Transformator impulsowy 6kW - jak wykonac transformator

Hej elektronicy!

Przetwornica do zaprojektowania i wykonania. W jednej sztuce. Dla sztuki Ekstremalna. Nie, nie spawarka. Też żałuje

Co robie?

Projekt ambitny i niekomercyjny do wykonania w jednej sztuce. Konwerter ma wymienić już istniejący i działający od 2 lat konwerter wykonany z 2 transformatorów na rdzeniach ETD59 w konfiguracji push-pull. Transformatory i koncepcja istniejącego układu to kopia tajwańskiego komercyjnego urządzenia, które padło po miesiącu eksploatacji z powodu braku monitorowania prądu pierwotnego transformatorów. Przy przeciążeniu nasyciło rdzenie i wywaliło tranzystory.

Obrazek padniętej przetwornicy:




Nie naprawiałem tego złomu. Rozebrałem na części pierwsze i zrobiłem własny z przekładnikami do pomiaru prądu pierwotnego. Jeszcze działa, ale są z tym problemy. Energia z indukcyjności rozproszenia ląduje w tranzystorach sterujących transformatorem… Domyślcie się, co się dzieje po przy mocy powyżej 4kW….Trzeba to wymienić na coś, co jest od początku zaprojektowane z głową.

Dziś wygląda to tak, i to są ostatnie 2-3 miesiące dziś istniejącego projektu:



Jeszcze: do czego to?

Konwerter jest częścią inwertera przetwarzającego napięcie 48V DC na 230AC. Jego pierwszą połówką jest konwerter 48V DC na 440V DC.

Założenia do projektu:

Uwe - od 24V do 58V DC
Uwy: 440V 14A czyli 6kW mocy ciągłej. Chwilowe przeciązenie do 8kW bez szkody.
Moc maksymalna dostępna dla zasilania >36V. Poniżej ma być 440V, moc ciągła może spaść. Maksymalny ciągły prąd zasilania RMS <200A – kable więcej nie uciągną





Rdzeń do transformatora: E71 z materialu Ferroxcube 3C92. Rdzenie juz kupione, wiec tego raczej nie zmienię.

Częstotliwość - na razie założyłem 50kHz, ale z obliczeń wychodzi: przy użyciu 2 par rdzeni można by zjechać z częstotliwością do okolic 30kHz. Wzorów nie podaje, Roman nie raz uczył jak to liczyć.

Jak by nie liczyć - uzwojenie pierwotne (nawet przy rdzeniu z jednej pary E71) wychodzi 1 zwój.
Przekrój wymagany to nie mniej niż 40mm^2 – policzyłem ja.

Prąd szczytowy wychodzi okolice 650Amperów
RMS – mniej więcej połowa.
To policzył: Schmidt-Walter.

Kandydaci na transformator i pół indukcyjności. Pół bo przy 30kHz indukcyjnośc też trzeba bedzie wykonać z dwóch kompletów rdzeni E65.



Pytania do praktyków:
Jak fizycznie wykonać transformator.

Mój pomysł:
Najpierw nawinąć wtórne 39 zwojów. Wyprowadzić przewody i polakierować i zaizolować. Materiał na uzwojenie to lica 30x0.35 od Ferstera o łącznym przekroju ok. 3mm^2. Gęstość prądu ok. 5A/mm2 ale uzwojenie słabo chłodzone pod silniej obciążonym pierwotnym.

Uzwojenie pierwotne wykonać z >3 warstw blachy miedzianej 40mm x 0.3mm wygiętej w U. Końce U będą przykręcone do kilku śrub M5 i dalej do reszty obwodu.

Uzwojenie pierwotne

Tak:

czy tak:



Pytanie 1:

Czym grozi uzwojenie pierwotne wygiete w U? Pierwszy obrazek. Intuicja podpowiada mi problemy z indukcyjnością rozproszenia.
Czy jeden zwój uzwojenia pierwotnego musi owinąć się dokoła kolumny środkowej, zrobić pełne 360 stopni wokół? Czy nie musi i blacha wygięta w U jest OK?

Pytanie 2:

Topologia.
Z przemyśleń wyszło mi jednak półmostek. Szaleństwo?



Argumenty za:
- Brak problemów z flux-walking jak w pełnym mostku
- Brak problemów ze sprzężeniem pojemnościowym od uzwojenia prądowego do uzwojenia pomiarowego w przekładniku prądowym. Przekładnik jest gabarytowo ogromny (na ponad 500Amperów). To mnie przekonało. Przekładnik prądowy będzie „nadziany” na obwód pierwotny transformatora po stronie kondensatorów. Przez to potencjał przewodu prądowego będzie prawie niezmienny.
- Dwie grupy tranzystorów, nie cztery jak w pełnym mostku. (razem 8 x IRFP7530PBF, po 4 równolegle na 2 radiatorach.
- Uzwojenie pierwotne to z zapasem tylko 1 zwój. Łatwiej wykonać transformator. Znikoma pojemność pasożytnicza pierwotnego.

