Hallo,
ich wollte mir bei Tauscher Transformatoren einen Trafo wickeln lassen,
der mir aus 400V DC Spannung, die ich in eine 50 Khz Wechselspannung,
Tastgrad 0,5 transformiere, eine 50kHz Wechselspannung mit 90V macht.
Jetzt weis ich allerdings nicht, ob ich den Effektivwert, den
aritmetischen Mittelwert oder die Spitze Spitze Spannung angeben soll.
Hat jemand von euch schon mal bei so einem Trafowickler bestellt?
http://www.tauscher-transformatoren.de/html/anfrage.html
Gruß Thomas B
Da es nicht um 50Hz Trafos geht und nicht um Sinusspannung,
ist die Spitzenspannung relevant.
Da jedoch ein Schaltnetzteil noch einige Besonderheiten
hat (z.B. wird meist der billigste Kern gesucht, bei dem
die Verluste und Temperaturerhöhung im akzeptablen Bereich
bleiben, und das bei einer bestimmten Isolationspannung),
gelingt eine bessere Auslegung, wenn du denen den
Schaltplan und Simulationsdiagramme mitmailst.
Falls das Schaltnetzteil GEREGELTE 90V aus UNGEREGELTEN
400V machen soll, und es nur der Flusswandlertrafo ist,
dann müsste die Ausgangsspannug auch bei niedrigster
Eingangsspannung immer noch ausreichend hoch sein, um
den Strom durch die Drosselspule zu treiben, also eher
auf 180V ausgelegt sein. Vertu dich also nicht.
der Schaltplan ist noch nicht fertig
Der Plan sieht aber so aus:
230V 50 Hz Eingang -> PFC Phasenkorrektur = 400V DC --> PWM Controller
mit Transitoren = 400V AC mit Tastgrad von 0,5 --> Trafo = 90V AC
Ausgang --> Gleichrichter --> LTC3810 --> Spannungsausgang
Die Ströme liegen dabei Eingangsseitig bei den 230V bei maximalst 2A,
Ausgangsseitig sind maximal 60V bei 6A geplant, also 360 Watt
Beim Trafokern dachte ich an einen ETD59, als Topology für den Wandler
dachte ich eigentlich an einen Flusswandler, entweder Eintakt oder
Halbbrücke oder an einen Gegentaktwandler, entweder Halbbrücke oder
Vollbrücke.
Ein Eintakt-Durchflusswandler wäre natürlich die einfachste Lösung, aber
wohl nicht die Beste?
Sind deine 400V so konstant (geregelt und Elko so gross), daß die
400V/90V Wandlung ungeregelt bleiben kann, weil der LTC3810 alles
nachträglich ausregelt und mit der minimalen Spannung auskommt ?
Dann überträgt der Trafo Rechtecksignale. Das sollte man sagen, und die
Spitzenspannung und Strombelastung nennen.
Er müsste die Streuinduktivität nennen können.
Das Problem ist, dass die Spannung hinter den Dioden des Gleichrichters,
also nachdem Ausgang des Trafos nicht auf unter 85V sinken sollte, von
dem her, wäre eine Regelung der 400V / 90V Wandlung wohl schon
angebracht.
Bei nem Tastgrad von 0,5 fließen ja theoretisch in dem Moment das
doppelte des maximalen Stroms, also müsste ich das ganze für mindestens
4A auslegen, also kann ich wohl von nem Spitzenstrom von 6A bis 7A
ausgehen
Am liebsten wär mir wegen der Eigenschaften eigentlich ein Vollbrücken
Gegentaktwandler, ist aber auch am Schwierigsten von allem zu bauen.
Erfahrungen mit Schaltregler wie dem LTC3810 hab ich schon, genauso mit
PFC ICs von Linear und natürlich Ringkerntransformatoren, aber einen
Vollbrücken Gegentaktwandler hab ich noch nie gebaut
Thomas B schrieb:> Die Ströme liegen dabei Eingangsseitig bei den 230V bei maximalst 2A,> Ausgangsseitig sind maximal 60V bei 6A geplant, also 360 Watt>>> Beim Trafokern dachte ich an einen ETD59, als Topology für den Wandler> dachte ich eigentlich an einen Flusswandler, entweder Eintakt oder> Halbbrücke oder an einen Gegentaktwandler, entweder Halbbrücke oder> Vollbrücke.
