DC/DC konverter 12 -> 20

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

formatting link

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

formatting link
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
Reply to
Lars-Örjan
Loading thread data ...

nädu :-)

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

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.

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...

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 
primärlindning om du måste ge så mycket tid innan uppnådd ström.
Reply to
=?ISO-8859-1?Q?Torbj=F6rn_Ekst

för

Det

jag

som

men

i
är

serie

trafon

den

också

Originalet

lagret

mina 3

fick

3.5A

ut

när

frånslag.

stämmer

det

också

sin

har

detta

att

spänningen

Och

bromsas.

med

bra.

för

värre,

har

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.

Reply to
DataSpider

Jag byggde en DC/DC-omvandlare för ett par år sedan och den fungerar perfekt dygnet runt sedan dess. Kanske den kan duga?

formatting link

Reply to
Ken

Du har rätt. Skall försöka komma ihåg att topp-posta.

A-klass

Reply to
DataSpider

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

Reply to
Lars-Örjan

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:

formatting link

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

Reply to
Lars-Örjan

(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
Reply to
=?ISO-8859-1?Q?Torbj=F6rn_Ekst

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.

Reply to
Lars-Örjan

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.