Trudności:
- Kondensatory przewodzą monstrualny prąd pierwotny transformatora.
Dało się to rozwiązać – ponad 500 sztuk 10uF/50V MLCC 1210 na 3 płytkach umieszczonych jedna nad drugą połączonych mosiężnymi słupkami i śrubami M4. A na tym wszystkim transformator. + Trochę elektrolitów z boku.
- Wymagane dodatkowe uzwojenie balansujące + diody do utrzymania połowy napięcia zasilania na kondensatorach. Łatwe.
- Prąd pierwotny 2x większy. Moc do odprowadzenia z FETów – w sumie 4x większa. Przy 30kHz i 100ns na przełączenie i rezystancji 500uR grupy tranzystorów łatwe.

Co o tym sądzicie?

Jestem w trakcie dokłądnego liczenia strat na przewodzenie. Wychodzi, ze jprojekt jest wiecej niż możliwy. Prady rzedu kilkuset A wymagaja odpowiedniej ilosci miedzi, nie jest to male, niesie za soba iles tam problemow, ale jest rozwiazywalne. Przetwornica o podobnej mocy zrobiona bez zrozumienia jak działa z bezsensownych transformatorów bez zajęcia się energią magnetyzacji rdzenia i indukcyjnosci rozproszenia działa. Ta moja zaprojektowana z głową od podstaw tez bedzie.

Wesołych świąt (już prawie po) i dobrego Nowego Roku.
Dzieki.

0 22

Uzwojenie pierwotne w kształcie U będzie dostarczało masy problemów. Jeżeli wyjdzie ułamkowe czyli 0.8zw albo 1.2zw to będziesz obciążał mechanicznie rdzeń, nie zapominaj o magnetostrykcji. Ułamkowe uzwojenie wpływa na wzrost indukcji rozproszenia i dlatego dąży się do stosowania uzwojeń o całkowitej liczbie.
Druga sprawa, nie wiem jak zamierzasz zbudować układ odciążający, poprawiający komutację? Uzwojenie wtórne powinieneś podzielić na dwie grupy czyli nawijasz najpierw wtórne 1/2, pierwotne, wtórne 1/2. Nie zapomnij o przewidzeniu miejsca na marginesy izolujące.
Zastosowanie półmostka z dzieloną pojemnością powinieneś sobie podarować. Choćby z powodu komplikacji układu oraz kosztów. Sensowniejszy jest albo mastek H albo półmostek w topologi przetwornicy rezonansowej. Wtedy możesz wykorzystać indukcyjność rozproszenia jako szeregową układu rezonansowego.
Jak będziesz miał długie wyprowadzenia między płytką z tranzystorami a pierwotnym trafo to polegniesz na niekontrolowanych indukcyjnościach rozproszenia wyprowadzeń. Skoro stosujesz tak duże przekładniki to będziesz musiał przez nie przewlec licę przewodzącą prąd strony pierwotnej. To znowu podnosi indukcyjności pasożytnicze obwodu strony pierwotnej.
Problemem jest sposób przepuszczenia znacznych prądów strony pierwotnej przez PCB do tranzystorów kluczujących.
Przetwornica z czterema trafami wydaje się łatwiejsza do wykonania jak z dwoma.

0

RitterX napisał:

Uzwojenie pierwotne w kształcie U będzie dostarczało masy problemów. Jeżeli wyjdzie ułamkowe czyli 0.8zw albo 1.2zw to będziesz obciążał mechanicznie rdzeń, nie zapominaj o magnetostrykcji. Ułamkowe uzwojenie wpływa na wzrost indukcji rozproszenia i dlatego dąży się do stosowania uzwojeń o całkowitej liczbie.

Czy uzwojenie pierwotne w kształcie U uznał byś za ułamkowe? 3/4 zwoja?

RitterX napisał:

Druga sprawa, nie wiem jak zamierzasz zbudować układ odciążający, poprawiający komutację?

Możesz rozszerzyć co masz na myśli układ poprawiający komutacje? Snubbery?

Dałem snuber równolegle do pierwotnego na transformatorze. Coś czuje, ze to bład. Powinny być na tranzystorach.

Prostownik bedzie pelnomostkowy na czterech diodach SiC 1.2kV 16A. Nie zmieszczę dwóch uzwojeń wtórnych na transformatorze. Każda dioda ma swoj snuber.

Przydatne how to do snuberow:
http://www.ridleyengineering.com/component/co...solated-converters.html?showall=1&limitstart=

RitterX napisał:

Uzwojenie wtórne powinieneś podzielić na dwie grupy czyli nawijasz najpierw wtórne 1/2, pierwotne, wtórne 1/2. Nie zapomnij o przewidzeniu miejsca na marginesy izolujące.

Czy to ze względu na minimalizacje indukcyjności rozproszenia transformatora? To zwiększy pojemność pierwotne-wtorne transformatora.

Dr. Roy Ridley na swoim szkoleniu doradza, że czestym bledem konstruktorow jest nadmiernie skupianie sie na indukcyjności rozproszenia. Ona nie może byc monstrualnie duża bo transformator nie przeniesie mocy. Co jest potrzebne to sposób na zutylizowanie lub (w moim przypadku) odzyskanie energii tam zmagazynowanej.

