Niedawno opublikowany artykuł "Najprostsza przetwornica impulsowa do TDA7294" mimo wyczerpującej natury i szczegółowości przyciągnął heretyków którzy wierzą, że przetwornice push-pull nie potrzebują dławika wyjściowego bo działają i jakoby działały równie dobrze.
Pora więc sprawdzić co daje dławik wyjściowy w tak prostej przetwornicy. Jako przykład do symulacji wybrałem przetwornicę z poprzedniego artykułu. Do symulacji poczyniłem następujące uproszczenia:
- Transformator jest idealny (brak rozproszenia i rezystancji). Indukcyjności są przyjęte tylko aby zachować przekładnię 3:7.
- Dławik wyjściowy jest idealny (brak rozproszenia i rezystancji)
- Ścieżki na PCB są idealne (bez indukcyjne i nadprzewodzące)
- Kondensatory wyjściowe 4700 uF 50 V mają ESR reprezentatywnego NICHICON'a UVR1H472MRD6: 34 mOhm. Raczej dobry kondensator.
- Kondensatory wyjściowe 100 nF maja ESR 10 mOhm.
- Rezystory obciążenia są dobrane dla około 2x 50 W obciążenia jako, projekt był dla około 100 W mocy wyjściowej
- Napięcie zasilania to 14.4 V - założyłem zastosowanie car-audio i idealny akumulator.
- Częstotliwość kluczowania 30 kHz - bardzo niska jak na dzisiejsze standardy.
- Modele diod i kluczy z bibliotek LTSpice.
- Pomiary dokonane po ustaleniu się stabilnego punktu pracy ( 50 okresów kluczowania, wstępne naładowanie kondensatorów)
Uproszczenia są znaczne ale nie powinny zaciemnić podstawowych różnic w sposobie pracy obu wersji. Nie jest to praca doktorska tylko pokaz sklecony w 15 minut. Symulacja w LTSPICE XVII. Szczerze powiedziawszy sam byłem ciekawy jak duże będą różnice i czy krytyczne dla konstrukcji czy też tylko pogorszą parametry użytkowe.
Schemat:
Plik symulacji jest w załącznikach.
Wykresy podstawowych wielkości dla wersji z dławikiem sprzężonym:
Wykresy podstawowych wielkości dla wersji bez dławika:
Podsumowanie
Wnioski:
Osobiście nieco zaskoczył mnie mały wzrost strat diod wyjściowych, spodziewałem się też większego wzrostu strat kondensatów wyjściowych.
Wersja bez dławika działa, daje też ciut wyższe napięcie wyjściowe. Bez dławika spada sprawność i dramatycznie rosną szumy. Półprzewodniki pracują z wyższymi prądami.
Wnioski pozostawiam wam.
Czy katowanie kondensatorów wyjściowych 2.3 razy wyższym prądem RMS i ponad 7 razy wyższym szczytowym jest warte oszczędności? Trudno policzyć wzrost ich temperatury ale nie da się zaprzeczyć, że wystąpi i skróci ich żywotność.
Czy trzy razy wyższe straty na kluczach są opłacalne? Pomijam już resztę.
Czy zmiana prądów trójkątnych (a więc narastających powoli) na praktycznie prostokątne i związane z tym przepięcia i emisja zakłóceń jest akceptowalna?
Czy do zastosowań audio właściwym jest podnosić szumy na zasilaniu 8 razy w imię braku jednego dławika na używanym rdzeniu z zasilacza ATX?
Jeśli istnieją merytoryczne argumenty przeciwko dławikowi wyjściowemu (poza kosztem, który to argument bardzo łatwo obalić w tym przykładzie) to zapraszam do dyskusji.
Pora więc sprawdzić co daje dławik wyjściowy w tak prostej przetwornicy. Jako przykład do symulacji wybrałem przetwornicę z poprzedniego artykułu. Do symulacji poczyniłem następujące uproszczenia:
- Transformator jest idealny (brak rozproszenia i rezystancji). Indukcyjności są przyjęte tylko aby zachować przekładnię 3:7.
