Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Przetwornice Push-Pull bez dławika wyjściowego - herezja czy objaw geniuszu? #2

CosteC 30 Oct 2022 20:20 1662 10
Computer Controls
  • Ciąg dalszy https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3538554.html Trochę bo mogę, trochę bo urealniona symulacja może komuś się przyda.
    Wykresy zrobione tak, aby można było łatwo porównać jak pracują obie wersje.

    - Transformator nie jest idealny, ale o bardzo dobrym sprzężeniu: K=0.9999, indukcyjność rozproszenia to rząd 10 µH. Chętni mogą eksperymentować. Rezystancje uzwojeń to 40 mΩ i 70 mΩ, bez nich oscylacje są trudne do opanowania. Indukcyjności są przyjęte tylko aby zachować przekładnię 3:7. Chętni mogą zmniejszyć.
    - Obwody gasików w praktyce nie działają, ale można się pobawić. Przydadzą się dla transformatorów o niskich rezystancjach uzwojeń.
    - Dławik wyjściowy 50 µH ma 30 mΩ.
    - Ścieżki na PCB są idealne (bez indukcyjne i nadprzewodzące)
    - Kondensatory wyjściowe 4700 µF 50 V mają ESR reprezentatywnego NICHICON'a UVR1H472MRD6: 34 mΩ. Raczej dobry kondensator.
    - Kondensatory wyjściowe 100 nF maja ESR 10 mΩ.
    - Rezystory obciążenia są idealne.
    - 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.
    Plik symulacji do wglądu dla tych którzy nie wierzą, bądź chcieliby pogłębić temat.

    Porównanie
    Aspekt Dławiki po 50 µH Bez dławika Różnica
    Prąd RMS kondensatów wyjściowych 0.2 A RMS 1 A RMS 5x większy bez dławika. Straty 25 większe
    Tętnienia napięcia wyjściowego 20 mVpp118 mVpp 6x gorzej bez dławika
    Straty na tranzystorze 2.21 W 5.14 W 2.33x gorzej bez dławika
    Straty na diodzie wyjściowej 0.516 W 0.548 W 6% gorzej bez dławika, porównywalne
    Prąd uzwojenia wtórnego 1.82 A RMS 2.16 A RMS 1.19x większy bez dławika, 41% większe straty
    Składowa 60 kHz w napięciu wyjściowym -46.2 dB -31.7 dB 14.4 dB lub 5.3 raza gorzej bez dławika
    Składowa 120 kHz w napięciu wyjściowym -52.4 dB -37.6 dB 14.8 dB gorzej bez dławika


    Wnioski:
    - Olbrzymia różnica w obciążeniu kondensatorów wyjściowych. Powoduje to albo ich przegrzewanie i dramatycznie skrócony żywot albo konieczność użycia większej ilości kondensatorów lepszej jakości.
    - Istotnie większe tętnienia napięcia wyjściowego. W sprzęcie Audio powinno być to istotne.
    - Zasadniczo bardziej zaśmiecone napięcie wyjściowe, FFT pokazuje to dobitnie.
    - Ponad 2 razy większe straty w tranzystorach kluczujących. Powoduje to konieczność użycia droższych tranzystorów albo droższego, większego radiatora
    - Straty samego uzwojenia wtórnego 41% większe
    - Drobna różnica w napięciach wyjściowych wynika między innymi z większych strat w wersji bez dławika.

    Podsumowanie co oferuje przetwornica Push-pull bez dławika
    - Gorszą jakość zasilania
    - Niską sprawność, wszystko grzeje się bardziej lub dużo bardziej
    - Mierną niezawodność rodem z najtańszej chińszczyzny z powodu nagrzewania się, wyższych prądów i większych di/dt które sprzyjają przepięciom.
    - Zakłócenia
    - Jest tańsza o dławik
    - Jest droższa o kondensatory, radiatory, tranzystory jeśli ma pracować dłużej.