Der ETD59 ist viel zu gross für 360W bei 48kHz! Ich habe gerade ein
ähnliches Projekt in meiner Semesterarbeit realisiert und jage 1500W bei
48kHz über einen ETD59. Das thermische Limit ist ungefähr bei 2kW
erreicht.
Mit einer Vollbrücke wird die ganze Geschichte am effizientesten, jedoch
auch am kompliziertesten.
Für Deine Vorgaben wäre ein ETD39 völlig ausreichend, falls Du einen
Gegentaktwandler verwendest. Bei einer maximalen Flussdichte von 180mT
kannst Du mit 1.5W Kernverlusten rechnen. Viel schlimmer sind jedoch die
Proximity-Verluste. Deshalb muss der Trafo unbedingt mit HF-Litze
gewickelt werden. Mit normalem Draht hast Du gleich mal 15W
Proximity-Verluste beieinander. Mit der richtigen Litze kommst Du
schätzungsweise auf 2...3W Kupferverluste.
Bei einer deutlich einfacher zu realisierenden Halbbrücke würde der
ETD44 in Frage kommen.
Mein Tipp: Wickel den Trafo selbst! Vor allem im Prototypen-Stadium hast
Du einfach mehr Flexibilität. Der Preis ist vermutlich gleich und das
Ding ist in ca. 2 Stunden gewickelt und isoliert.
>Erfahrungen mit Schaltregler wie dem LTC3810 hab ich schon, genauso mit>PFC ICs von Linear und natürlich Ringkerntransformatoren, aber einen>Vollbrücken Gegentaktwandler hab ich noch nie gebaut
Ein Vollbrücken Flusswandler ist DEUTLICH aufwändiger als eine PFC und
man muss besonders beim Layout wissen was man tut. Für den Anfang wäre
ein normaler Flusswandler mit einem Transistor und
Entmagnetisierungswicklung das Erfolgsversprechendste.
Gruss Daniel
Was haltet ihr vom UCC28950 von Texas Instruments?
Theoretisch sollte doch, wenn man den Spannungsteiler am Vsense anpasst
und den Trafo etwas anderst dimensioniert, 90V machbar sein?
Gruß
Thomas
Thomas B schrieb:> Was haltet ihr vom UCC28950 von Texas Instruments?
Abstand ;)
Ich bin kein Fan von integrierten All in One Dingern. Grund: Man muss
die Schaltung so bauen, wie es der Baustein will und das ist selten
optimal.
Allerdings ist die Ansteuerung eher das kleinste Problem bei solch einem
DC/DC Wandler. Wirklich wichtig ist eine saubere Auslegung der Brücke:
Auswahl der richtigen MOSFETs, Gatetreiber, Zwischenkreiskondensatoren
und ein niederinduktives Layout.
Dann kommt die Frage nach den Schaltverlusten. Die können 5W
betragen...oder 25W oder 100W... Das ist schlecht vorhersehbar. Der
UCC28950 arbeitet mit Phase Shift Control, d.h. der Wandler wäre
ZVS-fähig. Ob man wirklich ZVS erreicht hängt vom Gatetreier, den
MOSFETs, dem Trafo (Streuinduktivität) und der Last ab. Die Theorie ist
recht kompliziert.
Dann der Trafo: Wie schon erwähnt muss HF-Litze verwendet werden. Sonst
brennt der Trafo einfach ab, wenn er nicht massiv überdimensioniert
wird. Die Streuinduktivität des Trafos spielt eine wichtige Rolle für
das Verhalten des Wandlers: Arbeitest Du hart schaltend, muss sie so
klein wie möglich sein. Für ZVS muss sie jedoch einen gewissen Wert
erreichen. Der Trafo muss demsntsprechend gewickelt werden (schon
deshalb ist ein Trafo von der Stange eine schlechte Wahl).
Für die Litze gibt es ein Optimum, was die Anzahl und den Durchmesser
der einzelnen Adern betrifft. Abweichungen davon wirken sich stark auf
die Verluste aus.
