Budowa przetwornicy 12V/750V

Witam, próbuję wykonać 2 szt zasilaczy, z który każdy ma 3 napięcia wyjściowe : 750V przy obciążalności 500mA, 250V przy 100mA i 81V przy 300mA. Napięcie wejściowe wynosić będzie tylko 12V.
Służyć mają do zasilania krótkofalarskich urządzeń nadawczych o mocy 350W. Urządzenią będą pracowały na zupełnym pustkowiu i jedyne napięcie zasilające pochodzić będzie z akumulatora 12V/ 60-72Ah. Jest na miejscu mały agregat 220V o mocy 300W, a służyć ma tylko do podładowywania akumulatorów i oświetlenia w nocy.
Ciągły pobór prądu przez PA (praca CW) przy pracy przetwornicy to 750V/0mA (napięcie anodowe), 250V/10mA = 2,5W (napięcie siatkowe) i 81V/300mA=24,3W (napięcie żarzenia 3 x 27V/300mA) i jakieś 12V/500mA pobierane przez TRX. Czyli przy odbiorze, będzie to wymagało mocy 33W przy pracy CW, 60W przy AM i w chwilach podczas nadawania przy pełnej mocy jakieś 400W, tak więc akumulator 72Ah może wystarczyć na jakieś 10 godzin pracy CW i 7 godzin przy AM (90% odbiór/10%nadawanie).
Wybór konfiguracji przetwornicy to pełny mostek.
Przetwornica oparta będzie na ulubionym UC3846, następnie układ 2 driverów TC4422 sterujący poprzez transformatorek sterujący mostek na 4 szt IRFZ46N w obudowie TO220. Po 1 radiatorze o Rth=5W/°C na jedną parę IRFZ46N. Chłodzenie wymuszone wewnątrz obudowy wentylatorem. Transformator przetwornicy ETD49, następnie powielacz( x 2) dla 750V, oddzielne uzwojenie dla napięcia siatkowego 250V i oddzielne dla napięcia żarzenia 81V.
Transformator ETD49 już nawinąłem. Uzwojenie pierwotne 4 zwoje nawinięte taśmą 30 x 0,3. Uzwojenie 370V – 150 zwojów DNE 0,4. Uzwojenie 250V – 100 zwojów DNE 0,4, Uzwojenie żarzenia 35 zwojów DNE 0,7. Uzwojenia dzielone w kolejności – 2 zwoje pierwotnego – 150 anodowe – 100 siatkowe – 35 żarzenia – 2 zwoje pierwotnego. Izolacja pierwotne/wtórne 2 x 0,3 NOMEX, izolacja między uzwojeniowa na wtórnym 2 x SCAPA.
Transformator ETD49 już nawinąłem. Uzwojenie pierwotne 4 zwoje nawinięte taśmą 30 x 0,3. Uzwojenie 370V – 150 zwojów DNE 0,4. Uzwojenie 250V – 100 zwojów DNE 0,4, Uzwojenie żarzenia 35 zwojów DNE 0,7. Uzwojenia dzielone w kolejności – 2 zwoje pierwotnego – 150 anodowe – 100 siatkowe – 35 żarzenia – 2 zwoje pierwotnego. Izolacja pierwotne/wtórne 2 x 0,3 NOMEX, izolacja między uzwojeniowa na wtórnym 2 x SCAPA.

Wg ogólnie znanej strony przy założeniach Uwe=12V, f=50KHz, Uwy=370V, I=1A, dIL=0,1A program wyliczył prąd Iin od 30A do 34A, rdzeń ETD49, Dławik 1,86mH. Dla tradycyjnego dławika RP25 z ATX przy Bmax=222mT i Al=105 program wyliczył 134 zwoje. Napięcie 750V uzyskam w układzie prostego powielacza napięcia.
Schemat I części przetwornicy od mostka H do wyjścia :

Zaprojektowałem też płytkę :




Schemat sterownika na UC3846 :

