Calcul traf. SMPS (comutatie)

[Marian]

Salutari.

 

S-a discutat cu ceva timp in urma despre formula de calcul a trafurilor de comutatie, respectiv a B ( inductia ) care ar trebui pus in formula ( UT/BS ). Smilex de la bun inceput  precizat ca valoarea acestui B ar trebui sa fie exact cea gasita in graficul pierderilor, evident ca si eu am subscris la sugestia asta. S-a lansat la un moment dat ipoteza ca de fapt acel B ar trebui sa fie dublul celui gasit in graficul pierderilor, adica concluzionand numarul spirelor pe primar ar trebui sa fie de fapt jumatate din cate rezulta din varianta precizata de catre Smilex, mie ideea asta mi se pare cu totul si cu totul lipsita de realism, dar indiferent cat am incercat teoretic sa conving ca nu poate fi asa, nu am reusit, motiv pentru care azi m-am decis sa efectuez un test simplu pentru a ilustra si practic.

 

Am apelat la un push pull, configuratie mai usor de pus pe breadboard, si mai rapid de verificat, schema este:

 

Mosfetii sunt astia:

http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=NTB45N06

 

Am pus R2 la 220R pentru ca sa ma asigur de un timp mort bine definit. Traful este ETD39, nu am facut deloc secundare, am realizat doar cele 2 parti ale primarului. R10 are ca scop masurarea curentului de magnetizare cu osciloscopul. In fine sa trecem la rezultate, am masurat frecventa cu inculpatul aista:

 

Am gasit 39,5khz, pe traf, am testat intai cu 2x6 spire, aista e paianjenul:

 

Forma de unda de le R10:

 

Iata si formele de unda intre poarta si sursa mosfeti:

 

1

 

2

 

Am lasat montajul sa functioneze asa, dupa ceva timp temperatura capsulei mosfetilor s-a stabilizat undeva pe la 20*C, iar cea a miezului pe la 22*C, ventilatia evident e naturala, adica nu exista ventilator sa influenteze. Am folosit pentru alimentare sursa proprie de laborator de AICI, am reglat la 12V si am observat un curent de sarcina al montajului, indicat de afisajul sursei de cca 60mA.

 

Ok, pana aici e in regula, am desfacut traful si am rebobinat primarul cu 2x3 spire ( evident ca pentru simetrie am dat amandoua infasurarile in paralel avand apoi grija la fazare corecta ). Asa arata acum forma de unda de pe R10:

 

Dupa alt timp de functionare in configuratia asta, temperatura capsulelor mosfetilor s-a stabilizat undeva pe la 36*C, iar cea a miezului pe la 31-32*C ( oscila intre aceste valori ), in timp ce curentul de sarcina afisat de indicator-ul surse oscila intre 260-270mA.

 

 

Concluzia e simpla, folositi exact valoarea gasita in grafic, nu riscati saturatia sau in cel mai bun caz un traf fiebinte in gol, dublandu-o. Sau daca totusi o faceti, atunci e pe propriul vostru risc.

 

PS: La retea avem varfuri de +/-325V, dar nu spunem ca tensiunea este 650V, ci doar ca alterneaza cu plus/minus 325V fata de nul. Inductia spunem ca face plus/minus xT fata de abscisa. Testul de fata sper ca v-a lamurit pe toti suficient.

[UDAR]

Marian , pentru că sunt printre cei care au afirmat ”altfel” , mă simt obligat să intervin. 

1. Mai întâi - tu faci teste cu o bobină , noi am vorbit despre un transformator . 

2. Din testele tale rezultă că micșorând numărul de spire la jumătate scade inductanța la aproximativ un sfert și curentul de magnetizare crește de 4 ori . Perfect de acord. 

Cum legi tu asta mai departe de pierderile în miez și cum experimentul ăsta demonstreaza afirmația ta , îmi este absolut neclar . 

 

Am spus , la momentul respectiv . Ar trebui să poți măsura efectiv pierderile și să le compari cu graficele , ceea ce este complicat în regim de amator.

 

Dacă imi înlături nelămurirea mai intervin. Dacă nu, rămân cu aceeași senzație neplăcută că vorbim paralel unul cu celălalt . Îmi doresc sincer să lămuresc problema asta și sunt gata să recunosc dacă nu am dreptate . Nu am fost prea sigur , de altfel, multă vreme . Citind însă cam tot ce am prins în legătură cu subiectul am ajuns la ultima concluzie .

Apropo, m-ar interesa și cum comentezi afirmațiile - formulele din materialele pe care le-am postat la vremea respectivă.

Dar mai important , te rog să mă lămurești ce-mi scapă din experimentul tău.

