Izrada DC-DC Pretvarača

Hvala :) evo popodne su se pekli trafači, 200°C na 30 min, lak žica nije oštećena, kao nova je. Sada imam dvije jezgre na raspolaganju, planirao sam koristit ovu sa poprečnim presjekom u obliku kvadrata, srednji stup ima površinu od 1,44 cm^2 Prema dimenzijama i masi, obje jezgre su između ETD44 i ETD49 jezgri. Kvadratna jezga je više ETD49, a okrugla skoro pa točno odgovara dimenzijama ETD44. Lak žicu sam pripremio, imam i više nego dovoljno. Uzeo sam relativno tanku žicu pa ću motati bifilarno. Sada samo treba proračunati broj namotaja. Sad bi bilo dobro odlučiti, ostati na 5V ili taj napon dići na nekih 24 V i 2-3 A ? Potrebno je promjeniti samo mjerni otpornik i podesiti na trimeru napon za 24 V

Evo i slike jezgri:

Ma,ispalo dobro "Kao od Majke rodjeni" !
Još da ih "nafircaš" sa namotajima__Biće ko "Spejs-Šatl" !

Na kraju ispalo da će biti dobro,___Ali o tome samo glavni "Pretvarač" može da sudi
a to je "Onaj sa Velikim Čekičem"----kad neko NE čita Savete !
zvani MACOLA
koji je MAHER u tome !

Nema tu baš Relevantnijih !___jel ?

Posle njega sve Puca ! U pozitivnom-il-U-Negativnom ! Ali pucaju Elektroliti ili IC-i !

Što bi rekli Zemunci : Brate "Tuga od Pucanja"

Polako sve dolazi na svoje, treba još namotati trafo i tu pločicu napraviti, a to nebu tak lako, EAGLE me ne voli baš xD

Evo ako još nekog zanima, stavio sam par knjiga za SMPS i Energetsku elektroniku, ima svega, težina datoteke oko 214 MB

Energetska Elektronika.rar

A da se vratimo na temu, u priručniku za izradu Switching napajanja sam pronašao formule za proračun namotaja transformatora određeno baš za Push-Pull topologiju. Našao sam jezgru koja odgovara ETD39 jezgri, Magnetska indukcija pri 25kHz iznosi 320-360 mT pa budem uzeo 320 mT kao podatak za magnetsku indukciju. površina jezgre je 144 mm^2, maksimalno vrijeme vođenja za 40 kHz iznosi 12.5 uS.

To uvrstimo u formulu N/V=ton/B×Ae i dobijemo N/V=12.5/0.32×144, prema tome dobijemo 0,27 namotaja po voltu, pošto računamo za sekundar, to iznosi 0.27×24=6,47 namotaja, zaokruženo na 7 namotaja za sekundarni napon od 24V

Primarni namotaji se računaju kao napon primara/namotaji po voltu što za 12V daje 12/0.27=3.24 namotaja, zaokruženo na 4 namotaja.

Primar sam mislio namotat sa 4 paralelno spojene žice promjera 0.4mm, što bi bilo dovoljno za očekivanu struju primara od 6-7A pri nazivnom opterečenju. Sekundar bi bio namotan sa 2 paralelno spojene žice 0.4mm što bi bilo dovoljno za 2.5 do 3 A struje.

Ovo sve vrijedi ako je magnetska indukcija 320 mT, ako bi treblo uzet manju, onda je drugačija računica.



_{[Ovu poruku je menjao gigabyte091 dana 06.10.2012. u 14:46 GMT+1]}

@gigabyte091

Lepo! Sjajna preduzimljivost, a i snalazenje sa literaturom :-).

Pretpostavio sam... Coveku sa takvim stavom je napredak munjevit.

Malo cu pomoci oko nekih sitnica.

Evo nekih detalja oko odnosa velicina kod SMPS pretvaraca:
--------------------------------------------------------
Odnosi izmedju: B, f, N, U, Ae

deltaB[T]= U[V]e6 /( K x f[Hz] x N x Ae[mm-kvad])

N = Ue6 /( K x f x dB x Ae )

K=4 za pravougaoni talasni oblik
K=4,4 za sinusni

Napomena: dB je promena magn. indukcije za jedan polaritet magnetizacije.
Kod obracuna za push-pull uzeti 2B kao dB.
N je broj navoja, Ae je poprecni presek srednjeg stuba.

