Вещество в HV поле

Diant

расчет транса http://vcoder.flyback.org.ru/papers/trans_calc/trans_calc.html

Прекрасная статья, люблю такие. Прочитал и буду пользоваться. Только выигрыша при подъеме частоты в моем случае пока не вижу. Рассуждаю так.

Берем транс известной геометрии. Поднимаем частоту в 10 раз (с 16 до 160 кГц).
Теперь можем прокачать через него в 10 раз больше энергии (чего раньше не знал).

Дальше. Выходное напряжение у меня должно остаться фиксированным, значит в 10 раз возрастет ток в выходном контуре - и в 10 раз возрастет раскачаваемая в нем энергия.
Но постоянно закачивать ее туда нам не нужно. Есть добротность, поэтому нам нужно закачивать туда только энергию, эквивалентную активным потерям в выходном контуре.
Если бы эти потери выросли только пропорционально приросту тока (тоже в 10 раз), мы бы не имели никакого выигрыша (обменяли "так" на "так"). То есть можем прокачать через транс в 10 раз больше - и в 10 раз больше теперь придется закачивать на восполнение потерь.

Но беда в том, что потери растут не пропорционально росту частоты, а сильнее, много сильнее. Тангенсы углов растут с частотой (что у кондера, что у феррита, причем у феррита особенно). Кто привык оценивать потери в ферритах не по тангенсу, а через удельные потери Вт/см3 (сейчас чаще всего именно так и делают), можно посмотреть формулы этих удельных потерь. Там частота f всегда стоит в степени выше единицы.

Именно по этой причине я и выбрал довольно низкую частоту выходного контура. Вторая причина - нельзя пережаривать изучаемое вещество.

Экспериментировать и я люблю, собственно поэтому и спрашиваю. Может что интересное - а я не знаю
Честно говоря, пока не хотелось бы вдаваться в детали. Тема действительно интересная, для меня особенно, и для многих тоже, но слишком ажиотажная, поэтому не обессудьте. Надеюсь, здесь можно хранить про себя некоторые маленькие секреты.

Добавлено: Wed Oct 13, 2010 9:04 pm

Николай

почему ток то растет я так и не понял......

Добавлено: Wed Oct 13, 2010 9:11 pm

Diant

На пальцах так: напряжение U на конденсаторе в выходном контуре постоянно - мы его просто задали 1 кВ, оно нам такое нужно (значит и заряд Q фиксирован). Частота выросла в 10 раз. Значит один и тот же заряд теперь переливается с одной его обкладки на другую через вторичную обмотку трансформатора в 10 раз чаще. Ток = заряд / время.

Можно это увидеть и через формулы. Ток в колебательном LC контуре равен:
I = dQ/dt, где Q - заряд на конденсаторе
Q = CU
U = U0 * sin(wt)

Тогда
I = dQ/dt = C * dU/dt = C * w * U0 * cos(wt)

Отсюда видно, что ток пропорционален частоте (w = 2*pi*f)

Николай, на самом деле не обращай сейчас большого внимания на этот трансфоматор. Если надо я подниму частоту. Сейчас мне важнее другое. Я плохо представляю, как будут вести себя разные схемы накачки (пуш-пулл, обратноход, полумост, мост и т.д.) в том случае, когда выходная обмотка нагружена на конденсатор. Там появляется своя резонансная частота раскачки и соответственно каждый раз, когда один из ключевых транзисторов на первичной обмотке готовится открыться, чтобы вкачать в транс новую порцию энергии, сердечник этого транса может находиться в неожиданной и непредсказуемой фазе намагшничивания раскачивающимся по своему закону током вторичного контура.

Как на это отреагирует накачивающая схема? Или - какую схему надо взять, чтобы она на это как можно адекватнее реагировала?