Wejście napięcia żarzenia 81V, służące jednocześnie do stabilizacji jest pobierane bezpośrednio z wyjść transformatora na płytce falownika.
Wyjścia „Heat” są na grzałki szeregowe lamp. Zasilanie akumulatorowe 12V podawane jest na wejścia oznaczone 12V-1 i 12V-2. Wyjścia z driverów TC4422 na transformatorek sterujący są oznaczone jako „Drive”, wejście z przekładnika prądowego jest na wejście Isense.
Zabezpieczenie przed nadmiernym wyładowaniem akumulatora jest zrealizowane na TL431. Przy napięciu wyższym niż 10V , wejście Shutdown UC3836 jest połączone z masą poprzez wysterowany układ TL431 (dzielnik R15/R16). Spadek napięcia poniżej 10V powoduje zatrzymanie UC3846 przez podanie napięcia powyżej 500mV na SD i jednocześnie wysterowanie T2 i zaświecenie diody LED1 sygnalizującej koniec pracy akumulatora.
Mam w związku z tą budową parę pytań. Nawinąłem dwa oddzielne dławiki w powielaczu zamiast jednego dławika sprzężonego. Ograniczeniem jest mała wielkość okna na „miedź” przy założonej indukcyjności 1,92mH na każdy dławik i nijak nie chciało mi się zmieścić 2 x 134 zwoje dla chociaż samego 750V. Czy koniecznie dążyć do dławika sprzężonego dla dwu uzwojeń 370V i czy zastosować też razem z uzwojeniem dla napięcia siatkowego dławik sprzężony dla trzech uzwojeń, czy pozostać przy trzech oddzielnych dławikach ? Stabilizację napięcia chciałbym uzyskać przez objęcie kontrolą tylko napięcia żarzenia, ale zdaję sobie sprawę, że napięcie anodowe i siatkowe nie stabilizowane mogą nieco przysiadać podczas pracy przy maksymalnej mocy. W zasadzie najbardziej wrażliwe na zmiany jest napięcie żarzenia (grzałki lamp) i je chciałbym mieć stabilne, ale dobrze byłoby też stabilizować pozostałe. Nie mam pomysłu jak utrzymać w ryzach wszystkie razem, maksymalnie +-5%.
Jeszcze niczego nie uruchamiałem i jestem w trakcie projektowania płytki kontrolera tego zasilacza.
Pozdrawiam.

Chcąc uzyskać jakąkolwiek sensowną współbieżność napięć w tym układzie musisz wszystkie _cztery_ indukcyjności wyjściowe nawinąć na wspólnym rdzeniu. Na dokładkę mam bardzo duże obawy co do pojemności uzwojeń - osobiście nigdy bym się nie odważył zrobić przetwornicy w ten sposób. Ciekaw jestem wyników...

No cóż, muszę przeprojektować wszystko. I tak ta już wykonana płytka jest płytką testową do pomierzenia jak się sprawuje całość.
Tak czułem, że bez dławika sprzężonego się nie obejdzie. Przeszukałem zasoby z rdzeniami i mam trochę rdzeni toroidalnych z dużych zasilaczy Compaqa.

Al dla wszytkich jest taki sam i wynosi 70. Wymiary to Φzewn=38, Φwewn=20 grubość=11. Okno wydaje się wystarczające dla 4 x DNE0,4 i chyba powinien być OK?
Poczwórny dławik sprzężony umieszczę na płytce mostka H. Na schematach jest zresztą trochę błędów - np. brak rezystora obciążającego przekładnik itp., w miarę projektowania płytki je wyłapuję, ale po uruchomieniu będzie zapewne więcej.

Pozdrawiam.

750V to już znaczące napięcie, szczególnie przy częstotliwościach dziesiątek kHz.
Musisz szczególnie uważać na izolację na skrajach uzwojeń przy karkasie.
Takie trafo potrafi spłonąć ot tak sobie po miesiącu pracy.
Wystarczy wilgoć, przygnieciona izolacja lub jakieś brudy.
To samo będzie tyczyć się dławika.
Sam widziałem płonące trafo w przetwornicy rezonansowej, gdzie taka awaria nie zabija od razu tranzystorów.
Moje problemy rozwiązało dopiero zastosowanie rdzenia U90 z ogromnym oknem na uzwojenia i 5mm marginesu izolacji z obu stron.
Należy też pamiętać, że przy takich napięciach rdzeń jest też dobrym przewodnikiem.
Niemniej jednak życzę powodzenia.

