Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Przetwornica do ladownia kondensatorow wersja 2

Quarz 09 Aug 2006 00:32 8106 32
IGE-XAO
  • #1
    Quarz
    Level 43  
    Moderated By -RoMan-:

    Wydzielono z wątku: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic556770.html



    Witam,
    widzę, iż przyszedłem "po obiedzie". Koledzy, nie należy stosować stałej częstotliwości pracy w przetwornicy FlyBack, czyli wymuszać to z generatora, tylko zastosować generator samowzbudny, dla układu ładowania kondensatora, który częstotliwość pracy wyznaczy sobie sam.
    Polecam jedną z pozycji książkowych, która w czytelniach Uczelnii technicznych powinna być dostępna:
    Baranowski Jerzy; "Tranzystorowe układy impulsowe" z końca lat '60 ub. w. Książka z serii Układy Tranzystorwe, wydawnictwa WN-T.
    Piszę to z pamięci, ponieważ ową książkę zostawiłem młodszemu koledze odchodząc na emeryturę, lecz za kilka dni mogę mieć do niej dostęp.
    Polecam też "przestudiowanie" książek autorstwa Ryszarda Wolskiego z lat '60 i '70 ub. w. (tyłuły niestety "wyparowały" mi z pamięci). Autor opisuje w nich rozwiązania praktyczne różnych urządzeń elektronicznych. W tym również przetwornic do ładowania wysokonapięciowych kondensatorów do ksenonowych lamp błyskowych.
    Te książki również pozostawiłem na Uczelnii, ale mam do nich dostęp i mogę podać, jak już napisałem wcześniej, dokładne dane za kilka dni.
    Za to "uchowała" mi się ta, moim zdaniem, przydatna pozycja:
    Ödön Ferenczi, "Zasilanie układów elektronicznych", Zasilacze ze stabilizatorami o pracy ciągłej", "Przetwornice DC-DC"; WN-T, Warszawa 1988r. (taki trójczłonowy tytuł), str.178. Rozdział 9.

    Temat tego typu przetwornic znany mi jest od ok. 35 laty, kiedy jeszcze nikt o scalonych układach do sterowania PWM nie słyszał, a przetwornice (na germanowych tranzystorach mocy, wolnych i stosunkowo kiepskich) do ładowania kondensatorów w ksenonowych lampach błyskowych działały b. dobrze, osiągając wcale niemałą sprawność energetyczną.
    Wspomnę tylko o konstrukcjach Braun'a (Austria), Elgatron (b. DDR), czy FIL (b. ZSRR).
    Jedna uwaga co do diody w obwodzie ładowanego kondensatora; jest ona na zbyt niskie napięcie zaporowe. Moim zdaniem powinna być na ok. 1500V.
    Więc albo inny typ, albo należy połączyć dwie diody w szereg i wyrównać na nich rozkład napięć, poprzez równolegle dołączone kondenastory ceramiczne na napięcie pracy 1kV i pojemności 10pF - 30pF.
    Warto też, bo nie zauważyłem; zablokować kondensatorem elektrolitycznym ok. 1000µF plus do niego równolegle 220nF bezindukcyjny, źródło zasilania.
    Proponowałbym też uzwojenie pierwotne nawinąć taśmą (znacznie lepsze upakowanie) o szerokości 19mm (jest dostępna w TELZAM'ie), grubość 0.127mm (to chyba w przybliżeniu ten sam przekrój), zamiast licą (skrętką). Pisałem o tym w innym wątku, przy okazji wspólnego projektu przetwornicy do CarAudio.

    Pozdrawiam
    Greg
  • IGE-XAO
  • #2
    -RoMan-
    Level 42  
    Drogi Grzegorzu, Twoja wiedza jest bardzo cenna ale mocno przestarzała. Generator samodławny był stosowany lat temu wiele własnie z powodów, które podałeś - tranzystory były powolne, o małym prądzie kolektora a o PWM pisało się jako o ciekawostce.
    Podstawową wadą przetwornic samodławnych jest bardzo niski prąd ładowania kondensatora przy niskim napięciu na kondensatorze. Wynika to wprost z samej zasady działania przetwornicy o (niemal) stałym deltaB. Przy ładowaniu kondensatora w lampie błyskowej można było sobie pozwolić na to, żeby pierwsze ładowanie trwało długo - po błysku na kondensatorze pozostaje kilkadzisiąt V i kolejne ładowania są łatwiejsze. Poza tym kondensator 800 uF przy 300V gromadzi zaledwie 36 J energii a tu chodzi o 450 J. Klasyczna konstrukcja przetwornicy flyback pracującej na granicy trybów CCM i DCM miałaby koszmarne prądy szczytowe.

    Tutaj rozpatrujemy przetwornicę pracującą w trybie CCM, z rozsądnymi prądami szczytowymi i dużym prądem ładowania kondensatora w początkowej fazie oraz niemal stałą mocą w fazie końcowej. Zdecydowanie najprościej osiągnąć to stosując PWM i kontroler pilnujący prądu klucza w każdym cyklu.

    Co do diody - problem się sam rozwiązał. Przy przekładni 1:17 napięcie wsteczne na diodzie nie jest aż tak wysokie a współczesne diody soft-recovery dość dobrze radzą sobie ze szpilkami. Skoro radziła sobie przy odwrotnie podłączonym uzwojeniu wtórnym, to tym bardziej poradzi sobie przy poprawnym połączeniu.

    Kondensatory elektrolityczne LowESR są na zasilaniu. O równoległych kondensatorach ceramicznych już też pisałem.

    Nie nawija się taśmą uzwojeń na rdzeniach ze szczeliną umieszczoną wewnątrz środkowej kolumny - taśma nad szczeliną może ulec stopieniu a co najmniej mocno będzie się grzała z powodu dużej niejednorodności pola magnetycznego w okolicach szczeliny.
  • #3
    Quarz
    Level 43  
    Witam,
    -RoMan- wrote:
    [ ... ]

    :arrow: GregBa

    Drogi Grzegorzu, Twoja wiedza jest bardzo cenna ale mocno przestarzała. Generator samodławny był stosowany lat temu wiele własnie z powodów, które podałeś - tranzystory były powolne, o małym prądzie kolektora a o PWM pisało się jako o ciekawostce.

    wcale nie jest przestarzała, ponieważ tu teoria nic, a nic, nie zmieniła się.
    Zmieniły (zwiększyły) się możliwości, ponieważ są dostępne lepsze materiały na rdzeń, oraz półprzewodniki na zdecydowanie większe prądy maksymalne. Natomiast w tamtych odległych czasach prądy wcale nie były takie małe, ponieważ "żyłowano je na "maxa" do 10A i to było to, co można było z "germańca" wyciąnąć.
    Natomiast zawsze cała energia z pola magnetycznego w każdym cyklu była oddawania do ładowanego kondensatora.
    W przypadku modulacji PWM tak nie jest, w polu magnetycznym rdzenia pozostaje energia, a już jest uwojenie pierwotne komutowane, to prowadzi do dodatkowych strat.

    -RoMan- wrote:
    Podstawową wadą przetwornic samodławnych jest bardzo niski prąd ładowania kondensatora przy niskim napięciu na kondensatorze. Wynika to wprost z samej zasady działania przetwornicy o (niemal) stałym deltaB.


    Czy istotna jest tu wartość prąd ładowania, czy wartość "porcji energii" przeniesionej do ładowanego kondensatora, w trakcie jednego cyklu pracy?

    -RoMan- wrote:
    Przy ładowaniu kondensatora w lampie błyskowej można było sobie pozwolić na to, żeby pierwsze ładowanie trwało długo - po błysku na kondensatorze pozostaje kilkadzisiąt V i kolejne ładowania są łatwiejsze.

    Przepraszam, ponieważ czegoś tu nie rozumiem; przecież tu również kondesator nie jest rozładowywany do zera.

    -RoMan- wrote:
    Poza tym kondensator 800 uF przy 300V gromadzi zaledwie 36 J energii a tu chodzi o 450 J. Klasyczna konstrukcja przetwornicy flyback pracującej na granicy trybów CCM i DCM miałaby koszmarne prądy szczytowe.

