Calcul traf. SMPS (comutatie)

[Marian]

Nu scrie.

[UDAR]

N-am înțeles clar unde nu scrie ( bănuiesc că în link-ul pus de Marian dar despre care .pdf e vorba , nu știu ) . Dacă se doresc explicații suplimentare postez , dacă nu , n-are rost.

[Marian]

M-am referit la faptul ca in topicul lui Smilex nu scrie ca rezultatul obtinut din grafic ar trebui sa fie diferit de cel ce se pune in formula, ci scrie explicit ca tocmai ala din grafic este si in formula, adica in exemplu se estimeaza un Bmax de 0,18T si in formula se pune 0,18T. Ce se vede in grafic este valoarea de varf a inductiei, nu varf la varf, ce exprimam in formula este inductia de varf, care are loc pe o jumatate din perioada, cursa varf la varf are loc pe intreaga perioada, dar in formula punem doar jumatate din perioada, adica timpul cat conduce un tranzistor, astfel incat si B trebuie sa fie cel de varf, adica ce se obtine in grafic.

[UDAR]

Am făcut două greșeli - îmi cer scuze . Mai întâi , la postul numărul 216 , din neatenție , eram cuplat  (de la alt subiect) pe forward cu un tranzistor . Pentru acel caz e valabil ce am spus . 

Apoi , la postul #223 am fost superficial . Nu e valabil ce-am spus cu de la B- la B+ , are dreptate Marian . 

 

Ideea pe care am vrut s-o subliniez era că valoarea Bpk din tabelele cu pierderi este o valoare de vârf, o amplitudine  iar valoarea pe care o parcurge inducția pe curba magnetizării este o valoare vârf-vârf.

Aplicând formula B = ton*U/(A*N) la o semipunte , de pildă, și luând tensiunea efectiv aplicată la bornele transformatorului - adică jumătate din tensiunea de intrare - obținem , desigur , jumătate din excursia inducției . Deci , corect , aceasta valoare o căutăm în tabele . 

Aplicând aceeași formulă la forward cu un tranzistor obținem toată excursia inducției - luăm deci jumătate din ea. 

 

https://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CB8QFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.ti.com%2Flit%2Fml%2Fslup126%2Fslup126.pdf&ei=dhITVeuKBNXhatGQgOgE&usg=AFQjCNFWTsAIEyn8t4Wd2B83n5z0ommd8Q&bvm=bv.89217033,d.ZWU

 

 

 

[UDAR]

Și totuși .... 

Imediat după postarea de mai sus m-am îndoit . Recunosc, punctul ăsta cu variația inducției în miez la convertoarele cu resetare în două cicluri ( half bridge , full bridge , push pull ) nu mi-a fost intuitiv niciodată. Esența , (legat de discuția cu B sau B/2 ) , este cum se face resetarea miezului - dacă se face în perioada de blocare a tranzistorului (tranzistorilor ) atunci ciclul urmator începe de la inducție zero și variația din formulă se produce într-un semiciclu deci pentru pierderi folosim B care reiese din formulă. Dacă resetarea se face în ciclul următor , atunci fiecare ciclu începe de la o valoare nenulă și variația calculată prin formulă are loc în două semicicluri consecutive și atunci amplitudinea ( valoarea pentru pierderi ) este jumătate .

De aceea am mai citit . Tot ce am citit conduce la ideea că de fapt aveam dreptate la postul #223 (!?)

Pentru că , evident , nu sunt de loc sigur , pun aici ceva materiale să vă dați cu părerea - îmi voi permite să pun capturi să nu vă trimit la link-uri .

 

Prima captură se vede de unde e , a doua e din AN9506 a Intersil din 1995

Editat Martie 27, 2015 de UDAR

[iop95]

A mai fost discutia cu B vs delta B. Revin cu acelasi raspuns.

In cazul in care curentul prin traf are un singur sens, inductia are evident un singur sens si atinge o anumita valoare B; in acest caz variatia inductiei (cea care conteaza in fapt) delta B = B - 0, adica B; daca insa curentul este alternativ atunci delta B = B - (-B) = 2B, (pentru simplitate se presupune un curent simetric, deci cele doua valori opuse ale inductiei sunt in principiu egale in valoare absoluta). De aici apare confuzia B / delta B... Evident ca in cazul curentului alternativ, utilizarea miezului este mult mai buna (permite o excursie dubla a inductiei si resetare "naturala" a componentei remanente).

Formula vine din legea inductiei electromagnetice: e=- n x delta B/delta t; particularizand pt. primarul unui traf in comutatie: V1 = n1 x delta B / ton; functie de topologie delta B poate fi egal cu B sau 2B.

