Izrada DC-DC Pretvarača

Pozdrav, evo bacio sam se u izradu jednog DC-DC pretvarača 12V na 5V 1A, za potrebe punjenja mobitela na kampiranju. Kao izvor se koristi olovni akumulator (GEL) 12V 9 Ah. Topologija koju sam koristio je Push Pull, transformator sam sam napravio od starog flybacka, samo sam maknuo papirić koji radi zračni raspor i zaljepio jezgre. Primar mi je 2×13 namotaja, 0.5mm2 žice, a sekundar je 2×6 namotaja, 1mm2 žica. Frekvencija oko 19-20 kHz. Masu sekundara sam spojio sa masom napajanja, prvi test, napon bio 25V u praznom hodu, opterečenje ga je srušilo na 6.8 V, onda sam se malo igrao sa feedbackom, podesio napon na 5V i dobro ga je držalo pri pol ampera. Veći napon neda, struja ode do 2 A i dobim max 6.8 V, sa 5 V struja je oko 100-150 mA u praznom hodu. Pri dotičnom opterećenju je struja na 12V ulaza 470 mA što daje iskoristivost od 56 % :( Struja kratkog spoja je 2.5 A, ne znam zašto tu zaštita ne radi, makar u datasheetu ima navedeno da za kratki spoj na izlazu se drugačuje spaja prekostrujna zaštita. Imam par slika i shema, djelovi iz starog ATX napajanja, samo je kontroler nov. Evo ako netko ima kakav savjet da poboljšam sklop, možda da bude stabilniji, ili neka formula da mogu proračunat transformator kak spada bilo bi super.
Shema:

Par slika sklopa na protoboardu
Logika:

Tranzistori na hladilu:

Homemade Transformator:

Lepo je to što si napravio, jedino što je mnogo glomazno. Bolje da si upotrebio LM2576T-05, efikasnost oko 80%, manje potrebnih komponenata.

Potpis

--
Make no mistake between my personality and my attitude.
My personality is who I am.
My attitude depends on who you are.

Pa ima i da se kupi za nekih 2.5E punjac za auto (12V) sa USB izlazom (5V), ali racunam da @gigabyte091 zeli to u svojoj izvedbi da napravi i malo se poigra sa DC-DC konstrukcijama ;)

Potpis

Site about Software Defined Radio – SDR
http://yu3ma.net/
https://github.com/yu3ma
On-line LM317 kalkulator

@gigabyte091

Za pocetak, da ti pozelim dobrodoslicu na forum: Dobro nam dosao!

Napisao sam nekoliko stotina postova na forumu oko oblasti SMPS pretvaraca.

Najbolje je uci u moj profil, i u koloni gde pise broj poruka postoji link "pretraga", tamo mozes naci korisnih stvari.

Gubi smisao da ponovo pisem iste stvari, vec je puno toga napisano.

Za prvu pomoc, evo korisne literature, i uz put par komentara:

http://www.national.com/AU/des...power_converter_topologies.pdf
http://www.nxp.com/documents/application_note/AN10912.pdf

------------------------------------------------------
Nije greh biti pocetnik, jer niko se nije naucen rodio.
Svi cemo uciti do kraja zivota.
-------------------------------------------------

Ukazacu ti na nekoliko krupnijih gresaka:

- SMPS se ne moze razvoditi dugackim vezama izmedju elemenata, jer se zbog strmih promena napona i struja na induktivitetu dugackih vodova razvijaju nekontrolisane prenaponske pojave. (otud potice 25V u praznom hodu)

- Kod push-pull topologije obe polovine primara moraju biti cvrsto magnetno spregnute. To se postize tako sto se namotaji primara motaju bifilarno. (takodje je to jedan od uzroka onih 25V u praznom hodu)

-Sekundarni namotaj takodje treba biti cvrsto spregnut sa primarom. To se postize motanjem sekundara u neposrednoj blizini primara, preko njega, ispod njega, ili pak najbolje ucesljavanjem. (otud potice opadanje napona sa prirastom opterecenja)

-Na sekundarnoj strani nedostaje "storage" prigusnica, koja treba biti prikljucena izmedju ispravljackih dioda i izlaznog Elko. (otud potice los stepen iskoristenja)

-Upotrebljeno jezgro sa lakocom moze preneti 100W+ na 20KHz, ukoliko se namotaji pravilno rasporede po celom obimu, poput toroidnog trafoa. Na 100KHz, uz iste mere, doticno jezgro ce moci preneti >250W. Za tvoje potrebe moze posluziti nekoliko puta manje jezgro.