    Daje to się rozwiązać poprzez właściwy układ sterowania i kontroli prądu kolektora (źródła w tranzystorze polowym), oraz (co dziś nie jest przeszkodą) zwiększenie prądu maksymalnego (a więc i kwantu energii) w jednym cyklu.
    Więc to porównanie mnie nie przekonuje wcale.
    Skoro potrzeba naładować kondensator o określonej pojemności w określonym czasie, to nie ma innego wyjścia, jak; albo zwiększyć prąd maksymalny tranzystora przy stosunkowo małym napięciu zasilania, albo zwiększyć napięcie zasilające, ponieważ oczywistym jest, iż częstotliwość pracy przetwornicy powinna być możliwie największą, na jaką pozwala zastosowany rdzeń.
    "Duża" ELGAWA miała trzy kondensatory po 470µF równolegle i ładowane były do 500V, a więc była to energia ponad 175J, a ładowane to było z 9V akumulatora kwasowego.

    -RoMan- wrote:
    Tutaj rozpatrujemy przetwornicę pracującą w trybie CCM, z rozsądnymi prądami szczytowymi i dużym prądem ładowania kondensatora w początkowej fazie oraz niemal stałą mocą w fazie końcowej. Zdecydowanie najprościej osiągnąć to stosując PWM i kontroler pilnujący prądu klucza w każdym cyklu.

    To, co tu rozpatrujecie, to ja doskonale wiem, ale też doskonale wiem, iż władowanie możliwie największej porcji energii (ograniczenie wynika z możliwości rdzenia) w pole magnetyczne, a potem jej całkowite przeładowanie do kondensatora, jest najefektywniejszym sposobem naładowania kondensatora, przy określonych parametrach zasilania, oraz niezmiennych parametrach transformatora. Tranzystor musi tu być dobrany taki, by nie był on ograniczeniem.
    W tamtych czaszach ten tranzystor był elementem ograniczającym, ponieważ należało tak projektować transformator, by (przy określonej energii ładowanego kondensatora) nie przekroczyć dopuszczalnej wartości prądu kolektora.
    Poza tym zwiększenie częstotliwości pracy z 20kHz, do 60kHz już daje, jak widać, trzykrotny wzrost przeniesionej energii w tym samym czasie ładowania.

    -RoMan- wrote:
    Co do diody - problem się sam rozwiązał. Przy przekładni 1:17 napięcie wsteczne na diodzie nie jest aż tak wysokie a współczesne diody soft-recovery dość dobrze radzą sobie ze szpilkami. Skoro radziła sobie przy odwrotnie podłączonym uzwojeniu wtórnym, to tym bardziej poradzi sobie przy poprawnym połączeniu.

    To prawda, ale bez zapasu, nie zdziwię się wcale, jak co porusz będzie ta dioda "padać" :D

    -RoMan- wrote:
    Kondensatory elektrolityczne LowESR są na zasilaniu. O równoległych kondensatorach ceramicznych już też pisałem.

    Jakoś ich na rysunku PCB nie mogłem dostrzec.

    Pozdrawiam
    Greg
  • #4
    -RoMan-
    Level 42  
    Mam prostą propozycję - zaprojektuj i uruchom przetwornicę według swoich założeń i zademonstruj jej działanie. Ale nie wykonaj jej osobiście tylko korespondencyjnie - tak jak to zostało zrobione tutaj. Masz na to też tydzień.

    Ten temat jest o konkretnym projekcie a nie o dywagacjach o wyższości jednych świąt nad drugimi. Będziesz miał konkretny i sprawdzony projekt - wystąp z nim.
  • IGE-XAO
  • #5
    Quarz
    Level 43  
    -RoMan- wrote:
    Mam prostą propozycję - zaprojektuj i uruchom przetwornicę według swoich założeń i zademonstruj jej działanie. Ale nie wykonaj jej osobiście tylko korespondencyjnie - tak jak to zostało zrobione tutaj. Masz na to też tydzień.

    Przepraszam, ale kto ma tę przetwornicę uruchomić, ja?
    Po pierwsze; nie dysponuję odpowiednim rdzeniem, ani innymi odpowiednimi materiałami.
    Po drugie, nie przwykłym robić cokolwiek "na półkę", oraz nie stać mnie (jako emeryta) na zbędne inwestycje.
    Po trzecie, odniosłem wrażenie, iż wranżaliłem się pomiędzy wódkę a zakąskę, więc żegnam Panów projektantów ozięble.

    -RoMan- wrote:
    Ten temat jest o konkretnym projekcie a nie o dywagacjach o wyższości jednych świąt nad drugimi. Będziesz miał konkretny i sprawdzony projekt - wystąp z nim.

    Patrz; po trzecie wyżej...

    Greg
  • #6
    Quarz
    Level 43  
    Witam,
    NUKE wrote:
    GregBa

    O wykonanie i inwestycje to sie nie martw.
    Ja moge uruchomic jesli tylko przedstawisz odpowiedni projekt albo podasz mi chociaz jakies konkretne wytyczne.

    zgoda. lecz proszę o podanie poniższych założeń projektowych:
    - maksymalna wartość pojemności Co i napięcie Uc do którego ma być ten kondensator naładowany,
    - maksymalny czas Tład w jakim ten proces ma odbyć się,
    - napięcie jakie pozostanie na kondensatorze Ucres po rozładowaniu, jeśli nie będzie on rozładowywany do zera,
    - minimalne napięcie zasilania Umin przetwornicy,
    - maksymalne napięcie zasilania Umax przetwornicy.
    Czyli:
    Co=
    Uc=
    Tład=
    Ucres=
    Umin=
    Umax=
    Proszę uzupełnić prawe strony powyższych równości.
    Postaram się pozostać przy wybranym już typie rdzenia, ponieważ wstępnie wydaje mi się on być odpowiednim.
    Zaś całą procedurę projektowania przeprowadzę tu, przy otwartej kurtynie ... :D Wszak innym czytelnikom też się coś należy...

    Pozdrawiam
    Greg
  • #7
    NUKE
    Level 11  
    Witam.

    Co = 10mF
    Uc = 300V ale z mozliwoscia pewnej regulacji np miedzy 200V a 300V
    Tlad = 4.5s jak w tamtym projekcie
    Ucres = ta wartosc jest nieznana roznie moze byc, wiec Tlad ma byc czasem ladowania od zera
    Umin = 12V
    Umax = 16V

    pozdr.
  • #8
    -RoMan-
    Level 42  
    Ja ze swojej strony podam dane dla rdzenie ETD34-3C90 ze szczeliną łączną = 1 mm (największa zalecana szczelina dająca największą energię w polu):

    le = 78.6 mm
    Ae = 97.1 mm^2
    AL = 153

    Odczytane z wykresów dane początku nasycenia (spadek u o 10%):

    Bmax = 390 mT
    Hmax = 3000 A/m
    NI = 240 A*zw

    Ja przyjąłem trochę mniejsze wartości:

    Bmax = 300 mT
    NI = 200 A*zw

    Żeby była podstawa do dyskusji pozwoliłem sobie zasymulować na naszej ulubionej stronie: http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps_e/spw_smps_e.html oba rozwiązania przy założeniu identycznego tranformatora na rdzeniu jak wyżej z uzwojeniami:
    pierwotne - 6 zwojów (5.5 uH)
    wtórne - 100 zwojów (1.53 mH)
    oraz identycznym prądem szczytowym ok. 33.3A, dającym Bmax = 300 mT.
    Przypominam, że spór dotyczy prądu ładowania kondensatora przy niskim napięciu - jest to trudny moment dla przetwornicy flyback ładującej kondensator.

    Napiecie zasilania = 12V
    Napięcie na kondensatorze wyjściowym = 50V
    Spadek napięcia na diodzie prostowniczej = 0.7V

    Rozwiązanie moje, czyli praca z prądem ciągłym (CCM), częstotliwość pracy stała = 60 kHz - prąd ładowania kondensatora = 1.42A:

    Przetwornica do ladownia kondensatorow wersja 2

    Rozwiązanie GreBa, czyli praca w trybie komutacji przy prądzie zerowym (return to zero), częstotliwość pracy zmienna, w obecnym punkcie = 13.2 kHz - prąd ładowania = 0.8A:

    Przetwornica do ladownia kondensatorow wersja 2
  • #9
    NUKE
    Level 11  
    Jestem jeszcze w posiadaniu rdzenie efd 30 moze jego mozna by bylo wykorzystac zwiekszajac czestotliwosc.
  • #10
    -RoMan-
    Level 42  
    Sam widzisz, że już 60 kHz sprawiło dużo problemów... EFD30 to jednak mały rdzeń. Jego jedyną zaletą jest mała wysokość.
  • #11
    NUKE
    Level 11  
    Co racja to racja.