(Zasto 2B za push-pull? Zato sto svakom polutalasu magnecenje pocinje od -1B pa traje do +1B.)
--------------------------------------------------------
Izvini zbog ovakvog nacina pisanja obrazaca, nemam vremena da trazim neki font zgodan za matematiku.
Razumeces bez problema.
-----------------------------------------------------------------------------------------------
Postojecim nacinom ces imati polovinu magnetne indukcije u jezgru, to je ponekad pozeljno, ali u ovom slucaju mozes bez problema koristiti i +-0,35T@100^C temperature jezgra.

Otidi na "Epcos-TDK" sajt i skini besplatan (a izvrstan) MDT (alat za dizajniranje sa feritnim jezgrima):
http://www.epcos.com/web/gener...s/Ferrites/Page,locale=en.html

Evo i neke starije a dobre literature u kojoj ces naci korisnih detalja (posebno oko temperatura jezgra, popune bakrom i snage koju trafo moze preneti):
https://static.elitesecurity.org/uploads/3/1/3157586/01110127.pdf
https://static.elitesecurity.org/uploads/3/1/3168322/01280149.pdf

-------------------------------------------------------------------------------------------------
Hvala u ime svih za postavljenu literaturu.
Postavio si odlicnu literaturu.
------------------------------------------------------------------------------------------------
Jos malo neophodne korekcije (tebi ce to biti i vise nego dovoljno da se snadjes):

Na primarnoj strani npr. imas 4 navoja i impuls napona 12V (za vreme njegove zaravni prakticno jednak naponu napajanja).
Kod push-pull topologije proracun odnosa napona primar-sekundar je isti kao kod "obicnih" mreznih trafoa, tj. AMPLITUDE napona stoje u ovakvom odnosu: Upk_prim : Upk_sec = Nprim : Nsec

Za 24V amplitude ce ti trebati 8 navoja na sekundaru.

Pre nego sto nastavim o proracunu za trafo, razjasnicu par stvari koje mogu dovesti do zabune: Kada se posmatraju osciloskopom, naponi na kolektorima tranzistora (na krajevima primara) imaju amplitudu jednaku dvostrukoj vrednosti napona napajanja (ne racunajuci "spikes"), i to nastaje stoga sto se ona druga polovina primara u koju se tog trenutka ne plasira struja, ponasa kao i bilo koji od sekundara, a posto je tom namotaju tacka oslonca +Vcc, onda se napon indukovan na njemu sabira sa naponom napajanja.
Medjutim, napon sa kojim se racuna trafo je napon napajanja, jer se on plasira u primar (:u ovom slucaju, kod full-bridge, a kod half-bridge je Vcc/2). Kod topologije ovog tvog pretvaraca, primar je dvostruk samo zbog promene polariteta magnecenja.

Dakle, da nastavimo oko trafoa:
Na sekundaru push-pull konvertora (u takve spadaju i half-bridge, takodje i full-bridge) cemo imati pravougaoni impuls neke amplitude i neke sirine (vremena trajanja).
Napon sekundara se ispravlja nekim ispravljackim diodama, potom ide kroz "storage" prigusnicu, pa u izlazni filterski C.

E, tu je kvaka: Ako sekundar posmatras kao naponski izvor pravougaonog talasnog oblika (sto i jeste jer ima nisku impendansu), ispravljacke diode, "storage" prigusnica i filterski C, formiraju klasicni buck konvertor, za kog takodje vaze standardna pravila proracuna za buck.

Posto push-pull obradjuje oba polutalasa u smislu regulacije PWM (jer jedan polutalas moze teoretski trajati 50% vremena periode, a u praksi nikad preko 48% zbog neophodnog vremena za demagnetizaciju jezgra i neophodnog death-time), na sekundaru ce se pojaviti dvostruka ucestanost od ucestanosti primara, i jedan polutalas primara mozemo posmatrati kao kompletan period sa sopstvenim PWM, sa aspekta buck koji je na izlazu push-pull trafoa.

