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

Dobór dławika wyjściowego do przetwornicy DC-DC

26 Cze 2019 17:34 561 29
  • Poziom 22  
    Witam,

    wykonuję projekt przetwornicy DC-DC o mocy 1,8kW, która ma zasilać grzałkę w bojlerze z pakietu LiFepo4. Sama przetwornica już działa, udało mi się osiągnąć moc 1kW, ale z większą mocą nie ryzykuję, bo na wyjściu szpilki napięciowe sięgają do 30V i obawiam się o tranzystor kluczujący, który może zostać przez to uszkodzony. Tutaj zwracam się z zapytaniem w jaki sposób wykonać dławik wyjściowy, jak go policzyć i z jakich elementów miałby się składać. Grzałka podłączona jest do przetwornicy przewodem linka 6mm2 na odległości 13m. Grzałka jest na napięcie 70V, tranzystor na 100V. Dysponuję oscyloskopem, poniżej widać te zakłócenia.
    Dobór dławika wyjściowego do przetwornicy DC-DC
  • PCBway
  • Poziom 43  
    Jaka topologia? Layout? Czy masz kondensatory przed i za przetwornicą?

    Dławik, czy inna cewka dobierana jest według parametrów które chcesz osiągnąć, których nie znamy, obserwując w bardzo krótkim odcinku czasu, cewka zachowuje się jak źródło prądowe, kondensator jak napięciowe, dlatego cewki są nieprzydatne przy ograniczaniu przepięć, a bardzo przydatne kiedy chcemy przepięcia wywołać (topologia boost)
  • Poziom 33  
    Jakie zadanie ma spełniać ten dławik ? Inaczej mówiąc co chcesz osiągnąć ?
  • Poziom 22  
    Jest to przetwornica podwyższająca napięcie. Na wejściu jest kondensator 1000uF na wyjściu 470uF oba low esr. Chcę zniwelować te szpilki napięciowe. Przy krótszych przewodach nie było ich, pojawiły się po podłączeniu dłuższych. Przy tranzystorze mosfet pomiędzy źródłem a drenem dodany jest gasik składający się z rezystora 11R i kondensatora 10nF.
  • PCBway
  • Poziom 43  
    Maryush napisał:
    Na wejściu jest kondensator 1000uF na wyjściu 470uF oba low esr.
    Jakie prądy przez nie płyną?, bo coś mi się zdaje że żaden pojedynczy kondensator nie ma tak niskiego ESR żeby to miało sens przy dziesiątkach amperów , porównaj prąd kondensatora z katalogowym max ripple current.
    ESR i ESL kondensatora, a także indukcyjność pętli którą płynie prąd będą miały wpływ na przepięcia, zdarzyło mi się uzyskać 45V przepięcia na samym ESL kondensatora naładowanego do 15V - wystarczy mieć odpowiednią szybkość opadania prądu. Jakbyś znał szybkość opadania prądu to można by wyliczyć jakie przepięcie można uzyskać np z 1cm przewodu.
    Generalnie rzeczy o które pytasz wymagają bardzo szczegółowej wiedzy o fizycznej realizacji projektu i jego reaktancjach rozproszonych i parametrach przebiegów, głównie szybkościach narastania/opadania (rzeczy których nie ma na schemacie) podczas gdy nie dajesz nawet tych podstawowych informacji.
    Pokaż schemat i layout bo bez tego trudno cokolwiek powiedzieć.

    Maryush napisał:
    Przy krótszych przewodach nie było ich, pojawiły się po podłączeniu dłuższych.
    Gdzie te przewody? podłączałeś sondę oscyloskopową z krótką masą (sprężyną bez przewodu z krokodylkiem)? Jeśli nie to możliwe że nawet nie widzisz dokładnie tych przebiegów które są w układzie.

    Jaką masz częstotliwość i napięcia wejściowe/wyjściowe? Z jakim dławikiem pracowałeś skoro mówisz że działa?
  • Poziom 22  
    jarek_Inx napisał:
    Jakie prądy przez nie płyną?