    Trzeba poczekac na propozycje GregBa

    pozdr.
  • #12
    Quarz
    Level 43  
    Witam,
    zrobiłem "pierwszą przymiarkę", można by powiedzieć pierwsze przybliżenie.
    Obliczenia przeprowadzam na pieszo i "eks katedra z kapelusza" :D
    Przyjąłem wstępnie podane parametry rdzenia, ale posłużą tylko one do sprawdzenie, czy nie zostały przekroczone wartości dopuszczalne.
    Energia We netto jaką należy przenieść do ładowanego kondensatora:
    We=Co•Uc^2/2=0.01F•300^2V^2/2=450J
    Energia Web brutto (uwzględnienie sprawności η=0.85);
    Web=We/η=450J/0.85=530J
    Początkową częstotliwość fp pracy przyjmuję fp=50kHz, oraz część okresu ładowania rdzenia przyjmuję wstępnie na 50%, czyli czas ładowania energii w rdzeń t1 wyniesie:
    t1=1/2•(1/fp)=0.5•(1/50•10^3)=10•10^-6s (dziesięć mikrosekund).
    Dopowiem tu od razu, że przy wzroście napięcia na ładowanym kondensatorze, czas rozładowania energii z rdzenie (ładowanie kondensatora) będzie maleć, a więc przy stałej wartości czasu t1 ładowania energii w pole magnetyczne rdzenia, częstotliwość pracy przetwornicy będzie rosnąć.

    Następnym parametrem przy projektowaniu tego typu przetwornicy jest wyznaczenie porcji (kwantu) energii Wek, jaka będzie przenoszona poprzez pole magnetyczne transformatora ze źródła do ładowanego kondensatora.
    Mamy zależność;
    Web=Wek•fp•Tład, stąd Wek=Web/(fp•Tład)=530J/(50•1000Hz•4.5s)=2.35(5)mJ
    Energia nagromadzona w polu magnetycznym (równa naszemu kwantowi Wek) cewki o indukcyjności L1, kiedy prąd płynący przez nią wynosi I1max dana jest zależnością:
    Wek=L1•I1max^2/2, oraz (zakładając liniowe narastanie prądu I1 w tej indukcyjności L1 w czasie t1):
    U1min=L1•(I1max/t1), wyznaczając z tej zależności L1=Umin•(t1/Imax), do wyrażenia na energię Wek (kwantu), otrzymamy:
    Wek=Umin•(t1/Imax)•Imax^2/2=Umin•I1max/2
    Stąd maksymalna wartość prądu I1max=2•Wek/(U1min•t1)=2•2.35(5)mJ/(12V•10^-6s)=39.26A
    Można przyjąć I1max=40A
    Łatwo sprawdzić, iż możemy sobie pozwolić maksymalnie na N zwoi uzwojenia pierwotnego z zależności: N•I=200A•zw, czyli N•40A•zw=200A•zw, stąd N=5zw.
    Z drugiej strony możemy obliczyć wartość indukcyjności z zależności:
    Wek=L1•I1max^2/2, czyli
    L1=2•Wek/I1max^2=2•2.35(5)mJ/20^2A^2=11.7(7)•10^-6H
    Wykorzystując stałą zwojową AL mamy:
    L1=N^2•AL (przypominam, że AL jest podawane w nH/zw^2;), czyli
    11777nH=N^2•153nH/zw^2;, stąd: N=8.77zw.
    Jak widać "pierwsza przymiarka" nie udała się, :cry: ponieważ potrzeba większej liczby zwoi dla osiągnięcia wymaganej wartości indukcyjności L1, od dopuszczalnej wynikającej z namagnesowania rdzenia.
    Ze względu na na lepsze sprzężenie magnetyczne pomiędzy uzwojeniem pierwotnym a wtórnym, kusi mnie sekcjonowanie tego uzwojenia na dwie części, ale wtedy N należy przyjąć parzyste.
    Wobec powyższego nie pozostaje nic innego, kiedy chcę pozostać przy tym typie rdenia, jak zwiększenie wartości częstotliwości początkowej przetwornicy.
    Prosty rachunek podobieństwa (przeprowadzony w pamięci) podpowiada, iż przyjęcie fp=70kHz będzie aż nadto.

    Tę jednak kwestię, oraz policzenie ilości zwojów uzwojenia wtórnego, przekrojów drutów (dla uzwojenia pierwotnego obstaję przy taśmie o szerokości 19mm), oraz kwestię sterowania tranzystora (klucza) przekładam na jutro i następne dni.
    Proszę uzwzględnić, iż pisałem tu bezpośrednio, oraz mój zaawansowany wiek :D
    Czytelników proszę o prześledzenie mojego toku myślenia i sprawdzenie, czy gdzieś nie zrobiłem błędu.

    Pozdrawiam
    Greg
  • #13
    -RoMan-
    Level 42  
    Nie możesz zakładać początkowej czestotliwości 50 kHz, bo na końcu wylecisz na orbitę. W przetwornicy ładującej kondensator na początku ładowania masz bardzo małe wypełnienie - poniżej 1% a pod koniec ładowania wypełnienie powinno przekraczać 50%.
    Najdokładniej: czas toff jest dokładnie odwrotnie proporcjonalny (t = dI * L/U) do napięcia na kondensatorze powiększonego o spadek napięcia na diodzie prostowniczej (zakładając idealny transformator i kluczowanie oraz nieistotny wzrost napięcia podczas jednego impulsu). Dla naszego przykładu oznacza to stosunek czasów toff 300.7/0.7 = ok. 430
  • #14
    Quarz
    Level 43  
    Witam,
    -RoMan- wrote:
    Nie możesz zakładać początkowej czestotliwości 70 kHz, bo na końcu wylecisz na orbitę. W przetwornicy ładującej kondensator na początku ładowania masz bardzo małe wypełnienie - poniżej 1%

    nie mogę zgodzić się z tym stwierdzeniem.
    W przetwornicy, o "naturalnym" ładowaniu i rozładowaniu energii z rdzenia jest to fizycznie niemożliwe ! ! !
    Jeszcze nie policzyłem ilości zwojów uzwojenia wtórnego (a będzie niespodzianka).
    Już przyjęty (jako stały) czas t1 ładowania energii w rdzeń implikuje, iż tak nie będzie, ponieważ jest on (ten czas) częścią okresu T składającego się z dwóch części;
    - czasu t1; ładowania energii w pole magnetyczne rdzenia; niezmiennego co do wartości, a wyznaczonego przez parametry rdzenia i uzwojenie pierwotne, oraz maksymalną wartość prądu w uzwojeniu pierwotnym, przy której to wartości następuje odcięcie dopływu prądu i następuje część druga okresu;
    - czasu t2; rozładowanie energii z pola magnetycznego poprzez uzwojenie wtórne.
    Tu również proces odbywa się w sposób naturalny, czyli rdzeń pozbywa się energii która oddawana jest do kondensatora, tak długo, aż zmieni się znak L2•d I/dt, a następuje to w momencie, kiedy już rdzeń tej energii nie ma :D
    Wtedy nastąpi ponowne włączenie tranzystora w uzwojeniu pierwotnym i ładowany jest następny kwant energii do pola magnetycznego rdzenia.
    Tak przecież działa generator samodławny wykorzystując charakterystykę magnesowania rdzenia.
    Oczywistym jest, iż czas rozładowania t2 będzie dłuższy, kiedy energia z rdzenia oddawana będzie do kondensatora przy niskim napięciu i będzie maleć, przy wzroście napięcia.
    Suma czasów t1+t2 składa się na jeden okres T=t1+t2 pracy tej przetwornicy, a częstotliwość fp jest odwrotnością okresu; fp=1/T
    W moim projekcie, owe przełączanie realizowane będzie przez wyrafinowany (trochę żartuję) układ elektroniczny sterowania tranzystorem kluczującym :D

    Proszę nie wyprzedzać moich myśli i nie "wpadać w maliny" :D

    Pozdrawiam
    Greg
  • #15
    -RoMan-
    Level 42  
    Nie ma znaczenia czy przetwornica pracuje "naturalnie" czy też w trybie CCM - wypełnienie jest zawsze zależne od stosunku napięć (oczywiście po uwzględnieniu przekładni). Jesli jedno z napięć zmienia się znacznie - wypełnienie również zmienia się znacznie. Fizyki nie zmienisz przekształcając jeden wzór.

