Jaki rdzeń do zasilacza impulsowego na IR2153

[timo66]

Witam
Chciałem wykonać zasilacz impulsowy na IR2135 , ale mam problem z doborem rdzenia. Moc na poziomie 15-20W. Chce możliwie mały rdzeń , ale żeby nie był też na styk. Jak na podstawie →TYCH← danych wyliczyć moc rdzenia.

[Aro]

Witam,
Chcesz mieć jak najmniejszy rdzeń, czyli powinieneś pracować przy jak największej częstotliwości. A to zależy nie tylko od tranzystorów, ale także od rdzenia, przydała by się karta katalogowa tych rdzeni. Żeby obliczyć nasycenie trzeba znać też maksymalną indukcję magnetyczną w tym rdzeniu (choć myślę, że bezpiecznie można przyjąć 50 - 100mT, ale im więcej tym lepiej)
Poza tym, do obliczenia przetwornicy warto wiedzieć jakie będzie napięcie wejściowe, a nie tylko moc.
Obliczenia nie są takie proste, a w dodatku w rzeczywistym układzie może się to różnić.
Na ślepo mogę ci tylko doradzić, że przy kluczowaniu 50-100kHz, możesz wykorzystać dławik z płyty głównej ATX, powinien sobie poradzić przy 20W, ale niczego nie gwarantuję.

[timo66]

Na razie zbieram informacje, docelowo ma to być "klocek" oświetlenia LED wykonane na kostce LM2672, więc napięcie minimum 15V max 20V prąd max 1A i częstotliwość około 50-70KHz. Nie wiem jeszcze jakie mosfety dam, bezpieczniej będzie bliżej 50KHz pracować niż 100KHz. To mój pierwszy układ impulsowy więc spodziewam się "problemów" przy większym f. Nie posiadam oscyloskopu więc ciężko było by szukać przyczyny.
Z gabarytami to też nie będzie aż taki problem , bo nie liczę każdego cm² więc rdzeń o wymiarach 5x5cm zamiast 3x3cm to raczej nie jest katastrofa, chce tylko uniknąć tego że w układzie będzie dziesięciokrotnie przewymiarowany rdzeń.

[Aro]

A więc chodzi o zwykłą przetwornicę obniżającą:) Tutaj sprawa jest dużo prostsza, ale po kolei. Indukcyjność dławika niech sobie wynosi 47uH. Prąd 1A, no to sprawdźmy jakiś dławik.
Weźmy pierwszy z Twojej listy: E13/7/4-3C90, rdzeń 3C90 wg karty kat.ma B=470mT dla temp =20°C i B=380mT dla 100°C.
źródło: www.ferroxcube.com/prod/assets/3c90.pdf
Reszta parametrów to: Al=700nH, Ae=12,4mm, liczba zwojów - L=N²*Al, więc N=8zwojów dla 47uH.
W przybliżeniu można obliczyć Imax ze wzoru:
I max = (Bmax * Ae) / (N * Al) = (380mT * 12,4mm²)/(8 * 800nH) = 736,25mA czyli trochę braknie. Co z tym zrobić? Można spróbować zmniejszyć indukcyjność dławika, ale z rozsądkiem. Dla 47uH maksymalne tętnienia na wyjściu wyniosłyby U=I*t/L = 1A*20us/47uH = 425mV, (o połowę mniej gdy współczynnik kluczowania wyniesie 50%). Nie jest to dużo, więc można zastosować mniejszą indukcyjność, powiedzmy 22uH, wtedy wystarczy nawinąć tylko N=√(L/Al)= 5zwojów, co pozwoli na przepływ większego prądu przez dławik.
Dla lepszego oszacowania Imax wypada też uwzględnić Le, czyli długość drogi magnetycznej, ale z tym jest trochę więcej zabawy:)
Polecam: www.edw.com.pl/pdf/2003/edw_2003_01_s64.pdf
Teoria teorią, a jak to w praktyce wyjdzie...? Ja z reguły korzystam z rdzeni "no name" i sprawdzam na oscyloskopie jak się zachowuje dany dławik, dlatego nie miałem okazji sprawdzić, czy te wzory są wiarygodne.

