Switchade DC-DC agregat
-
Magnus Pihl
- Inlägg: 401
- Blev medlem: 6 maj 2004, 12:22:36
- Ort: Stockholm
-
Schnegelwerfer
- Inlägg: 1863
- Blev medlem: 8 november 2004, 13:46:56
Självklart ska du göra ett försök, om du känner för det!
Det var inte meningen att låta alltför negativ.
Tyvärr måste jag säga att det blir ännu svårare nu när du vill ha dubba utspänningar. Du kan inte få dubbla utspänningar genom att använda en vanlig step-upomvandlare. Jag skulle råda dig att titta på Flyback-varianter.
Problemet med med flyback-omvandlare är att det är mycket mer komplicerat att beräkna/konstruera "transformatorn", eftersom det är mycket mera faktorer som spelar in.
Magnus Pihl: Visst finns det kärnor på ELFA, problemet är bara att dom har väldigt få alternativ med luftgap, och det gör det svårt att hitta någon som passar ens parametrar.
Om man kollar i datablad för EPCOS- eller Ferroxcube-kärnor så finns det ganska många olika typer av kärnhalvor, men det är svårt att få tag på enstaka exemplar som privatperson.
Om du hittar någon krets i exemplevis en application note som passar dina krav, tycker jag att du ska satsa på den. Det är mycket svårare att konstruera allt från grunden själv.
Det var inte meningen att låta alltför negativ.
Tyvärr måste jag säga att det blir ännu svårare nu när du vill ha dubba utspänningar. Du kan inte få dubbla utspänningar genom att använda en vanlig step-upomvandlare. Jag skulle råda dig att titta på Flyback-varianter.
Problemet med med flyback-omvandlare är att det är mycket mer komplicerat att beräkna/konstruera "transformatorn", eftersom det är mycket mera faktorer som spelar in.
Magnus Pihl: Visst finns det kärnor på ELFA, problemet är bara att dom har väldigt få alternativ med luftgap, och det gör det svårt att hitta någon som passar ens parametrar.
Om man kollar i datablad för EPCOS- eller Ferroxcube-kärnor så finns det ganska många olika typer av kärnhalvor, men det är svårt att få tag på enstaka exemplar som privatperson.
Om du hittar någon krets i exemplevis en application note som passar dina krav, tycker jag att du ska satsa på den. Det är mycket svårare att konstruera allt från grunden själv.
Schnegelwerfer
Jag tänkte bygga nått i stil med det han har gjort på följande länk
http://sound.westhost.com/project89.htm
Så genom att använda sig utav dubla lindningar på sekundärsidan så får man ju lätt dubbla matningsspäningar.
Vad gäller kärnor så har jag kollat båda på ELFA och Farnell och hittat några som skulle kunna funka. Man vad beträffar om dom passar perfekt eller inte till min applikation vet jag inte. Jag har inte hittat nån formler på hur jag ska räkna ut detta. Jag är inte helt bort blåst när det kommer till matte så får jag bara tag på formeler och lite förklaring vad allt står för så ska jag nog kunna fixa det. Har ju trots allt lyckats med att ta mig igenom civilingengörs matten.
Jag är inte ute efter nått super agregat som har en verkningsgrad i 90-100 % kallsen utan jag är nöjd om jag ligger i 70-75 % trakten, fast blir det bättre än så så blir jag inte ledsen för det precis.
Jag tänkte bygga nått i stil med det han har gjort på följande länk
http://sound.westhost.com/project89.htm
Så genom att använda sig utav dubla lindningar på sekundärsidan så får man ju lätt dubbla matningsspäningar.
Vad gäller kärnor så har jag kollat båda på ELFA och Farnell och hittat några som skulle kunna funka. Man vad beträffar om dom passar perfekt eller inte till min applikation vet jag inte. Jag har inte hittat nån formler på hur jag ska räkna ut detta. Jag är inte helt bort blåst när det kommer till matte så får jag bara tag på formeler och lite förklaring vad allt står för så ska jag nog kunna fixa det. Har ju trots allt lyckats med att ta mig igenom civilingengörs matten.
