Izrada DC-DC Pretvarača

Aha, iskreno ne znam kolki je duty cycle, nemam osciloskop da provjerim. To bi trebao ovaj tjedan u školi pogledat, shunt sam odabrao za 2A pošto sam jednostruko motao sekundar. I umjesto IRFZ44 sam odabrano IRFZ48, koji ima duplo manji RDSon od IRFZ44N, tj ima 0.012 ohm RDSon. Ako če trebati, lako dodam 4-6 namotaja na transformator (2-3 na svaku polovinu sekundara). Ima mjesta na jezgri da se to obavi bez rastavljanja transfromatora. Ostaje sutra samo kupiti komponente i bacit se na izradu pločice. Samo eagle neželi raditi kako spada na mom računalu, ne znam što ga muči... Što se tiče RC člana koji se spaja na Pin 9, za frekvenciju oscilatora od 40 kHz i izlaznu frekvenciju od 20 kHz. (flip-flop unutar SG3524 djeli frekvenciju sa 2). Po formuli f=1/RC gdje je R u kiloomima i C u mikrofaradima ispada da za 20 kHz treba otpornik od 47 k oma i kondenzator od 1 nF.

Maksimalni Duty mozes saznati bez osciloskopa na sledeci nacin:
Bez trafoa vezes oba drain od IRFZ48 paralelno, potom sa njih otpornik od par stotina ohm ka +Vcc.
Analognim voltmetrom (koji ima kazaljku), meris napon na tom otporniku. Napon ce za neki iznos biti manji od Vcc (kazaljkas ce ti pokazati srednju vrednost). Ako je +Vcc = 100%, izmeren napon ce ti biti velicina ukupnog Duty, a podeljeno sa dva velicina Duty pojedinacnog polutalasa.

-------------------------------------------------------------------------------------------------
Izaberi frekvenciju oscilatora oko 140KHz, tako ce ti radna ucestanost biti oko 70KHz.

Sa Mosfet ne moras da "stedis" na radnoj frekvenciji, oni su mnogo brzi od bipolarnih tranzistora za takve aplikacije.

Ta dva IRFZ48 mogu sa lakocom "zvizdati" i na 1MHz, samo sto bi to bilo nepovoljno po gubitke u feritu i rcoverry gubitke u izlaznim diodama, stoga je za taj tip jezgra "dobar" opseg ucestanosti izmedju 40 i 100KHz, mozda najbolje na polovini izmedju ove dve vrednosti.

Sa oko 70KHz bi imao najbolji kompromis izmedju prenesene snage, temperature jezgra, filtracije, iskoriscenja izlaznog buck, i generalno KKD.


Kada bi zamislio dijagram KKD tog pretvaraca u zavisnosti od frekvencije, gde bi na X osi imao frekvenciju a na Y osi KKD, dijagram bi bio nalik obrnutom latinicnom slovu U. Namestanjem frekvencije se moze naci najvisa tacka na ovoj krivoj.
Potpuno slicno izgleda zavisnost KKD od nagiba tranzicija na Mosfet (to se podesava sa Rg_on i Rg_off).

Na zalost, KKD zavisi od citavog skupa krivih, i njihovim sumiranjem i nalazenjem najvise zajednicke tacke se nalazi najbolji KKD.

Do oblika tih pojedinacnih krivulja se moze doci na dva nacina: racunom i pokusom.

Racunom se ne mogu predvideti bas svi parametri, pa je i dalje cak i najvecim firmama nuzna iterativna korekcija rezultata koja se dobija pokusom. Ali, matematika ce te dovesti dovoljno blizu, tako da je korekcija minimalna.
------------------------------------------------------------------------------------

Samo polako, doci ce vreme kada ces imati osciloskop (moze se pronaci polovan 2 x 20MHz za red velicine 100 eura), za sada koristi oscilokop u glavi, dobro ti ide i sa takvim :-).
----------------------------------------------------------------------
Pretpostavljam da je lapsus u pitanju: Pinovi RT i CT odredjuju frekvenciju, a na pinu 9 se vrsi frekventna kompenzacija povratne veze.