[timo66]

Wielkie dzięki Aro, bardzo rozjaśniłeś mi w głowie, jutro jeszcze na spokojnie policzę to dla różnych rdzeni. Jak by dać wiarę Wikipedii to będzie coś miedzy E15/E20.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Rdze%C5%84_ferrytowy

[Aro]

I o najważniejszym zapomniałem:/ Chodzi o energię magazynowaną w dławiku. Dla 20W i 50kHz ta porcja energii powinna wynosić E=P/f = 20W/50kHz = 400uJ. A z kolei podstawiając do wzoru E=LI²/2 prąd dla 22uH wyjdzie 6A Sztuczka ze zmniejszeniem indukcyjności też bezskuteczna, przecież im większa tym więcej energii można zgromadzić. Czyli nici z tego dławika. Musi być większy. Np. E42/21/15-3C90 i można wykonać dławik z większą indukcyjnością ze względu na duży Al. Powiedzmy 200uH. Liczba zwojów będzie wynosić wtedy 7 z groszami. Możesz oczywiście nawinąć dużo więcej, tylko szkoda znowu tracić na rezystancji drutu i koło się zamyka...
Teraz tak, dla 200uH maksymalny prąd będzie wynosił już tylko 2A.
I max = (Bmax * Ae) / (N * Al) = (380mT * 178mm²)/(7,1 * 3950nH) = 2,41A powinno wystarczyć.
A co do Wikipedii to podane jest dla 100kHz, ale i tak wychodzi E25, a z powyższego wzoru wynika że E42, pewnie znowu coś przeoczyłem/pomyliłem

[Jony130]

Tu jest fajna strona która pomaga w obliczeniach i doborze rdzenia
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html

[timo66]

Jestem po dniu liczenia i szukania. Wprowadziłem małe poprawki w układzie i ostatecznie wygląda to tak:

napięcie znamionowe =20V, prąd maksymalny =700mA , lecz nigdy na diodach nie będzie więcej jak 450-500mA. Wziąłem pod lupę taki rdzeń

Kod: Zaznacz cały

E16/8/5-3C90
Współczynnik indukcyjności AI 1100 [nH]
Objętość efektywna rdzenia (Ve) 750 [mm3] 
Przekrój efektywny rdzenia (Ae) 20,1 [mm2]

podstawiając do wzoru
I max = (Bmax * Ae) / (N * Al) przy liczbie zwojów =10 (380mT * 20,1mm²)/(10 * 1100nH) = 694mA

Podstawiłem dane jak w załączniku i przy 70KHz program podpowiada rdzeń E16/8/5, zwiększając częstotliwość do 100KHz pasuje nawet E13/7/4.
Jedynie co mnie dziwi że w tym programie obliczył mi liczbę zwojów na pierwotne 507 a wtórne 107 , czy mogę to podzielić po 10 i nawinąć 51 zwojów pierwotnego i 11 zwojów wtórnego?

Zamieszczam jeszcze wstępny schemat i mam kilka pytań odnośnie tego układu. Czy kondensatory C2 i C3 mają wystarczającą pojemność i jaką wartość powinien mieć C5? Reszta elementów powinna być w normie , gdyż wzorowałem się na kilku układach.


W najbliższym czasie zamieszczę kompletny schemat razem ze sterownikiem LED.

[Aro]

No to jednak transformatorek:) Wyniki podane przez program wydają się dobre.

Jedynie co mnie dziwi że w tym programie obliczył mi liczbę zwojów na pierwotne 507 a wtórne 107 , czy mogę to podzielić po 10 i nawinąć 51 zwojów pierwotnego i 11 zwojów wtórnego?

Nie możesz! Indukcyjność musi być ściśle określona dla takiego zasilacza, nie może być ani większa, ani mniejsza. Ale ciekawe dla jakiego rdzenia program podał 507zwojów? Bo chyba nie dla E16/8/5-3C90, skoro Al=1100. Jak łatwo policzyć L=507²*1100nH = 282,7mH, a podane jest 35uH. Coś dziwnie to policzone.
Zauważ jeszcze, że napięcie 230V po wyprostowaniu to jakieś 310V...

[timo66]

Witam
Może ja tego programu nie rozumie , albo czegoś nie doczytałem , ale liczba zwojów jest można powiedzieć "stała". Co jeszcze zauważyłem to dla rdzenia E13/7/4 ilość zwojów jest na poziomie 1100 na pierwotnym, natomiast przy E16/8/5 wynosi około 700, rdzeń jest zależny od częstotliwości i jak przy 50KHz musi być większy , ta już od około 80KHz może być ten mniejszy. Co do napięcia zasilania był mój błąd i niedoczytanie, w pomocy programu jest sugerowana wartość napięcia [ w europie ] około 360 - 400V. Jako że program liczy trochę nie konsekwentnie i wychodzą trochę dziwne wartości postanowiłem liczyć "na piechotę" - prosił bym o ewentualne sprawdzenie

Rdzeń na pewno kupie E16/8/5-3C90 , w ostateczności E20/10/6-3C90 ale tylko dlatego by zredukować ilość zwojów - chodź chyba nie będzie to konieczne.

Na schemacie miałem drobny błąd, który był nie taki błahy , zamieszczam poprawiony.


