Проектирование LLC резонансного преобразователя 600 Вт
Вставка
- Опубліковано 28 жов 2023
- #DigitalCAT_electronics #LLC
LLC полумостовой резонансный преобразователь выходной мощностью 600 Вт на базе контроллера FAN7688. Особенность данного дизайна - наличие нескольких выходных обмоток с синхронными выпрямителями на стороне каждой обмотки.
Преобразователь стабилизирует потребляемый ток в наиболее нагруженной вторичной обмотке, кроме того, для стабилизации напряжения на другой обмотке, используется дополнительный DC/DC понижающий преобразователь с синхронным выпрямителем встроенным в микросхему преобразователя.
Контроллер LLC преобразователей FAN7688 хорошо известен, производитель предлагает appnote с примером расчета, Exel файл для расчета преобразователя и, Matcad файл для расчета компонентов цепи компенсации обратной связи преобразователя.
FAN7688 по питанию размещен со стороны вторичных выпрямителей, такое решение требует использования гальванической развязки сигналов управления затворами LLC ключей.
Гальваническая развязка обеспечивается тремя трансформаторами: трансформатором тока, трансформатором управления затворами ключей (GDT) и основным трансформатором преобразователя.
Трансформатор LLC преобразователя выполнен в планарном исполнении на двух магнитопроводах типа ELP имеющих достаточное окно для размещения печатных обмоток и изоляции.
Последовательный резонансный контур рассчитан исходя из допустимого переменного напряжения на конденсаторах контура.
Обратная связь и стабилизация по току в основной вторичной обмотке реализована с помощью токового шунта и усилителя напряжения необходимого для согласования уровня опорного напряжения (2,4 В) усилителя ошибки FAN7688 и уровня напряжения на измерительном резисторе.
Наш канал: / @digitalcat-electronics
Импульсные источники питания: • Импульсные источники п... - Наука та технологія
Давно хотел найти подобные темы.Хотелось бы еще увидеть расчет разных топологий и квазирезонансных, резонансных.
С наступившим Новым Годом! В этом году, постараемся дать хороший контент, не бесспорный, но только реально существующие проекты со всеми их ошибками и неоднозначностью выбора компонентов. Квази, не обещаем - в работе нет преобразователей диапазона 100 - 200 Вт, а вот резонансники parallel load и LLC, будут. Будут и PFC и различные высоковольтные для затворов, ячеек Поккельса, ламп вспышек...
Stay Tuned!;)
Не могли бы Вы показать более подробный расчет планарных трансформаторов в матлабе, это чрезвычайно интересная тема!)
Олег, доброго времени! Это самая главная и наиважнейшая тема / деталь этого преобразователя / топологии! В MatLab не очень получилось у меня - компетенций видимо недостаточно. Учусь у китайцев, планирую в Ansys это сделать. В случае успеха и опробации, обязательно поделюсь / расскажу!
Отличное видео. Тема очень интересная, а информации и практических конструкций на Ютубе почти нет. Мне интереснн LLC в качестве повышающего преобразователя с низкого напряжения 12в на 3кв. Пугает отсутствие знаний по намотке трансформатора. Мы сделали psfb на 2895, драйверы 1ed3241. Работает. Долгое время возились с трансформатором, чтобы подобрать необходимую индуктивность рассеяния, так как изначально мы пытались сделать полный мост с жесткой коммутацией, то старались загнать рассняние в минимальные значения секционированием обмоток. Пришли к 5 слойному секционированию, что является практическим пределом для используемого сердечника. Тепловыделение на ключах снизилось, в сравнении с одиночным секционированием, но все равно оставалось значительным. Мы решили попробовать полный мост с фазовым сдвигом, опыта настройки и применения тоже никакого не было. Собрав прео, испытывали на 5 слойном трансе, но добиться zvs, так и не удавалось, помог дроссель, интегрированная индуктивность рассеяния оказалось слишком мала. В итоге все заработало на 110кгц, ток потребления по шине 12в 56а. Ключи nexperia 0,55mohm по 2 в параллель греются меньше, чем при жесткой коммутации, но все равно при таких токах не греться они не могут, если мы нивелировали динамические потери, то потери на проводтмость никуда не денуться. Убрали 5 слойное секционирование, оставили 3. Нужда в дросселе отпала. К чему я это, хотелось бы сделать такой же прео LLC, чтобы сравнить их работу и получить практический опыт. LLC трансформатор теоретически не нуждается в послойном секционировании, а так как это ВВ транс, то трудозатраты на изготовление должны быть значительно меньше, а обеспечить диэлектрическую прочность значительно проще. Но информации по LLC как повышающего прео очень мало. Методикой расчета резонансного тракта не владею, а программа Денисенко выдает неадекватные значения емкости и индуктивности. Я просто любитель а не спец. Вы видно что спец, поэтому вопрос, стоит ли игра свеч. Действительно ли мы получим более высокий КПД в сравнении с psfb? Пока я вижу лишь одно, го существенное преимущество, это более высокие диэлектрические характеристики транса и простота в изготовлении . Но опытов по подбору и намотке уйдет вагон, чтобы зафиксировать результат и клепать по образу и подобию. Транс на psfb отработан не малым трудом, но все же очень трудоемкий. Прошу совета.