-Jednostavnije je upotrebiti Mosfet tranzistore kao prekidacke, uz primenu PWM kontrolera SG3526 koji ima precizni strujni limiter, a veoma je pogodan za drive Mosfet-a. (drive bipolarnih tranzistora je takodje jedan od uzroka loseg stepena iskoristenja)

- Nedostaju "decoupling" PWM kontrolera i izlaznog stepena. (ovo vec dovodi do veoma nekontrolisanog rada celog sklopa, pa nije cudno sto ne radi strujni limiter).

Najbolje resenje ce biti proucavanje literature oko SMPS, pa posle gradnja.

Veliki pozdrav tebi i Zagrebu (nisam veoma dugo bio u tom lepom gradu)

Hvala na dobrodošlici, i pozdravu :) Znam da veze trebaju biti što kraće, imam iza sebe par Step-Up regulatora sa MC34063 regulatorom, pa se odlučio malo poigrati i sa push-pull topologijom, sve djelove sam imao eto, pri ruci, naravno da mislim staviti MOSFET-e umjesto bipolarnih tranzistora, razmišljao sam o IRFZ44, oni su oko 6 kn i TO-220 kučište. Trafo namotan na brzinu, čekam da mi kolega vrati pištolj za vrući zrak pa da mogu rastaviti jedan trafo od PC napajanja pa da i to napravim kako spada. Što se prigušnice tiće, to sam stavio naknadno jer sam ovo odmah išao slikat, 84 namotaja na torusnu jezgru, oko 180 uH induktiviteta. Gledao sam ja već tvoje postove, vidim da si stručnjak za svičing napajanja. Inače po struci sam elektrotehničar, imali smo mi energetsku elektroniku, al to je bilo žali bože... sad bu na faksu valjda bolje bilo. Nas su samo učili osnove Buck, Boost convertera te nekaj malo DC-AC pretvarača :/ Za par dana bi trebao pločicu nabavit, pa će rezultat biti bolji. Samo ako bi mogao reć di da decoupling stavim ?

EDIT: Hvala na literaturi
Ovako bi trebalo decoupling izvest ?

A evo i promjenjene verzije, dodani decoupling kondenzatori i 100 omski pull down otpornici

Zar nije bolje napraviti buck sa MC34063, kad si već radio sa njim ranije? Jednostavnije je, jeftinije, manje,... Ovo što ti praviš je preterivanje, ti hoćeš samo da puniš mobilni telefon a ne da napajaš računar...

On je dobar za snage do 1.25W jer njega jako ograničava DIP-8 Kučište. Sve preko 200 mA je uzrokovalo jako zagrijavanje. Ovako, razvijem dobru shemu za DC-DC pretvarač, nemora ovo biti samo za punjenje mobitela, lagano se transformator proračuna i za druge napone i struje, a modifikacije na shemi su minimalne (promjena otpornika za strujno ograničenje i povratnu vezu, te eventualno jači izlazni tranzistori) Uostalom, u Hrvatskoj se MC34063 nemože kupiti, ja sam svoje čipove sa ebaya naručivao. Trenutno, sa IRFZ44 u izlaznom stupnju bi na 12V lako mogao 120-150 W iako bi bilo bolje koristiti MOSFET-e u TO-247 kučistu.

@gigabyte091

Pisao sam vec o decouplingu, ali ponovicu par stvari da bih ti olaksao pretrazivanje na tu temu.

Postavio sam takodje i korisnu literaturu u nekom od postova.

Decoupling (rasprezanje) je mera koja se primenjuje na tackama napajanja nekog kompleksnijeg sklopa (pod kompleksnijim podrazumevam nesto vise od jednog otpornika).

Ostvaruje se tako sto se najkracom mogucom putanjom, na tacke napajanja, povezuje jedan ili grupa kondenzatora.

Cilj je smanjenje tranzicione impendanse napajanja.

Teoretski je napajanje niskoimpendansno, tj. impendansa tezi nuli. U praksi to nije tako, i najveci uticaj imaju induktivitet i termogeni otpor samih provodnika za napajanje, jer ne mogu imati nultu duzinu.

Na induktivitetu je promena napona: delta_U = (L*delta_I) / delta_t .
Iz toga vidimo da ukoliko je naglija promena struje, i u kracem vremenskom intervalu, indukovani napon je veci.

Mnogi sklopovi za svoj rad zahtevaju brze promene, posledicno se dogadjaju nagle promene jacine struja i u kratkom vremenskom intervalu.