    Dla ambitnych proponuję zmienić ESR kondensatów albo zdesymetryzować transformator troszkę i zobaczyć jak to wpływa na pracę obu wariantów. Obniżenie rezystancji transformatora też daje ciekawe efekty.
    Przetwornice Push-Pull bez dławika wyjściowego - herezja czy objaw geniuszu? #2 Przetwornice Push-Pull bez dławika wyjściowego - herezja czy objaw geniuszu? #2 Przetwornice Push-Pull bez dławika wyjściowego - herezja czy objaw geniuszu? #2

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    CosteC
    Level 35  
    Offline 
    CosteC wrote 2881 posts with rating 611, helped 229 times. Live in city Kraków. Been with us since 2003 year.
  • Computer Controls
  • #2
    spec220
    Level 28  
    CosteC wrote:
    Podsumowanie co oferuje przetwornica Push-pull bez dławika


    "bez dławika"
    To prawie tak jakbyś podłączył kondensator foliowy dużej pojemności bezpośrednio do sieci...
    To i bez symulacji wiadomo, że jak nie dasz dławika, to przez moc bierną wszystko będzie się grzać jak cholera wraz z kondensatorami wyjściowymi jak dociążysz przetwornicę.
    Ale fajnie, że dałeś ten załącznik. Na pewno orientacyjnie pomoże w obliczeniach... :)
  • Computer Controls
  • #3
    mkpl
    Level 37  
    Gratuluje. Zrobiłeś coś o czym od dawna pisałem.
    Z wszystkim co napisałeś jest prawdą i dławiki należy stosować bo to co się dzieje w przetwornicy przy starcie to istny horror.

    Zaraz pojawią się argumenty o tym, że w wzmacniaczach samochodowych i chińskich zasilaczach jest bez dławików więc spieszę z sprostowaniem:

    1) Większość amatorskich przetwornic działa bo kiepsko jest wykonany transformator (tak wiem, że się staracie). Dzięki czemu rezystancja uzwojeń i relatywnie duża indukcyjność rozproszenia ratuje sytuację.

    2) W wzmacniaczach samochodowych zawsze na wejściu jest dławik "przeciwzakłóceniowy", który również zwiększa impedancję od strony akumulatora przez co zmniejsza się prąd udarowy i jest kontrolowany odpowiednim doborem pojemności kondensatorów po stronie 12V. Ponadto za redukcję udaru prądu odpowiada długi przewód zasilający, który również ma swoja indukcyjność z całkiem sporym udziałem.

    3) "Soft-start" przez płynne zwiększanie wypełnienia jako taki nie istnieje bez dławika. Prostokąt to prostokąt prąd popłynie równie duży dla małego i dużego wypełnienia z tą różnicą, że czas przepływu będzie stopniowo wydłużany.

    4) Dławik jest konieczny ze względu na diody wyjściowe. Te potrzebują "chwili" czasu by się wyłączyć. W tym krótkim czasie płynie przez nie duży prąd wsteczny. Dławik łagodzi tą sytuację (symulacja tego nie uwzględnia).

    5) Dławik wprowadza dodatkowe straty i zmniejsza sztywność napięcia od obciążenia. Dla wzmacniaczy audio jest to bez znaczenia bo same w sobie są "stabilizatorem" czyli są objęte pętlą sprzężenia zwrotnego, która to kompensuje.
  • #4
    CosteC
    Level 35  
    mkpl wrote:
    2) W wzmacniaczach samochodowych zawsze na wejściu jest dławik "przeciwzakłóceniowy", który również zwiększa impedancję od strony akumulatora przez co zmniejsza się prąd udarowy i jest kontrolowany odpowiednim doborem pojemności kondensatorów po stronie 12V.

    Widziałem to na schematach - czy sądzisz, że te kondensatory między dławikiem na VBATT a transformatorem padają pierwsze ratując kondensatory po stronie wtórnej oraz diody? To by była ciekawa opcja zepsucia się które naprawia topologię przez zmianę na "current feed" :D

    mkpl wrote:
    Ponadto za redukcję udaru prądu odpowiada długi przewód zasilający, który również ma swoja indukcyjność z całkiem sporym udziałem.

    Wykorzystanie karoserii jako przewodu powrotnego zwiększa indukcyjność i robi z całości świetną antenę to emisji zakłóceń :)
    mkpl wrote:
    4) Dławik jest konieczny ze względu na diody wyjściowe. Te potrzebują "chwili" czasu by się wyłączyć. W tym krótkim czasie płynie przez nie duży prąd wsteczny. Dławik łagodzi tą sytuację (symulacja tego nie uwzględnia).

