Нанотрансформатор

[Obergan Alexey]

5 hours ago, Obergan Alexey said:

0,64 Гн на клетку

Блин, имел в виду конечно же Тл на клетку

[Реклама]

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

[irfps]

Добрый день.

Осталось некоторое количество сердечников от Мстатор.

Изучаю возможность их применения в однотактных преобразователях(Косой мост, Fix, Sfix, по мотивам Гиратора)

Для начала, Фикс. Нарисовал модель, пока источника тока.  Как то странно она работает, возникают непонятные осцилляции. Не понятно.

Нутром понимаю, что фиксирующая обмотка не особо нужна и Суперфикс Гиратора, скорее всего, более правильное решение. Но, пока его не осмыслил.

Ткните пож., что не так?

 

FixMstn32a.asc

[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

[protector]

23 минуты назад, irfps сказал:

Как то странно она работает

Не работает совсем. Источника импульсов нет, какие то огромные индуктивности в схеме.

[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

[irfps]

Модель рабочая, у Вас 3845 не нашлась в библиотеке.

[protector]

15 минут назад, irfps сказал:

не нашлась в библиотеке.

Это у данной программы такие фокусы? Но почему индуктивность 256 Гн?

[irfps]

У нано сердечников очень большая проницаемость.

Какие фокусы? Просто необходимо правильно указать путь командой . include  , или взять элемент из другой библиотеки.

Почитайте на форуме у Володина.

Power Electronics • Просмотр темы - Моделирование в SwCAD/LTspice для начинающих (valvol.ru)

Изменено 30 сентября, 2023 пользователем irfps

[thickman]

Недавно коллега irfps в качестве альтернативы дорогим породистым ферритам, предложил обратить внимание на дешевый китайский аналог из материала DMR44.
Внизу на картинке информация из даташитов. Видно, что по своим параметрам DMR44 ничуть не уступает современному ферриту N97 от Epcos. Среди аналогов в лидерах 3С97 от Ferroxcube но отрыв от других соперников небольшой. N95 и 3С95 с невыраженным седлом потерь ещё лучше, однако большой революции на сегодняшний день нет и пока не предвидится.
Я сравнил потери в материалах-аналогах N97 и в обсуждаемом здесь ленточном  АМАГ200, чуть позже покажу результаты.
 Для начала необходимо подобрать сердечники одинакового типоразмера. Это обязательное условие для сравнения. Сравнивать потери в сердечниках разного типоразмера не имеет смысла. Если сердечники различаются, тогда получается, что при тестировании выявляется прежде всего более оптимальный типоразмер в данном конкретном применении, - кому оно надо? Надо конечно, но для того существуют специальные алгоритмы и программы, которые выбирают размеры магнитопровода по нужным параметрам оптимизации – по перегреву трансформатора, объему, массе, стоимости и так далее. А вот имея на руках сравнительные данные по потерям, уже можно переходить к дальнейшей оптимизации. Удельные потери есть в даташитах, но воспользоваться ими не всегда получается. Например, сравнивать через удельные потери ленточные сердечники в контейнере с потерями в ферритах неудобно, слишком разный эффективный объем магнитного материала при равных типоразмерах, причем Кзап в ленточных сердечниках непостоянен, он зависит от размеров сердечника.
Если не ставиться цель сравнения материалов, все равно, свои экспериментальные данные могут оказаться полезнее скупой даташитной информации. К примеру, зазоры в сердечниках привносят доп потери, работа с залетом в довольно сильное насыщение – тут уже аналитические формулы от производителей недостаточно честны.  Метод контроля через дырку Гиратора также немного снижает эффективное сечение и это лучше учитывать.
Поэтому нужно подобрать такой метод тестирования, при котором нужную информацию по потерям быстро и без особого напряга мог бы получить и не слишком терпеливый лаборант. По этой причине калориметрический метод не подходит – муторно, долго, нужна основательная подготовка.
В следующем сообщении расскажу, как делал это я.

[z_vip]

@thickman Добрый день маэстро

Рад что вы снова с нами, всех благ

DMR44  и N97 от Epcos по цене набора одинакового типоразмера могут отличатся до 4 раз в пользу DMR44

[thickman]