Jag är inte ute efter nått super agregat som har en verkningsgrad i 90-100 % kallsen utan jag är nöjd om jag ligger i 70-75 % trakten, fast blir det bättre än så så blir jag inte ledsen för det precis.
-
Schnegelwerfer
- Inlägg: 1863
- Blev medlem: 8 november 2004, 13:46:56
Hej!
Tyvärr finns det inga enkla formler som man kan lyfta fram. Allting beror på vilken design man väljer, och om omvandlaren ska jobba i continous eller discontinuos mode mm.
Om du väljer en färdig krets så har du ju sparat ganska mycket jobb, eftersom konstruktören gjort mycket av beräkningarna.
Om du är intresserad av en riktigt bra bok i ämnet så kan jag rekommendera "Switching Power Supply Design" av Abraham Pressman.
Egentligen är det inte särskilt avancerad matte man behöver använda, men det är väldigt många faktorer att ta hänsyn till, och mycket iterativa beräkningar.
Jag gjorde ett excelark som fixade beräkningarna för de olika parametrarna när jag nyligen konstruerade en DC/DC-omvandlare (som f.ö. klarade EMC-testerna idag!
)
Excelarket sparade en massa tid, så det är ett tips!
Om du ska använda en färdig design, så kommer du säkerligen inte kunna få tag på transformatorn dom använder i designen, utan du får göra en egen.
Att tänka på är också att det inte funkar bra att göra slarviga testuppkopplingar, det bästa är att fräsa ett prototypkort i ett kopparlaminat.
Jag har aldrig gjort någon DC/DC-onvandlare i dom effekter du är ute efter, men jag kanske kan komma med lite tips i alla fall om du undrar över någonting.
Lycka till!
Tyvärr finns det inga enkla formler som man kan lyfta fram. Allting beror på vilken design man väljer, och om omvandlaren ska jobba i continous eller discontinuos mode mm.
Om du väljer en färdig krets så har du ju sparat ganska mycket jobb, eftersom konstruktören gjort mycket av beräkningarna.
Om du är intresserad av en riktigt bra bok i ämnet så kan jag rekommendera "Switching Power Supply Design" av Abraham Pressman.
Egentligen är det inte särskilt avancerad matte man behöver använda, men det är väldigt många faktorer att ta hänsyn till, och mycket iterativa beräkningar.
Jag gjorde ett excelark som fixade beräkningarna för de olika parametrarna när jag nyligen konstruerade en DC/DC-omvandlare (som f.ö. klarade EMC-testerna idag!
)Excelarket sparade en massa tid, så det är ett tips!
Om du ska använda en färdig design, så kommer du säkerligen inte kunna få tag på transformatorn dom använder i designen, utan du får göra en egen.
Att tänka på är också att det inte funkar bra att göra slarviga testuppkopplingar, det bästa är att fräsa ett prototypkort i ett kopparlaminat.
Jag har aldrig gjort någon DC/DC-onvandlare i dom effekter du är ute efter, men jag kanske kan komma med lite tips i alla fall om du undrar över någonting.
Lycka till!
-
Schnegelwerfer
- Inlägg: 1863
- Blev medlem: 8 november 2004, 13:46:56
Schnegelwerfer jag är tacksam för all hjälp jag får även allt negativ du har sagt om hur svårt det är. De är bra får då får man lite grepp om att det inte är så lätt som jag fått intrycket av.
Du har mycket rätt i att jag inte kommer att kunna få ta på den transformator som dom har användt i det bygga som jag har kollat på. Så det blir till att linda en egen.
Har jag helt fel om jag tror att det är just transformatorn som är den del skapar större delen av all strålning?
