DC/DC konverter 12 -> 20

Do you have a question? Post it now! No Registration Necessary

Translate This Thread From Swedish to

Threaded View
Hej.

Jag har gjort ett försök att bygga om min nät-adapter till lap-toppen för
att kunna mata den med 12V i bilen. Jag tyckte att det borde vara hyfsat
enkelt och i varje fall värt ett försök och samtidigt en kul utmaning. Det
visade sig dock vara lite svårare än jag trott, men i vilket fall fick jag
den i princip att göra det den skulle upp till viss belastning. Tyvärr
visade det sig att när jag började plåga den med över 40W, så blev
switchtransistorn orimligt (och oväntat) varm. Jag lyckades dock mäta
tillräckligt länge vid denna effekt för att förstå problemet innan det som
måste hända hände (där rök den transistorn). Jag har funderat en hel del men
kommer inte på hur jag ska lösa problemet, framförallt inte i det lilla
utrymme som finns till förfogande i plastburken. Som väl är finns det ju
experter på switchade konvertrar i gruppen (t.ex. TE), så jag hoppas att
någon kan ge mig tips. Även om det inte finns någon lösning som platsar i
burken så är jag nyfiken på hur man egentligen gör. Men då får jag väl
acceptera mitt misslyckande och gå och köpa en konverter på Clas Ohlson.

Jag har lagt upp ett kladdigt schema på
http://w1.855.telia.com/~u85526317/adapter_schema.pdf

Värden utan hakparenteser är före ombyggnad och värden med hakparenteser är
efter ombyggnad.

Jag har alltså bytt till följande nya komponenter:

Switchtransistor: IRFZ44V, 55A (220A peak), 60V, snabb hexfet med små
parasiter.
Switchtrafo: 3varv:7varv (från 38varv:7varv)
Snubberdiod: SFA1604G, 16A (200A peak), 200V, snabb
Snubberkonding: 390nF (från 2.2nF)
Snubbermotstånd: 560ohm 1/2W (från 100kohm)
Strömmätningsmotstånd: Satt in strömtrafo 1:13 men har kvar 0.27ohm. Obs
dock att primären inte sitter i sourcekretsen utan i drainkretsen i serie
med switchtrafon (märkt FB1 på schemat).
Matningskondingar: 2x2200uF, högströms.

I princip är allting skalat med en faktor 12.7 eller dess kvadrat
(snubberkretsen).

Dessutom matar jag inte längre styrkretsen från extralindningen på trafon
utan direkt från 12V. Detta berodde på att lindningen var så tunn att den
gick sönder i samband med att jag lindade om trafon. Jag bör kanske också
påpeka att min primärlindning inte blev lika bra som originalets. Originalet
var lindat till hälften i det yttersta och till hälften det innersta lagret
i trafon av vilka jag helt enkelt skar bort det yttre och ersatte med mina 3
varv tjock koppartråd. På så vis misstänker jag att jag relativt sett fick
en högre läckinduktans än tidigare.

Styrkretsen är en Astec AS3843. Switchkretsen jobbar i 100kHz. Den kör
diskontinuerligt vid lägre effekter men övergår i kontinuerlig mod vid
effekter över 40W. Originalet har följande prestanda:
In: 100-240V AC (sådär 120-340V likriktat) 130-170VA max 1.5A; Ut 20V 3.5A
medan jag dimensionerade för
In: 10-...V DC, ca 7A; Ut 20V 3.5A

Så kommer jag till funktionen:
Det fungerar således bra vid lägre effekter och kurvformerna ser också ut
någorlunda som förväntat. Jag väljer att bara beskriva hur det ser ut när
det är problem och då gäller belastning med 10ohm, det vill säga 40W.

Drain kurvformen finns på
http://w1.855.telia.com/~u85526317/adapter_kurvor.pdf och avser frånslag.

Under de första 100ns stiger spänningen på förväntat sätt och det stämmer
med parasitkondensatorns värden (inkl miller effekt). Sedan inträffar det
som jag inte väntade mig och det varar under 50ns. Spänningen stiger
tillfälligt till 45V vilket är 10V över det liggande värdet hos
snubberkondingen. Därefter sjunker den tillbaka till 35V medan
läckinduktansens ström under 130ns far in i snubberkondingen vilket också
stämmer med förväntat beteende. Slutligen ringer läckinduktansen av sig sin
kvarvarande energi under ett antal perider (lite skummt i början).

