Для начала о ситуации кратко - есть мощный трансформаторный DC-DC преобразователь с частотой преобразования 20 кГц.
Сердечник - ГД14ДС К 140 Х 60 Х 20.
Теперь о картинках.
На первом рисунке показана используемая схема, на втором - напряжение на первичной обмотке(кр.) и на вторичной(син.).
Нетрудно заметить, что напряжение содержит выбросы и немаленькие, хотелось бы от них избавиться. Что можете подсказать ?

Красная диаграмма больше похожа на напряжение на транзисторе а не на напряжение на первичной обмотке трансформатора (постоянная составляющая и асимметрия).

Чтобы подавить переходный процесс есть два варианта:
1. RC-цепочка, которая подавляет переходный процесс на фронтах. Выброс конечно останется, но колебательность уберется...
2. Дроссель в первичке, который превращает все в генератор тока...

А как там с перекрытием по управлению ключами моста? Если нет паузы, то при коммутации плечь моста будут сквозные токи, которые и передадутся во вторичную обмотку...

Параллельно С1 необходим керамический С2 = 1-0,1 мк конденсатор для фильтрации в\ч составляющих.
Дроссель в первичке - сомнительное предложение. вносить в эти места реактивности думается не полезно.
Всё легче, когда нагрузка согласованная, и неизменная (в определённых пределах) по другому выбросы будут.
<А как там с перекрытием по управлению ключами моста?> на фронтах выхода заметна неправильность перекрытия - очень отчётливо. На входах транса выброс там же. корелляция 100%.

Если речь идет о выбросах на стоках транзисторов, то, как уже сказали - демпферные цепочки разных типов.
Но, как я понимаю, есть еще один момент - выбросы напряжения на вторичной обмотке в районе перехода через ноль. Они объясняются перекрытием токов ключей, вызванных наличием индуктивности рассеяния. Даже если по управлению все нормально и перекрытия нет, ток ключа не может спасть скачком. Он спадает линейно со скоростью, определяемой индуктивностью рассеяния. В другом ключе в это время ток с той же скоростью нарастает. На вторичной обмотке вплоть до завершения этих коммутационных процессов напряжение в идеале должен быть равным нулю. Т.е. из меандра управления ключи сформируют на выходе двуполярное напряжение с "мертвым временем". И как я понимаю, от этого избавиться принципиально нельзя (при наличии индуктивности рассеяния). На это нулевое напряжение "мертвого времени" видимо накладываются какие-то колебательные процессы в паразитных реактивностиях и мы после спада напряжения до нуля видим его рост и лишь потом переключение на другую полярность.

Да, это напряжение на транзисторе, ошибся в спешке.




По поводу выбросов - удалось их значительно
подавить применением снаберных конденсаторов между + и -.
Конденсаторы должны быть с толстыми выводами, низкоиндуктивные и их нужно крепить непосредственно к выводам транзистора иначе от них нет эффекта !!!


AML, спасибо за ответ. Скорее всего именно так и происходит.
Перемотали трансформатор, снизили индуктивность рассеяния до 1.5мкГн - картина изменилась.


По поводу "мертвого времени" - оно равно 1.3 микросекунды.

Для сравнения привожу картинку без снаберных конденсаторов.

На второй картинке показано напряжение на транзисторе и ток через первичную обмотку
(со снаберными конденсаторами), но для упрощенной схемы - без диодного моста, конденсатора, дросселя. Нагрузка 70 Ом сразу подключается ко вторичной обмотке трансформатора.
Видны пички в начале импульса - это по той же причине(индуктивность рассеяния) ?

Такие шпильки вызваны индуктивностью рассеяния, однозначно. Но - в идеальной мостовой схеме их не бывает, поскольку напряжение на ключе не может превышать напряжение питания из-за боди-диода противоположного транзистора.
На схеме у Вас не показан входной кондер, а его отсутствие (или очень отстойное качество или очень неудачное расположение) как раз и может приводить к данной картинке - ток течет через боди диод, и во входной кондер толком не попадает.
Вторая версия - некорректное измерение, слишком длинные концы осциллоскопа, и на них благополучно наводится напруга от резкого изменения тока в ключах и трансе...