Själva styrkretsen är det ju inte så mycket att snacka om den, förutsatt att man kopplar in den rätt och fixar alla kondingar och sånt som behvös för att få den att arbeta som den ska så ska inte den utgöra något problem. Nästa steg i projektet är att koppla in switch transistorerana. Dessa bör förträdelse vis väljas så att dom klarar av de högar strömar som det är frånga om och för att vara på säkra sidan så kopplar man några stycken paralelt för att dela upp effekten och på så vis även minska det intrerna motstånde som dessa ger och även värme effektförlustena minskar då om jag inte misstar mig helt. Sen kommer just transformatorn och sånna kan inte jag så jätte mycket om. Jag hajar biten med förhållandet mellan lindingsvarv primär och sekundär späning. Men när man höjer frekvenserna till dom områden som det är frångan om så blir det inte som i en vanlig nättrasformator sen storlekar hit och dit på kärna här inte heller helt lätt att sätta sig in i. Nån åter koppling utav det hela hade jag inte tänkt att ha. Slutsteget som jag ska koppla den till är inte särsklit känslig för störningar på matningsspäningen.
De finns inte nån sida på nätet där jag kan läsa om hur man beräknar hur stor kärna man bör ha och hur många lindnings varv man bör ha på primär sidan?
Du har mycket rätt i att jag inte kommer att kunna få ta på den transformator som dom har användt i det bygga som jag har kollat på. Så det blir till att linda en egen.
Har jag helt fel om jag tror att det är just transformatorn som är den del skapar större delen av all strålning?
Själva styrkretsen är det ju inte så mycket att snacka om den, förutsatt att man kopplar in den rätt och fixar alla kondingar och sånt som behvös för att få den att arbeta som den ska så ska inte den utgöra något problem. Nästa steg i projektet är att koppla in switch transistorerana. Dessa bör förträdelse vis väljas så att dom klarar av de högar strömar som det är frånga om och för att vara på säkra sidan så kopplar man några stycken paralelt för att dela upp effekten och på så vis även minska det intrerna motstånde som dessa ger och även värme effektförlustena minskar då om jag inte misstar mig helt. Sen kommer just transformatorn och sånna kan inte jag så jätte mycket om. Jag hajar biten med förhållandet mellan lindingsvarv primär och sekundär späning. Men när man höjer frekvenserna till dom områden som det är frångan om så blir det inte som i en vanlig nättrasformator sen storlekar hit och dit på kärna här inte heller helt lätt att sätta sig in i. Nån åter koppling utav det hela hade jag inte tänkt att ha. Slutsteget som jag ska koppla den till är inte särsklit känslig för störningar på matningsspäningen.
De finns inte nån sida på nätet där jag kan läsa om hur man beräknar hur stor kärna man bör ha och hur många lindnings varv man bör ha på primär sidan?
-
Schnegelwerfer
- Inlägg: 1863
- Blev medlem: 8 november 2004, 13:46:56
När det gäller strålning, så är det de snabba strömpulserna på matningsledningarna som är det största problemet. Det är också viktigt med en bra kretskortlayout, där man minimerar slingor som kan fungera som antenner.
Jag har ingen bra hemsida på lager just nu, men jag kan återkomma i frågan.
Hursomhelst så är arbetsgången ungefär följande (varierar lite beroende på vilken topologi man konstruerar)
1. Bestäm vilken induktans du vill ha på primärsidan.
2. Du måste nu ta reda på den maximala duty-cyclen och switchfrekvensen på din design, detta tillsammans med inspänningen, kärnarean och antal varv på primärlindningen ger den maximala flödestätheten i kärnan. Den får inte vara för hög, för då blir kärnan mättad.
Förhållandet mellan antal lindningsvarv och induktans styrs av kärnans Al-värde, som i sin tur beror på luftgapet i kärnan. Ju större luftgap, detsto lägre Al-värde.
Det gäller det att hitta en kärna som ger önskad induktans, vid önskat antal varv, dvs. har ett lämpligt Al-värde.
Det är här jag har stött på problem, eftersom det är svårt att få tag på kärnor med olika luftgap i små serier. Du kan fila ett luftgap själv, mäta induktansen och på så sätt räkna ut Al-värdet. Det har jag gjort på en del prototyper, just för att det är svårt att få tag på lämpliga kärnor.
Detta ger ett gäng ekvationer, som ibland blir lite motsägesfulla.
Ett excelark är som sagt värdefullt, för att lätt kunna iterera olika beräkningar.