To znaci da, ako ti je na primarnoj strani PWM 2 x 0,25, buck ce to "videti" kao dva kompletna perioda sa PWM od 50%.
Pretpostavimo sada da ti je AMPLITUDA napona na sekundaru 24V: Buck ce to dati na svom izlazu kao: 24Vpk x PWM 0,5 = 12VDC, tj. na filterskom C ce se pojaviti srednja vrednost ispravljenog napona sekundara, odnosno njegova integraljena vrednost, a sto je 12VDC.

Eto malo pomoci oko upoznavanja sa tom topologijom konvertora.
---------------------------------------------------------------------
Inace, vidim ja da cu moci uskoro malo da predahnem u pisanju postova oko SMPS. Nazirem naslednika :-).

Cestitam na preduzimljivosti!

Veliki pozdrav

<sub>[Ovu poruku je menjao macolakg dana 06.10.2012. u 23:04 GMT+1]

[Ovu poruku je menjao macolakg dana 06.10.2012. u 23:05 GMT+1]

[Ovu poruku je menjao macolakg dana 06.10.2012. u 23:10 GMT+1]</sub>

@gigabyte091

Jos nesto: U SVIM SMPS topologijama se negde krije "storage" induktivnost.
Neophodna je, jer tranzistorima je krajnje nepovoljno kapacitativno opterecenje, dok im induktivno "odgovara" zbog laganog porasta struje.

Otkrivanjem gde se ona nalazi u raznim topoogijama, skratices sebi put ka razumevanju SMPS uopsteno.

Takodje pokusaj da posmatras induktivitet kao masu u mehanici, vaze potpuno analogna pravila, gde bi napon U posmatrao kao silu F, struju I kao brzinu kretanja v, a induktivitet L kao masu m.

Takodje, primarni namotaj ti je istovremeno i jedan od sekundara u svakom trenutku vremena.

Pozdrav

@macolakg, puno hvala na literaturi, nisam bio siguran za indukciju jezgre, ravnao sam se prema datasheetu za ETD39, malo sam proučavao transformatore kada sam ih rastavljao, tek toliko da znam kako da i ja svoje motam, oni imaju 5 namotaja + 5 namotaja za 12 V tj ukupno 10 namotaja, tako i ja moram za svoj napraviti, znači ukupno 8 namotaja primara i 16 namotaja sekundara. E sad, pošto si rekao da je na izlazu to zapravo 12 V (što sam se uvjerio sa ovim trenutnim sklopom šta imam da zapravo imam 11 V prije ispravljača i 5 V poslije kondenzatora, a namotan je kao 6+6 namotaja.) ja moram ukupno namotati 32, tj 16+16 namotaja kako bi dobio 48V na sekundaru i 24V poslije prigušnice i kondenzatora ? Inače ovaj program je super, pokazuje da ETD39 trpi i 400 mT, ali ja neželim riskirat da mi ode u zasićenje jezgra, a skup s njom i da mi izlazni stupanj prosvira pa mislim da je bolje ostati pri 320-350 mT. Znači ja sam mislio namotati 4+4 namotaja primar (ukupno 8 namotaja) i 16+16 namotaja sekundar (ukupno 32 namotaja). Trafo mogu testirati na ovoj skalameriji kaj imam, za test transfromatora bi trebala biti dobra hehe. Tražim po internetu uparene IRFZ44 kako bi smanjio utjecaj tzv staircase saturation, ili ti na naški stepenastog zasićenja. Vidim da je to česta boljka u push-pull topologiji koja je više izraženija kad je izlazni stupanj sačinjen od bipolarnih tranzistora. I mislim da mi ne gine zamjena ispravljačkih dioda za neke koje mogu 60-70V izdržat, problem kaj sve ove iz PC napajanja su za 40V.

Potrudio se za literaturu, tko zna, jednog dana možda neko bude kopao želeći isto što i ja pa će mu ovo olakšat jer stvarno tvoja literatura i ova moja imaju sve što je potrebno, naravno uvjet je dobro poznavanje engleskog :D Sad baš malo gledao SG3526 i žao mi je što njega nisam uzeo, manje problema bi bilo sa drajvanjem izlaznog stupnja, al šta je tu je, sad je već sve napravljeno sa 3524. Daleko sam ja od toga da naslijedim tebe, ali hvala :)

@gigabyte091

He he drugar, brz si ti kao munja :-).