    To, że współczynnik wypelnienia nie jest zalezny od trybu pracy widać nawet w symulacji, którą przedstawiłem wyżej. Możesz próbować wymuszać zmianę współczynnika wypełnienia ale wtedy albo doprowadzisz do narastania Ipk (przy skracaniu toff) albo wylecisz do trybu DCM (przy wydłużaniu toff).
    Zakładając pracę w trybie powrotu do zera i stały Ipk czas ton (u Ciebie t1) masz również stały. toff jest zalezny jedynie od napięcia na wyjściu i przekładni.

    Przyjmijmy przez chwilę postulowane przez Ciebie 5 zwojów na uzwojeniu pierwotnym. Daje to nam indukcyjność 3.825 uH i czas narastania prądu od 0 do 40A = 12.75 us - trochę przydługo, nieprawdaż?

    Teraz odbieramy energię - ponieważ robisz sobie jaja z pogrzebu i nie podajesz przekładni, to podam 3 warianty:

    1. Przekładnia 1:1 (zapewne Twoja niespodzianka)
    - początek ładowania kondensatora, napięcie wyjściowe = 0.7V, toff = 3.825uH*40A/0.7V = ok. 218 us, częstotliwość ok. 4.3 kHz (gdzie Twoje 50 czy 70 kHz?) ale za to imponujący prąd ładowania - niemal 20A,

    - środek ładowania (darujemy sobie 0.7V), napięcie wyjściowe 150V, toff = 1.02 us, częstotliwość ok. 73 kHz, prąd ładowania ok. 1.5A - całkiem przyzwoicie,

    - koniec ładowania, napięcie wyjściowe 300V, toff = 0.51 us, częstotliwość ok. 75 kHz, prąd ładowania ok. 0.77A.

    Ale co się dzieje po stronie pierwotnej? Pod koniec ładowania w fazie off napięcie na kluczu wynosi 312V + oscylacje. Czyli poszukujemy klucza mogącego przepuścić 40A o napięciu szczytowym co najmniej 400V i na dokładkę potrafią się bardzo szybko przełączać. IGBT? Ale IGBT mają wysokie napięcie nasycenia! Te 2V przy 40A to 80W strat. Na dokładkę są wielkie, drogie i wymagają chłodzenia. Odpada.

    2. Przekładnia 1:5 (lubiana przez producentów przetwornic do lamp błyskowych), indukcyjność uzwojenia wtórnego ok. 96 uH, prąd początkowy 8 A:
    - początek, toff = 96 uH * 8A/0.7V = ok. 1100 us, częstotliwość 900 Hz, dobry prąd ładowania rzędu 4A,
    - środek, toff = 5.12 us, częstotliwość 56 kHz, prąd ładowania ok. 1.15A,
    - koniec, toff = 2.56, częstotliwość 65 kHz, prąd ładowania ok. 0.67A.

    Na pierwotnym napięcie w fazie off = 72V + oscylacje. Znalezienie klucza na prąd 40A i napięcie ponad 100V trudne nie jest. Ale te klucze mają nieprzyjemnie wysoki Rdson, rzędu 0.05 - 0.1 oma... Straty w szczytach nadal koszmarnie wysokie. Na dokładkę nie są tanie. I to chłodzenie...

    3. Przekładnie 1:16 (dla łatwiejszego liczenia zamiast 1:16.(6)), indukcyjnośc wtórnego 980 uH, prąd początkowy 2.5A:

    - początek, toff = 980 uH * 2.5A/0.7V = 3500 us, częstotliwość 286 Hz, prąd ładowania zaledwie ok. 1.25A,
    - środek, toff = 16.3(3) us, częstotliwość 34 kHz, prąd ładowania 0.7A,
    - koniec, toff = 8.17 us, częstotliwość 48 kHz, prąd ładowania ok. 0.5A.

    Po stronie pierwotnej zupełnie przyzwoicie 30V + oscylacje, co umożliwia zastosowanie taniuteńkich MOSFETów o Rdson poniżej 0.03 oma.

    Podsumowując:

    I. Stosunek początkowego i końcowego toff:
    1. 427.5
    2. 429.7
    3. 428.4
    w porównaniu do 300/0.7 = ok. 428.6 wykazują odchylenia wynikające tylko z zaokrągleń w obliczeniach.

    II. Stosowanie małych przekładni wiąże się z wysokimi kosztami klucza oraz trudnością w minimalizacji strat na kluczu. W skrajnym przypadku (przekładnia 1:1) wiąże się to również z absurdalnie krótkim czasem toff przy pracy w zakresie najwyższej mocy przetwornicy - potężne straty na przełączaniu.

    III. Stosowanie przekładni 1:16.6(6) lub wyższej jest przesadną ostrożnością. Stosowanie wysokich przekładni wiąże się również z trudnościami po stronie wtórnej - wzrasta pojemność uzwojenia wtórnego oraz wymagania dotyczące napięcia wstecznego diody. Jednak łatwiej sprostać tym wymaganiom niż pogodzić się ze stratami na kluczu.

    Teraz czekam na schemat i wykonanie przetwornicy.

    PS. Podpowiedź: do żądanych przez Ciebie parametrów zbliżysz się przy 4 zwojach na uzwojeniu pierwotnym.
  • #16
    Quarz
    Level 43  
    Witam,
    wstałem, przybyłem, przeczytałem i ... kwestionuję Twoje narzędzie, czyli symulator, który nie uwzględnia rezystancji uzwojenia wtórnego.
    O ile dla uzwojenia pierwotnego jest to dopuszczalne, to dla uzwojenia wtórnego już nie można zaniedbać tej rezystancji strat, szczególnie w pierszej fazie ładowania kondensatora, kiedy to czas rozładowania rdzenia t2 z energii jest dłuższy od czasu ładowania t1.
    Dlatego też, najpierw należy dokończyć projekt transformatora, czyli wybrać przekładnię zwojową, oraz oszacować ową rezystancję uzwojenia wtórnego.
    Rzeczywiście, dla ilości zwojów uzwojenia pierwotnego dużego wyboru nie mam; cztery, albo sześć zwojów.
    Pytanie tylko czy przy 6 zw. i zmniejszeniu prądu I1max nie wydłuży się czas ładowania kondensatora ponad wymaganą wartość.
    Nie pozostaje nic innego, jak to sprawdzić.
    Najpierw jednak wartość przekładni transformatora.
    Twoje symulacje jednoznacznie wskazują, że, teoretycznie, im jest ona bliższa jeden, tym lepsza ze względów energetycznych, ale niemożliwa do zrealizowania ze względów technicznych.
    Wybór wartości przekładni jest kompromisem pomiędzy możliwościami technicznymi, a uzyskiwanymi parametrami przetwornicy.
    W przetwornicach do lamp błyskowych napięcie na kondensatorze nie spada do zera po błysku i przy projektowaniu jest to uwzględniane jaka wartość napięcia Ucres, czyli ile energii w kondensatorze pozostanie.
    Przecież pierwsze ładowanie kondensatora (mało racjonalne, ale jednorazowe) można przyjąć. Tu zostałem postawiony "pod ścianę", poczekam więc, może mi autor tematu coś "odpuści".
    Do tego czasu nie podam konkretnej wartości przekładni a tylko powiem, iż skłaniałem się do wartości pomiędzy 5 a 10.
    Poza tym, pozostaje wybór (przecież nie będzie to historyczny układ generatora samodławnego, tylko przełączanie klucza powierzę elektronice) kryterium określania pierwszej części czasu pracy przetwornicy, czyli;
    - czasowe, lub
    - prądowe.
    Prądowy sposób (trochę trudniejszy i bliższy historycznemu generatorowi samodławnemu) jest lepszy przy dużej zmienności napięcia zasilającego, ponieważ zawsze kwant energii Wek władowawywanej w pole magnetyczne rdzenia jest taki sam. Zmienia się czas ładowania, ale przecież nic za darmo.
    Czasowe kryterium ma oprócz jednej zalety (prostoty realizacji), same wady.
    I tu prosiłbym o małą dyskusję.
    Dopiero po niej zaproponuję sterownik dla tranzystora klucza uzwojenia pierwotnego.
    Sprawa wykrywania zakończenia fazy rozładowania rdzenia z energii i ponownego włączenia tranzystora jest już przesądzona.