Добавлено: Wed Oct 13, 2010 9:29 pm

Николай

если дедтайма не будет то никакой непредсказуемой фазы намагничивания тоже не будет.. такое будет если первичка отключена и вторичка свободно резонирует.
вообще не заморачивайся. двухтактник например замечательно будет прожаривать твой конденсатор с любой нагрузкой

также нефиг я думаю работать на резонансной частоте вторичного контура. не к чему это. сложно контролировать токи\напряжения. не в резонансе надо

Добавлено: Wed Oct 13, 2010 9:35 pm

Diant

Ок. Тогда соберу в выходные пуш-пулл и попробую его в действии. Использую твою схему (тема "Двухтактник на IR2153"). По нему есть мелкие вопросы:

- Конденсатор C1 выбран на напряжение 63В (при питании 12-15В). Это важно? А то у меня подобных нет под рукой. Есть большие на 35 вольт, или поменьше, но уже 160 вольт. Если критично, куплю.

- Какие полевики по току брать в моем случае? Есть 640N, 710, 840, 260N.

- Конденсаторы в снаббере у тебя какие-то редкие стоят (слюдяные похоже). Таких не имею. Можно их чем-то заменить?

Добавлено: Wed Oct 13, 2010 9:56 pm

Diant

Да, еще очень важный вопрос (ко всем). Нету у меня трансов типа ТВС-110 или ТВС-90 и т.п. Вообще из строчников нормальных размеров имею лишь один старый отечественный без встроенных диодов, но он уже стоит в другом девайсе и выковыривать его оттуда очень нежелательно (а тем более спалить - устройство пока нужно). Но имеются три крошечных строчника от каких-то "Юностей". Там сердечник 40 на 36 мм кажется. Можно на них погонять пуш-пулл? Переменки больше 1 кВ у меня ведь не требуется. Ток во вторичке ожидается при этом 100 мА. Тангенс активных потерь выходного контура ожидается около 0,1-0,3. Это 10-30 Вт прокачиваемой мощности. Выдержит это крошечный строчник?

Если нет, где в Москве можно купить ТВСы (110 например)? В Митино есть точки/люди, у кого они всегда в наличии?

И еще. Чем вообще определяется ток в первичных обмотках пуш-пулла, когда:
- нагрузки на трансе вообще нет?
- нагрузка емкостная (мой случай)?

Добавлено: Wed Oct 13, 2010 10:09 pm

Котофеич
Унылейший Старый Раздолбай

На 10- 30 Вт сойдут.

Добавлено: Wed Oct 13, 2010 10:11 pm

MEL

Импульсник без нагрузки нестоит включать.

Добавлено: Wed Oct 13, 2010 10:24 pm

Diant

Когда запускаются импульсные HV девайсы, они же не сразу искру (стример, дугу) пускают, а только когда выходные провода сближаются. Остальное время они, как я понимаю, работают в холостую (вторичка ничем не нагружена). Как они это терпят?

Добавлено: Wed Oct 13, 2010 10:38 pm

Котофеич
Унылейший Старый Раздолбай

Обычно, терпят.

Вторички горят на наиболее мощных конструкциях (полумосты, ГМ-70), или если вторичка попадает в резонанс.

Добавлено: Thu Oct 14, 2010 8:34 am

Diant

Разбор полетов.

В выходные собрал на макетке пуш-пул по схеме Николая. Взял феты 640N. Запитал все от лабораторного блока питания 12В-3А. Фото макета и схема с осциллограммами прилагается. Поехали дальше.

Трансформатор собрал на сердечнике М3000НМС чуть меньшей высоты, чем родной от ТВС-100-Л6 (посему вторичке от последнего пришлось маля подрезать пяточку). Внимание! Зазоры не делал вообще - пока ограничиваю токи и хочу изучить схему в работе при малых токах. Первичка 10+10 лакированым проводом 1,2 мм. Индуктивность каждой первички L = 250 мкГн.

