резонансный стабилизированнй блок питания на IR2520ds

[АККИМ]

Предложу Вашему вниманию резонансный стабилизированнй

блок питания на IR2520ds
Осталось у меня штук 20 от ушедших в историю люминисцентных
балластов
Удивился столько она может а используют IR2153
Данная схема не LLC а LCC
Что получилось ---- работает в диапазоне 180-240 сетевого напряжения
Кпд 93-96%
; Выходное напряжение- 25.2 вольта ;Ток- 2.15ампера
После диодов двухполярный выпрямленный синус как и у трансформаторных
блоков питания
: пульсации при полной нагрузке 17 мв пик-пик
отсутствие ВЧ выбросов практически вообще
;абсолютно не боиться КЗ в нагрузке режим топологии сварочников
Время реакции на изменение нагрузки с полной до 25% с частотой 20 герц
2.5-3 милисекунды
Разница выходного напряжения при этом менее 150 миливольт
;транзисторы на дюймовом полигоне платы имеют перегрев 5-6 градусов
градусов ;дроccель и трансформатор 10 и 15 градусов
соответственно диоды Шоттки без радиаторов 22 градуса
из за не совсем правильной компановки некоторые элементы греют друг друга
Непрерывно гонял его на полную нагрузку 5 часов
С НЕБОЛЬШИМИ изменениями можно увеличить мощность ватт до 75
Большую мощность можно получить с другими транзисторами и умощнив выход
IR2520ds


Все подробные расчеты в файлах Matcad

[АККИМ]

А можно подробнее про бирезонансный режим?

Offтопик:
Хотя по-моему весь интегрированный трансформатор LLC меньше по размеру и работает на меньшем токе, чем входной дроссель LCC.
А ведь в LCC ток проходит через 3 моточных изделия - дроссель, трансформатор, выходной дроссель.
Потери в меди и габариты - приговор этой топологии.
А ведь удельная мощность - это основное достоинство ИБП.

Можно

кратко это режим с включением при нуле как напряжения так и тока
Реализуется при достаточно стабильном напряжении питания с небольшими отклонениями
Представте себе индуктивность контура которая запасает энергию в момент Включения транзистора
а потом перезаряжает в момент дайд тайм формирующий Фронты конденсатор


Обычно этой энергии гораздо больше чем надо для разрядки конденсатора до конца
Поэтому индуктивность являеться источником тока для конденсатора формируя спадающие фронты
По смешанному синусоидально линейному закону (во перл выдал)

А теперь представте себе что дайд тайм и частота так же элементы формирующего разряд контура таковы
Образуют второй резонанс с периодом равным 4*Dtimt и фронты становяться кусками в четверть периода синус в идеале
Что в момент следующего включения синусоида приходит своим минимумом в момент включения
Тока через внутренний диод потерь на нем нет
При выключении потерь тоже меньше из за медленного начального нарастания фронтов по синусу
а на больших мощностях они могут быть сравнимы или больше потерь проводимости
как это точно реалзуеться знаю что кроме частоты меняеться дайд тайм по какому то закону
что то еще есть но не вкурсеприменение на мощных передающих подвижных комплексах
кпд более 98 % мощности более 3киловатт больше незнаю
как то сумбурно но извините как сумел

---------- Сообщение добавлено 02:13 ---------- Предыдущее сообщение было 01:58 ----------

ппотери в меди LLC не меньше вихревым токам которые в теле трансформатора образует индуктивность рассеивания тоже деваться куда то нужно вот они дополниттельно нагревают обмотку
я для себя делаю мне природная защита от КЗ; ВОЗМОЖНОСТЬ ОПТИМИЗИРОВАТЬ ОТДЕЛЬНО ТРАНС; ОТДЕЛЬНО ДРОССЕЛЬ ВАЖНЕЕ
ТЕМ ПАЧЕ У МЕНЯ КПД ОКОЛО 96% А В КИТАХ SТ LLC -91%
Я УЖЕ ВЫШЕ ВСЕ ПИСАЛ ЧТО LCC НЕ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОСТИ БЫТОВЫХ ПРИБОРОВ

[zoog]

Offтопик:
У драйверов нет макс. выходного тока; как и у всех КМОП-приборов, есть только вых. сопротивление (Rdson) и макс. мощность рассеяния. Цифры по току указываются при КЗ выходе и при работе на напряжение 4..5В ток будет в 3 раза меньше.

