Автомобильный DC-DC (12->5в) на TL494. Помогите разработать.

[Eraser]

Задача, сделать преобразователь в автомобиль для питания видеорегистратора, медиаплеера, и зарядки пары телефонов, обязательно с гальванической развязкой, иначе я слышу помехи с системы зажигания в колонках, когда работает медиаплеер или телефон с подачей звука в AUX - автомагнитолы. Ну поразвлечься, набраться мозгов в схемотехнике, тоже цель, я бы сказал первичная.

 

Вырисовались следующие параметры:

-Тип преобразователя Flyback

-входное напряжение 8 – 15в

-выходное напряжение 5в

-выходной ток – 5А (с запасом прочности 20% - 6А)

 

Для того чтобы понять, как все работает, а я только учусь, сделал расчет не по программе Старичка, а вручную, по книге «Силовая электроника (Семенов А)» и статья/книга «Обратноходовый преобразователь (Макашов Дмитрий)». В принципе расчеты близки с программой Старичка получились, единственное разброс в параметрах RDC подавителя получилась, что по книге Семенова, что по книге Макашова, что по программе Старичка, но это потом, проблема пока серьезнее.

В итоге получилось:

-Сердечник Ш7*7 зазор 1,5мм

-Индуктивность первичной обмотки  = 3,37мкГн (8 витков)

-Индуктивность вторичной обмотки = 1,29мкГн (5 витков)

-Силовой ключ IRF540Z

Индуктивности замерял по статье (https://hubstub.ru/circuit-design/27-kak-izmerit-emkost-i-induktivnost-s-pomoschyu-oscillografa.html), делал специально генератор, емкость обмоток получилась довольно-таки точная, единственное, если с замкнутой вторичной обмоткой измерять индуктивность рассеяния, то она у меня получилась 8%-9%, вместо 2.5%, как пророчат книги, но это не главное.

Сама схема:

 

Я-то надеялся, что регулироваться напряжения будет скважностью, на частоте 100кГц, а получилось что регуляция (может ошибусь термином) частотная получилась, причем под нагрузкой 0.9А, на первой ноге TL494 регуляция происходит на частоте 1.43кГц, чем ниже нагрузка, тем ниже частота. В общем приведенная в Datasheet схемотехника получилась не та, которую я хотел, я думал скважность будет меняться, а скважность у меня постоянная 47%, рывками, такое я буду слышать в колонках, не устраивает.

 

Вот что на первой ноге, период 700мкСек (1,43кГц), спадает сигнал с отпто-транизистора совсем не охотно - 250мкСек ! :

Вот что на второй ноге, R21 и R23 делают небольшой гистерезис:

Вот что у меня на стоке транзистора, ШИМ включается и выключается, когда включено, работает как обычно, пока выходное напряжение не наберет:

Вот Vds более детально, бросок напряжения очень большой, 60вольт. Но тут конденсатор в RDC подавителе 14,1nF, а расчетный 23nF, + схема на макетной плате, длинные провода тоже скорее всего влияют, потом буду разбираться.

Это у меня на затворе:

Это пульсации на выходе, если подрегулировать синхронизацию, можно поймать следующую картину, но суммарно напряжение гуляет на 1,8в, хотя вольтметр показывает ровно 5в:

 

Помогите примером схемы, где регуляция «правильной» скважностью регулируется!? После решения, думаю, много других проблем отвалится сами собой.

Вот так выгладит макет:

 

 

Изменено 9 апреля, 2017 пользователем Eraser

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Sergey-Ufa]

У вас похоже самовозбуждение из-за слишком большого усиления в цепи обратной связи. TL431, которая работает на оптопару имеет очень большую крутизну передаточной характеристики. В добавок к ней еще и большое усиление в TL494. Попробуйте для начала установить минимум усиления TL494 сделав R21=R23. Если возбуд пропадет, то можно будет постепенно увеличить усиление, подобрав максимально возможное при устойчивой работе.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Eraser]

Не понимаю, где тут возбуждение ? Поставил R21=R23=100k, ничего не поменялось, только частота включения ШИМ снизилась в 2 раза  Повторяется эта картинка, но на другой частоте:

Я думал R21=R23 это делитель напряжения на входе компаратора для гистерезиса, в первой версии получался гистерезис от 2,44в до 2,55, более 0.1 вольта, есть время схеме регуляции подумать.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Falanger]

1 час назад, Eraser сказал:

Не понимаю, где тут возбуждение ? 