Ne treba meni puno teksta da prepoznam potencijal koji razlikuje "replikatora" od onoga ko generise ideje.

----------------------------------------------------------------------------------------------------
Stigao si vec do "staircase saturation", za dva dana. :-)
Potpuno sam svestan tvoje buducnosti na ovom polju.

Kad smo vec kod "staircase saturation": Ona inace nastaje zbog neprecizne simetrije polutalasa zbog koje se pojavljuje DC komponenta u magnecenju jezgra, i ovaj oblik push-pull topologije je najosetljiviji na to (jer se nema gde postaviti kondenzator serijski sa primarom).

Tacno je da ce DC polje najlakse zasititi jezgro, ali nije to toliko osetljivo kao sto mislis.

Zamisli da je kod tvog push-pull moguca asimetrija od 5% (sto je inace mnogo, realno je oko 2-3%).
Od ukupne struje koju ti konzumira primar (ako je npr. 5A), 5% nesimetrije bi bilo 0,25A, sledi da ce ti tolika struja unositi DC bias jezgru.

Posto si vec aktivirao MDT od "Epcos", udji u kalkulaciju DC bias, potom unesi induktivitet tvog primara, vazdusni procep=0,05mm, i na dijagramu pogledaj kolika struja ce ti dovesti do pada induktiviteta primara za vrednost od 10%. Tolika struja DC bias je dopustiva.
Nisam ti mozda pravilno rekao kako unositi podatke u DC bias kalkulator, ali mozes se snaci bilo kojim redom, i cak mozes saznati Lprim postavljajuci (ili iterativno nalazeci) procep s=0,05mm (to je realna velicina za jezgro BEZ procepa, a nastaje zbog nesavrsenosti povrsina, jedino ne vazi kod toroida jer tamo procepa stvarno nema (osim kod distributed gap toroids)).

Takodje sa par tih DC bias kalkulacija, steci ces osecaj dimenzije DC bias koja bi mogla praviti problem.

Inace, "staircase saturation" se uklanja na nekoliko nacina: current mode PWM (pulse by pulse curr. limit), maleni procep jezgra, ili serijski kondenzator sa primarom (kod half-bridge i kod full-bridge).

Pulse by pulse limit ima ono SG3526, kog sam ti preporucio, a ima i push-pull drive za Mosfet-e, kao i common mode FB amp od 0-5,1V (kod SG 3524 je od 0,7V pa cini mi se do 3,7V, ako se isprvno secam), kao i common mode za curr. limit amp od 0-12V. :-).

Common mode vec od 0V ima izuzetne prednosti kada ti je potrebna regulacija od nule, ili negativan napon na izlazu.
Takodje, common mode za C.L. op-amp od 0-12V je veoma zgodan, jer merni shunt mozes postaviti bilo gde u okviru tog napona.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nesto oko ETD jezgra: ETD jezgrom je moguce preneti najvecu snagu u odnosu na bilo koja druga jezgra iz E vrste jezgara. Razlog je najbolja popuna bakrom. Zbog okruglog srednjeg stuba, navoj ima najmanju duzinu zice, pa je ujedno najmanji i uticaj termogenog otpora i skin efekta.

Pozdrav

1) samo ti mogu prosvirati izlazi, a jezgru nece biti nista jer je zasicenje reverzibilna pojava bez posledica.

2) tesko ces naci uparene IRFZ44, lakse je staviti maleni procep (mislim da ce sam sloj superlepka biti dovoljan).

Pozz

krivo sam se izrazio, znam, jezgri nece biti nista, al izlazni tranzistori izgore u tom slucaju. Mislim da je onda bolje uzet ovu okruglu jezgru. Lakse za namotat. Pripremio sam zicu, taman za 32 namotaja sekundara, a za primar ima i vise nego dovoljno, sutra bi transformator trebao biti namotan. A danas cu se malo sa ovim programom poigrat. ako imas mozda koju primjedbu oko broja namotaja ili neceg drugog slobodno reci. sto se staircase saturacije tice, onda bu lijepilo napravilo dovoljan zracni raspor.

