Rdzenie do przekształtnika wysokiej częstotliwości.

Witam wszystkich.
Jestem w trakcie projektowania przekształtnika rezonansowego i potrzebny mi jest rdzeń do dławika zachowujący przyzwoitą sprawność przy wysokiej częstotliwości (ok. 250 kHz).
Niestety rdzenie typu sandust zbytnio się grzeją przy prądach o amplitudzie ok 70A. Chyba że rdzeń ten grzeje się z przyczyn mi nieznanych... Niemniej przebieg prądu jest zgodny z oczekiwanym tj. jak na przekształtnik rezonansowy przystało - sinusoidalny.
http://www.micrometalsarnoldpowdercores.com/products/materials/sendust

Czy istnieją łatwo dostępne materiały których straty przy takich częstotliwościach są mniejsze?
Istnieją chyba nowe rdzenie sandust przeznaczone do pracy przy wysokich częstotliwościach :
http://www.micrometalsarnoldpowdercores.com/products/materials/sendust-high-frequency
Niemniej nie mam pojęcia gdzie takie rdzenie można zakupić...

Proszę o pomoc i radę, jaki rdzeń zastosować, ewentualnie w jaki sposób wpłynąć na mniejsze w nim straty.

Nie wiem jak rozumieć przekrój kolumny.
Dławik nawinąłem na rdzeniu toroidalnym, jeżeli masz na myśli efektywną drogę magnetyczną to starałem się tak obliczyć dławik aby nie wpadł on w nasycenie. Ponadto są to rdzenie proszkowe, które bardzo trudno nasycić.
Straty moim zdaniem wynikają z tych charakterystyk które są w pierwszym linku w poście który napisałem powyżej.

Wspomniałeś o amplitudzie prądu 70A, ale nie wiemy jakie zmiany indukcji wywołuje ten prąd. To, że rdzeń nasyca się dopiero przy ~1T nie oznacza, że może on pracować z takimi amplitudami indukcji przy 250kHz - zwróć uwagę na wykresy ilustrujące straty w rdzeniu w funkcji amplitudy indukcji, dla różnych częstotliwości.

Moim skromnym zdaniem przy takich zastosowaniach należy przeprosić się z rozwiązaniami klasycznymi - dławik na rdzeniu ferrytowym ze szczeliną powietrzną.

Właśnie to chyba ta amplituda indukcji wpływa na straty, w zaprojektowanym dławiku przy prądzie 70A wynosi ona 1,7-1,8kG, rdzeń o przenikalności 26u, jak widać po wykresie straty są duże.
Zatem szczelinę będę musiał zrobić sam? A coś ze szczeliną rozproszoną, najlepiej na toroidzie by się nie znalazło?
Nie najlepiej znam się a materiałach, jednak jak projektowałem ten dławik "gdzieś tam" wyczytałem że rdzenie sandust znakomicie pracuje na wysokich częstotliwościach.

https://www.mag-inc.com/Design/Design-Guides/Inductor-Design-with-Magnetics-Powder-Cores.aspx

Tutaj głównie już o przekrój chodzi rdzenia, ponieważ im większy gabarytowo rdzeń tym większy AL, im większe AL tym mniejsza ilość zwojów potrzebna a za tym idzie mniejsza indukcja (B) i mniejsze straty.

Ale duże AL przy za małym rdzeniu to znak, że jest wysoka przenikalność, duża przenikalność oznacza duże zmiany B(H) co oznacza duże straty.
Czyli poszukujesz rdzenia o małej przenikalności, dużym AL i dużych gabarytach (wszystko uzależnione jak bardzo chcesz by się Tobie grzało).

@miszaa88 napisz proszę co to za topologia tego przekształtnika, jaka moc i o który dławik Ci chodzi (może być ich kilka, a może transformator?), bo samo określenie rezonansowy jest tak ogólne jak np. samochód terenowy.

Quasi rezonansowy zvs.
Znajdę lepszy materiał niż ten typu sandust?

quasi rezonansowy ZVS może być buck, flyback, półmostek, pełny mostek... w każdym element indukcyjny pracuje nieco (lub całkiem) inaczej, straty rozkładają się też inaczej i inny materiał może być optymalny. Materiały na rdzenie nie dzielą się po prostu na lepsze i gorsze. Napisz co to za układ i jaka moc przynajmniej, jakie napięcia itd. Piszesz że quasi rezonansowy a przebieg prądu sinusoidalny - coś tu nie gra.

https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3270323.html

cóż on projektuje układ kolejnymi postami na elektrodzie

Coolrob
Sorry, rzeczywiście, quasi rezonansowy zvs boost, maksymalna amplituda prądu dławika wyniesie 80A. Przebieg prądu dławika ma charakter sinusoidalny, trochę od sinusa jednak się różni, oczywiście cały czas mowa o dławiku rezonansowym. 250kHz to częstotliwość rezonansowa. Napięcie wejściowe wynosi 20V, wyjściowe 40-50, moc ok. 800W.

