ИБП с несколькими гальванически развязанными напряжениями

[banan]

Доброго времени суток. Я начинающий. Возникла необходимость изготовить блок питания на 75, 12, 5 вольт с гальванической развязкой. Мощности соответственно 200, 15, 5 Вт(По ТЗ). (а на деле можно в сумме по расчетам выжать 440Вт.) По отдельности каждая часть работает, мощность отдает. Но все вместе- не получается. Уже руки опустились- собрался делать несколько отдельных ИБП. Не знаю где найти дроссель ДГС - пробовал по незнанию феррит без зазора- естественно не получилось. Пробовал феррит с зазором около 5 мм из другого блока питания который
был установлен фильтром по 220В -тож не получилось. Установил дроссель ДГС из компового ИБП - получается слишком большая просадка по 75 вольтам- процентов 30-40 при нагрузке всего около 100Вт(лампочку вешал). 5 вольт при этом "почти нормально" - с 5,5 до 5,2 просело. дроссель мотал - кол-во витков= напряжение*2.
Стабилизация по 5В. Схема переделана-нет обр связи по току и обмотки не связаны.
пока пробовал два напряжения - 75 и 5.

[Bulich]

Первое.

1.5 к - очепятка.

1,5к применять не допустимо. В Даташите на 494 от TI четко указано что номанал резистора должен лежать от 1,8к до 500к. Если не боитесь получить гемор и непредсказуемое поведение источника, то ставьте. Мой совет использовать 20к и 1н.

Второе.

я пересчитал транс. получилось 14 витков в первичке вместо 18 первоначальных.

Трансфоматор расчитан не правильно. Странно, что ключи до сих пор целы.
Кол-во витков первичной обмотки для полумоста и данного сердечника должно лежать в диапазоне от 40 до 70 витков.
Меньшее кол-во витков может вогнать сердечник в насыщение при старте без мягкого пуска или в похожей ситуации, а такие случаи надо предусматривать.
БОльшее количество витков...ну как сказать...идиотизм короче.
Я бы наверное мотал что-то в районе 50-ти.
Еще раз отмечу что сердечник слишком огромный, на нем можно сделать БП с вых мощностью 700-800Вт. Ну раз решили пусть он и будет.
Провод намотки 0,8-0,9 мм в диаметре. Первичка ляжет в 1,3-1,5 слоя. Не очень здорово конечно, но для начала пойдет.

Далее нужно определиться с каким минимальным напряжением по входу должен работать источник... Разумно выбрать 198VАС. (220VAC - 15%). Т.е. после выпрямления 280VDC.
Тогда вторички:
30 витков
6 витков
2 витка
Это витки половинки! вторичных обмоток. Т.е. мотать надо 30+30 с отводом от средней точки (так как на схеме в первом посте). Можно одновременно и потом соединить конец одной с началом другой, можно по отдельности... Даже не знаю как лучше, я бы наверное мотал вместе.
Провод для 75вольтовой - 0,8-0,9.
Для двух остальных можно и поменьше диаметр взять.

ДГС тема отдельная, позже отпишусь.
Что есть из метариалов? Желтые кольца и всё? Какой размер в наличии? Есть возможность прикупить колечко или ферритик с зазором, где находитесь?

---------- Добавлено в 10:21 ---------- Предыдущее сообщение в 10:14 ----------

Но обычно в два раза больше то есть +100%.

Это не оптимальный вариант.
В моем расчете выше получается, что максимальное напряжение на вторичке при максимальном входном около 105 вольт (по каналу 75 вольт...) Больше смысла делать нет. Перерасход меди, снижение КПД, увеличение рабочего напряжения диодов выпрямителя, увеличение тока пульсации вых. конденсаторов (при неизменном вых. дросселе)... вот некоторые из недостатков излишне завышенного напряжения вторички.
Есть конечно такие вещи как Hold up time...что вносит свои коррективы, но в нашем случае это лишнее.

PS: обратите внимание сколько свободного места останется на каркасе после намотки всех обмоток
PPS: Что-то мне подсказывает, что ДГС для таких напряжений лучше мотать на феррите с зазором.

