Akurat pracuję "w okolicy" i znalazłem całkiem ciekawy artykuł o mocno nieuintuicyjnych wnioskach, autorka testuje różne dławiki w przetwornicy obniżającej:
formatting link
Niespecjalnie tylko rozumiem warunki testu. Pani pakuje potężny rdzeń proszkowy 27mm do przetworniczki o prądzie maksymalnym 2A i popędza to szaleńczo niskimi częstotliwościami, rzędu 20kHz. Otrzymuje kompromitującą sprawność na poziomie 70%.
Ja bez kombinowania z GaN wyciągam z TPS54302 90% przy 2A na losowym dławiczku 22uH Ferystera przy częstotliwości 400kHz. To jest CCM, da się zejść z deltaIL dowolnie nisko, więc i ze stratami rdzenia. Jak pokombinuję z dławikiem, to wynikowa przetwornica zmieści się w otworze wewnętrznym rdzenia 27mm.
To jest Acta Innovations i Politechnika Krakowska. Zupełnie bez złośliwości: co oni za innowację tam próbują wymyślić, że startują z tak dziwnymi warunkami? Dla mnie to jest innowacyjne:
Tu brakuje tylko sterownika, cały stopień mocy jest na płytce. Są całe przetworniczki w takim rozmiarze. Ale tu sobie popatrz, 30kW/litr i sprawność 99,3%:
Interesujace wielce - no i swietnie widac co to jest innowacyjnosc.
99.3% ... budzi respekt.
ale 0.7% strat z 30kW to ciagle 210W, wiec ten litr to chyba zawiera wentylator ?
OK, widze, tylko 12kW, plytka w miare cienka ... a czy ona aby cos przetwarza ? "maximum efficiency: 99.3% (for U1 = 450V, U2 = 450V)"
Moze tylko otwiera sie na przelot ?
Taa .. no to bedzie zimno w samochodach elektrycznych, a liczylem na cieplo z falownika :-)
Bo tak patrze, ze tranzystorki malutkie, to nie odprowadzi nawet kilku W. Chyba ze po drugiej stronie ukryte. A moze jednak odprowadzi, jak do solidnego kawalka miedzi na laminacie przylutowane ?
Tak sobie sprawdziłem WoS - dla "Wyderski P" brak wyników. Co za szkoda... mógł się wykazać i oświecić ludzkość pochodnią swojej wiedzy, a tu dupa. No i chyba nie bardzo rozumie o co chodzi w tym artykule. Dla ułatwienia dodam, że nie jest to poradnik budowania przetwornic.
Poskładaj sobie z byle czego przetwornicę na TPS54302 z pierwszej strony datasheeta i też doznasz oświecenia. To całe 6 elementów, do dzieła. Potem możemy pogadać, jak wyskoczyć ponad wyjściowe 90%.
O co może chodzić w napisanym łamaną angielszczyzną artykule pod tytułem "COMPARISION OF BUCK-CONVERTER PARAMETERS QUALITY DEPENDING ON COIL SELECTION"?
Mi ta praca wyglada na gniota: pani musiala cos napisac to sklecila uklad i napisala. Majac stale wypelnienie i obciazenie trzeba zmieniac napiece wejsciowe zeby zmienic prad. To oznacza ze krzywa sprawnosc/prad ma newiele wspolnego z krzywymi dla prawdziwych przetwornic (no ze wzrostem napiecia sprawnosc roznie, dosc typowe). Krzywa 4a wyglada dziwnie, sprawnosc spada przy 80kHz dla trzech roznych cewek -- dla mnie to by sugerowalo ze jest cos nie tak z reszta ukladu, ale autorka nie nie pisze jakie uzyla elementy.
Z praktycznego puktu widzenia wydajnosc jest niska. Z naukowego brak detali czy jakies analizy wyniku oznacza ze praca jest niewiele warta. Jest tez podejrzenie ze moga byc bledy w pomiarach.
Niech się Kaczin wypowie; twierdzi, że zrozumiał tę pracę, a ja nie.
W przetwornicy buck średni prąd dławika jest równy prądowi wyjściowemu, więc na takie warunki (+ niewielki zapas) się dobiera dławik. Pani pakuje tam jakieś potworne cewki, co już pokazuje, że nie za bardzo wie, co robi.