_lazor_
Tak rzeczywiście może to wyglądać, napotkałem inny problem to założyłem nowy temat.

No to jak jeszcze zapodasz indukcyjność jaką ma mieć ten dławik to już będzie można coś policzyć.

Indukcyjność ma wynieść ok. 2uH. Policzyć to ja w miarę wszystko potrafię, jednak słaby ze mnie praktyk i nie znam się na materiałach. Z drugiej strony fajnie by było nie wpakować w przekształtnik jakiegoś ogromnego dławika.

Tak mi się teraz przypomniało, więc dopiszę uwagę, że dla częstotliwości powyżej 100kHz należy stosować lice zamiast zwykłego przewodu, ponieważ już trzeba rozpatrywać efekt naskórkowości. Linka to nie lica. Co dla 70A oznacza dość spore koszta... Może zamiast rdzenia grzeją się Tobie przewody a że oddają ciepło dość szybko do rdzenia myślisz, że to rdzeń?

I tu kłania się termowizja...

_lazor_ napisał:

Tak mi się teraz przypomniało, więc dopiszę uwagę, że dla częstotliwości powyżej 100kHz należy stosować lice zamiast zwykłego przewodu, ponieważ już trzeba rozpatrywać efekt naskórkowości. Linka to nie lica. Co dla 70A oznacza dość spore koszta... Może zamiast rdzenia grzeją się Tobie przewody a że oddają ciepło dość szybko do rdzenia myślisz, że to rdzeń?

Polecam: https://engineering.dartmouth.edu/inductor/papers/stranded.pdf

Rdzeń jest nawinięty licą i to bardzo cieniutką. Ponadto temperatura rdzenia - zmierzona termometrem optycznym jest większa niż temperatura licy.
Wszystko wskazuje na to że straty są spowodowane prądami wirowymi(?) zgodnie z charakterystykami w pierwszym linku, przenikalność magnetyczna rdzenia z którego korzystałem wynosi 26u.

Przynajmniej elektroda ma zaletę że pobudza do szukania nowych rzeczy.

A ja znalazłem coś co może pomoże rozwiązać Twój problem.
http://ecee.colorado.edu/copec/book/slides/Ch13slide.pdf

Równania na straty w rdzeniu zawarte w tym pdfie są zawarte w tych charakterystykach sprawności, które już linkowałem - nic nie wniosą do problemu. Zaradzić można by było jak pisałeś rdzeniem z dużym al, małą przenikalnością i o dużych gabarytach lub znaleźć rdzeń z innego materiału, lepiej nadającego się do pracy przy wysokich częstotliwościach. Tak przynajmniej mi się wydaje.

Podesłałem Tobie link do edycji pierwszej, w edycji drugiej masz trochę więcej informacji:
http://ecee.colorado.edu/copec/book/slides/Ch13slides.pdf

42 strona

A z tego:
http://ecee.colorado.edu/copec/book/slides/Ch14slides.pdf

Spróbuj dobrać rdzeń z zależności z strony 10 uwzględniając straty z poprzedniego pliku z strony 41.

Niestety, materiał z którego korzystam jest znacznie lepszy na wyższych częstotliwościach niż te tam wymienione.
A może spróbować bez rdzenia ? Wtedy przenikalność byłaby możliwie najniższa...

@miszaa88, spróbuj policzyć swój dławik dla takiego rdzenia:

EPCOS B65887E0160A087
jest dostępny w Farnellu

Al = 160nH
Ae = 200mm2
Ve = 14000mm2
Szczelina 1,9mm
Materiał N87

N87 to materiał, który ma relatywnie niskie straty dla tych warunków pracy, które napisałeś. Dla 250kHz i dB = 100mT będzie około 300uW/mm3 => 4,2W strat. Zakładając 18oC/W to wyjdzie 75 stopni przyrostu temperatury. [ŹLE POLICZONE, POPRAWIONE W KOLEJNYCH POSTACH] A to tylko połowa strat w tym dławiku, druga połowa będzie od uzwojeń, jeśli straty będą zbalansowane równomiernie. Będzie ciężko ale i tak o niebo lepiej, niż dla tych proszkowych.