Na parazitnom induktivitetu provodnika za napajanje nastaju nagle promene napona, koje se sabiraju ili oduzimaju sa samim izvorom napajanja (zavisno od toga da li struja narasta ili opada), pa nam na ciljne tacke stize sve samo ne ono napajanje kakvo smo ocekivali.
To ce definitivno izazvati nepravilan rad sklopa, kakav se ni najboljom analizom ne moze predvideti.

Stavljanjem kondenzatora tesno uz tacke napajanja, obezbedjujemo privremeni izvor za nagle promene struja koju sklop zahteva, a koje veoma kratko traju. obicnim merenjem pomocu DVM se takve promene ne mogu videti jer traju najcesce ispod 1uS.

Naime, u samom kondenzatoru se privremeno akumulira izvesna zaliha eletricne energije koja se moze "instant" isporuciti sklopu, pa se potom kroz neidealne provodnike, sa zakasnjenjem ponovo dopuni za sledecu tranziciju.

Kod tvog push-pull uredjaja, decoupling treba postaviti na tri mesta: 100nF+min10uF neposredno do pinova za napajanje SG3524, 100nF neposredno izmedju -Vee SG3524 i njegovog Vreff, i 100nF+min1000uF neposredno, sa sto kracom vezom izmedju srednje tacke primara i zajednicke tacke oba emitora izlaznih tranzistora.

Takodje dovodi emitora izlaznih tranzistora bi trebalo da budu najkraci moguci, potpuno simetricno izvedeni, u smislu duzine, oblika i medjusobnog polozaja.

Ovo se vec redje nalazi po literaturi: Induktivitet emitorskih vodova (ma koliko malen bio) proizvodi NEGATIVNU povratnu vezu za svaki od tranzistora pojedinacno (realno je serijski vezan sa emitorom, i ako se fiziki ne vidi).
Sa porastom ucestanosti (ili porastom brzine promene struje), njegov uticaj je sve veci.
Posledica je to da tranzistor ne dobija pobudu kakva mu je "poslata", sto rezultuje nezeljenim nacinom rada.

Evo neke literature o decoupling-u, a potrazi nesto vise o tome jer je od ekstremne vaznosti za rad sklopova: (vidi pdf)

Pozdrav

Evo već sam napravio izmjene na shemi, gledao sam jučer po internetu i vidio sam da se paralelno otpornicima gejta dodaje i kodenzator pa sam i to dodao, počeo sam proučavati literaturu koju si mi dao, i gledam po netu dizajniranje pločica za Switching napajanja samo kaj imam iskustva samo sa PCB Wizardom, a izrada pločice za DC-DC je malo kompliciranija.

@gigabyte091

Nece biti dobro ovo za gate Mosfeta.

Takva konfiguracija bi bila dobra za baze BJT.

Evo pdf (vidi pdf) kako to treba uraditi kada se koristi SG3524, koje ima slobodna dva tranzistora u svojim izlazima.

Posto nije obezbedjeno brzo praznjenje gate, doci ce do "overlap" izlaznih tranzistora, sto ce dovesti do neispravnog rada i eventualnog pregorevanja.

Kada ovako uradis drive gejtova (kao iz pdf), onda povecaj radnu frekvenciju na oko 50-70KHz (postojece jezgro ce tolerisati to, a moci ce preneti vise snage).
-----------------------------------------------
IRFZ44 mogu obezbediti 150W u ovom sklopu (ako je sve ostalo ok), sa veoma malim hladnjacima.
------------------------------------------------
Torusno jezgro za izlazni filter mora biti "distributed gap toroid".
Pogledaj malo po mojim postovima o tome.

Inace, samo polako, za sve je neophodno vreme.

Pozdrav

Hvala, proučio sam pdf, a šta veliš na Totem Pole driver ? tipa ovog:



Za izlaznu prigušnicu sam koristio prigušnicu koja gladi +5V rail na PC napajanjima.

EDIT: Sad sam simulirao malo Totem pole driver, ulaz 10 V 1 kHz pravokutni signal, na izlazu IRFZ44, Ugs je 10V, radni otpor, signal je super, pravokutni, 12 V na trošilu, ali sam dodao i induktivitet pošto je pogon transformatora u pitanju i naravno javili su se naponski šiljci, oko 72 V pri 180 uH. Dodao sam snubber paralelno MOSFET-ima, otpornik 150 oma i kondenzator 47nF, šiljci su sada oko 15-16V što je prihvatljivo

Probao se malo sa EAGLOM poigrat, po uzoru na skuplja napajanja za računala, odlučio sam uštedit na prostoru i upravljanje smjestit na zasebnu ploču koja se onda priključi na glavnu ploču, kao modul. Koristio sam PDF u kojem je opisano izrada pločica za SMPS.