Sedan måste antal varv/induktans på sekundärsidan bestämmas också men den proceduren är lite annorlunda.
I ditt fall skulle jag försöka ta reda på så mycket som möjligt om den trafo som används i ditt schema.
Viktiga parametrar är AL och Ae (effektiv kärnarea).
Hittar du en annan kärna med rätt Al och en Ae som är minst lika stor som kärnan i din ritning är det bara att köra på. Kom ihåg att du i värsta fall kan slipa luftgapet själv om du hittar en lämplig kärna.
Nu är det bara att linda det antal varv som finns beskrivet i schemat.
Dimensionen på lindningstråden måste naturligtvis också räknas ut, men det är enkelt. Sedan gäller det att få plats med det antal varv man vill ha på kärnan också.
Hoppas du blev lite klokare i alla fall!
Jag har ingen bra hemsida på lager just nu, men jag kan återkomma i frågan.
Hursomhelst så är arbetsgången ungefär följande (varierar lite beroende på vilken topologi man konstruerar)
1. Bestäm vilken induktans du vill ha på primärsidan.
2. Du måste nu ta reda på den maximala duty-cyclen och switchfrekvensen på din design, detta tillsammans med inspänningen, kärnarean och antal varv på primärlindningen ger den maximala flödestätheten i kärnan. Den får inte vara för hög, för då blir kärnan mättad.
Förhållandet mellan antal lindningsvarv och induktans styrs av kärnans Al-värde, som i sin tur beror på luftgapet i kärnan. Ju större luftgap, detsto lägre Al-värde.
Det gäller det att hitta en kärna som ger önskad induktans, vid önskat antal varv, dvs. har ett lämpligt Al-värde.
Det är här jag har stött på problem, eftersom det är svårt att få tag på kärnor med olika luftgap i små serier. Du kan fila ett luftgap själv, mäta induktansen och på så sätt räkna ut Al-värdet. Det har jag gjort på en del prototyper, just för att det är svårt att få tag på lämpliga kärnor.
Detta ger ett gäng ekvationer, som ibland blir lite motsägesfulla.
Ett excelark är som sagt värdefullt, för att lätt kunna iterera olika beräkningar.
Sedan måste antal varv/induktans på sekundärsidan bestämmas också men den proceduren är lite annorlunda.
I ditt fall skulle jag försöka ta reda på så mycket som möjligt om den trafo som används i ditt schema.
Viktiga parametrar är AL och Ae (effektiv kärnarea).
Hittar du en annan kärna med rätt Al och en Ae som är minst lika stor som kärnan i din ritning är det bara att köra på. Kom ihåg att du i värsta fall kan slipa luftgapet själv om du hittar en lämplig kärna.
Nu är det bara att linda det antal varv som finns beskrivet i schemat.
Dimensionen på lindningstråden måste naturligtvis också räknas ut, men det är enkelt. Sedan gäller det att få plats med det antal varv man vill ha på kärnan också.
Hoppas du blev lite klokare i alla fall!
Strålnings biten får jag försöka lösa med så korta kablar som möjligt och även försöka att undvika multiplar utav våglängden på switchfrekvensen på de ledare jag har såväl på kretskortet som lösa sladdar. Korta ledare/sladare är ju även att föredra i och med det höga strömmarna.
1. Hur vet jag vilken induktans jag vill ha på primärsidan?
2. När du säger maximala duty-cycel, hur menar du då? Den längasta tiden som transisotrn är tillslagen unden en cycel eller?
Ännu några funderingar. Transformatorn kommer ju typ att bli matad med en genus-våg. Hur kommer vågformen bli på andra sidan. kommer även den att bli "kantig" eller kommer den bli mer sinusformad. Spolar är ju trots allt förändrings tröga så jag klurade på om den lixom putsar till genus-vågen som kommer in?
Om man nu bygger en DC-DC omvandalre utan återkoppling så kommer väl duty-cycel:n hela tiden vara den samma? Undantaget under uppstart och avstängning.
Om så är fallet så går det ju även enkelt att programmera en enchipsdator för att göra detta. Sen i ett senare steg så går det då att modifera denna kod för att även klara av att ta hand om en återkoppling.