Det som händer under de (för mig) oväntade 50ns är följande: Så snart
parasitkondensatorn i transistorn är urladdad (men inte dessförinnan) så
börjar strömmen i sourcebenet sjunka. Nu visar det sig att sourcebenet har
en parasitinduktans på 7.5nH (enl datablad) och funderar man lite på detta
så inser man att nedrampningen i ström kommer att bli precis så snabb att
den inducerade spänningen motsvarar tröskelspänningen i transistorn.
Transistorn börjar nämligen på grund av den inducerade gate-sorce spänningen
att åter leda. Det hela reglerar helt enkelt in sig till en snygg ramp. Och
egentligen blir det precis som sig bör när man försöker bryta 14.4A
(toppströmmen precis när man bryter). Mäter man sedan vidare så märker man
att denna i och för sig snygga nedrampning, totalt även orsakar språnget
till 45V på drain. Det visar sig att hela matningsspänningen reser sig med
precis 10V under samma tid och det beror förstås på parasitinduktanser i
matningsfolien.

Problemet med ovanstående beteende är att det orsakar relativt hög
effektutveckling, eftersom nedrampningen sker under full (till och med
överfull) drain-source spänning.

Jag har försökt att komma på något relativt enkelt sätt att ändra
drivkretsen för att kompensera detta men inte lyckats klura till något bra.
Kanske borde man köra en rejäl negativ spänning på gaten vid frånslag för
att snabba upp rampen, men någon sådan har jag inte tillgång till. Fast
egentligen verkar det som om man kanske tvingas gå över till helt andra
principer vid så höga strömmar. Vid full belastning blir det ju ännu värre,
uppemot 20A.

Få se nu om någon orkat läsa så här långt och orkar bemöda sig ett svar.

Egentligen tycker jag även att snubberdioden blir lite för varm, men den har
klarat
sig utan kylfläns. Den borde dock inte bli särskilt varm enl beräkning, så
något
stämmer inte riktigt.

Lars-Örjan


--
Use this address when replying:
lars-orjan (at) telia.com




Re: DC/DC konverter 12 -> 20

Quoted text here. Click to load it

nädu :-)

Quoted text here. Click to load it

jäklar - den ser nästa ut som den hade gjort ett ihopknyklat besök i
papperskorgen ett varv ;-) ;-) - det har hänt mig också :-)




Quoted text here. Click to load it

Ett rimligt antagande (dvs att potentialen blir negativ på source en
kort stund) - du har också strömtrafon som 'drar' med sin induktans,
glöm inte bort den - trots allt så ser den också 14.5 Amp som skall bromsas.


Quoted text here. Click to load it

Mätt var - och mot vilken 'jord' ?? det kan gunga ganska häftigt
överallt om det inte är avkopplat ordentligt och tillräkligt tajt
mot skakiga delar. - även på höga frekvenser, 50 ns = 20 MHz,
vilket innebär små men snabba kondensatorer.

Men något är fel - du borde inte ha bekymmer av den här typen vid 100
KHz switchfrekvens tycker jag...


Quoted text here. Click to load it


Det som slog mig är att din 'urladdningsperiod' är kort 50 + 130 ns
av 10000 ns tillgäglig tid, dvs 1/55 del av total switchtid, är alltså
transformeringstid mot sekundären - precis när det börja ringa så
har strömmen i trafon på sekundärsidan precis gått ned till noll
och  därefter är dötid sas..


Av 45 Volt först (kanske pga. induktanser som bromsar ut mot
likriktardelen på sekundären och toppvärdet begränsas av
dämpkretsen på primärsidan) och sedan 35 Volt i 'urladdningsperioden'
tyder på att det är ganska höga förluster på sekundärsidan,
kanske pga. hög urladdningsström och resistans i lindningar och diod
(i just detta läge så fungerar primärsidan bara som 'lyssnare'
av magnetflödesändringarna i kärnan)

Det tyder på att du har inte fått in speciellt mycket energi
i trafon- eller feldimensionerad varvtal/omsättning på sekundären,
annars  då borde 'upptiden' vara betydligt längre...

- du är långt ifrån att köra i kontinuerlig mode trots den höga
effektuttaget - vilket innebär höga peakeffekter - väldigt höga.

I kontinerlig mode så hinner strömmarna i trafon aldrig
gå ner till 0, vilket också innebär att storsvängiga ringningar
som du skissade, uteblir (sedan fins iofs. parasitocilleringar
- men de är anna sak).


Med dom här korta tiderna, höga strömmar och huvuddelen av
effekten som skall transformeras medan trissorna inte har
hunnit riktigt nypt till, så kan jag mycket väl tänka mig
att det blir bekymmer.


Till/från tiderna, dvs. när du lagrar in/tömmer trafon på energi
är något jag skulle titta på först - man kan säga att du har
väldigt hög 'crest-faktor' enligt din skiss, dessutom sker
alltihop i en tidsrymd då det är extra känsligt strax
under/efter stängning av trissan.