[АККИМ]

По моему люди не читают мои посты и вопрос опять и опять возвращаетьс к преимуществу LLC
Обьясняю еще раз и больше к этому впросу возвращаться не буду

Я ставлю отдельно дроссель и транс перегрев в среднем 10 градусов в моем LLC
Было гораздо больше я не помню на сколько удлиняеться
срок службы при уменьшении температуры на 5 градусов но на много
во вторых я более менее могу рассчитать температуру перегрева отдельно дросселя отдельно транса
а как на него влияет точно наличие не замкнутых на сердечник линий
т е потери индуктивности рассеивания в LLC я не знаю
и думаю не многие могут точно на это ответить
про КПД уже писал на максимуме и средине у меня ни как не меньше
а даже чуточку больше в китах фирм применяют на 100 ватт транзисторы
которые бы я поставил на 50-70 ватт
а потом громоздят их на радиаторы
про природную без всяких приблуд защиту от КЗ я писал
про стрессоустойчивость из за того весь первичный контур во всем диапазоне
работает с примерно одинаковым током удлиняет срок службы
все это для меня важнее чем массогабаритные показатели и работа
с большим кпд на холл ходу и на малых нагрузках
учитывая эти достоинства
я готов мириться с недостатками
если бы я хотел LLC Я БЫ ЕГО И СДЕЛАЛ тем более опыт есть
это мой крайний ответ больше дискутировать на эту тему не буду


По поводу тока драйверов я тут описываю в pdf
Что таким то током до такого то напряжения можно зарядить такую то емкость за такое то время
И естественно подставив в формулу до 5 вольт за тоже время можно зарядить емкость током
В 3 раза меньше чем до 15 вольт
И если пишут типичные значения выходного тока и времени в даташите то можно прикинуть нагрузку
(емкость)на выход драйвера
Тут путаница в терминологии но эта мысль и так понятна если внимательно читать что я там накорябал

[poddel]

ПОЛЬЗОВАТЬСЯ БУДЕМ RingFerriteExtraSoft
И ЕЩЕ PDF ПО ВХОДНОМУ КОНДЕНСАТОРУ ПИТАНИЯ В ДАЛЬНЕЙШЕМ ПРИГОДИТЬСЯ

Хорошо. Признателен.

---------- Сообщение добавлено 13:13 ---------- Предыдущее сообщение было 13:11 ----------

Тут путаница в терминологии но эта мысль и так понятна если внимательно читать что я там накорябал

Согласен. Для "беспроблемного" понимания всех всеми, необходимо придерживаться терминов даташита.

[zoog]

Offтопик:

я не помню на сколько удлиняеться
срок службы при уменьшении температуры на 5 градусов но на много

При химических процессах (электролиты и т.п.) - 2 раза на 10К, у полупроводников зависимость нелинейная и афаик если Т не более ~~80°С, то почти не влияет. У ферритов нагрев даже полезен, до определённой температуры) Медь тоже работает нормально до температуры разложения лака.
Кстати:http://tsya.ru/

[Alex]

я не помню на сколько удлиняеться
срок службы при уменьшении температуры на 5 градусов но на много

Вообще-то на "намного", а всего "вдвое", и не на 5 а на 10 - Закон Аррениуса.
Но при расчетах ИБЯ лично я никогда не учитывал это кроме как для электролитов, а уж магнетика - с нормальным ферритом и проводом класса F, перегрев 30-40С при амбиенте до 100С было вполне нормально. Для работы при более низких температурах, перегрев можно и до 50-60С допускать.
Для всего остального, достаточно не превышать допустимые производителем температуры, с запасом 10-30С (смотря для чего), чтобы обеспечить лайфтайм под сотню тысяч часов.

[zoog]

достаточно не превышать допустимые производителем температуры, с запасом 10-30С

Есть информация, что при температурах под 100°С корпуса усиленно гниют, да и полупроводники деградируют с не меньшим усердием.

