mam potrzebę zasilenia kilkunastu niezależnych transformatorów impulsowych sygnałem prostokątnym o wypełnieniu bliskim 50%, ale nie chcę robić kilkunastu przetwornic. Pomyślałem, by im pierwotne połączyć równolegle i zasilać z jednego stopnia końcowego. Każdy ma przenieść moc rzędu 1-3W, a wspólne zabezpieczenie przeciwprzeciążeniowe wystarczy, więc koncepcja wstępnie ma sens. Niestety, napięcie zasilania jest dość niskie (9.6V) i mam dylemat. Zrobić pełny mostek i transformatory zasilać przez kondensator, by się rdzenie nie nasyciły, czy najpierw zrobić boost do jakiegoś sensowniejszego napięcia, np. 24V i z niego zasilać półmostek? Komplikacja obu rozwiązań podobna, więc szukam argumentów na korzyść któregoś z nich. Półmostek z 9V jest elegancki, ale sensu nie ma, bo za dużo zwojów trzeba wtedy mieć w transformatorach ze względu na dostępność efektywnie połowy już i tak niskiego napięcia zasilania.
A głośno myśląc, to ciekawe, czy można do tego zestawu dołożyć jeszcze jeden transformator i zrobić jakiś self-boosting half-bridge?
Zwłaszcza po wtórnej. Zastosowania tego sygnału będą różne (wzmacniacze magnetyczne, sterowniki izolowane bramek itp.), ale w kilku miejscach trzeba będzie zrobić 20V z izolacją w postaci drutu TIW. Duża przekładnia na rdzeniu mi się może fizycznie nie zmieścić, a wtórnych będzie 4 -- stąd kombinacje.
Problem jest z wtórnymi. A po pierwotnej -- przekładnię opisuje zależność liniowa, ale indukcyjność uzwojeń już kwadratowa. Przy nieco większej liczbie zwojów znacznie spada więc prąd magnesujący. Eksperymenty na półmostku zbudowanym z GaN (bo był pod ręką) pokazują, że całkowity prąd jałowy (mostek, sterowniki kluczy, straty w transformatorze) i jednym transformatorze to 12mA@300kHz, co uważam za fantastyczny wynik, przy tym uzyskany bez żadnej optymalizacji.
Przy tych mocach każdy rdzeń magnetycznie da radę, problemem jest wyłącznie okno rdzenia, w większości zajęte przez izolację tego fantastycznego drutu. Chcę użyć małych rdzeni, max. 9mm OD. Z tego samego powodu push-pull odpada. Nie mam miejsca na drugie pierwotne, pomijając już problemy ze snubbingiem dzwoniących uzwojeń w tej konfiguracji. Mostki wymagają pojedynczego uzwojenia i odzyskują energię rozproszenia, co tu stanowi wielkie zalety. Przy okazji sprawność jest wyższa, choć to jest tu mało istotne.
Tak to wychodzi: 4 tranzystory i 2 drivery w FB, 3 tranzystory + 2 drivery w boosted HB. Ale się zastanawiam, czy ten półmostek nie może sam sobie podnieść napięcia zasilania i czy nie wystarczą 2 klucze. Tranzystor kluczujący z wypełnieniem 50% do masy już w HB jest, a to połowa boosta. ;)
Stabilizacja jest po pierwotnej, a spadki napięcia na jednym obciążonym transformatorze nie powinny się objawić na drugim, jeśli rezystancja kluczy będzie sensownie niska. Kolejna zaleta łączenia równoległego, poza dramatyczną redukcją pojemności między niezwiązanymi funkcjonalnie uzwojeniami. A kondensator szeregowo z pierwotnymi i tak trzeba dać, nie mam miejsca na luksusy w postaci wyrównywania pola w każdym rdzeniu z osobna poprzez skracanie impulsu sterującego. Monitorowany będzie tylko prąd całkowity, bez wnikania, który obwód go przekroczył.
Str. 13, rys. 1.14. Rezonansowy półmostek zintegrowany z boostem. Trzeba będzie sprawdzić. :)
Przy okazji str. 8, rys. 1.8 też jest odkrywczy: półmostek z kluczami w układzie przypominającym push-pull, ale z jednym uzwojniem pierwotnym. Nie wiedziałem o istnieniu tej topolgii.
Roman moze lepiej napisze, ale na moj gust - po pierwotnej stronie okreslone pole magnetyczne wywołują amperozwoje, a po wtornej - to pole magnetyczne z rdzenia wywoluje skutki.
Wiec oczywiscie nizsze napiecie to wiekszy prad, ale bez jakis drastycznych skutkow, chyba ze miedzi malo, a lakieru duzo.
A indukcyjnosc w transformatorze to malo istotna, chyba ze na jałowym biegu.
sredni prąd zasilania polmostka przy 9V? Dosc fantastyczny ... ale co - boisz sie, ze w pelnym mostku bedzie wiecej?
Godne przemyslenia i moze opatentowania potem ... ale IMHO nie - przypominaloby to wyciaganie sie z bagna za wlosy :-)
Tylko ze Ty chcesz miec wieksze napiecie do przenoszenia mocy na wtorną strone, a podnosic bedzie jakas pasozytnicza energia. No chyba, ze moc transmitowana ma byc niewielka, a pasozytnicza duza :)
A moze jednak kondensatory, po jednym na trafo? I nie chodzi mi tu o luksusy, tylko wielkosc i jakosc duzych kondensatorow.
Z drugiej strony ... jesli pobor mocy z uzwojen zmienny, to jeden kondensator moglby byc mniejszy niz suma, zakladajac, ze nigdy nie bedzie pelnego poboru mocy po wtornych stronach.
