تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آ‌ژ بالا

[tictactoe]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

دایی عزیز
پارامتر هندسه هسته یا Core Geometry یا Kg یک پارامتر خیلی مهمی است بطوریکه مقدار آن در دیتا شیت مربوط به تمام هسته ها عنوان میشه تا طراحان با استفاده از آن و با محاسبه و مقایسه Kg بدست آورده شده از فرمول ها با مقادیر واقعی آنها بتوانند به سایز تقریبی از هسته برسند و سرعت کار در طراحی بالاتر برود. ممکنه در کتابهای مختلف فرمول رسیدن به Kg متفاوت از یکدیگر باشه اما با گذاشتن مقادیر موجود در آن فرمولهای به ظاهر متفاوت به نتایج تقریبا یکسانی می رسیم. مثلا من در مورد فلای بک چندین فرمول در زمینه پیدا کردن تعداد دور اولیه یا اندوکتانس سیم پیچ و ... پیدا کردم که همه اونها نتایج یکسانی رو بدست می آورند. اما من فکر کنم که این فرمول ها بیشتر به درد افراد تازه کار می خورد چون باید با حدس و گمان به این نتایج برسند اما افراد با تجربه تر خیلی کمتر به این فرمول های جدید احتیاج پیدا می کنند و از همان فرمول های کلاسیک به اضافه اندکی تغییر در آنها (به واسطه تجربیاتشان) استفاده میکنند.
با این تفاسیر ممکنه شما هر روشی رو که در انتخاب هسته و سایز اون استفاده می کنید رو به منم بگید ؟ ممکنه نکات تجربی و مهمی رو که در زمینه فلای بک بدست آوردین رو هم اینجا مطرح کنید؟ این برای من از هر فرمول و کتابی ارزشمند تره . چون شما با تجربه و گذشت زمان به این نتایج رسیده اید.

در مورد اون کتاب هم باید بگم که روش بدست آوردن فرمول هاشو نگفته!!!

با تشکر از لطف شما.

[ahmadmn]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

:applause:
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_circuit

[tictactoe]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

استاد در مورد فلای بک نکته خاصی مد نظرتون نیست اینجا بگین؟ oo:

[tictactoe]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

در مورد تعداد دور اولیه هم از فرمول زیر
Np=Lp*Ipk*10^8/Ae*Bmax
پس تعداد دور اولیه میشه 7 دور.
تعداد دور ثانویه هم با احتساب حداقل ولتاژ 22 ولت و ولتاژ خروجی 2500 ولت میشه تقریبا 795 دور.
فاصله هوایی هم با استفاده از فرمول Lg=0.4*PI*Lp*Ipk^2*10^8/Ae*Bmax^2 بدست میاد. با محاسبه این مقدار تقریبا 0.6 میلی متر بدست میاد.

استاد ممکنه شما هم با روش خودتون این مقادیر رو حساب کنید؟؟

ممنون

[ahmadmn]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

فلایبک:
در یک پرید سوئیچینگ سلف اولیه ی ترانس انرژی را ذخیره و به ثانویه منتقل می کند. مقدار انرژی که یک سلف قادر است از جریان صفر تا Ip ذخیره کند برابر است با L Ip^2/2 ژول
اگر فرکانس سوئیچینگ Fs باشد. در هر ثانیه Fs بار این بسته ی کوچک انرژی ذخیره و به خروجی منتقل میشود.
فرض کنیم 80 درصد تلفات انرژی داشته باشیم. اگر توان خروجی مورد نیاز 50 وات باشد توان ورودی باید 50/0.8 یا 62.5 وات باشد. اگر Fs را 100 کیلوهرتز در نظر بگیریم بسته های انرژی هرکدام 62.5/100000 ژول است.
پس L Ip^2 /2=62.5/100000
فرض کنید دیوتی سایکل ماکزیمم ما 50% باشد. یعنی سلف ما در نیم سیکل شارژ و در نیم سیکل بعدی تخلیه گردد. در نیم سیکل شارژ ولتاژ DC ورودی یا Vi روی سلف می افتد و زمان لازم برای رسیدن جریان سلف از صفر به Ip برابر با نصف پرید یا 1/2Fs خواهد بود:
VL=Vi=22=Ldi/dt=L Ip*2Fs
دو معادله داریم و دو مجهول زیرا Fs را 100 کیلوهرتز و Vi را 22 ولت انتخاب کردیم. حل معادله نتیجه می دهد: Ip=11.36 و L=9.68uH