1. Hur vet jag vilken induktans jag vill ha på primärsidan?
2. När du säger maximala duty-cycel, hur menar du då? Den längasta tiden som transisotrn är tillslagen unden en cycel eller?
Ännu några funderingar. Transformatorn kommer ju typ att bli matad med en genus-våg. Hur kommer vågformen bli på andra sidan. kommer även den att bli "kantig" eller kommer den bli mer sinusformad. Spolar är ju trots allt förändrings tröga så jag klurade på om den lixom putsar till genus-vågen som kommer in?
Om man nu bygger en DC-DC omvandalre utan återkoppling så kommer väl duty-cycel:n hela tiden vara den samma? Undantaget under uppstart och avstängning.
Om så är fallet så går det ju även enkelt att programmera en enchipsdator för att göra detta. Sen i ett senare steg så går det då att modifera denna kod för att även klara av att ta hand om en återkoppling.
-
Schnegelwerfer
- Inlägg: 1863
- Blev medlem: 8 november 2004, 13:46:56
Det är lite knepigt att veta hur stor induktans du bör ha på primärsidan. Jag kommer inte ihåg formlerna nu, men jag skulle gissa på minst 150-200uH.
I normala switchregulatorer reguleras utspänningen genom att duty-cyclen ökas när belastningen ökas. På så sätt hålls utspänningen konstant fast strömuttaget ökar. I ditt schema stod det att duty-cyclen hölls konstant på 50%
Duty-cycle är precis som du säger den tid transistorerna är tillslagna under en switchperiod.
I ditt schema finns ingen feedback på utgångsspänningen, och den kommer att variera väldigt beroende på belastning. 30V ut gäller säkert bara vid full belastning. Obelastat skulle jag inte vara förvånad om utspänningen ligger runt 90V, eftersom det alltid kommer att finnas en läckinduktansspik som kan vara hög. Denna spik innehåller inte så mycket energi, men om belastningen är låg kan den höja upp utspänningen väldigt mycket.
Enchipsdatorer för att fixa återkoppling kommer inte att fungera.
Regeleringen kommer garanterat att bli instabil eftersom fasförskjutningen kommer att bli för stor.
Stabilitetskriterierna är ett helt kapitel för sig, men fungerar på liknande sätt som återkoppling för OP-förstärkare mm, och beror på open-loop gain och frekvensberoendet i reglerslingan. Om din krets arbetar i Continous mode har du dessutom ett nollställe i höger halvplan i återkopplingsfunktionen, som gör det mer komplicerat att få en stabil reglering.
De flesta switchcontrollers har en Voltage-feedbackingång som används för att känna av utspänningen, och det behövs även i många fall ett RC-nät för att kompensera frekvensberoendet i regleringen.
Jag tycker att du först ska testa att bygga omvandlare exakt efter schemat och försöka få det att fungera. Att fixa något slags reglering i efterhand borde gå att ordna hyfsat enkelt.
I normala switchregulatorer reguleras utspänningen genom att duty-cyclen ökas när belastningen ökas. På så sätt hålls utspänningen konstant fast strömuttaget ökar. I ditt schema stod det att duty-cyclen hölls konstant på 50%
Duty-cycle är precis som du säger den tid transistorerna är tillslagna under en switchperiod.
I ditt schema finns ingen feedback på utgångsspänningen, och den kommer att variera väldigt beroende på belastning. 30V ut gäller säkert bara vid full belastning. Obelastat skulle jag inte vara förvånad om utspänningen ligger runt 90V, eftersom det alltid kommer att finnas en läckinduktansspik som kan vara hög. Denna spik innehåller inte så mycket energi, men om belastningen är låg kan den höja upp utspänningen väldigt mycket.
Enchipsdatorer för att fixa återkoppling kommer inte att fungera.
Regeleringen kommer garanterat att bli instabil eftersom fasförskjutningen kommer att bli för stor.