Auf der Sekundärseite wirst Du einen Diodensnubber brauchen...ansonsten
zappelt's. Wenn der Snubber gut ist, kannst Du sogar Schottky Dioden
verwenden (auch die brauchen einen Snubber).
Die Ausgangsinduktivität muss dimensioniert werden, der
Ausgangskondensator muss den Rippel verkraften (genauso wie der am
Eingang) und so weiter...
Wie Du siehst gibt es viele wichtigere Aspekte als die Ansteuerung.
Fragen? Immer her damit ;)
Daniel
seh ich ein, dass es klüger wäre, den Trafo selber zu wickeln, ich hab
sowas halt auch noch nie gemacht^^
Ich frag mich aber auch langsam ob das überhaupt in einem Zug möglich
ist, von 400V auf 90V zu kommen, obwohls ja eigentlich die ICs von TI
belegen, dass es gehen sollte.
Ich hab das mal so übern Daumen gepeilt, das wäre ja ca eine On Zeit von
12 bis 15% bei einem Halbbrücken Gegentaktwandler.
Das Tool von TI hat mir ausgerechnet, dass es etwa 10% wären, bei einem
Vollbrücken Gegentaktwandler etwa 15%, also schön viel Strom für ne
kurze Zeit
Die ICs sind schon ok. Ein controller für harte Schaltende Vollbrücke
wäre der UC28025. Der von dir genannte ist wie schon erwähnt für
Phase-Shift ansteueerung.
Ich zieh über einen PQ32/30 um die 1,3kW bei weit weniger Spannung am
Ausgang. Ein ETD39 hat in etwa das gleich Kernvolumen, aber weniger
Querschnitt->mehr Wicklungen.
Für deine Leistung kommst du mit einem PQ26/20 auch durch, vor allem
wenn du so hohe Ausgangsspannung hast.
>Ich frag mich aber auch langsam ob das überhaupt in einem Zug möglich>ist, von 400V auf 90V zu kommen
Natürlich.
>Ich hab das mal so übern Daumen gepeilt, das wäre ja ca eine On Zeit von>12 bis 15% bei einem Halbbrücken Gegentaktwandler.
So wenig Dutycycle? Das macht hohe RMS-Ströme, große Ausgangsdrossel,
einfach bähh. Es stimmt das Übersetzungsverhältnis des Trafos nicht.
Wähle dieses so, das bei minimaler Eingangsspannung gerade noch die
Ausgangsspannung erreicht werden kann plus etwas Abstand für
Regeldynamik.
Wenn das ganze Teil auch Holdup fähig sein muss, musst du wissen wie
weit du den Zwischenkreis leersaugen willst, bis der Ausgang eingeht.
Als Phase-Shifted Brücke kannst du das ganze auch bauen. Für
Streuinduktivität kann man extra sorgen. Bedenke, dass diese abhängig
von der Seriendrossel ein anderes maximales Dutycycle hat, was bei Trafo
berücksichtigt werden muss. Auch hängt es davon ab, in welchem
Lastbereich der Wandler meist betrieben wird, bzw welche Form die
Wirkungsradkurve habn soll.
Aufgrund deiner hohen Ausgangsspannung, wären deine Anforderungen ideal
für einen Resonanzwandler, genauer gesagt LLC. Der schlägt die
Phase-Shift Brücke, ist aber komplizierter, was Trafo und Regelung
betrifft.
MFG Fralla
Fralla schrieb:> Ich zieh über einen PQ32/30 um die 1,3kW bei weit weniger Spannung am> Ausgang.
Bei 50kHz? Das fällt mir sehr schwer zu glauben.
Ein ETD39 hat ein 2.5 Mal grösseres Flächenprodukt als der PQ32/30. D.h.
man bringt auch 2.5 Mal mehr Leistung drüber.
Welche Beziehung zwischen der über einen Trafo übertragbaren Leistung
und der Ausgangsspannung siehst Du?
>Bei 50kHz? Das fällt mir sehr schwer zu glauben.
Achso um 50k gehts, nein das galt für ca 90Khz für 54V Sekundär aber
55°C Umgebung. Aber mit mehr kHz geht auch nicht viel mehr. Hingegen
gehen bei 180V am Ausgang paar 100W mehr.