Najpierw obliczam liczbę zwojów uzwojenia wtórnego N=(Bmax * Ae) / (Imax * Al) N=(380mT * 20,1mm²178;)/(700mA * 1100nH)≈10. Domyślam się że wartość Al nigdy nie będzie te 1100nH [będzie jakaś szczelina powietrzna na rdzeniu], więc prąd będzie trochę większy niż zakładam. Niewiadomą jest również jaką przyjąć przekładnie Programik podpowiada max przekładnie =8 , ale mi to nie bardzo wychodzi. Jak by przyjąć 300V÷360/20V= 15÷18. Co daje 150-180 zwojów na pierwotnym, Ale czy takie połączenie kondensatorów C2 i C3 nie obniża napięcia o połowę? Indukcyjność wynosi L=N²*Al, L=10²*1100nH= 110uH. Pozostaje jeszcze grubość drutu, w programie podane wartości można powiedzieć są prawie stałe i wynoszą: dla pierwotnego 0,1mm a wtórne 0,5mm, więc powinno być ok.

[Jony130]

Dla pól-mostka z tego co mi wiadomo obowiązuję te same wzory co dla zwykłego transformatora. Bo w przetwornicach forward energię gromadzi dławik na wyjściu.

Więc wzór wygląda tak:
n = (U * 10^8)/(4.44*f*Bm*Qr)
gdzie:
n - liczba zwojów
U - napięcie [V]
f - częstotliwość [Hz]
Bm - maksymalna indukcja [Gs]
Qr - przekrój rdzenia
A dla przetwornicy mamy
n = (U * 10^8)/(4*f*Bm*Ae)
Bm to indukcję szczytową
Czyli 360mT=3600Gs to międzyszczytowa więc 180mT=1800Gs to szczytowa.
Wzór dla tesli i międzyszczytowej wygląda tak:
N = (U • 10^6)/(2•f•B•Ae)
gdzie:
U - napięcie zasilania w V
f - częstotliwość w kHz
B - indukcja międzyszczytowa w mT (360mT)
Ae - przekrój środkowej kolumny rdzenia w mm²

No i oczywiście w półmostku napięcie na uzwojeniu pierwotnym jest równe połowie napięcia wejściowego.

[timo66]

Szukając dokładnych wymiarów rdzenia trafiłem na note →E16/8/5, i teraz już wiem że program do liczenia transformatorów uwzględnia po prostu szczelinę powietrzną która powstanie w wyniku klejenia połówek rdzenia. Przeliczyłem wszystko na piechotę i mniej więcej się wszystko zgadza. Podstawiając wartości do tu podanych wzorów wszystko jest poprawnie do czasu aż rdzeń przestanie być brany pod uwagę w jednym kawałku. Przy sklejaniu rdzenia już przy szczelinie 70um AL maleje do 270-360nH. Jeśli by przyjąć że transformator nie będzie klejony tylko ściskany opaską i Al utrzyma się na poziomie 500nH, to na wtórne potrzeba 22 zwojów , a pierwotne 180. W rzeczywistości pewnie będę przynajmniej raz przewijać trafo, więc dalsze obliczenia to chyba gdybanie jeśli przy tak niewielkiej szczelinie mogą być takie zmiany.
Podstawiając do wzoru

n = (U * 10^6)/(2•f•B•Ae)

n=(160V * 10e6)/(2 * 80KHz * 360mT * 20,1mm²) =138 , więc na pierwotne wyjdzie 1129 , to ja tego nigdy nie upchnę na E16/8/5.


Help do programu

[Jony130]

No to dla ETD29 wychodzi 40zw na pierwotnym
A dla E20/10/6 ok 90zw.

[timo66]

Na razie nawijam drut 0,1mm na karkas do E16/8/5 wymontowany z zasilacza ATX - wychodzi około 50 zw. na warstwę. Nawinę te 667 i zobaczę co z tego wyjdzie, fajerwerków się nie spodziewam bo uruchamiać będę przez żarówkę 40W. Ja się nie zmieści to nie pozostaje nic innego jak większy rdzeń.

[M@ciej]

Witam.

Wtrącę kilka słów, jeśli można.

Robiłem już zasilacz na tej kostce, tylko na ETD44. Bardzo pozytywne wrażenia. Nie było większych kłopotów z uruchomieniem. Dla ETD 40-44 zwoje na pierwotnym to norma. na wtórnym zależnie od napięcia. Dla 12V wyszły mi tylko 2 zwoje. Rdzeń miałem 3C90 bez szczeliny. Kondensatory na wejściu w Twoim przypadku to 2x47uF/400V powinny wystarczyć a ten oznaczony C5 to 1uF.
Warto też dodać filtr na wejście 230V. Bez niego wzmacniacz podłączony do tej samej listwy zasilającej lekko gwizdał.