Hallo zusammen,
ich habe ein 90W Openframe Netzteil(Sperrwandler), was für
Eingangsspannungen 100-240Vac ausgelegt war, auf 575Vac_in umgebaut.
Wegen so hohen Spannung (ca820Vdc) wurden folgende Änderungen rein
gebracht:
- Eingangsfilter angepasst (->820Vdc)
- BGR jetzt für 1kV
- 2 Eingangs Elkos 120uF/420V in Reihe, parallel dazu Meg R's als
Balance.
- Wandler wurde angepasst f_max jetzt ca. bei 100kHz, Primärwicklung in
zwei aufgeteilt (siehe Schaltplan).
- Statt nur einem Schalt-MOSFET, zwei SPA11N80 in Reihe. Diese werden
zwar von demselben Treiber angesteuert, jedoch jetzt über einen
Impulstrafo. Vor dem Impulstrafo musste noch eine Push-Pull Stufe rein.
Treiber war zu schwach.
Von dieser Aufteilung erhoffte ich mir kleinere Sperrspannungen an den
FETs. Da bei HV(>1kV)MOSFETs RDS_on leider recht hoch liegt, käme 1 FET
Variante nicht in Frage. Die kosten dazu noch ein Vermögen.
Knackpunkt ist jetzt aber eine verlässliche Balancierung. Die beiden
FETs sollen dieselbe Sperrspannung sehen. Habe je einen Kerko 1nF/500V
parallel zu jedem FET&Wicklung geschaltet und es hat funktioniert!
Jedoch nur wenn das Netzteil tackert und die f nicht so weit unten ist.
Wenn ich die C's größer mache werden die FETs sehr heiß. Bei kleineren
C's (<1nF) ist die Sperrspannung an den FETs nicht mehr stabil. Soweit
ok.
Damit dieser "Mittelpunkt" auch beim Hochdrehen der Eingangsspannung,
konstant auf halber Spannung liegt, habe ich zusätzlich zwei 24V
Z-Dioden eingebracht (siehe Schaltung). Durch die Z-Dioden fließt nicht
so viel Strom, da diese nur für Potentialausgleich sorgen. Muss noch mal
schauen ob die 1,3W Z-Dioden an dieser Stelle wirklich nötig sind.
Was meint ihr? Ist dieses Konzept stabil oder kann es mir in bestimmten
Fällen um die Ohren fliegen? Bin für Tips und konstruktive Kritik offen
:D
Klaus
Hallo Klaus,
habe Deine Idee mit der Reihenschaltung der MOSFETs nicht komplett
durchdacht, würde hier aber eher einen 1200V-IGBT nehmen. Z.B. den
Ixx03N120H2 von Infineon.
David
Verpasse dem Wandler och zwei Dioden zum entmagnetisieren der
Streuinduktivität. Dann musst du weniger wegsnubbern.
In welchem Mode arbeitet der Wandler?
Grundsätzlich ist diese Topologie sehr gut geeignet um von hohen
Spannungen wezuarbeiten. Hab ein Netzteil entwickelt, welches ebenfalls
von hohen Spannungen (Umrichter Zwischenkreis 800VDC bis 1200VDC)
wearbeitet. Ein weitere Variante nutz zwei 1200V IGBTs, da gibts auch
welche die man weit höher als 20kHz takten kann. Das Teil geht arbeitet
von 1800VDC weg. Die grüßte herausforderung war der Trafo, nicht jedoch
die Aufteilung der Spannung.
Die Wicklung würde ich nicht so aufteilen und verschalten. Auch mit
einer Wicklunggruppe Primär gabs kein Problem mit der Aufteilung der
Sperrspannungen.
MFG Fralla
David schrieb:
Z.B. den
> Ixx03N120H2 von Infineon.
Stimmt der soll bis 100kHz gehen. Sehe mir gerade das Dsheet an.
Bin aber mit IGBTs recht unerfahren. Muss da ein extra Treiber hin oder
kann ich einfach den IGBT an den MOSFET Treiber hängen? Wie sind die
IGBTs so termisch im Vergleich zu MOSFETs?
