Hallo Forumgemeinde, ich habe bei meinem Projekt folgende Forderungen: -3kW Ausgangsleistung -Eingangsspannungsbereich AC: 100V bis 265V -Ausgangsspannung übliche 400V -Wirkungsgrad: >0.92 -THD: innerhalb der Norm -Leistungsfaktor: 0.99 In Anbetracht der Zielsetzung ist eine 2Schalter 2Punkt Topologie denke ich sinnvoll. Ich habe schon einige Forumsbeiträge und Diskussionen sowie Recherchen durchgeführt um in die Thematik einzusteigen. Bis jetzt läuft es auf genannte Topologie mit dem UCC28019 hinaus. Ich bin gerade dabei alles bei ORCAD einzugeben um das Layout zu gestalten. Kennt einer von Euch einen Component Calculator womit ich die Grundbeschaltung für den UCC18019 auslegen kann ?? Es gibt zwar einen aber nur für eine conventionell Boost Topologie... Auch im Datenblatt wird nur die einfache PFC durchgerechnet... ICh danke im Vorraus für eure Hilfe. Viele Grüße Christian
Wieso der 28019? Weil er wenig Pins hat und du glaubst das ganze damit einfach wird? Nimm den UCC28070. Der läuft auf zwei Phasen interleavt. Somit wird Drossel, EMI-Filter, Bulk Ripple, etc kleiner. >-Eingangsspannungsbereich AC: 100V bis 265V Tatsächlich volle Leistung bis 100V hinunter? (Wieso nur 100V) Oft gibts ein AC-Leistungsderating welches zb bei unter 180VAC die Leistung linear mit der Spannung absenkt. >-Wirkungsgrad: >0.92 In welchem Bereich? Peak-Efficiency? Worst-Case Efficiency (zb 100VAC,3kW bei max Ambient Temp) Wichtiger ist die Frage wieviel W dein thermischen Konzept wegkühlen kann. Falls du wirklich die 3kW bei 100VAC wird eben größer, aber auch möglich ohne Aufwendige Halbleiter. zb: + 45m(70m) CP (oder C7) Mosfet + 16A SiC Diode + zwei gestackte 33mm Highflux Kerne Und das für jede Phase. Bauteile sind nicht die Herausforderung, eher das Layout. Funktionieren tut das gebilde auch recht simpel, die Herausforderung ist am AC-Netz zu Überleben und für Verkauf notwendige Sachen wie Surge und EMC zu schaffen... MFG Fralla
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Hallo Fralla, na ich bin froh das der Fisch anbeist :) Ich habe hier schon einige sehr gute Forumbeiträge von dir zu dieser Thematik gelesen. ICH muss auch ehrlich sein und sagen das ich mich wie die meisten anderen auch erst mit der ganzen PFC Sache reinfuchse. Natürlich habe ich schon so einiges gewälzt aber jetzt ist es Zeit mal was aufzubauen und zu messen. Ich habe mir den UCC28070 auch schon angeschaut und gegrübelt. Also ich habe das Problem das selbst wenn ich den UCC28019 nehmen wöllte ich keinen Component Calculator dafür finden kann das ist nicht so prickelnd, den gibts nur für die einfache PFC. Im Anhang findest du die für das Projekt gewählte Topologie wie das ganze umgesetzt werden soll. Es ist also eine 2 Schalter 2Punkt Topologie mit reduzierten Halbleiterverlusten. Ich versuche das jetzt mal mit dem IC in ein Layout zu verwandeln. Kannst du mir Tipps geben was die Dimensionierung der Bauteile angeht ? Wie gesagt dahingehend weis ich noch nicht so richtig weiter... Bitte nehme das mit der Leistung nicht zu 100% ernst. Es soll nicht gleich ein fertiges Produkt rauskommen sondern ein guter Prototyp der nicht ewig weit weg von den Möglichkeiten liegt. Gruß Christian