    Schottkiego nie mają za bardzo mierzalnego czasu wyłączenia za to mają bardzo mierzalną pojemność do przeładowania, też generując piękny impuls prądu.
    Symulacja używa MBR20100CT ale nie wiem czy model uwzględnia 320 pF pojemności złącza, chyba nie bardzo, bo nie widzę prądu wstecznego.
  • #5
    spec220
    Level 28  
    mkpl wrote:
    2) W wzmacniaczach samochodowych zawsze na wejściu jest dławik "przeciwzakłóceniowy", który również zwiększa impedancję od strony akumulatora przez co zmniejsza się prąd udarowy i jest kontrolowany odpowiednim doborem pojemności kondensatorów po stronie 12V. Ponadto za redukcję udaru prądu odpowiada długi przewód zasilający, który również ma swoja indukcyjność z całkiem sporym udziałem.

    Swojego czasu miałem trochę do czynienia ze wzmacniaczami samochodowymi...
    Wiesz skąd się bierze zasilanie takiego wzmacniacza, oraz jakim przekrojem linki to prowadzi? >> Ludzie często zmieniają nawet akumulator na 2-3 X droższy po to by osiągnąć jak najmniejsze Rw przy możliwie największej pojemności aku. Bywały też przypadki wymiany samego alternatora na mocniejszy, ale to szczegół...

    Kolego parametry dławika oblicza się do potrzeb przetwornicy (prąd oraz częstotliwość klucza), a to czy będzie on się znajdować po stronie pierwotnej czy też wtórnej ma ogólne znaczenie, bo dławik ma ograniczyć moc bierną, czyli tzw. "wewnętrzną sztywność przetwornicy" We wzmacniaczach samochodowych (tych najmocniejszych) Rdson szyny przetwornicy po stronie pierwotnej jest tak niska, że jako dławik wystarczy drut przewleczony poprzez rurkę ferrytową... Jeżeli mowa o tych najtańszych wzmacniaczach "bezdławikowych" gdzie rolę samego dławika odgrywa samo trafo, to zobacz sobie jak to się zaj..cie grzeje przy pełnym obciążeniu... Po dłuższym użytkowaniu przegrzewany rdzeń traci swoje parametry, a za grzejnik robią szyny przetwornicy... Będzie działać, tylko ile to zeżre mocy w stosunku do tej którą odda, no i oczywiście notoryczne przerwy w działaniu wzmacniacza od zab. termicznego. >> Zwłaszcza latem, i zwłaszcza przy analogowych stopniach mocy...
  • #7
    spec220
    Level 28  
    Osobiście sprawności jako tako nie mierzyłem, tylko usuwałem usterki.

    Przy średniej klasie wzmacniaczy (z tymi noname nie miałem do czynienia) na jałowo jest spoko. Przy obciążeniu w którym cały kaloryfer zaczyna robić się ciepły od Stępniów mocy, tranzystory na szynie przetwornicy nie przykręcone do radiatora są jeszcze zimne, tak więc tragedii nie ma. Kondensatory po stronie wtórnej chyba ze 2 razy wymieniałem. Tranzystory na kluczu przetwornicy też z parę razy, ale głównie z winy użytkownika (odwrotnie podłączone bieguny zasilania). Najczęstszą usterką były padające stopnie mocy z błahego powodu. W tanich wzmacniaczach jest tylko jeden czujnik NTC po jednej stronie radiatora, ale z drugiej już go nie ma, a więc mamy tutaj trochę taką połowiczną ochronę termiczną. Ciepło zanim przez cienką kopułę obudowy dotrze na drugą stronę radiatora do czujnika NTC, to tranzystory zdążą się już zagotować... Wzmacniacze padały najczęściej latem. Wszystko jeszcze zależało od tego w jakiej konfiguracji pracował wzmacniacz, oraz z jakimi głośnikami...
    Generalnie nie spotkałem we wzmacniaczach car audio dławika po stronie wtórnej. Zawsze się znajdował po stronie pierwotnej. Chyba oszczędność, bo przy zasilaniu 12V i niskim Rdson szyny przetwornicy producent mógł sobie pozwolić na element który będzie pełnił jednocześnie rolę filtra oraz dławika... Ludzie piszą, że to nie działa jako dławik bo jest kondensator na wejściu (przeważnie 1000uF), tylko nikt nie bierze pod uwagę ESR takiego kondensatora w stosunku do Rdson szyny klucza hehe :D >>> A więc dławik chyba działa i spełnia jak najbardziej swoją rolę... :)
  • #8
    CosteC
    Level 35  
    spec220 wrote:
    Zawsze się znajdował po stronie pierwotnej. Chyba oszczędność, bo przy zasilaniu 12V i niskim Rdson szyny przetwornicy producent mógł sobie pozwolić na element który będzie pełnił jednocześnie rolę filtra oraz dławika... Ludzie piszą, że to nie działa jako dławik bo jest kondensator na wejściu (przeważnie 1000uF), tylko nikt nie bierze pod uwagę ESR takiego kondensatora w stosunku do Rdson szyny klucza hehe >>> A więc dławik chyba działa i spełnia jak najbardziej swoją rolę...


