Dilemă la o sursă ,,buck,,

[trigger]

Salut!

Am o dilemă la un ”Buck-converter”:

respectiv nu înțeleg care ar fi valoarea de vârf și valoarea efectivă a tensiunii de ieșire, pentru că valoarea și efectul condensatorului nu apare nicăieri. Se poate elimina?

 

Se poate calcula o valoare minimă a condensatorului sau nu contează?

Editat Aprilie 6, 2022 de trigger

[ratza]

Salut. Sigur că se poate, valoarea condensatorului e: C = I_sarcină * T_S / U_riplu

Acum 2 ore, trigger a spus:

respectiv nu înțeleg care ar fi valoarea de vârf și valoarea efectivă a tensiunii de ieșire, pentru că valoarea și efectul condensatorului nu apare nicăieri.

Asta pentru că problema pleacă de la premiza că valoarea de vîrf e egală cu cea efectivă, adică nu ai riplu.

[trigger]

Mulțumesc,

asta însemnă că în realitate, prin ”uscarea” condensatorului în timp, încălzire excesivă sau oxidarea conexiunilor acestuia, tensiunea de vârf (care poate atinge sute de V la intrare) va distruge în mod cert componentele din sarcină, la acest gen de sursă?

Prin depășirea tensiunii de străpungere, evident.

Editat Aprilie 6, 2022 de trigger

[validae]

Nu se va întâmpla practic asta, fiindcă toate sursele corect concepute au un ,,feedback,, adică tensiunea de la ieşire influenţează funcţionarea comutaţiei sursei, fie prin reducerea timpului de conducţie a tranzistorului comutator, ori a frecvenţei de comutaţie, în sensul menţinerii tensiunii de ieşire la o valoare constantă.În cele din urmă, uscarea condensatorilor (creşterea ESR) va duce fie la încetarea completă a funcţionării sursei, fie la funcţionarea ei în impulsuri scurte, fapt ce va duce la oprirea funcţionării consumatorului.Aparatele cu microcontroller se blochează primele în cazul descris, fiindcă logica le e afectată de această funcţionare în impulsuri sau cu riplu mărit.

[dumitrumy]

[trigger]

10 hours ago, ratza said:

valoarea condensatorului e: C = I_sarcină * T_S / U_riplu

 

3 hours ago, validae said:

prin reducerea timpului de conducţie a tranzistorului comutator, ori a frecvenţei de comutaţie

Nu prea înțeleg: în formula de mai sus @ratza (T_s) implică premiza unei frecvențe fixe, variabila fiind curentul I_sarcină, nu și frecvența, doar factorul de umplere.

 

Le eventuala ”uscare” a condensatorului de ieșire ar crește riplul, respectiv tensiunea de vârf, la aceeași valoare de tensiune efectivă stabilizată.

Nu?

 

P.S. ”Treaba” asta am observat-o la banalele becuri cu LED pretinse ”long-life”, unde se topește și plasticul de pe condensatori iar aceștia se umflă și ... plici. Probabil intenționat astfel ”proiectate”, pentru consum.

Bine, astea au stabilizatoare de curent, nu de tensiune însă efectul este același. ”plici”.

 

Editat Aprilie 6, 2022 de trigger
completare

[validae]

Până la urmă e o discuţie pur teoretică sau implică şi o sursă reală ? Că sursele reale, dacă au frecvenţa de comutaţie fixă, îşi modifică factorul de umplere pentru stabilizare.

Dacă au factorul de umplere constant, îşi modifică frecvenţa.Ceva trebuie să se modifice pentru compensare, altfel tensiunea de ieşire nu va putea fi menţinută stabilă la sarcini variabile sau tensiune de intrare variabilă.Ca să te convingi, ia un caz real de sursă în comutaţie şi ormăreşte funcionarea în diverse regimuri.Apoi simulează un ESR mărit şi vezi ce se întâmplă..

[ratza]

Frecvența de comutație nu variază, doar factorul de umplere. Am pus cazul cel mai defavorabil: o perioadă. Tensiunea de riplu o alegi cît vrei să fie.

 

Exemplu concret: știu că frecvența mea e de 100kHz și vreau un riplu de maximum 50mV cînd sarcina trage 1A. Perioada e de 0,01ms => C = 1A * 0,00001s / 0,05V = 0,0002F = 200uF.

[trigger]

42 minutes ago, validae said:

Până la urmă e o discuţie pur teoretică sau implică şi o sursă reală ? ...

Reală (am editat postarea anterioară). Am avut curiozitatea să fac o ”disecție” pe câteva exemplare (foste becuri LED).

Sunt prevăzute (unele) și cu o rezistență fuzibilă serie pe alimentare pentru a nu produce incendii.

40 minutes ago, ratza said:

Frecvența de comutație nu variază, doar factorul de umplere. Am pus cazul cel mai defavorabil: o perioadă. Tensiunea de riplu o alegi cît vrei să fie.

 

Exemplu concret: știu că frecvența mea e de 100kHz și vreau un riplu de maximum 50mV cînd sarcina trage 1A. Perioada e de 0,01ms => C = 1A * 0,00001s / 0,05V = 0,0002F = 200uF.

Da, așa este normal, frecvență fixă la sursele serioase.

Astea însă (LED) nu au nici măcar un filtru anti-radiație în rețea, probabil că pentru a împiedica seara (sau la aprindere) orice recepție radio AM.

