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

Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker

_lazor_ 13 Kwi 2019 19:58 2976 25
  • Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker

    1. Wstęp
    Flyback to przetwornica zaporowa. To jedna z najpopularniejszych topologii stosowana do zasilania urządzeń o małej mocy, zdobyła popularność dzięki prostej konstrukcji oraz prostej zasadzie działania. Wiele firm dodało swoje rozwiązania, poprawiając niektóre parametry; zmniejszono straty dynamiczne na kluczu, emisję zakłóceń usunięto sprzężenie zwrotnego z transoptorem).

    Zasadę działania obrazuje bardzo dobrze Wikipedia, więc ją zacytuję:


    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    rys. 1 Schemat przekształtnika flyback


    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    rys. 2 Dwa stany pracy przekształtnika


    Schemat przekształtnika jest na rys. 1. Działa na zasadzie podobnej do przekształtnika buck-boost z rozdzielonym dławikiem tworzącym transformator. Gdy zachowany jest ciągły strumień indukcji magnetycznej w dławiku (tryb pracy ciągłej) to można wyróżnić dwa stany pracy:
    - Gdy klucz jest zwarty (rys. 2 na górze), uzwojenie pierwotne podłączone jest do źródła napięcia. Płynący przez uzwojenie pierwotne prąd oraz strumień magnetyczny w rdzeniu zwiększają się, a energia jest gromadzona w transformatorze. Napięcie na uzwojeniu wtórnym polaryzuje diodę zaporowo. Wyjściowe obciążenie jest zasilane z kondensatora wyjściowego.
    - Gdy klucz jest rozwarty (rys. 2 na dole), strumień magnetyczny w rdzeniu zmniejsza się. Napięcie na uzwojeniu wtórnym polaryzuje diodę w kierunku przewodzenia i prąd uzwojenia wtórnego płynie poprzez tę diodę do obciążenia oraz kondensatora.
    https://pl.wikipedia.org/wiki/Przekszta%C5%82tnik_flyback

    Schemat ideowy jest wersją uproszczoną, pozwalającą lepiej zrozumieć zasadę działania. Rzeczywisty układ boryka się z wieloma problemami, które w idealnym układzie nie wystąpiłyby, między innymi
    straty dynamiczne na kluczu, przepięcia na uzwojeniu pierwotnym, potrzeba sprzężenia zwrotnego czy zasilenie sterownika. Poniższy materiał ma przybliżyć wymagania dotyczące wyposażenia warsztatu energoelektronicznego oraz problemy związane z projektowaniem PCB. Materiał powstał z pomocą użytkownika -RoMaN-, a wykorzystanym sterownikiem jest TNY280.

    2. Narzędzia oraz sprzęt energoelektroniczny
    Energoelektronika jest specjalizacją wymagającą specyficznej wiedzy oraz sprzętu w stosunku do ogólnej elektroniki. Trzeba mieć na uwadze, że praca z napięciem sieciowym jest ZAWSZE niebezpieczna. Obowiązkowa jest wiedza na temat ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym oraz świadomość, czym może zakończyć się błąd.
    W skrócie opiszę, z jakich narzędzi oraz sprzętu korzystałem w tym projekcie.

    Circuit Maker

    Jako oprogramowanie do projektowania PCB wybrałem Circuit Maker. Jest to okrojona wersja programu Altium Designer (Protel) dostępna za darmo. Jest to dla mnie wygodne narzędzie o nadal sporych możliwościach, dużej bazie projektów oraz połączenie z bazą elementów Octopart. To ostatnie jest wyjątkowo przydatne, gdyż jeśli ktoś korzystał już z potrzebnego nam elementu będziemy mieć gotowy model symbolu, footprint oraz czasem model 3D, jeśli korzystamy z elementu jako pierwsi w społeczności Circuit Maker to możemy go stworzyć, dodając swoją cegiełkę. Wiele elementów jest wykonanych bardzo dobrze (co uważam za spory plus Circuit Maker'a), jednak kilka trafiło mi się zrealizowanych fatalnie.

    Projekt można znaleźć pod linkiem:
    https://workspace.circuitmaker.com/Projects/Details/Kamil-Gulczuk/TNY280-flyback-12V-1A

    Sprzęt do energoelektroniki

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 3. Sprzęt oraz stanowisko wykorzystywane do uruchomienia oraz pomiarów zasilacza.

    Transformator separujący
    Jest to jeden z najważniejszych elementów zapewniających ochronę przed uszkodzeniem sprzętu pomiarowego oraz przede wszystkim naszego zdrowia. ZAWSZE układ badany zasilamy z transformatora separującego! NIE PODŁĄCZAMY do niego oscyloskopu! Dlaczego? Ponieważ pozbywamy się uziemienia z obudowy oscyloskopu co jest niedopuszczalne, gdyż na obudowie urządzenia pomiarowego pojawi się niebezpieczne dla zdrowia napięcie!
    Za porady z majstrowaniem przy przewodzie PE w urządzeniu pomiarowym, będę dawać z automatu ostrzeżenie!

