Optimizare transformator ferita caz practic

[ionut120v]

Astfel de proiecte DIY sunt mai ales pentru convertoare legate de sistemele de alimentare cu energie alternativa, cu puteri de la 1 la cativa kw, suficient pentru a alimenta o casa obisnuita cu energie electrica.

 

Pentru 2 kw un miez EE70 este suficient, materiale mai comune pentru ele sunt 3c90 si f3f ferite zinc mangan, se gasesc si variante chinezesti ieftine generice zinc mangan, tipul materialului nu e standardizat.

Aceste ferite pot fi utilizate de la 20-la 100khz, cu 50 khz merg majoritatea dar performantele difera in functie de tipul materialului.

 

Pentru cazul unui convertor forward cu redresare sincrona care functioneaza la 50 khz pe un astfel de miez, 20-30v /spira e OK, miezul se incalzeste cam la 35-50 grade in gol, depinde de calitatea feritei, cele ieftine chinezesti se incalzesc mai tare, daca punem mai multe spire pe volt se incalzeste mai putin in gol dar inductanta de scapari creste si pune mai mult stress pe semiconductoare, in plus transformatorul se mareste, cu 30v/spira/ 50khz e optim in full load, dar in gol pierderile pot merge pana la 20w.

 

O solutie pentru a reduce pierderile este sa marim frecventa cand merge in gol sau cu sarcina redusa, asta complica circuitul de comanda, sau o varianta cu doua etaje, primul convertor buck sincron, al doilea foreward sincron, in gol putem reduce tensiunea de alimentare a convertorului foreward, in felul asta miezul se incalzeste mai putin.

 

Din experinta personala pierderile pe un converor buck de 3kw cu inductor pe tor de sendust sunt caa 3w in gol, daca adaugam cu cei 5-8w pe convertorul foreward iesim mai bine decat cu convertorul foreward alimentat direct.

Editat Ianuarie 28, 2023 de validae
Forward, nu ,,foreward,,

[dumitrumy]

1 oră în urmă, ionut120v a spus:

convertor foreward

Iar ne omori d-le cu FOREWARD?

[Marian]

Cea mai " neinginereasca abordare" pe care am vazut-o la o sursa in comutatie...

Unde este optimizarea?

 

PS: @dumitrumy are dreptate, se zice "forward", niciodata "foreward".

Adica "e"-ul ala n-are ce sa caute acolo, ca ne murdarim la gura de inglis.

[sesebe]

Pt randament mai mare se utilizeaza variatia frecventei de lucru sau lucrul cu "pulse skiping", niciodata o striutocamila ca cea descrisa mai sus.

Pina la urma este vorba de convertorul DC-AC/50hz sau care convertor?

[ionut120v]

Mea culpa forward e corect.

Problema abordarii ingineresti este costul in bani si timp,  experimentul acesta e doar o variatiune pornind de la un design dat si masurat pierderea in gol si full load, pecum si analiza situatillor de defectare.

 

Am pornit de la un invertor PIP4048 care are un transformator similar (sunt doua mizuri ee55 suprapuse care au cam acelasi volum de material ca un miez EE70) acela  are doua spire pentru 48 v, dar consuma in gol caa 70 w, din care 15 sunt auxiliarele cu controlul, grosul restului e convertorul dc/dc.

Modulatorul sinusoidal ia doar 8 w in gol, deci convertorul dc/dc consuma mai mult de 40 w.

 

Invertorul scoate 4 kw in mod direct, dar pe baterie prin acel transformator de ferita scoate 3 kw.

 Astfel de convertor dc/dc are mai multe utilizari, nu doar la invertor, se poate folosi la chargere, solare, eoliene, generator, sau pentru realizarea unei baterii virtuale de tensiune mare.(transferul fiind reversibil).

 

Solutia multi stage ofera mai multa siguranta in functionare, convertorul buck e simplu de protejat si protectia e sigura, tehnic se poate realiza cu un singur driver cu protectie integrata.

 

Abordarea inginreasca consuma resurse si timp, in experimentul asta am bobinat transformatorul cu cate 4 spire, neingrijit a durat 10 min realizarea lui.