RitterX napisał:

Zastosowanie półmostka z dzieloną pojemnością powinieneś sobie podarować. Choćby z powodu komplikacji układu oraz kosztów. Sensowniejszy jest albo mastek H albo półmostek w topologi przetwornicy rezonansowej. Wtedy możesz wykorzystać indukcyjność rozproszenia jako szeregową układu rezonansowego.
Jak będziesz miał długie wyprowadzenia między płytką z tranzystorami a pierwotnym trafo to polegniesz na niekontrolowanych indukcyjnościach rozproszenia wyprowadzeń. Skoro stosujesz tak duże przekładniki to będziesz musiał przez nie przewlec licę przewodzącą prąd strony pierwotnej. To znowu podnosi indukcyjności pasożytnicze obwodu strony pierwotnej.
Problemem jest sposób przepuszczenia znacznych prądów strony pierwotnej przez PCB do tranzystorów kluczujących.
Przetwornica z czterema trafami wydaje się łatwiejsza do wykonania jak z dwoma.

Juz widze czego nie wiem. Dzieki za posta.

Jakie kryterium maksymalnej dopuszczalnej indukcyjnosci pasozytniczej bys przyjal?

Spróboje oszacować indukcyjności pasożytnicze calej pętli prądowej.

Same przewody do przekładnika: będzie 20 przewodow lica, kazdy o przekroju 3mm2 i dlugosci ok 150mm. Przewody beda ulozone w U.
Indukcyjnosc pojedynczego prostego przewodu to 128nH, dwadziescia takich rownolegle i wygiete w U zgaduj zgadula: sprobojmy przyjac 50nH. Dużo, mało?

Indukcyjnosc samego uzwojenia pierwotnego to 8uH.

Wzor na indukcyjnosc prostego przewodu z wikipedii:
https://pl.wikipedia.org/wiki/Indukcyjno%C5%9B%C4%87

Jesli chodzi o wielkosc calej petli pradowej - to wydaje sie najmniejsza jak tylko moze przy spelnieniu wszystkich warunkow mechanicznych jak orientacja radiatorow wzgledem wentylatorow.

Kondensatory ceramiczne do wytworzenia polowy napiecia zasilania transformatora sa POD transformatorem. Pod tymi kondensatorami są kolejne plytki z ceramicznymi kondensatorami zasilajacymi. Razem beda to 4 plytki jedna nad druga poprzykrecane śróbami i slupkami M4 i M5. Obok transformatora tranzystory z radiatorami i ta sama kanapka plytek plytek z kondensatorami. Wszystko w celu minimalizacji powierzchni czytaj indukcyjnosci, po ktorej plyna szybkie prądy.

Kwestia topologii, ktora poruszyles.

Koszty kondensatorow aż tak mnie nie bola. Komplikacje związane z dodatkowymi dwoma diodami i uzwojeniem balansującym do tych kondensatorów też nie. Byłyby gdyby to był projekt komercyjny.

Sprobojmy skupić sie na tym, jakie jest ryzyko tego, ze projekt będzie klapa. Z mojego oszacowania mi wyszło, ze półmostek daje większe szanse na powodzenie za pierwszym razem. Ewentualne głębokie poprawki, bo cos zupełnie nie wyszło będą katastrofa. Nieszybko znajdę na to czas.
Przetwornica rezonansowa - to może następnym razem. Najpierw spróbuje sie w praktyczny sposób doktoryzować z dużych przetwornic nierezonansowych

Pólmostek z kondensatorami dzielącymi zasilanie na pol wydal mi sie korzystniejszy również ze względu na rozmiary petli prądowej. Gdy zacząłem to układać na płytce drukowanej wyszlo mi: pelny mostek H był by większy niż pol mostka na tranzystorach a drugie pol z kondensatorów. Kondensatory upchałem pod transformatorem.

Za chwile wrzuce troche obrobione zrzuty ekranu z płytkami drukowanymi – da wam to lepszy wgląd w to jak to się ma dzisiaj.

Dodano po 2 [godziny] 53 [minuty]:

W sumie plytek jest 5.

Backplane - "plyta glowna"
- tu podawane jest zasilanie i sa kondensatory blokujace.
Czego nie widac to miedziane listwy o przekroju 16mm2 kazda. jest ich 6.



- pierwsza plytka z kondensatorami. Tu wytwarzana jest polowa napiecia zasilania (24V) do transformatora pod transformatorem i kondensatory blokujace pod tranzystorami
- sa dwie takie identyczne plytki jedna na drugiej.



Kolejne kondensatory 24V
Tranzystory z radiatorami
Do tej plytki przykrecony jest transformator.
Tu jest podlaczony przekladnik pradowy.



I transformator:

0

Witam kolego, moim, przy tak niskim napięciu zasilającym półmostek to rozwiązanie bez sensu, duże straty mocy i wiadro kondensatorów impulsowych, jedyne rozwiązanie co może działać tak jak tego oczekujesz to przetwornica przeciwsobna, lub pełny mostek.

0

Przy tak dużych mocach wykonanie transformatora z odczepem może być kłopotliwe, poza tym trzeba zadbać o skuteczne tłumienie przepięć pochodzących z indukcyjności rozproszenia.

0

Cytat:

Uzwojenie pierwotne w kształcie U będzie dostarczało masy problemów. Jeżeli wyjdzie ułamkowe czyli 0.8zw albo 1.2zw to będziesz obciążał mechanicznie rdzeń, nie zapominaj o magnetostrykcji. Ułamkowe uzwojenie wpływa na wzrost indukcji rozproszenia i dlatego dąży się do stosowania uzwojeń o całkowitej liczbie.