>Ein ETD39 hat ein 2.5 Mal grösseres Flächenprodukt als der PQ32/30. D.h.>man bringt auch 2.5 Mal mehr Leistung drüber.
Benötig aber mehr viel mehr Bauraumr.
>Welche Beziehung zwischen der über einen Trafo übertragbaren Leistung>und der Ausgangsspannung siehst Du?
Solange die Spannung die Isolation nicht deutlich erschwert wird
bedeuted mehr Spannung tendenziel mehr Leistung. Klar mehr Spannung
bedeuted mehr Wicklungen, doch hoher Strom ist weit bösartiger für
proximity Verluste, also mehr Ohm. Das reduziert maxialen Strom und f
bevor man temperaturmäßig an die Grenz stößt. Ist zumindest meine
Erfahrung. Da kanns schon sein, dass eine dünnerer Folie auf der
Hochstromseite, den Wirkungsgrad erhöht und die Trafotemperatur absenkt.
MFG
Fralla schrieb:> Achso um 50k gehts, nein das galt für ca 90Khz für 54V Sekundär aber> 55°C Umgebung.
Auch das ist noch extrem viel. Wird der Trafo zwangsgekühlt?
Fralla schrieb:>>Ein ETD39 hat ein 2.5 Mal grösseres Flächenprodukt als der PQ32/30. D.h.>>man bringt auch 2.5 Mal mehr Leistung drüber.> Benötig aber mehr viel mehr Bauraumr.
Klar, von nichts kommt nichts.
Fralla schrieb:> Klar mehr Spannung> bedeuted mehr Wicklungen, doch hoher Strom ist weit bösartiger für> proximity Verluste, also mehr Ohm.
Wenn man die Proximity-Verluste vernachlässigt, hebt sich die grössere
Windungslänge bei mehr Spannung mit der grösseren Querschnittsfläche bei
mehr Strom genau weg. D.h. im Idealfall ist die Ausgangsspannung nicht
relevant.
Für die Proximity-Verluste ist das H-Feld (also die Ampere-Windungen)
verantwortlich, nicht der Strom an sich. Gemäss Charles R. Sullivan gibt
es ein Optimum in der Auswahl der Litze, sodass man auf nahezu die
gleichen Verluste bei verschiedenen Strömen kommt.
Wichtig ist vor allem die Stromform, insb. die Anstiegszeit, da sich die
Harmonischen stark auf die Verluste auswirken.
Hast Du Dich beim Treffen der Aussage, dass mehr Ausgangsspannung zu
mehr Leistung führt, an die Auswahl der optimalen Litze gehalten? Falls
ja wäre das interessant.
Fralla schrieb:> Da kanns schon sein, dass eine dünnerer Folie auf der> Hochstromseite, den Wirkungsgrad erhöht und die Trafotemperatur absenkt.
Folie ist thermisch sicher besser als Litze. Die Proximity-Verluste sind
aber rund 4 Mal höher (Litze ist ja so gewickelt, dass jede Ader das
gleiche Feld sieht, eine Folie kann da nicht mithalten).
Das ganze Trafo-Thema ist immer wieder eine interessante Sache.
Daniel
>Auch das ist noch extrem viel. Wird der Trafo zwangsgekühlt?
Nur Luftstrom. Keine aktive Kern- oder Wicklungskühlung.
>hebt sich die grössere Windungslänge bei mehr Spannung mit der grösseren >Querschnittsfläche bei mehr Strom genau weg. D.h. im Idealfall ist die >Ausgangsspannung nicht relevant.
Ja theoretisch. Doch praktisch paast die Wicklung nicht mehr hinein wenn
man genau proportinal den Querschnitt verringert mit steigendem N.
>Für die Proximity-Verluste ist das H-Feld (also die Ampere-Windungen)>verantwortlich, nicht der Strom an sich. Gemäss Charles R. Sullivan gibt>es ein Optimum in der Auswahl der Litze, sodass man auf nahezu die>gleichen Verluste bei verschiedenen Strömen kommt.
Auch das kann nicht so ideal umgesetzt werden (bzw schaffe ich es nicht,
andere vielleicht) Den das optimum der Litze wird bei hohen Strömen dan
Ohmsch zu schlecht, gibt es gar nicht.