[kozak]

Трансфоматор расчитан не правильно. Странно, что ключи до сих пор целы.
Кол-во витков первичной обмотки для полумоста и данного сердечника должно лежать в диапазоне от 40 до 70 витков.

Для частоты 60кГц, можно взять и поменьше витков первички.
У комповых БП, обычно 40 витков при сечении сердечника 1,2см*2, при частоте 35…40кГц. Но строго говоря, количество витков определяется не частотой преобразования, а длительностью импульса в номинальном режиме работы ИП. Так что можно смело ограничится 30…40 витками первички.

Провод намотки 0,8-0,9 мм в диаметре. Первичка ляжет в 1,3-1,5 слоя. Не очень здорово конечно, но для начала пойдет.

Если планируется работа с обдувом, то можно смело применять провод с диаметром от 0,63мм и выше, проводом с таким диаметром можно мотать и все остальные обмотки.
Но если ограничится количеством 30 витками первички, то можно увеличить сечение провода и уложить его в один слой, а также и отказаться от обдува. Но можно первичку намотать, равномерно распределив витки, и в два слоя. Второй - поверх всех вторичных обмоток. Можно также использовать провод сложенный вдвое и пр.

В моем расчете выше получается, что максимальное напряжение на вторичке при максимальном входном около 105 вольт (по каналу 75 вольт...) Больше смысла делать нет. Перерасход меди,….

Перерасхода меди, при строгом расчете практически не будет, ведь в моем случае, длительность импульса меньше и можно уменьшить количество витков (как и поступают в комповых БП, там у них все оптимизировано на минимальные затраты).

Далее нужно определиться с каким минимальным напряжением по входу должен работать источник... Разумно выбрать 198VАС. (220VAC - 15%).

При выборе напряжения на вторичке , допустимый диапазон питающего напряжения это только один из, критериев его выбора.
Строго говоря необходимо учитывать, номинальное значение выходного напряжения, падение напряжения на выпрямительных диодах, на силовых ключах, на активном сопротивлении обмоток трансформатора – дросселя. Просадку напряжения на конденсаторах фильтра, необходимый запас на осуществление ШИМ регуляции, длительность защитного интервала ШИМ контроллера(предотвращение сквозных токов) и пр. другие факторы.
Одним из факторов, является и фактор соотношения витков обмоток. И зачастую он и оказывается определяющим, так как нужно выбрать такое соотношение количества витков обмоток, при котором выходные напряжения были наиболее близки к номинальным значениям.

Я бы наверное мотал что-то в районе 50-ти…
Тогда вторички:
30 витков
6 витков
2 витка

При таком соотношении витков, амплитуда на обмотке 5В, в идеальном случае будет всего около 6В. А если еще и учесть падение напряжения на диодах 0,4…1В, то вообще не остается никакого запаса для осуществления ШИМ регулирования.
А ведь существует еще целая куча других факторов, некоторые приведены выше, которые нужно учесть, чтобы источник выдавал положенные 5В.

Т.е. мотать надо 30+30 с отводом от средней точки (так как на схеме в первом посте). Можно одновременно и потом соединить конец одной с началом другой, можно по отдельности... Даже не знаю как лучше, я бы наверное мотал вместе.

Лучше мотать проводом сложенным вдвое.

Провод для 75вольтовой - 0,8-0,9.
Для двух остальных можно и поменьше диаметр взять.

Диаметр провода выбирается исходя из выбранной допустимой плотности тока, и его среднего значения протекающего через обмотку. Если нет дополнительных ограничений, по активному сопротивлению обмоток и пр.
При больших частотах, нужно учитывать и скин-эффект.
При обдуве плотность тока в меди может быть 8…12А/мм*2 и выше. Все определяется условиями охлаждения, заданным перегревом обмоток и пр.

[Bulich]

При таком соотношении витков, амплитуда на обмотке 5В, в идеальном случае будет всего около 6В. А если еще и учесть падение напряжения на диодах 0,4…1В, то вообще не остается никакого запаса для осуществления ШИМ регулирования.
А ведь существует еще целая куча других факторов, некоторые приведены выше, которые нужно учесть, чтобы источник выдавал положенные 5В.