Rdzeń E można owinąć 0,5 1 1,5 2... krotnie 0,8 i 1,2 i każda inna pośrednia wartość nie są możliwe do wykonania. "U" niezależnie od tego jak ukształtujemy końce owija rdzeń 1 raz, prąd i tak zamknie pełne koło.
Ułamkowe liczby zwojów są niekorzystne, gdy powodują nierównomierny rozkład strumienia w kolumnach bocznych, a wcale tak być nie musi.

0

Przepięcia przy tak niskim napięciu zasilania można pominąć, lepiej zrobić taką przetwornice
na 2 lub 3 transformatorach i nawinąć cieńszym drutem, rozwiązanie to ma kilka zalet:
Mniejsze straty mocy, lepsze chłodzenie, mniejsze obciążenie tranzystorów i diod prostujących, oczywiście każdy transformator musi mieć osobne tranzystory i diody prostownicze.
Tego typu rozwiązania od wielu lat stosują producenci spawarek.

0

dj.max7 napisał:

Przepięcia przy tak niskim napięciu zasilania można pominąć, lepiej zrobić taką przetwornice
na 2 lub 3 transformatorach i nawinąć cieńszym drutem, rozwiązanie to ma kilka zalet:
Mniejsze straty mocy, lepsze chłodzenie, mniejsze obciążenie tranzystorów i diod prostujących, oczywiście każdy transformator musi mieć osobne tranzystory i diody prostownicze.
Tego typu rozwiązania od wielu lat stosują producenci spawarek.

Jak sie robi przetwornice kolejowe na moce rzedu dziesiątek kW do wagonów i pojazdów szynowych? Tez jest tam pęczek transformatorow? Jest tu ktos z Medcomu?

Zaczynam rozumiec sens obniżania częstotliwości przełączania przetwornicy. Im wolniej tym mniej problemów z indukcyjnosciami pasożytniczymi.

0

Rozbicie uzwojenia wtórnego na dwie części rozdzielone uzwojeniem pierwotnym poprawia rozkład pola magnetycznego w uzwojeniach. To nie oznacza, że wtórne ma dwa razy więcej zwojów od obliczeniowej. Wyznaczoną liczbę zwojów dzielisz na dwie równe części. To dotyczy jedynie fizycznego wykonania trafo.
Snubbery służą do ograniczenia osylacji w czasie przełączenia. Zmniejszają szybkość narastania zbocza czyli ograniczają przepięciowe oddziaływanie indukcji rozproszenia. Połączenie gasika RC równolegle z uzwojeniem pierwotnym jest często stosowanym rozwiązaniem w zasilaczach pół i pełno mostkowych.
Indukcyjność rozproszenia dla przetwornicy przepustowej, pełnego mostka powinna być możliwie mała ponieważ wszystko co wycieka z rdzenia jest stratami. W przypadku przetwornicy rezonansowej należy zaprojektować indukcyjność rozproszenia tak by miała określoną wartość, która jest ściśle powiązana z częstotliwością rezonansową przetwornicy. Dlatego skupianie się na indukcyjności rozproszenia ma sens praktyczny. Raz jest dobrze wprowadzić ściśle określoną indukcję rozproszenia a w innym przypadku lepiej dążyć do jej minimalizacji.
W przyjętej topologii półmostkowej przetwornicy przepustowej z dzieloną pojemnością powinieneś zadbać o możliwie małą indukcję rozproszenia. To nie oznacza, że musisz się uciekać do sztuczek typu rdzeń kubkowy. Wystarczy, że poprawnie wykonasz trafo zgodnie z zaleceniami dotyczącymi przetwornic przepustowych. Te same zasady dotyczą pełnego mostka.
Zmierzyłeś indukcyjność rozproszenia swojego trafo? Zwierasz uzwojenie wtórne i mierzysz indukcyjność pierwotnego.
Ułożenie przewodów pomiarowych przekładnika bifilarnie znacząco ogranicza indukcyjność co wpłynie na na ograniczenie indukcyjności rozproszenia całej pętli jak i poziom zakłoceń generowanych przez zasilacz. Fizyczny sposób wykonania układu ma wpływ na jego działanie.

Przy tak niskim napięciu pierwotnym przetwornica przepustowa z dzieloną pojemnością nie ma sensu. Jak zapewnisz równe wartości pojemności obu sumarycznych kondensatorów dzielnika? Te pojemności zmienią się w czasie. Zmiana pojemności jednego sumarycznego kondensatora względem drugiego wprowadzi asymetrię napięć na nich a tym samym asymtrię przebiegu napięcia podawanego na uzwojenie pierwotne.
Dodanie rezystorów lub innego układu wyrównującego napięcia na kondensatorach spowoduje, że będzie konieczny kondensator szeregowy z uzwojeniem pierwotnym celem zablokowania składowej stałej. Dla takich prądów jakie przewidujesz będzie potrzebny nie jeden a cała sekcja kondensatorów typu MKP.

0

"Zaczynam rozumiec sens obniżania częstotliwości przełączania przetwornicy. Im wolniej tym mniej problemów z indukcyjnosciami pasożytniczymi"

To nie o to chodzi, im wolniej tym większe straty, większe rdzenie, tańsze tranzystory i diody prostownicze.

