Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Sklep HeluKabel
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przetwornica step-up 25W 150V z kontrolerem PWM

MrKsawery 27 Maj 2015 14:56 1512 10
  • #1 27 Maj 2015 14:56
    MrKsawery
    Poziom 13  

    Witam.
    Potrzebuję zaprojektować przetwornicę o następujących parametrach:
    napięcie wejściowe: 15V
    napięcie wyjściowe: 150V
    prąd wyjściowy: 50-170mA (25W na wyjściu)
    Wcześnie projektowałem już takie przetwornice step-up na MC34063 oraz MAX1771 i osiągnąłem chyba 60% przy prądzie 70mA i napięciu 150V na wyjściu.
    Wiem, że być może należało by pokusić się o flyback, ale wolę nie bawić się z transformatorem i kupić dławik.
    Oczekuję jak najlepszej sprawności i aby przetwornica ta spełniła założenia, ewentualnie zrobię dwie przetwornice step-up ponieważ odbiorników jest kilka i mogę tak zrobić. Lubię czasem policzyć i zrobić układ analogowy od początku, dlatego pomyślałem, że nie wezmę tym razem gotowego kontrolera a zrobię go od zera z własnym generatorem PWM - może parametry nie będą idealne, ale przynajmniej będzie dużo zabawy i nowych doświadczeń.
    Pomysł jest taki: MOSFET + klucz komplementarny do sterowania MOSFETem lub klucz bipolarny. Generator trójkątny + wzmacniacz błędu - wszystko na wzmacniaczach operacyjnych - zastanawiam się również nad zabezpieczeniem prądowym w emiterze lub źródle i kolejnym komparatorze do kontroli tego prądu.
    Zakładam ten temat, aby czasem jak pojawią się problemy to zapytać o poradę.
    Na razie zastanawiam się czy lepszy będzie MOSFET czy tranzystor bipolarny jako klucz oraz jaką realnie mogę osiągnąć sprawność? Druga sprawa jaką wybrać częstotliwość pracy przy takich parametrach: 52kHz czy więcej.
    Pozdrawiam

    0 10
  • Sklep HeluKabel
  • Pomocny post
    #2 27 Maj 2015 20:01
    atom1477
    Poziom 43  

    Przede wszystkim trzeba powiedzieć że na przetwornicy Step-up przy tak dużej różnicy napięć nie uzyskasz dużej sprawności.
    Wynika to z klucza który musiał by jednocześnie mieć małą rezystancję przy otwarciu oraz wytrzymywać wysokie napięcie maksymalne. A to ciężko pogodzić. Potem cewka która musiała by wytrzymywać wysokie napięcie oraz jednocześnie duże prądy. I na koniec dioda oraz kondensator wyjściowy pracujące z krótkimi ale bardzo silnymi impulsami prądu. No i jak widać w zasadzie wszystko tutaj będzie pracowało w nienajlepszych warunkach.
    Wysoką sprawność da tutaj tylko Flyback albo albo coś innego z transformatorem (Push-Pull).
    Zrobić własny sterownik dla zabawy oczywiście można, ale i tak dużo zabawy będzie z samą budową przetwornicy. Szczególnie Flyback (gdyby taką robić, a chodzi wtedy o dobieranie gasików).
    Zwykły sterownik UC3843 by to ogarnął. Step-Upa oczywiście też.
    I miał by wszystkie funkcje o których piszesz że chcesz je zrobić.
    Jak się jednak chcesz bawić to mała rada: zastosuj szybkie wzmacniacze. Na pewno nie LM324.

    1
  • Sklep HeluKabel
  • #3 27 Maj 2015 22:37
    MrKsawery
    Poziom 13  

    Dziękuję za odpowiedź. Zastanawiam się jeszcze czy nie zastosować jakiegoś kontrolera, jednak chciałbym zastosować jakiś PWM, a nie PPM jak było dotychczas.
    Podczas sterowników PPM miałem niejasność z częstotliwością i przy tym z dobrem cewki i musiałem zrobić to "na oko". Pamiętam, że kiedyś próbowałem odpalić przetwornicę na UC3843 i były pewne problemy. Myślałem również nad ewentualnym zastosowaniem kontrolera TL494. Co do klucza zastanawiam się również nad zastosowaniem tranzystora IGBT. Najważniejsze pytanie jaka częstotliwość pracy będzie optymalna dla takiej przetwornicy?

    0
  • #4 27 Maj 2015 22:48
    atom1477
    Poziom 43  

    UC3843 jest typu PWM. Jak i większość kontrolerów.
    Możesz rozwinąć skrót PPM?
    Jak użyjesz topologii Flyback to na klucz najlepszy (i najtańszy) będzie zwykły MOSFET.
    Częstotliwości najlepszej nie ma. Zależy co chcesz osiągnąć.
    Ze względu na koszty optymalna może być właśnie z 50kHz (już dość małe a więc i tanie elementy, ale częstotliwość nie na tyle duża żeby występowały jakieś dodatkowe wielkie problemy).
    Większą sprawność osiągnął byś przy mniejszej częstotliwości ale drastycznie rosną wtedy wymiary elementów i ich cena.
    Za to przy znacznie większej częstotliwości pojawiają się problemy z zakłóceniami oraz z pasożytniczymi parametrami elementów. Trzeba np. dobre kondensatory do odprzęgania zasilania.
    Popularniejsze materiały magnetyczne (np. 3C90) to też są tylko do tak powiedzmy mniej więcej 100...200kHz. Potem trzeba inne specjalne.
    A więc cena znowu rośnie mimo że elementy robią się coraz mniejsze.
    Zakres wyboru określił bym jako 20...200kHz. 50kHz wypada gdzieś po środku (średnia geometryczna).