Ок, намотайте 40 витков первички!!! Этого хватит чтоб скомпенсировать падения на диодах, просадки и т.п. хрень.

Перерасхода меди, при строгом расчете практически не будет, ведь в моем случае, длительность импульса меньше и можно уменьшить количество витков

да-да, поднять пиковый ток ключа, увеличить потери...удачи.

[kozak]

да-да, поднять пиковый ток ключа, увеличить потери...удачи.

Имелись ввиду потери в меди обмоток.

Зачем постоянно пытаться изобретать «велосипед»?
Не стоит наверное считать всех идиотами, которые то и дело допускают ошибки.
А то уже можно сделать вывод, что идиотами - являются и разработчики компьютерных БП, которые почему-то применили Кзап. =50% в своих разработках.

П.С.
Ну а кто ни-будь, может высказать свои некоторые соображения, которые были-бы похожи на правду, по поводу дополнительных индуктивностей в цепи ДГС:

и в обычных двухтактных БП встречаются мелкие дроссели последовательно с обмотками ДГС. их работу я толком не представляю, чтобы прокомментировать. там всего-то 5-6 витков на стержне, хорошо, если 1 мкГн наберется...

[Bulich]

А то уже можно сделать вывод, что идиотами - являются и разработчики компьютерных БП, которые почему-то применили Кзап. =50% в своих разработках.

Нет, просто у них другие цели... Например КПД источника АТХ среднего уровня, мощностью 300Вт, собранного по классической схеме, боюсь ошибиться, но что-то около 75-80%. И с этой точки зрения они ИДИОТЫ! Кто так строит БП? Им пох, главное чтоб дешевле, а с остальным вентилятор справится. Добавив несколько изменений в схему и потратив на это еще 5-10 баксов (розница), КПД легко и непринужденно поднимается на 5-10%. А вообще кто как хочет так и дро строит блоки питания.

[kozak]

ИМХО, Кзап.=50%, выбран не случайно, это связанно скорее всего со стабилизацией напряжения и работой ДГС, но не хочу ничего утверждать, это лишь предположение.
А то налетит сейчас целая куча «советчиков», которые пока что, не смогли нечего сказать вразумительного - зачем инженеры разработчики устанавливают дополнительные мелкие индуктивности в цепь ДГС, но уже советуют им , как правильно делать БП.

П.С.
Пока что подожду, потом выложу свою версию, на радость «ястребам» - с радостью готовым растерзать очередную жертву.
Подстраиваться под чужие версии не буду, так как буду отстаивать свою.

[Bulich]

ИМХО, Кзап.=50%, выбран не случайно

Так никто же не спорит с этим.

дополнительные мелкие индуктивности в цепь ДГС,

Я например нигде не читал про цель их установки. Сходу утверждать об их смысле не буду, но могу предположить.

Наличие данных дросселей (кстати индуктивность у них, думется мне, лежит в пределах 1-10мкГн, а не 100мкГн как утверждалось выше) эквивалентно ухудшению магнитной связи между обмотками ДГС и, следовательно, приведет к ухудшению зависимости между напряжениями которые используют ДГС. Т.е. цель установки - ухудшенние кроссрегулирования между каналами. Однако, данные дроссели стоят не во всех каналах, а только в тех, с которыми происходит перерегулирование.

[Starichok]

Строго говоря необходимо учитывать, номинальное значение выходного напряжения, падение напряжения на выпрямительных диодах, на силовых ключах, на активном сопротивлении обмоток трансформатора – дросселя. Просадку напряжения на конденсаторах фильтра, необходимый запас на осуществление ШИМ регуляции, длительность защитного интервала ШИМ контроллера(предотвращение сквозных токов) и пр. другие факторы.

При таком соотношении витков, амплитуда на обмотке 5В, в идеальном случае будет всего около 6В. А если еще и учесть падение напряжения на диодах 0,4…1В, то вообще не остается никакого запаса для осуществления ШИМ регулирования.
А ведь существует еще целая куча других факторов, некоторые приведены выше, которые нужно учесть, чтобы источник выдавал положенные 5В.