Отключите УО в ТЛ494 , вообще. 1-16 на минус 2-15 на 14 ножку , с 3н на минус сопротивление 1кОм ; транзистор оптрона на 3н .

Короче , как сделано в этой схеме:

http://forum.cxem.net/uploads/monthly_03_2016/post-158180-0-67067500-1458370496.gif

[Candid]

3 часа назад, Eraser сказал:

Вот так выгладит макет:

На таких соплях навряд ли будет работать силовая электроника.

[Eraser]

В ‎10‎.‎04‎.‎2017 в 00:08, Falanger сказал:

Отключите УО в ТЛ494 , вообще. 1-16 на минус 2-15 на 14 ножку , с 3н на минус сопротивление 1кОм ; транзистор оптрона на 3н .

Короче , как сделано в этой схеме:

http://forum.cxem.net/uploads/monthly_03_2016/post-158180-0-67067500-1458370496.gif

Неделю потратил на реализацию вашего совета, вроде что-то получается, скважность начала меняться, спасибо.

Пока у меня это получилось, сжег:

1. 6-7шт IRF540Z. - оказалось, притрагиваясь паяльником к схеме, она получала высоковольтный импульс и затвор прогорал, закорачивая схему. Теперь перед пайкой обязательно отключаю макет схемы от БП, который у меня простой, от компа.

2. TL439, TL431. - не ту полярность разок подал.

3. Штук 5 стабилизаторов LM7812. - во время тестов с обратной связью, ОС иногда отключалась или не работала, напряжение на вторичной обмотке питания схемы взмывала в бесконечность и все выжигала. На данный момент я отключил питание схемы управления от вторичной обмотки, питаюсь от входящих 12 вольт с БП, но через стабилизатор на 9В, как разберусь со стабилизации выходного напряжения, продолжу экспериментировать с питанием от вторички.

В ‎10‎.‎04‎.‎2017 в 00:19, Candid сказал:

На таких соплях навряд ли будет работать силовая электроника.

Скважность стала меняться, но формы сигналов очень кривые-косые. Начал разбираться, действительно сопли виноваты

С силовой части схемы (что на картонке), до схемы управления, через "сопли", питание доходит с колебаниями в 1 вольт, это если около конденсатора измерять, а в трех сантиметрах от конденсатора колебания 1.5-2 вольта, и это при минимальной выходной нагрузке, примерно 200мА, о какой тут стабилизации можно говорить, а я все думаю, почему на затворе жуть как "грязно" всё  Придется на текстолите отлаживать

 

Изменено 16 апреля, 2017 пользователем Eraser

[Eraser]

Переделал на макетной плате с пайкой, вышло так, понадежней конечно? выбросов индуктивных меньше, на затворе точно:

В корне все поменял совет @Falanger , сделал по его приведенной ссылке получилось, теперь скважность меняется!

На стоке:

На затворе 500мкСек/дел:

 

Теперь вопрос в КПД, при нагрузке 1А КПД = 54%, при нагрузке 3А КПД=52%, это очень мало, хочу 85 добиться.

На данный момент сердечник Ш7x7 с зазором 1,5мм, первая обмотка 8 витков, вторая 5 витков, на данном сердечнике индуктивность рассеяния 8%. Буду играться с конфигурацией - зазор/кол-во витков, в запасе 3 сердечника, буду опять точить наждачкой.

 

Изменено 24 апреля, 2017 пользователем Eraser

[Eraser]

Сделал другой трансформатор.

Ш7*7 зазор 1мм

Первичка 5 витков (1.9мкГ, было 3.2мкГ)

Вторичка 4 витка

Уменьшение зазора и количества витков дало КПД 62% (прирост 10%).

Мало, еще уменьшать зазор и витки?)

Изменено 26 апреля, 2017 пользователем Eraser

[Eraser]

Поменял MOSFET драйвер с биполярников на MC33151, особо не помогло.

При половинной нагрузке в 3А, КПД равняется 62-64%, выбросы напряжения GS дикие, RDC подавитель дико греется.

Ситуация меняется если снизить хотелки с 5А на выходе, на 3А на выходе, пересчитав и  перемотав трансформатор на данные значения, КПД при нагрузке 3А = 71%.