    Dla napięcia wejściowego 35V prąd wynosi 28A, na wyjściu napięcie 52V, prąd 18,5A.
    Przetwornica pracuje z częstotliwością 50kHz, dławik 35uH.
    Sonda oscyloskopowa podłączona jest bezpośrednio do wyjścia przetwornicy krokodylkami.
    Projekt płytki, jak poniżej:

    Dobór dławika wyjściowego do przetwornicy DC-DC

    Na płytce dodałem miejsce na dodatkowy tranzystor n-mosfet IRFP4110, obecnie przetwornica pracuje tylko z jednym takim tranzystorem. Nie wspomniałem wcześniej, że równolegle z rezystorem w obwodzie gasika podłączona jest dioda Schottky'ego.
    Na wyjściu dodane są też dzielniki napięć do pomiaru napięcia przez uP.
  • Poziom 43  
    Z lauoutem nie ma tragedii, jak na jednowarstwową płytkę , przynajmniej w kwestiach od których zależą przepięcia - powierzchnia pętli prądowych nie jest przesadnie duża, choć masę po stronie wyjściowej można było krócej poprowadzić, szerokości ścieżek jeszcze nie sprawdzałem, nie policzyłem jeszcze prądów w układzie.

    Z jakiego drivera wysterowujesz MOSFET, jakim napięciem i z jaką rezystancją bramkową?

    Zacznij od poprawnych pomiarów napięć na tranzystorach, z krótką masą sondy.
    Dobór dławika wyjściowego do przetwornicy DC-DC
  • Poziom 22  
    Dzisiaj pomiary wyglądają już zupełnie inaczej. Ścieżki są pocynowane i dodatkowo wzmocnione wlutowanym na powierzchni drutem. Umknęło mi tylko jedno miejsce na płytce, połączenie z drenem, nie było tam cynowania ani wlutowanego drutu i to miejsce dzisiaj przy uruchomieniu zadziałało jak bezpiecznik, bo ścieżka się przepaliła. Po usunięciu tego niedopatrzenia wykonałem ponownie pomiary źródło-dren i wygląda to już całkiem inaczej, przebieg typowy dla sterowania mosfetem.
    Dobór dławika wyjściowego do przetwornicy DC-DC Dobór dławika wyjściowego do przetwornicy DC-DC Dobór dławika wyjściowego do przetwornicy DC-DC

    Użyłem drivera TC4420, napięcie 12V, rezystancja bramkowa 22R, podciągnięcie do masy rezystorem 22k tuż przy bramce tranzystora.

    Czyli teraz należałoby się skupić na eliminacji tego dzwonienia na przebiegu, delta Y na poziomie 73V to raczej nic dobrego dla tranzystora.
  • Moderator Projektowanie
    Daj większe rezystory bramkowe, nawet 100-150ohm. Użyłeś dobrego drivera, ale próba ograniczenia strat dynamicznych na przełączaniu powoduje zwiększenie oscylacji. Jeśli dobrze zaprojektowałeś płytkę to ten rezystor 22kohm jest całkowicie zbędny.
  • Poziom 22  
    Są postępy, wymieniłem rezystor bramkowy na 200R oraz zmieniłem wartości elementów w gasiku i te oscylacje skutecznie zostały wytłumione. Chcę dołożyć jeszcze jeden tranzystor aby skuteczniej odprowadzać ciepło i tutaj pytanie, czy bramki tranzystorów muszą być odseparowane (każdy tranzystor sterowany przez oddzielny rezystor), czy mogą być sterowane poprzez wspólny rezystor bramkowy? Jednokanałowy driver TC4420 wystarczy aby wysterować dwa tranzystory? I jeszcze pytanie, czy do każdego tranzystora trzeba stosować oddzielny gasik, czy może być jeden do dwóch?
  • Moderator Projektowanie
    Aby lepiej odprowadzić ciepło należy użyć lepszego radiatora.
    W tym przypadku raczej nie widzę problemu by użyć tylko jednego rezystora na obie bramki, a sam sterownik jest wystarczający na dwa klucze.