    Autotransformator
    Czasem warto uruchomić układ z niższego napięcia, dla mniejszych efektów dźwiękowo-świetlnych chociaż nie jest to wymagane
    Przypomnienie - autotransformator nie zapewnia galwanicznej izolacji.

    Taka uwaga do transformatora oraz autotransformatora.

    Początkowy prąd magnesujący transformator separujący i autotransformator może być na tyle duży, że może wyzwolić zabezpieczenie nadprądowe, co nie oznacza, że sprzęt jest uszkodzony. W celu uniknięcia wyzwolenia się zabezpieczenia polecam użycie w szeregu termistora NTC.

    Sondy do oscyloskopu
    Na wysokim potencjale używamy sond x100 z izolacją 2kV DC. Przepięcia w tego typu układach mogą sięgać nawet 1kV, a zwykłe sondy x10 mogę tego nie wytrzymać i doprowadzić do ich uszkodzenia.

    Oscyloskop
    Obecnie standardem jest pasmo 100 MHz, lecz do energoelektroniki nadal wystarczy zwykłe 25 MHz, gdyż operujemy na częstotliwości pierwszej harmonicznej do 300 KHz przebiegu prostokątnego oraz krotności pierwszej harmonicznej. Oczywiście im lepsze pasmo przenoszenia, tym oscylogramy dokładniejsze, ale nie jest to aż tak istotne.
    Przypomnienie ? kanały oscyloskopu nie są zazwyczaj izolowane (w tanich oscyloskopach na pewno nie są) od siebie, więc ?masę? sond oscyloskopu wpinamy do jednego punktu, aby uniknąć zwarcia.

    Stanowisko pracy
    Osobiście mam wieczny bałagan na biurku, jednak miejsce gdzie uruchamiam układ ma być uporządkowane, czyste i z podłożem izolowanym (używam płyty z polipropylenu). Dlaczego? Uszkodzenie układu z powodu zagubionego gdzieś pod układem drucika z rezystora czy kulki cyny, jest tak samo efektowne co frustrujące.

    3. Elementy schematu

    Dlaczego TNY280? Jest to konstrukcja łatwa do zaprojektowania jednocześnie dająca zadowalający efekt końcowy.

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 4. schemat

    Spoglądając na schemat już na pierwszy rzut oka widzimy, że jest on znacznie bardziej złożony niż schemat poglądowy z Wikipedii. Postaram się opisać poszczególne elementy funkcyjne w tym schemacie.

    Gasik
    Fundamentalną zasadą działania tej topologii jest gromadzenie energii w dławiku z dwoma (lub więcej) uzwojeniami, sprzężonymi polem magnetycznym. Niestety nie cały strumień jest sprzężony z uzwojeniami wtórnymi, przez co podczas procesu przejścia klucza w stan wysokiej impedancji energia zgromadzona w indukcyjności rozproszenia poszukuje ujścia w postaci źródła prądowego, przez to powstają spore przepięcia. Aby ograniczyć przepięcia stosujemy gasik (snubber). W przypadku tego projektu stosuję snubber RCD (RCD od Rezystor Kondensator Dioda), który obniża amplitudę przepięcia oraz pozwala wytracić energię z rozproszonej indukcyjności na rezystorze gasika.

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 5. Snubber

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 6. Przebieg na drenie względem GND. W czerwonej ramce drgania na gasiku.

    Sprzężenie zwrotne
    Sprzężenie zwrotne w przypadku TNY280 jest zrealizowane w najprostszy sposób; gdy napięcie osiągnie zadaną wartość (dioda Zenera + Vf diody transoptora) pin EN/UV jest zwierany do GND, a sterownik się wyłącza. Jest to bardzo proste rozwiązanie w stosunku do np zmiany wypełnienia sygnału sterowania, jednocześnie bardzo skuteczne przy bardzo małych mocach i dobrym filtrze po stronie wtórnej. Takie rozwiązanie wprowadza znacznie większe tętnienia napięcia na wyjściu, ale upraszcza sprzężenie zwrotne do takiego stopnia, że nie musimy się obawiać, czy nasz układ będzie się rozbiegał (układ jest zawsze stabilny).

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 7. Sprzężenie zwrotne

    Bias winding (uzwojenie pomocnicze)
    W wielu sterownikach uzwojenie bias (pomocnicze) jest odpowiedzialne między innymi za zasilanie sterownika, jednak w przypadku TNY280 układ jest zasilany bezpośrednio z pinu drenu, a uzwojenie bias jest opcjonalne. Użycie uzwojenia bias w przypadku TNY280 zapewnia zmniejszenie zużycia energii przy niskim obciążeniu oraz możliwość skonfigurowania zabezpieczenia przepięciowego (overvoltage protection).

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 8. Uzwojenie bias

    Transformator
    Przy zasilaniu urządzenia z napięcia sieciowego trzeba zachować szczególną ostrożność oraz sam transformator musi spełnić normy bezpieczeństwa. Jeśli nie mamy wiedzy i doświadczenia w nawijaniu transformatorów nie polecam realizowania tego samodzielnie. Transformator użyty w artykule został nabyty w firmie Feryster o oznaczeniach TI-EF20-12V-1A-W.