и вот тут я с козаком совершенно согласен.
и еще не упомянут очень важный фактор для стабилизированного источника - выходное напряжение должно обеспечиваться при минимальном напряжении питания.
булич, расчет ты сделал совершенно неправильный, ты не учел, похоже, ни одного фактора. а моя программа учитывает все факторы.
да и диаметры проводов ты взял избыточные.
к тому же, расчеты вторичек полностью зависят от схемы выпрямления, не зря в моей программе делается выбор схемы выпрямления.

А то уже можно сделать вывод, что идиотами - являются и разработчики компьютерных БП, которые почему-то применили Кзап. =50% в своих разработках.

1. сердечник EI33 с 40 витками прекрасно выдерживает полную ширину импульса, ничего там не сэкономлено.
2. на самом деле Кзап там равен около 25%, а не 50%. каждый импульс составляет четверть периода.
3. такое, вроде, маленькое заполнение нужно, чтобы при переходе УПСа на аккумулятор хватило заряда конденсаторов для бесперебойной работы компа.

Например КПД источника АТХ среднего уровня, мощностью 300Вт, собранного по классической схеме, боюсь ошибиться, но что-то около 75-80%.

не правда. при мощности 300 Ватт - четверть, 75 Ватт в тепло? никогда такого не было и быть не может.

Подстраиваться под чужие версии не буду, так как буду отстаивать свою

версий ни у кого не появилось, выкладывай свою.

[Vovk]

не правда. при мощности 300 Ватт - четверть, 75 Ватт в тепло? никогда такого не было и быть не может.

?
КПД больше 80% только у приличных, более-менее дорогих БП АТХ.

Вот пример недорогого БП - КПД 75%.

[Starichok]

не верю.
если и 75%, то не для полной мощности 550 Ватт. а ты представляешь себе как оттуда удалить 550/4= 137,5 Ватт в таком объеме и при таких радиаторах, которые там стоят, даже с кулером?

[Bulich]

Неправильно, так неправильно.
Помогайте банану сами.

[banan]

В предварительном приближенном расчете- где я ошибся очередной раз?
скажите пожалуйста
Sc=3.14*(r^2)=3.14*(.75^2)=1.76625см^2
So=3.2*0.85=2.7см^2
Pгаб = Sc · So · F · Bm / 150= ватт 500 (Bm взял 0.25, f=66kHz)
U1 =Uпит.пр/2 −2 ·Uкэ.нас(для полумоста, Uс.ис.нас=1.8В) =150В
n1 =U1*10^4/(4 · F · Bm· Sc) = 13 витков

ток покоя ибп при 14 витках около10mA, осцилографа нету.

---------- Добавлено в 12:00 ---------- Предыдущее сообщение в 11:58 ----------

1,5к применять не допустимо.

чудеса проскакивали, было дело. Необратил внимания тогда, а исправлять придется. Спасибо

---------- Добавлено в 12:04 ---------- Предыдущее сообщение в 12:00 ----------

Т.е. мотать надо 30+30 с отводом от средней точки

я мотаю одну обмотку и потом диодный мост. Разница в сэкономленных диодах- так ведь?

---------- Добавлено в 12:08 ---------- Предыдущее сообщение в 12:04 ----------

Неправильно, так неправильно.
Помогайте банану сами.

как там- в спорах рождается истина

[Arena]

осцилографа нету.

тогда не стоит пытаться что-либо делать из импульсных БП. Ищите готовые решения в продаже.

[banan]

тогда не стоит пытаться что-либо делать из импульсных БП. Ищите готовые решения в продаже

[Starichok]

(Bm взял 0.25, f=66kHz)

не правильно взял. на такой частоте и при такой амплитуде индукции сердечник от потерь в утюг превратится.

я мотаю одну обмотку и потом диодный мост. Разница в сэкономленных диодах- так ведь?

разница - в потерях. на 4 диодах потерь в 2 раза больше, чем на 2 диодах.
а со средней точкой удвоенное количество провода окупается снижением потерь в диодах.