سراغ هسته ها می رویم تا ببینیم کدام هسته بدون اشباع شدن می تواند این مقدار اندوکتانس را تامین کند.
اگر با مدارهای مغناطیسی آشنا باشیم می دانیم که انرژی الکتریکی به مغناطیسی تبدیل شده و در هسته ذخیره می گردد. تمام ایراد فلایبک همین است. وقتی جریان در سلف اولیه به Ip می رسد ما یک بسته ی انرژی را بصورت مغناطیسی در فضای هسته ذخیره کردیم تا در نیم سیکل بعد آنرا دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل کنیم و هسته را تخلیه کنیم.
متاسفانه هسته ای که بخواهد این مقدار انرژی 62.5/100000 ژول را در خود ذخیره کند و به اشباع نرود بسیار بزرگ خواهد شد! با اینکه این کوانتوم از انرژی به نظر بسیار کوچک است اما بگذارید با یک محاسبه کوچک ببینیم چه هسته ای برای ذخیره ی آن نیاز داریم.
هسته ای را با µr تقریبی2000 در نظر بگیرید. مقدار انرژی مغناطیسی ذخیره شده در این هسته برابر است با B^2 V/2µ که B چگالی شار و V حجم موثر هسته می باشد.
مقدار B را 0.1 تسلا در نظر می گیریم زیرا این هسته ها معمولا در 0.2 تسلا به اشباع می روند. رابطه زیر را برای موازنه انرژی الکتریکی و مغناطیسی طبق قانون بقای انرژی می نویسیم:

µ= 4 *3.14*10^-7 µr
B^2 V/2µ=0.01 V / 2*2000*4*3.14*10^-7 =62.5/100000
V=314100 میلیمتر مکعب !!!!!!!!!!!!!!

اگر با هسته ها آشنا باشید یا به کاتالوگ معروف TDKآ مراجعه کنید خواهید دید این هسته چقدر عظیم است.
پس باید چاره ای اندیشید تا منبع تغذیه ما شبیه تانک های روسی نشود! oo:

یکی از راه حل های این مشکل این است که هسته فقط برای قشنگی در مدار ما باشد و تمام انرژی مغناطیسی یا قسمت اعظم آن را در هوا یا فاصله ی هوایی ذخیره کنیم. خارج از شوخی هسته اینجا فقط برای قشنگی نیست بلکه باعث هدایت شار میغناطیسی خواهد شد. اگر هسته نباشد شار در هوا پراکنده می شود و هیچ نظمی نخواهد داشت اما با وجود هسته، شار در مسیر دلخواه ما ایجاد می شود و سیم پیچ های ثانویه و اولیه هم می گذرد.

پس نتیجه این شد که کوانتوم انرژی مغناطیسی بجای هسته در فاصله ی هوایی بین دو تکه ی هسته ذخیره شود. µr هوا را هم 1 در نظر می گیریم. بنابراین محاسبات ما بصورت زیر تغییر می کند:

µ= 4 *3.14*10^-7
B^2 V / 2µ =0.01 V / 2*4*3.14*10^-7 =62.5/100000

V=157 میلیمتر مکعب
پس حجم فاصله ی هوایی بین دو هسته تعیین شد. هرچند می توان محاسبات بسیار دقیق انجام داد اما فرض می کنیم تمام شدت میدان مغناطیسی H صرف مغناطیسی کردن فاصله ی هوایی می شود.
از ابتدا این پیشفرض را هم می گذاریم که 5 دور کمتر سیم نپیچیم.
این فرض محاسبات مارا تقریبی می کند اما بعدا خواهیم دید که خطای محاسبات ما بسیار اندک است. ازطرفی نیاز به محاسبات دقیق هم نداریم زیرا فقط می خواهیم یک هسته ی مناسب انتخاب کنیم. پس برای فاصله ی هوایی که طول آنرا Lg در نظر می گیریم می نویسیم:

B=0.1=µH= µ NI/Lg= 4* 3.14* 5 *11.36/Lg
Lg= 0.713 mm
حجم را داشتیم پس:
V=157 = Lg A =0.713* A
A=220 mm²
به کاتالوگ TDK مراجعه می کنیم و یک هسته با سطح مقطع 220 میلیمترمربع انتخاب می کنیم مثل EE50

برای سادگی در محاسبات یک فایل اکسل ساختم که با دادن مشخصات هسته بقیه پارامترها را حساب می کند: http://rapidshare.com/files/283292070/core.xls.html
طبق این محاسبات با فاصله ی هوای 0.8 میلیمتر و 5 دور سیم اندوکتانس 9.6 میکروهانری تامین می شود و در جریان 11.36 آمپر چگالی شار 97 میلی تسلا خواهد شد که قابل قبول است.