W drugą stronę odwrotnie z korzyścią na + dla mocy tylko ze tranzystory dużo droższe i diody też.

0

RitterX napisał:

Rozbicie uzwojenia wtórnego na dwie części rozdzielone uzwojeniem pierwotnym poprawia rozkład pola magnetycznego w uzwojeniach. To nie oznacza, że wtórne ma dwa razy więcej zwojów od obliczeniowej. Wyznaczoną liczbę zwojów dzielisz na dwie równe części. To dotyczy jedynie fizycznego wykonania trafo.

Rozumiem po co to sie robi.
Uzwojenie pierwotne musi byc nawinięte albo blachą albo kilkunastoma przewodami lica o sporej średnicy i przekroju. Prąd RMS przekracza 200A.
I tą blachę albo 20 przewodów trzeba z transformatora wyprowadzić.
Nawiniecie czegokolwiek na uzwojeniu pierwotnym moze być kłopotliwe.

W tym momencie zaczynam się z gadzać z sugestiami o podzieleniu przetwornicy na kilka mniejszych. Ułatwia to wykonanie transformatora zgodnie ze sztuką elektromagnetyki.

[/quote]

RitterX napisał:

Snubbery służą do ograniczenia osylacji w czasie przełączenia. Zmniejszają szybkość narastania zbocza czyli ograniczają przepięciowe oddziaływanie indukcji rozproszenia. Połączenie gasika RC równolegle z uzwojeniem pierwotnym jest często stosowanym rozwiązaniem w zasilaczach pół i pełno mostkowych.
Indukcyjność rozproszenia dla przetwornicy przepustowej, pełnego mostka powinna być możliwie mała ponieważ wszystko co wycieka z rdzenia jest stratami.

Nie jestem pewien czy moge się z tym zgodzić. Przetwornice 2T forward, mostkowe i półmostkowe samoistnie odzyskują tą energię do zasilania przez diody.
W mostkowej i półmostkowej diody są wbudowane w tranzystory.

RitterX napisał:

W przypadku przetwornicy rezonansowej należy zaprojektować indukcyjność rozproszenia tak by miała określoną wartość, która jest ściśle powiązana z częstotliwością rezonansową przetwornicy. Dlatego skupianie się na indukcyjności rozproszenia ma sens praktyczny. Raz jest dobrze wprowadzić ściśle określoną indukcję rozproszenia a w innym przypadku lepiej dążyć do jej minimalizacji.
W przyjętej topologii półmostkowej przetwornicy przepustowej z dzieloną pojemnością powinieneś zadbać o możliwie małą indukcję rozproszenia. To nie oznacza, że musisz się uciekać do sztuczek typu rdzeń kubkowy. Wystarczy, że poprawnie wykonasz trafo zgodnie z zaleceniami dotyczącymi przetwornic przepustowych. Te same zasady dotyczą pełnego mostka.
Zmierzyłeś indukcyjność rozproszenia swojego trafo? Zwierasz uzwojenie wtórne i mierzysz indukcyjność pierwotnego.

Zabiore sie za to jak go nawine.

RitterX napisał:

Ułożenie przewodów pomiarowych przekładnika bifilarnie znacząco ogranicza indukcyjność co wpłynie na na ograniczenie indukcyjności rozproszenia całej pętli jak i poziom zakłoceń generowanych przez zasilacz. Fizyczny sposób wykonania układu ma wpływ na jego działanie.

To może być trudne, ale pokombinuje. Bardze cenna sugestia.
Zadbałem o to by prądy płynęły w jak najkrótrzych pętlach. Mimo tak dużego przekłądnika długość każdego z 20 przewodów to około 15cm. Jak by to narysować na kartce w skali 1:1 to nie jest dużo.

Przyszedł mi inny pomysł. Zewrzeć uzwojenie pierwotne przekładnika (20 sztuk licy 3mm2 każdy dłogości 15cm) 4 przewodami miedzianymi o przekroju 2.5mm i dłogości 30mm po najkrótszej drodze. Mniej wiecej połowa prądu przepłynie przez zwarcie. W teorii da to wystarczająco dokładny pomiar prądu szczytowego, odciąży przekłądnik - on może być mniejszy i zredukuje indukcyjnosc. Zobaczymy czy to się sprawdzi. Ten pomysł, albo jakis jego wariant jest szansa, ze sie sprawdzi.

RitterX napisał:

Przy tak niskim napięciu pierwotnym przetwornica przepustowa z dzieloną pojemnością nie ma sensu. Jak zapewnisz równe wartości pojemności obu sumarycznych kondensatorów dzielnika? Te pojemności zmienią się w czasie. Zmiana pojemności jednego sumarycznego kondensatora względem drugiego wprowadzi asymetrię napięć na nich a tym samym asymtrię przebiegu napięcia podawanego na uzwojenie pierwotne.
Dodanie rezystorów lub innego układu wyrównującego napięcia na kondensatorach spowoduje, że będzie konieczny kondensator szeregowy z uzwojeniem pierwotnym celem zablokowania składowej stałej. Dla takich prądów jakie przewidujesz będzie potrzebny nie jeden a cała sekcja kondensatorów typu MKP.