Nadjoh jako brzo pretragom:

ad-electronic.hr/

Ukucaj gore desno MC34063 i videćeš da ima u HR da se kupi.
Verovatno da ima još prodavnica po HR u kojima ga ima.
Pozdrav.
Sinisha

Ta prodavaonica se nalazi u čakovcu, jedan komad je skoro 9kn + troškovi dostave koji su 30-40 kn, jednostavno 40-50kn samo za jedan čip je pretjerano, samim tim što djelovi za moj sklop dođu tolko, svi djelovi. Dućane izvan Zagreba ne gledam jer deru na poštarini, kao i alt-pro i ostale koji naručuju iz vana jer je neisplativo... Neznam jel se sad što promjenilo, ali prije 2-3 mjeseca ih nisu držali ni chipoteka, ni electronic centar.

@gigabyte091

Nisam bio prisutan neko vreme...

Onaj pdf koji sam ti postavio je vec Totem Pole.

Tranzistor UNUTAR SG3524 je gornji tranzistor Totem Pole sklopa.

To je optimizovan sklop, koji ce raditi u praksi, i koji ima asimetricno punjenje i praznjenje gate Mosfet-a.

Sami Mosfet-i imaju asimetricna t-on i t-off vremena, pa takav sklop proizvodi neophodan death-time, bez obzira na to sto si pocetnik i sto mozda neces moci da ispravno dimenzionises death-time pomocu samog SG3524.

Sklop je optimizovan zato sto je ustedjeno dva tranzistora, i takodje nema besmisleno veliku potrosnju na drive.

Kod tvog sklopa je opterecenje unutrasnjih tranzistora je 12V/47+100 ohm = 81mA za zaravan impulsa, dok je za uzlaznu tranziciju opterecen sa 12V/ 100ohm=120mA, zato sto kondenzator preko 47 ohm predstavlja kratki spoj za vreme tranzicije.

12V * prosecnih oko 100mA je 1,2W besmislene potrosnje, koja najdirektnije smanjuje stepen korisnog dejstva.

Lepo je sto pokusavas sam osmisliti sklopove (mada mislim da je jos uvek rano za to), ali ja stvarno nemam vremena da se bavim njihovim tumacenjem.

Samo sam hteo pomoci da ti to sve uspesno i dobro proradi.

--------------------------------------------------------------
Potrebne savete vec imas na mojim prethodnim postovima.

Posebno detalje koje ces teze naci u literaturi, samo ih prouci.

Pozdrav

Hvala na pomoći, ak ikad ideš za Zagreb javi se pa da se odužim nekak :D Dodao sam tvoj driver u shemu, u međuvremenu pronašao odgovarajući transformator, sad samo popodne ga rastavim, čitao sam da ih ljudi kuhaju par minuta pa da se jezgra rastavi.

@gigabyte091

Stavis u pecnicu na 200^C oko pola casa, i rastavis ga lako.

Nema potrebe za oduzivanjem.

Ako budem putovao u tom pravcu, svakako cu rado svratiti u ZG.

Pozdrav!

Ah, barem neko piće mora past ;) evo, ovako bi sada izgledala shema sa dodanim driverom i ostalim komponentama:

Sada sam malo bolje pogledao tvoju shemu i mislim da sam shvatio princip

Ja bih ipak da sam na tvom mestu koristio ovu šemu za punjač mobilnih telefona: http://www.romanblack.com/smps/smps.htm

Mislim, ovo ti je jednostavnije, jeftinije, manje, lakše...

A znam da je jednostavnije, uzeti gotovu shemu i popikat elemente na pločicu i vozi miško, al rađe se pomučim, sam nekaj napravim, a pritom puno naučim, a krajnji rezultat je onda veće zadovoljstvo kada sklop proradi, a kad si ga sam napravio. Uostalom, energetska me oduvijek zanimala, zato sam to i upisao. A i kao što sam ranije napomenuo, stvarno nije problem premotati transformator na neki drugi napon i struju.

@gigabyte091

Da, to je hodanje tezim putem, ali i jedini nacin da u buducnosti postanes kvalitetan konstruktor.

Takav pristup jako uvecava razliku izmedju mogucnosti pojedinaca.

Iza puno znanja uvek stoji puno utrosenog vremena i puno rada.

Pun respekt za takav stav! Znanje ce doci vremenom.

Niko nije postao dobar fudbaler a da nije puno trenirao :-).

Puno pozdrava