Hallo Christian, Die Topologie die du in Anhang hast ist die Dual-Boost PFC (eine der vielen "bridgeless" Derivate). Ja das spart Teilweise die Verluste der Gleichrichterbrücke. Jedoch fließt trotzdem Strom durch die Dioden D36 und D37, wenn der Spannungsabfall auf Fet und Drossel beim rückleiten größer wird. Diese Topologie spart zwar Verluste, jedoch mit massivem, dh doppeltem Bauteilaufwand. Die Drosseln müssen beide den vollen Strom können. Wie der nahme schon sagt, gibts für jede Halbwelle einen eigenen Booster welche beide den vollen Strom können müssen. Um das zu Regeln musst du hinter den IC noch etwas Glue-Logic artiges hängen um die Gates richtig anzusteuern. Dann gibts wieder einige Bedingungen die man Abfangen muss. Dh das ganze wird recht aufwendig, erst recht für einen Anfänger. Ich setzte diese Topologie nur DSP geregelt ein, da es dann deutlich robuster und einfacher wird. Mein Tipp: Lehn dich nicht zu weit aus dem Fenster. Da es dein erster PFC Aufbau ist, bleib bei einer Topologie für welcher der IC auch gemacht ist, dann kannst du Appnotes und DB nutzen. Bau eine interleaved PFC mit dem UCC28070 auf, da wirst du VIEL schneller Erfolgserlebnisse haben! Component Calculator? Du willst doch was lernen? Da ist Papier, Bleistifft und Taschenrechner der beste "Component Calculator". Excel Sheet ist auch ok;) Nimm das DB des UCC28070 und rechne alles durch, dann kannst die Bauteilwerte posten und man wird dir sagen ob es passt;) MFG Fralla
Alles klar verstanden ! Je mehr ich herum suche und mache desto mehr durcheinander gerate ich seit Tagen eh nur und so richtig voran geht es dann auch nicht. Viele Grüße, Christian
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Hallo Fralla, im Anhang ist ein Ausschnitt des vereinfachten Schaltplans von TI für den UCC28070. Über dem hänge ich gerade mal bei ORCAD reinzutippen. Was hat es mit den "CSA" und "CSB" auf sich ? Es scheint mir als wird da irgend eine Energie auf Masse gezogen aber welche ? Irgendetwas parasitäres ? Denkst du es ist sinnvoll das ich mich zumindest beim ersten Aufbau grundsätzlich an ein solches Schaltbild halten sollte ? Zum Thema bridgeless. Du hast es genau beschrieben und JA es dürfen die Induktivitäten auch größer werden das spielt zunächst keine Rolle. Hauptsache die Vorteile der Sache liegen im Einkaufswagen. Viele Grüße Christian
Alles klar wer das Datenblatt liest ist klar im Vorteil! CSA und CSB ist "natürlich" der Stromfühler...