    Gasik bym dał do każdego klucza osobny.
  • Poziom 22  
    Tranzystor IRFP4110 ma maksymalny prąd 180A, prąd na wejściu może sięgać nawet 50-60A. Nie mam zbyt dużego doświadczenia z tranzystorami i zastanawiam się, czy zastosowanie drugiego tranzystora nie było lepszym rozwiązaniem, bo wtedy prąd na każdym tranzystorze będzie 2 razy mniejszy, a z kolei skoro ma te 180A to powinien sobie poradzić. Tutaj prosiłbym też doradzić. W tym momencie mam mały radiator o wymiarach 76x90x18mm na nim dwa wentylatory 40x40mm i takie chłodzenie wystarcza przy mocy 900W.
  • Moderator Projektowanie
    Poczytaj sobie mój poradnik co przygotowałem na temat mosfet'ów:

    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3474295.html

    W sieci są poradniki jak dobrać radiator. Moim zdaniem, lepiej dobrać pojedynczy klucz, a zabawy w łączenie dwóch i więcej kluczy równolegle to ostateczność.
  • Poziom 37  
    _lazor_ napisał:
    użyć tylko jednego rezystora na obie bramki,

    Literatura i teoria twierdzą, że taki sposób prowokuje oscylacje.
    Niektórzy projektanci lansują używanie niezbyt dużych wartości rezystancji i szeregowo połączonych perełek ferrytowych, brzmi w sumie logicznie.
  • Moderator Projektowanie
    Aby oscylacja wystąpiła to wartość rezystancji krytycznej obwodu RLC między bramkami musiała by być większa od rezystancji wewnętrznej samej bramki (1.3ohm * 2) oraz ścieżek. Elektrotechnika to nie istota żywa by móc ją prowokować, to się wszystko da policzyć.

    Między kluczami a driverem nie wystąpi oscylacja, rezystor bramkowy na poziomie 100-150ohm będzie na pewno dużo większy od rezystancji krytycznej obwodu RLC.
  • Poziom 15  
    Z jakim wypełnieniem były sterowane tranzystory na zamieszczonych oscylogramach? Wypełnienie mogło być tak niskie że kondensator z gasika nie zdążył się rozładować.
    Jaka dioda jest na wyjściu? Czy nie warto na wyjściu poza elektrolitami zastosować również niewielkie ceramiki?
  • Poziom 22  
    Są to przebiegi przy których wypełnienie miało niewielkie wartości rzędu 6-15%. Wraz ze zwiększaniem wypełnienia te oscylacje rosły. Zmodyfikowałem gasik dając kondensator 100nF oraz rezystor 47R, jest dobrze, nie ma już takich przepięć, ale rezystor grzeje się do granic możliwości i koniecznie muszę dać o większej mocy. Dioda wyjściowa jest na 30A oznaczenie IDW30E65D1FKSA1 zakupiona w tme, zastanawiam się, czy wytrzyma przy prądzie ok 21-25A na wyjściu. Muszę też wymienić cewkę, bo jest nawinięta drutem zbyt małej średnicy i mocno się nagrzewa. Docelowo chce dać dwie cewki połączone równolegle każda nawinięta licą, dodam drugi tranzystor i duży radiator. Jak myślicie czy ta dioda blokująca jest ok? Na wyjściu też, jak sugerujecie wypadałoby dać kondensator ceramiczny. Badając przebieg za diodą są tylko niewielkie oscylacje, a na wejściu zupełnie czysto.
  • Poziom 43  
    Poniżej symulacja ze strony Waltera Schmidta dla 1,8kW
    Dobór dławika wyjściowego do przetwornicy DC-DC
    Widać że 35uH daje amplitudę zmian prądu 6,72A co w stosunku do 52,7A stanowi 12,7%, zwykle daje się więcej 20-40% bo pozwala to zaoszczędzić na dławiku - zmniejszyć indukcyjność.

    Dioda pewnie wytrzyma, choć fakt że diody wysokonapięciowe (na 650V?) mają wyższe napięcia przewodzenia ( 1,5V ) i czasy przełączania niż niskonapięciowe.

    Cytat:
    Tranzystor IRFP4110 ma maksymalny prąd 180A
    Nóżki nie wytrzymają więcej niż ok 1/3 tego, ale to nadal wydaje się wystarczające.