Inace, znacajan napredak je postignut upotrebom OTA (transkonduktansnih pojacavaca) kao error-amp kod narednih generacija kao sto su SG3525 i SG3526, gde se sa istim tipom RC clana na pinu za kompenzaciju dobija pravi PID regulator.

Nije lose prouciti malo OTA kao napravu. Najubedljiviji datasheet sa gomilom app. notes mozes naci za OTA CA3080.

http://www.intersil.com/conten...ersil/documents/fn47/fn475.pdf
http://users.ece.gatech.edu/~l...atasheets/ota/ca3080apnote.pdf

Stoji da je zastareo, ali ima izuzetno bogatu dokumentaciju iz koje se moze mnogo nauciti o OTA (zatrebace ti neki od OTA cim budes pravio prvi PFC, cak i ako je integrisan u nekom PFC kotroleru, valja razumeti kako radi).

Ako vec znas dovoljno o tome, mozda neko drugi ne zna, pa ce koristiti ovaj komentar.

Puno pozdrava

Pozdrav, ma kod nas rabljene osciloskope cijene po 300-400 eura, često i bez sondi. A kako će se trafo nositi sa povećanom frekvencijom ? on je proračunat za 40 kHz, tj za 80 kHz frekvencije oscilatora. Zar nebude onda i napon bio višlji ? mislim proračunao sam za više frekvencija, pa budem uzeo više elemenata, lako se zamjene, pa se vidi koji najbolje radi. A što se tiče RC člana na pinu 9, za njega sam po formuli koja je data baš za to računao vrijednosti. Slična je formula sa onom za proračun elemenata za pinove 6 i 7. Vidim da sam baš zastarjeli čip iskoristio :/ kad ih imam 20ak na lageru. Slijedeći projekt je obavezno sa SG3526

Evo i elemenata, naravno, ženska mi je uspjela dati trimer 1k iako sam naglasio 10k... nevjerojatno



Tranzistori montirani na hladilo:

Za osciloskop postavi upit na forumu, pa mozda ce neko imati povoljnu ponudu.

Napon kod push-pull nece zavisiti od frekvencije.

Kao sto sam prethodno napisao, napon zavisi samo od prenosnog odnosa i amplitude napona na primaru.

Takodje nece zavisiti od magnetne indukcije jezgra (ukoliko je ispod nivoa zasicenja).

Izgleda da nije pomogla ona kratka vezba sa fokusiranjem paznje na detalje?
-----------------------------------------------------------------------

Posto radis sa nisko naponskim SMPS, manje dolaze do izrazaja razni uticaji parazitnih kapaciteta i internih kapacitativnih punjenja tranzistora, pa ti to daje pravo da frekvenciju u izvesnoj meri povecas u odnosu na onu koja je sa istim tafoom koriscena kod visokonaponskog SMPS.

Povecanjem frekvencije na 70KHz:

-smanjice se magnetna indukcija jezgra (kraci interval punjenja),

-povecace se snaga koju trafo moze preneti,

-povecace se skin efekat u zici (ali jos uvek ne toliko da bi umanjio prethodne dobitke),

-povecace se switching gubici (ali jos uvek ne toliko da bi umanjio prethodne dobitke),

-povecace se gubici u jezgru (ali jos uvek ne toliko da bi umanjio prethodne dobitke).
-------------------------------------------------------------------------------------

Literaturu oko racunanja RC clana za pin 9 imas u tvojoj arhivi koju si postavio u: "Converter Transfer Functions.pdf"

Ili znatno jednostavnije objasnjeno u "Power Suply Cookbook- MartyBrown" oblast: "Feedback Loop Compensation" pocev od stranice 201. pa do 220.


