перекрытии соответственно делится между ними пополам. Есть ещё время восстановления диодов, ёмкости обмоток и т.п., но это уже особенности конкретных схем.

Эта топология у буржуинов называется current-fed, т.е. мост питаемый током. В 80-е годы на неё возлагали большие надежды, потому что ключевые транзисторы тогда были медленные, а топология current-fed позволяет работать с перекрытием. Ещё одна фишка current-fed - возможность получить несколько выходных напряжений без дросселя групповой стабилизации. Однако, есть и проблемы - в паузе, когда ключи закрыты, ток дросселя надо куда-то направить. Для этого был изобретён Weinberg converter, но он защищён патентами, так что тут авторские права и всё такое.