Editat Aprilie 22, 2015 de UDAR

[Marian]

Si care este diferenta daca pun un secundar pe care evident nu-l folosesc, pentru ca nu ma intereseaza?

 

Apoi zau asa, tie ti se pare normal sa ai 270mA consum in gol de la un push-pull? Pe cuvant ca nu pricep, ce nu pricepi, am zis destul de simplu:

 

PS: La retea avem varfuri de +/-325V, dar nu spunem ca tensiunea este 650V, ci doar ca alterneaza cu plus/minus 325V fata de nul. Inductia spunem ca face plus/minus xT fata de abscisa. Testul de fata sper ca v-a lamurit pe toti suficient.

Nu-mi explic de ce ignori chestia asta, principiul asta... E prima daca cand pur si simplu nu pot fi de acord cu tine, pentru ca interpretezi gresit niste date, indiferent ce ai citit, pana nu faci un efort sa intelegi principiul elementar ce sta la baza acestei dezbateri, ei e destul de simplu, gandeste-te bine ce spui, adica tot ce s-a facut pana acum cu trafuri care se incalzesc cat de cat si in gol ( deci inductie maricica ) tu spui ca trebuiau de fapt cu totii sa dea doar jumatate de spire, nu e bine, pur si simplu nu are cum sa fie bine, si stiu ce spun, cred ca am mai zis asta, sursa forward cu 1 tranzistor ce o am la vanzare, la traf calculul se bazeaza pe valoarea exacta gasita in grafic, ( deci nu dublul ei ), si totusi traful in gol urca peste 30*C, nici nu vreau sa ma gandesc ce ar fi insemnat sa dau jumatate de numar de spire... ti-am aratat si cu calculul de la surse ATX ca valoarea bate destul de bine cu ce zice Smilex ( ca si mine de altfel ). Mai multe consider ca nu are sens sa mai insist. Fa o sursa cu conversie directa, completa sa zicem 30-35khz pe traf, cu B de 0,4T in formula, demonstreaza ca doar prin ventilatie naturala miezul se mentine in gol sub 30*C, si atunci o sa te cred si o sa-mi revizuiesc si eu convingerea, pana atunci eu insist pe ideea asta pentru ca e una testata si confirmata. Imi cer scuze daca supar ( jur ca nu asta mi-e intentia ), dar ce sugerezi tu da peste cap un intreg domeniu. Pur si simplu nu poate fi in regula sa spui ca e ok sa dai doar jumatate de numar de spire, si in esenta chiar asta spui tu.

 

Eu consider subiectul incheiat, cel putin pana la proba contrarie, si promit ca nu voi intretine o alta dezbatere pe aceasta tema.

[UDAR]

Pentru că tu consideri subiectul încheiat , îți respect decizia . Mă adresez deci altora care sunt poate interesați de subiect . 

 

1. Sunt dator cu o lămurire . Diferența între o bobină și un transformator - în discuția noastră, desigur - constă în faptul că , atunci când niciun tranzistor nu conduce ( în timpul mort ) capetele ei sunt în ”aer” , la bobină tensiunea crește extrem de mult , apar eventual oscilații ( se vede în oscilograme ) , se străpunge eventual MOSFET-ul ( nedistructiv , dacă energia este mică ) și astfel se ”descarcă” până la zero dacă timpul mort este suficient de lung . La transformator ( la semipunte , de exemplu ) avem o tensiune nulă pe secundar , aceasta înseamnă tensiune nulă pe primar adică variație nulă a curentului - bobina nu se descarcă ( cu excepția componentei de pierderi ) , curentul prin bobină respectiv fluxul rămân constante . E prima poză din postul #230. 

2. Nu am vorbit de forward cu un tranzistor , acolo părea că toată lumea e de acord că inducția variază de la 0 la Bmax și amplitudinea e Bmax/2 . În fine , eu vorbesc de cazurile cu variație bidirecțională a inducției - semipunte , punte , push pull.

 

EDIT  Am postat , si am editat pentru ca la o postare prea lunga am pierdut - apăsând aiurea - o bună parte . Scuze pentru asta .

 

3. Să facem un mic calcul pe exemplul de mai sus . Avem din formulă 0.2T respectiv 0.4T ( la 6 respectiv 3 spire ) . 

În interpretarea mea lucrăm cu 0.1T respectiv 0.2T 

Avem din grafic circa 25 respectiv 150mW pe cmc. Asta înseamnă 0.27 respectiv 1.75W pierderi pe tot miezul . Asta înseamnă o încălzire de 3-5°C respectiv de 18-28°C . Nu știm cât a fost temperatura ambiantă dar e evident că a fost sub 20°C - să zicem 18°C. Am obține deci 21-23°C cu 6 spire și 36-46°C cu 3 spire . Suntem în ordinul de mărime al cifrelor indicate . 