Dwie sugestie:

- Diodę wewnątrz OK1(PC817) można zasilić z 12V i zaoszczędzić tym sposobem 1,5W.
- Przy UV-LO (undervoltage-lockout) (R15, R16, R17, ...) brakuje dodatniego sprzężenia zwrotnego.

Właśnie skończyłem nawijać dławik sprzężony i przykleiłem go do podstawki za pomocą czarnego silikonu rtv, odpornego na temperatury do 200°C :

Rdzeń pomierzyłem dość dokładnie i to jest najprawdopodobniej T150-52 w/g katalogu Micrometals. Al po zmierzeniu wynosi 88,6 co odpowiada katalogowemu Al=89 i jego wymiary jak i oznaczenie kolorem (zielono/niebieski) jest identyczne.
Ze strony Schmidt-Walter w/g założeń Uwe=12V, Uwy=370V, Iwy=0,5A, f=50KHz i ΔI=0,2 program wyliczył L=3,45mH przy Bmax=118mT.
Dla dławika sprzężonego przy czterech uzwojeniach maksymalna indukcja w rdzeniu powinna wynieść 2*118mT + 20mT + 59mT = 315mT, tak więc chyba nie powinien się mocno grzać.
Dławik nawinąłem w ilości 195 zwojów, 4 przewodami jednocześnie. Drut zastosowałem KYNAR o φ0,25. Przyjmując maksymalną zakładaną gęstość prądu 8A/mm2, pozwala to na przepływ prądu 0,39A przez każde uzwojenie co jest wystarczające dla uzwojenia 250V i 81V. Prąd w obu uzwojeniach 370V może osiągać 0,5A, ale tylko podczas pracy nadajnika.

Dziękuję za wskazówki, schemat poprawiłem.

Uzupełniłem brakujący rezystor obciążający przekładnik.
Diodę transoptora zasiliłem z wejściowego 12V. Zasilanie z uzwojenia 81V zastosowałem dlatego, aby z uwagi na zastosowanie zasilacza do zasilania urządzeń w.cz., mieć galwaniczną izolację części niskonapięciowej od części wysokonapięciowej, ale w przypadku uzwojenia żarzenia, chyba można to pominąć.
Dzielnik R5 i R6 wyliczyłem dla napięcia 81V.
Zmieniłem sposób sterowania wejściem SD w UC3846 przy zabezpieczeniu UV. Dzielnik R15 i R16 wyliczyłem dla napięcia 10,4V. Powyżej tego napięcia T2 jest wysterowany i styki przekaźnika zwierają SD do masy. Przy spadku napięcia akumulatora poniżej 10,4V, brak wysterowania T2 zwalnia styki przekaźnika, które zwierają SD do Vref wyłączając kontroler. jednocześnie zaczyna świecić dioda LED1 sygnalizując nadmierne wyładowanie akumulatora.

=> Sebazaz Przy nawijaniu transformatora zastosowałem marginesy 3mm z taśmą z każdej strony karkasu i podwójne przekładki międzyuzwojeniowe co powinno wystarczyć, ale to się okaże po uruchomieniu.

Pozdrawiam.

Eeee..., przekaźnik? Co prawda o gustach się nie dyskutuje.
Ale tu dalej nie ma dodatniego sprzężenia zwrotnego. Chyba zdajesz sobie sprawę, że w momencie zwolnienia obciążenia (SD przetwornicy) napięcie na akumulatorze podskoczy i przetwornica spowrotem się włączy i tak cykl będzie się powtarzał z częstotliwością kilkadziesiąt Hz (przekaźnik).

Zostając przy przekaźniku to pasuje wykorzystać dodatkowe styki do całkowitego odłączenia zasilania od sterownika, albo chociaż do odłączenia K1(351) i dodać przycisk START.

Dobrze rozumiem 4 uzwojenia, każde po 195 zw. a są na nich różne napięcia? To chyba nie jest OK.