    4. Pomiary
    Pomiar tętnień na wyjściu
    Pomiar tętnień i sprzężenie zwrotne realizujemy bezpośrednio na kondensatorze wyjściowym. Aby zminimalizować wpływ tłumienia sygnału przez pętle samej sondy oscyloskopu stosujemy srebrzankę nawiniętą na sondę:

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 9. Sonda ze srebrzanką.

    Sygnały nie mierzone w ten sposób mogą wyglądać lepiej (mniejsze tętnienia) z faktu wprowadzenia tłumienia.

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 10. Tętnienia na wyjściu

    Sprawność

    Sprawności jest tym parametrem, który chcemy poznać jako następny gdy już upewnimy się, że nasz układ działa poprawnie. Wielu początkujących nie posiada watomierzy, dzięki którym możemy w prosty i dokładny sposób zmierzyć moc pobieraną przez zasilacz z sieci.

    Bazując na materiale:
    https://www.power.com/sites/default/files/PIU-102_MeasuringEfficiency.pdf

    Wykonam 3 pomiary dwoma równymi miernikami

    1. Pomiar sondą prądową I-prober 520 oraz oscyloskopem SDS1022DL
    2 i 3 Multimetr UT33C

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 11. Punkty pomiarowe.

    Dla każdego z pomiarów korzystam z tego samego obciążenia - rezystor 20 Ohm. Prąd na obciążeniu:

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 12. Prąd na obciążeniu.

    Moc rozproszona na rezystorze: 0.632 A * 12.11 = 7.654 W

    Pomiar pierwszy

    Sonda prądowa jest bardzo przydatnym narzędziem do wizualizowania przebiegu prądu w układzie.

    Pomiary zostały wykonane przy dwóch różnych napięciach przemiennego : 230 V oraz 142 V

    Wyniki dla 230 V

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 13. Przebiegi prądu za mostkiem prostowniczym dla 230V

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 14. Pojedynczy impuls prądu za mostkiem prostowniczym dla 230 V

    Wyniki dla 142 V

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 15. Przebiegi prądu za mostkiem prostowniczym dla 142 V

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 16. Pojedynczy impuls prądu za mostkiem prostowniczym dla 142V

    Nie chce się tutaj rozpisywać z obliczeniami tak, więc podam wyniki końcowe:

    Dla 230 V - 97.6%
    Dla 142 V - 86.2%

    Pomiar drugi

    Wykonany w tym samym punkcie co poprzedni, ale za pomocą multimetra UT33C. Z faktu, że w zdjęciu wyświetlacza alfanumerycznego nie ma nic ciekawego podam tylko wyniki:

    Dla 230 V - 84.2%
    Dla 142 V - 87.4%

    Pomiar trzeci

    -RoMaN- polecił mi zrealizowanie pomiaru w jeszcze jednym miejscu, w którym wyniki będą bardziej miarodajne. W tym miejscu również dokonałem pomiaru multimetra UT33C.

    Dla 230 V - 86.1%
    Dla 142 V - 87.6%

    Z przyczyn słabej jakości oscyloskopu i jego rozdzielczości przy obliczeniach średniej sygnału (4 mA) te wyniki są całkowicie nie miarodajne i trzeba je odrzucić, jednak same przebiegi bardzo dobrze pokazują, że peak prądu przy obciążeniu raptem 7.65 W wynosi dla zasilania 230 V aż 284 mA! Mam nadzieje, że to pomoże zobrazować, dlaczego układy PFC (układy poprawy współczynnika mocy) są tak istotne w zasilaczach impulsowych.

    Pozostałe pomiary wyglądają bardziej wiarygodnie, jedyną ciekawostką jest fakt, że sprawność jest lepsza przy niższym napięciu zasilania. Wynika to z faktu, że przyrost strat związanych z przewodzeniem (diody, rezystancja miedzi, prąd upływu kondensatorów itp.) jest mniejszy, niż przyrost strat związanych z zwiększeniem napięcia zasilania (straty dynamiczne na kluczu).

    5. PCB
    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker

    Realizacja schematu jest bardzo ważnym etapem projektu urządzenia, jednak wyzwaniem jest również poprawne rozłożenie elementów na powierzchni PCB. Schemat jest rozpatrywany jako zbiór elementów idealnych, gdzie np. GND ma wszędzie ten sam potencjał. Niestety częsty błąd, który obserwuję to traktowanie tak samo GND na fizycznej płytce.
    Wymienię kilka porad związanych z fizycznym rozmieszczaniem elementów na PCB.

