DC-DC boost 24 to 240V, 40W

Am de facut o sursa si timpul e cam limitat (as mai avea vreo doua-trei zile). Am facut un prototip si merge binisor, dar as vrea sa obtin un randament mai mare. Am reusit sa ajung abia la 85%, ceea ce nu e chiar rau, dar nu e suficient de bine. Problema nu ar fi consumul de energie ci incalzirea pieselor (tranzistorul si traful in primul rand)

 Screenshot_2.png   31.42K   88 downloads

Ca element de putere am mers initial pe un IRFZ44. Cam la limita cu tensiunea dar a fost "de test".

Traful este pe un miez EE25 / 7mm, are secundarul despartit in doua, iar primarul e bobinat cu "litz" (facut ad-hoc din fire (cred ca 24 fire) de 0,2) si am folosit un sistem mai putin cunoscut de diminuare a pulsului parazit tipic produs de inductanta de scapari, si anume o bobina cuplata strans cu primarul prin bobinaj bifilar (in cazul acesta, am folosit o parte din litzwire-ul improvizat ca fiind bobina respectiva). E vorba de bobina "de recuperare" aflata in serie cu D4.

In fine, miezul este E25/7 K2006 de la Kaschke, cu limita de camp 0.2T; merge ok in principiu, nu am ajuns la saturatie nici la 60-70W, desi este un miez destul de micutz.
Tranzistorul are Rds-on de cca 17mR, si la incalzire urca spre 25mR. Curentul de varf e cam 13-14A. Frecventa la care am mers e de 35kHz.

Nu-mi place ca nu pot urca cu randamentul peste 84-85%. Am incercat cu frecventa mai mare (70k, ca sa fie concludente masuratorile), randamentul scade; tranzistorul e prea "caramida" din pct de vedere al capacitatilor. La frecv mai mici probabil ar mai creste putin randamentul dar ar trebui un traf mai mare...

Primarul de 24V este bobinat cred cu 24 fire de 0,2mm, din care 3 le-am folosit ptr infasurarea aceea "speciala".
Deocamdata secundarul este cu fir de 0,2mm. Sa-l rebobinez cu doua fire in loc de unul ar fi primul pas, deocamdata.

Update azi, luni 18 martie:
Am pus IR540Z (modelul nou, nu vechiul IRF540 care are si R_DS-ON mai mare si e si ceva mai lent) pana la urma, astazi (sursa am asamblat-o si testat-o prima data ieri). Tranzistorul lucreaza un pic mai rece (cu cateva grade). Atinge cca 49-50 grd dupa 10 minute. Are un radiator de cca 5^oK/W. Nu e rau. Nu mai am alt tranzistor mai rapid de-atat pt teste.

Ce alte sugestii ar mai fi? Vreo metoda de bobinaj pe care as mai putea-o folosi in afara de intreteserea secundarului cu primarul?
Toate diodele din zona de putere le-am pus BA157, sunt relativ rapide, as putea schimba unele cu SF16 care e nitel mai rapida. Nu prea am altele mai bune de-atat.

Temperaturi piese (masurate dupa cca 10 minute) care ar mai putea fi "imbunatatite" pentru varianta finala:

Dioda de recuperare D4, actualmente BA157: 58^oC. Am niste SF16, poate ar merita inlocuirea. Aici cred ca ar merge un Schottky de 3A.
Cond iesire: 38^oC. Asta cred ca ramane asa.
Cond intrare: 44^oC (de ex as putea pune 2-3 buc aici ; este de 1200uF low ESR, dar curentul de puls absorbit din el este foarte mare, 12-14A)
Trafo, miez: 58^oC; n-as vrea sa merg pe un miez mai mare, dar daca ar scadea disipatia cu vreo 2W.... poate-poate...
Trafo, bobina: 68^oC; Probabil dupa dublarea secundarului mai scade oleaca.

Edited by addysoftware, 18 March 2019 - 17:35.

Ca o idee, nu stiu daca e si buna: D4 nu merge pus direct pe bobina ( pe capetele bobinei ) din mijloc ? Astfel eu zic ca scapi de acea infasurare extra de care ziceai ?
Eu nu-i vad rostul lui D7 si a infasurarii aferente 111 atata timp cat IC_ul il alimentezi direct in DC din alimentarea principala. Potil eventul doar sa pui R1 de o putere mai mare daca simti ca se incinge.

Edited by tehnics, 18 March 2019 - 17:49.