Auch das interleaven der Windungen, zur Proximity Reduktion, hat Grenzen
da man nur Begrenzte Windungsanzahl hat.
>Hast Du Dich beim Treffen der Aussage, dass mehr Ausgangsspannung zu>mehr Leistung führt, an die Auswahl der optimalen Litze gehalten? Falls>ja wäre das interessant.
Ja, sonst wäre es ja Sinnlos. Das ist eine praxisbezogene Aussage. Aus
dem gleichen Trafo konnte ich mit sekundär 12V/110A weniger als bei 180V
durchziehen. Beide intensiv optimiert und gleiche Topologie. Die
resonante Version kann bei 180V noch mehr (welch Wunder).
>Folie ist thermisch sicher besser als Litze. Die Proximity-Verluste sind>aber rund 4 Mal höher (Litze ist ja so gewickelt, dass jede Ader das>gleiche Feld sieht, eine Folie kann da nicht mithalten).
Ich würde es nicht so pauschalisieren. Schon gar nicht "Litze". Da gibt
schon so viele Drillmuster (bzw "Webmuster" welche bei gleicher Anzahl
an Drähten signifikannte unterschiede machen. Bei sehr hohen Strömen ist
die Litze dann ohmsch oft schon unterlegen. Folien kann man auch
isoliert "Stacken", was hilft. Ich erzielte Bei Hochstromausgängen
(dreistellige A) mit Folien oder gar Platten(gegeneinander isoliert)
bessere Ergebnisse (Leistungsdichte) als mit fingerdicker viereckiger
Litze welche schweineteuer ist (mag sein, das es andere Erfahrungen
gibt, wäre interessant)
>Das ganze Trafo-Thema ist immer wieder eine interessante Sache.
Interessant ja. Leider gibts kaum Forschritte. Aber die Materiealen für
den typischen Power Ferrite Bereich 50kHz-500kHz haben sich seit vielen
Jahren kaum geändert. Außer im Bereich der hohen Leistungen für um die
20kHz (Amporphe Matalle) wo man bis in den Tesala Bereich fahren kann.
Aber das es gibt bessere Maschinen, welche immer kompliziertere Sachen
Wicklen können. Zb hatte ich mal einen Trafo bauen lassen, wo primär und
sekundärwicklung in einem bestimmten Muster verwebt waren. Mit dem
Ergebnis gernigster Verluste. Jedoch ist der kaum Einzusetzten wenn
Hipot-Trennung erforderlich ist, da die Drähte nicht in irgendwelchen
Safety-Listen aufscheinen und Prüfbehörden sich Querstellen. In der
Simulation (Ansys, ect) hat sich auch einiges getan.
Die Halbleiter Hersteller reduzieren nach und nach den Rds,on und
gleichzeitig die Kapazität, sodass oft ein simpler austausch die
Performance einfach steigert. Aber bei den Magentics gibts das nicht.
Die (Power)Ferrite sind seit vielen Jahren die gleichen. Bei den
Drosseln gabs Koolµ, MPP, Highflux und co auch schon vor zig Jahren.
Wenn etwas besser wird dann wenige % oder das DB wird geändert. Macht vl
eine Wicklung weniger auf der PFC-Drossel...
Andererseits ein Trafomaterial/Ferrite was auch immer zu entwickeln
stell ich mir um vielfaches komplizierter vor als einen Konverter.
Auf das Powerferrite welches statt 1W/cm³ bei 400mT und 200kHz nur 300mW
Verluste braucht mal wohl nicht warten...
MFG Fralla
Fralla schrieb:> Doch praktisch paast die Wicklung nicht mehr hinein wenn> man genau proportinal den Querschnitt verringert mit steigendem N.
Vor allem nimmt die Drahtlänge überproportional zur Windungszahl zu (die
Wicklung wird ja immer dicker)...
Fralla schrieb:> Auch das kann nicht so ideal umgesetzt werden (bzw schaffe ich es nicht,> andere vielleicht)
Manchmal ist das Optimum eine Litze, die man heutzutage noch gar nicht
produzieren kann (oder nur mit extrem hohen Kosten). Wir haben einen
guten Hersteller an der Hand, der individuell für uns produziert. Das
ist teuer, aber in der Forschung kann man sich das erlauben :)
Fralla schrieb:> Den das optimum der Litze wird bei hohen Strömen dan> Ohmsch zu schlecht, gibt es gar nicht.