Zgadza się, w części "transformatorowej". Ale masz jeszcze szybkość narastania prądu magnesującego, która jest odwrotnie proporcjonana do indukcyjności, czyli do kwadratu liczby zwojów.
Prąd magnesujący sobie cały czas tam płynie, bez oczywistego związku z prądem obciążenia. Niby to czysta moc bierna, ale grzeje drut i rdzeń. W przetwornicy małej mocy, jak moja, to może mieć duży udział w mocy strat. Podłącz cewkę do półmostka i zmierz, jak się zmienia pobór prądu jałowego wraz z dowijaniem zwojów. Podpowiem, że dramatycznie. :)
Tak, jałowy, z nieobciążonm transformatorem.
Ale to jest gotowy mostek z GaN ze zoptymalizowanym driverem (LMG5200), specyfikowany do 10MHz. 300kHz to dla niego prąd stały.
Na pewno będzie. Strzelam, że 40mA minimum. Jutro zmierzę.
No właśnie nie jestem pewien. Obróć sobie górny tranzystor z 1.14 o -90 stopni, a zobaczysz synchroniczy boost.
To też jest rozważana opcja.
Jakość jest OK, tylko rezonans własny może być nie tam, gdzie bym sobie życzył.
No więc ostatnio naprawiałem takie coś zasilane takim czymś: Zasilanie sieciowe, prostownik, kontroler Buck-PWM dający jakieś 230V i H-Bridge PWM napędzający 3 równolegle podłączone transformatory (dające na wyjściu finalne różne napięcia, sporo napięć). Żadnych kondensatorów szeregowo z trafami. Pewnie dużo nie pomogłem bo napięcia nie te, ale jakoś tak przekazałem że ktoś pyknął taką konstrukcję i działa od nastu lat bez awarii.
No działa ten pokręcony podwyższający półmostek, co będę udawał, że nie. :-D
Póki co działa na GaN, więc ze względu na koszty wypada go przenieść na krzem i zobaczyć, co tam będzie, ale na GaN oscylogramy są wręcz książkowe. W stanie jałowym i transformatorem jak poprzednio prąd jałowy to 17mA. Chyba znalazłem rozwiązanie, którego nie szukałem. :)
Aha, rozumiem. To zachodzi możliwość, że tam jest monitorowany prąd w cyklu i impuls stosownie skracany po przekroczeniu zadanego progu, jak w każdej przetwornicy current-mode. To zapobiega nasyceniu rdzeni.
W cytowanum poście masz całą symulację w LTSpice, a nie tylko schemat, ale proszę:
formatting link
Oczywiście zrobiłem wersję hard switching, nad rezonansową nawet nie chciało mi się myśleć przy tych mocach. Mostek to teraz LMG5200, popędzam go przebiegami 49.95% z generatora funkcyjnego, jak w symulacji.
No i dobrze myślisz, tylko o transformatorze idealnym, a nie rzeczywistym. W rzeczywistym 2x mniej zwojów po stronie pierwotnej to 4x mniejsza indukcyjność uzwojenia pierwotnego i stąd większy prąd magnesujący. Na ile ta moc jest bierna, to się łatwo przekonać dotykając palcem rdzenia lub na FLIR. Więc jeśli Ci zależy na małym prądzie jałowym, to musisz podnieść indukcyjną pierwotnego, czyli dodać zwojów po obu stronach transformatora. Ferryt to ferryt, swoje ograniczenia ma i to się tak prosto nie skaluje. Plus rzeczy, o których pisał Roman.
Hm, IMHO to jednak pole w rdzeniu powinno byc takie same. Uzwojenie moze grzac bardziej, choc nie powinno, tranzystory - ale rdzen nie, tzn tak samo. Nawet prad z zasilacza powinien byc podobny.
No coz - mozesz sprawdzic - zrob obie wersje i zmierz :-)
No tak, na górnym drenie masz 2*V_IN, bo z tego punktu widzenia to jest synchroniczny boost. A ponieważ jest synchroniczny i pracujący na 50% wypełnienia, to cewka pracuje w trybie forced-CCM, przy niskich obciążeniach pompując energię przez część cyklu z wyjścia do wejścia. Skoro na górnym drenie masz 2*V_IN, to "napięciowo" transformator widzi to tak, jakby go zasilał pełny mostek, a nie półmostek. Więc kosztem jednej cewki pozbywasz się dwóch kluczy i drivera do nich, przy okazji za darmo dostając podwojone napięcie zasilania, które się może przydać w innej części układu -- z C1/C2 można "podbierać" energię, świat zewnętrzny nie wie o obciążeniu transformatorem. Zwarłem 2*V_IN opornikiem 47 omów, pobierając moc ~9W -- napięcie na górnym drenie niemal tego nie zauważyło, układ jest bardzo sztywny. Przy braku obciązenia pobiera @9.6V 19mA@250kHz, 18mA@330kHz (minimum),
23mA@500kHz, 38mA@1MHz. Dopiero przy 2MHz prąd jałowy zaczyna być niefajny (95mA), ale ferryt to F938, więc się dziwię, że on nie zapłonął przy takim taktowaniu. Śmierć krzemowi, może by tam jednak produkcyjnie zostawić ten półmostek z azotku galu? :)
Ponadto, cewka na wejściu ogranicza dI/dt, więc układ przeciwzwarciowy może mieć prędkość ślimaka, a zatem być prosty i zrobiony "z byle czego".
Jak nie działa w Spice, to i na biurku nie zadziała, więc jako człek leniwy zaczynam od lutowania myszką. Ale spokojnie, na biurku też działa. I to fantastycznie działa, pomimo montażu na pająka.
ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here.
All logos and trade names are the property of their respective owners.