Частота Ирки 75 кГц. На ее выходах все как в аптеке. Хорошо виден deadtime между каналами 1,2 мкс. Каналы открываются примерно на 5,5 мкс. При индуктивности первичек по 250 мкг ток в каждом канале должен нарастать всего до 0,26А.
Imax = (U/L) * dt = (12/250) * 5,5 = 0,26 А
Мощность ясно мизерная - дуга как таковая не возникала. С 1 мм появлялся тоненький фиолетовый разрядный канал, который более чем на 5 мм не тянулся. Все вроде так и должно быть. А теперь непонятки.

Решил посмотреть сигнал на затворах и на стоках фетов. Сразу скажу - предложенный на схеме RC-снаббер мне интуитивно не понравился. Не знаю почему. Вместо него очень хочется что-то типа обычных быстрых диодов в параллель фетам. Если я правильно понимаю, они вернут часть энергии в питающий конденсатор, в отличии от снаббера. Так вот сигналы на базах (точки 2) еще куда не шло, но вот выбросы на стоках до 100 вольт с последующим колебанием с частотой около 0,5 МГц - этого я не понимаю. Кто-нибудь может что-то сказать, что это за мотня происходит на первичках, когда
(а) к моменту открытия следующего ключа после дэда там все должно бы затихнуть (так хотелось бы)
(б) при питании от 12 вольт и максимальном токе всего 0,26А там и без снабберов вроде не должно бы быть таких огромных бросков (а чего собственно делают встроенные шунтирующие диоды)?

Вообще очень хотелось бы заменить эти снабберы на что-то получше. Можно их убрать и просто поставить быстрые мощные шотки в параллель фетам?

Да, еще забыл написать. Холодное на схеме все - и феты, и ирка, и резюки в затворе, и снабберы. Но только не сердечник строчника - вот этот сразу греется. Не сильно конечно, но ощутимо. И что еще интересно. На ХХ схема потребляет порядка 1,5А (понятно, что они уходят в нагрев феррита, но как они туда пролазят, вот вопрос!), зато при КЗ потребление ПАДАЕТ аж до 0,2-0,3А!

Последний раз редактировалось: Diant (Mon Oct 18, 2010 10:08 pm), всего редактировалось 1 раз
Добавлено: Mon Oct 18, 2010 9:50 pm

DSC_4521.JPG (334.77 Кб)

-пулл IR2153 + IRF640N - схема и осциллограммы.jpg (277.72 Кб)

MEL

250мкГн это на феррите? маловато будет, встроенные диоды фетов это паразитный элемент технологии, обычно эти диоды мешают ключу нормально закрываться, насчет рекуперации то от такого включения диодов толку нет в этом плане но есть ограничение звона обратной полярности тк как ключи обратное напряжение не терпят обычно это всего 8В.

Снабберы что на схеме гасят звон в самой первичке, настоятельно рекомендую поставить точно такие же номиналы RC непосредственно на сток каждого фета и соответственно землю - такая RC возьмет на себя часть энергии закрытия ключа, а также закроет паразитный диод.

Откуда берется звон: у транса есть паразитная индуктивность рассеяния а также паразитная межвитковая емкость, когда ключ закрывается - ток в индуктивности рассеяния не может прекратится мгновенно LI^2/2 энергия индуктивности переходит в заряд паразитной емкости, а так как емкость очень маленькая то напряжение на ней получается очень большое, и эта энергия гуляет из индуктивности в емкость и наоборот...

Звон по затвору это слишком длинные провода. Да и зазоров в феррите не надо тк это двухтакт.

На ХХ не должно быть потребления большого, чтото намудрил с витками, возможно не домотал, возможно не 75кГц, возможно половины первички не так включены. Кстати мотать первичку надо разу в 2 провода, а потом начало одной с концом другой - вот тебе и средняяя точка.