Stabilitetskriterierna är ett helt kapitel för sig, men fungerar på liknande sätt som återkoppling för OP-förstärkare mm, och beror på open-loop gain och frekvensberoendet i reglerslingan. Om din krets arbetar i Continous mode har du dessutom ett nollställe i höger halvplan i återkopplingsfunktionen, som gör det mer komplicerat att få en stabil reglering.
De flesta switchcontrollers har en Voltage-feedbackingång som används för att känna av utspänningen, och det behövs även i många fall ett RC-nät för att kompensera frekvensberoendet i regleringen.
Jag tycker att du först ska testa att bygga omvandlare exakt efter schemat och försöka få det att fungera. Att fixa något slags reglering i efterhand borde gå att ordna hyfsat enkelt.
-
Magnus Pihl
- Inlägg: 401
- Blev medlem: 6 maj 2004, 12:22:36
- Ort: Stockholm
Om det är så att det kan uppstå utspänningar på upp imot 90 volt utan reglering så är det ett måste med återkoppling. Alla saker fixar inte att hantera dessa spänningar utan att gå sönder. Men det finns ju redan inbyggt i SG3525, så det generear ju inte så mycket extra arbete.
Din gissning på 150-200 uH Schnegelwerfer är säkert mycket kvalificerad. Men jag tycker att det vore mycket intressant att veta varför du just gissar på det för att själv få en förståelse om vad det är frågan om.
Din gissning på 150-200 uH Schnegelwerfer är säkert mycket kvalificerad. Men jag tycker att det vore mycket intressant att veta varför du just gissar på det för att själv få en förståelse om vad det är frågan om.
-
Magnus Pihl
- Inlägg: 401
- Blev medlem: 6 maj 2004, 12:22:36
- Ort: Stockholm
Letade upp ett dokument som jag använde för många år sedan. Det finns lite allmänna rekommendationer och generella formler. Den ger åtminstone en överblick i ämnet.
För att kunna använda formlerna måste du bestämma vilken kärntyp och frekvens du ska använda. Det bestäms bl.a. av mån om plats, lindningsteknik. Hög frekvens ger liten kärna, men du får problem med värmeutveckling i drivtransistorn (-orerna) och EMC bl.a.
http://www.mag-inc.com/pdf/2004_Design_Information.pdf
För att kunna använda formlerna måste du bestämma vilken kärntyp och frekvens du ska använda. Det bestäms bl.a. av mån om plats, lindningsteknik. Hög frekvens ger liten kärna, men du får problem med värmeutveckling i drivtransistorn (-orerna) och EMC bl.a.
http://www.mag-inc.com/pdf/2004_Design_Information.pdf
Har läst igenom dockumentet som Magnus Pihl skickade och tagit vara på alla de formler som finns där och satt mig och räknar en del men tyvär så får jag fram lite för bra siffror.
Alla fromler går lixom inte att koppla samman.
Beronde på vad jag väljer för maximal ström så kan jag få en verkningsgard på långt över 100% vilket jag tycker verkar omöjligt. Fast det vore ju kul om det vore sant, då hade jag kunnat käna mycket pengar.
I dessa formler så står det iaf inte nått om induktanser på primär och sekundär lindningarna.
De saker som jag har fått fram ett samband mellan är kärnans storlek, frekvens, matningsspänning, lindningens tjocklek, lindningsvarv och Flux density (vet inte riktigt vad det blir på svenska).
Dessa varibler går dock inte att koppla ihop med
(Current capacity in cm²/A)
Current (rms)
Input power
Output power
transformer efficency
Alla fromler går lixom inte att koppla samman.
Beronde på vad jag väljer för maximal ström så kan jag få en verkningsgard på långt över 100% vilket jag tycker verkar omöjligt. Fast det vore ju kul om det vore sant, då hade jag kunnat käna mycket pengar.
I dessa formler så står det iaf inte nått om induktanser på primär och sekundär lindningarna.
De saker som jag har fått fram ett samband mellan är kärnans storlek, frekvens, matningsspänning, lindningens tjocklek, lindningsvarv och Flux density (vet inte riktigt vad det blir på svenska).
Dessa varibler går dock inte att koppla ihop med
(Current capacity in cm²/A)
Current (rms)
Input power
Output power
transformer efficency