Pozdrav

Pomogla je, bez brige, samo sam ja radio prema datasheetu u kojem je navedena formula. Komponente sam kupio za frekvenciju oscilatora od 140 kHz. Pogledat ću u navedenim literaturama pa prema njima onda proračunati kompenzacijske elemente. Inače pločicu mi je profesor ponudio da mi izradi, tj samo dizajn, a ja ću onda pločicu napraviti. Manje izmjene na shemi, serisjki sa trimerom od 1 kiloom (trebao biti 10) su dodana dva otpornika od 4.7k, pa tako imam raspon napona od 23 do 25.5 V Evo našao power supply cookbook i proučavam trentno navedene stranice.

@gigabyte091

Mozes, ako ti je potrebno, prosiriti opseg regulacije sa tim trimerom od 1K.

Evo sta bi se moglo maksimalno izvuci bez bitnih izmena sheme:

Trimer sa slike smes opteretiti sa najvise 250mW, radi sigurnosti i radnog veka treba odabrati max 150mW.

Smes ga opteretiti sa U = sqrt(P x R) = 12,24VDC (zaokruzimo na 12V). Struja koja sme teci kroz njega je 12V/1K=12mA.

Dakle: 25VDC_out - Vreff(2,5V) = 22,5V, toliko ti preostaje za Rfb.

Otpornik sa pina 1 ka masi bi bio: 2,5(Vref)/12mA=208,33 ohm, posto nije standard onda 220 ohm. Nova vrednost struje ce nam biti 2,5V/220 ohm=11,363636mA.

Na onih preostalih 22,5V do napona izlaza bi nam ukupan otpor bio: 22,5V/11,363636mA=1980 ohm.

Stavljajuci otpornik od 1K serijski sa trimerom (koji je takodje 1K) imaces raspon regulacije od: 2,5(Vreff)+(11,363636mA x 2K)=25,227V pa do 25,227V-(1K x 11,363636mA)= 14,227V
----------------------------------------------------------------------
Druga opcija bi bila da trimerom menjas Vreff vrednost na pinu 2, s' tim sto kod SG3524 je common mode tog ulaza od 1,8V do 3,4V, pa bi taj trimer delovao jedino u okviru tog raspona, dok bi Fb razdelnik napona za pin 1 mogao postavljati veoma raznoliko, po potrebi (povoljnija verzija za eksperimentalne aplikacije).

Za metodu regulacije promenom Vreff, prednost imaju IC kod kojih je common mode od 0-Vreff (poput SG3526).

Verujem da ce ovo koristiti.

Pozdrav

Pozdrav, nisam ni mislio imat regulaciju napona, više da se pod opterečenjem napon eventualno može namjestiti na 24V, ali imam u planu neko Laboratorijsko napajanje 0-40V 0-5 ili 10A i tu bi koristio SG3526 kojeg sljedeći tjedan mislim naručiti 5 komada pa se malo poigrat njime.

@gigabyte091

SG3526 (2526 industrial, 1526 military) je jedan od boljih push-pull kontrolera. Nije lose to imati.

Medjutim, za Lab. izvor bih radije birao metodu PSM (Phase Shift Modulation), sa upotrebom current doublera na izlazu i ZVS osobinama.

To je jedna od najfleksibilnijih metoda SMPS, pa je stoga veoma zgodna za Lab. napajanja.

Tipican predstavnik je UCC3895, mogu se razviti veoma velike snage (njim sam pravio 60KW), regulacija od 0-100%, odlican KKD, odlicna filtracija, odlicne mogucnosti curr. limit, upotreba H bridge na veoma visokim frekvencijama (mala jezgra i odlican izbor izlaznih tranzistora), veoma jednostavan drive H bridge.

Po cenu samo malo vece slozenosti od klasicnog push-pull, dobija se znacajan broj prednosti.

Definitivno postoje SMPS i sa vecim KKD, ali nemaju tako rastegljiv opseg regulacije i opterecenja.

Pogledaj datasheet na Texas Instruments i imas dole na dnu osnovne stranice razne app. note i dokumentaciju.