Fralla schrieb:> Verpasse dem Wandler och zwei Dioden zum entmagnetisieren der> Streuinduktivität. Dann musst du weniger wegsnubbern.
Die Snubber Dioden sind doch schon in Freilaufrichtung @_@?
Fralla schrieb:> In welchem Mode arbeitet der Wandler?
Das kann ich mit dem Luftspalt bestimmen. -> Discontinuous Mode.
> Die grüßte herausforderung war der Trafo, nicht jedoch> die Aufteilung der Spannung.
Was genau? :-)
> Die Wicklung würde ich nicht so aufteilen und verschalten. Auch mit> einer Wicklunggruppe Primär gabs kein Problem mit der Aufteilung der> Sperrspannungen.
Wie genau? Ich habe schon mit einer Wicklung versucht. Also vom Elko+ zu
Wicklung dann MOSFET1 und sofort danach MOSFET2 und dann die Shunts. Das
war nicht so gut, hatte mega ON und OFF Klingler am Gate von FET2. Evtl.
MOSFET1 dann Wicklung dann MESFET2? Ist mir aber trotztem nicht so
sicher, wie jetzt mit aufgeteilter primär Wicklung.
Klaus
>Die Snubber Dioden sind doch schon in Freilaufrichtung @_@?
Ja aber diese snubbern die Energie weg. Wieso nicht in die Quelle
rückspeisen? Dadurch dass du zwei Schalter hast kannst du einen Trafo
ganz von der Quelle abkoppeln und somit mit ZWEI Freilaufdioden die
Streuin
duktivität in den Eingangskondensator abmagnetisieren. Das letzten
parasitären Rest dann wegsnubbern.
>Stimmt der soll bis 100kHz gehen. Sehe mir gerade das Dsheet an.>Bin aber mit IGBTs recht unerfahren. Muss da ein extra Treiber hin oder>kann ich einfach den IGBT an den MOSFET Treiber hängen? Wie sind die>IGBTs so termisch im Vergleich zu MOSFETs?
Ja IGBTs sind oft mit 100kHz angegeben. Doch dann können sie nur mehr
einen Bruchteil iherer maximalen Schaltleistung weil die
Ausschaltverluste so dominierend werden wenn hart geschaltet. Und ja,
dise kleinen IGBTs kann man mit jedem Fet Treiber Schalten.
Für die noch nicht so hohe Spannung von 800V gemeinsam mit nur 100W, ist
der Mosfet Ansatz schon richtig.
>> Die grüßte herausforderung war der Trafo, nicht jedoch>> die Aufteilung der Spannung.>Was genau? :-)
Das Streuamre design gemeinsam mit stark unterschiedlicher Windungszahl
gepaart mit der hohen Spannung.
Eine andere Möglichkeit wäre ein ESBT welcher bis 2,2kV kleine
Leistungen schnell Schalten kann. Allerdings habe ich diese nach einem
Design aufgegeben, da die Abhängigkeit von ST-Semicon nicht tragbar ist.
MFG Fralla
Fralla schrieb:>>Die Snubber Dioden sind doch schon in Freilaufrichtung @_@?>> Ja aber diese snubbern die Energie weg. Wieso nicht in die Quelle> rückspeisen? Dadurch dass du zwei Schalter hast kannst du einen Trafo> ganz von der Quelle abkoppeln und somit mit ZWEI Freilaufdioden die> Streuin> duktivität in den Eingangskondensator abmagnetisieren. Das letzten> parasitären Rest dann wegsnubbern.
Sorry, stehe irgendwie auf dem Schlauch. Oben in der Schaltung ist nur
die primär Wicklung zu sehen. Du willst, dass ich die Dioden ohne die
Snubber R's und C's direkt an Elko+ lege? Wahrscheinlich meinst du das
anders nur ich kann es nicht nachvollziehen.
