Ich mache gerade Experimente mit einem Resonanzwandler. Es soll eine
einzelne LiFePo4-Zelle galvanisch getrennt aus einer Eingangsspannung
von 24V geladen werden. Das ganze funktioniert auch soweit. Den
Übertrager habe ich selbst gewickelt und mit verschiedenen Kerngrößen
experimentiert. Ziel ist ein Ladestrom von ca.5A. Der Resonanzwandler
kommt mir hier entgegen da ich die unvermeidliche Streuinduktivität mit
dem C als Schwingkreis nutze und das ganze so relativ weich wird. Der
Kurzschlussstrom steigt gerade mal um 50%. Probleme macht mir die
Einschätzung der Temperatur der Wicklung des kleinen Kerns. Gewickelt
ist z.B. auf EF25 N67 ohne Luftspalt: primär 17Wdg 2x0,4mm parallel,
sekundär 2x8Wdg 1mm. Das macht auf der primär Seite ca. 5A/mm2 und
sekundär 3.2A/mm2. Frequenz liegt zwischen 35 und 50Khz. Am 0.04Ohm
Widerstand kontrolliere ich den Strom durch den Kern um festzustellen,
dass er nicht sättigt. Die 5A wurden relativ weit unterresonant
gemessen. Wenn ich die Frequenz bis zur Resonanz erhöhe komme ich auf
knapp 10A. Am Oszi sieht alles gut aus. Jetzt meine Frage an die
erfahrenen Leute:
Der Trafo wir bei 5A in der Wicklung so warm, dass man ihn nicht mehr
lange anfassen kann. Genau Messen kann ich das jetzt nicht. Ist diese
Erwärmung unter den beschriebenen Umständen normal und wenn nicht wie
würdet ihr die Stromdichten wählen? Es muss ja schließlich auch drauf
passen. Welche Temperaturen sind denn bei so einem Übertrage
üblicherweise tolerierbar? Kann der Skin-Effekt in dem 1mm Draht auf der
Sekundärseite bei unter 50Khz schon eine Rolle spielen?
Vielen dank schon mal!
Hallo temp,
bei 50 KHz beträgt die Eindringtiefe ca. 0,3 mm.
http://de.wikipedia.org/wiki/Skin-Effekt
Du kannst also einen Kern von 0,4 mm vergessen, dies bedeutet aber nicht
allzuviel. Aber bei dieser Stromdichte würde ich doch vielleicht mehrere
Adern kleineren Querschnitts wählen.
Gruss Klaus.
Hi,
die Eingangs- und Ausgangsspannungen hast Du nicht angegeben, ebenso
wenig den Frequenzbereich deines Wandlers.
Ohne genauere Kenntnisse deiner Auslegung folgende Anmerkungen:
.N67 ist wahrscheinlich nicht ausreichend, besser N87
.Wo kommt denn die Streuinduktivität her, wenn kein Luftspalt da ist?
.Wahrscheinlich ungünstiges Verhältnis von C und Ls gewählt - (bei den
Auslegungen die ich gesehen habe ist C eher im 100nF und Ls eher im
zweistelligen uH Bereich) => Großer Blindstrom => Verluste
Wie hast Du denn die Auslegung durchgeführt?
Warum bist Du bei einem Resonanzumrichter gelandet?
Probiere es doch mal eine Simulation:
www.poweresim.com
LLC-HB DC/DC
Hi, temp,
in meiner Büchersammlung ist ein altes, verschlissenes Datenbuch von
Siemens über Ferritkerne. (EPCOS war damals noch nicht.)
Dafür mit ausführlichen Applikationen zur Bemessung von Kern und
Wicklung.
Wenn Du schon hohe Effizienz anstrebst, kommst Du um die Berechnung mit
Kernquerschnitt, Frequenz, epsilonR und so nicht herum.
Das Buch suchte das Optimum in der gleichmäßigebn Erwärmung in Kern und
Wicklung.
Die EF-Kerne kannte es schon, für Leistungsanwendungen aber können de
Verluste mit RM-Kernen noch weiter verkleinert werden.
Ciao
Wolfgang Horn
Michael O. schrieb:> die Eingangs- und Ausgangsspannungen hast Du nicht angegeben, ebenso> wenig den Frequenzbereich deines Wandlers.
habe ich doch. Frequenz 35 und 50 Khz. Eingang 24V Ausgang 3.6V-4V nach
Gleichrichtung.
> Ohne genauere Kenntnisse deiner Auslegung folgende Anmerkungen:> .N67 ist wahrscheinlich nicht ausreichend, besser N87> .Wo kommt denn die Streuinduktivität her, wenn kein Luftspalt da ist?> .Wahrscheinlich ungünstiges Verhältnis von C und Ls gewählt - (bei den> Auslegungen die ich gesehen habe ist C eher im 100nF und Ls eher im> zweistelligen uH Bereich) => Großer Blindstrom => Verluste
Das was du gesehen hast ist wohl in der Regel bei 300V angesiedelt. Seit
wann kommt die Streuinduktivität nur durch den Luftspalt. Der Luftspalt
macht ein Streufeld. Das ist was anderes. N87 ist der Nachfolger von N67
und fast gleich. Bei spulen.com gabs nur da. Der Resonanzwandler hat
hier den Vorteil dass er mit großer Streuinduktivität relativ weich ist
und damit ideal um auf eine Spannungsquelle mit niedrigen
Innenwiderstand zu arbeiten.