Добавлено: Mon Oct 18, 2010 10:06 pm

Diant

MEL писал(а):
Снабберы что на схеме гасят звон в самой первичке
Тогда получается, что вся эта мотня - это звон вторички? (Если звон первички снабберы погасили)

MEL писал(а):
настоятельно рекомендую поставить точно такие же номиналы RC непосредственно на сток каждого фета и соответственно землю - такая RC возьмет на себя часть энергии закрытия ключа, а также закроет паразитный диод.
Это вместо исходных снабберов или дополнительно к ним?

MEL писал(а):
250мкГн это на феррите? маловато будет
Why? При 10 витках Al = 2,5 мкГн. Очень даже ничего для сжатых половинок 3000 феррита. Мю начальная около 2000 получается.

MEL писал(а):
Звон по затвору это слишком длинные провода.
Спасибо, учту при окончательной сборке.

MEL писал(а):
Да и зазоров в феррите не надо тк это двухтакт.
А вот тут я вынужден буду их потом сделать. У меня во вторичке должен быть ток порядка 100 мА. Без зазора сердечник будет насыщен. Вообще вторичка от ТВС-100Л6 для меня похоже не годится. Я смотрю в сторону таких вторичек как на ТВС-90ЛЦ5 (там 13 ом всего).

Добавлено: Mon Oct 18, 2010 10:27 pm

MEL

1. Во вторичке свой звон там тоже обычно ставят RC и номиналы побольше будут, но у тебя от первички.
2. Дополнительно.
3. На строчнике у меня получалось обычно мГн, а на 4х строчниках ПК30*16 даже Гн
4. У затвора свой контур звона, добавишь резистор увеличишь потери в контуре, но с умом иначе фронт\спад завалишь
5. Зазор обычно снижает остаточную намагниченность в однотактах, но у тебя полный размах индукции поэтому тут зазор не нужен, а если не хватает то надо подбирать другой феррит или 2 сердечника и 2 вторички ) и я не понял причем ток вторички и индукция? индукция одна ведь, транс он же просто распределяет напряжение\ток мощность вкачиваемая и снимаемая почти одинакова.

По расчету можно глянуть тут http://flyback.org.ru/viewtopic.php?p=174403#174403 но я пользую одну из самых ранних версий, там есть одна ошибка но она мне не мешает смех

или тут постарше версия и попроще но баг остался ) - вторичку криво считает, но коэфф трансформации в помощь http://www.moskatov.narod.ru/Design_tools_pulse_transformers.html

Последний раз редактировалось: MEL (Mon Oct 18, 2010 10:53 pm), всего редактировалось 1 раз
Добавлено: Mon Oct 18, 2010 10:39 pm

Diant

1. Если у меня звон от первички, то что там делают снабберы. Получается они неэффективны?
3. мГн - это сколько витков? Странно как-то.
5. у меня "сверхполный" размах индукции Smile

При токе вторички 100 мА и ее 1200 витках мы имеем поле H = N*I / le = 1200*0,1 / 0.18 = 670 А/м. Такую напряженность держат без насыщения только ферриты с мю не более 200. У строчников таких ферритов не бывает. Поэтому зазор - единственный выход (и наиболее правильный, ибо лучше оставаться в рамках марганцево-цинковых ферритов из-за их низких потерь на НЧ).

Добавлено: Mon Oct 18, 2010 10:47 pm

MEL

Без снабберов будет куда хуже ) вплоть до выноса ключей.

Причем тут поле вторички, все зависит от того сколько мощи вкачаешь в первичку- первичка раздает вторичка принимает (ток и напряжение=мощность) на вторичке таже мощность напряжение выше (по коэфф трасформации витков) ток меньше и все счастливы и все довольны )

Считай первичку под твою мощу и напряг питания.