Самый простой способ для оценки потерь в ферритах, это измерение потребляемого тока преобразователя на холостом ходу. Но штатный преобразователь с сетевым питанием не годится. Потери в ключах  преобразователя будут зависеть от типа применяемого сердечника. По той простой причине, что магнитная проницаемость в наножелезе много выше, чем в силовых ферритах, а значит индуктивность первички нанотрансформатора больше чем у ферритового транса. В результате – выход преобразователя из режима ZVS и появление немалых динамических потерь в ключах при их включении. Перевес потерь в сторону силовых ключей исказит результат. Даже самые современные кулмосы не годятся. А при тестировании ферритового сердечника ток намагничивания больше, ZVS в наличии, измеренные потери ниже, что приведет к неверной интерпретации результата эксперимента.
Я использовал стенд с задающим генератором 20-200кГц и полумостовым преобразователем, он питается от регулируемого лабораторного источника напряжением до 85 вольт. Дедтайм регулируемый, порядка 15-50ns. Пренебрежимо малая длительность DT не вносит существенной погрешности при расчете рабочей индукции через питающее напряжение. Транзисторы должны переключаться максимально быстро, поэтому затворные резисторы исключены, затворный трансформатор подключен непосредственно к затворам, в первичке ТГР в пара мощных затворных драйверов с доп буферами на биполярах.
К ключам требования противоречивые – минимальная выходная емкость и малое сопротивление во включенном состоянии. Важно также малое внутреннее сопротивление затвора.  Из перебранных мною кандидатов хорошо зарекомендовали недорогие STD15NF10L. Даже в Чипе-Дипе они есть за сущие копейки. Конденсаторы полумостового делителя с малым последовательным сопротивлением, потери в них тоже привносят доп погрешность. Я использовал люминиевые полимерные с последовательным включением (100-вольтовых полимерных нет в природе) но подойдут и обычные электролиты с низким ESR, включенные параллельно по нескольку штук.
Фильтр на входе преобразователя тоже с малыми потерями – достаточно толстый провод в дросселе и пленочные конденсаторы с малым ESR. Фильтр необходим для подавления помех, они могут повлиять на результаты измерений, особенно при использовании немудреных показометров. Тестовая обмотка на сердечнике тоже должна иметь относительно малое сопротивление.
Необходимо измерить потери  стендового полумоста в режиме ХХ, без тестируемого сердечника. Мой стенд на частоте 100кГц при напряжении до 85V потребляет ток около 1мА. Это десятки милливатт доп погрешности. А вот при замене ключей на высоковольтные кулмосы, потери в ключах росли на порядок на XX, но были несущественными при достаточной величине тока намагничивания в тестовой обмотке – отсюда неверный обескураживающий результат, типа, феррари супер, нано – отстой.
Следующим постом будет табличка с результаты измерений трех типов ферро и АМАГ200С.

[thickman]

Типоразмер тестируемых ферритовых колец 40х25х16, он совпадает с размерами контейнера MSTN-40S в котором размещен ленточный рулон из сплава АМАГ200С.  Выбранная температура исследуемых тушек соответствует минимуму потерь для ферритов.
Из полученных результатов видно, что по потерям нанобаранки уделывают ферритовых собратьев, даже лучший из известного мне на сегодняшний день феррит 3C37 сдался, особенно большой отрыв на частоте 50 кГц. Это при самой оптимальной температуре для исследуемых ферритов, когда сердечник находится в температурном седле с минимально возможными потерями. При любой другой температуре отрыв будет ещё больше. Стоит отметить, что tраб=95-100С довольно стремная – небольшой шаг вправо может спровоцировать вылет из седла потерь и лавинообразный саморазогрев сердечника, поэтому рабочую температуру выбирают несколько ниже оптимальной по потерям. И если сравнивать потери в адекватных для ферритового транса температурных режимах (t=60-80С), отрыв по потерям будет ещё больше.
Для мелких сердечников, типа MSTN-25A или ещё мельче, расклад несколько меняется и выигрыш от применения может быть небольшим или вовсе исчезнуть. Связано это с тем, что у мелких баранок пластиковый контейнер занимает значительную часть общего объема, поэтому эффективное сечение сердечника снижается. Но для таких дел есть сердечники MSTNP без пластикового контейнера. Эти сердечники с пропиткой, она несколько увеличивает потери, но выигрыш за счет увеличения эффективного сечения (когда пластиковый контейнер замещается магнитным материалом, пусть и с несколько большими потерями) может оказаться значительным.  Следующий раз допросим нанобаранку с пропиткой и феррит DMR44.

[z_vip]

Спасибо за тесты - работа отличная

DMR44 хороший выбор, а учитывая цену, для любителей это наше все

Вот даташит на DMR44 кольцо40х24х16, похожее на то что вы использовали

Ваш тест оценил потери в 4,4 Вт, что хорошо корректируется с данными производителя <=6,8 Вт (100 кГц, 0,2 Тл, 100 градусов)

И еще тест показал, что для тарахтелок DMR44 идеально подходит до 50 кГц, учитывая стоимость.