Der Füllfaktor nimmt eben ab...
Fralla schrieb:> Ich würde es nicht so pauschalisieren. Schon gar nicht "Litze". Da gibt> schon so viele Drillmuster (bzw "Webmuster" welche bei gleicher Anzahl> an Drähten signifikannte unterschiede machen.
Da hast Du Recht... Die Aussage hört sich zu pauschal an. Ein Doktorand
bei uns stellt intensive Untersuchungen zu diesem Thema an. Er kam für
mittlere Frequenzen (50kHz) grob vereinfacht zu diesm Ergebnis. Aber wie
gesagt...es hängt von zu vielen Faktoren ab als dass man das hier im
Forum vergleichen könnte.
Fralla schrieb:> Ich erzielte Bei Hochstromausgängen> (dreistellige A) mit Folien oder gar Platten(gegeneinander isoliert)> bessere Ergebnisse (Leistungsdichte) als mit fingerdicker viereckiger> Litze welche schweineteuer ist (mag sein, das es andere Erfahrungen> gibt, wäre interessant)
Ich kann mir vorstellen, dass Litze bei sehr kleinen Windungszahlen
schlechter wird.
Fralla schrieb:>>Das ganze Trafo-Thema ist immer wieder eine interessante Sache.> Interessant ja. Leider gibts kaum Forschritte. Aber die Materiealen für> den typischen Power Ferrite Bereich 50kHz-500kHz haben sich seit vielen> Jahren kaum geändert.
Das stimmt wohl.. Offensichtlich ist diese Technologie schon nahe an
Limit und es muss etwas völlig Neues her.
Andererseits sind die Materialien gar nicht so schlecht. Die
Kernverluste sind im ersten Anlauf meistens geringer als die
Kupferverluste (Proximity mal wieder). Und wenn man bedenkt, dass man
sich hier im Bereich von >95% Wirkungsgrad bewegt, kann man doch
zufrieden sein.
Daniel
Hallo, also ich hab einfach jetzt mal TINA heruntergeladen und mir das
Excel Dokument von Texas Instruments zum UCC28950 geschnappt und mal ein
paar Werte ausprobiert, die laut Dokument doch theoretisch zum Erfolg
führen sollten
http://www.ti.com/product/ucc28950#model
Mit TINA hab ich dann die Beispielschaltung von dene genommen und die
Werte halt einfach mal so eingesetzt.
Laut TINA komm ich nicht über die 40V drüber :-(
Ich kenn Multisim und LT Spice, hab aber noch nie mit TINA gearbeitet,
villeicht liegts ja am Trafo :-(
Guten Morgen,
ich habe mir das Excel File gerade angesehen. Schon den Duty-Cycle würde
ich anders wählen.
Hier mal ein grobes Design mit dem ETD39:
-Max. nomineller Duty-Cycle: 90% (damit soll bei U1=370 eine Spannung
U2=90V erreicht werden)
-Absolut maximaler Duty-Cycle: 95% (=90% + 5% Regelreserve)
-Übersetzungsverhältnis des Trafos: 370V*0.9/90V = 3.7:1
-Primärwindungszahl (180mT bei 400V und voller Aussteuerung): 89
-Sekundärwindungszahl: 89/3.7 = 24
-Ausgangsinduktivität: 150µH (1A Rippel bei U1=400V, U2=90V, D=83.25%)
-Ausgangskapazität: Irgendwas > 100µF (je nach Rippel, Reglerdynamik und
Überspannung bei Lastabwurf)
Das Excel File macht einen gewaltigen Fehler bei der Berechnung der
Ausgangsinduktivität. Daher: Von Hand rechnen!
Daniel
Hallo Daniel und Thomas,
ich habs auch gerade mal versucht und dabei festgestellt, dass das
Exceldokument von dene echt bisschen schlampt.
Die Widerstände werden scheinbar auch nicht richtig berechnet, zumindest
klappts bei mir mit den ausgerechneten Werten vom Dokument genauso
wenig.
Danach hab ich Daniels Werte mit eingesetzt, was aber auch zu keinem
Erfolg führt.