Faktycznie gdy napięcie spadnie do 10,4V i przetwornica się wyłączy to napięcie na akumulatorze się podniesie i przetwornica się znów włączy. Aby temu zapobiec potrzebna byłaby pętla histerezy gdzieś tak do 11,4V może trochę więcej.
Jako układ sterujący wyjściem SD wybrałem przekaźnik, ponieważ już je mam i mam dodatkową drugą parę styków, które można wykorzystać, ale zawsze można to zmienić na jakiś tranzystor.
Jako zabezpieczenie przed ponownym restartom przetwornicy po osiągnięciu 10,4V.wykorzystam funkcję LATCH wyjścia SD, która to całkowicie blokuje kontroler do czasu ponownego wyłaczenia i włączenia zasilania. Trzeba tylko zmienić wartość prądu płynącego z Vref do Current limit (pin1) na wartość powyżej 3mA, w schemacie powyżej poprzez zmianę wartości rezystora R1 w/g zależności I>Vref/R1. Wybrałem 4mA, a więc R1=1,2K, R2= 4,7K.
Tutaj bardziej mnie martwi czy w ogóle część wyjściowa UC3846 będzie pracowała przy napięciu 11V-10,4V z uwagi na wymaganą minimalną wartość napięcia około 12V na Vcc(pin13) dla poprawnej pracy wyjść (TotemPole).
Odnośnie dławika wszystko jest OK ponieważ jest to dławik sprzężony.

Pozdrawiam.

1. Co do undervoltage - nieśmiało przypominam, że UC 3846 ma wbudowany układ pilnowania napięcia z histerezą i wystarczy na nóżkę Vin podać napięcie obniżone za pomocą dzielnika rezystorowego i wtórnika na jednym transformatorze - pobór prądu na tej nóżce jest niewielki. Oczywiście na Vcc podajemy pełne napięcie. Histereza na nóżce Vin ma 0.75V przy typowym napięciu startu 7.7V - 10%

2. Dławik sprzężony dla przetwornicy wielonapięciowej ma mieć ilość zwojów poszczególnych uzwojeń proporcjonalną do poszczególnych napięć. Strumienie magnetyczne pochodzące prądu płynącego przez poszczególne uzwojenia mają się sumować.
Liczenie tego dławika jest o tyle trudne, że ilość zwojów determinowana jest przez uzwojenie o najmniejszym poborze prądu. I albo nam to pasuje i się na to godzimy albo się nie godzimy i trzeba będzie lekko obciążyć słabo obciążone uzwojenia, żeby napięcia na nich nie pełzły w górę (obciążenie krytyczne).

Dławik muszę przeliczyć i nawinąć jeszcze raz. Potwierdzam absolutną rację RoMana, odnośnie dławika sprzężonego. W załączniku nota ściągnięta z Teksasa w której jest wszystko na ten temat i też gotowy przykład liczenia potrójnego dławika sprzężonego. Pełna zgodność ze słowami RoMana.

Odnośnie SD i UV, chwilowo odłożę na czas zakończenia nawinięcia dławika sprzężonego. Temat jeszcze trzeba przemyśleć, ponieważ dobrze by było, aby po włączeniu zasilania, na grzałki 3 lamp (uzwojenie 81V/300mA) przez początkowe 10 sekund podawana była połowa mocy, celem ich wstępnego podgrzewania, następnie pełne napięcie. Będzie to prosta czasówka i trzeba ją skoordynować z działaniem tego zabezpieczenia. Poza tym po osiągnięciu granicznych 10,4V na akumulatorze wskazane by było, aby całość się wyłączyła, bez możliwości powrotu do pracy. Chociaż z drugiej strony może być tak, że akumulator przy końcówce wyładowania może zapewnić dalszą pracę z mniejszą mocą i wtedy wersja proponowana przez RoMana z wykorzystaniem UV wewnątrz struktury jest dużo lepsza.
Pozdrawiam i dziękuję za dotychczasową pomoc.