@gigabyte091

Lepo sam ja rekao da cu uskoro moci da se odmorim od pisanja postova oko SMPS :-).

Imas moju podrsku.

Pozdrav

Hvala :) u utorak idem kupiti dijelove, pločicu sam uspio nabaviti, onda ostaje samo dizajnirat pločicu.

Evo da odgovorim na postavljeno pitanje u PP, pošto nemogu preko njih jer trebam biti član najmanje 7 dana.

Pitanje je glasilo:

Npr. probaj da nadjes gde se krije podatak o common mode za curr. limit amp kod SG3526 (SG1526, SG2526)...

Ako sam dobro shvatio pitanje, odgovor se nalazi na dnu stranice broj 3, pod Note 6 gdje piše Vcm = 0 do 12 V

Korišteni datasheet: SG3526

Inače evo slika transformatora koji je gotov, pošto mi je sfalilo žice, sekundar je jednostruka žica, pa budem vidio kako bu se ponašalo na 3 A, lako se struja smanji ako će biti pregrijavanja. Motao sam ovako, po uzoru na tvornički motane transformatore, prvi dio sekundara, pa zaštitna folija, pa prvi dio primara, pa zaštitna folija, pa drugi dio sekundara, pa zaštitna folija, pa drugi dio primara i zaštitna folija. Testiran je transformator, struja u praznom hodu je 1.07 A, s tim da je frekvencija oko 20 kHz a on je proračunat za 40 kHz. Očekivana struja praznog hoda, tj struja magnetiziranja bi trebala biti 10% nazivne struje, tj oko 0.6 do 0.7 A. s obzirom na moju skalameriju i duplo nižu frekvenciju, mislim da je posao dobro obavljen i da bu to bilo sigurno 0.6 A pri 40 kHz.

Prvi dio sekundara namotan:



Zaštitna folija:



Prvi dio primara namotan (4×0.4mm):



Drugi sloj zaštitne folije:



Drugi dio sekundara namotan:



Zaboravio slikat treći sloj folije, pa ide drugi dio sekundara:



I gotov transfromator :D

@gigabyte091

Svakako da sam ocekivao pravi odgovor na pitanje o tome gde se nalazi podatak o common mode sposobnosti ulaza za strujni limit kod SG3526.

Poenta je u tome da te (kao stariji kolega) usmerim na mogucnost postojanja veoma vaznog podatka, a koji se krije u manje od 0,01% teksta iz nekog datasheet-a.

Verujem da ce ti se zbog ovog pitanja (a i odgovora), jako povecati pozornost kod proucavanja datsheet (i ako je tvoja pozornost nesumnjivo vec bila na neobicno visokom nivou).

Svrha pitanja je u potpunosti postignuta, cak i da nisam dobio odgovor :-).
Verujem da ces u buducnosti imati koristi od ovog sicusnog pitanje-odgovor pokusa.
----------------------------------------------------------------------------

Inace, trafo fino izgleda, i rekao bih da ima odlicnu popunu bakrom, pa snage nece nedostajati.

Pozdrav

Evo malo eksperimentiranja, dobio sam slijedeće rezultate, frekvencija sklapanja oko 10 kHz, struja u praznom hodu, 1.2 A, kad se niš ne dira po pločici hehe. ak se prčka oko pina 9 za kompenzaciju onda ide čak do 3 A pa do 200 mA. Napon koji sam dobio u praznom hodu je 25.3 V i polagano se penje kad se uključi sklop. U prvom mjerenju sam dobio 0.8 V dok nisam skužio da je jedna od dioda tvornički neispravna.

Na slici se vidi napon praznog hoda, ispravljeno sa 2 diode, pa stavljena prigušnica i elektrolitski kondenzator 1000uF 63V. Ampermetar ima mjerno područje 6, ne 60A

@gigabyte091

Frekvencija je preniska, i verovatno jezgro u svakom polutalasu odlazi duboko u zasicenje, a i ako nije i dalje ce postojati problem.