محاسبه قطر سیم پیچ ها و ... بمامند برای یه فرصت بهتر

[tictactoe]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

سلام استاد .سنگ تمام گذاشتین :wow: ایشالا در زندگی همیشه موفق و پاینده باشید.
من با توجه به صحبتهای قبلیمون در مورد فول بریج و گفته شما فرکانس رو 50 کیلو در نظر گرفتم. اشکال نداره اگه اون رو 100 کیلو هرتز در نظر بگیریم؟؟

در حالت قبلی ما حداکثر چگالی شار رو 170 میلی تسلا فرض کردیم.به خاطر همین من هم برای فلای بک همین 170 میلی تسلا رو در نظر گرفتم. اگه روی این مقدار محاسبات رو پیش ببریم فکر می کنید مشکل اشباع رو داشته باشیم؟


راستی با این فایل اکسل دیگه ترکوندینا :applause:

متشکرم

[tictactoe]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

استاد گرامی
می خواستم یک ترانس فلای بک رو توی ارکد 16 اضافه کنم. ارکد یک مدل ترانس ساده داره ولی تزویج رو در اون مشخص نکرده !!! آیا طرح فلای بک اون هست یا باید درستش کنم؟ به جای تعداد دور باید اندوکتانس بدم؟ اندوکتانس ثانویه رو ندارم. فرمول خاصی داره؟ میشه یه توضیحی بدین.

ممنون

[ahmadmn]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

کوچیکیم دایی
170 میلی تسلا مشکل خاصی نداره اما تلفات هسته چند برابر میشه و ممکنه نتونی بازده رو 80 درصد در نظر بگیری.

فرکانس دست خودته و بیشتر به آی سی سوئیچینگ محدود میشه. اگه آی سی و ماسفت فرکانس بالا میزاری می تونی فرکانس رو هرچی دوست داری بالا ببری تا هسته کوچیکتر بشه.

توی اوررکد اندوکتانس اولیه و ثانویه و ضریب تزویج رو باید بدی. L2=n^2 L1 که n نسبت دور ثانویه به اولیه است. در اینجا میشه n=2500/22

ضریب تزویج رو هم می تونی 0.99 بدی

[tictactoe]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

سلام استاد. ممنون از جوابتون.

با توجه به اینکه در فلای بک جهت سیم پیچ ها در اولیه و ثانویه با هم فرق می کنه آیا این رو میشه با ترانس معمولی و با رعایت نکاتی که شما گفتین شبیه سازی کرد؟
در ارکد 16 چند مدل SG3524 وجود داره که کار نمی کنن ولی تو کتابخانه Controller یک مدل از این آی سی هست که کار می کنه ولی در ساده ترین حالت کار می کنه و خروجی اون رو که یک موج مربعی هستش رو نشون میده ولی وقتی یک مسفت بهش اضافه می کنم ایراد Convergence problem in transient analysis at Time رو میده. نمی دونم دلیلش چیه ؟ بالاخره بعد از کلی کلنجار رفتن با اون از یک منبع ولتاژ پالس مربعی استفاده کردم همراه با همون مسفت قبلیه و مشکلی نداشت. ولی خوب این طوری نمیشه از تواناییهای SG3524 استفاده کرد!!!



با توجه به فرمول اندوکتانس ثانویه حدود 130 میلی هانری بدست میاد. یه سوال » آیا توی ارکد اشباع ترانس هم لحاظ میشه یا خیر؟


لطفا یه راهنمایی بکنید.

ممنون.

[tictactoe]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

توی مدار بالا که با ارکد کشیدم اندوکتانس اولیه ترانس رو 10 میکرو هانری و اندوکتانس ثانویه رو 130 میلی هانری و کوپلینگ رو 0.99 قرار دادم. و اون رو در حالت Transient قرار دادم و زمان کل رو 1 ثانیه و اندازه گام رو 100 میلی ثانیه گرفتم ولی در زمان 1 ثانیه ولتاژ ثانویه فقط تا 80 ولت بالا می آید . آیا واقعا اینقدر افزایش ولتاژ ثانویه طول می کشه؟
از مقدار مقاومت و خازن خروجی و اسنابر در اولیه ترانس مطمئن نیستم. لطفا شما راهنمایی کنید.
ممنون

[ahmadmn]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

دایی جانم

چرا اندازه ی گام رو 100 میلی ثانیه گذاشتی؟!!!!!!!!!!!! باید 100 نانوثانیه بزاری یا اینکه خالی بزاری تا نرم افزار خودش بهترین رو انتخاب کنه. مشکل Convergence هم به همین اندازه ربط داره. هرچی کوچکتر باشه احتمال واگرایی در محاسبات عدد کمتر میشه.