Приветствую! Огромный опыт и большой путь вы проделали! Правильно ли я понял: вы хотите 12В в 3 кВ, мощность нагрузки порядка 650 Вт, 56А это ток в плече на первичной стороне.
Резонансная топология (для определенности, пусть будет LLC полумост, для 650 Вт выглядит разумным выбор) хороша тем, что форма кривой тока - синус. Но для вашего случая применение не типично, простой транс получается при преобразовании из высокого в низкое.
А что у вас с нагрузкой? На сколько меняется мощность нагрузки?
Трансформатор имеет смысл моделить в FEMM, есть хороший разжеваный пример моделирования у Володина.
Видится выигрыш в КПД в случае LLC, 5, 7%, но 10%? Не уверен по сравнению со... сдвигом фаз, за счет облегяения режима работы ключей на первичной стороне. Но возникнет задача - резонансный конденсатор/батарея на такой ток... можно набрать снабберными epcos те что для igbt модулей (у них еще выводы - "лопухи" чтоб индуктивность минимизировать).
При рабочем преобразователе, проходить заново путь в LLC ради 5% - 30 ÷35 Вт в тепло, нет смысла, если имеющийся вас/тз удовлетворил.
Как источник заряда нагрузки в виде накопительной батареи конденсаторов, длинной линии, LLC применяются. Характер нагрузки какой?
@@DigitalCAT-electronics спасибо что отозвались скромному радиогубителю. По параметрам вы все верно поняли. По нагрузке - она постоянная, стабильно высокая. Из себя представляет выпрямитель, конденсаторы и разрядник. По поводу полумоста у меня сомнения, конденсаторный делитель для повышайки , на сколько мне известно, противопоказан. Я могу ошибаться, но придется мотать больше вторички. Поправьте меня, если это не так. Для устройства важна компактность, поэтому батарея из лопухов не айс. Но это не самое важное, даже если LLC конструктив не пойдет по габаритам в сравнении с psfb, то, как я писал ранее, я бы хотел получить опыт, сделав LLC под ту же задачу и сравнить с psfb .Тема больно интересная и развивается во многих приложениях. Солнечные конвертеры, зарядные станции итд. Я бы хотел расширить свое практическое понимание, как оно работает, попытавшись собрать данный конструктив. Поняв принципы и основы, можно было бы применить эту схемоту в более полезном приложении. А понять ее можно только собирая и настраивая, а не читая теорию. Спасибо. У вас очень интересный канал с редкой тематикой.
@@Antey117 На высоких напряжениях (3 кВ, в этом контексте не является таковым, преимущественно емкостные делители применяют, правда и то, что их необходимо шунтировать резисторами, но тема высоковольтных делителей и таких же но для цепей с высокой скоростью изменения тока / напряжения, сильно выходит за рамки LLC и преобразователей). Если кратко, то на 3 кВ резистивный делитель сделать значительно проще, чем емкостной.
Если цель разобраться в топологии и научиться использовать, то батарея конденсаторов и вообще, выход в 3 кВ для LLC совершенно не типичны, поэтому возможны различные сложности обусловленные не столь топологией, сколько применением. Да взять хотя бы 56 (А) среднеквадратического значения тока через ключ на первичной стороне - совсем не типичная ситуация, вносящая коррективы в приемы монтажа и или изготовления обвязки.
При расчете пикового тока приведенного к первичке имеет смысл брать момент начала заряда полностью разряженного накопителя (хотя при работе, скорее всего, у вас режим с частичной разрядкой), на этот же ток ориентируетесь считая защиту от перегрузки и КЗ во вторичке (вся защита, как правило, на первичке). С действующей мощностью нагрузки вы определились, исходя из величины емкости, дельта V накопителя и максимальной частоты (числа импульсов в единицу времени) разряда.