Мне тоже некоторые из "звонов" в осциллограмме показались похожими на наводки в щупе.

Параллельно обмотке RC цепочку. R демпфирует колебания, а С не дает через него протекать НЧ составляющей.

Вопрос в продолжение темы - из-за чего может отличаться напряжение пиковых выбросов на транзисторах VT3, VT4 по сравнению с VT1, VT2 ?
Для сравнения уровень напряжения пика выброса на VT1 чуть меньше 70 Вольт, на VT2 - около 70 Вольт, на VT3 - 76 Вольт, на VT4 - 83 Вольта.

Была версия с различием обвязки драйверов, но при смене их местами ситуация не изменилась. Транзисторы VT3, VT4 меняли - ситуацию это не изменило. Обвязка для гашения выбросов на транзисторах одинаковая.
Есть небольшая разница в размещении транзисторов относительно шин, которые соединены с электролитическими конденсаторами большой емкости, но сомнительно, что это даст разницу 10 вольт...

А попробуйте посмотреть сигнал на участке проводника между шинами и транзистором.

ответ есть в вопросе:

Сомнения напрасны, бывают гораздо бОльшие отличия по этой причине.

А как можно бороться с выбросами в мощных преобразователях ?
Метод уменьшения времени переключения приводит к росту динамических потерь. Различные "срезающие" цепи должны обладать очень высоким быстродействием.
Как наиболее "гармонично" решить проблему выбросов ?

Как видно до сих пор не понят принцип работы "срезающей" цепочки.....
В особомощных преобразователях используют квазирезонанс или резонанс, там этого звона практически не наблюдается....

Ну, силовой электроникой занимаюсь относительно недавно - в срезающих цепочках не спец.
Можно ли примерчик мощного квазирезонансного или резонансного преобразователя ?
Я так понимаю там выигрыш в том, что переключение происходит тогда, когда ток через обмотку минимален ?

Ну этим делом балуются в первую очередь сварщики - пошарься тут valvolodin
а так куча аппликух у TI:
slua107
slua159
slup085 - эта наверное в первую очередь для ознакомления

Поделюсь ещё одной проблемой, суть которой мне пока не ясна.
На самой первой схеме к первичной обмотке прикладываются
примерно 50 Вольт коммутируемые с частотой 20 000 Гц, со вторичной снимается примерно 350 Вольт. Ток в первичной обмотке чуть меньше 100 Ампер. При этом первичная обмотка слишком сильно греется(до 80-90 градусов). Вторичная по сравнению с первичной вообще холодная. Сначала было, предположение,
что это влияние скин-эффекта, но намотка многожильным проводом с диаметром 0.6 мм(60 проводов) показала, что нагрев от этого не уменьшился. Активное сопротивление всех обмоток, с которыми проводились опыты, довольно мало - единицы микроом. На всякий случай провели отдельный опыт - при пропускании постоянного тока 100 Ампер через провод первички, он нагревался до 24-26 градусов всего! Трансформатор при этом выполняет свою функцию передачи мощности, симптомов насыщения сердечника нет.
Может это влияние индуктивности намагничивания первичной обмотки ?
Какие есть версии ещё ?

Многожильный провод не заменяет литцендрат - тут важна не только мнгожильность, но и способ навивки. Вообще, эту тему тут уже обсуждали, помню, я даже графики какие-то выкладывал.

Сорри, забыл упомянуть, что провод был изолированный,
т. е. фактически был изготовлен самодельный литцендрат.

Кстати, если посчитать КПД полученного DC-DC как отношение U*I на выходе к отношению U*I на входе, то получается КПД аж 95 процентов !
5 процентов потерь при нашей мощности - это примерно 200 Ватт, однако греется всё(шины, радиатор, а он весьма внушительный у нас, первичная обмотка слишком уж сильно) и создается впечатление, что рассеивается гораздо больше 200 Ватт...
Может что-то упускаем из виду ?