>Denkst du es ist sinnvoll das ich mich zumindest beim ersten Aufbau >grundsätzlich an ein solches Schaltbild halten sollte ? Nein, das was du angehängt hast ist keine interleavte PFC. Diese Schaltung kannst du mit dem UCC28070 nur unter großen Umständen ansteuern, du brauchst zusätzliche exterene Logik, Komparatoren, etc. Fang mit einer gewöhlichen, interleavten PFC gemäs dem DB des UC28070 an. Wenn das mal läuft (das wird schon seine zeit dauern), kannst du immer noch auf Bridgeless wechsel. Es werden ohnehin mehrer Layout iterationen notwendig sein. MFG
UCC28070 Excel Applications Design Tool (ZIP 299 KB ) 807 views, 14 Aug 2008 http://www.ti.com/litv/zip/sluc114
Hallo Fralla und usr, also ich habe nochmal den UCC28019 mir ans Herz genommen. Eigentlich ist es doch garnicht so schwer, zumindest auf dem Papier. Unter folgendem Link http://orbit.dtu.dk/fedora/objects/orbit:58328/datastreams/file_4593912/content sind einige Topologien miteinander verglichen. Unter anderem auch die Two Boost Topologie. In Abbildung 11 des Dokuments ist ein Schaltbild dargestellt sogar mit entsprechender Bauteildimensionierung. Ich möchte darum bitten die Entscheidung zu akzeptieren das ausprobieren zu wollen. Stattdessen könnte ich eure Erfahrung gebrauchen was das Berechnen der Spule L3 und L1 angeht. Ich habe angefangen mit dem einfachen Induktionsgesetz. Ul=-L*(delta I/delta t) Verwunderlicherweise komme ich da auch durch die Rechnung: L= ((400V-230V)/(4.1A-0.875A)*15.4µs auf 1.5mH. Das ist also schon sehr nahe an den angegebenen 1.25mH. Naja nur leider ist mir auch bewusst das ich es mir da ziehmlich einfach bzw falsch gemacht habe. Ich möchte dazu auf die Funktionsweise so wie ich sie verstanden habe kurz eingehen: - Der IC SChaltet konst. mit 65kHz und verändert lediglich als regelparameter die Ein bzw. Ausschaltzeit der PWM - Die Spulen als Ladepumpe wirkend kriegen immer die Oberen Spannungs- Halbwellen ab. so und jetzt warum ich denke das ich die Rechnung von oben nicht anwenden kann: - Da der Spannungsverlauf Sinusförmig verläuft, muss ich die Spulen unterschiedlich lang aufladen, damit ich ein konst. Spannungsniveau am Ende mit 400V besitzte. Das wird über die PWM geregelt. Aber in welchen Arbeitspunkten berechne ich jetzt die Spuleninduktivität ? Das ist mir unklar und es wäre mir eine große hilfe wenn ihr mir auf die Sprünge helfen könntet. Viele Grüße Christian
>Aber in welchen Arbeitspunkten berechne ich jetzt die Spuleninduktivität
Der Rippel ist immer bei d=50% am größten, also wenn die momentane
Eingangsspannung der halben Ausgangsspannung entspricht.
Das sind also 141,4VAC.
Denn maximalen Stromrippel lege ich mit 15A fest. (Welcher Ripple dann
das Optimum ist, muss man dann in der Schaltung austesten. Denn mehr
Rippel->kleinere Drosssel->größeres EMC-Filter, etc).
Indunktinonsgesetzt ist schon der richtige Ansatz
Vout/2=L*Ipp/(0.5/fsw), nach etwas herumrechnen erhält man:
L=Vout/(4*fsw*Ipp).
Somit sind L=~100µH ein guter Startwert für dein Drossel.
Den Maximalstrom in der Drossel hat man natürlich bei geringstem Vac,
also 100V. Der Ripple am Spannungsscheitel errechnet sich mit (Dutycycle
in Induktionsgesetz eingesetzt):
Ipp=Vac*(1,414*Vout-2*Vac)/(fsw*L*Vout), also Ipp=9,38A.
Der SpitzenNetzstrom ist 42,4A, den Drossel muss also ein Maximalen
Strom von 49,4A aushalten. Für Regeldynamik müssen es gerne 20% mehr
sein, also 59,4A. (Dabei darf das L aber schon aufgrund teilweiser
Sättigung einbrechen, solange der Peak-Limit das abfangen kann).
MFG Fralla
>Ipp=Vac*(1,414*Vout-2*Vac)/(fsw*L*Vout), also Ipp=9,38A
Bei 100V sinds 14App, Rechenfehler.