В даташите есть еще более перспективный вариант DMR95, в продаже  его нет

Интересно бы посмотреть на тесты потерь сердечников с индукцией 0,257 Тл

За сим откланиваюсь, здоровья и творческих успехов

[thickman]

15 часов назад, z_vip сказал:

Интересно бы посмотреть на тесты потерь сердечников с индукцией 0,257 Тл

DMR44 полностью идентичен материалу N97 от Эпкос, мои замеры это подтверждают. Ставьте смело N97 в прогах Старичка, и дело в шляпе. Наверняка есть и другие азиатские производители, также широко распространен недорогой индийский Cosmo марки SF-139, из той же оперы.
 Для следующего тестирования удалось подобрать лишь два одинаковых по размерам колечка. Материал АМАГ-200С с пропиткой (MSTNP), несмотря на несколько увеличенные потери за счет пропитки сердечника, снова оказался в лидерах. Если более мелкое кольцо было бы в пластиковом контейнере с идентичным наружным размером, рабочая индукция в сердечнике увеличилась бы за счет снижения эффективного сечения и потери выросли бы существенно. Поэтому для мелких типоразмеров сердечники с вакуумной клеевой пропиткой, без контейнера, могут быть эффективнее. Но это если температура сердечника не будет превышать 100С, то есть те же условия эксплуатации, что и для ферритовых собратьев. Мною было замечено, что при перегреве выше 100-120С, пропитанный сердечник слегка деформируется и в нем потери  увеличиваются, причем безвозвратно. В защищенных степлопластиковым контейнером сердечниках (без пропитки) такой беды нет, потери линейно снижаются и при температуре выше 100С. Поэтому для крупных сердечников, когда контейнер съедает незначительную часть от полезного сечения, пластиковая одёжка очень хороша – укутанному в стеклопластиковое пальто сердечнику, лишнее тепло только на пользу с точки зрения потерь, и в то же время обмотки в какой-то мере защищаются от вредного для них тепла.

 

Изменено 30 ноября, 2023 пользователем thickman

[thickman]

Коллегой Obergan Alexey в деле был опробован китайский нанокристаллический сердечник с петлёй гистерезиса близкой к прямоугольной. Автоген с таким прямоугольным сердцем, должен работать с максимальным размахом индукции, с обязательным управлением по Iнам. Поскольку Bs у наносердечников очень высокая, рабочую частоту для снижения потерь на перемагничивание нужно снизить до значения 20-30 кГц. Это всё понятно, но ещё следует обратить внимание на следующую особенность. Посмотрите на прикреплённые осциллограммы. На верхней - напряжение на затворе силового ключа и ток намагничивания транса. Схема контроля Iнам вовремя распознала весьма небольшое увеличение тока намагничивания и вовремя отключила силовой ключ, напряжение на затворе упало ниже порогового, все ключи заперты, однако Iнам продолжает расти. Виной тому большая величина суммарной емкости демпферного конденсатора (если он есть) плюс выходная емкость силовых транзисторов. Дело в том, что после выключения силовых транзисторов, напряжение на них, а следовательно и на трансформаторе, не спадает до нуля моментально. Но поскольку прописной закон физики отменить низя - пока есть напряжение на первичке, пусть и спадающее, Iнам  на этом этапе все равно продолжает нарастать. Это видно на нижней осциллограмме.  По этой причине ток намагничивания на холостом ходу может быть чрезмерным, а в нагруженном преобразователе он приходит в норму, поскольку крутизна фронтов напряжения в паузе увеличивается.
 Методы борьбы с этой бедой очевидны, однако я бы не советовал совсем убирать из схемы автогена демпферный конденсатор, лучше оставить 200-470пФ при использовании такого крутого (прямоугольного) наносердечника).

[thickman]

При попытке применить в качестве контроля Iнам нанообруч, не все добились положительного результата.  Лично меня такой метод не подводит, необходимо лишь нанообруч выполнить из того же материала, что и основной сердечник. Или из материала с магнитной проницаемостью выше, чем у сердечника трансформатора. При невыполнении этого требования (при малой магнитной проницаемости материала нанообруча) ожидаемый сигнал появится лишь после насыщения основного сердечника, когда значительная часть поля вытесняется в окружающее пространство. В результате получим датчик Роговского вместо Дырки Гиратора. Такой хоккей нам не нужен.

При правильной игре, через ОФ или через нанообруч можно мониторить не прямоугольные наносердечники (с отжигом в поперечном поле) даже в линейной области перемагничивания, без захода в насыщение. Надо лишь помнить, что ток намагничивания и дырочный ток могут быть весьма малыми, поэтому трансформатор тока с пропущенным через него витком Гиратора должен иметь невысокий коэффициент трансформации - для обеспечения достаточного базового тока транзисторов управления. А сам ТТ должен иметь небольшой собственный Iнам. При необходимости, порог срабатывания в узле контроля можно снизить, возможные варианты на картинке ниже.

мост c ОФ и защитой.asc полумост с ОФ и защитой.asc

[Obergan Alexey]

On 12/1/2023 at 9:26 AM, thickman said:

напряжение на затворе упало ниже порогового, все ключи заперты, однако Iнам продолжает расти.

Странно, вроде не замечал такой проблемы. Хотя, я делал порог срабатывания от дырки Гиратора довольно-таки высоким, чтоб ключ закрывался на приличном Iнам и был ПНН. Где-то в районе красной точки.

Правда демпферный конденсатор я ставил всего на 330 пФ. С большей ёмкость труднее было добиться ПНН