Do tego w przetwornicy pracującej w CCM składowa zmienna prądu może być dowolnie niska, bo jest odwrotnie proporcjonalna do indukcyjności, a więc w przybliżeniu i do kwadratu liczby zwojów. Prawie, bo L(I) się zmienia nawet w ferrycie, a w dławikach proszkowych wręcz bardzo. Niemniej, straty w rdzeniu można wyeliminować, limitem będzie DCR. O takim drobiazgu, że prąd dławika jest w przybliżeniu funkcją trójkątną, więc amplituda wyższych składowych maleje kwadratowo wraz z ich numerem porządkowym nie wspominam.
"Summary and conclusions
[...] It is hard to indicate just one coil thatgives the best results."
Przełomowe.
"The first important problem is to reduce size of power supply section"
To może na dobry początek... pozbądźmy się tego 27mm toroidu..? Ja wyciągnąłem 3A na proszkowym rdzeniu 12mm, bo taki mi akurat wpadł w ręce.
"Designers try to make devices with high efficiency and limited overvoltage."
O jakim "overvoltage" pani tu pisze? Ja nie chcę żadnego overvoltage, układy zasilane mi to pozabija. Trudno mi sie więc nie zgodzić z konkluzją.
"To minimize converter size and reduce price, author recommend using SMD coil."
A więc jest i element innowacji.
"In the other hand the best result, in the case of overvoltage, we can get using bigger bobbin coil (DSz-20)"
Korekta obywatelska, dławiki szpulowe to "drum choke/inductor", a nie "bobbin coil". Bobbin to karkas. Pozostałe błędy pomijam.
"This bobbin coil also allows achieving the biggest efficiency and has medium size."
No, 70%. Jak znalazł do ładowarki Narodowego Samochodu Elektrycznego.
"Presented tests can be used during projecting Step-down Converters."
Kaczin, co tam dodałeś dla ułatwienia?
Przy ustalonym napięciu wyjściowym w bucku akurat nieco spada. Po pierwsze, trzeba przeładowywać pojemności górnego klucza wyższym napięciem, po drugie współczynnik wypełnienia maleje i duży prąd wyjściowy w coraz większym stopniu płynie dolnym kluczem/diodą. A ponieważ szczytowy prąd dławika (większy niż średni wejściowy, bo to buck) to prąd górnego klucza w momencie jego wyłączania, klucz pracuje w najgorszych możliwych warunkach z punktu widzenia strat: duży prąd wyjściowy * duże napięcie wejściowe. Stąd te kombinacje z "tapped inductor buck" i snubberami rezonansowymi.
Akurat to jest według mnie nieco dyskusyjne. Ja wykorzystuję jedynie malutkie przetwornice (prądy rzędu 300mA) i raczej step-down. Zawsze staram się tak dobrać dławik, aby prąd nasycenia był większy od ogranicznika prądu w scalaku, nawet jak jest to kilka razy więcej od prądu szczytowego w normalnej pracy.
Kiedyś dawno (ubiegły wiek) używaliśmy jakiegoś procesora co nie miał wbudowanego brown-out. I zauważyłem, że w czasie podłączania zasilania zdarza się że kontakt nie jest od razu skuteczny i w napięciu zasilania pojawia się tąpnięcie, które zawieszało pracę procesora, a było zbyt płytkie/krótkie aby normalny układ resetu (RC) ponownie zresetował procka.
Przenoszę to doświadczenie na DC/DC. Zakładam mianowicie, że takie zafalowanie może nie zresetować układu powolnego startu i po takiej króciutkiej przerwie prąd dławika chwilowo osiągnie znacznie większą wartość niż w czasie normalnej pracy. Jakby dławik nasycił się wcześniej niż zadziała ogranicznik prądu to chyba może zabić to scalak. P.G.
Domyślam się, znam realia uczelnianej rzeczywistości, ale samej idei artykułu nie potępiam, co zaznaczyłem już na początku, i w dobrej wierze założyłem rzetelność przeprowadzonego wywodu. Tylko potem "Im bardziej Puchatek zaglądał do środka, tym bardziej Prosiaczka tam nie było."
A moje zainteresowanie wzięło się z praktyki, sam miałem *dokładnie* taki problem -- trzeba było zoptymalizować dławik do bucka.
