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

Ładowanie kondensatora przetwornicą step-up

06 Lut 2020 20:19 396 15
  • Poziom 6  
    Witam,
    mam nadzieję, że w dobrym dziale zadaję to pytanie.

    Projektuję zapłon motocyklowy na uC, aktualnie
    działa jako TCI, czyli gromadzi energię w cewce,
    regulując czas ładowania cewki.

    Teraz potrzebuję przerobić go na CDI aby gromadził
    energię w kondensatorze.

    Ze wzoru
    U(t) = Uo + I/C * t
    gdzie I - prąd ładowania kondensatora, t - czas ładowania
    Uo - napięcie początkowe kondensatora (tu będzie zero)
    wynika, że kondensator 2uF ładowany prądem 200mA
    po 4ms osiągnie napięcie 400V.

    Teraz moje zasadnicze pytanie. Czy przetwornica zaprojektowana
    aby dawała na wyjściu 400V o obciążalności 200mA jest w stanie
    naładować taki kondensator do zadanego napięcia 400V ?
    Na wyjściu przetwornicy będzie napięcie 400V ale są to krótkie
    impulsy, które będą ładowały kondensator np.: z częstotliwością 25-50 kHz
    a same impulsy mają czasy rzędu 5 us. Poza tym czym bardziej
    naładowany kondensator tym mniejszy prąd będzie go ładował ?
    Czy w związku z tym wydłuży się czas ładowania kondensatora ?

    Proszę o podpowiedź, jakie parametry powinna mieć przetwornica
    do naładowania takiego kondensatora 2uF do napięcia 400V
    w czasie do 4 ms.

    Pozdrawiam
    Sławek
  • Poziom 25  
    Ja bym użył do tego celu przetwornicę z transformatorem o przekładni 33 na Rdzeniu ETD29 lub E32 lub większym z dławikiem wyjściowym. Z przetwornicami podwyższającymi na dławikach nie mam doświadczenia i czuję że nie będzie to działać poprawnie przy tak dużym przełożeniu. Do tego układ ograniczenia prądowego np. do 15A. Naładuje jeszcze szybciej.
  • Specjalista elektronik
    Autor nic nie pisał, jak jest zbudowana przetwornica, i pyta o wymagania co do parametrów, nie o konstrukcję. Duże zwiększanie napięcia przy użyciu dławika (a nie transformatora; to już oznacza konkretny wybór konstrukcji) rzeczywiście kiepsko działa, wiem to z doświadczenia i rozumiem, dlaczego tak jest. Ale konstrukcja ma znaczenie ze względu na jej wpływ na charakterystyki przetwornicy - jak prąd i sprawność zależą od napięcia na ładowanym kondensatorze. Model dla przetwornicy flyback: stały czas "ładowania" transformatora (nazwijmy go T1), stały prąd maksymalny I1 (w przeliczeniu na prąd uzwojenia wtórnego) i czas "rozładowania" taki, by oddać zgromadzoną energię (powiedzmy, że przy napięciu wyjściowym U1 będzie on równy T1, przy innych będzie on odwrotnie proporcjonalny do napięcia). Energia na impuls będzie stała i równa E1=U1*I1*T1/2; czas między impulsami zależy od napięcia na wyjściu U2 i jest równy T1*(1+U1/U); zależność energii kondensatora o pojemności C od napięcia U jest E=C*U²/2, ładujemy go do napięcia U2; wychodzi z tego zadanie z matematyki: moc chwilowa przetwornicy P=E1/(T1*(1+U1/U)), i to jest dE/dt, a dt/dE=1/P=T1*(1+U1/U)/E1, stąd będzie wzór na dt; w tym wzorze trzeba podstawić dE=C*U*dU i E1, i wyjdzie jakaś prosta całka (zawiera tylko wyrazy stałe i proporcjonalne do U, całka z U*dU=U²/2), z której otrzyma się czas ładowania do U2. Następnie trzeba tak dobrać parametry przetwornicy, żeby ten czas wyszedł do 4ms.
  • Poziom 29  
    @mcswirus Trochę chaotyczny opis na wstępie :)
    Po kolei:
    Jaka moc jest wymagana do naładowania 2 uF do 400 V, w ciągu 4 ms. Policzmy: 2 uF * (400 V)^2 * 0.5 = 160 mJ. 160 mJ / 4 ms = 40 W. Czyli gdyby ładowarka miała 100% sprawności to trzeba by 40 W.