Да хоть и с изолированными, скрутка - это не литцендрат. Всё равно ВЧ составляющая тока будет протекать только по наружной поверхности проводов скрутки, соответственно эффективная площадь сечения будет чуть поменьше, чем у одиночного толстого проводника. А у литцендрата ВЧ составляющая тока течёт частично и по внутренним проводникам тоже.

Для 20кГц глубина проникновения может быть расчитана по формуле из книги Мелешина "Транзисторная преобразовательная техника" стр. 113 как отношение 66.2 к корню квадратному частоты(20 000), т. е. это результат деления 66.2 на 141.5 = 0.47 мм.
В нашем случае радиус каждого проводка 0.3 мм. Скин-эффект на этой частоте не должен себя проявлять, но может действует не 20 000 Гц частота, а более высокочастотные составляющие спектра ? Хотя, как видно на рисунках, их доля мала...

Это было бы так при синусоидальной форме тока, а здесь форма тока близка к прямоугольной. Провода греет не основная гармоника, а фронты - чем они круче, тем больше уровень ВЧ составляющих в спектре. Там же, у Мелешина, если перелистать несколько страниц дальше, приводится расчет потерь от скин-эффекта - он делается для каждой гармоники отдельно, а потом потери суммируются.

Скин-эффект сомнителен ещё и по той причине, что при использовании в первичной обмотке литцендрата с ещё более тонкими жилками и бо'льшим общим сечением, температура не уменьшалась!
Кроме того, как эта версия стыкуется с тем фактом, что вторичка намотана обычным проводом(не литцендрат) и не греется, хотя плотность тока там даже больше ?

Посмотрите вот здесь обсуждение: http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=34606

Если коротко - то: возможно, имеет смысл применять литцендрат только с жилами, диаметром не больше где то 0,05 глубины проникновения. Причина - потери на вихревые токи зависят как от соотношения толщины слоя, так и от кол-ва слоев, и громадный вклад вносят высшие гармоники. В результате, если толщины жил литца недостаточно малы, то за счет большого эквивалентного кол-ва слоев жил литцендрата (вроде как эквивалентное кол-во слоев литца = корню квадратному из кол-ва жил) потери на вихревые токи все равно велики. И поэтому же неэффективным оказывается применение фольги - толщина хоть и мала, но кол-во слоев=кол-ву витков, и потери от высших гармоник все равно получаются большими.
Я тестировал форвард на 100килах с очень тщательными измерениями - в итоге - жирный провод пару миллиметров диаметром, скрутка из проводов 0,4, и фольга толщиной 0,15мм (все с одинаковым сечением) - все работает одинаково с точки зрения потерь на вихревые токи, и этот результат совпадает с расчетным...

Господа! Прошу не разбегаться. Автору поста хочу сообщить, что ответ на его первый вопрос очень простой. В преобразователях самое главное - геометрия. Соединение конденсатора ВХОДНОГО фильтра с транзисторами должно быть минимально коротким, в идеале - несколько сантиметров. На транзисторе или модуле должен стоять снаббер, в зависимости от мощности 0.5...2.5 мкФ. Разводка силы должна быть плавной и симметричной. Провода от транса до транзистора - минимальной длины (сантиметры). Никаких выбросов не будет. Это все просто (сделать может и не просто). А вот вопрос по нагреву обмотки действительно сложный. У меня транс при частоте 25 кГц и мощности 7.5 кВт (габаритная намного выше) греется до 100 градусов при комнатной температуре. Применен литц фирмы электризола 200х0.2, общим сечением 6мм2. Сопротивление обмотки 10 миллиом. Эпкосовский феррит на таких частотах не может греться. Скин эффект тоже вряд ли. Моя теория - фронты. 100 нс при 540В возможно создают кучу гармоник. Их частоты - 5...10 МГц. Может греют они?
В свое время мотал дроссели и трансы проводом ПЩ. Разницы честно говоря не заметил.
А вот очень серьезный вопрос: выходные диоды следует защищать RC цепочками, иначе очень большие выбросы на обратном напряжении. Однако это увеличивает и без того большой ток транзистора в начале импульса. Примерно до полуторной величины. А потери в транзисторе при включении пропорциональны току. Что делать с этим?