Tylko z autorką najwyraźniej inaczej rozumiemy problem doboru dławika. Dla mnie to nie jest "weź pierwszą z brzegu wielką cewę i zobacz, co się stanie." Merytorycznie, to zabrakło mi m.in. dławików z żelaza karbonylkowego, które są dobre i tanie.
No ale ja się z powyższym w pełni zgadzam. Prąd nasycenia dławika musi być większy od maksymalnego prądu przez niego płynącego w warunkach normalnych. To nie jest wzmacniacz magnetyczny. Nie rozumiem tylko, dlaczego ogranicznik prądu masz ustawiony kilka razy wyżej, niż prąd maksymalny. To wynika z konstrukcji kontrolera, czy masz jakieś specjalne wymagania? Bo "moje" kontrolery zaczynają ograniczać prąd przy np. 0.5V na jakimś pinie i teraz to moja sprawa, skąd ja wezmę te pół wolta -- przekładnik prądowy, czujnik hallotronowy, opornik szeregowy, układ RC kompensujący indukcyjność dławika równolegle z dławikiem, DAC czy co tam ludzkość jeszcze wymyśliła. Będzie trzeba zrobić 500mV z 5A, to się zrobi, z 7A też się zrobi. Zabezpieczenie zadziała, gdy ma zadziałać.
Do takich zastosowań świetnie nadają się rdzenie proszkowe. Tego się normalnymi metodami nie daje nasycić, zawsze zostaje jeszcze jakaś indukcyjność. Problemem (albo i nie) jest to, że nasycenie zaczyna się od najmniejszych prądów, ale to się daje wykorzystać w postaci "swinging chokes". Dławik przy niewielkim prądzie ma 100uH, przy nominalnym 20uH i jest fajnie -- szybciej wejdziesz w CCM, a przy dużym prądzie dynamika przetwornicy się poprawi. A w głębszym przeciążeniu zawsze jakieś 8uH Ci jeszcze zostanie. Tylko mają paskudne straty, rząd wielkości większe niż ferryt. Ale w CCMowym bucku to akurat nie przeszkadza, z definicji dominuje tam składowa stała.
Nawiń to na MSS, są tanie jak barszcz. Roman Ci zapewne pomoże z formalnościami.
Ok. Nie wziąłem pod uwagę, że zakładasz ustawienie ogranicznika.
Kilka lat temu do step-down 48V->3V3 wybrałem LM5017 i uważam, że wybrałem dobrze (nie znalazłem wtedy scalaka który uznałbym za lepszy wybór). Dla Iwy = 350mA przyjmuję Imax np 450mA. Scalak ma wbudowany ogranicznik prądu. Według pdf-a próg zadziałania może być od 700mA do 1300mA. Dlatego przy zakładanym szczytowym prądzie w dławiku 450mA wybieram dławik na co najmniej 1300mA.
Stosuję dławiki ferrytowe SMD 12x12x8. Np.:
formatting link
Gdyby ogranicznik prądu dało się idealnie dopasować to zmieściłbym się w mniejszym standardzie:
formatting link
Cena tego 7x7 (wtedy chyba nie mieli Ferrocore tylko jakieś inne) była wtedy chyba nieco wyższa niż tych 12x12. Dlatego konieczność wzięcia dławika z wyższym prądem mnie specjalnie nie bolała (miejsce na płytce nie było problemem).
Nakupiłem kiedyś w Ferysterze różnych dławików na MSS różnych rozmiarów (aby mieć do prób) i leżą w szufladzie. SMD wydają mi się lepszym wyborem - maszyna kładzie na płytce. P.G.
Użytkownik "Elektrolot" napisał w wiadomości grup dyskusyjnych:5dfb6d95$0$524$ snipped-for-privacy@news.neostrada.pl... W dniu 2019-12-19 o 13:24, Piotr Gałka pisze:
Tym niemniej w szczegolach kryja sie rzeczy malo znane, albo nawet niezbadane. Takie np tranzytory GaN.
Wiec miejsca na badania jest bardzo duzo, zastanawiac sie moze mozna kto powinien to robic - polscy naukowcy za nasze podatki, spece w Analogu czy Ferroxcube, a moze np producenci przetwornic.
Tak czy inaczej - jak badac, to cos sensownego, a nie takie 70%.
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.