    Ładowarki do kondensatorów można zrobić na wiele sposobów. Flyback wydaje się najprostszym rozwiązaniem. Gdyby pracował w DCM, to musiałby by być policzony tak aby L.sec * I.sec.peak^2 * 0.5 * f.sw/ 4ms = 40 W / sprawność.
  • Poziom 43  
    Wydajność prądowa każdej przetwornicy zależy od napięcia wyjściowego, cewka przetwornicy może zgromadzić określoną energię ograniczoną prądem nasycenia, ta energia przekazywana ze stała częstotliwością do kondensatora daje prąd malejący ze wzrostem napięcia.
  • Specjalista elektronik
    Częstotliwość przynajmniej na początku nie może być stała - nikt tu nie używał lampy błyskowej z przetwornicą, ani nie był przy kimś, kto używał? Daje specyficzny dźwięk, który łatwo rozpoznać: słychać na początek niski ton, który szybko zmienia się na coraz wyższy, potem już powoli dochodzi do wysokiego pisku i wtedy zaświeca się lampka, że można fotografować. Mój model to opisuje.
  • Poziom 43  
    _jta_ napisał:
    Częstotliwość przynajmniej na początku nie może być stała - nikt tu nie używał lampy błyskowej z przetwornicą, ani nie był przy kimś, kto używał? Daje specyficzny dźwięk, który łatwo rozpoznać: słychać na początek niski ton, który szybko zmienia się na coraz wyższy, potem już powoli dochodzi do wysokiego pisku i wtedy zaświeca się lampka, że można fotografować
    Samowzbudny flyback/generator samodławny tak działa, przy okazji jest to najprostszy i najtańszy układ.
  • Poziom 6  
    Witam,
    bardzo dziękuję za odpowiedzi, które mi sporo wyjaśniły.
    O ile uC AVR mam w miarę dobrze opanowany
    to temat budowy przetwornicy jest dla mnie nowy.

    Podsumowując: potrzebuję przetwornicy o dosyć
    wysokiej sprawności np: 90% i mocy około 45W.
    Mam się skupić nie na wersji z dławikiem ale na transformatorowej.
    I dobrze żeby miała zmienną częstotliwość.

    Zaczynam poszukiwania na ten temat.

    Czy koszty budowy takiej przetwornicy są dużo niższe
    niż kupienie gotowej o ile taką znajdę ?
    Jak na razie nigdzie nie widziałem w sprzedaży takiej
    przetwornicy 12V DC na 400V DC 120 mA, chyba że źle szukam.

    Bardzo dziękuję za obszerne wyjaśnienie tematu,
    całkiem nowego dla mnie.

    Sławek

    Dodano po 12 [minuty]:

    > Samowzbudny flyback/generator samodławny tak działa,
    > przy okazji jest to najprostszy i najtańszy układ.

    Czy o takie urządzenie chodzi ?
    http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps_e/spw_smps_e.html

    Sławek
  • Specjalista elektronik
    Tak, o taki układ. Istotnym parametrem przy konstruowaniu przetwornicy jest maksymalne pole magnetyczne i objętość szczeliny - nie wiem, do jakiego pola nada się ferryt, z jakiego uda się kupić rdzeń, 200mT to raczej będzie za dużo, dla 100mT będzie potrzebna objętość około 0,5 cm3 (niekoniecznie to musi być odstęp, może być ferryt o małej przenikalności - daje taki wynik, jak odstęp), żeby uzyskać potrzebną moc. Trzeba szybko wyłączać tranzystor, inaczej będą w nim duże straty - do tego potrzebny jest spory prąd rozładowania bramki - rzędu pół ampera.
  • Poziom 43  
    mcswirus napisał:
    Czy o takie urządzenie chodzi ?
    Bliżej tego co poniżej, poza tym że inne parametry, inne elementy, no i trzeba dodać układ ograniczający ładowanie do 400V
    Ładowanie kondensatora przetwornicą step-up