[Vovk]

как оттуда удалить 550/4= 137,5 Ватт в таком объеме

Еще пару месяцев назад я находил на этом же сайте графики КПД от нагрузки. Сейчас уже не найду, но смысл такой - если указано 75%, то пиковое КПД около 80%.
Т.е. нужно удалить около 550/5 = 110 Вт - активное охлаждение + термостойкое изготовление.
Не верить производителю смысла нет.
Только современные (недешевые) модели делают на синхр. выпрямителях и т.д. с пиковым КПД около 90%.

[Arena]

Только современные (недешевые) модели делают на синхр. выпрямителях и т.д. с пиковым КПД около 90%.

В узком диапазоне мощности. Как правило на максимальной мощности и +5...-15% от нее. Если с такого бп (компьютерного в данном примере) снимать не 550вт , а 300 то кпд падает до 70-75% и было уже несколько статей с тестами компьютерных БП , где на графиках все показано.

[kozak]

1. сердечник EI33 с 40 витками прекрасно выдерживает полную ширину импульса, ничего там не сэкономлено.

Когда, мне приходилось переделывать БП, то однажды заложил параметры родного трансформатора (Sc=1,2см^2, U1=150В, Bm=0.25Т, f=35kHz), в программу (IMPULS.XLS), и получил расчетное значение количества витков первички – 71виток, при фактических намотанных 40витках. Вот и вспомнил про Кзап, ведь 40 витков получались при Bm=0.45Т, а это уже перебор.

на самом деле Кзап там равен около 25%, а не 50%. каждый импульс составляет четверть периода.

2. На ДГС Кзап около 50%, при номинальном напряжении в сети.

Наличие данных дросселей (кстати индуктивность у них, думется мне, лежит в пределах 1-10мкГн, а не 100мкГн как утверждалось выше) эквивалентно ухудшению магнитной связи между обмотками ДГС и, следовательно, приведет к ухудшению зависимости между напряжениями которые используют ДГС. Т.е. цель установки - ухудшение кроссрегулирования между каналами. Однако, данные дроссели стоят не во всех каналах, а только в тех, с которыми происходит перерегулирование.

Индуктивность 100мкГн, я привел для условия необходимости поддержания неразрывного тока дросселя при токе 100мА.
Индуктивность обмоток обычно используемого ДГС на сердечнике Т106-26, несколько меньше, около 50мкГн - при 24 витках для обмотки 12В, и около 10мкГн - для обмотки 5В.
А дополнительные дроссели имеют небольшую индуктивность, в районе 1мкГн.

версий ни у кого не появилось, выкладывай свою.

Bulich, при расчете, трансформатора, получил 2 витка для 5В, и 6 витков для 12В.
Что правильно для идеального случая. Такие же соотношения витков(целые числа), будут применимы и для ДГС. Но в реальности, с учётом падений на диодных переходах и пр. Эти соотношения, будут несколько иными и одна из обмоток будет содержать дробное количество витков, что нереализуемо на практике, невозможно намотать например 11,83витка. Поэтому мотается 12витков, а разработчики потом вводят небольшую индуктивность последовательно с обмоткой ДГС, на которой будет падать некоторая часть напряжения, с целью - «подгонки Ктр.» под необходимое значение.
А не с целью - ухудшения кроссрегулирования между каналами, о чем предположил -Bulich. Хотя эта цепь возможно и ухудшает параметры регулирования, при определенных соотношениях токов в нагруках. Но позволяет получить выходные напряжения на выходе блока, в его номинальном режиме работы, в строгом соответствии с рекомендуемыми величинами.
В дешёвых блоках, на них экономят, что приводит к тому, что даже при номинальных токах нагрузки, некоторые выходные напряжения, уже имеют отклонения от номинальных значений.

В предварительном приближенном расчете- где я ошибся очередной раз?

Ошибки в расчетах нет. Но программа расчета рассчитала предельные значения, для заданных величин, и при Кзап.=50%, или Кзап.=25% - по Starichku. В реальности, если нет условия - экономии на материалах, можно увеличить значение витков, тем самым уменьшив размах индукции в сердечнике и его нагрев.
Вот прикинул в другой программе: для 66кГц, при Bm=0.2Т, требуется около 30витков, для преобразователя без ШИМ.
А если будет использоваться стабилизатор с ШИМ и Кзап.=50%, то этого количества витков будет вполне достаточно, с приличным запасом по индукции. Но определяющее значение будут иметь, именно количество витков вторичных низковольтных обмоток, от их соотношения, потом придется корректировать первичку.