    Pozdrawiam
    Greg
  • #17
    -RoMan-
    Level 42  
    Już nie kwestionujesz sprawy wypełnienia?
    Rezystancja uzwojeń ma znaczenie przy liczeniu strat. Wpływ na zależności czasowe ma stosunkowo niewielki. Samej zasady odwrotnej proporcjonalności toff do Uwy nie podważa.

    Przekładnia 1:5 daje niezadowalające wymagania dla klucza. 1:10 już znacznie lepiej - da się zastosować taniego MOSFETa ale z niewielkim marginesem błędu.

    Przetwornica ma służyć do zasilania coil-guna - rozładowania kondensatora do zera lub niemal zera należy się spodziewać za każdym razem.
  • #18
    NUKE
    Level 11  
    Niestety trzeba sie liczyc z tym ze kondensator bedzie ladowany za kazdym razem od zera.
    Tutaj niestety nie moge odpuscic :-)

    pozdr
  • #19
    Quarz
    Level 43  
    Witam,
    -RoMan- wrote:
    Już nie kwestionujesz sprawy wypełnienia?

    oczywiście kwestionuję. Sądzę, iż rozmawiam z fachowcami, więc schemat operatorowy dla połączenia szeregowego mogę sobie podarować, a napiszę tylko dla elementów tego obwodu:
    - indukcyjność uzwojenia wtórnego L2 z prądem początkowym o wartości I2p,
    - rezystancja uzwojenia wtórnego R2,
    - diody D na której występuje napięcie przewodzenie UD,
    - kondesator Co na którym panuje napięcie Uc(0);
    równanie na transformatę Laplace'a prądu I2(s):
    I2(s)=[L2•I2p - UD/s - Uc(0)/s]/[R2 + s•L2 + 1/(s•Co)]
    Proste przekształcenie powyższej zależności prowadzi do postaci wygodnej dla analizy:
    I2(s)=[s/M(s)]•I2p - [1/M(s)]•[UD + Uc(0)]/L2; (1), gdzie oczywiście:
    M(s)=s^2 + s•(R2/L2) + 1/(L2•Co),
    Rozwiązanie w dziedzinie czasu powyższego wyrażenia na wartość prądu I2(t), czyli w dziedzinie oryginałów (czasu) zależne jest od parametrów analizowanego obwodu.
    Wyróżnik Δ równania kwadratowego mianownika M(s)=0 prowadzi do zależności na pierwiastek kwadratowy z niego:
    √Δ=√(R2^2•Co^2 - 4•L2•Co)/(L2•Co),
    Znak wartości pod powyższym pierwiastkiem wyznacza rodzaj (kształt) rozładowania prądu I2(t) w drugiej części cyklu o czasie trwania t2.
    Teoria Obwodów Elektrycznych rozróżnia tu trzy przypadki;
    - rozładowanie rezonansowe (periodyczne), ale ze względu na istnienie w obwodzie diody D proces kończy się w chwili kiedy prąd I2(t) osiąga po raz pierwszy wartość zero I2(t=t2)=0; Δ<0
    - rozładowanie aperiodyczne krytyczne Δ=0, czyli; R2k^2•Co^2=4•L2•Co, stąd rezystacja krytyczna R2k=2•√(L2/Co),
    - rozładowanie aperiodyczne ponad krytyczne Δ>0, R2>R2k.

    W celu sprawdzenia z jakim przypadkiem mamy tu do czynienia należy znać parametry uzwojenia wtórnego. Dla pierwszego przybliżenia przyjmę Twoją sugestię, czyli N=4, oraz przekładnię zwojową 10, wtedy:
    I2p=4A,
    N2=40zw.
    L2=244.8•10-6H (244.8 mikrohenrów).
    Mając powyższe dane możemy już obliczyć rezystancję krytyczną R2k=2•√(244.8•10^-6H/10•10^-3F)=0.313Ω
    Pozostaje teraz kwestia oszacowania wartości rezystancji R2, sprawa wydałoby się na chwilę obecną beznadziejna (ponieważ jestem leń i oczywiście parametrów tego uzwojenia nie policzyłem, a poza tym to jestem po paru szklankach browarnego wyrobu, gdyż odwiedził mnie dziś po południu dawno niewidziany kolega :D ), ale to tylko pozory.
    Skądinąd wiem (dobrzy ludzie kiedyś już byli to pomierzyli), iż stała czasowa τ cewki z takim rdzeniem τ=L2/R2 zawiera się w granicach od 1ms do 10ms, a to już coś mi daje, bo mogę oszacować przedział wartości rezystancji R2 € {1ms=L2/R2max, 10ms=L2/R2min)}
    ==> 0.02448Ω < R2 < 0.2448Ω.
    Dla łatwości obliczeń (głowa mi się kiwa ... :cry: ) przyjmę przypadek tłumienia krytycznego, czyli Δ=0, wtedy pierwiastek mianownika M(s)=0 jest jeden, ale podwójny;
    s1=s2=ω0=1/[√(L2•Co)] , a odwrotna transformata Laplace;a z wyrażenia (1) dana jest zależnością:
    I2(t)=I2p•exp(-ω0•t)•(1 - ω0•t) - {[UD + Uc(0)]/L2}•t•exp(-ω0•t),
    Jak już wcześniej wspomniałem i tu (przypadek graniczny periodyczny wartość czasu t2=t2k) przepływ prądu w uzwojeniu odbywa się tylko w jednym kierunku, czyli do I(t=t2k)=0, a więc
    I2p•(1 - ω0•t2k)=t2k•[UD - Uc(0)]/L2, stąd
    t2k=I2p/{[UD + Uc(0)]/L2 + I2p/ω0}; (2).
    Policzyłem czas t2k dla Uc(0)=0 i UD=0.70V z wyrażenia (2)
    t2k=0,7385ms, oraz czas t2 dla tych samych parametów według procedury z jakiej korzysta Twój symulator (którego nazwę syfulatorem :D )
    t2=1.399ms :cry:

    Częstotliwość pracy przetwornicy przy starcie (t1=10 mikrosekund, Uc(0)=0):
    fp=1,3359kHz

    Natomiast dla Uc(0)=100V:
    t2k=0.009664ms,
    fp=50,86kHz

    i dla Uc(0)=200V:
    t2k=0,004864ms,
    fp=67,28kHz.

    Natomiast dla Uc(0)=300V:
    t2k=0,0096873ms, BŁĄD; poprawna wartość t2k=0,0032496ms [poprawiłem ok. godz. 4:00, 13.08.2006r. GB]
    fp=75,47kHz.

    Teraz dla początkowej części:
    - dla Uc(0)=1V
    t2k=0,4210ms,
    fp=2,320kHz.

    - dla Uc(0)=2V
    t2k=0,2944ms,
    fp=3,284kHz.

    - dla Uc(0)=5V
    t2k=0,1548ms,
    fp=6,068kHz.

    - dla Uc(0)=7,5V
    t2k=0,1109ms,
    fp=8,268kHz.

    - dla Uc(0)=10V
    t2k=0,08646ms,
    fp=10,37kHz.

    - dla Uc(0)=20V
    t2k=0,04592ms,
    fp=17,89kHz.

    - dla Uc(0)=50V
    t2k=0,01908ms,
    fp=34,39kHz.

    - dla Uc(0)=75V
    t2k=0,01283ms,
    fp=43,80kHz.