Om du inte vill köra i kontinuerlig mode, så borde till-från
intervallen i allafall närma sig 50/50 vid full last
och anpassad lindningsvarv, både primär och sekundär,
för att strömmarna skall bli lägre, men  under längre
tidsrymd istället för samma effektöverföring, det
blir då inte så mycket effekt för trissorna att hantera
just under stängning, även om det är 'glitch' just då
vid klippet/stängning så är det ändå väldigt liten del
av den totala  överföringstiden och därmed energimängden
som fastar i trissan.


med andra ord, tillbaka och linda om trafon igen... ,
det är där problemet ligger, räkna lagrad Wattsekund in,
Wattsekund ut från trafon vid varje puls.



---

Vad är det som gör att trissan bryter för din del - strömgräns ???
- om så så har du förmodligen alldeles för hög induktan på din
We've slightly trimmed the long signature. Click to see the full one.
Re: DC/DC konverter 12 -> 20

Quoted text here. Click to load it
för
Quoted text here. Click to load it
Det
jag
som
men
i
är
Quoted text here. Click to load it
serie
trafon
den
också
Quoted text here. Click to load it
Originalet
lagret
mina 3
fick
3.5A
ut
när
Quoted text here. Click to load it
frånslag.
Quoted text here. Click to load it
stämmer
Quoted text here. Click to load it
det
också
Quoted text here. Click to load it
sin
har
detta
att
spänningen
Quoted text here. Click to load it
Och
bromsas.
med
bra.
för
Quoted text here. Click to load it
värre,
Quoted text here. Click to load it
har

Quoted text here. Click to load it
När jag läser dina inlägg blir jag tvingad att gräva fram min gamla A-klass
förstärkare och börja felsöka. Här har man ju hjälp att komma vidare.




Re: KLIPP inläggen!! (VAR: Re: DC/DC konverter 12 -> 20 )
Du har rätt. Skall försöka komma ihåg att topp-posta.


Quoted text here. Click to load it
A-klass
Quoted text here. Click to load it



Re: DC/DC konverter 12 -> 20
Quoted text here. Click to load it


OK. Jag ska läsa igenom ditt svar noga och ta mig en ordentlig funderare
igen.

Har nu lagt upp en väsentligt tydligare kurvbild som bättre visar hela
förloppet och utan expansion av omslagen. Kolla här:

http://w1.855.telia.com/~u85526317/Drainkurva.pdf

Obs att belastningen vid denna kurva var lite lägre; endast 20W. Den
tidigare bilden visade egentligen endast en liten tid efter den positiva
flanken korrekt. Denna del är markerad i den nya bilden. Notera att det
finns två ringningar; den första som ser helsvart ut (den som är expanderad
i tidigare bild) är på ca 15MHz; den andra har betydligt lägre frekvens.

LÖK




Re: DC/DC konverter 12 -> 20

Quoted text here. Click to load it

(tittar på din nära skolexempel på en switchpulsförlopp)

Aha, att det var en förstorad del av din kurva
gick förbi mig - då kan du strunta i det mesta av
mina funderingar, dock var din första kurva jäkligt
lik liknande kurvor som jag själv har sett en gång i
tiden och byggt resonemanget på.


Med din nuvarande kurva så fick man lite större
överblick av hela processen sas. och jag tror att
en del av dina funderingar mycket väl kan vara
korrekta

Nu är tiderna mycket mera rimliga, och i det här fallet
går switcharen inte i kontinuerlig mode - rätt ???

- frågan är om det fins så mycket energi
i inledande svängningarna att det står för huvuddelen
av effektförlusten i trissan och snubbern ????

När det börja värma på ordentligt, är inledande
ringnigar oförändrade eller förändrade.

Om oförädrat, switchtakten är nära lika innan det värmer
och efter när det värmer, så bör inte ringningarn vara det som får
trissan att haverera - utan det är något annat...


Har du uppfattningen att överhettningen först sker i
kontinuerlig mode?? och hur långt inne då, jag uppfattade
i texten att värmen kom väldigt fort över en viss lastgrad

- jag är lite inne på saturering/mättning av kärnan igen
när den går i kontinuerlig mode....

---


/TE






Re: DC/DC konverter 12 -> 20
Det där med Collpits stämde inte alls tror jag. Jag räknade på det och
induktansen i source har alldeles för liten impedans (jämfört med
parasitkondingarna) vid 15MHz för att få det till det.

Quoted text here. Click to load it



Re: DC/DC konverter 12 -> 20

Jag byggde en DC/DC-omvandlare för ett par år sedan och den
fungerar perfekt dygnet runt sedan dess. Kanske den kan duga?
http://w1.857.telia.com/~u85710889/docs/dc-dc/dc-dc_01.png
 

Re: DC/DC konverter 12 -> 20
Tack för den.

Jo det kanske lutar åt något sådant om det inte löser sig. En stepup som den
du byggt behöver ju bara switcha knappt halva effekten (blir det väl?) när
man går från 12 -> 20 och då blir ju även förlusterna motsvarande lägre. Hur
stor kylfläns har du?

LÖK

Quoted text here. Click to load it



Site Timeline