 

P.S. Totuși, acel riplu, nu ar trebui să fie un procent din valoarea efectivă a tensiunii sursei?

Ca și deriva termică?

Editat Aprilie 6, 2022 de trigger
completare

[Mircea]

Daca nu e clar din formula si calculul exemplu, riplul depinde de consum (curent) si de valoarea condensatorului. 

[trigger]

Formula ar fi clară, iată însă specificații de producător privind riplul (funcție de tensiune):

 

https://www.tme.eu/Document/cf4e53213c1e2773ea9e73d82cdd4c5a/HRP-75-SPEC.PDF

(RIPPLE & NOISE, LOAD REGULATION +/-2% la 5V, +/-0,5% la 15V)

 

Nu?

@Mircea

Editat Aprilie 6, 2022 de trigger

[Mircea]

Nu, riplul il alegi cat vrei tu sa fie. Nu stiu care sunt standardele pentru surse de tensiune, dar desigur stabilesc niste valori maxime.

 

Acuma, ca standardul zice (sa zicem) ca sa fie maximum 2%, dar tu proiectezi pentru 1%, asta doar iti mareste costul de productie sau o faci special pentru un anume tip de sarcina. Unele sarcini vor 2%, altele 0,2%, etc. D-aia si oferta variata de pe piata.

[dumitrumy]

Acum 10 ore, trigger a spus:

Formula ar fi clară, iată însă specificații de producător privind riplul (funcție de tensiune):

ce treaba are riplul cu factorul de stabilizare?

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

Acum 11 ore, validae a spus:

Dacă au factorul de umplere constant, îşi modifică frecvenţa.

Factorul de umplere este adimensional, este raportul intre timpul de conductie si perioada. Formula la BUCK este simpla, Vo=Vin x DELTA(factor umplere). Nu intra nicio frecventa in ecuatie, sursele cu frecventa libera au acelasi DELTA ca si cele cu frecventa fixa la ceeasi Vin si aceleasi date de iesire.

Sunt mii de pagini pe net despre SMPS, cu formule de la simpliste pt introducere pana la cele mai complexe. Plus ca toate simulatoarele au acele formule, sunt gratuite si usor de folosit. Dupa 60 ani de istoria SMPS mai punem intrebari simple, toate sursele in comutatie se bazeaza pe elementele reactive de acumulare, bobina si condensatorul studiate in liceu. Bobina se opune variatiei de curent prin ea, condensatorul se opune variatiei de tensiune la bornele sale. Din balanta transferului de energie intre ele si catre sarcina rezulta functionarea cu iesire in DC a tuturor surselor in comutatie. Cu varianta eleganta a surselor cu rezonanta.

I-am pus special simularea cu un condensator "uscat" (nu exista surse intalnite in mod curent cu 6uF-poate la zeci MHz, dar cu 6R ESR, niciodata!) dar a trecut in pasi de dans peste acea postare. Acolo se vede ca tensiunea medie corespunde tot factorului de umplere apropiat de 0,5, condensatorul "uscat" ducand la cresterea riplului peste 2V.

Un exemplu de calcul luat in 2 min de pe net:

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

Atentie! R din formula este ESR.

[trigger]

1 hour ago, dumitrumy said:

Nu intra nicio frecventa in ecuatie, sursele cu frecventa libera au acelasi DELTA ca si cele cu frecventa fixa la ceeasi Vin si aceleasi date de iesire.

Mulțumesc tuturor pentru disponibilitate și răspunsuri și îmi permit să-l amintesc pe Murphy care zicea că un gram de practică valorează cât un kilogram de teorie 

 

Mă întorc la fenomenul fizic, pentru a nu mă rătăci excesiv în ”pădurea” cu formule (incerte) și justificări în neconcordanță cu realitatea tehnică.

Energia înmagazinabilă într-o bobină este limitată dimensional și există un timp minimal în care această bobină poate ajunge spre saturația miezului său magnetic. Aceste surse (TME) nu sunt oscilatoare autoblocate (”blocking”) ca la ”Blitz” cu frecvență liberă ci SMPS (Switched Mode Power Supply).

Având ”capacitate” energetică mai mică, bobinele mai mici trebuie ”încărcate” mai des (pentru același transfer energetic), respectiv cu frecvențe mai mari, nu este nimic foarte liber aici. Respectiv există un ”Dwell Time” minimal sub care nu se acumulează suficientă energie, fie la ”buck” fie la ”boost” converter.

În ce privește o prevenire la eventuala ”uscare” a condensatorilor de ieșire, sursele în comutație (industriale) TME sunt prevăzute cu un circuit special ”OVP” (Overvoltage Protection - shut down), circuit pe care alte ”surse” nu îl conțin.

Nu?

 

 https://www.tme.eu/Document/cf4e53213c1e2773ea9e73d82cdd4c5a/HRP-75-SPEC.PDF

 

 

 

Editat Aprilie 7, 2022 de trigger
completare

[dumitrumy]

Raspunsul cu frecventa libera era pentru &validae, nu are nicio legatura cu documentul de la TME.

Vrei o aproximare de riplu? Masori componentele si le pui in simulator. Nu ai incredere, demonstreaza ca foloseste "formule incerte".

Editat Aprilie 7, 2022 de ratza
Se poate şi fără aciditate?