[Alex]

Мы с таким не сталкивались.Деградация полупроводников теоретичеки конечно есть. Практически - не одна сотня тысяч наших девайсов работают годами. Не все конечно при амбиенте 80, но многие. Мы термозащиту обычно настраивали на Тс=95С.
Температура кристалла при этом не превышала если мне память не изменяет, 120С.
Ограничения ведь не с потолка брались, их считал, проверял и писал Правила использования компонентов целый отдел. И люди там в этом понимаю гораздо больше меня. Там целый список температур, напряжений, токов и т.п., для различных компонентов, и границы допустимости (процент от даташитовского номинала). На память конечно цифр не помню, я давно в другом месте и в другой области.

[АККИМ]

Выкладываю PDF расчету резонансного дросселя сделал только для 50 кгц и тольо для феррита N95

В конце 2014 года фирма Epcos совместно с компанией Лэпкос представили на российском рынке новый материал N95, характеризующийся близкой к линейной зависимостью потерь от температуры в диапазоне от Т=60÷100°С (рисунок 1), что позволяет достичь максимальной эффективности при неполной нагрузке и повысить КПД силового устройства. Отличительной особенностью нового материала также является высокая магнитная индукция, соответствующая 525 мТл при 25°С и 410 мТл при 100°С.
Измерения проводили на кольцах-свидетелях. Из графиков видно, что минимум потерь в сердечнике из силового материала N87 находится при 100°С. Для нового материала N95 минимальное значение, равное 310 кВт/м³, фиксируется уже при 80°С, что на 15 и 54% меньше, чем для N87.расчет резонансного дросселя на кольце с зазором.pdfNJ

ДАЛЕЕ БУДУ ПРИВОДИТЬ ПРИМЕР
*

[zoog]

считал, проверял и писал Правила использования компонентов целый отдел

Я сам не сварщик, слышал это от других людей. Объяснялось это в т.ч. испольхованием китайских (второй аутентичности©) компонентов, там на нормальной корпусировке экономят или попросту не умеют. А данные производителя тоже не эталон - например, светодиоды рекомендуют использовать при Т до 120°С, в реале уже после 70ти наступает ускоренное старение.

[АККИМ]

Я сам не сварщик, слышал это от других людей. Объяснялось это в т.ч. испольхованием китайских (второй аутентичности©) компонентов, там на нормальной корпусировке экономят или попросту не умеют. А данные производителя тоже не эталон - например, светодиоды рекомендуют использовать при Т до 120°С, в реале уже после 70ти наступает ускоренное старение.

ВОТ ЧТО Я ПОЛУЧИЛ НА СВОЮ ПОЧТУ


Еще, кроме химических процессов старения, есть физические. Например термоциклирование, очень часто происходит отказ полупроводников именно по этой причине.


Выдержка из книги Глудкин О.П. Технология испытания микроэлементов радиоэлектронной аппаратуры и интегральных микросхем

Термоциклирование является одним из самых жестких видов климатических испытаний и позволяет выявлять скрытые конструктивные дефекты и дефекты в технологии, допущенные при изготовлении изделий.

Нагрев и охлаждение полупроводников при большем диапазоне изменения токов нагрузки это и есть не что иное как термоциклирование.
Повышение температуры и термоциклирование является элементом испытания электронных приборов на ускоренное старение.

Моя жена окончила ВУЗ по специальности "материалы и компоненты твердотельной электроники" и как раз диплом был по термоциклированию. Она даже практику на предприятии проходила, и этим там занималась. Проводила термоциклирование кристаллов диодов для военки.



Как пример.
Мы на нашем предприятии делаем источники для гальваники, где ради экономии радиаторы выходных диодов греем под 90гр. Предельные режимы полупроводников не превышаем, где-то через год-полтора начинают возвращаться в ремонт около 2%. Начинаем разбираться - диоды в обрыве.

Разбираем корпус, все проводники оторваны от кристалла.
Сейчас увеличили радиатор и количество диодов.

В LCC ТОК ПЕРВИЧНОГО КОНТУРА МЕНЯЕТЬСЯ В РАЙОНЕ 20% ОТ ПОЛНОЙ НАГРУЗКИ ДО Х.Х ХОДА

[Alex]

Еще, кроме химических процессов старения, есть физические. Например термоциклирование, очень часто происходит отказ полупроводников именно по этой причине.