Не относящееся к зарядному устройству, я бы предусмотрел формирующую цепь (а если емкость составлена из нескольких, то длинную линию на сосредоточенных элементах) с целью формирования необходимой формы тока разряда (уменьшения/устранения коммутационного перенапряжения и уменьшения времени переходного процесса) это добавляет значительную стабильность в достижение целевого результата разряда будь то электроразрядное упрочнение, обработка, штамповка или возбуждение газоразрядного промежутка.
Дисконнект выхода преобразователя на интервале срабатывания инициирующего / его заменяющего (если таковой имеется) и основного разрядника делаете?
@@DigitalCAT-electronics спасибо за развернутый . Только прочитал. Не могу сказать что все понял. Но из того что понял, прокомментирую. Про делитель, я имел ввиду конденсаторы полумоста. К трансформатору прикладывается половина напряжения .На высоком напряжении это не критично. Но при питании 12 вольт уже совсем не годится. Поэтому только полный мост. Иначе вторичку мотать значительно больше. Или я ошибаюсь? Поправьте пожалуйста.
Я ща мостовой LC делаю, с высокоомной нагрузкой подключенной параллельно емкости. Питание от 12 В. Частота контура 800 кГц. Вышел на 120 Вт. Нагрузка развязана через трансформатор 1:1 на кольце. Контурная индуктивность - дроссель на воздухе кабелем 6х0,5. Мосфеты дпак 0,020 Ом. Фронты по 25 нс. ZCS переключение практически. Трансформаторная развязка затворов. Греется дроссель. Мосфеты греются сильно очень, тем более вся силовая плата размером 45×50 мм залуженая. Все остальное ок. Так вот искал видео как D-pak транзисторы охладить, но такие радиаторы как у вас сделать не смогу. Думаю плату покрыть листом меди 0,5 мм, ну и мосфеты к меди паять. Тем более вентилятор поставить смогу. Еще думаю как дроссель экранировать, буду пробовать в банку из под кофе засунуть, только мне кажется она раскалится. Просто хз на чем мотать дроссель 1,7 мкГн под 800 кГц и Iд под 10 А.
Ух, гемор с низким напряжением питания, но надо от 12.
Доброго! При 120 вт в нагрузке греется сильно, хотя если у вас мост, значит от 600 Вт номинальная нагрузка, значит больше 1.5 Вт на каждом ключе. Сквозного тока нет? Что то не то:( не должно так греться. Трансформатор не насыщается? Очень похоже на насыщение транса, отсюда и ток такой в резонансном контуре и ключах.
Можно взять медь толщиной 0,5 согнуть П-образно и припаять на пад вокруг DPAK, это позволит еще +1 Вт рассеять тепла. Дроссель литцендратом мотать что то типа 615 ниток по 0,08. Но я думаю, нужно искать причину нагрева. Расчетные потери на коммутацию ключей, какие?
@@DigitalCAT-electronics
Трансформатор не насыщается скорее всего, по крайней мере он холодный. Мост нагружен на LC последовательный. Нагрузка параллельно С. При питании от 12 В, на емкости около 190 В синус, при нагрузке 135 Ом подключенной параллельно С. Синус супер ровный и на С и на нагрузке. Трансформатор на насыщение проверяю импульсом тока и смотрю залом, но это малоинформативный метод, ведь не учитывается рабочая частота, насколько знаю, порог может сильно зависеть от частоты.
А вот сквозные токи надо проверить еще раз, дед тайм регулируемый, но я всегда старался выставить его на минимум, чтоб практически не было нулевого времени, чтоб не было искажений, я стараюсь получить максимально ровный синус.
Пусть действующий ток в мосте 10 А, допустим канал 0.020 Ом, с учетом фронтов пусть будет 0.025 Ом. Итого 4х2,5 Вт. То есть 10 Вт. Транзисторы стоят на плате в линейку друг за другом, вот и нагрев. Можно с меньшим сопротивлением поставить, но я смотрю на ton и toff, ведь у мен частота высокая.
Очень помогает nanovna. Проверяю ей все еоминалы, на рабочей частоте заметно отличаются от даташитных номиналов. Короче покопаюсь еще неделю-другую, может потом видео залью.