 

  Realizat pentru tensiunea de 120v nominal, am variat tensiunea cu ajutorul convertorului buck si am masurat pierderea in gol si sarcina nominala incepand de la 80v pana la 130 (bateria).

pentru 80v am obtinut 5w in gol si 50w pentru 1.5kw sarcina, pentru 130v am obtinut 20w in gol si 30w pentru 1.5kw 40 w pentru 2kw sarcina.

Daca lungesc si maresc transformatorul pierderile in semiconductoare cresc si se poate arde la variatii bruste ale sarcinii, e legat probabil de energia stocata in transformatorul respectiv.

 

Toata lumea folosete miezurile apoape de saturatie, asta se vede din crestea semnificativa a consumului in gol de la 80 la130v.

Oamenii de pe aici spun ca se poate dimensiona sa mearga mai lejer, dar m-am lovit de problema bubuielii, de ce aprope de saturatie nu bubuie si daca il las mai lejer bubuie cand decuplez sarcina?

 

Rezolvarea in alt fel pur si simplu nu merita daca in regimul descris mai sus nu bubuie asa ramane, singura modificare a fost doar transformatorul, restul circuitului a fost acelasi.

 

Un alt aspect, controlul cu pwm direct pe convertorul forward il predispune la bubuiala, pe cand controlul cu un convertor buck sau boost inainte sau dupa e mult mai sigur.

 

 

 

Editat Ianuarie 27, 2023 de ionut120v

[sesebe]

Sint o infinitate de motive pt care poate "bubui" asa cum spui tu. 

Ce măsurători ai făcut pe el, in ce fel și cu ce echipamente? 

Sa știi ca proiectarea propriu-zisă și realizarea practica nu reprezinta decit o foarte mica parte dintr-un proiect, și ca timp dar și la costul componentelor.

Grosul costului unui proiect îl reprezinta măsurătorile și  testarea în tot-felul de conditii, inclusiv EMC ceea ce la proiectele de amatori și majoritatea celor chinezești (nu toate) nu se intimpla și în amortizarea echipamentelor foarte scumpe utilizate la testare. 

 

În cazul tău ce măsurători ai făcut și cu ce echipamente? Un osciloscop pe 8 biți și 100-200Mhz poate pierde unele detalii esențiale pt siguranță funcționarii. Am avut un caz relativ recent în care cu un osciloscop pe 8 biți și 300Mhz nu am reușit sa găsesc spike-ul de tensiune foarte scurt și rapid ce defecta aleatoriu și fără nici un motiv Integratul controler dintr-o sursa ce funcționa pe la 450Khz. Abia folosind un osciloscop pe 12 biți, 1Ghz și sonde diferențiale de 500Mhz am reușit sa vad acel spike. După ce am rezolvat acea problema nu am mai avut nici un integrat controler defect fără un alt motiv cunoscut (scurturi în timpul testelor de exemplu). 

Tot folosind astfel de echipamente de top am reușit sa identific o problema în schema de aplicație a unui integrat, problema ce a dus la modificarea datasheet-ului integratului. 

Testele usuale nu le fac tot timpul cu astfel de echipamente. 

[ionut120v]

 am  8 bit 2 GS/s, problema este ca merge ok cu transformatorul mai scurt, in condtii dure, cuplat si decuplat sarcina mecanic, (se lasa cu arc), suporta si surge load, cuplat condensatoare destul de mari descarcate, varful de curent ajunge la 200a pentru sursa de 2kw la 150v.

 

Nu stiu din ce motiv un transformator mai lung predispune la functionare instabila, stiu de asemenea ca bucle de masa pe circuitul de comanda pot genera astfel de probleme, din acest motiv am ales o solutie mai scumpa  dar simplu de abordat intelectual, folosesc drivere pe fibra optica din plastic cu alimentare izolata pentru a elimina posibilitatea aparitiei unor bucle de masa pe comanda.

 

Abordarea asta a dat roade, nu mai am ringing pe comnda, iar la testul de fail in scurt definitv se arde destul de ok, nu mai bubuie driverele, cu sic mosfet e o simpla thermal failure, care nu distruge jonctiunea principala a dispozitivului si nu pune in scurt bara de alimentare.

 

Totusi pentru topologia pushpull cu transformator mai lung si factor de umplere relativ mic se comporta instabil, banuiesc din cauza puterii reflectate in acel transformator, in aceasta configuratie functioneaza mult mai sigur cu doua etaje, convertor buck si pushpull in regim de unda continua.