MFG Fralla
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Hallo Fralla, vielen Dank für deine Ausführungen. Ich habe seit gestern auch einige Ergebnisse erziehlt nach folgenden Formeln: L=(Uacmin*1,414*1/f*(1-(Uacmin*1,414/Ua))/deltaIl Uacmin: minimale Eingangsspannung (z.B.:100Vac) f: Schaltfrequenz (65kHz) vorgegeben durch UCC28019 wobei deltaIl: Stromrippel der von mir zugelassen wird --> deltaIl = 40% * Ie_max Ie_max= (2/n)*(Pa/Uacmin*1,414) n: Wirkungsgrad der PFC (hier:95%) Pa:Ausgangsleistung Somit komme ich auf verschiedene Werte für die Induktivität abhängig von der Eingangsspannung. Ich habe das ganze mal bei Excel eingegeben. Heraus kommt die Kurve im Anhang. Dort ist auch der Spulenstrom mit aufgezeichnet, berechntet nach folgender Formel: I_Lmax= Ie_max+0,5*deltaIl Ich möchte dich Bitten dir mal die Werte anzuschauen ob das deiner Meinung nach so stimmt. Du berechnest den Wert der Spule ja etwas anders, kommst aber auch in die Größenordnung von 150µH. Mit diesem Wert würde ich das Ganze auch umsetzen denn mir scheint die Rechnung zu stimmen. Ich habe nach den Formeln auch andere Schaltungen mal durchgereechnet und komme auf vergleichbare Werte, wie diese dann in den Schaltungen verbaut wurden. Ein Problem habe ich in der Berechnung des Ladekondensators. Soweit wie ich verstehe muss auf die RMS Strombelastung besonders geachtet werden. Nach Literatur berechne ich diesen Wert mit folgender Formel: I_RMS= SQRT( (32*1,414*Pa^2)/(9*pi*Vac*Vout*n^2)-(Pa/Vout)^2) ABER: Entspricht der RMS Wert des Stromes nicht dem arithmetischen Mittelwert den ich bei der Spule berechne ? Weil das ist ja letztendlich der Strom der sich aufteilt zwischen Last und Kondensator... So ganz bin ich mir da nicht im Klaren darüber... Für die Berechnung der Kapazität stellt sich mir auch die Frage nach einer Vernünftigen Herleitung für eine Formel... Vielen Dank im Vorraus. PS: Ok also ich komme auch auf 14A bei 100µH und 100Vac. Mit App meinst du den arithmetischen Mittelwert richtig ? MFG Christian
>Somit komme ich auf verschiedene Werte für die Induktivität abhängig von >der Eingangsspannung. Richtig, wenn die Eingangsspannung halb so groß ist wie die Ausgangsspannung ist, dann ist der Rippel am größten. Diese Bedingung verwende ich zur Berechnung. >ABER: Entspricht der RMS Wert des Stromes nicht dem arithmetischen >Mittelwert den ich bei der Spule berechne ? Nein, das sind zwei Paar Schuhe. RMS-Strom benutzt man zur Berechnung der DC-Verluste in der Spule. >PS: Ok also ich komme auch auf 14A bei 100µH und 100Vac. Mit App meinst du den arithmetischen Mittelwert richtig ? Mit App meinte A-Peak-Peak, also den Spitze-Spitze Wert des Drosselstromes. Auch 150µH ist in Ordnung. Mit den Formel legt man sich nur einen Wert zurecht mit dem das Teil funktioniert. Das Optimum hängt von so vielen Faktoren ab: wie EMC-Filter Dämpfung(damit Größe), Wirkunsggrad, Leistungsdichte, Kühlung, ja auch Kosten. Hoher Ripple vergrößert das EMC-Filter und erhöht den RMS-Wert des Stromes und damit die Verluste in FET, Diode und Drossel. >I_RMS= SQRT( (32*1,414*Pa^2)/(9*pi*Vac*Vout*n^2)-(Pa/Vout)^2) Ja, kommt mit Bekannt vor. >Für die Berechnung der Kapazität stellt sich mir auch die Frage nach >einer Vernünftigen Herleitung für eine Formel... Das hängt Stark von deinen Anforderungen