زمان رسیدن به ولتاژ نهایی به خازن خروجی بستگی داره. بجای 100 میکرو 100 نانو یا حتی کمتر بگذار چون توی نرم افزار ریپل اهمیتی نداره.

زمان های TRآو TF برای پالس ورودی را خیلی کم گرفتی و باعث سخت شدن کار نرم افزار میشه. در عمل هم این زمان ها بزرگترند. هردو رو 0.5 میکروثانیه بگذار

مقاومت R1 خیلی بزرگه و باعث کند شدن سوئیچینگ و تلفات مضاعف در ماسفت میشه. مقاومت 22 اهم بگذار

جهت ترانس در ارکد را نمی شود تغییر داد اما باید دیود را از پایه ی زیرین حروجی ترانس بگیری و پایه ی بالایی خروجی ترانس را به زمین وصل کنی. (الان مداری که کشیدی اشتباهه)

فرکانس را هم 100 کیلوهرتز در نظر بگیر و مقدار اولیه ترانس را 9.68 میکروهانری و ثانویه را 125 میلی هانری بگذار.

BYP103 یک دیود 100 ولت 75 آمپر است که نه بدرد اولیه می خورد نه ثانویه. برای اولیه دیود MUR1510 و برای ثانویه هم باید در کتابخانه ی ارکد بگردی و دیود سریع ولتاژ بالا و جریان پایین پیدا کنی و چند تا از اونها رو سری کنی. البته با هر دیود یک مقاومت 220کیلو اهم موازی کن.

برای سریعتر شدن آنالیز می تونی خازن C2 رو هم کمتر کنی. البته باید ببینی ریپل این خازن چند ولته. با کم و زیاد کردن اون ریپلش رو کمتر از 2 ولت بکن

ماسفت IRF840 اصلا مناسب نیست. ماسفت IRFZ44 بجاش بگذار

ارکد هسته های مغناطیس داره که میشه با اونها هسته ی واقعی رو شبیه سازی کرد. اما تو آنالیز این هسته ها اشکال داره و من هر کاری کردم نتونستم هسته های ارکد رو به واقعیت نزدیک کنم.

می تونی برای شبیه سازی بهتر برای اولیه و ثانویه مقاومت سری بگذاری. چون در عمل سیم پیچها مقاومت دارند. برای اولیه 0.1 اهم و برای ثانویه 10 اهم بگذار.

SG3524 رو هم اگه با زمان های آنالیز بازی کنی می تونی استفاده کنی.

به هر حال فعلا اورکد در سیستم خودم نصب نیست تا کمک بیشتری بکنم

[tictactoe]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

بزرگوار خیلی زحمت کشیدین.
اوامر شما اطاعت شد . با مقاومت R2 برابر 10 کیلو اهم خروجی 530 ولت میشه . اما با مقاومت R2 بزرگتر از 100 کیلو اهم روی 2600 ولت ثابت می مونه :smile: خیلی باحاله. :applause: ولی فکر کنم این نباید زیاد پایدار باشه چون ممکنه با اتصال به بارهای مختلف که مقاومت های متفاوتی دارند این مقدار خروجی تغییر کنه. یا بارهای خازنی و یا سلفی اثرات مختلفی بر روی اون داشته باشند. میشه در مورد بارهایی که گفتم و اثر اونا هم یه خورده توضیح بدین؟؟؟ در این حالت ما داریم با حداکثر دیوتی سایکل 50% کار می کنیم. حالا فرض کنیم که فید بک هم وصل باشه و جبران کمبود ولتاژ رو داشته باشیم ولی حالا فرض کنیم که با این دیوتی سایکل ولتاژ خروجی روی 2500 ولت ثابت باشد حال اگه یه بار به خروجی وصل بشه که افت ولتاژ ایجاد کنه اون وقت دیوتی سایکل باید زیادتر بشه که جبران این افت ولتاژ رو داشته باشیم اما خوب می دونیم که نمیشه!!!! پس باید چی کار کنیم؟؟؟ oo:
شاید باید از دیوتی سایکل کمتر مثلا 80 درصد استفاده کنیم تا بالاترین ولتاژ خروجی رو داشته باشیم !!! درسته بزرگوار؟ شما بفرمایین .....