Oscilograma, unde e oscilograma??? acolo se vede problema
Ambalarea termica se datoreaza spike-urilor , din cauza asta se incalzeste si ferita , calitatea bobinajului si a sarmei  e o mare problema.
La  diodele de redresare ai nevoie de filtre parasitic (c+R)
Oricum la nivel de amator nu scoti randament peste 90 , e vorba de executia trafului si calitatea materialelor.

La o sursa facuta de mine se ambala termic in gol fara sarcina , apareau spike-uri de ziceai ca lucreaza la 300khz  , cum aveam o mica sarcina cum intra in regim normal 75 khz

Edited by ciine, 18 March 2019 - 18:04.

addysoftware, on 18 martie 2019 - 17:31, said:

Probabil ca ai pierderi si prin capacitatile parazite de cuplare intre primar si secundar. Pe de alta parte ai nevoie de un factor de cuplare ridicat. Asta il obtii, daca apropii primarul de secundar cit mai mult. Din nou, insa, aproprierea inseamna capacitate parazita mare. Ar trebui sa bobinezi neregulat. Nu spira linga spira, ci la intimplare.
Alta chestie, ai masurat tensiunea pe drena? Rezistenta aia R10 mi se pare cam mare la 1k

tehnics, on 18 martie 2019 - 17:45, said:

Integratul "soarbe" ceva curent, cam o juma de watt (n-am masurat exact, dar am pus degetul pe el si e 'un picutz caldutz', ca debiteaza pe un tranzistor cu capacitatea de intrare nu foarte mica (cam 1 nano si jumatate plus ceva miller); nu  vreau sa mai irosesc inca o jumatate de watt de la 13-14V pana la 26V.
Ma lupt sa obtin randament mai mare, ptr ca va alimenta un TV din baterii, offgrid (pt un prieten) si e nevoie de fiecare wattuletz. Un alt considerent este incalzirea: temperatura mai mare = durata de viata mai mica (si asta e o chestiune la care eu personal tin foarte mult)

tehnics, on 18 martie 2019 - 17:45, said:

Nee, nu merge; pulsul generat pe infasurarea primara pe durata OFF a tranzistorului ar fi pur si simplu scurtcircuitat (e la fel/ar avea acelasi efect/ ca si cand as pune secundarul in scurt prin dioda). Chestia cu infasurarea respectiva e ca e in asa fel conectata si are dimensiunea a.i doar ciocul foarte subtire al supratensiunii de pe MOSFET trece prin dioda D4 si se duce in bara de alimentare.

vata_pa_batz, on 18 martie 2019 - 18:28, said:

Am ajustat-o de la 390 ohmi pana la 1.5k, dar pe tranzistorul celallalt (IRFZ44); pana am obtinut cca 28V pe un voltmetru conectat in paralel. Acolo e si un capacitor destul de mare, care "tine" tensiunea la valoarea respectiva, deci nu ar trebui sa fie mai sus de atat cu mult, cu exceptia faptului ca e electrolitic deci avem si inductanta parazita si ceva ESR mare, ca e cond de 1uF. Am incercat totusi un cond ceramic deasupra si nu modifica vizibil oscilograma.

Pe tranz asta nou cred ca ar merge rez mai mica, ptr ca ciocul apare destul de "lung" pe oscilograma; dar asta e tranzistor de 100V asa ca n-ar fi problema mare. Pe voltmetru arata doar 27V pe 1k deci osciloscopul probabil e cam decalibrat la frecvente foarte mari (am observat asta de vreo cativa ani, indica mai mult de pe la vreo suta de kHz in sus (nu, nu e din sonda, e dinnauntru, probabil vreo supracompensare undeva pe amp Y).

vata_pa_batz, on 18 martie 2019 - 18:28, said:

Primul traf a fost "spira langa spira" (dar tot cu doua jumatati de secundar si primarul intre ele). Apoi, la modificari, n-am mai tinut cont asa ca acum e si cam "dezordonat" si n-are nici macar izolatie intre secundare si primare. Insa se incalzeste mai putin ca prima data. Insa nu prea cred ca as putea sa-l fac "vrac", nu prea e loc in fereasta, si in plus e tensiune mare pe secundar si risc sa se arda dupa o vreme... As putea sa mai incerc sa despart si primarul in doua..

ciine, on 18 martie 2019 - 17:54, said:

O sa pun si oscilograma acusica, dar pana atunci pot sa zic ca arata destul de frumos. Urcarea se face in 50ns. As putea sa maresc un pic C5 (sa-l dublez), sa vad daca asta raceste tranzistorul cu 2-3 grd. Chiar daca asta va incalzi mai tare R9, o sa fac acest test; poate per ansamblu randamentul va creste un piculetz.
Da, ar fi nevoie de snubbere la dioda dar... are multe diode.
Chiar as vrea sa ajung macar la 90%, am zis mai sus de ce... Traful si cond-ul de pe intrare,

La 40W puteai să-l faci simetric, era mai elegant, compact şi probabil şi mai eficient.
Flyback şi 90% nu este totuşi rău, nici realizările industriale nu trec de valoarea asta.