    Wystarczy, czy mam dalej udowadniać, iż Twoje narzędzie dla pierwszych taktów pracy (kiedy napięcie na kondensatorze jest niewielkie) tej przetwornicy niewiele jest warte?
    Sprawa będzie wyglądała podobnie dla przypadku periodycznego, bo z nim mamy tu wszak do czynienia, mimo tak dużej pojemności Co, ale wskazane wyżej obliczenia byłyby (funkcje trygonometryczne) znacznie trudniejsze.
    Kiedy już policzę parametry uzwojenia transformatora (a wszystko wskazuje na to, iż rezystancja R2 będzie mniejsza od R2k, czyli będzie to przypadek periodyczny rozładowania), to nie omieszkam powyższych obliczeń powtórzyć, ale już z uwzględnieniem rzeczywistych strat w każdym takcie w uzwojeniu wtórnym i diodzie.
    Należałoby jeszcze uwzględnić nieliniowość pojemności kondensatora Co od istniejących na jego zaciskach różnicy potencjałów Uc, ale to może zrobi (tę charakterystkę; Co(Uc)) autor tematu.

    -RoMan- wrote:
    Rezystancja uzwojeń ma znaczenie przy liczeniu strat. Wpływ na zależności czasowe ma stosunkowo niewielki. Samej zasady odwrotnej proporcjonalności toff do Uwy nie podważa.

    Jak widzisz, Szanowny Kolego Romanie; dokładna Teoria mówi co innego...

    -RoMan- wrote:
    Przekładnia 1:5 daje niezadowalające wymagania dla klucza. 1:10 już znacznie lepiej - da się zastosować taniego MOSFETa ale z niewielkim marginesem błędu.

    Na jutro (a właściwie już na dzisiejszy wieczór) pozostawiam sobie analizę (już możliwie dokładną), dla innych wartości napięcia Uc(0) na kondensatorze i innych wartości przekładni (zaproponuj wartość).

    -RoMan- wrote:
    Przetwornica ma służyć do zasilania coil-guna - rozładowania kondensatora do zera lub niemal zera należy się spodziewać za każdym razem.

    Że też chce się autorowi tematu z tego elektrycznego działa strzelać ... :D

    Pozdrawiam
    Greg
  • #20
    -RoMan-
    Level 42  
    Drogi Grzegorzu, namęczyłeś się i dodałeś do podstawowej zależności drobną i nieistotną różnicę - wpływ rezystancji uzwojenia wtórnego, która i tak jest o co najmniej rząd wielkości mniejsza od ESR ładowanego kondensatora. Przez litość nie wspomnę o ESL.

    Rozmieniłeś się na drobne zapominając o istocie problemu: średnim prądzie ładowania kondensatora. Choćbyś nie wiem jak natężał się i rozbłyskiwał elokwencją - tego nie przeskoczysz - prąd ładowania kondensatora w konfiguracji return to zero jest niższy niż w konfiguracji CCM i stałą częstotliwością.

    Nie chce mi się sprawdzać poprawności wywodu i obliczeń. Jest oczywiste, że rezystancja uzwojenia powoduje skrócenie czasu - istotne przy skrajnie długich impulsach. Jednak to skrócenie czasu w niczym nie poprawia ładowania kondensatora - ot, uwzględniłeś stratę na rezystancji. Ta strata kondensatora nie naładowała do wyższego napięcia.

    O tym, że w obliczeniach (własnych a nie symulowanych) nie uwzględniam rezystancji zastrzegłem. Podstawowej zależności pomiędzy napięciem wyjściowym a współczynnikiem wypełnienia nie obaliłeś. I zamiast początkowych 50 kHz, które sobie z kapelusza wyrwałeś, masz nadal bardzo niską częstotliwość. To, czy to jest 800 czy 1200 Hz - jest absolutnie bez znaczenia - pomyliłeś się niemal o dwa rzędy wielkości.
  • #21
    Quarz
    Level 43  
    Witam,
    -RoMan- wrote:
    Drogi Grzegorzu, namęczyłeś się i dodałeś do podstawowej zależności drobną i nieistotną różnicę - wpływ rezystancji uzwojenia wtórnego, która i tak jest o co najmniej rząd wielkości mniejsza od ESR ładowanego kondensatora. Przez litość nie wspomnę o ESL.

    Szanowny Romanie!
    Tiaaa... ale kiedy tej rezystancji ESR nie usunąć poprzez równoległe dołączenie do kondensatora elektrolitycznego kondensatora niepolaryzowanego o odpowiedniej wartości pojemności, to muszę z przykrością stwierdzić, iż jest to, oględnie mówiąc, nierozstropność, by cenną (bo przeniesioną na stronę wtórną) energię marnotrawić.

    -RoMan- wrote:
    Rozmieniłeś się na drobne zapominając o istocie problemu: średnim prądzie ładowania kondensatora. Choćbyś nie wiem jak natężał się i rozbłyskiwał elokwencją - tego nie przeskoczysz - prąd ładowania kondensatora w konfiguracji return to zero jest niższy niż w konfiguracji CCM i stałą częstotliwością.

    Prąd, prądem, a mitrężenie energii już władowanej w rdzeń to istotna kwestia. Jej miejsce jest w ładowanym kondensatorze, a nie jej zamiana na ciepło. Pożyjemy, zobaczymy.

    -RoMan- wrote:
    Nie chce mi się sprawdzać poprawności wywodu i obliczeń. Jest oczywiste, że rezystancja uzwojenia powoduje skrócenie czasu - istotne przy skrajnie długich impulsach. Jednak to skrócenie czasu w niczym nie poprawia ładowania kondensatora - ot, uwzględniłeś stratę na rezystancji. Ta strata kondensatora nie naładowała do wyższego napięcia.

    Twoja strata, mój zysk, Znaczy wierzysz mi na słowo, albo ...
    Ale zechcę nieśmiało zauważyć, iż nie uwzględnienie tej rezystancji uzwojenia wtórnego prowadzi do błędnej interpretacji wyników pracy przetwornicy przy niskich napięciach na okładzinach kondensatora. a przecież o to cała sprawa tu rozbija się.
    I to niezależnie w jakim to będzie układzie. Przecież w pierszych chwilach przetwornica o stałej częstotliwości pracy, również pracuje z dużymi prądami ładowania (a więc i stratami) kondensatora, ale proszę nie zapominaj o zasadniczej kwestii jakimi różnią się oba te układy.

    -RoMan- wrote:
    O tym, że w obliczeniach (własnych a nie symulowanych) nie uwzględniam rezystancji zastrzegłem. Podstawowej zależności pomiędzy napięciem wyjściowym a współczynnikiem wypełnienia nie obaliłeś.

    Przecież ja ani na moment nie miałem takiego zamiaru. Zechciej jednak zauważyć, iż dla niewielkich napięć na ładowanym kondensatorze ta zależność znacznie odbiega od linii prostej, a co daje Twoje (niestety dość kiepskie dla tego odcinka pracy) narzędzie analizy.

    -RoMan- wrote:
    I zamiast początkowych 50 kHz, które sobie z kapelusza wyrwałeś, masz nadal bardzo niską częstotliwość. To, czy to jest 800 czy 1200 Hz - jest absolutnie bez znaczenia - pomyliłeś się niemal o dwa rzędy wielkości.

    Przepraszam, ale nic sobie nie wyrwałem, tylko zwyczajnie nie rozumiemy się (kwestia nazewnictwa, które nie zawsze musi werbalne).
    Widać umiejętność czytania "pomiędzy wierszami" i to jawnego tekstu (choć napisanego językiem Królowej Nauk) nie jest Twoją mocną stroną.
    Przypomnę więc jak ja tę częstotliwość zdefiniowałem.
    Cytat:
    "Początkową częstotliwość fp pracy przyjmuję fp=50kHz, oraz część okresu ładowania rdzenia przyjmuję wstępnie na 50%, czyli czas ładowania energii w rdzeń t1 wyniesie:...'
    Koniec cytata.
    Sądzę, iż nie muszę Tobie tłumaczyć w jakiej chwili ładowania kondensatora będzie to słuszne i przy jakiej wartości napięcia to będzie mieć miejsce w zależności od zastosowanej przekładni transformatora.

    Chcę Ciebie poinformować, iż jestem w trakcie pisania procedury ładowania tego kondensatora i to przy uwzględnieniu strat mocy w uzwojeniach, tranzystorze i diodzie. Trochę to potrwa, ale pozwoli mi to na b. szybką obserwację wpływu zmiany parametrów przetwornicy na końcowy wynik, czyli czas ładowania kondensatora.
    Program będzie napisany w MathCAD'zie.