3А мне мало, а КПД 62% слишком не серьезно, возможно мне стоит сменить тип преобразования с обратнохода на push-pull или прямоход? Надо выжать6А на выходе, как посоветуете поступить?

[Manowar]

выбрали ох топологию(уже спорно, но применимо)?  так и применяли бы мс, заточенную под данное применение. как пример - проверенную временем uc3843, а не этот огород вокруг 494.

пысы: ох на низкие питающие напряжения - это большие импульсные токи с соответствующей разводкой, сечением проводов(лучше лента) тр-ра, хорошие емкости.

 

 

[Eraser]

Токи на обратноходе действительно дикие, так что делаю push-pull, матчасть дополнил из книги "Импульсные блоки питания" (Раймонд Мэк), расчеты совпали с программой ExellentIT с небольшим разбегом, кроме амплитуды индукции, она почти в два раза больше по программе, чем по моим расчетам

[Eraser]

Сделал первую версию Push-Pull, вот такая схема:

Силовые ключи на самом деле IRFZ24N, почемуто с ними не эмулируется схема.

Считал по формулам из книги в SMath Studio. ExellentIT ругается на слишком большое сопротивление ключей (70мОм), если ставить 26мОм (IRFZ540) то не ругается.

Сердечник на первый раз поставил какой был М2000НМ К40/25/11, здоровый очень, но другого нет пока. Выходной фильтрующей индуктивности пока нет

Получилось вот что:

 На нагрузке 0.15 - 1.5А все ок, на выходе 5В, КПД 55%, Чуть выше нагрузка -  напряжение тут же проваливается.

Вот что на стоках и на выходных обмотках:

 

Купил кольцо поменьше, протестирую.

Потом добавлю выходную фильтрующую индуктивность.

Потом ОС по току поставлю.

Пока получилось хуже чем Flyback

 

Изменено 12 мая, 2017 пользователем Eraser

[Hepo]

Вопрос такой. В обратноходе зачем вторая обмотка? Самопитание? Если да то смысл делать танцы с бубном для гальваноразвязки если вы опять первичку и вторичку соединяете обмоткой(через диод всеравно помехи могут пробиться.)

По поводу сердечника приблизительно у вас должно быть порядка 16 витков(всех первички и вторички) на фото значительно больше. Приведите скрин расчетов.

14 часа назад, Eraser сказал:

ExellentIT ругается на слишком большое сопротивление ключей (70мОм)

И правильно делает.

Допустим  у вас 10 витков первички медной проволоки. Какое получится у нее сопротивление? 

Теперь сравните его с сопротивлением транзистора. В вашем случае они будут близки.

Теперь грубо говоря у вас в цепи два сопротивления на каждом из которых у вас упадет "х" В. И по расчетам программы получается что на транзисторе упадет такое напряжение при котором система при минимальных "х" В входных(Вроде 8 вы говорили) не сможет обеспечить на выходе необходимые 5В.

Если гдето не прав пожалуйса поправьте. Тоже в этом новичек, но так я понимаю всю эту ситуацию.

По поводу КПД. У вас сильно греются силовый транзисторы или чуть теплые? Ведь кпд кудато втрубу то уходит? вопрос куда.

И еще у вас на схеме С6 часом не в воздухе? Или так в проге отрисовало.

[UVV]

@Hepo сопротивление там индуктивное тоже нет расчётов на это. В таких схемах активное сопротивление в расчёт не берутся. Надо смотреть индуктивное сопротивление относительно частоты преобразователя на это есть простые формулы. Ключи могут греть обратные выбросы а именно греются паразитные диоды что стоят в ключах.

[Hepo]

В 13.05.2017 в 01:49, UVV сказал:

сопротивление там индуктивное

Да  согласен. Но скорее всего и его не хватает. Посчитал при 100кГц и 73.1мкГн(первички) получилось X_L =0,0459Ом. = 45.9мОм.

Скрытый текст

В 13.05.2017 в 01:49, UVV сказал:

греются паразитные диоды

А как с ними бороться или только ставить ключи без диодов и шунтировать своими. Гдето читал иногда ставят неполярные конденсаторы паралельно ключам.

[Eraser]

В ‎13‎.‎05‎.‎2017 в 05:14, Hepo сказал:

Вопрос такой. В обратноходе зачем вторая обмотка? Самопитание? Если да то смысл делать танцы с бубном для гальваноразвязки если вы опять первичку и вторичку соединяете обмоткой(через диод всеравно помехи могут пробиться.)