Дык, фронты и греют. Вследствие скин-эффекта и эффекта близости.

Дык а чего с этим делать?

а в резонанс ее, тогда диоды на выходе будут переключаться позже, чем транзисторы. И работать на частоте немного ниже резонанса. Вот только с ШИМ проблемы немного на ширине примерно от максимальной до половины-трети, но это решаемо...иногда...

проблемы тоже есть, но хоть диоды можно применить относительно медленные и другие плюса есть тоже...

По поводу литцендрата - куда уж дальше ?
Если 200х0.2 дают 100 градусов нагрева,
то как же добиться хотя бы 50 градусов ?
Можно ли считать, что вторичка не греется из-за того, что первичка служит неким фильтром по срезанию десятков мегагерц ?
Если нет, то почему ?

А проверить? Дросселек маленький кинуть в цепь первички?

В цепь первички дросселек?! Вы представляете, какой на нем выброс будет? Там скорости 200 миллионов ампер в секунду и выше!
Кстати, не наблюдал у себя холодной вторички. Да и не может ее быть - медь лучший проводник тепла. Там очень трудно понять, кто кого греет

Чуть подробнее о резонансе если можно.

Время подходит к началу разработки преобразователя мощностью до 1квт 24в, очень важным фактором является минимально возможный нагрев. При выборе схемы преобразователя склоняюсь к резонансу но диапазон возможной нагрузки от практически от холостого хода.
В каких пределах можно изменять частоту, для получения требуемого диапазона нагрузок?
Может по контроллерам личные впечатления есть?

Продолжая, эксперименты с первичной обмоткой пробовали набор медных лент в качестве обмотки - результат по температуре не изменился...
Хотя у ленты большая площадь поверхности и эффект вытеснения вроде как должен был уменьшиться...
Следующий шаг, наверное, принудительное
воздушное охлаждение транса...

Даже как-то неловко спрашивать - а считать Rac/Rdc пробовали? Или, как обычно, некогда формулами баловаться, надо работу сдавать?

24 вход или выход?


Динамика уменьшится. Статика возрастет. Но в целом - вроде спокойнее в плане нагрева.
Выходные выпрямители более медленные можно применять - раз в 10 медленнее при правильном подходе.



Не понял. а в чем проблема? Последовательный резонанс разгоняет напряжение лишь внутри контура. а на нагрузке оно стремится к приведенному напряженмию первой гармоники источника.
Вот при высоких нагрузках - да, проблема с использованием относительно высокого напряжения высокой частоты, которое, по большому счету - лишь внутренняя потребность схемы и с точки зрения пользователя не нужно - однако соблюдать много чего придется.

Есть компромиссное решение - не считать схему на очень уж резонанс, чтобы нужный ток получался раньше, чем напряжение на контуре в несколько раз возрастет(делать меньше L/C ).




От добротности зависит, см выше. Можно-то в больших пределах, но тут же вылезают коммутационные потери даже при отклонениях процентов на 10. Лучше по другому регулировать выход. Такты пропускайте, например. время от времени Только парами. Но, впрочем, при сильном отклонении частоты потери уже не волнуют - в целом токи малые коммутируются. Попробуйте пропустить момент небольших отклонений - он самый неприятный.

По контроллерам одно впечатление - дорогие, собаки. Едва ли на 1 квт контроллер должен стоить со всем обвесом и драйверами больше доллара. Больно как-то уж наворочено, нет ощущения дубовости, как к примеру в TL494. Потому лучше, наверное, самому. Как-нибудь так. Тем более. большую часть работы контур сам делает...

Что именно дает само отношение Rac/Rdc ?

Предположим спектр тока через обмотку состоит
из некоторого количества гармоник.
Понятно, что, гармоники, глубина
проникновения для которых будет больше радиуса можно
не брать в расчет. Понятно также, что "особо высокочастотные" гармоники будут способствовать увеличению плотности тока в приповерхностных слоях проводника.