Pojemnościowy dzielnik napięcia ma tendencje do pływania i nie tylko z powodów które opisałeś.
Jest na to sposób, który nie wymaga kondensatora szeregowo z uzwojeniem transformatora:

Praktycznie:
Balancing ...uments.pdf Download (515.3 kB)

Teoretycznie:
Balancing ...N-7531.pdf Download (85.38 kB)

Powinien działać nawet dla niskich napięch zasilania.

0

Podaje sie. Przeprojektowuje to na pełny mostek H. Macie racje.

Czegoś tam sie nie doliczyłem i będą z tym problemy. Nie da sie wykonac bloku kondensatorów o wymaganej pojemności zdolnych do przeniesienia 650A w impulsie.

Nowy transformator:

2 rdzenie E71 3C92
FERROXCUBE E71/33/32-3C92 E71, 3C92, 149 mm, 683 mm2, AL - 8uH

Czestotliwosc: 25kHz - najnizsza mozliwa do przeniesienia mocy 6kW przez 2 rdzenie z pewnym marginesem zapasu. Jak bedzie mi trzeba wiecej to pogonie to na 30kHz-35kHz

Obliczeniowe napiecie maksymalne 58V
Bmax w rdzeniu z katalogu: 0.37T
Uzwowjenie pierwotne - dalej wychodzi jeden zwój.

Np = (Uinmax x Ton) / Ae x Bmax = (58V x 8us) / ( 2 x 683mm2 x 0.37T) = 0.91 => 1 zwój

Bmax = Uin MAX / (4,44xNxfxS) =
58V/ (4.44 x 1 x 25 000Hz x (2x 6.82e-4 m2)) = 0.383mT

Wyglada OK, w okolicach maksimum dla 3C92

Martwi mnie prąd magnesujący. Wychodzi 58Amperów.
Nie za dużo?

I co zrobic z flux walking? Pozostaje to założyć, że układ monitorowania prądu szczytowego sobie z tym poradzi. Przy 25kHz wg danych z katalogu rdzen bedzie pracował w okolicach maksumum tego co sie da z niego wycisnac. Może byc ciekawie.

0

0,38mT szczytowo do dużo, peak-peak wychodzi 2x więcej.
Aby pozbyć się remanencji, możesz zrobić niewielką szczelinę w rdzeniu w postaci przekładki 0,1-0,2mm.

0

Ja też z wieloma rzeczami się nie zgadzam nie mniej wiem jak wygląda rzeczywistość. Rozbierz pierwszy lepszy zasilacz ATX z pólmostkiem i sprawdź czy ma czy też nie ma układu RC równolegle z uzwojeniem pierwotnym. Szybkość narastania zbocza napięcia też ma znaczenie zakładając niezerowy czas przełączenia zintegrowanej lub zewnętrznej diody blokującej klucza.
Inną ciekawostką jest dodawanie dodatkowej diody schotkky równolegle z tranzystorem MOSFET i to po mimo istnienia zintegrowanej w środku. Przy tym dioda wcale nie musi być na nominalny prąd klucza lecz znacznie mniejszy.
Znam metody aktywnego balansowania dzielnika pojemnościowego jednak w praktyce to tak różowo nie wygląda. Chcesz pracować z dużymi prądami a to ma znaczenie. Sprawdź jaki musiałbyś mieć prąd wyrównujący w jednym cyklu pracy dla rozjechania się tolerancji dzielnika pojemnościowego o 20-30%?
Uzwojenia wtórne możesz również nawinąć blachą. Skręcona lica ma kilka wad w przypadku Twojego rozwiązania. Najlepsze warunki sprzężenia uzwojeń pierwotnego i wtórnego osiąga się wtedy gdy uzwojenia są wypełnione miedzią, równej szerokości. Taśma zapewni lepsze wypełnienie okna miedzią i to co nie jest możliwe w przypadku licy stanie się możliwe w przypadku taśmy.
0.38T to jest rozpacz. Z wielkim ubolewaniem można byłoby się zgodzić na 0.28T a lepiej 0.22T. Twój trafo będzie się grzał choćby z powodu strat na rezystancji uzwojenia pierwotnego. Sprawdź jak wygląda charakterystyka nasycania rdzenia w funkcji temperatury? Jak dodasz do tego pewien całkiem długi czas odpowiedzi układu sterowania na przeregulowanie to nagle okaże się, że okolice 0.2T wydają się nader realne.
Na dwóch redzeniach tego nie zrobisz na dodatek zmniejszając częstotliwość pracy. Jak będziesz zlecał zrobienie płytek drukowanych czy będą dwie czy cztery to wszystko jedno. Mniejsze mocowo zasilacze to tańsze elementy i lepsze rozłożenie mocy strat w obiętości. Będziesz mógł pojechać z częstotliwością pracy w górę. To ma znaczenie czy cztery tranzystory muszą rozproszyć X mocy strat czy też wytraci się ona na ośmiu?