[UDAR]

Ceea ce scrii tu e clar și acceptat de toată lumea . Problema era următoarea : Aplicăm formula B = t_on*U/(N*A) la un half bridge ( de exemplu ) . Ce obținem ? Amplitudinea lui B (valoarea de vârf) sau deltaB ( valoarea vârf-vârf) ? Căci în citirea pierderilor este folosită valoarea de vârf. 

Concret , half bridge cu f = 50kHz ( T = 20µs) , t_{on_max} = 9µs Umin = 150V , N = 45 spire , A = 1.5 cm². Rezulta B = 0.2T . Ce valoare folosesc pe graficele cu pierderile ? .2T sau 0.1T ? Asta era dilema . Acum sunt tot mai convins că 0.1T.

 

Nedumerirea mea era dată ( pe lângă lipsa unei analize serioase ) de faptul oarecum contraintuitiv că , pe perioada cât ambele tranzistoare sunt blocate , curentul de magnetizare este constant dar nu zero - și fluxul asemenea . 

 

O altă exprimare ar fi că pe durata lui t_on are loc toată excursia lui B pe curba de magnetizare , indiferent de topologie . Deci din formulă iese întotdeauna deltaB. De topologie depinde doar dacă această excursie este de la 0 la B sau de la -B la +B.

Editat Martie 27, 2015 de UDAR

[iop95]

In formula B = t_on*U/(N*A), B este de fapt deltaB iar functie de topologie este egal cu B sau cu 2B (considerand simetrie perfecta). Faceti abstractie de prima semiperioada, intuitiv ar parea ca inductia pleaca de la zero si ajunge la B si asta ar fi si variatia totala (delatB). Analizati dupa o perioada care-s tensiunile, curentii si inductia in miez.

Pe exemplul dat, half bridge, daca simplificam si consideram ca nu exista timpi de garda si factorul de umplere e 50%, avem o unda dreptunghiulara simetrica care in mod ideal produce un curent triunghiular simetric iar inductia variaza in intervalul ton de la +B la -B si invers (din cadranul I in III si invers). Deci 0.2T e deltaB, care in acest caz este 2B, astfel valoarea de varf a inductiei este 0.1T; aceasta valoare se foloseste in citirea pierderilor. Se observa ca topologiile ce folosesc ambele cadrane ale ciclului magnetic au un avantaj major in ceea ce priveste eficienta utilizarii aceluiasi miez.

[nickrvl]

Asta inseamna ca in particular pentru Forward  cu doi tranzistori B = t_on*U/(N*A) si nu 2B, corect?

 

Si mai am o nelamurire pentru tensiunea secundara care se ia in calcul la un transformator in topologie Forward folosit intr-un invertor de sudura, acesta fiind o sursa cazatoare tensiunea in gol este undeva pe la 75V iar in sarcina undeva pe la 24V, care din aceste tensiuni se ia in calcul?

[smilex2]

B=U∙t/(S∙N)

Pentru a intelege mai usor, presupunem U=Umin si implicit, t=T/2 ignorand deadtime-ul. Precizam Bv=inductia de varf (cea din grafic) si ∆B=Bvv=inductia varf la varf.

Din formula se obtine atat Bv cat si ∆B daca in formula introducem si timpul aferent procesului. Adica pentru Bv timpul este T/2 iar pentru ∆B timpul este 2∙T/2=T. Matematic, egalitatea se pastreaza in ambele cazuri, dar lucrul cu Bv este mai usor de interpretat si aplicat.

[UDAR]

Cu tot respectul , sunt de acord doar cu prima jumătate a postării ( dacă am înțeles corect ) .

La o semipunte - că de aici a pornit discuția - cu T perioada semnalului pe transformator - să zicem 20µs adică 50kHz avem ,  la tensiunea minimă și ignorând dead time -ul ,   t_on = T/2 = 10µs. În aceste 10µs inducția variază de la -B la +B . În următoarele 10µs variază de la +B la -B . Deci ∆B se realizează în T/2 nu în T .

A se vedea Captura 1 din fișierele atașate de mine mai sus ( post #230) pe care am ”simțit-o” destul de greu , dar am priceput-o în cele din urmă.

[iop95]

O explicatie mai clara este data la https://www.onsemi.com/pub/Collateral/TND350-D.PDF - pag. 15 si exemplul practic de la pag. 49, unde se precizeaza ca (ΔB is twice the B shown on the core loss curves).

O alta problema esta ca majoritatea graficelor cu privire la pierderi vs B sunt date pentru unda sinusoidala... care e departe de ce se intampla in smps.