> Ja IGBTs sind oft mit 100kHz angegeben. Doch dann können sie nur mehr> einen Bruchteil iherer maximalen Schaltleistung weil die> Ausschaltverluste so dominierend werden wenn hart geschaltet. Und ja,> dise kleinen IGBTs kann man mit jedem Fet Treiber Schalten.
Gut, habe mir Heute ein paar Muster bestellt. Werde sie ausprobieren.
> Das Streuamre design gemeinsam mit stark unterschiedlicher Windungszahl> gepaart mit der hohen Spannung.
Habe jetzt im aktuellen Design Wicklungsverhältnis von ca. 1:8 verpackt
als einfacher "Sanguitch" prim. sek. prim. -> daher die passte die
Aufteilung in zwei Wicklungen so schön ;)
>Du willst, dass ich die Dioden ohne die>Snubber R's und C's direkt an Elko+ lege? Wahrscheinlich meinst du das>anders nur ich kann es nicht nachvollziehen.
Ja ganau das, aber jeweils überkreut. Also vom unteren Drian nach V+ und
vom oberen Source auf V-.
>Gut, habe mir Heute ein paar Muster bestellt. Werde sie ausprobieren.
Ich würde dennoch zu Fets raten. Ok wenn der Wirkunsggrad egal ist, kann
man auch einfach entsprechende IGBTs mit hoher Spannung nehmen. Wenn nur
ein IGBT geht Abmagnetisieren geht dann nicht mehr über die zwei Dioden
rückspeisend.
MFG Fralla
Fralla schrieb:> Ja ganau das, aber jeweils überkreut. Also vom unteren Drian nach V+ und> vom oberen Source auf V-.
So? Gute Idee! Sollte funktionieren. Werde es morgen ausprobieren.
Danke!
Ja genau so. Damit wird die Energie rückgepeist und die Aufteilung der
Spannungen ist gleich. Achte aber dass das Dutycycle unter 50% bleibt.
Das ganze kann man auch mit mehren Trafo/Schaltern in Serie machen, so
kann man auch von vielen kV mit Effizienten 600V Bauteilen Wandeln (auf
kosten der Komplexität)
Da die Schaltung hier beschrieben ist, ist Patentieren zwecklos,
außerdem ist sie das schon;)
Habe eben die Freilaufdioden (1F6) ausprobiert und es kann eigentlich so
nicht funktionieren, da die Spannung zwischen der L2 und T2 nicht höher
ist als die V+. Es bringt also nichts die Dioden so zu verschalten. Und
irgendwie denke ich jetzt, dass man damit auch das Sperrwandler Prinzip
verletzen würde (sollte es trotzdem funktionieren). Was ist mit der
Reflektierten Spannung?
>Es bringt also nichts die Dioden so zu verschalten.
Doch. Du machst etwas falsch. Das ganze funktioniert bestens und ist
super geneignet wenn der Trafo viel streut und die Spannung hoch ist.
Das Sperrwandler Prinzip wird auch nicht verletzt, wieso auch?
Dass das Dutycycle nicht über 50% gehen darf hab ich auch erwähnt. Somit
kann die Spannung am Trafo auch umdrehen ohne, dass die
Hauptinduktivität ebenfalls in den Eingang abmagnetisiert wird. Dh das
Übersetzungsverhältnis des Trafos muss auf diese Schaltung auch
ausgelegt werden (was die 50% ja schon definieren)
MFG Fralla
> Doch. Du machst etwas falsch. Das ganze funktioniert bestens und ist> super geneignet wenn der Trafo viel streut und die Spannung hoch ist.> Das Sperrwandler Prinzip wird auch nicht verletzt, wieso auch?
Könntest du mir für diesen Fall aus deiner Sicht die komplette Periode
(Lade/ Endladevorgang im Wandler) beschreiben? Wie sollte es aussehen
und was sollte passieren? Evt. komme ich dann dahinter.
Was ist mit der ersten Wickelung? Sie wird doch nicht entmagnetisiert.
Meine U_ds Spannung (der Streu L Klingler) an den beiden MOSFETS wird
dann nicht mehr gleich sein.