0

Skoro napięcie wyjściowe jest stałe, i wejściowe też jest stałe, to dlaczego nie zrobić SRC? W takich okolicznościach można pracowac na stałej f (minimalnie powyżej fr)
Co proponuję:
- 2x ETD59 (~4kW @ 150kHz, Bmax=200mT)
- trafa chłodzone aktywnie (chociaż SFDT twierdzi że takie trafo osiągnie max 100 stC)
- równoległe połączenie transformatorów
- identyczność transformatorów nie musi byc idealna - lekkie rozjechanie Lr zmieni tylko wypadkową Lr a to można skompensować strojeniem częstotliwości pracy
- przy rownoległym łączeniu będą potrzebne spore indukcyjności rozproszenia, ale to nie powinno specjalnie zepsuć sprzężenia uzwojeń
- przez kazde uzwojenie pierwotne płynie 2x mniejszy prąd, więc moc tracona na drucie jest 4x mniejsza
- konieczność sztucznego podniesienia indukcyjności rozproszenia ułatwia konstrukcję trafa (dzielony karkas, nie trzeba marginesów)
- kontroler wystarczy w postaci NE555 nawet
- nie trzeba feedbacka napięciowego (w rezonansie układ zachowuje się jak źródło napięciowe)
- drivery tranzystorow H/L z jednym wejsciem i shutdown, posiadający stały deadtime (są takie, po parę zł/szt)
- kondensatory obwodu rezonansowego w układzie dzielonym (bo znacznie lepsze warunki ich pracy)
- można łatwo i skutecznie zabezpieczyć układ przed natychmiastową śmiercią przy przeciążeniu, dodając diody na kondensatory rezonansowe. Wtedy można na spokojnie dać obwodowi OCP sporo czasu na reakcję. Diody uniemożliwią nadmierne 'rozbujanie' układu rezonansowego przy zwarciu. Teoretycznie w takiej konfiguracji układ może w trybie ciągłym pracować na zwarciu o ile elementy wytrzymają. Prąd osiągnie jakiś max zależny od Z0 obwodu rezonansowego, i taki zostanie...

Trzeba tylko to ustrojstwo stroić tak aby zawsze pracowało faktycznie w rezonansie albo leciutko powyżej (max kilka kHz dryfu na zegarze/elementach, ew. kompensacja temperaturowa zegara)

W takim układzie tranzystory mają ZVS na włączenie, więc marnuje się tylko nieco energii przy wyłączaniu. Generalnie tylko zależne od pojemności i napięcia na nim - napięcia mamy generalnie niskie, więc straty będą również niskie (MOSFETa nie boli wyłączenie dużego prądu, jak w przypadku IGBT, a tylko ładunek w pasożytniczej pojemności D-S)
Diody wyjściowe dałbym jako diody, gdyż w rezonansie będą one miały ZCS [leciutko powyżej fr - 'niemal' ZCS] (a MOSFETy tego nie lubią), jednak dałbym ich dużo (16 - po ~1A na diode będzie git)

Inna opcja, to na IGBT zbudować SRC-ZCS (tylko on wymaga już feedbacka napięciowego, gdyż poniżej 0.5fr zachowuje się jak źródło prądowe) ale nie chcę pisac esejów w jednym poście...

0

nsvinc napisał:

Skoro napięcie wyjściowe jest stałe

No nie jest Do obliczen przyjalem maksymalne 58V. Tyle bedzie gdy cos padnie.

Bedzie sie wahac od ponizej 24 do 56.

Poza tym to bardzo ciekawy post.

0

szlachciul napisał:

Bedzie sie wahac od ponizej 24 do 56

Żeby pracować przy takim zakresie napięć i mieć regulację wyjścia bez obciążenia, musi być LLC, ale to też specjalnie nie komplikuje tematu i byle jaki kontroler LLC sobie poradzi.
Jednak:
- Mmin będzie ~1.1, więc Vpri będziesz miał (56*1.1)=61.6V, i pod to trzeba liczyć przekładnię. To będzie konwersja w rezonansie (fr1)
- Mmax musi być taki, aby przy 24V Vpri był const, więc (24*x)=61.6V, więc 2.56 => 2.6. To będzie konwersja poniżej rezonansu (fs<fr1)
- To jest duży Mmax. zeby go osiągnąć, potrzebne będą małe stosunki Lm/Lr aby Q był sensowny i zakres fs był sensowny (mały Lm/Lr to wysoka 'czułość' M na zmianę fs)
- Trafo się nieznacznie komplikuje, ale skoro będzie nawijane blachą, to łatwo będzie wykonać dwa niemal identyczne egzemplarze
Względem SRC:
- na plus jest to, że w fr1 i poniżej, diody wtórne mają całkowicie naturalną komutację
- na plus jest regulacja wyjścia od 0A do [max]A wciąż utrzymując ZVS tranzystorów i ZCS diod, w calym zakresie napięć wejściowych
- na minus jest to, że przy Mmax będą duże prądy krążące w obwodzie rezonansowym
- na minus jest utrata zwarcioodporności (zwarcie spowoduje wytrącenie z ZVS, co przy 6kW w ułamku sekundy uśmierci tranzystory), i brak mozliwosci bocznikowania kondensatorów diodami, więc zadanie OCP spada na kontroler

Mimo wad, nie zmienia to faktu, że LLC będzie o niebo (albo o dwa nieba...) lepszy niż mostek:
- ZVS tranzystorow i ZCS diod
- w swojej częsci cyklu tylko jeden klucz przewodzi (a nie dwa, jak w przypadku mostka)
- dzięki ZVS masz wyższe częstotliwości pracy a więc lepiej używasz miejsca i rdzeni
- istotna redukcja EMI
- nie masz dławika wyjściowego wymaganego przy regulacji PWM (a ten dławik musi być na max prąd wyjściowy!)
- wyższe częstotliwości - mniejsze pojemności wyjściowe (oszczędność na tych kondensatorach może być bardzo odczuwalna w okolicznościach 25kHz vs. 150kHz...)