    Pozdrawiam
    Greg
  • #22
    -RoMan-
    Level 42  
    Grzesiu - wykręcasz się jak Twardowski sianem. Doskonale obaj wiemy, w jakim kontekście pisałeś o początkowej czestotliwosci i wypełnieniu. Świadczy o tym Twój protest dotyczący mojej odpowiedzi w sprawie małego wypełnienia dla małych napięć.
    Nawet przyjmując Twoje obliczenia (niepoprawne w zakresie ton) w początkowej fazie masz współczynnik wypełnienia 1.1% - a tak się strasznie oburzałeś na _szacowany_ przeze mnie 1%

    Powtarzam po raz kolejny: praca w trybie CCM zapewnia wyższy prąd ładowania w początkowej fazie i niższy prąd szczytowy w czasie całego ładowania. I choćbyś nie wiem jak się naprzekształcał, to tego nie zmienisz. Co do królowej nauk - popraw błędy w swoich obliczeniach, bo tak się zapędziłeś, że czasu ton (u Ciebie - t1) nie policzyłes poprawnie. Przy okazji możesz poprawić błąd w wyniku dla 300V.

    Program w MathCadzie możesz sobie darować - i tak nie uwzględnisz wszystkich czynników. Czekam na konkretny schemat do zrealizowania. Po zrealizowaniu będziemy analizować wyniki.
  • #23
    Quarz
    Level 43  
    -RoMan- wrote:
    Grzesiu - wykręcasz się jak Twardowski sianem. Doskonale obaj wiemy, w jakim kontekście pisałeś o początkowej czestotliwosci i wypełnieniu. Świadczy o tym Twój protest dotyczący mojej odpowiedzi w sprawie małego wypełnienia dla małych napięć.
    Nawet przyjmując Twoje obliczenia (niepoprawne w zakresie ton)

    To gdzie ten błąd w zakresie t1 (według mojej nomenklatury), ponieważ ja go nie dostrzegam?

    -RoMan- wrote:
    Powtarzam po raz kolejny: praca w trybie CCM zapewnia wyższy prąd ładowania w początkowej fazie i niższy prąd szczytowy w czasie całego ładowania.

    Ja jeszcze raz z uporem maniaka zwracam uwagę, iż ładujemy kondesator, a tu liczy ilość energii (kwant) przeniesiony w każdym cyklu pracy przetwornicy z pola magnetycznego do kondensatora i to przy jak najmniejszych jej stratach.
    Zechciej tylko zauważyć, iż strata energii w rezystancji na ciepło rośnie z kwadratem wartości prądu, dlatego też ten powyższy Twój cytat dokładnie temu przeczy.

    -RoMan- wrote:
    I choćbyś nie wiem jak się naprzekształcał, to tego nie zmienisz.

    Ja tylko chcę poznać oba procesy ładowania od strony teoretycznej korzystając z narzędzia w miarę dokładnego, a nie takiego, które apriori zakłada daleko idące uproszczenia.

    -RoMan- wrote:
    Co do królowej nauk - popraw błędy w swoich obliczeniach, bo tak się zapędziłeś, że czasu ton (u Ciebie - t1) nie policzyłes poprawnie. Przy okazji możesz poprawić błąd w wyniku dla 300V.

    Faktycznie, był błąd dla 300V, który byłem poprawiłem.
    Natomiast co do czasu t1 równego 10 mikrosekund, to przyjmijmy, iż to było do dla wartości napięcia U1 w okolicy ok. 10V, co jest możliwe i na jakościową analizę specjalnie nie ma wpływu.
    Na swoje usprawiedliwienie mam tylko jedno; a mianowicie mój kiepski wzrok, oraz malutkie literki dostępne w edytorze tego Forum.
    Służę zapisem z Notatnika, iż tam mam policzone dobrze.

    -RoMan- wrote:
    Program w MathCadzie możesz sobie darować - i tak nie uwzględnisz wszystkich czynników. Czekam na konkretny schemat do zrealizowania. Po zrealizowaniu będziemy analizować wyniki.

    No cóż, żaden program symulacyjny, czy inny korzystający z teorii danego zagadnienia nie może uwzględniać wszystkich czynników rzeczywistego układu. I obaj doskonale o tym wiemy, ponieważ nie zawsze "rzeczywistość" da się dokładnie zamodelować.
    Weryfikacją każdego modelu teoretycznego danego zjawiska jest eksperyment, oraz fizyczne pomiary jego (tego zjawiska) parametrów.
    Przyzwyczajony jestem (to takie skrzywienie zawodowe) poznać, i to możliwie jak najdokładniej, najpierw zjawisko od strony teoretycznej, a dopiero potem na podstawie analizy uzyskanych obliczeń teoretycznych (to zawsze jest tańsze) realizować praktyczne wykonanie modelu.
    Obaj też dobrze wiemy, iż w funkcjonale którego rozwiązania poszukuję nie ma ekstremum, ale poruszamy się po brzegu tego funcjonału. Wynika to z ograniczeń technicznych, a cały proces, który chcę lepiej poznać, jest funkcją monotoniczną.
    Wszak tym zjawiskiem, jak już pisałem wcześniej, zajmowałem się poprzednio ponad trzydzieści lat wstecz i wtety byłem popełniłem kilka projektów i praktycznych realizacji takiej przetwornicy, ale był to (z konieczności) zawsze układ generatora samodławnego.
    Teorię (i narzędzia) znam od tamtych czasów, natomiast, co oczywiste, możliwości wspomagania się w obliczeniach teoretycznych są dziś niewspółmiernie większe i dlatego chcę z nich skorzystać.
    Pozwól więc mi najpierw dokończyć budowę narzędzia do rzetelnego badania tego zjawiska, dopiero potem podam parametry uzwojeń.
    Pomyślałem też sobie, iż korzystając ze starych znajomości stać mnie będzie na zamówienie wykonanania samej cewki transformatora, ale nawiniętej taśmą miedzianą.
    Możliwe więc będzie wykonanie alternatywne takiej samej cewki drutem nawojowym i porównanie parametrów obu rozwiązań na tym samym egzemplarzu rdzenia.
    Natomiast układ sterowania (jego schemat) jest u mnie jeszcze w fazie studiów, więc nie mam co rysować :D

    Pozdrawiam
    Greg
  • #24
    -RoMan-
    Level 42  
    Założeniem wstępnym było napięcie po stronie pierwotnej = 12V. Przy 4 zwojach indukcyjność uzwojenia pierwotnego wyniesie ok. 2.45 uH. I albo Ipk = 40A albo 10 us - bo pogodzić się tego nie da.

    Twoje uparte błądzenie wokół energii pojedynczego impulsu zawiera istotny błąd: owszem - energia jednego impulsu przy powrocie do zera jest najwyższa. Problem tylko w tym, że tych impulsów w jednostce czasu jest za mało.

    W trybie CCM, przy stałej częstotliwości pracy energia niesiona przez pojedynczy impuls jest niewielka ale tych impulsów jest znacznie więcej. Na dokładkę to, że częstotliwość pracy na starcie jest wysoka powoduje, że prąd w uzwojeniu wtórnym przy bardzo niskich napięciach na wyjściu niemal nie spada.

    Co do liczenia strat. Jak słusznie zauważasz - moc strat jest proporcjonalna do kwadratu prądu. Ale to właśnie w Twoim układzie prądy szczytowe są wyższe. Chcąc osiągnąć taki sam czas ładowania musisz zaprojektować przetwornicę z Ipk wyższym o ok. 50% (to tylko szacunkowe!).
    Taka przetwornica wymaga uzwojeń o mniejszej indukcyjności - czyli większej częstotliwości pracy przy wyższych napięciach. Przy wyższej częstotliwości rosną straty na rdzeniu i przełączaniu. Na dokładkę straty na rdzeniu są mocno zależne od deltaB.