я мотаю одну обмотку и потом диодный мост. Разница в сэкономленных диодах- так ведь?

на 4 диодах потерь в 2 раза больше, чем на 2 диодах.
а со средней точкой удвоенное количество провода окупается снижением потерь в диодах.

Тут все определяется также и номинальным значением выходного напряжения.
Для низковольтных источников, практичнее применить 2 диода и обмотку со средней точкой. А для 75В, проще поставить 4 диода. Относительные потери возрастут незначительно.

Например: ток нагрузки 2А при 5В, потери на диодах с прямым напряжением 1В будут.
- 4Вт при двух диодах, что составит 40% от потребляемой мощности в нагрузке.
- 8Вт при четырех, 80% относительных потерь, что очень существенно.
Для 75В это будет соответственно 2,7% и 5,4%, от мощности потребляемой нагрузкой, что уже не так сильно сказывается на КПД. Но для упрощения, я учел только статические потери, а нужно ещё учитывать и динамические. А в цепи 5В нужно использовать диоды с меньшим падением прямого напряжения – Шоттки.

[Starichok]

На ДГС Кзап около 50%, при номинальном напряжении в сети.

там да, там оба импульса складываются, и частота удваивается. но в расчетах трансформатора берется Кзап одного импульса.

при расчете, трансформатора, получил 2 витка для 5В, и 6 витков для 12В.

в итоге, после ДГС, получим 5 и 15 Вольт, или 12 и 4 Вольт, смотря что стабилизировать будем.

Когда, мне приходилось переделывать БП, то однажды заложил параметры родного трансформатора (Sc=1,2см^2, U1=150В, Bm=0.25Т, f=35kHz), в программу (IMPULS.XLS), и получил расчетное значение количества витков первички – 71виток, при фактических намотанных 40витках. Вот и вспомнил про Кзап, ведь 40 витков получались при Bm=0.45Т, а это уже перебор.

не правильны оба результата.
по поводу дополнительных мелких дросселей.
число витков во вторичной обмотке 7:3 = 2,333(3).
чаще всего в ДГС встречается число витков 30:13 = 2,3077.
примем по каналу 5 Вольт падение на Шоттки 0,6 Вольта. по каналу 12 Вольт стоят быстрые диоды, примем падение 1 Вольт. итого требуется соотношение 13 / 5,6 = 2,3214. то есть, весьма близко к соотношению витков вторичной обмотки.
но отношение витков в ДГС отличается от требуемого. полагаю, что эти мелкие дроссели служат для выравнивания напряжений.

[kozak]

не правильны оба результата.

Ну а где правильные? А то получается как в мультике – «А баба Яга всегда против».

в итоге, после ДГС, получим 5 и 15 Вольт, или 12 и 4 Вольт, смотря что стабилизировать будем.

Данные взяты, лишь в качестве примера без привязки к конкретным номиналам, чтобы пояснить суть, происходящего.

примем по каналу 5 Вольт падение на Шоттки 0,6 Вольта. по каналу 12 Вольт стоят быстрые диоды, примем падение 1 Вольт. итого требуется соотношение 13 / 5,6 = 2,3214.

Падение на диодах Шоттки, установленных в цепи 5В, при токе 5А, и температуре корпуса 40г. С -, находилось в пределах 0,390…0,405В, в зависимости от экземпляра (типа) диода. Проверялись несколько штук, из имеющихся в наличии. Так что соотношение, будет другим 13/5,42=2.4, а самое главное оно будет изменятся от тока нагрузки. И ещё нужно учитывать, и активное сопротивление обмоток. Возможно конечно, подбором применяемых диодов (падения напряжения на диодных переходах), и есть возможно достигнуть, необходимого Ктр. Но в большинстве случаев стремятся, применять с возможно меньшим падением, так как это, существенно влияет на КПД.

полагаю, что эти мелкие дроссели служат для выравнивания напряжений.

А разве я не о этом говорил, постом выше?