    1. Kondensatory blisko elementów odsprzęganych
    Nawiązując do artykułu o zakłóceniach EMI:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?t=3563554&highlight=

    Przy rozkładaniu elementów na PCB powinniśmy mieć na uwadze pętle prądowe. W przypadku flyback mamy dwa stany: klucz otwarty oraz klucz zamknięty. W pierwszym przypadku prąd płynie przez uzwojenie pierwotne, klucz oraz wyższe harmoniczne przez pierwszy kondensator:

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 17. Pętla prądu dla otwartego klucza


    W drugim wypadku gdy klucz przestaje przewodzić, energia zgromadzona w indukcyjności rozproszenia transformatora rozpatrywana jest jako źródło prądowe, którego energię musimy rozproszyć na gasiku.
    Czerwona ścieżka pokazuje przepływ prądu w warunkach, gdy energia jest gromadzona w kondensatorze C3, żółta pokazuje przepływ pętli prądu przez transil jeśli amplituda przepięcia będzie wyższa od napięcia zadziałania transila (gdy kondensator C3 zgromadzi za dużo energii).

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 18. Pętla prądu dla zamkniętego klucza


    Celem poprawnego projektu PCB jest zminimalizowanie pola powierzchni tych pętli. Można to zrealizować jeszcze lepiej poprzez dwuwarstwowy projekt PCB czy stawianiu elementów w pionie.

    2. Niebezpieczeństwo przebicia

    Pracując z wysokim napięciem musimy pamiętać, że odległość między ścieżkami - gdzie znajduje się spora różnica potencjałów - może łatwo ulec przebiciu (prądy pełzające). Wpływ na odległość, w jakiej dojdzie do przebicia zależy od napięcia, wysokości (ciśnienia), zanieczyszczeń, temperatury otoczenia czy kształtu elektrod. Do przebicia dochodzi znacznie łatwiej w konfiguracji ostrze-ostrze, więc unikamy prowadzenia kanciastych ścieżek, aby zminimalizować szansę przebicia.
    W zależności od warunków pracy i użytych materiałów przerwa między ścieżkami powinna mieścić się w granicach 4mm do 12.6mm.

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 19. Celowo niewypośrodkowana ścieżka

    Chociaż na Rys 19. chciało by się poprowadzić ścieżki idealnie pomiędzy dwoma sąsiadującymi, to jednak przesunięcie jest wprowadzone umyślnie.

    3. Odprowadzanie ciepła z elementów (moc rozproszenia elementu a radiator)

    Częsty błąd u początkujących to błędne zrozumienie parametru rozproszenia mocy na elemencie. Ten parametr jest podawany dla bardzo dobrego (w praktycznych warunkach nieosiągalnego) odprowadzania ciepła przez radiator. W przypadku TNY280, mamy podane dwie powierzchnie PCB, które pełnią funkcję radiatora (thermal pad) (232 mm^2 oraz 645 mm^2) dla których są podane rezystancje termiczne (analogicznie 70 stopni/W oraz 60 stopni/W). W moim przypadku jest to trochę ponad 300 mm^2 oraz nie przeciążam układu ponad to, co podał producent. Dodatkowo warto pamiętać, że na diodzie zaporowej po stronie wtórnej również odkłada się dość sporo mocy, więc warto ją też zaopatrzyć w większy thermal pad.
    Trzeba pamiętać, że takie thermal pad'y utrudniają przylutowanie elementów, gdyż moc zaczyna się rozpraszać na radiatorze, przez co znacznie trudniej rozgrzać punkt lutowniczy.

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 20. Zdjęcie z kamery termowizyjnej. Całe PCB

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Rysunek 21. Zdjęcie z kamery termowizyjnej. Dioda na stronie wtórnej.

    6. Uwagi
    Projekt zrobiłem całkowicie dla sportu (doświadczenie to podstawa), jednak podzielę się, jakie popełniłem błędy:
    - za małe pady wokół elementów THT, przez co przy obcinaniu drucików kilka padów mi odpadło
    - zapomniałem o punktach testowych, musiałem więc lutować dodatkowe ?druciki? do wyprowadzeń elementów
    - jeden z elementów był źle zaprojektowany i posiadał obrys na warstwie outline, która jest frezowana przez maszynę - zamiast kondensatora miał bym dziurę w PCB, ale podczas weryfikacji gerberów udało się to dostrzec i zmienić
    - kilka pomyłek z rozmiarem elementów i rozstawem (C3, C8 i C4)

    Tego typu błędy się zdarzają, więc praktycznie nigdy nie można zakładać, że pierwsza rewizja PCB spełni nasze oczekiwania, więc trzeba zakładać przynajmniej 2-3 wersję płytki, aby pozbyć się wszelakich niedoróbek.

    7. Wnioski
    Chociaż projekt może wiele osób zawieść, gdyż nie ma tutaj obliczeń związanych z poszczególnymi elementami (snubber, transformator, filtry), jednak celem tego artykułu było pokazanie, że poza tymi obliczeniami jest jeszcze bardzo dużo równie istotnych kroków, przy których bardzo wiele osób popełnia błędy. Aby poprawnie zaprojektować urządzenie trzeba wykonać poprawnie wszystkie kroki, jeśli gdzieś popełnimy błąd, urządzenie nie będzie działać poprawnie. Warto więc ograniczyć ilość miejsc gdzie potencjalnie możemy popełnić błędy poprzez skorzystanie z oprogramowań dostarczonych przez producenta sterownika lub zlecić wykonanie elementów wymagających precyzji firmom, które mają w tej dziedzinie doświadczenie. Im mniejsze pole do popełnienia błędu, tym szybciej można zdiagnozować miejsce, w którym został popełniony błąd, mniej więc nas kosztuje czasu i nerwów.