@@2qf655 Понял, последовательный контур, токи большие текут это его основной недостаток:( напаивать медь и как вы писали - пластину медную. Видео будет, скиньте ссылку пожалуйста!
@@DigitalCAT-electronics Видео залито у меня в профиле. Комментарии приветствуются.
друг у тебя есть схема моста или полумостовой накачки паралельного колебательного контура с возможностью регулировки частоты и скважности импульсов подаваемых в колебательный контур?
Спасибо, ваши видео всегда полезные и интересные. Тоже сейчас проектируют преобразователь LLC со стабилизацией тока, но с управлением от МК. На входе PFC, по схеме totem-pole, дальше сам LLC. Но из-за того что выходное напряжение очень мало и диапазон регулирования широк(0.5-5.5В, при токе 150А) пришлось прибегнуть к полномостовой схеме с управлением за счёт фазового сдвига. Выпрямитель синхронный со средней точкой. В каждом плече по 4 таких TO-263-7, примерно как у вас, в районе 1мОм. Сейчас вот думаю от каких сигналов наиболее просто было бы управлять выпрямителем(контроллер изолирован от всей силы)? Ток во вторичке планирую измерять косвенно, по потреблению полумоста.
З.Ы. По моим расчетам на ключи SR не обязательно ставить мощный драйвер, т.к. включение всегда идёт на околонулевых токах и даже долгое включение ведёт к мизерному увеличению потерь. Планирую на те самые 4ключа в плече поставить 4А драйвер 1edi40.
Я думаю, что проще будет измерять ток моста и отстраиваясь выдержкой времени на переходной процесс, определять момент для коммутации ключей синхронного выпрямителя.
Почему бы не использовать для этих целей трансформатор тока? Стоит (на фоне затрат на ключи SR) не дорого. А пользы от такого решения - и развязка и ток каждый полупериод измерите.
Я запроектировал перемычку типоразмера 2512 в одном из плеч полумоста только для целей настройки и снятия осциллограмм.
Драйвер на SR запроектировал - опасаюсь не уложиться в DT - у FAN7688 слабенький выход совсем, а у примененных контроллеров SR уже хоть какое то подобие драйвера на борту.
Регулирование основного выхода в LLC в относительно небольшом диапазоне, реализую. Пока не решил - частью какого устройства сделать эту цепь вольтодобавки, не отобразил на схеме потому, что в текущем моменте развития посчитал этот функционал частью блока управления целевой установки куда входит рассмотренный ИП.
Спасибо большое за видео! Можете расчету выложить?
Могу вам на e-mail прислать. Напишите, куда отправить.
@@DigitalCAT-electronics Ютуб не позволяет написать почту и трет мой комментарий. Можно написать на почту для коммерческих предложений?
fury.alone[САБАКА]гмайл. Мой e-mail, то что в скобках и кириллицей, замените:)
Подскажите пожалуйста по какой топологии лучше сделать высоковольтный(2 кв 1,5 квт) бп лампового усилителя для передатчика?С резонансными LLC когда-то собирал низковольтные но там получается узкий диапазон нагрузок а нужно чтобы диапазон был от запертого режима(1-2 % от максимального) до максимального потребления.Либо включать бп при переходе на передачу но тогда софтстарт должен быть менее 0,1 секунды.Нагрузка емкостная(симметричный умножитель).Соответственно обычный шим не рассматриваю,ключам будет тяжко.В какую сторону лучше смотреть ?
Большой диапазон регулирования. По мощности вариантов не много: полумост или мост. Из резонансных топологий, вероятно, больше всего подойдет параллельно нагруженная резонансная топология (Parallel load resonsnce converter есть материалы в интернете, но готового инженерного расчета нет и с трансом можно пролететь в первой попытке) следует поступить по аналогии с LLC - минимизация схемы замещения трансформатора, приведение к первичной стороне, гармонический анализ применительно к первой гармонике, передаточная функция конвертора. PLD топология имеет большой диапазон регулирования, недостаток - большой ток в резонансном контуре в т.ч. на ХХ. Ну и на 2000 (В) изоляцию трансформатору обеспечить.
А так, вспоминается прошлое - классический транс, а потом были генераторы Ройера и всякие его улучшения.
@@DigitalCAT-electronics спасибо за инфо. Подскажите фазовой ШИМ uc3875 и подобных стоит рассматривать или там есть свои ограничения?