> Dass das Dutycycle nicht über 50% gehen darf hab ich auch erwähnt. Somit> kann die Spannung am Trafo auch umdrehen ohne, dass die> Hauptinduktivität ebenfalls in den Eingang abmagnetisiert wird. Dh das> Übersetzungsverhältnis des Trafos muss auf diese Schaltung auch> ausgelegt werden (was die 50% ja schon definieren)
Mein jetziger Wandler hat 1% Streu L und mein Dutycycle liegt bei max.
30%.
Hallo Klaus, ich versuchs mal ganz grob zu beschreiben...
Phase 1: Beide Schalter zu. An Primärwicklung liegt Eingangsspannung,
Strom steigt linear an.
Phase 2: Beide Schalter aus, SPannung am Trafo dreht auf
-EIngangsspannung. Die Freilaufdioden leiten. Die Streuinduktivität wird
linear abmagnetisiert. Gleichzeitig steigt der Strom auf der
Sekundärseite ebenfalls linear an.
Phase 3: Streunduktivität wurde abmagnetisiert, Freilaufdioden sperren.
Sekundärstrom hat (fast) den vollen Übersetzten Wert erreicht.
Abmagnetiseirung des Trafos in Sekundärseite.
Phase 4: Strom in Sekundärwicklung ist 0 geworden. Geladene Trafo und
Fet kapazitäten schwingen sich mit der Primärwicklung aus.
Die Umladevorgänge bei drehen der SPannung sind da nicht dabei (auch
nicht so wichtig).
Im Prinzip das gleiche wie beim normalen Flyback, nur dass die Streunung
nicht weggesnubbt wird, und die Schalter maximal die Eingangsspannug
sperren müssen, anstatt Eingang + reflektiert.
Die erste Wicklung geöhrt auch zwischen die Mosfets. Wobei man die
zusmmenfassen kann oder jede einen Freilauf braucht. So asymetrisch ist
natürlich nicht gut.
MFG Fralla
(Meine Tastatur wird bald den Geist aufgeben..)
Ganz blöder Fehler von mir. Habe mich mit der Wickelrichtung bzw mit
Anfgang und Ende primärseitig vertan. Erstaunlich, dass ich so noch 70
Watt aus der Kiste rausgehollt hatte. (Prim&Sek. Wicklungen waren
gelichsinnig!) Und ich habe mich gewundert warum auf der Hilfswindung wo
viel Spannung drauf war O_o Ich hasse flying leads.
Auf jeden Fall jetzt läufts, und es bringt zwar was aber nicht viel.
Hatte an beiden Wicklungen keine Snubber dran. Erst mit und dann ohne
die Dioden gemessen. Unterschied 40V bei 400Vac. Ich werde im nächsten
Schritt die beiden Wicklungen zusammenfassen und diese mit
Freilaufdioden versehen.
Grundsätzlich muss man mal zwischen Abstrahlung und Leitungsgebunden
unterscheiden.
Es wird nicht mehr conducted EMI (Leistungsgebunden) Probleme machen,
sondern andere. Da beiden Wicklungsenden geschaltet werden, wird es
Sekundär mehr Common-Mode Störungen geben.
Was radiated EMI Betrifft ist es nicht viel schlimmer, also ein normaler
Flyback. Wichtig ist, dass die Freilaufdioden und deren Verbindung
keinen Loop Aufspannen, da in diesen Ströme mit Steilen Flanken fließen.
Aber im primären Schaltpfad auch, was ja ohnehin bekannt ist und zu den
Grundlagen für SMPS Design zählt. Was Abstrahlung betrifft, kann jede
kleine Änderung an einem Snubber das Spektrum ändern. Das gilt aber für
den "normalen" Flyback, wie auch diesen hier.
>Ganz blöder Fehler von mir. Habe mich mit der Wickelrichtung bzw mit>Anfgang und Ende primärseitig vertan. Erstaunlich, dass ich so noch 70>Watt aus der Kiste rausgehollt hatte.
Ja den Fehler kenn ich;) Flybacks als Flußwandler missbrauchen...
MFG Fralla
575Vac_flyback.PNG
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