ab. Eine harte Bedingung ist der Rippelstrom im Kondensator, denn sollte man nicht überschreiten. Meist zwingt dies schon eine bestimmt Größe auf. Weiters bestimmt der Kondensator den Ripple der Ausgangsspannung. Es hängt also von der Line-Regulation des nachfolgenden Wandlers ab wieviel erlaubt ist. Ich habe Designs da beträgt der Ripple am Ausgang fast 40V bei 410V Ausgangsspannung, stört nicht wenns der nachfolgende DC/DC Ausregelt. Eine weitere Bedingung ist die Holdup-Zeit, wenn gefordert. Servernetzteile müssen zb 10ms Netzunterbrechung durchtauchen, dh die Ausgangsspannung darf nicht einbrechen. Bei Telekom sind es immer 20ms. Dh mit dem Ausgangskondensator bestimmst du wie weit die Spannung bei Netzunterbrechungen einbricht. Weiters sollte man Elkos kräftig dearaten, also die -20% Kapazitätstoleranz beachten und die Reduktion der Kapazität über die Lebenszeit, also auch so 20%. Zusammengfasst: Kapazität so klein wie möglich, so groß wie nötig. Zu beachten ist: 1.RMS-Strom 2.Ausgangsspannungsripple 3.Holdupzeit 3x560µF wären ein ganz grober Richtwert für 3kW. MFG Fralla
Hallo Fralla, WOW halb zwölf und so eine gute Antwort Danke dir ! Zu deinen Aussagen > Zusammengfasst: > Kapazität so klein wie möglich, so groß wie nötig. Zu beachten ist: > 1.RMS-Strom > 2.Ausgangsspannungsripple > 3.Holdupzeit > > 3x560µF wären ein ganz grober Richtwert für 3kW. > Ich habe im Datenblatt des UCC28019 die ensprechenden Berechnungsformeln mir mal hergenommen. Deine Zusammenfassung stimmt genau mit dem Überein wie ich gestern gerechnet habe.Dazu folgendes: -Die Hold Up Time spielt keine Rolle bei mir. Das ist auch gut so weil ich möchte nicht die Kapazität Wissen die ich bei 3kW benötige für eine ganze Halbschwingung die fehlt !! Das sind mF vom feinsten !! Also wäre sowieso mist. Soweit wie ich das verstanden habe geht man im allgemeinen Fall so vor das zunächst die benötigte Hold Up Zeit in die Rechnung eingeht. Man erhält einen entsprechenden Capazitätswert der eingehalten werden muss wenn man eine festgelegte UNtere SPannungsgrenze nicht unterschreiten möchte. Als nächstes kommt etwas ins Spiel was mich zum Grübeln bringt. Der IC hat ja einen Oberspannungs und UNterspannungsschutz. Innerhalb dieser Spanne darf die Spannung am Ausgang sich nur bewegen da der IC sonst anfängt durchzudrehen...(fix ausgedrückt) Das sind 5% von der Ausgangsspannung also ca. 20Vpp (+-10V). Bei der Berechnung laut Datenblatt schauen die dann ob mit der Errechnenten Kapazität dieser Wert der Spannungswelligkeit eingehalten wird. Dann ist alles gut. Zu meinem Problem: Wenn ich die Rechnung in der Reihenfolge durchführe komme ich wegen Hold Up auf einen wahnsinns Wert ist klar. Ich habe die Zweite Formel hergenommen: V_outRippelpp= I_out/(pi*2*f_netz,min*Cout) Diese Umgestellt nach der Kapazität. Somit kann ich einen Spannungsrippel vorgeben von z.B. +-7,5Volt und dann die Kapazität ausrechnen. Da komme ich auf 1,73mF ! So und das ist natürlich krass. Weil da müsste ich wie du schon sagtest allermindestens 3*680µF Kracher nehmen und die müssen auch noch den Enormen I_RMS aushalten von errechneten 16,34A ! Und das ist schwer zu finden oder garnicht. Ich meine es ist klar das hier bei der Leistung der Hase im Pfeffer sitzt aber wie kriege ich das gelöst ? Ich würde gerne einen höheren Rippel zulassen aber dann macht der IC nicht mehr mit weil er dann ständig denkt er hat zu wenig Spannung und geht in den Soft Start oder macht sonstwas. Kann man das nciht deaktivieren ? Fällt dir was ein zu dem Problem ? Was würdest du machen ? Viele Grüße Christian