Cine dorește e liber să facă aceleași calcule la 0.4T ( graficele se opresc la 0.3T dar se poate extrapola ) și să vadă cam care ar fi fost pierderile la aceea inducție . 

 

Încă ceva . Curentul mediu măsurat de sursă înmulțit cu tensiunea reprezintă o putere care a fost debitată din sursă în circuit . O parte din ea o reprezintă aceste pierderi ( se mai pierde în tranzistori , in special în procesul de avalanșă de la absorbirea șpițurilor , în rezistență, etc.).

Să verificăm - putere debitată 60mA * 12V = 0.72W , pierderi estimate 0.27W respectiv 3W putere debitată , 1.7W pierderi estimate . Cifrele sunt consistente . 

 

 

Notă. Am luat limitele rezistenței termice a miezului ETD39 de 10-16 °C/W . Cataloagele indică 15-16 dar pentru o bobină completă . În acest caz suntem probabil mai aproape de 10 , răcirea fiind mai bună.

Editat Aprilie 22, 2015 de UDAR

[Marian]

Tu zici ca e normal sa se dea doar jumatate de spire, tu spui ca la majoritatea surselor ATX no name la care gasim primar de 38-40 spire, trebuiau de fapt sa fie 19-20 de spire, adica tu spui ca chinezul este mult prea generos... si chiar asta spui.... Pacat, mare pacat ca nu putem ajunge la un consens in acest subiect pentru ca din punctul meu de vedere esti unul dintre cei mai utili membrii de pe forum, si sunt pus intr-o situatie ingrata, sunt moderator la sectiunea mea preferata de pe forum, si trebuie sa sustin ceva ce stiu bine ca are acoperire, eu insumi lucrand cu valoarea din grafic, atat la semipunte cat si push pull, dar trebuie sa sustin o ideie impotriva unuia dintre utilizatorii pe care ii respect cel mai mult de pe tot forumul... in fine, nu tin sa am neaparat ultimul cuvant, dar tin cu tot dinadinsul sa evit urmari neplacute intre noi 2, asa ca o sa-i urmez si eu demersul lui Smilex si o sa ma retrag definitiv de la acest topic, lasand pe fiecare sa aleaga pe ce cale merge, valoarea simpla din grafic sau dublul ei, dar o va face fiecare pe propria raspundere.

[UDAR]

Marian , eu nu spun că trebuiau să fie 20 de spire în loc de 40 ci că la 40 spire inducția la care trebuie calculate / citite pierderile este jumătate din cea rezultată din formulă . E ca în exemplul tău cu tensiunea , eu calculez delta B de 0.4T atunci spun că am o inductie de 0.2T . 

Nu mă crede pe mine , crede-i pe cei care au făcut determinarea pierderilor ( căci graficele lor le folosim , nu ? ) . Scrie clar acolo că e ”peak” deci nu ”peak-peak” iar B este cu  căciuliță  adică e o amplitudine , o valoare de vârf. Iar formula ne dă delta B adică peak-peak.

Eu de fapt aici am avut singura nelămurire , până am înțeles de ce variază curentul de magnetizare ( și inducția respectiv ) așa cum variază, adică de la -B la +B în timpul ton , nu de la 0 la +B sau de la -B la 0 .

 

Cât privește verificarea practică , nu are sens să o fac eu - ai făcut-o tu. Urmărește calculele mele (aproximative , desigur ) și vezi dacă găsești vreo hibă . Dacă era ca tine , și inducția ( pentru determinarea pierderilor ) era 0.4T la 3 spire , lua foc. Ei bine , tu ne spui că n-a luat . Ce să mai demonstrez eu ? 

 

EDIT

 

OK Hai s-o luăm altfel . Sugerează tu o cale de a verifica - teoretică sau practică . Calea teoretică poate fi prin demonstrație sau trimitere la referințe. Calea practică poate fi prin analiza unor transformatoare/surse reale sau prin teste făcute de noi . Accept orice metodă ( cu condiția s-o pot duce la bun sfârșit ) , cu excepția , evident , a cedării doar așa , de dragul consensului pe care îl invocai . 

Accept inclusiv varianta stopării polemicii , am mai stopat-o de altfel odată și nu eu am redeschis discuția. Dar ar fi bine , și pentru noi și pentru forum , să tragem o concluzie.