Jestem Ci bardzo wdzięczny za ten dokument - do tej pory nie udało mi się trafić na żadne rozsądne opracowanie. Nawet Ferenczi prześliznął się jedynie nad problemem wielu wyjść i do wszystkiego musiałem sam dochodzić
Mam nadzieję, że znajdę przy okazji odpowiedź, jaka jest rzeczywista indukcyjność symetrycznego dławika sprzężonego, bo mi zawsze brakuje jej połowy...

Witam, musiałem odłożyć prace nad przetwornicą z powodów zawodowych. W ostatnim czasie skończyłem płytkę kontrolera i ponownie przeliczyłem i przewinąłem dławik sprzężony.

Po uruchomieniu napięcia wyjściowe już nie pływają w zależności od napięcia wejściowego i dławik sprzężony trzyma je rewelacyjnie. Przy zastosowaniu oddzielnych dławików napięcie wyjściowe na przykładzie jednego z uzwojeń zmieniało się : przy 11v na wyjściu było 240V, przy 14V na wyjściu było już coś około 285V. Napięcia sobie dowolnie pełzły w górę i w dół w zależności od obciążenia. Po zastosowaniu dławika sprzężonego wszystkie trzy napięcia zmieniają się max 1V przy zmianie napięcia wejściowego od 11v do 15V. Po prostu rewelacja. Niestety, ujawnił się poważniejszy problem związany z pojemnością i sprzężeniem uzwojeń, przewidziany zresztą wcześniej przez RoMan'a.
Przebiegi na uzwojeniu pierwotnym Y=10V/dz :

Przebiegi na wejściu Isense UC3846 (zmieniłem C z 220pF na 10nF) :

Tak więc, widać niestety spore dzwonienie. Co prawda na kondensatorach wyjściowych napięcie jest stabilne - mam zasilacz o wydajności do 10A i obciążałem wyjścia do poboru przez przetwornicę 10A przy 15V. Po pół godzinie pracy było bardzo małe nagrzewanie się tranzystorów, transformatora, dławika, stabilne napięcia, tylko to dzwonienie
Jednak chyba taki sposób budowy tej przetwornicy to ślepa uliczka. Lepszym rozwiązaniem wydają się dwa mniejsze transformatory (też pełny mostek), jeden dla napięcia anodowego, drugi siatkowe + żarzenie lamp i nie jeden a dwa akumulatory(24V).

EDIT :
Podstawiłem transformator wyciągnięty z zasilacza firmowego COMPAQ i przebiegi na jego uzwojeniu pierwotnym. Jest co prawda zaprojektowany "w drugą stronę" :

Przebieg na Isense UC3846 przy małym obciążeniu :

i przy dużym :

Mam w związku z tą przetwornicą do bardziej doświadczonych kolegów kilka pytań. Jak zaprojektować sposób nawijania tego transformatora, aby jednocześnie zapewnić dobrą izolację międzyuzwojeniową i dobre sprzężenie i małą pojemność uzwojeń. Czy lepsze rezultaty przyniesie nawinięcie wiązką z pojedynczych drutów, czy lepiej taśmą. Tutaj nawijałem taśmą i pozostałe uzwojenia DNE bardzo dokładnie, maszynowo, a wynik jak wyżej.

Edit(07.03.2010)
Dobry skutek przyniosło podzielenie tej przetwornicy na dwie oddzielne. Jedna dla napięcia 350V/1A i drugiej dla napięć 250V/100mA i 81V/300mA. Zamiast jednego ETD49, zastosowałem dwa ETD39. Nawinięcie w sześciu sekcjach : 3 zwoje taśma 22x0,3, przekładka nomex 0,2, następnie 4 oddzielne sekcje po 44 zw x DNE0,5 z przekładkami z taśmy scapa, następnie przekładka nomex 0,2 i 3 zwoje taśma 22x0,3.

Przebieg na uzwojeniu pierwotnym:

Przebieg na wejściu Isense UC3846 :

Budowa drugiej przetwornicy na napięcia 250V i 81V w porównaniu z tą będzie dużo prostsza. Temat uważam za wyczerpany, dziękuję za pomoc, zwłaszcza na PW.
Pozdrawiam.