Nece to tek tako lako spaliti IRFZ44, ali ce ih beskorisno zagrevati, i praviti snazne spikes.

Rad sa tako niskom frekvencijom ce dovesti do "punjenja" jezgra velikom kolicinom energije, sto je kod forward pretvaraca stetna pojava. Ta energija se negde MORA isprazniti, delom nazad u napajanje kroz body diode Mosfet-a, delom u sekundar, delom ce se pretvoriti u toplotu na jezgru, izlaznim tranzistorima...

Trafo kod forward pretvaraca (push-pul pripada toj porodici, samo sto radi protivtaktno), se opterecuje minimalnim magnetisanjem jezgra (samo onoliko koliko je nuzno potrebno). Akumulacija se vrsi u storage prigusnici, kojoj se jezgro snazno magnetise.

Frekvenciju treba podici na bar 40KHz.

Inace, napon praznog hoda ne bi smeo biti veci od onog koji je diktiran povratnom vezom.

Jedino flyback zahteva bleeder otpornik na izlazu, jer postoji izvesna manja kolicina energije u rasipnim induktivitetima, koja nije pod kontrolom povratne veze.

Kod ovog tvog pretvaraca, u slucaju da se prekoraci zadat napon, pretvarac mora smanjiti sirinu impulsa ili cak prestati sa radom (intermitirajuci rad), sve dok je izlazni napon veci od zadate vrednosti.

Ni u kom slucaju izlazni napon ne sme biti veci od zadatog (realno sme, ali nekoliko desetina mV).

Tu nesto nije u redu sa povratnom vezom. Pogledacu shemu, pa cu reci misljenje.

Jedno vazno pitanje: da li posedujes osciloskop? Ako ga nemas, valjalo bi da ga nabavis, jer je to neophodna alatka za rad sa SMPS.

Pozdrav

Ma, nije shema ona napravljena, ovo je test sa onom skalamerijom koju sam prvobitno napravio, tek toliko da vidim jer radi transformator. Naravno ta frekvencija će biti oko 40 kHz kada bude gotovo sve, ovo je samo test da vidim jel dobro namotan transfromator. Tu čak nema ni povratne veze, ovo nije gotov uređaj. osciloskop nemam, mogu do bivše škole otići, dogovorio sam se sa profesorom iz energetske, imat ću labos energetske elektronike na raspolaganju.

@gigabyte091

Ovako kako si potavio shemu, raspon regulacije izlaznog napona bi trebalo da bude od 2,5V do 25VDC na izlazu.

Na shemi je ok. Ne znam da li je ralizovano tako u stvarnosti?

Dalje, RC kompenzacioni clan na pinu 9 mozes dobiti izracunavanjem (koriscenjem one tvoje literature), ali obicno ga je potrebno iskorigovati, jer vreme odziva izlaznog buck (L-storage i C_out), nije lako tek tako namestiti, zbog toga sto induktivitet storage prigusnice zavisi od struje.

To se ipak najbolje radi osciloskopom.

Pozz

Nisam još ovu shemu realizirao, želim prvo pločicu napraviti, sutra dijelove idem kupiti, ovo je samo ona prva shema, na protopločici, samo da pokrenem trafo, RC član na pinu 9 budem proračunao za frekvenciju sklopa. Vidim da je došlo do nesporazuma, sklop nije gotov, ovo je samo test bio transformatora da vidim jel dobro namotano. Sutra idem u obilasku profesora iz stručnih predmeta da vidim za pločicu i kad su slobodni labosi.

@gigabyte091

Da. Nesporazum je bio u pitanju. Nisam mogao znati da nije kompletirano.

Nego, ako ti je maksimalni PWM na tom test sklopu, bojim se da neces "dohvatiti" maksimalnih 25VDC pri punom opterecenju.

Proracunaj trafo sa takvim naponima sekundara da vec pri 2 x 40% PWM imas 25VDC na izlazu pri punom opterecenju.

To ce ti pokriti sve gubitke, a i izvestan pad napona na napajanju uredjaja, tj. imaces izvesnu rezervu za stabilizaciju napona, ili se pomiri sa 22-23VDC izlaznog napona.

Pozdrav