 

Cat priveste costurile e mai ieftin cu buck si pushpull in unda continua decat punte PWM, trei tranzistori versus 4.

Transformatorul poate fi mai scurt deci mai ieftin deoarece in gol functioneaza cu tensiune de alimentare mai mica.

,in plus protectia e simplu de realizat pe convertorul buck.

 

 

 

[sesebe]

Cum ai masurat 200A?

Cum/cu ce ai masurat comanda flotanta la tranzistoare?

Cu sonde 10x de osciloscop?

Cum ai facut osciloscopul flotant? L-ai luat in brate?

 

Tocmai am spus mai sus ca unele masuratori nu-i chiar asa de simplu de facut.

[ionut120v]

Am osciloscop cu acumulator si sonda diferentiala, dar din pacate e zgomotoasa.

 

Se poate masura si cu un sistem optic pentru fibra pentru 1Gbit/s in curent, trebuie o tensiune negativa la sursa flotanta pentru a avea curent prin led cu tranzistorul blocat, pentru a vedea tranzitiile negative, la sosire o fotodioda PIN prepolarizata, nu e musai foarte liniar, dar e foarte curat, viteza e suficienta.

 

Din pacate n-am tensiunea aia negativa si nu pot vedea tot, ce pot confirma este ca mizeriile de pe comanda se datoreaza in totaliate enegiei venita invers din circuitul de forta prin capacitatea drena poarta, cu sarcina pur rezistiva merge curat. cu ceva mici oscilatii datorate conductoarelor(la viteza aia pur rezistiv e doar o vorba), dar enerigiile sut atit de mici incat nu pun probleme.

 

 

curentul l-am masurat pe shunt pe single shot.

 

Am colaborat si eu la ceva deviceuri, ,,cascoda sic mosfet gan fet/sic jfet,, din pacate dioda structurala a mosfetului nu face fata rigorilor de comutatie ale unui dispozitiv widebandgap, din acest motiv sic mosfet-urile cu toate neajunsurile lor sunt mult mai populare decat cascodele.

Introducerea unei diode Schottky cu siliciu in paralel cu mosfet-ul schimba lucrurile in bine cu costuri minime.

Cascoda gan fet sic jfet are performantele asteptate, dar nu aduce cine stie ce beneficii, deoarece nu se pot obtine gan fet-uri de tensiune mica cu rezistente foarte mici comparabile cu ale mosfet-urilor cu siliciu.

Gan fet-ul se poate procesa prin tehnologia GAN on SIC pe acelasi chip cu sic JFET-ul.

 

Pentru cascoda SI MOSFET-GAN-FET deja au aparut variante procesate pe acelasi chip, cu tehnologia GAN on SI.(alea au sursa la substrat, cred ca sunt mai putin zgomotoase, urmeaza sa incerc, dar nu sunt chiar ieftine ca SIC MOSFET-ul)

 

Main stream raman sic mosfet-ul cu versiunea imbunatatita cu dioda sic schottky on chip la nivel de celula (scumpa, doar Toshiba au din astea) si gan fet-ul normal off,  am luate SIC BJT (acum nu se mai gasesc) si sic jfet normal on.

Editat Ianuarie 28, 2023 de ionut120v

[sesebe]

Citești prea multe și înțelegi prea puține. Ma refer la sursele în comutație și la componentele ce sint utilizate. 

[ionut120v]

Am cumparat cateva mostre din toate aceste deviceuri, folosesc sursele in comutatie in scop practic pentru sistemul solar.

curent folosesc sic mosfet si sic schottky.

 

Analiza mea se bazeaza pe cantitatile vandute din fiecare device, sic mosfet s-au vandut cele mai multe.

 

Proiectarea e al naibii de scumpa, din moment ce functionaza decent asa cum este, asa ramane, chiar daca s-ar arde tranzistorii la fiecare luna, tot ar fi mai ieftin decat mi-ati lua dumneavoastra pe un prototip, dar trazistorii sunt acolo de mai bine de un an si au transferat peste 1Mwh de energie, fara sa am o protectie dedicata, nu sta in puf, pornesc motorul direct pe ea, turatia fiind limitata doar de curentul care il ia bateria, auxiliara are un sic jfet la1700v, deoarece cu motorul in gol tensiunea trece de 600v, n-a bubuit nimic niciodata cu exceptia electroliticului de pe auxiliara, deoarece nu m-am agitat sa pun doua inseriate.