Pozdrav

Full Bridge, trebalo bi namotati strujni transformator kolko vidim, gate drive transformator kojeg se da izvadit iz PC napajanja, i glavni transformatori. 4 komada IRFP460 bi ovdje odlično poslužili, a imali bi dosta snage za 2 transformatora, svaki da proizvodi 30V pri 15A, tako bi dobili simetrično napajanje +/- 30V 10A. To bi bilo koji veći trafo iz PC napajanja trebao biti u mogućnosti isporučit. Grec neki 10-20A 1000V i 2000-3000 uF 400V kondenzatora, pa sa tako izglađenih 320V DC na most. Neki manji SMPS za napajanje logike i ventilatora za hlađenje i mogućih digitalnih instrumenata. I višeokretni potencimetri za precizno namještavanje izlazne struje i napona. Ventilatori bi bili temperaturom upravljani, NTC otpornik na hladilu izlaznog stupnja, pa na neki komparator bi bilo dovoljno.

@gigabyte091

Taj strujni transformator, koji je nacrtan u njihovim app. notama, i koli sluzi za curr.limit primara, je specifican i kod nas ga je izuzetno tesko nabaviti.

To je strujni transformator kome je uradjen DC pred-bias sa permanentnim magnetom, ali to nigde ne pise u datasheet (cak ni u njegovom).

Na zalost, neiskusni to ne mogu znati, pa se lako napravi greska.

Sa obicnim jezgrom se to drugacije resava, a kada budes resio da ga pravis, ja cu ti pomoci oko toga.

Vec za curr. limit laboratorijskog tipa, na DC izlazu moras imati curr. err. pojacavac sa istim pravilima frekventne Fb kompenzacije kao i za stabilizaciju napona.

Rezultati voltage err. i curr. err. se sumiraju diodnom OR logikom, i njihova suma utice na konacni PWM.

Tako se to pravi.

Postoji ovde jos jedan clan koji je zainteresovan za istu stvar (a mozda ih je i vise), pa ako to planiras, uskoro bih poceo da pisem o tome u novoj temi, da ne pisem vise puta.

Pozdrav

Definitivno sam zainteresiran, mislim da bi dobro bilo kada bi se razvilo takvo nekakvo napajanje, samim tim što meni, a sigurno i drugim članovima puno puta zatrebalo napajanje koje može dati malo više od 3-4 A struje. Isto tako izbjegli bi upotrebu glomaznih mrežnih transformatora i veelikih količina elektrolitskih kondenzatora i nepotrebnih gubitaka u obliku topline na kojekakvim linearnim napajanjima. Evo ja sam napravio blok shemu kako bi to izgledalo ovako ugrubo:



Registrirao sam se na stranici texas instruments pa bum uzeo par komada UCC3895 kao free sample, gledam i MOSFET drivere i ostalu ponudu, ako ima neki prijedlog ili ako ti treba neki dio, reci pa kad mi stigne pošaljem ti

Meni se ovaj driver svidio: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ucc27321.pdf

A i tu ima dobrih PWM kontrolera: http://www.ti.com/paramsearch/...p;uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T i cjelokupna ponuda: http://www.ti.com/paramsearch/...p;uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T

@gigabyte091

Dobar driver si izabrao, vise nego dobar :-).

Sa ovim mozes pogurati i 100A Mosfet, a manjima ni malo ne smeta.

Sa ovakvim (u TO-220) http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21420d.pdf pokrecem dva IGBT modula SKM300GB12V

Pozz

Znam za ove TC4421/4422 drivere, odlični su. Pošto mogu još 3 itema staviti, odlučio sam uzet ovaj: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ucc3808a-2.pdf, ovaj: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uc2823a.pdf i uspio naći UC3526 :))) Od svega po 3 komada ide.