Добавлено: Mon Oct 18, 2010 10:56 pm

KaV

Diant
Связь между первичными полуобмотками мала. Отсюда невозможность срезать выброс даже снаббером с таким малым сопротивлением. 1.8 Ома, кстати, маловато будет. Пробуй экспериментально подобрать резистор в диапазоне 5-50 Ом и конденсатор до 10 нФ.
Решение: мотать обмотки в 2 провода параллельно или в виде витой пары, затем сфазировать концы как требуется. Провода в силовой части - покороче, снабберы прямо на выводы транзистора, электролит питания силовой - ближе к оной.

70 кГц на этой вторичке бесполезны в том числе и из-за ёмкостных токов: на малой мощности на выходе будет смешное напряжение, на большой обмотка пробъётся.
Оптимально до 30-40 кГц (там же находится LC резонанс вторички - осторожнее!).

Добавлено: Mon Oct 18, 2010 11:07 pm

Diant

MEL писал(а):
на вторичке таже мощность
Именно поэтому безразлично как считать. Те же орехи получатся. Могу и по первичке. Ток в ней нужен будет около 12А. При десяти витках получится:
H = N*I / le = 10*12 / 0.18 = 670 А/м.
Нет разницы.

KaV писал(а):
Связь между первичными полуобмотками мала. Отсюда невозможность срезать выброс даже снаббером с таким малым сопротивлением. 1.8 Ома, кстати, маловато будет. Пробуй экспериментально подобрать резистор в диапазоне 5-50 Ом и конденсатор до 10 нФ.
Да, попробую поиграться.
KaV писал(а):
Решение: мотать обмотки в 2 провода параллельно
Тоже попробую.
KaV писал(а):
электролит питания силовой - ближе к оной
У меня его вообще не было. У Николая в схеме он отсутствует. Я положился на блок питания. Какой по емкости и напряжению туда поставить?
KaV писал(а):
70 кГц на этой вторичке бесполезны
В итоге я буду работать около 20 кГц. 70 кГц - не моя частота, только пробовал. Что касается резонанса - буду специально пытаться его поймать, но так, чтобы напряжение на вторичке при этом было не выше 2 кВ. Мне больше не нужно. Надеюсь строчники типа ТВС-90ЛЦ5 для резонанса более подходят.

Вопрос ко всем. Можно ли в пуш-пуле вообще удалить снабберы по первичной цепи и заменить их чем-то без конденсаторов (в идеале с рекуперацией энергии в питающий кондер)?

KaV: Вместо размещения нескольких сообщений подряд используй кнопку "Правка"! 3 сообщения объединены.

Добавлено: Mon Oct 18, 2010 11:18 pm

KaV

Diant писал(а):
KaV писал(а): электролит питания силовой - ближе к оной
У меня его вообще не было. У Николая в схеме он отсутствует. Я положился на блок питания. Какой по емкости и напряжению туда поставить?
На несколько тысяч мкФ и 25 В. Если 12 В стабильны, то можно и на 16 В, но без запаса.

Diant писал(а):
Что касается резонанса - буду специально пытаться его поймать, но так, чтобы напряжение на вторичке при этом было не выше 2 кВ. Мне больше не нужно. Надеюсь строчники типа ТВС-90ЛЦ5 для резонанса более подходят.
Да, в ТВС-90ЛЦ5 нет тысячевитковой ВВ обмотки, а те, что есть, намотаны достаточно толстым проводом, поэтому 2 кВ при вменяемом токе с неё получить удастся.

Diant писал(а):
Можно ли в пуш-пуле вообще удалить снабберы по первичной цепи и заменить их чем-то без конденсаторов (в идеале с рекуперацией энергии в питающий кондер)?
Можно, но сложно: http://flyback.org.ru/viewtopic.php?p=49042#49042 . Позволит сильно уменьшить номиналы снабберов (совсем убирать не рекомендую, т.к. трансформаторов без индуктивности рассеяния не бывает)

Добавлено: Mon Oct 18, 2010 11:38 pm

Николай

дополнительная рекуперационная обмотка с диодным мостом и все это обратно в питалово. но для этого нужен хороший к-т связи между первичками и рекуперационной обмоткой (как вариант намотка в три провода)