    Co do nawijania taśmą - po raz kolejny odradzam - większość energii w przetwornicy flyback (i innych dwutaktowych) zawarta jest w polu magnetycznym w szczelinie. I zanim wybuchniesz świętym oburzeniem na to twierdzenie - sprawdź to w źródłach. Nad szczeliną panują wyjątkowo nieprzyjemne warunki i w taśmie tworzą się prądy wirowe - może spłonąć i z jednej taśmy będziesz miał dwie.
  • #25
    Quarz
    Level 43  
    Witam,
    -RoMan- wrote:
    Założeniem wstępnym było napięcie po stronie pierwotnej = 12V. Przy 4 zwojach indukcyjność uzwojenia pierwotnego wyniesie ok. 2.45 uH. I albo Ipk = 40A albo 10 us - bo pogodzić się tego nie da.

    skoro lubisz dzielić włos na czworo, to masz rację. Jednak inna wartość t1 zmienia tylko nieznacznie, a szczególnie w początkowej fazie (tu prawie wcale) częstotliwość chwilową przetwornicy. Wszak nie należy zapominać, iż z każdym następnym cyklem jest ona większa.

    -RoMan- wrote:
    Twoje uparte błądzenie wokół energii pojedynczego impulsu zawiera istotny błąd: owszem - energia jednego impulsu przy powrocie do zera jest najwyższa. Problem tylko w tym, że tych impulsów w jednostce czasu jest za mało.

    Tu dalszej dyskusji z Tobą nie podejmę do chwili, kiedy nie zaprojektuję uzwojeń i nie zostanie to zweryfikowane teoretycznie, kiedy będzie znana rzeczywista wartość rezystancji uzwojeń, ponieważ teraz byłaby to dyskusja, niczym o wyższości Świąt Bożego Narodzenia, na Świętami Wielkiej Nocy ...

    -RoMan- wrote:
    W trybie CCM, przy stałej częstotliwości pracy energia niesiona przez pojedynczy impuls jest niewielka ale tych impulsów jest znacznie więcej. Na dokładkę to, że częstotliwość pracy na starcie jest wysoka powoduje, że prąd w uzwojeniu wtórnym przy bardzo niskich napięciach na wyjściu niemal nie spada.

    Powtarzenie się moje o sprawności energetycznej w każdym takcie w Twoim rozwiązaniu i moim byłoby truizmem.

    -RoMan- wrote:
    Co do liczenia strat. Jak słusznie zauważasz - moc strat jest proporcjonalna do kwadratu prądu. Ale to właśnie w Twoim układzie prądy szczytowe są wyższe. Chcąc osiągnąć taki sam czas ładowania musisz zaprojektować przetwornicę z Ipk wyższym o ok. 50% (to tylko szacunkowe!).

    Zechciej nie zapominać przy szacowaniu strat o kształcie prądu w uzwojeniu wtórnym ...

    -RoMan- wrote:
    Taka przetwornica wymaga uzwojeń o mniejszej indukcyjności - czyli większej częstotliwości pracy przy wyższych napięciach. Przy wyższej częstotliwości rosną straty na rdzeniu i przełączaniu. Na dokładkę straty na rdzeniu są mocno zależne od deltaB.

    Mocno na wyrost napisałeś o tych stratach przy tej częstotliwości w rdzeniu. Natomiast w moim przypadku mam do czynienia ze stratami tylko przy wyłączaniu, natomiast w Twoim przypadku straty występują w obu stanach przejściowych klucza.

    -RoMan- wrote:
    Co do nawijania taśmą - po raz kolejny odradzam - większość energii w przetwornicy flyback (i innych dwutaktowych) zawarta jest w polu magnetycznym w szczelinie. I zanim wybuchniesz świętym oburzeniem na to twierdzenie - sprawdź to w źródłach.

    W źródłach różne rzeczy, czasem mądre, a czasem od rzeczy, są napisane. Ja natomiast jestem, jak ów biblijny Tomasz; jak sam nie sprawdzę, to nie zawsze chcę uwierzyć ...
    Na jaką to odległość przy tej częstotliwośi i tej szczelinie strumień magnetyczny może odejść od swego "kanału", czyli rdzenia, to po pierwsze?
    Po drugie, to ile % owego strumienia przeniknie taśmę uzwojenia i pod jakim kątem?
    Po trzecie, spróbuj oszacować straty na prądy wirowe w drucie okrągłym o średnicy ok. 0.70mm i w taśmie (w wycinku o szerokości szczeliny powietrznej) o grubości 0,025mm.

    -RoMan- wrote:
    Nad szczeliną panują wyjątkowo nieprzyjemne warunki i w taśmie tworzą się prądy wirowe - może spłonąć i z jednej taśmy będziesz miał dwie.

    Ten powyższy ustęp to chyba napisałeś dla postronnych czytelników, co? :D

    Na koniec przypomnienie; gdzieś tam w poprzednim którymś swoim poście pisałem o wyborze kryterium zakończenia pierwszej fazy (ładowania energii w pole magnetyczne rdzenia) pracy przetwornicy i o dyskusji o tym, ale, jak dotąd, nie doczekałem się.

    Pozdrawiam
    Greg
  • #26
    -RoMan-
    Level 42  
    Jeśli poszukasz w archiwum grupy pl.misc.elektronika, to znajdziesz opis tego, co stało się z taśmą w przetwornicy flyback.
  • #27
    Quarz
    Level 43  
    Witam,
    -RoMan- wrote:
    Jeśli poszukasz w archiwum grupy pl.misc.elektronika, to znajdziesz opis tego, co stało się z taśmą w przetwornicy flyback.

    ależ Szanowny Romanie, z tego co może stać się, to ja doskonale zdaję sobie sprawę. Jednak zawsze tak być nie musi.
    Poza tym odsyłasz mnie do szukania czegoś, czego znaleźć sam nie mogę, lub zwyczajnie nie potrafię ...
    Oj, to chyba nie jest najwłaściwsze postępowanie, jak uważasz?

    Pozdrawiam
    Greg
  • #28
    NUKE
    Level 11  
    GregBa czy zarzuciles ten projekt? Minelo 3 dni bez odzewu.
    Ja czekam na schemat chozby prowizoryczny, bo ciekawi mnie jak to mialoby wygladac.

    pozdr.
  • #29
    Quarz
    Level 43  
    Witam,
    NUKE wrote:
    GregBa czy zarzuciles ten projekt? Minelo 3 dni bez odzewu.

    nic nie zarzuciłem, tylko nie jestem jeszcze gotowy podać danych transformatora. Wszak co nagle, to po diable... :cry:
    Tam wcześniej pisałem dlaczego - piszę program w MathCAD'zie do analizy tego transformatora i całej przetwornicy.
    Poza tym, to prosiłem o dyskusję odnośnie wyboru kryterium wyłączania klucza uzwojenia pierwotnego. Jak dotąd pozostało to bez odpowiedzi.
    Ze względu na poszanowanie energii skłaniam się, mimo innych wad, do kryterium czasowego, lub podaniu dwóch alternatywnych rozwiązań dla obu kryteriów (jedną ilości zwoi uzwojenia pierwotnego tego nie da zrobić się).
    Coprawda, przy kryterium czasowym odejdę od idei generatora samodławnego. Przypomnę; tam chwilę (i czas) wyłączenia klucza wyznaczało wchodzenie w stan nasycenia magnetycznego rdzenia, co skutkowało wzrostem prądu tranzystora bipolarnego i również wychodzeniem jego z nasycenia. Efekt; tylko wzrost strat.
    Tu, przy sterowaniu elektronicznym, te straty można kontrolować i minimalizować.

    NUKE wrote:
    Ja czekam na schemat chozby prowizoryczny, bo ciekawi mnie jak to mialoby wygladac.

    Ze schematem sterowania jest jeszcze większy problem, ponieważ żaden ze znanych mi układów specjalizowanych nie spełnia moich oczekiwań odnośnie drugiej fazy pracy tej przetwornicy, czyli oddawania energii z pola magnetycznego do kondensatora i indykacji braku tejże w rdzeniu, co ma stymulować ponowne załączenie klucza.
    Poważnym kandydatem do tego celu jest nieśmiertelny układ timera 555 z odpowiednimi modyfikacjami.
    Wyjście tego układu (TotemPole) doskonale nadaje się do sterowania bramki tranzystora MOS.
    Proszę też nie zapominać, iż udzielanie się moje na Forum Elektroda.pl nie jest moim jedynym zajęciem ... :D

    Pozdrawiam
    Greg
  • #30
    -RoMan-
    Level 42  
    Minął już ponad tydzień od podania wszystkich danych początkowych a nawet śladu projektu nie widać, że o wykonaniu przez litość nie wspomnę.

    Temat jest do zamknięcia - nie ma sensu dalsze, bezowocne bicie piany.