Da se vratim na temu: Pošto 1N5822 neće izdržati 50ak volti iz transformatora, odlučio sam uzeti malo ozbiljniju diodu: http://www.diodes.com/datasheets/ds31413.pdf jedna košta 1.8 dolara na ebayu i može se montirati na hladnjak, što 1N5822 nemogu

@gigabyte091

Kada je opterecena strujom vecom od 2/3 kapaciteta, sotki dioda gubi svoje prednosti u odnosu na ultrafast Si diodu.
(mozes o tome naci u knjizi Marty Browna)

Za vece struje moze priiicno zgodno posluziti MUR1560, ili neka iz serije BYWxx.

Pozz

Pozdrav, citao sam o tome, U power supply cookbook, 59 strana. Zato sam uzeo diodu od 20 ampera kojoj 2 do 3 nebi trebao biti problem jer je to 1/10 nazivne struje. Ova dioda je koštala svega 1.2 dolara, dok ovih silicijskih je bilo po 10 komada i 8 do 13 dolara. U cilju uštede sam se odlučio za ovu diodu, za 2-3 A će biti dobra, a i može se montirati na hladilo tako da zagrijavanje neće biti problem.

Evo što sam naručio kao free samples:

@gigabyte091

Super! Dobar izbor.

Sada ces vec morati da razmisljas o posedovanju osciloskopa, kakvog-takvog za pocetak.

Na temi http://www.elitesecurity.org/t446664-SMPS-za-pojacalo , jedan je clan narucio USB scope za svega 75$.

Mozemo sacekati njegova iskustva sa tom napravom (mada bi po prilozenoj dokumentaciji mogao posluziti za pocetak), pa bi to mozda mogla da bude neka pocetna opcija.

Definitivno, za SMPS, DSO mora imati nekoliko puta bolje performanse od analognog skopa da bi se videli neophodni detalji, ali zato DSO pruza veoma bogate mogucnosti merenja i prikazivanja na ekranu, cak i taj minimalni od 75$.

Analognom skopom sa GBW od svega 10MHz se vec moze pristojno posluziti oko uobicajenih SMPS, pogotovo ako se snubber komponente malo bogatije naprave (zbog onih sitnica koje se ne vide), dok za slicne mogucnosti posmatranja detalja DSO vec mora "dohvatiti" GBW od bar 50MHz.

Na istoj temi sam preporucio par metoda za galvansko razdvajanje merenja (pogotovo struje), od firmi kao sto su:"LEM", "Honeywell", "Allegro microsystems" i sl. se mogu naruciti AC/DC strujni transduceri koji rade do koju stotinu KHz (za cenu od par desetina $ i mogu odlicno posluziti), dok se AC/DC strujna sonda za scope ne moze naci za manje od 500-600$, a malo bolja iznad 1000$.

Evo nekih primeraka, i ujedno prilicno povoljnog stranog nabavljaca komponenti (verovatno ima zastupnistvo u Hr): http://www.digikey.com/product...ducers/current/1966573?stock=1

Takodje se galvansko razdvajanje za merenja po visokom naponu moze napraviti pomocu HCNR200 ili sl.

Pozdrav

Kolko vidim ima zastupništvo u Hrvatskoj, cijene elemenata koje su dostupne u hrvatskoj su niže nego u dućanima tako da bi se isplatilo kupovati preko toga, naravno one komponente koje nisu dostupne kod nas. Dosta su jeftini ovi strujni transformatori. A budemo vidli kakva su mu iskustva sa tim osciloskopom. Stvarno mi treba, bilo kakav osciloskop.

Gledam ovaj UCC3803, 1A totem pole driver, 0-100% DC, ugrađen soft-start, netrebaju kojekakve akrobacije kao sa MC34063 da bi mogao dodat vanjski tranzistor, izlazni napon do Ucc, znači max 12V što je i više nego dovoljno za MOSFET-e. Cijena na digi-keyu je 2.2 dolara. Ovaj kontroler bi bio odličan u Buck/Boost pretvaračima. Po FEDEX-u bi u petak do 18 sati trebali isporučiti komponente.

Nezna čovjek koje da uzme, vrlo su jeftini, a velka većina njih je vrlo jednostavna za uporabu.