>WOW halb zwölf und so eine gute Antwort Danke dir ! Bin im Moment in einer anderen Zeitzone;) >ich möchte nicht die Kapazität Wissen die ich bei 3kW benötige für eine >ganze Halbschwingung die fehlt !! Das sind mF vom feinsten !! Also wäre >sowieso mist. So schlimm ist das nicht. Wenn der Nachfolgende Converter den 400V Zwischenkreis bis 200V aussaugen kann dann sinds gerade 1000µF für 20ms, bei 300V sind es 1700µF. Berechnet sich mit C=2*P*thold/(Uout²-Uout,min²). Also nicht Mist, so dimensioniert man PFCs wenn man diese auch verchecken will. >Da komme ich auf 1,73mF ! >So und das ist natürlich krass. Ja, wenn du 15Vpp Rippel willst führt da absolut kein Weg vorbei. Aber was stört dich an etwas mehr Ripple. >die müssen auch noch den Enormen I_RMS aushalten von errechneten 16,34A ! Ja, jetzt weist du warum ich dir Anfangs bei der Leistung zum UCC28070 geraten habe. Da wärst du bestimmt bei <9Arms. >der Hase im Pfeffer sitzt aber wie kriege ich das gelöst ? Mann kann den Schaltripple mit einem Folienkondensator (µF Bereich) vom den Elkos wegblocken. Entkoppelt durch paar 100nH, bzw Layout. >Ich würde gerne einen höheren Rippel zulassen aber dann macht der IC >nicht mehr mit weil er dann ständig denkt er hat zu wenig Spannung Wieso? Wenn du 400V am Ausgang hast geht der IC bei 420V in die OVP und bei 380V in die UVP(softstart). Da ist theoretisch Platz für 40V Spannunsgripple. So knapp darf man das nicht Auslegen da man Platz für Regeldynamik braucht. Aber 20V Ripple, also +/-10V sind idR Problemlos möglich. MFG Fralla
Hallo Fralla, nun also das mit der HoldUp Time habe ich so noch garnicht bedacht. Aber wie gesagt mag ein schöner nebeneffekt sein, ist den Anwendungsbereich aber unkritisch. Was den IC angeht habe ich mich einfach an den Maßgaben im Datenblatt orientiert, aber wenn die Toleranz da größer ist als angegeben ist das gut zu wissen. Abgesehen davon habe ich mal bisschen gerechnet was die Kondensatorumsetzung angeht. Demnach benötige ich 4 *470µF Parallel geschaltet. Gute Kondis von z.B. RubycoXX halten einen entsprechend hohen RMS Strom aus. Nach einer Wurst-Käse Analyse komme ich auf oben genannte Dimensionen. Ich denke das ist absolut gängig und realisierbar. Nihct so schlimm wie ich gedacht habe! Ich denke so mache ich es auch Testweise. Kaputt gehen sollte da nichts. Was sagt dein Erfahrungstechnisches Gefühl dazu ? Ich berechne jetzt mal den Käse um den IC herum, dann kommen auch die SiC Dioden dran. Viele Grüße Christian Christian
Hallo Fralla, ich habe ein Problem beim Auslegen des MOSFETs. In einigen Beispielen die ich bei meiner Recherche gefunden habe kommt es mir so vor als sind die MOSFETs alle gnadenlos überdimensioniert. Wie dem auch sei würde ich mich vom "Bauchgefühl" her für den Coolmos SPW47N60C3 entscheiden. DEnkst du der macht die ganze Sache mit und hält die Ströme aus ? Wie gehst du an die Auslegung des MOSFETs ran ? Gibt es da gute Faustregeln wonach man gehen kann ? Viele Grüße Christian
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