    Pisałem o kondensatorach, sprawdzałeś jaki mają maksymalny prąd tętnień? kondensator można "usmażyć" za dużym prądem u ciebie przez kondensator wyjściowy płynie ok 25A RMS
  • Poziom 22  
    jarek_lnx napisał:
    Pisałem o kondensatorach, sprawdzałeś jaki mają maksymalny prąd tętnień? kondensator można "usmażyć" za dużym prądem u ciebie przez kondensator wyjściowy płynie ok 25A RMS


    To już wiem dlaczego ten kondensator tak się nagrzewa. Wyłożyłem się na doborze tego kondensatora, bo szczerze mówiąc nie wziąłem w ogóle pod uwagę prądu z jakim będzie musiał pracować. Na wyjściu dałem kondensator 470uF (UPW2A471MHD z TME), Rated ripple=1310mA. Jaki kondensator dać na wyjściu aby było dobrze? Czy wymiana diody blokującej na niskonapięciową będzie miała wpływ na zmniejszenie przepięć na tranzystorze?
  • Poziom 43  
    Maryush napisał:
    Na wyjściu dałem kondensator 470uF (UPW2A471MHD z TME), Rated ripple=1310mA. Jaki kondensator dać na wyjściu aby było dobrze?
    Raczej nie będzie to pojedynczy kondensator tylko zestaw 10-20 kondensatorów, im mniejszy ESR tym większy dopuszczalny prąd tętnień kondensatora, bo ESR jest przyczyną strat mocy, kiedy płynie przezeń prąd przemienny, znacząco mniejsze ESR i większe Iripple mają kondensatory elektrolityczne polimerowe.

    Maryush napisał:
    Czy wymiana diody blokującej na niskonapięciową będzie miała wpływ na zmniejszenie przepięć na tranzystorze?
    Trochę może wpłynąć, jest taki parametr jak czas włączenia diody rzadko podawany w katalogach, ale przede wszystkim możesz znaleźć diodę o 30-50% mniejszym spadku napięcia i stratach mocy, w zakresie do 100V znajdziesz też Schottky z zasady o wiele szybsze od p-n.
    Skrócenie odległości od tranzystora do kondensatora wyjściowego pomoże ograniczyć przepięcia.

    A czy na kondensatorze nie ma przepięć?

    Sprawdź oscylogramy w kilku punktach układu używając sondy z krótką masą, zobaczysz w jakim stopniu długie ścieżki wpływają na przepięcia
    Dobór dławika wyjściowego do przetwornicy DC-DC
  • Poziom 37  
    Tak z innej beczki - może powinieneś pójść w kierunku regulatora o większej liczbie faz.
  • Poziom 43  
    Podpowiem że zwiększenie liczby faz zmniejszy tętnienia prądu kondensatorów wyjściowych.
  • Poziom 37  
    Cytat:
    znacząco mniejsze ESR i większe Iripple mają kondensatory elektrolityczne polimerowe

    Owszem, ale są też mniej odporne na szpilki napięciowe oraz mają większą upływność więc tak czy siak trzeba uważać gdzie się je chce wsadzić. Czasem taka poprawka to popsujka (parafrazując Ucho Prezesa) ;)
    Pomysł ze zwiększeniem ilości faz jest bardzo dobry.
  • Poziom 22  
    krzysiek_krm napisał:
    Tak z innej beczki - może powinieneś pójść w kierunku regulatora o większej liczbie faz.


    Na etapie projektowania wszystkie sensowne rozwiązania są dobre. Możecie wskazać schemat takiego regulatora wielofazowego? W tym momencie nie wiem jeszcze o czym mowa.
  • Poziom 26  
    W/g mnie jak najbardziej. Możesz tutaj użyć jakiegoś układu to sterowania mostkiem chociaż by poczciwego TL494 czy coś nowszego...
  • Moderator Projektowanie
    Jacek Rutkowski napisał:
    W/g mnie jak najbardziej. Możesz tutaj użyć jakiegoś układu to sterowania mostkiem chociaż by poczciwego TL494 czy coś nowszego...


    TL494 nie jest dedykowanym sterownikiem do mostków ani półmostków. To że można na nim coś zrealizować nie oznacza, że jest to dedykowany sterownik. Dodatkowo o wyjątkowo podłym prądzie wyjściowym (200mA sink current to jakiś żart).