    Cytat:
    Czy koszty budowy takiej przetwornicy są dużo niższe
    niż kupienie gotowej o ile taką znajdę ?
    Koszty są niskie
    Cytat:
    Jak na razie nigdzie nie widziałem w sprzedaży takiej
    przetwornicy 12V DC na 400V DC 120 mA, chyba że źle szukam.
    Nie każda przetwornica będzie się nadawać do szybkiego ładowania kondensatorów, przynajmniej te które nie mają kontroli prądu indukcyjności, lub mają duże pojemności na wyjściu mogą się nie nadawać.

    Jest jeszcze inny sposób, dowolna przetwornica na stałe napięcie 200V i ładowanie kondensatora przez indukcyjność do 400V, elementem kluczującym może być tyrystor.
  • Poziom 25  
    Przetwornicę flyback do powyższego celu można zbudować na układzie UC3845, TL 494, SG 3525 itp. pracującego przy częstotliwości 60kHz i transformatorze o parametrach: rdzeń ETD 34 z materiału 3C94 lub podobnego, uzwojenie pierwotne 6 zwojów licą 45xΦ0.3mm, wtórne 270 zwojów jednym drutem Φ0.35mm. Szczelina powietrzna w transformatorze 0.6÷0.7mm. Ograniczenie prądu maksymalnego ustawić na 27A÷34A, a wtórne jednym drutem Φ0,3mm. Rdzeń może być trochę większy bez zmiany w innych parametrach. Oczywiście trzeba dodać stabilizację napięcia na poziomie 400V, żeby nie podskoczyczyło do 620V przy napięciu zasilania 14V. Ten transformator jest trochę przewymiarowany. Jeżeli ktoś wie jak to obliczyć to może trochę zmniejszyć liczbę drutów w licy i prąd uzwojenia pierwotnego np. 35 drutów i 20A.
  • Poziom 21  
    Nie baw się w obliczenia i projektowanie tylko weź gotowca, który działa . Można je jeszcze znaleźć na rosyjskich stronach , skopiuj i wklej
    Cytat:
    тиристорное зажигание автомобиля
    . Popularne też były wieloiskrowe systemy tyrystorowe ułatwiajace zaplon zimnego silnika.
    Cytat:
    тиристорное многоискровое зажигание
    .
  • Poziom 43  
    Łukasz.K napisał:
    Przetwornicę flyback do powyższego celu można zbudować na układzie UC3845, TL 494, SG 3525
    Do bezpośredniego ładowania kondensatora mają sens tylko układy "current mode" a więc z powyższych tylko UC3845.

    bratHanki napisał:
    Można je jeszcze znaleźć na rosyjskich stronach , skopiuj i wklej
    Interesujące, widziałem kiedyś taki projekt w jakimś czasopiśmie.
  • Poziom 21  
    Chyba większość radzieckich samochodów z lat 70 i 80 fabrycznie była wyposażona w zapłony tego typu. Spotykało się przetwornice jedno i dwutranzystorowe róznych typów. Całkiem dobrze sprawowały się też przetwornice z magazynowaniem energii w rdzeniu transformatora. Była ona stała i niezależna od prędkości obrotowej silnika . Działały w ten sposób, że przerywacz wyzwalał monowibrator sterujący tranzystor mocy obciążony transformatorem ze szczeliną w obwodzie magnetycznym. Prąd płynął przez uzwojenie pierwotne transformatora a po jego zaniku, zgromadzona energia przez uzwojenie wtórne podwyższające, jednym impulsem ładowała kondensator wysokonapięciowy.
    Przedstawiam notatkę sprzed chyba 35 lat ze schematem bardzo w tamtym czasie popularnego rozwiązania opublikowanego w czasopiśmie Zrób Sam. Gdzieś jeszcze mam ksero tego artykułu .
  • Poziom 6  
    Jeszcze raz wielkie dzięki dla wszystkich zaangażowanych w pomoc.
    Powoli ogarnę temat, mam tyle informacji, że na pewno uda mi się coś zbudować,
    chociażby dla samej satysfakcji ;-)

    Sławek