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Computer Controls
  • #2 13 Kwi 2019 21:37
    And!
    Admin grupy Projektowanie

    Ciekawy materiał, zaprojektowane od teorii i schematu w Circuit Maker, poprzez płytkę i jej wizualizację, aż po montaż, uruchomienie i testy.

    Materiał może pomóc wystartować z tematem zainteresowanym osobom, ciekawe byłoby rozwinięcie pomiarów sprzętem o lepszych możliwościach może pojawią się firmy zainteresowane prezentacją swojego sprzętu oraz rozbudowaniem treści tego materiału?
    Podstawowe pomiary pokazały kilka istotnych wniosków np. kwestię PFC.

  • #3 13 Kwi 2019 21:54
    Macosmail
    Poziom 33  

    Ja mam tylko jedną drobną uwagę. Czy nie warto by diody D3 wymienić na "szybką" np. UF4007? Myślę, że pozytywnie wpłynęłoby to na sprawność.

  • #4 13 Kwi 2019 22:03
    And!
    Admin grupy Projektowanie
  • Computer Controls
  • #5 13 Kwi 2019 22:11
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Macosmail napisał:
    Ja mam tylko jedną drobną uwagę. Czy nie warto by diody D3 wymienić na "szybką" np. UF4007? Myślę, że pozytywnie wpłynęłoby to na sprawność.


    Ogólnie jest to dioda w obwodzie snubbera, tak więc energia tam trafiająca i tak ma zamienić się w ciepło. Wartość trr w tym wypadku nie ma aż takiego znaczenia, gdyż i tak odprowadzanie ładunku z diody jest spowolnione przez rezystory w szeregu. Jeśli ktoś ma pod ręką UF4007 (a jest popularna) to można ją spokojnie użyć.

    Jeśli chodzi o poprawę sprawności to można zamienić diodę D7 na SiC.


    And! napisał:
    Projekt pokazuje, że onlinowy Circuit Maker to użyteczne narzędzie, może tutorial na elektroda.pl by się przydał?


    Jest to bardzo dobry pomysł, jest wiele bardzo dobrych anglojęzycznych poradników, na których można się wzorować.

  • #6 13 Kwi 2019 22:48
    Janusz_kk
    Poziom 20  

    And! napisał:
    Projekt pokazuje, że onlinowy Circuit Maker to użyteczne narzędzie

    A czy on otwiera stare projekty z protela 98?
    A za artykuł plus, brak odrobiny teorii trochę kłóci się z chęcią pokazania jak się to robi.

    Dodano po 16 [minuty]:

    _lazor_ napisał:
    Ogólnie jest to dioda w obwodzie snubbera, tak więc energia tam trafiająca i tak ma zamienić się w ciepło. Wartość trr w tym wypadku nie ma aż takiego znaczenia

    No nie zgodzę się, ta dioda ma "wyłapać " szczyt a że jest wolna to tego nie robi, widać to na oscylogramie że ten szczyt ma około 80V,
    w złych warunkach przy przepieciu z sieci może tych 80V zabraknąć kluczowi i padnie. Z tego samego powodu dawanie rezystora
    R3 100om jest błędem, robi sie na nim zupełnie niepotrzebny skok napiecia. W profesjonalnych zasilaczach tego nie ma a dioda jet szybka. Kondesator C3 jest trochę mały ale dla małej mocy może starczy, bezpieczniej jest go lekko przewymiarować.
    Co do startu przetwornicy, układy typu TNY nie lubią zbyt dużego obciążenia przy starcie szczególnie oporowego, jak przetwornica nie wystartuje to idzie z dymem, przyczyną jest źródło prądowe zasilające ją przy starcie, zbyt długi czas startu powoduje przegrzanie go a że nie ma ono żadnego zabepieczenia to robi zwarcie kilkuomowe.

  • #7 13 Kwi 2019 22:48
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Janusz_kk napisał:
    And! napisał:
    Projekt pokazuje, że onlinowy Circuit Maker to użyteczne narzędzie

    A czy on otwiera stare projekty z protela 98?
    A za artykuł plus, brak odrobiny teorii trochę kłóci się z chęcią pokazania jak się to robi.


    Niestety nie wiem czy jest taka możliwość. Znalazłem taką wzmiankę na ten temat:
    https://circuitmaker.com/forum/posts/211895

    Jeszcze przyjdzie czas na artykuły skupiające się na teorii ;) Tutaj chciałem przedstawić te bardziej fizyczne aspekty projektowania o których stosunkowo ciężko znaleźć informacje w sieci.