- Dławik wyjściowy jest idealny (brak rozproszenia i rezystancji)
- Ścieżki na PCB są idealne (bez indukcyjne i nadprzewodzące)
- Kondensatory wyjściowe 4700 uF 50 V mają ESR reprezentatywnego NICHICON'a UVR1H472MRD6: 34 mOhm. Raczej dobry kondensator.
- Kondensatory wyjściowe 100 nF maja ESR 10 mOhm.
- Rezystory obciążenia są dobrane dla około 2x 50 W obciążenia jako, projekt był dla około 100 W mocy wyjściowej
- Napięcie zasilania to 14.4 V - założyłem zastosowanie car-audio i idealny akumulator.
- Częstotliwość kluczowania 30 kHz - bardzo niska jak na dzisiejsze standardy.
- Modele diod i kluczy z bibliotek LTSpice.
- Pomiary dokonane po ustaleniu się stabilnego punktu pracy ( 50 okresów kluczowania, wstępne naładowanie kondensatorów)
Uproszczenia są znaczne ale nie powinny zaciemnić podstawowych różnic w sposobie pracy obu wersji. Nie jest to praca doktorska tylko pokaz sklecony w 15 minut. Symulacja w LTSPICE XVII. Szczerze powiedziawszy sam byłem ciekawy jak duże będą różnice i czy krytyczne dla konstrukcji czy też tylko pogorszą parametry użytkowe.
Schemat:
Plik symulacji jest w załącznikach.
Wykresy podstawowych wielkości dla wersji z dławikiem sprzężonym:
Wykresy podstawowych wielkości dla wersji bez dławika:
Podsumowanie
| Aspekt | Dławik 2x 10 uH | Bez dławika | Różnica |
| C1 RMS ripple | 128 mA (0.30 App) | 330 mA (2.2 App) | 2.3x gorzej, straty mocy 5.3x |
| V.out+ ripple | 9.7 mVpp | 75 mVpp | 7.9x gorzej |
| Straty na C1 | 2.21 W | 3.00 W | 1.3x gorzej, straty mocy 1.7x |
| Straty na D1 | 0.533 W | 0.614 W | 1.15x gorzej |
| Straty na M1 | 0.518 W | 1.56 W | 3x gorzej |
| Prąd wejściowy RMS | 6.7 A | 7.64 A | 1.14x gorzej |
Wnioski:
Osobiście nieco zaskoczył mnie mały wzrost strat diod wyjściowych, spodziewałem się też większego wzrostu strat kondensatów wyjściowych.
Wersja bez dławika działa, daje też ciut wyższe napięcie wyjściowe. Bez dławika spada sprawność i dramatycznie rosną szumy. Półprzewodniki pracują z wyższymi prądami.
Wnioski pozostawiam wam.
Czy katowanie kondensatorów wyjściowych 2.3 razy wyższym prądem RMS i ponad 7 razy wyższym szczytowym jest warte oszczędności? Trudno policzyć wzrost ich temperatury ale nie da się zaprzeczyć, że wystąpi i skróci ich żywotność.
Czy trzy razy wyższe straty na kluczach są opłacalne? Pomijam już resztę.
Czy zmiana prądów trójkątnych (a więc narastających powoli) na praktycznie prostokątne i związane z tym przepięcia i emisja zakłóceń jest akceptowalna?
Czy do zastosowań audio właściwym jest podnosić szumy na zasilaniu 8 razy w imię braku jednego dławika na używanym rdzeniu z zasilacza ATX?
Jeśli istnieją merytoryczne argumenty przeciwko dławikowi wyjściowemu (poza kosztem, który to argument bardzo łatwo obalić w tym przykładzie) to zapraszam do dyskusji.
Fajne? Ranking DIY