По поводу сердечника приблизительно у вас должно быть порядка 16 витков(всех первички и вторички) на фото значительно больше. Приведите скрин расчетов.

И правильно делает.

Допустим  у вас 10 витков первички медной проволоки. Какое получится у нее сопротивление? 

Теперь сравните его с сопротивлением транзистора. В вашем случае они будут близки.

Теперь грубо говоря у вас в цепи два сопротивления на каждом из которых у вас упадет "х" В. И по расчетам программы получается что на транзисторе упадет такое напряжение при котором система при минимальных "х" В входных(Вроде 8 вы говорили) не сможет обеспечить на выходе необходимые 5В.

Если гдето не прав пожалуйса поправьте. Тоже в этом новичек, но так я понимаю всю эту ситуацию.

По поводу КПД. У вас сильно греются силовый транзисторы или чуть теплые? Ведь кпд кудато втрубу то уходит? вопрос куда.

И еще у вас на схеме С6 часом не в воздухе? Или так в проге отрисовало.

1. Да, предполагается самопитание, в итоге, пока его нету, на время отладки основной схемы, на данный момент применяю линейный стабилизатор на 9 вольт, как отлажу схему, с третьей обмотки получу 15 вольт и пущу на стабилизатор уже в 12 вольт. Разве он (линейный стабилизатор) пропустит такие помехи, которые сейчас со свечей зажигания прилетают ?

2. По поводу расчетов я облажался с частотой, у америкосов в книге берется частота задающего генератора, заполнение считается как сумма с двух ключей (в моем случае 0,9) и т.д.. У Семенова все делится на два, у ExellentIT тоже. В общем я запутался, сейчас переделаю, на данный момент моя схема на 50 Русских кГц работает . На фото первичка 9+9 витков, вторичка 7+7.

2. Девять витков, это получилось где-то 45см провода 1,22мм^2, расчет следующий (с учетом Скин-Эффекта кабеля):

2.5% потерь на сопротивлении проводников и ключей, без учета динамических потерь, поправьте, если посчитал не так.

3. В Push-Pull греются ключи, диод совсем немного теплый.

4. C6 все норм, не в воздухе, такая отрисовка.

 

В ‎13‎.‎05‎.‎2017 в 05:49, UVV сказал:

@Hepo сопротивление там индуктивное тоже нет расчётов на это. В таких схемах активное сопротивление в расчёт не берутся. Надо смотреть индуктивное сопротивление относительно частоты преобразователя на это есть простые формулы. Ключи могут греть обратные выбросы а именно греются паразитные диоды что стоят в ключах.

Да, буду считать по книге потери, возможно и сойдутся цифры.

 

Купил сердечники поменьше - EPCOS R22.1x13x7x12.5 и ETD29, с ними напряжение держится в всем диапазоне нагрузок, КПД чуть повыше 60-63%, все равно маловасто. Скорее всего слишком мало витков первички, рассеивается все, хочу попробовать побольше, т.к. запас до индукции насыщения есть, и много. Плохо что в купленные сердщечники больше витков не помещается, а других в наличии в магазиназ нет. Завтра разных сердечников со сломаных блоков питания серверов/компов/систем хранения подергаю, попробую с ними.

[Serglev]

Мне кажется, не стоит заморачиваться с пуш пулом. Сделайте чепер. Он намного проще. Ориентироваться стоит на частоту 32-37 кГц. В основном на ней работают все преобразователи.Если задающий шим к примеру 64, значит частота преоьразования 32, на нее и следует считать трансформатор. По собственному опыту, если у вас проходят помехи через чепер, скорее всего на генераторе пригорела обмотка, она искрит, и вам пуш пулл не поможет в этом варианте. Помеха идет по воздуху. 

[Eraser]

Чоппер сейчас стоит, смотреть видео на штатной магнитоле через медиа-плеер, который питается от чоппера - невозможно, если запитать чоппер от отдельного аккумулятора (а я это пробовал) - помех нет.

Только что попробовал запитать схему управления от отдельного аккумулятора 12В, КПД на 2.5% поднялось, т.е. броски тока дают управляющей схеме о себе знать, но немного.