Hi temp,
ja, habe ein bischen geschlafen - wobei deine Darstellung der
Spezifikation in Form einer Textaufgabe nicht sehr übersichtlicht ist.
Hatte die 24V als Ausgangsspannung bei 5A gelesen => 120W ..
Um den Resonanzwandler sauber abzustimmen, muss Du nicht nur die
Streuinduktivität sondern auch die Hauptinduktivität auslegen bzw. beide
in einem Verhältnis zueinander bringen. Dieses bestimmt deine
Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von der Ausgangsbelastung -
letztlich die Güte des Serienschwingkreises.
Hier ist mal ein Auslegungsbeispiel für den Wandlertyp (LLC).
http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-4151.pdf
BTW: Wie regelst Du die Schaltung eigentlich?
Eine gute Effizienz lässt sich mit der Dioden-Gleichrichtung nicht
erreichen. Da wäre eine Synchrongleichrichtung mit MOSFETs nötig. Die
aufzubauen ist aber der Wahnsinn.
Blöde Frage: Wozu brauchst Du den Trafo? Ist die galvanische Trennung
denn nötig?
Eine Regelung habe ich an dieser Stelle nicht vor. Ich will die
Halbbrücke genau einmal haben und dann mehrere dieser
Trafos+C+2Dioden+Elko+Fet zum Einschalten an den einzelnen Zellen eines
(>100AH) Akkupacks. Der genaue Strom ist nicht wichtig, da er nur zum
Balancing der Zellen dient. Der Wirkungsgrad ist durch die Dioden
sowieso nicht so toll, aber immer noch besser als die Energie in
Widerständen zu verheizen. Je weicher die Trafos sind, desto weniger
wirken sich geringe Unterschiede aus. Wie groß die Unterschiede zwischen
mehreren gleich gewickelten Trafos sind und wie sich das auswirkt will
ich noch ermitteln.
So ich habe jetzt noch mal ein wenig experimentiert. Mit
www.poweresim.com kam ich auf ein anderes Windungsverhältnis. Aktuell
liegt es bei 11:5:5. Die Streuinduktivität gemessen beträgt 5uH bei
230uH primär Induktivität. Das ergibt mit 0,75uF eine Resonanzfrequenz
von 82Khz. Ist jetzt auf einen 2-Kammerspulenkörper gewickelt. Für einen
Ladestrom von 5A habe ich ca. 45Khz eingestellt. Der Kurzschlussstrom
liegt dann bei 6-7A. Für die Betrachtung des Skin-Effektes sind aber
82Khz massgebend. Der Strom sieht so aus, dass nach einer sinusförmigen
Halbwelle eine Pause kommt und dann die negative Halbwelle. Bis dahin
alles so wie gewollt.
Aber die Wicklung wird zu warm. Primär hatte ich da schon 0,8mm Draht
drauf.
Dann habe ich es mit mehreren 0,4mm Drähten probiert. Selbst 8
parallele! Drähte auf der Primärseite wurden gefühlt zu warm. Den
nächsten Versuch habe ich dann mit 4x0,4mm primär, jetzt aber vorhr mit
dem Akkuschrauber verdrillt, unternommen. Das brachte gravierende
Unterschiede. Mit der selben Methode und 6x0,4mm auf der Sekundärseite
blieb die Wicklung im normalen handwarmen Bereich. Alles in allem kam
ich auf Wirkungsgrade knapp unter 80%(incl. der Dioden). Damit bin ich
zwar noch nicht ganz zu Frieden kann aber damit leben. Würde an dieser
Stelle HF-Litze noch merklich was ausmachen? Wie lässt sich so eine
Litze überhaupt verarbeiten. Ich meine wie isoliert man die ab oder kann
man die direkt Löten? Was schafft am sich da zum Probieren am besten an?
Hi temp,
folgendes ist nackte Theorie und ich habe es noch nicht ausprobiert:
Bei meinen Wandlern wird der Primärstrom immer zu groß. Zusammen mit dem
Skineffekt bin ich Ewigkeiten am Wickeln und am Ende passt es doch
nicht.
Deswegen habe ich mir auf ebay Kupferfolie geholt. Die ist zum
Auflkleben gedacht, d.h. eine Seite ist schon mit einer Schutzfolie
versehen. Diese möchte ich zurecht schneiden und in meinen Kern
einbauen. Das ist viel einfacher als 100e von feinen Drähten zusammen zu
wickeln.
Durch die große Oberfläche ist der Skineffekt kein Problem mehr. Die
Kühlung dürfte sich bei meinen selbstgewickelten Trafos wesentlich
verbessern.
Wie gesagt, das ist der Plan. Getestet habe ich noch nichts. Und bei mir
wird dann der Proximity-Effekt zuschlagen :(
Hi temp,
für den Zweck gibt es Kupferlacklitze.
Kannst Du z.B. bei Reichelt kaufen.
Kupferfolie würde ich eher nicht nehmen. Bzgl. EMV und kapazitiver
Kopplung Prim => sek sind die grausam.
Zudem waren bei meinen Aufbauten des Resonanzwandlers eher höhere
Verluste zu verzeichnen als mit Lacklitze.
Insbesondere wenn keine separate Resonanzinduktivität vorhanden ist,
dann wirken die einzelnen Windungen zueinander wie kleine Kondensatoren.
Damit ergibt sich eine nicht unerhebliche Kapazität, die fette
Umladeströme aus deiner Halbbrücke und damit Verluste erzeugt.
ef25.jpg
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