Jeśli się nie uda (a jest to wysoce prawdopodobne ), proponowałbym rdzenie ETD49 lub ETD59 ze szczeliną i materiałem N87 (Epcos/TDK) albo 3C95 (Ferroxcube/Yageo) lub innym 3C9x w zależności od temperatury, jakiej się spodziewasz. ETD, EE itp będą lepiej chłodziły uzwojenia od kubkowych, RM i tym podobnych.

https://en.tdk.eu/download/528882/6a0da25e2745be5c13b587b3d4a8de48/pdf-n87.pdf
http://www.ferroxcube.com/FerroxcubeCorporateReception/datasheet/3c95.pdf
http://www.ferroxcube.com/FerroxcubeCorporateReception/datasheet/3C953C97_20140519.pdf

P.S. 80-100oC to temperatura przy której większość materiałów ferrytowych ma minimum strat. Charakterystyka jest w karcie katalogowej.

coolrob, czemu zakładasz 100mT?

Mi wychodzi wstępnie że przy warunkach 70A 4 zwojów ten rdzeń by pracował przy 400mT
Jakby znaleźć rdzeń o dłuższym le taki przynajmniej 280mm to już by się nadawał przy przenikalności średniej rdzenia μe = 45

B = (L x I) / (n x S)

B[T] indukcja
L[H] indukcyjność
I[A] prąd
n liczba zwojów
S[m2] przekrój rdzenia

B = (2,65uH x 80A) / (4 x 200um2) = 0,26T -> to jest amplituda B. Analizując wykresy strat mocy trzeba tę wartość podzielić przez 2 w tym wypadku, bo w tej topologii ten dławik będzie pracował tylko w pierwszej ćwiartce BH (prąd będzie płynął przez niego tylko w jedną stronę). Prąd spada do zera w każdym okresie. Chyba że jest inaczej, może miszaa88 wrzuci chociaż uproszczony schemat albo jakieś przebiegi choćby z symulacji żeby rozwiać wątpliwości...

[POPRAWIONE]

http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de podpowiada PM62/49

Ok dałem le 40mm a nie 70mm. W takim wypadku wynik taki sam jak u coolrob.

Nie wiem który dławik kolega miszaa88 oblicza, więc ciężko mi stwierdzić czy będzie przez niego płynął prąd przemienny. Nie wiemy też czy jego przetwornica będzie działać w CCM czy DCM od tego zależy jaka jest zmiana strumienia i straty w rdzeniu (W CCM są praktycznie tak małe zmiany B, że można pominąć straty z tym związane).

@_lazor_ dzięki, faktycznie źle podstawiłem indukcyjność (2uH zamiast 2,65uH, która wychodzi z nawiniętego dławika). Indukcja wychodzi 0,26T. Wobec tego straty obliczone w poście #22 wyjdą 8,4W czyli rdzeń RM14 się nie nadaje.

Źródła wzorów to prawo Faradaya U=dfi/dt=(n x dB x S)/ dt oraz U=L x (dI/dt).

Ale to autor tematu musi sobie sam policzyć, bo zna układ i wie co się pozmienia przy innej indukcyjności.

Strona, którą podał deus.ex.machina jest pomocna ale nie ma podanego materiału rdzenia. W przypadku PM62/49 to jest materiał N27, który się nie nadaje :/

Się razem pomyliliśmy, ale grunt że jest konsensus.

coolrob napisał:

Strona, którą podał deus.ex.machina jest pomocna ale nie ma podanego materiału rdzenia. W przypadku PM62/49 to jest materiał N27, który się nie nadaje :/

Podane są dwa materiały N27 i N87 (N87 bez przerwy powietrznej).

Dziękuję wszystkim za zainteresowanie.
Proszę schemat:

Przypominam że cały czas mowa o dławiku rezonansowym. Przez niego będzie płynął prąd przemienny. To czy będzie to CCM czy DCM nie ma większego wpływu na dławik rezonansowy - w dławiku tym zmiany B zawsze będą duże.

Coolrob
4,2W raczej nie spowoduje przyrostu temperatury o 75 stopni....

Mam jeszcze pytanie jak rozumieć zależność strat w funkcji indukcji.
Jeżeli na charakterystyce podanej przez producenta widnieje że np. straty dla indukcji 200mT i częstotliwości 200kHz wynoszą 200mW/cm^3 to czy oznacza to że przy prądzie przemiennym dławika powodującym maksymalną indukcję właśnie 200mT straty będą wynosić te 200mW - uśrednione straty dla całego okresu?
Czy może są to straty w dławiku w momencie jak prąd osiągnie największą wartość w całym okresie czyli rdzeń wykazuje najwyższą indukcję?