@gigabyte091

Da, UCC380(0/1/2/3/4/5) je mladji i napredniji "brat" jednog od najupotrebljavanijih SMPS kontrolera na citavom svetu, serije UC384(2/3/4/5).

UC384x su se pokazali veoma pouzdanim i zahvalnim IC. Jos uvek se puno konstruise sa njima, i cena im je kod nas veoma niska.
------------------------------------------------------------------------------------------------

Gledao sam tvoju blok shemu...

Evo, odacu ti jednu od "malih tajni SMPS kuhinje" (cini mi se da se genijalni Hr. kuvar zove Stevo Karapandza, gledao sam nekad njegove emisije) :-)

PSM princip SMPS-a omogucava jednu (izmedju ostalih) veoma zgodnu prednost:

Posto oba half bridge UVEK rade sa tacnih 50% duty, a samo se medjusobno fazno "smiču", uvek se moze sa lakocom napraviti dodatno, pomocno, nestabilisano napajanje, za potrebe ventilatora, indikacije itd...

Jednostavno se na srednju tacku bilo kog od polumostova, prikljuci pomocni trafo, kome je serijski sa primarom vezan kondenzator (kao u ATX), a drugim krajem "oslonjen" na jedan od krajeva napajanja (bilo koji).
Za taj trafo se bira mala magnetna indukcija jezgra (<0,1T) zbog "strogo" cetvrtastog talasnog oblika, i na izlazu ima klasican LC (buck) filtar, kao kod bilo kog standardnog half-bridge.

Stabilnost ovog napajanja ce biti jednako stabilnosti mreznog napona, filtracija jednaka onoj na +Vcc (325VDC, ako je napajanje 230VAC).

To je sasvim dovoljno za neke pomocne pogone, neke referentne napone, napajanje nekog MCU sa analognim stabilizatorom iza, itd., itd...

PSM PWM, ni na koji nacin nece uticati na napon ovog pomocnog napajanja, dok taj half-bridge na koji je to zakaceno, nece ni "primetiti" nekoliko dodatnih W.

Eto "recepta".

E sad, ako se npr. jedan od polumostova (taj za pomocno napajanje) startuje poznatom metodom sa DIAC-om (vidi kako to radi u stednim zaruljama), onda se PSM kontroler moze nalaziti na sekundarnoj strani, potpuno galvanski razdvojen, i biti napajan sa tog pomocnog napajanja.

Po startu ce raditi do iskljucenja napajanja, bez obzira na napon i snagu generalnog PSM izlaza snage.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Zahvaljujuci tome sto oba half-bridge uvek rade sa strogih 50% duty, bez obzira na izlazni napon ili snagu pretvaraca, drive je ekstremno jednostavan zato sto ima potpuno konstantne uslove rada, a ako je i ZVS, ukupna snaga za drive je znatno manja nego kod uobicajenih topologija (osim rezonatnih LLC/CCL, gde je drive isti), zato sto je maleno Qg.

Pozdrav

Pa to je onda odlicno jer pojednostavljuje stvari. ova moja blok shema je naravno ugrubo napravljena. Kolko sam vidio neka PC napajanja imaju dodatni flyback pretvarac za pomocno napajanje, a neka kineska su imala napajanje direkt sa 320 V preko otpornika i zener dioda.

@gigabyte091

Cim dobijem malo vremena, pocecu da postavljam delove sheme koji su od vitalnog znacaja.

Bice mozda bolje da ostanemo na ovoj temi, jer ima dosta korisnog teksta.

Najbolje ce biti da radimo interaktivno: ja cu postavljati sustinske forme pojedinacnih blokova (zbog iskustva), dok ces ih ti razradjivati.

Tako cemo stici do zajednickog cilja: bice uspesno napravljen snazan Lab. stabilisani ispravljac, ti ces u potpunosti savladati oblast PSM, a ostali ce se moci posluziti konstrukcijom za svoje potrebe.

Pozdrav