برای سریعتر شدن آنالیز می تونی خازن C2 رو هم کمتر کنی. البته باید ببینی ریپل این خازن چند ولته. با کم و زیاد کردن اون ریپلش رو کمتر از 2 ولت بکن

الان ولتاژ سمت اولیه ترانس تا 45 ولت هم بالا میره که فکر کنم که به خاطر LdI/dt در لحظه خاموش شدن مسفت عادی باشه. در مورد ریپلی که گفتین میشه توضیح بدین. درست متوجه نشدم

شکل اصلاح شده مدار


شکل موج خروجی ولتاژ به همراه ولتاژ اولیه


شکل موج بزرگ شده ولتاژ اولیه ترانس با ریپلی که داره



متشکرم

[tictactoe]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

دایی جان مثل اینکه فهمیدم . الان به جای R3 مقاومت 5 کیلو گذاشتم و به جای C2 خازن 1 میکرو فاراد گذاشتم حداکثر ولتاژ شد 39.8 ولت و ریپل اون شد 0.5 ولت . یعنی پیک ولتاژ شد 40.3 ولت . دیود هایی که در خروجی گذاشتم حداکثر ولتاژ معکوس قابل تحملشون 1000 ولته. فکر کنم با 4 تا دیودی که سری کردیم می تونه تا 4000 ولت معکوس رو هم تحمل کنه؟؟؟ نظر شما چیه؟

یه سوال: مقاومتهای 220 کیلویی که با دیود ها موازی کردیم برای چه منظوری هستن؟

[ahmadmn]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

:applause:
خب عالیه
البته مقدار 1 میکرو برای C2 کمی غیر منطقیه . در نهایت ولتاژ باید تا 48 ولت بالا بره. مقدار RC در اسنابر باید بیشتر از پریود سوئیچینگ باشه. یعنی بالای 10 میکروثانیه. چون مقاومت 5 کیلو گذاشتی خازن باید بالای 2 نانوفاراد باشه.

ریپل ها هم ربطی به مقاومت و خازن ندارند بلکه به سرعت دیود سری با اونها بستگی داره. اشتباهی که من کردم این بود که بهت دیود 15 آمپر معرفی کردم در حالی که جریان کمی از این دیود میگذره. پس بجاش یه دیود یک آمپر ترجیحا شاتکی بزار. ممکنه اورکد نداشته باشه اما توی بازار زیاده مثل SB160 یا SB1H100
دیودهای شاتکی از دیود های فست معمولی سرعت بیشتری دارند اما ولتاژهای تحملشون بیشتر از 200 ولت نرسیده. توی بازار ایران SB1H100 است که 100 ولته

دیودهای خروجی هم که 1000 ولته عالیه اما آمپر بالا انتخاب کردی و همین باعث کند شدن در زمان سوئیچینگ میشه و ریپل های اولیه رو اضافه می کنه.

اگه دیود مناسب توی ارکد پیدا نکردی می تونی دیود ایده آل جاش بزاری.

یه نکته رو فراموش کردم. یکی از علت های بزرگ ریپل خروجی نداشتن اسنابر برای دیود خروجی هست. یک مقاومت 100 کیلو و یک خازن 10 پیکوفاراد رو باهم سری کن و با کل دیودهای خروجی موازی کن.

مقاومت های 220 کیلو باعث میشه ولتاژ معکوس مساوی سر دیودها بیفته. چون در حالت معکوس هیچ دو دیودی دقیقا برابر نیستند. ممکنه مقاومت معکوس یک دیود 10 مگااهم باشه و دیگری با همون مارک و مدل 5 مگااهم باشه. بنابراین در حالت معکوس باید مقاومت نشتی دیودها برابر باشه . مقاومت 220 کیلو خیلی کمتر از مقاومت نشتی مگااهمی دیوده و موازی شدن ایندو برابر با همون 220 کیلواهم خواهد بود.

[tictactoe]

پاسخ : تغذیه سوییچینگ ولتاا¾آژ بالا

شب بخیر .
استاد مقاومت R2 که در خروجی بود رو برداشتم ولی ولتاژ خروجی دقیقا بعد از مدت کمی روی 2500 ولت ثابت قرار گرفت . اما با گذاشتن مقاومت مثلا 10 کیلو به موازی خازن خروجی ولتاژ خروجی تا 500 ولت بالا میره اما با 2000 کیلو اهم روی 2400 ولت قرار میگیره. تا اونجایی که من می دونم فلای بک در خروجیش باید یک مقاومت داشته باشه تا به بینهایت نره. ولی خب مقدار اون رو چه جوری تعیین کنم؟؟؟ در مورد حداکثر ولتاژ خروجی و ارتباط اون با حداکثر دیوتی سایکل رو یه توضیحی میدین؟؟ میشه در خروجی از یک فیلتر LC هم استفاده کنیم؟ برای درایور pwm از همین SG3524 استفاده کنم یا آیسی بهتری هم میشه استفاده کرد؟

عکس مدار رو با آخرین تغییرات


ممنون