Для выявления этих проблем есть методики тестирования, от старой "Джон Саар" до современных HALT/HASS.

[АККИМ]

Выкладываю первую часть расчета блока на IR2520ds с выходом +/- 40 вольт мощностью 120 ватт

Print Scrin по трансформатору и инструкция по элементам контура в PDF


ТРАНСФОРМАТОР.docинструкция.pdf

[poddel]

Выкладываю первую часть расчета блока на IR2520ds с выходом +/- 40 вольт мощностью 120 ватт

Хороший вариант для примера. Подробности расчета впечатляют. Сам бы никогда не "сподвигнулся" учитывать рост потерь в импульсном трансформаторе с учетом эффекта близости.

[АККИМ]

расчет часть вторая

Итак-- расчитаем максимальный ток в контуре
и величину разрядной формирующей емкости


подставляем из предыдущих расчетов

в файл МАКСИМАЛЬНЫЙ И РАЗРЯДНЫЙ ТОКИ В КОНТУРЕ

Us=340v Q=1.36 n=3.37 fr=40870 fs=50000
Lp=0.535mH Cp=28.35nF
Iload=3a
В результате получаем пиковый ток Ilmax=2.3a
На основе этого вычисляеться разрядный ток
Далее меняя варьируя C (формирующая разрядная емкость)
Добиваемся чтоб время разряда не превышало 1.6 микросекунд
Так как дайд тайм 1.8 микросекунд минимум для IR2520ds

Запас берется из за того что к времени разряда
добавляется еще время выключения транзистора (50-150 наносекунд)
Берем С=10 нанофарад получаеться 1.91 микросекунд –много
Берем С=8.2 нанофарад получаеться 1.56 микросекунд –хорошо!!!
Итого получаем С=8.2 нанофарад на 1000в см выбор конденсаторов


Итак в результате всех расчетов имеем
Трансформатор первичка 64 витка индуктивность 16.11милигенри
Вторичка 19+19 витков индуктивность 1.42 милигенри каждая
Кольцо 29.5-19-14.5 N95
Резонансная емкость =31 нанофарад набранная из 3-х емкостей по 1000v
Разделительная емкость =310 нанофарад 400v
Резонансная индуктивность= 0.553 милигенри
Формирующая разрядная емкость= 8.2 нанофарад на 1000в

Продолжение следует

[zoog]

А что там с вых сопротивлением и стартовыми экстратоками?

[АККИМ]

А что там с вых сопротивлением и стартовыми экстратоками?

при изменении тока от хол хода 15ма до 2.15а напряжение выходное меняется около 0.12 вольта выходное сопротивление соответственно около 0.05ома
так как блок охвачен обратной связью
стартовых экстратоков нет -в чем и прелесть данной микросхемы -в момент пуска частота приблизительно в 2.5 раза больше минимальной
т е при низшем напряжении питания частота в районе 41 кгц а стартует где то с 94-95 кгц где характеристическое сопротивление контура достаточно велико и начальные токи контура очень малы
у меня есть осцилограмма в этой теме-- где видно что на рабочий режим она выходит за 2 секунды изменяя частоту с 95 кгц до 47.5 кгц

в родном применении это время было 0.75 секунд я просто увеличил емкость на 4 ноге в 3 раза

[poddel]

расчет часть вторая

Продолжение следует

Дальше - больше, "голова закипает". Признателен.

[АККИМ]

Дальше - больше, "голова закипает". Признателен.

часть третья
Рассчитаем входную емкость по питанию

Примем минимум сетевого напряжения 190 вольт- эффективное значение
Пиковое 268 вольт=Udcmin
Примем пульсации в 10% 242 вольта=Uinmin
Примем мощность 120 ватт=Pmax
КПД 0.95=η

Подставляя все это в файл Входной конденсатор по питанию
Получаем емкость 210 микрофарад
Выбираем электролит 220 микрофарад 400 вольт
Получилось где то 1.85 микрофарады на ватт в моем
Блоке 2.5 микрофарады на ватт просто были емкости по 68 микрофарад под рукой
Поставил 2 штуки

[poddel]

часть третья
Рассчитаем входную емкость по питанию

входную емкость рассчитали.