    Janusz_kk napisał:
    _lazor_ napisał:
    Ogólnie jest to dioda w obwodzie snubbera, tak więc energia tam trafiająca i tak ma zamienić się w ciepło. Wartość trr w tym wypadku nie ma aż takiego znaczenia

    No nie zgodzę się, ta dioda ma "wyłapać " szczyt a że jest wolna to tego nie robi, widać to na oscylogramie że ten szczyt ma około 80V,
    w złych warunkach przy przepieciu z sieci może tych 80V zabraknąć kluczowi i padnie. Z tego samego powodu dawanie rezystora
    R3 100om jest błędem, robi sie na nim zupełnie niepotrzebny skok napiecia. W profesjonalnych zasilaczach tego nie ma a dioda jet szybka. Kondesator C3 jest trochę mały ale dla małej mocy może starczy, bezpieczniej jest go lekko przewymiarować.
    Co do startu przetwornicy, układy typu TNY nie lubią zbyt dużego obciążenia przy starcie szczególnie oporowego, jak przetwornica nie wystartuje to idzie z dymem, przyczyną jest źródło prądowe zasilające ją przy starcie, zbyt długi czas startu powoduje przegrzanie go a że nie ma ono żadnego zabepieczenia to robi zwarcie kilkuomowe.


    Wszystkie przebiegi są zgodne z dokumentacją od PI:
    https://www.power.com/sites/default/files/product-docs/tny274-280.pdf

    Rysunki od 6 do 9.
    Dodatkowo, jest to również projekt z dokumentacji, więc wątpię by zawierał błędy jeśli chodzi o konstrukcję.

    Oczywiście u mnie tego w projekcie zabrakło, ale powinien być jeszcze warystor, który będzie chronił układ przed przepięciami.

    Jeśli chcesz mogę wrzucić UF4007 bo mam pod ręką, jednak wątpię by to poprawiło przepięcia na drenie klucza.

    Rezystor 100ohm jest w porządku. Bez niego niego mielibyśmy obwód LC||R zamiast RLC||R. Dzięki drobnemu zwiększeniu napięcia na drenie, nie katujemy aż tak R2. Pamiętaj, że ograniczeniem drenu jest 650V, do którego jest jeszcze porządny margines bezpieczeństwa, nawet gdyby wystąpiło przepięcie na poziomie 20%

  • #8 14 Kwi 2019 10:31
    TechEkspert
    Redaktor

    W ubiegłym miesiącu mieliśmy okazję rozmawiać o przetwornicach DC/DC w podcascie: SMPS
    ten projekt to płynne przejście od teorii i projektu do praktyki i pomiarów.

    Efekty wymiany diody D3 na szybką, oraz D7 na SiC najlepiej zweryfikować eksperymentalnie pomiarami,
    ale jaki sprzęt pomiarowy byłby potrzebny aby wykryć różnice?

    SiC na obecną chwilę dostępne są tylko u największych dystrybutorów.

  • #9 14 Kwi 2019 11:29
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Będę starał się na wszelkie pytania i uwagi odpowiadać jak najbardziej merytorycznie, chciałbym by odpowiedzi były podparte pomiarami oraz materiałami z firm które swoim doświadczeniem mogą być uważane za godne zaufania, jednak to zajmuje trochę czasu.

    Tak więc przygotowałem bardziej merytoryczną odpowiedź na pytanie o diodę D3.

    Wykonałem ponownie pomiary na drenie sterownika. Napięcie zasilania to 230V (325V po prostowniku) Najpierw dla diody 1N4007GP:
    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker

    Jako że nie miałem jednak pod ręką UF4007 użyłem UF5408, który parametrami jest zbliżony do UF4007. Oto wyniki:

    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker

    Znalazłem również materiał od TI na temat doboru diod do obwodu snubber:
    http://www.ti.com/lit/an/snva744/snva744.pdf

    Cytat:
    "However using standard recovery diodes has benefits for efficiency and EMI performance."

    W powyższym materiale można przeczytać o wielu zaletach jakie niesie stosowanie standard recovery diode w obwodach RCD oraz R2CD, ale również o wadach w innych typach obwodów snubber. Zastosowanie rezystora R3 również ma na celu tłumienie drgań, co za tym idzie zmniejszenie generowania zakłóceń.
    Dobrze to obrazuje, że elektronika nie jest czarno biała, i dobranie komponentów zależy od kontekstu całego urządzenia. Nie jest to proste zadanie, a zysk czy strata może być bardzo minimalna.

    @TechEkspert

    Jeśli zmiana sprawności była by znacząca (1%-1.5%) to można to wykryć na tym samym sprzęcie na jakim aktualnie robiłem pomiary. Wyniki nie są na pewno adekwatne do rzeczywistości, ale zmianę sprawności można wykryć, chociaż ciężko będzie powiedzieć o ile dokładnie.


    Zachęcam do zadawania pytań, będę starać jak najdokładniej odpowiadać na wszelkie pytania.

  • #10 14 Kwi 2019 11:39
    TechEkspert
    Redaktor

    Przy tej mocy zasilacza wykrycie zmian 1%-1.5% ma raczej charakter edukacyjny niż praktyczny? więc posiadane narzędzia pomiarowe wydają się OK.