@@user-vi9cl3fc1e Вполне оправданный выбор контроллера и топологии. Единственно, что выбранный контроллер не изобилует интегрированными защитами и в таком аспекте можно посмотреть вариант более современный контроллера полного моста с фазовым сдвигом.
@@DigitalCAT-electronics спасибо за подсказку
Приветствую, можете написать свою электронку, есть вопрос по одной схеме LLC - преобразователя. Спасибо
Доброго времени. fury.alone[сабака]gmail.com
Не сталкивались ли с ситуациями, когда контроллер при поданном питании VCC вообще перестает подавать управляющие импульсы на транзисторы полумоста? Хотя в даташите указано, что он non-latching.
Сталкивался. Но все ситуации были связаны с работой защит и (или) не качественной разводкой / компоновкой печатной платы. Нужно смотреть осциллограммы, что происходит в эти моменты - так не скажешь ничего.
В вашем случае это была защита от перегрузки по току первичной стороны или защита от КЗ по малому напряжению на линии обратной связи?
@@user-cg5pz7zw2r Если честно, много было разных PFC, что помню: из за помех по входу токовой ОС, уходил в защиту. Причина: плохая разводка PCB. Исправил - новая печатная плата (пред регулятор был на 1500 Вт). По своему СУБЪЕКТИЫНОМУ опыту (это не показатель!!!) контроллеры PFC от INFINEON более требовательны и сложны в применении (не путаем с IRF контроллерами которые до сих пор в портфолио INFINEON, с ними взлетает)
Farchaild/ON semi менее требовательны.
Я так поступаю: если при первом включении не взорвалось :) (через лампочку) но и не взлетело мои шаги такие
1. Проверка самопитания.
2. Проверка осциллограммы на токовом шунте.
3. Проверка осциллограммы на делителе Vout
4. Совмещенные осциллограммы Vgate и Vr shunt/Uinductor
5. Если по совокупности осциллограмм проблем нет, то
6. Запитываемся от внешнего источника Vaux
7. Осциллограммы 2-5.
...
Чаще всего/обычно проблемы в некорректной разводке, особенно сигнальной и силовой земли, их объединения, на втором месте - не верный расчет (взяли не известный магнитопровод или не учли derating от нагрева и подмагничивания сердечника, с AUX бывало так - делаешь и успешно много PFC разных и расслабляешься, то расчет забыл, а сколько там витков было и вот уже в AUX обмотке намотанной на дроссель, промахнулся).
@@DigitalCAT-electronics
С PFC от infineon в точности так и было: срабатывала защита по току. Но мой вопрос по LLC на fan7688. А мы не можем перейти на общение по почте?
@@user-cg5pz7zw2r fury.alone сабака гмэйл.ком
А в каком диапазоне планируется регулировка тока?
20 - 100 Inom
@@DigitalCAT-electronics Точнее я хотел уточнить, на сколько должно меняться напряжение при регулировании тока?
@@aleksandrsmile9585 нагрузка во всех каналах кроме канала с понижающим пост преобразователем, светодиоды и я начал было анализировать реакцию преобразователя на нелинейную нагрузку, потом понял, что не это мне надо. Мне надо изменять яркость свечения, далее я задумался о датчике тока для ОС по току и понял, что мне нечем экранировать датчик тока (Melexis полный мост на датчиках Холла), но мне надо регулировать яркость свечения, снова я что то не то делать собираюсь… И я сделал (уже в железке) ОС по напряжению одного самого нагруженного канала, но при этом в каждом модуле нагрузки имеются балластные резисторы призванные в определенной мере снизить влияние изменения напряжения при регулировании преобразователя по основному каналу нагрузки.
Возможно, в краткосрочной перспективе возникнет задача создания ИП с регулировкой по току (реверсивный источник тока для гальваники) тогда прийдется заняться математикой и выводом соотношений.
Общие соображения такие: Преобразователь является источником напряжения. Регулирование по току можно реализовать инжектируя в цепь FB по напряжению (через диод) ток, тем самым смещая напряжение FB. Далее цепь ОС воздействует на преобразователь, частота коммутации изменяется и мы получаем заданное напряжение FB но уже с учетом вольтодобавки от падения напряжения от протекания инжектируемого тока на сопротивлении делителя FB.
И мне расчёт можете прислать. abramovandreybiktorovich(сабака)майл. Спасибо Вам большое за такую работу. Всегда интересно.
Пули ушли:)