    Jeśli między dławikiem a transformatorem jest kondensator na szynie VBATT to sobie przeczysz... A taką konfigurację widać np u JBL
  • #9
    spec220
    Level 28  
    CosteC wrote:
    Jeśli między dławikiem a transformatorem jest kondensator na szynie VBATT to sobie przeczysz... A taką konfigurację widać np u JBL

    Kondensator jest na zasilaniu. Zwyczajny elektrolit. Pomierz sobie jego ESR i porównaj do Rdson 4 MOSów jednej szyny... Zresztą ja takich eksperymentów nie robiłem, ale gdyby wywalić dławik, to sprawność zapewne drastycznie by spadła przy lepszym obciążeniu...
    Ostatnio jakoś spadła moda na te grające tuby na 4 kolach, ale jak coś mi się trafi, to z ciekawości zmierzę sprawność...
  • #10
    CosteC
    Level 35  
    spec220 wrote:
    CosteC wrote:
    Jeśli między dławikiem a transformatorem jest kondensator na szynie VBATT to sobie przeczysz... A taką konfigurację widać np u JBL

    Kondensator jest na zasilaniu. Zwyczajny elektrolit. Pomierz sobie jego ESR i porównaj do Rdson 4 MOSów jednej szyny...

    Jeśli się go da tak: Przetwornice Push-Pull bez dławika wyjściowego - herezja czy objaw geniuszu? #2
    To taki kondensator dostarcza prąd w szpilkach po kilkanaście amperów a straty mocy na dobrym kondensatorze z ESR = 34 mOhm wynoszą 450 mW. Za to dławik chroni zasilanie przed tymi szpilkami :)

    Nie mam co pomierzyć, nie mam "car audio" tego typu. MOSFET często będzie miał rezystancję kanału niższą, ale czy to dobrze, to nie wiem, raczej źle, bo grzać się będą kondensatory.

    Gdy taki kondensator wyschnie to układ staje się poprawny, tylko w konfiguracji current-feed push-pull. Nie mam niestety pojęcia jak to jest po Polsku. Ktoś może ma jakąś literaturę z poprawnym słownictwem?
    spec220 wrote:

    Zresztą ja takich eksperymentów nie robiłem, ale gdyby wywalić dławik, to sprawność zapewne drastycznie by spadła przy lepszym obciążeniu...
    Ostatnio jakoś spadła moda na te grające tuby na 4 kolach, ale jak coś mi się trafi, to z ciekawości zmierzę sprawność...

    Topologia z dławikiem jest sprawniejsza niż bez. Chętnie zobaczę dane z prawdziwych układów. Może trafa są celowo nawijane na duże indukcyjności rozproszenia?
  • #11
    spec220
    Level 28  
    Nigdy nad tym się nie zastanawiałem, tylko serwisowałem. Co do kondensatora na zasilaniu, to nie spotkałem takiego przypadku w którym byłby on wyschnięty. Może dlatego, że przekrój przewodów zasilających wzmacniacz biegnących od akumulatora jest konkretny... Przy sztywnym zasilaniu sama pulsacja napięcia na kondensatorze też będzie niewielka, a sztywność układu ograniczy dławik...
    Ze dwa razy miałem przypadek ze spuchniętymi oraz rozczynionymi kondensatorami w lichym wzmacniaczu, ale to było po stronie wtórnej... Na pierwotnej nigdy się nie zdarzyło... Nawet jak klient podłączył odwrotnie zasilanie, to poleciały MOSy i bezpiecznik, ale nie kondensator...

    Jak coś się trafi, to pomierzę sprawność... Oczywiście przetwornicę dociążę żarówkami, >> sygnał audio może wprowadzić błąd pomiarowy...