Edited by mihaicozac, 18 March 2019 - 20:16.

addysoftware, on 18 martie 2019 - 20:09, said:

D2 D3  acolo face buba .
Nu obtii 90% , in special din  cauza  constructiei bobinajului  si proprietatile trafului (cauta in surse tv led sau lcd   trafuri )
Foloseste tranzistori MDMESH sau CoolMos  care au randament bun cu putere disipata mica ex http://pdf.datasheet...ics/mXyuvvu.pdf

salutare

nu e domeniul meu, dar vad cateva chestii ciudate (simulat in LTspice):
- D7, D4, D2 si D3 conduc in acelasi timp : D7 alimenteaza controller-ul, D2 si D3 transmit energia in secundar, D4 scurcircuiteaza o parte din energie : impedanta liniei de 28V e practic 0 pentru AC

- D6, C6 si R10 ar trebui sa disipe spike-ul - practic C6 e un scurt in AC pentru o parte din spike, apoi R10 ar trebui sa il descarce pana la urmatorul spike. nu trebuie sa il elimini complet, e de ajuns sa il limitezi la o valoare sigura pentru tranzistor 1/2 din VDS max, de exemplu

- R5, C3, D1 - rolul lor e sa mareasca sensibilitatea pinului ISENSE - descarci C3 prin dioda si rezistenta de shunt, dar il incarci prin R5 - care e destul de mare. delta V e 0.4V - trebuie sa vezi cu osciloscopul tensiunea pe R8 versus C3, e posibil ca delay-ul sa fie mare, si curentul prin transformator sa fie de peste 10A ( incepe sa se satureze ? )

- D2 si D3, din ce vad, ar trebui sa suporte fiecare 1000V - posibil sa pierzi si aici ceva putere.

simularea in spice (ignora valorile / componentele alese, le-am pus din burta):


un truc vazut la cineva: bagi prin transformator 1-2 spire si legi osciloscopul la ele: https://youtu.be/KIilQrgJ-gg?t=793

Cred ca cea mai mare parte din pierderi e pe mosfet. Le vezi doar cu osciloscopul. Cuentul si Vds
Pe locul doi cred ca snubberul D6+R10. De asta ziceam, trebuie vazut Vds

addysoftware, on 18 martie 2019 - 20:09, said:

N-ai un semnal dreptunghiular de referinta? Daca ai supracompensare vezi pe flanc la masuratoare. Poate ai un surubel pe sonda s-o ajustezi

Dacă e doar pt. un TV, poate are gamă largă de tensiuni şi nu e nevoie neapărat să urci până la 240V, ajung şi 100V, caz în care poţi merge direct din primar sau în cel mai rău caz un autotransformator cu raportul 1;2.

kingtux, on 18 martie 2019 - 20:33, said:

Da, D2 si D3 sunt pur si simplu in serie; le-am desenat asa pt ca asa le-am montat pe cablaj, nu din vreun alt motiv. Nu am avut dioda de tensiune mare (ar trebui cam de 1000-1500V) si suficient de rapida asa ca am pus 2xBA157, pt ca BA159 e foarte lenta pe langa 157.
D4 da, exact, asta e rolul ei, sa "taie" varful spike-ului. Cuplajul foarte strans intre primar si bobina care alimenteaza D4 face ca spike-ul sa fie "taiat" (teoretic) si in primar, adica sa dispara complet de pe tranzistor. In practica mai ramane totusi un pic de spike, ptr ca cuplajul intre bobina Ia si Ib nu e absolut suta la suta.

kingtux, on 18 martie 2019 - 20:33, said:

Exact, ptr ca integratul 384x e specializat ptr surse de la tensiune mare si acolo 1V pe rezistenta Isense nu conteaza. Dar aici, la tensiune joasa, e necesar sa marim sensibilitatea integratului. Ideea mi-a trecut prin cap cu ceva vreme in urma, si abia dupa ce-am pus-o prima data in aplicare (prin 2012-2014) am vazut-o si undeva pe internet...
D2,D3 se incalzesc un pic, dar nu foarte mult. Cam la 45 grade, adica as zice cca 0,2-0,3W fiecare. Probabil majoritatea incalzirii e de la curentul de conductie (cca 180mA) si inca o mica parte de la puterea absorbita pentru reverse recovery. Spike-ul de flyback e pur si simplu prea scurt ca sa apara pe dioda; e absorbit pe prima parte a timpului de reverse recovery (daca nu ma-nsel cumva..).

vata_pa_batz, on 18 martie 2019 - 20:55, said:

am zis deja ca nu e din sonda, acolo "treaba" (zona care "se misca") e larga, cam de 200 us.

mihaicozac, on 18 martie 2019 - 21:07, said:

hm, o idee corecta; poate merge la 100V sau chiar la 150. Eu am urcat la 230 din principiu, ptr ca oricum TV-urile si in general totul merge la 270-340, ca atat e Veff x radicaldindoi, asa ca m-am gandit sa merg la sigur pt ca 220-240 ar fi limita inferioara la sursele mai vechi.
Chestia e ca persona e ... un prieten al unui prieten ... si sta undeva la cucuietii din deal, deci e complicat de probat....

hai ca am tras si "o" poza la oscilograma de pe drena. Iata-le, cu baza de timp de la mare la mic.

 PHOTO_20190318_203028.jpg   81.86K   11 downloads  PHOTO_20190318_203500.jpg   137.84K   11 downloads  PHOTO_20190318_204022.jpg   100.28K   9 downloads  PHOTO_20190318_204035.jpg   101.62K   9 downloads  PHOTO_20190318_204047.jpg   105.64K   9 downloads  PHOTO_20190318_204108.jpg   120.18K   8 downloads  PHOTO_20190318_204147.jpg   110.29K   7 downloads

Arata bine.

• Intre timp am incercat o dublare a condensatorului de pe input. Efectul nu se vede la ampermetrul de pe intrare (1,78A vs 1,78A) si nici la voltmetrul de pe iesire. Si chiar aveam ceva sperante la asta.

• Ar mai fi vreo treime de watt (sau poate un pic mai putin, cred) pierduta pe traseele de forta, ca fiind prototip nu le-am facut foarte groase (au cam 3 mm) (nu ar fi avut loc cine stie ce, asa ca n-am insistat) si o sa trebuiasca si intarite cu un pic de bara, sa zicem de 1mm. Se incalzesc un picutz.

• Am marit C5 de la 10nF la 20 apoi la 30nF. Nep. Curentul absorbit din sursa creste vizibil chiar la doar 20nF (1,78 vs 1,81A). Deci ramanem la 10nF.

kingtux, on 18 martie 2019 - 20:33, said:

R8 vs C3; nu exista aproape niciun delay, pt ca nu avem rezistor de transfer, doar rez dinamica a diodei 4148 care nu e chiar mare (chiar dacaa am polarizat-o cu un curent relativ mic prin R5); in mod normal la IC-urile astea producatorul recomanda acolo rez de 1k intre rez de Isense si pinul integratului, dar eu am scos-o, pt a avea viteza mare de reactie. Da, curentul atinge cca 13A la varf pe tranzistor dar traful nu se satureaza (inca); am vazut pulsurile pe R8 si sunt perfect triunghiulare pana la o putere pe iesire de vreo 70W, nu au varful curbat in sus caracteristic. Merge "bestial" din acest pct de vedere.
Ma gandesc sa maresc curentul prin dioda spre 1mA, ca e cam mic; in felul asta maresc tens pe dioda si efectiv reduc practic caderea de tensiune pe R8 si asta va mai creste un pic randamentul.

interesant C5/R9/D5 - nu am vazut pana acum folosit
poti sa mai experimentezi un pic
- scoti D4 si ajustezi R10 - vezi acolo daca se imbunatateste nitel eficienta (nu trebuie sa absorbi tot spike-ul, doar sa il atenuezi suficient)
- sa incerci ceva push-pull - UC3525 sau UCC3808D


cred ca esti in punctul in care trebuie sa te uiti atent la fiecare componenta / forma de unda / element de cablaj (40W out inseamna sub 3A la intrare - cat de lungi sunt trasele daca se incalzesc ?)