    Pytanie jakie konkretne narzędzia byłyby potrzebne aby rozszerzyć zakres pomiarów/analizy, być może firmy posiadające takie zasoby byłyby zainteresowane udostępnieniem Ci takiego sprzętu na czas pomiarów w zamian za informację o użytym sprzęcie na elektroda.pl?

    W przyszłości można by wykonać także recenzję udostępnionego sprzętu.

  • #11 14 Kwi 2019 11:57
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Im mniejsza moc zasilacza tym trudniej uzyskać większe sprawności. Świat idzie w kierunku by urządzenia działały z coraz większą sprawnością i uzyskanie 1%-1.5% tylko poprzez zmianę jednego komponentu jest czymś bardzo praktycznym, bo bardzo dobrze wygląda w słupkach ;) a że SiC tanieją to może stać się konkretny zamiennik.

    Aby uzyskać bardziej precyzyjny wynik trzeba by było zastosować skalibrowany watomierz, który będzie wstanie poprawnie mierzyć prąd TrueRMS przy tak dużej ilości harmonicznych w sygnale.

    Co do udostępniania sprzętu przez firmy, naprawdę ciężko mi się wypowiedzieć.

  • #12 14 Kwi 2019 12:08
    Thorgus
    Poziom 12  

    Co to za sonda którą badasz wysokie napięcie?

  • #13 14 Kwi 2019 12:11
    _lazor_
    Moderator Projektowanie
  • #14 14 Kwi 2019 13:32
    Macosmail
    Poziom 33  

    Ja jeszcze zwrócę uwagę na kondensator C9. Na schemacie nie ma adnotacji, a i w układzie wygląda na zwykły foliowy. W tym miejscu powinien być to specjalny kondensator typu Y specyfikowany zwykle na 250-275V AC RMS, ale wg. norm wytrzymujący min. 8kV przepięcia.
    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Zasilacz impulsowy flyback w Circuit Maker
    Dodatkowo diodę wyjściową można wymienić na Schottky'ego o odpowiednim napięciu.

  • #15 14 Kwi 2019 13:46
    Janusz_kk
    Poziom 20  

    _lazor_ napisał:
    Zastosowanie rezystora R3 również ma na celu tłumienie drgań, co za tym idzie zmniejszenie generowania zakłóceń.

    Nadal uważam że w tym miejscu jest za duży, dlatego zmiana diody niewiele pokazała, a co do katowania to R3 jest bardziej katowany impulsami prądu niż R2 na którym wydziela się w miarę stała moc.

    Dodano po 1 [minuty]:

    Straty przetwornicy można zmniejszyć tak jak napisał Macosmail, albo dając mosfet-a i dodatkowe uzwojenie sterujące, zamiast diody.

  • #16 14 Kwi 2019 13:57
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    @Macosmail Zgadzam się z Tobą, został tutaj użyty KEMET PHE850EA4220MA01R17 (BOM można znaleźć na stronie Circuit maker https://circuitmaker.com/Projects/Details/Kamil-Gulczuk/TNY280-flyback-12V-1A )
    Został zastosowany Y2, gdyż nie ma potrzeby stosowania wzmocnionej izolacji (Y1) dla urządzenia które działa w środowisku CAT II
    https://www.hioki.com/en/support/quality/Safely/

    Janusz_kk napisał:
    Straty przetwornicy można zmniejszyć tak jak napisał Macosmail, albo dając mosfet-a i dodatkowe uzwojenie sterujące, zamiast diody.


    Driver posiada zintegrowany klucz mosfet, więc dodanie dodatkowego klucza wymagało by wymiany sterownika. Nie rozumiem do końca o co chodzi z dodatkowym uzwojeniem sterującym, gdyż tak jak podaje nota, zostało zastosowane uzwojenie BIAS w celu redukcji strat oraz zapewnienia zabezpieczenia przepięciowego.

  • #17 15 Kwi 2019 08:59
    Banan-PL
    Poziom 11  

    Potwierdzam, że wbrew temu co się wydaje dioda D3 powinna być wolna. Szczególnie różnicę widać na badaniach EMI.

  • #18 15 Kwi 2019 09:34
    Janusz_kk
    Poziom 20  

    _lazor_ napisał:
    więc dodanie dodatkowego klucza wymagało by wymiany sterownika. Nie rozumiem do końca o co chodzi z dodatkowym uzwojeniem sterującym,

    Chodzi o sterowany prostownik na wyjściu, czyli mosfet zamiast D7, a on potrzebuje sterowania stąd dodatkowe uzwojenie, ale walka o jeden czy kilka procent sprawnosci jest wg mnie bez sensu dla małych mocy zasilacza, co innego jakby tu szły grube kilowaty energii.

    Dodano po 1 [minuty]:

    Banan-PL napisał:
    Potwierdzam, że wbrew temu co się wydaje dioda D3 powinna być wolna. Szczególnie różnicę widać na badaniach EMI.