 

Din pacate si produsese de serie de calitate sunt foarte scumpe, daca vreau invertor de fabrica all SIC nu-si scote banii in veci,  piesele nu sunt chiar atit de scumpe.

Cred ca e un lucru bun refolosirea miezurilor, din pacate alte componente sunt uzate moral,

 

 

Editat Ianuarie 29, 2023 de ionut120v

[Marian]

Diodele SIC rareori merita, or avea ele VF mic dar au capacitati foarte mari ( mult peste silicoanele normale ) si-ti scot peri albi la snuberizare. 

Vorbesc din propriile experimente, nu din auzite, am incercat mai multe variante de diode SIC pana cand m-am lasat pagubas si-am pus tot silicoane, sunt sfinte vorba aia

 

[ionut120v]

Dioda sic schottky este 0 qrr, la fel ca dioda schottky normala, nu vorbesc de dioda sic P-N.

fiind de mare viteza au tendinta sa bruieze.

 

Dar compara qrr, sunt practic doua diode p-n una sic alta silicon.

 

https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/nthl020n120sc1-d.pdf

https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/fch041n65efl4-d.pdf

 

Sunt doua dispozitive similare,

De ce oare face lumea copack igbt sic schottky daca dioda respectiva are qrr mare?

 

De la acelasi producator IGBT sic schottky copack

https://www.onsemi.com/download/data-sheet/pdf/afghl75t65sqdc-d.pdf

 

Am testat  toate aceste configuratii inclusiv igbt cu dioda sic schottky (capsule separate).

 

Pentru @sesebe.

PR-ul pe EMEA la United sic este Cristopher Rockneanu, as putea spune un roman(are stramosi romani) asta e politica de PR prin state, pun oameni care au legatura cu regiunea care o reprezinta si bine fac.

N-am fost incantat de functionarea acestor cascode, dar le-am cerut un sic jfet de 5a la1700v capsulat single deorece se poate cascoda direct cu tny268 si similare au facut-o.

 

Asta si altele am luat de la gan systems  sunt foarte rapide dar nu prea folosesc, am nevoie la tensiune mai mare, am luat de la Genesic BJT-uri si mosfeturi la 3.3kv

[Marian]

6 minutes ago, ionut120v said:

Dioda sic schottky este 0 qrr

Da, stiam asta demult, dar eu vorbesc de capacitatile jonctiunilor, nu de timpii de recuperare!

 

Intelegi acum? 
 

[ionut120v]

Sacina totala stocata este Qrr+sarcina stocata in capacitate, in cazul circuitului semipunte/punte Qrr este problema, deoarece dispozitivul pereche trebuie sa descarce acea  sarcina avand tensiune mare la borne, practic tensiunea barei de alimentare (asta pune stress si incalzeste dispozitivul respectiv) sarcina stocata in capacitatea jonctiunii creste pe masura ce tensunea inversa creste, atinge maximul cand dispozitivul pereche este deja in saturatie.

 

Penrtru circuitele tip semipunte/punte 0 qrr este un mare avantaj chiar daca sarcina stocata in capacitatea jonctiunii e mai mare.

Pentru alte circuite poate nu conteaza atit de mult, o capacite mai mica poate insemna un avantaj.

 

Mosfet-rile noi de tip superjonctiune au Qrr foarte mare, nu merg in punte, Sic mosfet-urile au qrr relativ mic si merg, in plus se pot face 0qrr adaugand cate o dioda sic schottky, la fel is in cazul IGBT-urilor.

 

IGBT-urile nu prea rezista la dv/dt mare, nu merg in pushpull.

Sic mosfet-ul merge in toate topolgiile.

 

Inca nu sunt lamurit de ce nu merg cascodele sic jfet-si mosfet in punte, in alte topologii merg.

n-am incercat cascoda gan fet-si mosfet deoarece am muscat-o cu cea cu sic jfet, banuiesc e cam acelasi lucru.

 

Personal folosesc aproape exclusiv punte si semipunte, de cele mai multe ori cu redresare sincrona, pentru mine 0 qrr conteaza.

 

Intrebare pentru cunoscatori, de ce performeaza mai bine transformatorul cu redresare sincrona decat cu diode?

(se poate datora defazajului mai redus, comanda fiind realizata in faza din acelasi loc pentru toate tranzistoarele?)