Editat Aprilie 22, 2015 de UDAR

[nickrvl]

Dincolo de polemici care sunt si acestea destul de normale ca doar sintem oameni si nu "plante" subiectul este extrem de interesant insa probabil ca nu va fi dus la un bun sfirsit decit daca se vor construii efectiv doua surse identice dar cu trafuri diferite conform cu cele doua opinii, surse cu ajutorul carora se va stoarce maximul posibil din trafuri dar in sarcina, astfel edificandu-se "teoria corecta", probabil ca temperatura va face diferenta.

[iop95]

Cred ca polemicile se regasesc mai ales in politica sau la alti plimbatori de vorbe...

Aici, in tehnica cred ca e vorba de ipoteze / pareri / abordari diferite. Parerile diferite sunt binevenite pentru o analiza cat mai detaliata si din cat mai multe unghiuri.

Fisierul atasat sper sa lamureasca problema B - delta B; cred ca toata confuzia pleaca de la comoditatea de a scrie acel delta ca atare sau ca simbol (litera greceasca), in multe articole de specialitate.

 

PowerDesign.pdf

[UDAR]

Desenul de la pagina 4.4 explică ceea ce spuneai . Iar din formula (1) , dacă o rescriem , cu f = 1/T deci cu t_on = T/2 ( cazul ideal, fără timp mort ) și , respectiv

cu  deltaB = 2*B ( conform desenului ) obținem :

 

deltaB = E*ton*10⁸ / Ac*N ( cu Gauss, Volt, secunde , cmp)  

 

respectiv

 

deltaB = E*ton / Ac*N (cu Tesla, Volt, microsecunde, mmp ) .

 

Adică, formula mult pomenită dă deltaB , nu B. 

 

 

EDIT Un test practic , așa cum mulți colegi consideră a fi obligatoriu, ar implica măsurarea pierderilor într-un miez și compararea cu valorile publicate . Cu aproximațiile inerente s-ar putea vedea totuși care este interpretarea corectă . ( La dublarea lui B , menținând constantă frecvența , pierderile cresc de ordinul a  7 ori deci erorile de măsurare sunt ușor suportabile ) . Din păcate aceasta presupune cel puțin un Watt-metru de putere activă care să lucreze la zeci de kHz și un amplificator de putere care să poată furniza zeci-sute de VA putere aparentă și să poată disipa  zeci -sute de Watt , aceasta deoarece sarcina este aproape pur inductivă deci toată puterea ”trasă” din sursă se disipă în amplificator .

Nu-mi permit momentan ( ca timp și disponibilitate de lucrări practice în primul rând dar și ca și costuri în secundar ) să abordez această lucrare . De altfel ea nu reprezintă o prioritate pentru mine . Totuși , am în plan ( nu foarte apropiat dar s-ar mai putea analiza ) realizarea unui Watt-metru de ”audiofrecvență” care ar putea fi folosit și la acest experiment. 

Există și alte abordări - măsurarea cu osciloscopul - nu va conduce la cifre direct comparabile și ar putea lăsa în continuare loc de interpretări , măsurarea calorimetrică - sensibilă în condiții de amator , etc . Dar și acestea necesită amplificatorul cu pricina. 

O altă abordare implică folosirea unui semnal dreptunghiular , ceva mai ușor de generat - așa cum a făcut Marian în testul prezentat ceva mai sus  și măsurarea directă  (iar Watt-metru , se poate însă implementa o soluție cu detecție sincronă ) sau indirectă. Din păcate există diferențe între pierderile în sinusoidal și cele în dreptunghiular și echivalarea ar putea iarăși lăsa loc la interpretări.

Cine are propuneri concrete despre cum s-ar putea face - decent de simplu - aceste măsurători este binevenit.

Editat Aprilie 27, 2015 de UDAR

[Cortex]

Salutare, am cateva ferite folosite ca PFC , oare merge sa le folosesc ca transformatoare forward ?

[Vizitator]

Facem schimb. iti dau eu trafo forward atx daca nu ai dat jos sarma.

[Cortex]

Facem schimb. iti dau eu trafo forward atx daca nu ai dat jos sarma.

daca sunt de PC....am si eu cateva dar vroiam puteri mai mari , astea de PFC care le am sunt din niste invertoare care mergeau 5/7 zile continuu cu 2.5 ..3 kW si credeam ca le pot folosi ca trafuri ( sunt si toroidale, asta ma incantia si mai mult )

[Cortex]

Pana la urma am facut o proba in configuratie Push Pull si nu merge bine deloc,

[Marian]

Ce culoare au acele toruri? Nu cumva sunt de fapt pulberi de fier? Daca da atunci e normal sa nu poata fi folosite pe post de traf.

[Cortex]

Am albastre si negre, nu am spart nici una..inca, o sa sacrific una sa vad daca seamana a ferita