    Dla emi się odpowiednio projektuje płytkę a nie dobiera diodę.

  • #19 15 Kwi 2019 09:41
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Janusz_kk napisał:
    Banan-PL napisał:
    Potwierdzam, że wbrew temu co się wydaje dioda D3 powinna być wolna. Szczególnie różnicę widać na badaniach EMI.

    Dla emi się odpowiednio projektuje płytkę a nie dobiera diodę.


    Komponenty również mają znaczenie w generowaniu zakłóceń EMI. Materiał który podesłałem od Texas Instrument, również potwierdza że dobranie szybkiej diody bezie skutkowało zwiększeniem emisji zakłóceń (w przypadku RCD oraz R2CD, gdzie w projekcie powyższego flyback jest wariacja snubber'a R2CD).

  • #20 15 Kwi 2019 20:07
    And!
    Admin grupy Projektowanie

    Na przykładzie projektu poruszyliście wiele wątków, sprawność i zależność sprawności od użytych elementów, bezpieczeństwo i rodzaje użytych elementów (kondensatorów) oraz dobre praktyki przy redukcji EMI.
    Eksperymentalne sprawdzenie wpływu użytych elementów na generowane EMI a także sprawność przetwarzania energii, byłoby świetną kontynuacją projektu.

  • #21 15 Kwi 2019 20:46
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Z komorą do badań zakłóceń EMI, może być spory kłopot, ale jest duża szansa że po świętach zasilacz zostanie zbadany bardziej specjalistycznym sprzętem pod kątem sprawności. To będzie wyjątkowo ciekawe doświadczenie porównanie pomiarów multimetrem a specjalizowanym miernikiem mocy.

  • #22 15 Kwi 2019 20:52
    And!
    Admin grupy Projektowanie

    Czy celem kompensacji PF należałoby zastosować układ aktywny PFC, czy też dla stałej mocy odbieranej z zasilacza stała indukcyjność w obwodzie zasilania sieciowego pozwoliłaby na poprawę PF?

    Co do EMC tańszą wersją bez komory mogłyby być odpowiednie sondy i analizator:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3267173.html

  • #23 15 Kwi 2019 21:36
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Przy takiej mocy aktualny filtr musi wystarczyć, stosowanie aktywnego filtra drastycznie obniżyło by sprawność urządzenia.

    Zagadnienie zakłóceń elektromagnetycznych jest bardzo ciekawe a jednocześnie bardzo słabo zrozumiane i często popełnia się w tej kwestii wiele błędów. Taki podstawowy podział to pole bliskie i odległe.
    Urządzenie które podlinkowałeś służy do badania pola bliskiego reaktywnego (gdyż pole bliskie dzieli się jeszcze na region Fresnela) czyli osobnych składowych pola elektrycznego oraz magnetycznego, które fizycznie może oddziaływać na obciążenie urządzenia (źródła zakłóceń). Takie zakłócenia oczywiście mogą szkodzić innym urządzeniom w okolicy i nie można ich bagatelizować.
    I-prober 520 jest w stanie zbadać składową magnetyczną, jednak tylko w zakresie do 5Mhz.
    Można rzec, że transformatory działają na zasadzie polo bliskiego ;)

    W komorach jednak jest badane również pole odległe czyli te które bardziej nam się kojarzy z antenami i takie pole może zakłócać ich prace.

    Bardziej szczegółowo opisuje to wikipedia:
    https://en.wikipedia.org/wiki/Near_and_far_field#Far-field_diffraction

  • #24 16 Kwi 2019 23:15
    Tuning Marek
    Poziom 20  

    Witam świetnie przedstawiony temat gdy chce sie uczyć ale mam prośbę ze względu , że mam problem z angielskim czy autor mógłby przy nazwach angielskich tam gdzie używa nazw w nawiasie przetłumaczyć na polski nazwę lub jak to rozumie po swojemu dziekuje i prosze nie karcic mnie słownie już nie ten rocznik .

  • #25 17 Kwi 2019 07:11
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Tuning Marek napisał:
    Witam świetnie przedstawiony temat gdy chce sie uczyć ale mam prośbę ze względu , że mam problem z angielskim czy autor mógłby przy nazwach angielskich tam gdzie używa nazw w nawiasie przetłumaczyć na polski nazwę lub jak to rozumie po swojemu dziekuje i prosze nie karcic mnie słownie już nie ten rocznik .


    Postaram się dzisiaj to zrobić. Jednak muszę z przykrością stwierdzić, że nasze rodzime nazewnictwo jest już egzotyką i ciężko coś w sieci znaleźć konkretnego szukając po polskich nazwach. Jednak w starych i nadal dobrych polskich książkach te nazwy się pojawiają, więc warto je znać.

  • #26 19 Kwi 2019 20:57
    TechEkspert
    Redaktor

    Dawno nie było materiału od @NDN Warszawa :) może w ciekawy sposób uzupełnicie temat na podstawie swoich doświadczeń pomiarowych i posiadanego sprzętu oraz parametrów sprzętu będącego w dystrybucji producentów?