Изменено 14 мая, 2017 пользователем Eraser

[Serglev]

Тогда пару вопросов... На заглушенном двигателе через чопер нормально работает или нет? Зависят ли помехи от перегазовки? Если при заведенном движке откинуть клемму с аккумулятора. помехи усиливаются? Попробуйте отключить генератор. Будут помехи? Прсто если вы соберете преобразователь с развязкой по обмотке, помеха все равно никуда не уйдет. Она просто станет меньше в 2 раза. С первички она перейдет во вторичку , но все равно останется. Еще был такой прикол в моей практике. Бортовой комп машины давал помехи. В частности и на магнитолу и на медиаплейер.

Изменено 14 мая, 2017 пользователем Serglev

[Геннадий]

В 12.05.2017 в 10:27, Eraser сказал:

Сделал первую версию Push-Pull, вот такая схема:

 Выходной фильтрующей индуктивности пока нет  Потом добавлю выходную фильтрующую индуктивность...

Вы неправильно трактуете назначение это индуктивности. Не "фильтрующая выходная...", а демодулирующая - обязательный элемент схемы (должна быть впаяна в схему раньше силовых ключей). Удивительно что вообще что-то получилось и неудивительно что хуже.

[WaRLoC]

Да тут вообще жуткая жуть в этом пушпуле)). Судя по картинке первичка намотана в покольца с одного бока, вторички секциями с другого, плюс еще пустого места без намотки. В итоге имеем лютую индуктивность рассеивания которые и дают эти безумные колебания на ослограммах по фронтам, плюс сердечник кусками входит в насыщение, что просаживает кпд ниже плинтуса. Перематывайте трансформатор, обмотки должны быть распределены по всему кольцу, поэтому не рекомендуют делать меньше 4 витков первички на кольцо, и те обматывают лентой из нескольких проводов чтобы без зазоров на сердечнике. Выходные индуктивности на пушпуле если без стабилизации действительно фильтрующие, но они должны быть, так как сильно облегчают жизнь накопительному конденсатору, фактически сразу выдают постоянку. Ну и снабберы поставьте, индуктивности рассеивания все равно останутся, как и выбррсы, вот снабберы их пригашивают, а то можно выпрямительеых диодов лишиться если они по напряжению впритык...

[Eraser]

Сегодня на Сибкабель сгоняю, куплю ПЭТВ-2 потоньше для первички, этот мотать невозможно.

[Eraser]

Провод не удалось вчера купить, намотал пока витой парой в три провода первичку, равномерно размазав 9+9 витков повсему кольцу:

• Обмотка 1.1
  
• Обмотка 1.1 + 1.2
  
• Обмотки 2.1 + 2.2
  
• Напряжение Vds на выходной нагрузке 1,4А следующее -
  
• Напряжение Vds и Vgs на нагрузке 3.4A
  

 

Это вообще нармальные сигналы, что за синусоиды на малой нагрузке ?

 

Кстати КПД не изменилось по сравнению с этой намоткой, примерно 62%:

Изменено 16 мая, 2017 пользователем Eraser

[Eraser]

Сегодня забрал полтора кило ПЭТВ-2 диаметром 0,475, на эксперименты хватит, мотать одно удовольствие.

Решил рассчитать все без своих формул, просто по программе ExellentIT:

 

Получился вот такой сердечник EPCOS R22.1/13.7/12.5, 7+7 витков первичка (3 жилы х 0,475) и 6+6 витков вторичка (5 жил х ,475):

 

Напряжения на Vds такое-же, как и в прошлом посте, не знаю, правильно это вообще или нет ? Есть образцы как должно быть ?

Нагрузка 1А (10в деление):

Нагрузка 4А:

На затворе обнаружен предательский скачок, во время включения другого транзистора, надо избавляться, пока не знаю как, конденсаторы поставленные впритык к драйверу MC33151 не помогают:

КПД ниже 60%

[AAMoroz]

А я бы посоветовал Вам микросхему lm2596-5,0. Она правда немного не удовлетворяет Вашему ТЗ (ток до 3 А). Вот ссылка, например, http://cxem.net/calc/lm2596_calc.php

Я недавно себе спаял небольшой такой модуль для питания видеорегистратора и зарядки всяких устройств от USB разъема. Деталей минимум, эффективность достаточная. Если есть необходимость еще чтото питать, можно два таких спаять.