Дроссель DC-DC

[filosow]

Здравствуйте форумчане.
Вопрос по расчету дросселя для регулируемого DC-DC. Ознакомился с программой Владимира Денисенко по расчету дросселей ИБП, но как понял это не совсем то, в них расчет идет для заполнения шим около 50%. Как себя поведет дроссель при шим, скажем, 0,2% неясно. Есть ли какая методика расчета для широкого диапазона заполнения шим?

Сама идея такова: трансформатор с двумя выходными обмотками для двух каналов; обмотки через выпрямитель и емкость запитывают два DC-DC понижающих. Все это дело управляется STM-кой. Варианта управления 2 - напрямую с контроллера через гальваноразвязку (TLP250) тогда частота будет около 70кГц для 10 битной шкалы или с добавлением tl494 (или ей подобных), при частоте 150...180кГц, в этом случае разрядность шкалы можно сделать хоть 32 бит. Минус второго варианта вижу в замедленной реакции на управление. Измерение тока/напряжения - ina219 через гальваноразвязку (adum1250). Минимальная нагрузка до датчика. Быстрый разряд выходной емкости для оперативного снижения напряжения - управление тоже с контроллера (нужно ли?). Так же думаю реализовать возможность параллельного и последовательного соединения каналов, для получения большего тока или напряжения. Запитываться от данного БП будут не особо привередливые приборы (светодиоды, макетки, моторчики и тп)

Также буду рад выслушать ваше мнение в отношении самой реализации.

[YurOK]

Программа Владимира считает для вполне определенных условий: входное/выходное напряжение, ток нагрузки, частота и т.д. Коэффициент заполнения там никак не фигурирует. Коэффициент заполнения определяется соотношением входного и выходного напряжения, откуда Вы взяли цифру в 50%?

Для того, чтобы рассчитать дроссель для buck-преобразователя, надо для начала понимать, как он работает.
Если понимания нет, могу попробовать объяснить "на пальцах"

при шим, скажем, 0,2%

Такой коэффициент заполнения скорее всего не получится - при частоте 70 кГц ширина импульса составит всего 29 нс. Т.к. скорость нарастания/спада фронтов сигнала величина далеко не бесконечная, минимальная ширина импульса (и соотв. к.зап.) ограничена ШИМ-контроллером, а также силовой частью. Если требуется к.зап. менее этой величины, ШИМ начинает работать в прерывистом режиме.

[filosow]

Коэффициент заполнения там никак не фигурирует.

Программа Boosterring поле "Коэффициент заполнения импульса" Он фигурирует, но не является исходным параметром, а скорее результатом расчета.

ШИМ начинает работать в прерывистом режиме.

Этот вопрос не менее важен - я понимаю, что возможности драйвера не бесконечны, полевик не может открыться мгновенно; по этой части буду курить даташиты и считать. А вот как избежать разрыва тока в плане расчета дросселя - это задача пока мне не поддается - разрядность шим выбрана 10 бит, значит минимальный шаг регулировки 0,1%, но на практике очень малого заполнения не будет - минимальное напряжение на выходе вряд ли опустится ниже 1...2 В (минимальную нагрузку планирую регулируемой обратно-пропорционально выходному напряжению и току нагрузки да и программно ограничу минимальный шим)

По поводу частоты 70кГц - это я перегнул, у оптодрайвера потолок 25, значит реализовывать буду с доп контроллером после опторазвязки.
Примерно так:


Есть еще вариант линейного регулирования напряжения, но огромные радиаторы... Да и невозможность получения полной мощности на низких напряжениях...

[YurOK]

Boosterring

А я смотрел Drossel и DrosselRing.

А вот как избежать разрыва тока в плане расчета дросселя

Не обязательно его избегать - при разрывном токе меняется закон регулирования выходного напряжения - зависимость от коэффициента заполнения становится нелинейной, только и всего.
Возможно придется подобрать коррекцию ОС.

Величина индуктивности выбирается как компромисс, поскольку режим холостого хода потребовал бы бесконечную индуктивность для неразрывности тока.
Компромисс между индуктивностью и потерями в дросселе.
Индуктивность хотелось-бы побольше, чтобы уменьшить переменную составляющую тока в дросселе, потери в сердечнике и пульсации на выходном конденсаторе.
Но большая индуктивность - больше витков, больше сопротивление по постоянному току, также при многослойной намотке начинает портить жизнь эффект близости. Также при увеличении числа витков, растет межвитковая емкость, что совместно с ростом индуктивности приводит к падению SRF и эффективности дросселя на ВЧ, он начинает пропускать ВЧ-звон, поэтому для дополнительной фильтрации выходного напряжения часто лучше добавить второе звено фильтра с маленьким дросселем или бусиной и ВЧ-конденсатором (керамикой).

Сама идея такова: трансформатор с двумя выходными обмотками для двух каналов;

Первичный источник планируется обычный 50гц трансформатор или тоже импульсник?

[filosow]

многослойной намотке

Значит желательно мотать в один слой, компенсируя размером сердечника или склеивая 2-3 шт? (в идеале)

второе звено фильтра

Совсем об этом не подумал. Однозначно использую.

Первичный источник планируется обычный 50гц трансформатор или тоже импульсник?

Торел ТТП-250.
Спасибо за помощь, буду считать. Попробую погонять на макетке

[filosow]

Также буду рад выслушать любые мысли по данной теме, которыми решите поделиться.

[filosow]

Назрел еще один вопрос по дросселю.
Вопрос по выбору материала сердечника. В наличии самые ходовые T130-26. Насколько критично использовать их на частоте 120...150кГц? Производитель рекомендует этот материал на частоты до 50кГц (рекомендации 3 стр. http://www.micrometals.com/pcparts/PC_L.pdf). Для более высоких частот предлагаются другие материалы, но "витковая" индуктивность у них в 2...3 раза меньше. На сколько я разобрался в документе, имея большую начальную проницаемость материал -26 имеет и большие потери в сердечнике, хотя одна из рекомендованных для частот >50кГц смесей -30 имеет еще большие потери.

Можно ли использовать сендастовое кольцо (Т130-125)?

[YurOK]

Если нужны низкие потери в сердечнике - феррит с зазором лучший выбор для дросселя.

Но нужно хорошо просчитать - если переменная составляющая тока в дросселе будет невысокой и основные потери будут на омическом сопротивлении катушки, то улучшение материала сердечника будет давать малый прирост к общему КПД дросселя.

Ток через дроссель будет иметь треугольную форму, в идеале - нужно разложить его в ряд Фурье и посчитать потери от каждой гармоники, но это весьма трудоёмко, для оценки достаточно будет первой гармоники (на основной частоте преобразования).

Какой диапазон напряжений и макс.ток нагрузки?

Скорее всего -26 будет не самым плохим выбором для дросселя

Я использовал в своих разработках koolmu 125u, тоже порошковый материал с распределенным зазором, потери на ВЧ не фонтан, но в итоге нагрев дросселя в импульснике не сильно отличался от нагрева на постоянном токе.

[filosow]

Какой диапазон напряжений и макс.ток нагрузки?

Планирую 1.5...22В, ток 8А до 12В, все что выше плавно снижать до 4А при максимальном напряжении ( на 1канал )