либо вот так http://flyback.org.ru/viewtopic.php?p=49042#49042 правда гемор с дополнительными рекуперационными трансиками

UPD
ах, да, еще можно сделать небольшое перекрытие работы ключей. тогда и выбросов не будет. такое перекрытие например возникнет если драйвить от генератора меандра первый и через инвертор второй ключ. если питание не сильно мощное (не сетевое) то и феты выживут и выбросов почти не будет

Добавлено: Mon Oct 18, 2010 11:39 pm

MEL

Снабберы на каждую полуобмотку первички см. в прилагаемой картинке, набросал в MathCAD ориентировочный расчет.

Смысл в том что звон в контуре подавляется на активном сопротивлении (понижаем добротность), а вот емкость конденсатора снаббера на частоте звона должна быть малой чтобы пускать звон и в тоже время не пускать рабочую частоту.

Добавлено: Tue Oct 19, 2010 11:05 am

RC.JPG (31.67 Кб)

Diant

Всем помогающим огромное спасибо!
Сегодня вечером добрался домой и ... продолжение полета.

По совету KaVa первое, что изменил в схеме - поставил электролит на силовое питание. Да - это было правильное решение. Первый урок - нельзя надеяться на лабораторный блок питания. (Это я по неопытности сделал). Как только поставил электролит всего лишь 470,0 х 450В (увы более правильного под рукой сейчас нет) - сразу сильно улучшилось поведение средней точки первичной обмотки. Сначала я наивно полагал, что там стоит строго U питания. Потом глянул осцилом и увидел там такие броски, что ахнул. Электролит их в большой степени снял. На всякий случай поставил ему в параллель еще и 0,1 полипропилен.

Второе - сразу понизил частоту с 75 до 23 кГц. Конечно, при такой вторичке как ТВС110Л6 это очень разумно.

И третье - поднял резисторы в снаббере. Сразу взял тот номинал (30 ом), который посчитал MEL.

Без описания всех промежуточных подходов сразу конечный результат: теперь снабберами я более менее доволен. Осциллограммы внизу. Также теперь поведение токов стало более разумным - 0,5А ХХ и 1,6А на дуге. Дуга теперь стабильно держится на 8 мм (что впочем для меня сейчас не важно).
Запустил потом девайс на одну минуту на дугу - посмотреть, что греется. Не нашел в схеме ничего, что было бы хотя бы мало-мальски теплым, включая феррит (раньше на 75 кГц и плохих снабберах он грелся даже на ХХ). Все это очень здорово. Может быть только кондеры К31-11-3 на снабберах едва потеплели - но это на грани "ясноосязания".

PS. Нет все-таки маленький нагрев резисторов снаббера также имеется. Ну да бог с ними.

А теперь совершенно новая и неожиданная проблема! Хотел было измерить напругу на вторичке. Сделал делитель из двух резисторов - КЭВ-1 30М и МЛТ-2 30К. Итого делитель 1:1000. Повесил осцил на 30К естественно и что он мне показал - я не поверил. Он мне показал 200В амплитудных (почти синусоида по форме). Это при таком делителе получается 200 кВ амплитуды на выходе. Это наглая ложь (дуга только с 1 мм зажигается). Чтобы делитель так заврался, паразитная емкость КЭВ-1 должна быть порядка нескольких пФ. Возможно ли это? Или собака в чем-то другом зарыта?

Вообще, как тут проще всего мерять напругу переменки на выходе? (Ожидается не более 10 кВ амплитуды.)
Особенно нужно уметь это делать, когда я нагружаю вторичку кондером 1 нФ.

Добавлено: Thu Oct 21, 2010 9:33 pm

-пулл IR2153 + IRF640N - схема 2 и осциллограммы.jpg (227.56 Кб)