Fisierul eh1 arata un mod mult mai corect de abordare a acestei probleme.

eh1.pdf

[Marian]

Nu cred ca se indoieste nimeni ca deltaB este dublul Bv, dar nu asta este problema disputata, ci care B il punem in formula, Bv sau deltaB? Din punctul meu de vedere nu poate fi decat Bv, adica inductia de varf. Analizati pas cu pas ce se intampla pe traf, porneste T-HI, pe traf apar +xxV, dupa un timp inductia in miez atinge o valoare +Bv ( de varf ) in functie de timpul cat se mentine acea tensiune, este Ton, adica T/2, dupa ce acesta expira T-HI se blocheaza, tensiunea pe traf ajunge la 0, deci si inductia o data cu ea scade la abscisa, apoi se comuna T-LO si pe traf apar -xxV, inductia creste si ajunge dupa timpul Ton la -Bv, dupa ce se expira Ton pentru T-LO acesta se blocheaza, tensiunea pe primar ajunge iar la 0 si inductia iarasi revine la abscisa, si pleaca semialternanta urmatoare de la 0 spre Bv, adica Thi+Tlo=T, (-Bv)+(+Bv)=deltaB, deci ton de jos plus ton de sus fac un ciclu cu o variatie deltaV de dublul tensiunii de la fiecare Ton, ce are loc pe intreaga perioada, inductia creste la +Bv pe Ton de sus si la -B pe Ton de jos, deci pentru jumatate de perioada este valabila jumatate din deltaB, pentru perioada intreaga este valabila deltaB. Daca ignoram timpul mort cosinderandu-l 0 atunci lucrurile devin chiar mai simple de ilustrat. Presupunand o situatie in care Bv este sa zicem 0,2T si deci deltaB este 0,4T, aceasta nu are loc o data cu variatia tensiunii pe traf de la +xxV la -xxV, adicaz sa zicem ca T-Hi se blocheaza si nu avem timp mort, deci instantaneu apare T-LO activ, deci tensiunea se comuta instantaneu de la sa zicem +150V la -150V, inductia insa nu se modifica la fel de instantaneu, ci se reseteaza miezul si dupa ce trece Ton apare si valoarea Bv, acei 0,2T, este daca vreti ilustrativ o variatie rampa, adica inductia scade brusc la abscisa dar apoi creste treptat pe tipul Ton pana la Bv, apoi iarasi scade brusc o data cu blocarea tranzistorului care a fost activ si apoi iarasi creste treptat pana la Bv... Nu stiu daca se intelege ceva din ce zic si nici cat de corecte sunt analogiile mele, dar cam asta ar fi principiul tocmai pentru ca inductia depinde in mod direct de timp.

[UDAR]

 Analizati pas cu pas ce se intampla pe traf, porneste T-HI, pe traf apar +xxV, dupa un timp inductia in miez atinge o valoare +Bv ( de varf ) in functie de timpul cat se mentine acea tensiune, este Ton, adica T/2, dupa ce acesta expira T-HI se blocheaza, tensiunea pe traf ajunge la 0, deci si inductia o data cu ea scade la abscisa, apoi se comuna T-LO si pe traf apar -xxV, inductia creste si ajunge dupa timpul Ton la -Bv, dupa ce se expira Ton pentru T-LO acesta se blocheaza, tensiunea pe primar ajunge iar la 0 si inductia iarasi revine la abscisa, si pleaca semialternanta urmatoare de la 0 spre Bv, adica Thi+Tlo=T, (-Bv)+(+Bv)=deltaB, deci ton de jos plus ton de sus fac un ciclu cu o variatie deltaV de dublul tensiunii de la fiecare Ton, ce are loc pe intreaga perioada, inductia creste la +Bv pe Ton de sus si la -B pe Ton de jos, deci pentru jumatate de perioada este valabila jumatate din deltaB, pentru perioada intreaga este valabila deltaB. Daca ignoram timpul mort cosinderandu-l 0 atunci lucrurile devin chiar mai simple de ilustrat.

Tocmai asta e problema . Tensiunea e zero , cum bine zici, deci dB/dt e zero , deci inducția rămâne constantă până se deschide T-LO !

 

PS Inducția urmează curentul de magnetizare , cum acesta nu poate varia brusc , cum explici variația inducției când ignorăm timpul mort ? 

Editat Martie 28, 2015 de UDAR

[Marian]

Am editat ulterior postarea anterioara, mai adaug:

 

Cu verde forma de unda a tensiunii iar cu albastru variatia inductiei asa cum o vad eu pentru situatia mentionata in care nu exista timp mort.