0

Akurat dławik wyjściowy ma nieco sensu z powodu ograniczenia narastania prądu w obwodzie. To daje czas układowi sterowania na reakcję ograniczającą prąd w obwodzie uzwojenia pierwotnego. Pewnym problemem może być dobór jego reaktancji dla zakresu częstotliwości pracy przetwornicy. Da się to zrobić. Prąd wyjściowy dławika nie jest tu przerażający Iout<16A. Dlatego dławik nie będzie kosmicznych rozmiarów. Nie wiem co ma być obciążeniem ale jak znajdzie się tam bateria filtrujących kondensatorów elektrolitycznych to przetwornica rezonansowa pracująca bezpośrednio na kondensatory może nie mieć lekko bez dławika.
Na marginesie nie miało być rezonansowej. Tak zakładał Autor .

0

RitterX napisał:

Na marginesie nie miało być rezonansowej. Tak zakładał Autor .

Rezonansowa bedzie, jak nie teraz to nastepnym razem. Nie zmarnuje sie.

Ten projekt powinienem oddac do wykonania plytek najpozniej za 2 tygodnie. Calosc musze ukończyć do przelomu lutego-marca i zajac sie projektami komercyjnymi bo nie bedzie co jeść

Czasowo nie dam razy z przerobieniem tego na rezonansowa. Ale w planach jest podobny projekt o mniej wiecej polowe mniejszej mocy. Wiec na pewno wasze uwagi sie przydadza. Szkoda, ze nie zalozylem tego watku pol roku temu. Dzis byla by rezonansowa.

Obciążenie to kilka kondensatorów, bezpiecznik i mostek H z IGBT do wytworzenia 240V 50Hz.

0

Przetwornica rezonansowa ma sens przy częstotliwościach >150kHz, przy 25-30kHz zysk z wyboru tej topologii będzie praktycznie żaden.

0

komatssu napisał:

Przetwornica rezonansowa ma sens przy częstotliwościach >150kHz

No, przy 100kHz też ma sens

RitterX napisał:

ale jak znajdzie się tam bateria filtrujących kondensatorów elektrolitycznych to przetwornica rezonansowa pracująca bezpośrednio na kondensatory może nie mieć lekko bez dławika

Niekoniecznie. SRC 'z diodami' będzie miał to gdzieś, o ile obwód rezonansowy to wytrzyma (a łatwo zaprojektowac taki, ktory wytrzyma)
LLC, pracując poniżej fr1, z kolei zostanie wytrącony z ZVS w razie nadmiernego spadku rezystancji obciążenia, co przez parędziesiąt cykli jest do zniesienia, więc OCP ma kilkaset us na reakcję (przy 100kHz). Dławik w tych topologiach nie jest do niczego potrzebny - przy fs>=fr1 prąd płynie cały czas, tylko z różną częstotliwością, a poniżej fr1 są przerwy w dostawie. Jednak powinny byc one krótkie, dlatego przy dużym zakresie M lepiej wybrać małe k, aby nie zjeżdzać z fs zbyt nisko. W szczegolnosci, ze transformator trzeba obliczyć dla fmin (@Mmax), wiec duże k niedosyć że wymusi szeroki zakres fs, to jeszcze duży i drogi transformator.

SRC 'z diodami' nie potrzebuje softstartu. LLC i SRC bez diod, potrzebuje softstartu ze względu na to, że
- w LLC @fs<fr1 rozruch będzie w ZCS, i kwestią losową będzie, czy startup zamorduje tranzystory czy nie, i dodatkowo wystąpi to co poniżej, więc nie ma co liczyć na cud
- w SRC bez diod podczas startupu obwód rezonansowy rozpędzi się natychmiast do bardzo dużych prądów i napięc; klucze mogą zacząc przebijać napięciowo i po kilkunastu cyklach wyzionąć ducha

0

To konwerter sie robi.

Jestem na etapie dlubania pętli sprzeżenia zwrotnego. Juz jest stabilna. Trochę szumi. Obciążenie na razie 300W. Wieksze prądy przede mną.



Tu ^^^ wymiana transformatora. Pierwszy transformator dostał zwarcia na wtórnym. Miały być 3 warstwy taśmy izolacyjnej. Coś pomieszałem i wyszły 2 i ...

0

Przetwornica sie zrobila.

Dziekuje za kilka ciekawych wypowiedzi w wątku. Przydadza sie.

Przetwornica działa. Transformator z uzwojeniem w U funkcjonuje poprawnie. A ktoś tu wieszczl problemy. Dalo sie opanowac rezonanse.

Jest kilka problemów duzo wieksze od policzonych prady kondensatorów odsprzegajacych + PCB wykonanie niezgodnie ze specyfikacja z miedzi 35um zamiast 105. Radiatory mimo intensywnego dmuchania są za małe. Wyciskam z przetwornicy moc ciagla 5kW. 6kW jest dostepne do przegrzania tranzystorow.

2