(
ai putea sa intrebi si pe forum-ul eevblog - sunt foarte multi ingineri acolo, si de obicei obtii raspunsuri utile daca prezinti suficienta informatie
@moderator - posibil sa fie considerata reclama, corectez daca e cazul
)

kingtux, on 18 martie 2019 - 20:33, said:

da, e dragutz; mai folosesc metoda cu traful de curent (un mic TOR de ferita cu 1 spira in primar si 1 sau 10 spire in secundar, secundarul cuplat la un rezistor.. si citesti curentul)

kingtux, on 18 martie 2019 - 21:48, said:

Am incercat ieri; nu avea efect la eficienta, in orice caz nu vizibil; si in schimb crestea spike-ul, ceea ce (aveam tranzistor de 55V) nu era tolerabil. Acum am tranzistor de 100V, asa ca am sa mai incerc o data. As zice ca e un pic dificil ca dioda e sub traf, pot doar sa sorb cositorul de pe pinii trafului, care sunt ceva mai subtiri ca gaurile, si apoi sa-i "centrez" pe gaura. Ieri am bagat sacaz ca sa nu faca contact cu cuprul cand am facut aceeasi operatie.

Metoda cu infasurarea auxiliara (Ib) strans cuplata prin bobinaj bifilar cu primarul (Ia)+ dioda (D4) am descoperit-o cu vreo 4-7 ani in urma (cred) pe net, si functioneaza nemaipomenit la surse de 220v, nu mai ramane nici un pic de spike, taie tot... dar nu o pot folosi, din pacate, din cauza ca nu pot avea incredere in izolatia firului, care e supusa tot timpul si pe toata lungimea la o tensiune considerabila (300V); in schimb aici, la 24-28V, pericolul strapungerii e practic nul. Dar aici, din cauza numarului mic de spire si curentilor mari, eficienta taierii nu mai e atat de buna...

C5-R9-D5 este pentru a "inmuia" urcarea tensiunii pe tranzistor; e drept ca nu se prea foloseste la sursele mai moderne. Nici la asta a mea nu pare cu adevarat necesar; ieri cand l-am scos de tot (am scos doar rezistorul) nu am constatat vreo imbunatatire la randament, dar probabil ca se incalzeste tranzistorul un pic mai mult in schimbul disparitiei disipatiei de pe R9.

kingtux, on 18 martie 2019 - 21:48, said:

da, inputul este de doar 1,78A; dar traseele sunt solicitate la puls, asa ca ele disipa mai mult decat ar disipa in simplul si batranul curent continuu.... cam de trei ori, cred. Nu-s chiar lungi, per total "forta" ar fi de vreo 15 cm. La cablajul final o sa le intaresc cu fir de cupru de 1mm.

Uite varianta 0 a placii

 Screenshot_5.png   41.58K   17 downloads

Serpentina de cupru de sub R8 este pt a nu consuma prea multe rezistente de 0,1 ohmi (hm, stoc limitat). Aplic uneori metoda . E calculata sa iasa apropiata de valoarea necesara, si mai adaug eventual 1-2 rezistoare reale pana se face de cat trebuie.

Edited by addysoftware, 18 March 2019 - 22:27.

am "scos" D4 si dupa cateva incercari am pus-o la loc; curentul de input ramane in principiu acelasi (pe instrumentul ala cu doar 3 cifre semnificative asta inseamna la 1.78A o diferenta posibila de 0.5% pana sa indice ceva vizibil), dar creste nitel spike-ul fara ea.
In schimb am facut altceva. I-am masurat temperatura si ajunge la cca 55 grd; am trantit un Schottky de 60V/2A (n-am de 80V) peste ea si am observat o mica fluctuatie pe ampermetru, de la 1.78 acum joaca intre 1.77 si 1.78; de asemenea, temperatura noii diode e de doar cca 40 grd. De asemenea la osciloscop se micsoreaza ciocul ala de 20V si 50 ns la cca 10V. Una peste alta, probabil aproape un sfert de watt mai putin.

Input: Tensiune 25,7V
Curent 1,78A
Putere 45,746

Output: tensiune 224V
Curent 174mA
Putere 39,15W

Pierdere 6,596W
Randament 0,856

Update dupa finalizare traf cu 2 fire de 0.2 la secundar (si Schottky de 2A pe D4)

Input: 25,6V cu 2,035A, P=52,096W
Output 262V cu 178mA, P=46,636W
Loss = 5,46W
Randament = 0,8952; ma rog, daca instrumentele sunt corecte toate (cat de cat sunt, mdeh, china... astea avem)