Вот есть у нас литцендрат с диаметром каждого витка примерно 0.2 мм.
Значит реально скин-эффект на нем должен чувствоваться на гармониках выше 438244 Гц(по ранее упомянутой формуле из книги Мелешина).
Много ли таких гармоник в треугольноподобном
сигнале тока(20кГц) через обмотку ?
По моим прикидкам - не много.
Эта обмотка греется прилично, однако...

Rac/Rdc дает возможность оценить потери в обмотке с учётом скин-эффекта и эффекта близости, который Вы почему-то напрочь игнорируете. Если Вы обратили внимание, в выражении для Fri, приведенном у Мелешиных, первое слагаемое описывает потери от скин-эфекта, второе - от эффекта близости. И таки вместо длинных рассуждений не проще ли оценить потери, хотя бы по графикам в статье Диксона. Если интересно, есть перевод на русский, который любезно предоставил сообчеству Bludger:
http://www.bludger.narod.ru/smps/smps.htm


Таки не понял - мы говорим о трансформаторе или о дросселе? В обмотке трансформатора форма тока не треугольная, а почти прямоугольная, или точнее - трапецевидная.

А не может там сердечник греться и передавать обмотке? Больно уж частота малая...Может, он близко к насыщению или в асимметрии...

Спасибо за ответ.

Вход 540в выход 24в


Динамика практически не волнует, скорость изменения нагрузки плавно в несколько герц.

Может где есть сравнение по схемам силовой части? Последовательный, параллельный может где смешанный варианты есть.


Если я правильно все понял, то надо ставить контроллер, и ПИД с алгоритмом Безенхема применить.

Я имел в виду динамические потери, то есть на фронтах.


В вашем варианте последовательный будет, вероятно,тем, что надо. Резонанс по входу.

Господи... А это еще как-с? не знаю, я ПИД не использую, с тех пор как диплом защитил. Как-то все по другому выходит. Хотя, если все это проанализировать, то, наверное, можно найти что-то в этом роде. Но лень...

Для меня это самый простой способ, реализовать пропуск тактов. Видимо будет не плохая комбинация ШИМ с пропуском тактов. Единственно будет ограничение на рабочую частоту.
Да и другие сервисы на контроллер навесить можно.



Пускай меня простит автор темы пока отползаю, если будет, что спросить задам в новой теме.

h = 6 мм(фольга толщиной 0.2 мм, 10 слев + изоляция),
проникновение на частоте 20 000 Гц = 0.468 мм, X1 = 12,817.
Т.е. получается, что на 20 000 Гц сопротивление переменному току выше почти в 13 раз, чем сопротивление постоянному...

Получается, что нужно стремиться к минимальной высоте слоя и применять самую тонкую фольгу, которая технологически применима ?




У нас ток в первичной обмотке бывает трапецевидным только при работе без нагрузки,
при нагрузке форма тока больше напоминает треугольник.




Ситуация скорее обратная - обмотка передает тепло сердечнику...

Как такое может быть? В мостовом преобразователе в первичной обмотке течет сумма приведенного тока нагрузки и тока намагничивания. Ток нагрузки постоянный, ток намагничивания линейно нарастает - форма тока должна быть трапецевидной. Посмотрите, например, у Мелешина рис. 12.30. А если форма тока треугольная, то либо что-то не так меряется, либо ток намагничивания огромный, может, он-то и греет обмотку.

Господа, предлагаю оценить варианты обмоток, которые применялись.

Хорошие фотки! А фольга неизолированная что-ли? Тогда она бессмысленна. Такие тяжелые непрозрачные для воздуха оплетки усиливают нагрев. Говорят, что помогает пропитка, устраняет воздушные промежутки. Попробуйте оборачивать стеклолентой или стеклочулком АСЭЧ

Фольга частично изолированная(между изолированными слоями прокладывали неизолированные).

Совет всем на будущее - делайте такие девайсы лучше модульными конструкциями(получая мощность из
нескольких менее мощных блоков) - IMXO, проще будет.