    0
  • #5 27 Maj 2015 22:57
    MrKsawery
    Poziom 13  

    Miałem na myśli PFM tylko pomyliłem nazwy gdzie częstotliwość pracy pływa. Jak jest to w MAX1771.
    Zostanę przy konfiguracji step-up, bo tak jak pisałem nie chciałbym się bawić z transformatorem.
    Moc przetwornicy jest dość dużo dlatego zastanawiam się czy będzie to dobrze pracowało, czy zrobić dwie oddzielne (mam taką możliwość).

    0
  • #7 27 Maj 2015 23:41
    MrKsawery
    Poziom 13  

    Znam tą stronę, zawsze jak szacowałem wartości elementów to korzystałemz takich wzorów:
    Przetwornica step-up 25W 150V z kontrolerem PWM
    W tym przypadku prąd szczytowy cewki wychodzi ponad 5A a indukcyjność rzędu 50µH. Ten kalkulator zawsze wyliczał mniejszy prąd i przy tym większą indukcyjność cewki. Które obliczenia są bardziej wiarygodne?

    0
  • #8 28 Maj 2015 07:44
    atom1477
    Poziom 43  

    Może po prostu jest przyjęty inny ΔI.

    0
  • #9 29 Maj 2015 23:23
    MrKsawery
    Poziom 13  

    Zdecydowałem, że na początek zacznę od UC3843. Dobrałem już wiele elementów, ale mam dylemat z niektórymi.
    Policzyłem cewkę ze strony pana Schmidt'a i wychodzi około 370uH ΔIl =0.68
    Jak zostawię sobie taką wartość ΔIl i zmniejszę prąd wyjściowy (bo podany w obliczeniach to prąd maksymalny i zazwyczaj będzie to 100mA a nie 170mA) do takiego przy którym przetwornica będzie zazwyczaj pracowała to wychodzi znacznie większa cewką. Rozumuję, że w praktyce cewka ma stałą wartość więc zwiększy się ΔIl co da większe różnice w prądzie cewki - jak to się odbije na sprawność przetwornicy, straty itp. Zastanawiam się czy nie przyjąć większego del I niż sugerowany na stornie i zimniejszych indukcyjność cewki do 220uH. Czy to dobry pomysł? Tak jak powiedziałem zazwyczaj przetwornica będzie pracowała z prądem wyjściowym 90-100mA a 170mA to prąd szczytowy o jaki może poprosić odbiornik.

    Teraz już sprawy związane z samym sterownikiem UC3843. Dobieram częstotliwość i wypełnienie sygnału. Na stronie pana Schmidt'a otrzymałem ton=2us i toff= 18us co daje wypełnienie 10%, częstotliwość 50kHz. W dokumentacji (zdjęcie wzorów poniżej) jest napisane, że aby uzyskać małe wypełnienie to rezystancja powinna być duża. Z moich obliczeń wykonanych w Excelu dla równych wartości rezystancji wychodzi najlepiej przy 4,7k i 6,8nF tj. około toff=17,6us ton=1,6us, 52kHz 8,3%. Trochę mnie to dziwi bo liczyłem na większą wartość rezystora Rt.
    Przetwornica step-up 25W 150V z kontrolerem PWM
    Prąd szczytowy cewki to około 3A (strona wyliczyła jakieś 2,5A dla bezpieczeństwa daję 3A), zastanawiam się czy nie dać cewki na trochę więcej i na ile ustawić zabezpieczenie przed zbyt dużym prądem drenu.

    Ostatnim zagadnieniem, które muszę rozwiązać jest pętla błędu. Domyślam się że dzielnik powinien być tak dobrany, aby przy oczekiwanym napięciu wyjściowym było na nim 2,5V. Jednak w nocie widzę że jest drugie wejście COMP i są tam podłączone impedancje Zf i Zi. Podejrzewam, że przydały by się tak jakieś kondensatory, ale nie wiem dokładnie po co więc trudno mi je dobrać.
    Przetwornica step-up 25W 150V z kontrolerem PWM

    0
  • #10 31 Maj 2015 20:25
    feryster

    Poziom 16  

    Próbuję zrozumieć, dlaczego tak boisz się flybacka i nie bardzo mi to wychodzi. Na takim samym rdzeniu toroidalnym, na którym zrobisz step-up, możesz zrobić również flybacka z przełożeniem 1:5, nad którym będzie łatwiej zapanować.

    0
  • #11 31 Maj 2015 22:33
    MrKsawery
    Poziom 13  

    W zasadzie to nie wiem dlaczego, chyba chodzi o to że będę musiał nawinąć transformator lub chociaż dwa uzwojenia na cewkę. Co prawda ostatnio myślałem aby zacząć bawić się mocniej przetwornicami i właśnie zrobić flyback'a.
    Myślę, że potrafisz odpowiedzieć na moje pytania dodatkowo przeglądałem charakterystyki cewki 330uH 3A Waszej produkcji. Indukcyjność bez obciążenia to około 600uH, czy ta indukcyjność maleje liniowo pod wpływem prądu czy jest w miarę sztywna, rozumiem że będzie to miało wpływ na ΔI? Będę wdzięczny jak odniesiesz się do tego o co wcześniej pytałem.
    Co do konstrukcji flyback to wstawiłem dane do kalkulatora (f=50kHz):
    L = 20.73uH
    N1/N2 = 99.53m
    N2/N1 = 10
    Jednak dalej nie wiem jak zaprojektować taki rdzeń. Będę wdzięczny za odwołanie do jakiegoś artykułu lub literatury na ten temat lub wytłumaczenie w skrócie jak ugryźć ten rdzeń.

    0