Комментарии 21
Очень интересно, спасибо за подробную статью.
Спасибо, мне пригодится. Хотел спросить — какие микросхемы порекомендуете чтоб дёшево и хорошо. Для малых и больших мощностей.
Присоединяюсь к вопросу, в даташитах наверняка найдутся и законченные типовые схемы и рекомендации по разводке печатных плат.
Также, хочется подробностей по этому пункту:
Также, хочется подробностей по этому пункту:
17. Мотаем трансформатор по всем правилам намотки трансформаторов для ОИП.
Основные правила — это хорошая изоляция между первичной и вторичной обмотками (т.к. напряжение на первичной даже выше входного), первичная обмотка мотается первой, между первичной и вторичной обмотками делается экран (разомкнутый виток медной фольги), который обычно подключается к верхнему по схеме выводу первичной обмотки, все обмотки мотаются в одном направлении.
Есть хорошая статья Дмитрия Макашова Обратноходовой преобразователь — там подробно рассматриваются все вопросы, в том числе и намотка трансформатора. Я сам начинал с этой статьи :) к сожалению только, она достаточно сложна для начинающих и (на мой взгляд) методика расчета трансформатора там менее очевидная.
Есть хорошая статья Дмитрия Макашова Обратноходовой преобразователь — там подробно рассматриваются все вопросы, в том числе и намотка трансформатора. Я сам начинал с этой статьи :) к сожалению только, она достаточно сложна для начинающих и (на мой взгляд) методика расчета трансформатора там менее очевидная.
Для небольших мощностей — Tiny Switch (микросхемы TNY264-268, TNY274-280, TNY284-290). Выполнены в 8-выводном корпусе, минимальная дополнительная обвязка высоковольтной части. Для мощностей побольше — TOP22x, выполнены в 3-выводном корпусе, также минимальная обвязка. Для еще больших мощностей — например, UC3842 + полевой транзистор. Я сам делал на 3842 и 2SK1507 (600В, 9А, 1Ом) источник на 300Вт (300В 1А).
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
1. Примеры схемотехники есть в документации от любой выбранной микросхемы высоковольтной части. Здесь я ставил целью объяснить процессы, происходящие внутри ОИП и рассказать о том, как рассчитать трансформатор «с нуля».
2. Имеется в виду мой блок мощностью 300Вт? По нескольким причинам — во-первых, на момент сборки в наличии был только такой транзистор и проще было собрать прямо сейчас на том, что есть, чем искать в магазинах что-то другое. Во-вторых, рассеиваемая транзистором мощность была около 7 вт (по расчетам) при допустимой 50. Конечно, поставив более дорогой транзистор, можно было ее снизить раза в три, но для домашнего блока было проще использовать вентилятор, который, кстати, охлаждал еще и трансформатор (а вот тот грелся гораздо сильнее).
2. Имеется в виду мой блок мощностью 300Вт? По нескольким причинам — во-первых, на момент сборки в наличии был только такой транзистор и проще было собрать прямо сейчас на том, что есть, чем искать в магазинах что-то другое. Во-вторых, рассеиваемая транзистором мощность была около 7 вт (по расчетам) при допустимой 50. Конечно, поставив более дорогой транзистор, можно было ее снизить раза в три, но для домашнего блока было проще использовать вентилятор, который, кстати, охлаждал еще и трансформатор (а вот тот грелся гораздо сильнее).
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
1. Спасибо )
3. Да, по причине сечения, но только проводов обмоток :) Согласен, что области выше 100 Вт — не для обратноходовиков. Но тут изначально ставилась задача не просто источника питания, а источника для быстрого заряда конденсатора фотовспышки, т.е. по сути источника тока, а не напряжения. А источником тока может быть только индуктивность, а, значит, только флайбэк :)
Вообще, изначально этот блок возник практически «на спор» — мне сказали, что такого сделать невозможно) После того, как блок успешно выполнил свою задачу, он был переделан в регулируемый источник 30-350В и какое-то время работал, но потом был разобран на детали за ненадобностью. Кстати, uc3842 требует питания, которое обычно берется с отдельной обмотки с напряжением около 15В. Но тут так поступить было нельзя, т.к. выходное напряжение блока было в слишком широком диапазоне (30 — 350В), поэтому было применено несколько нестандартное решение — для питания микросхемы использовалось выпрямление напряжения прямого хода, которое было постоянно по амплитуде. Поскольку, микросхема потребляет немного, влияния на общую работу блока это не оказало.
Ну а трансформатор — опять же, был выбран тот сердечник, который имелся в наличии, т.к. цель была именно показать, что такое решение в принципе возможно. Надо было бы обмотки намотать проводом потолще — в первичке там ток был от 3 до 6А (режим неразрывных токов), если правильно помню. Во вторичке — в два раза ниже. А позже, когда блок превратился в регулируемый, от него редко бралась такая мощность вообще.
3. Да, по причине сечения, но только проводов обмоток :) Согласен, что области выше 100 Вт — не для обратноходовиков. Но тут изначально ставилась задача не просто источника питания, а источника для быстрого заряда конденсатора фотовспышки, т.е. по сути источника тока, а не напряжения. А источником тока может быть только индуктивность, а, значит, только флайбэк :)
Вообще, изначально этот блок возник практически «на спор» — мне сказали, что такого сделать невозможно) После того, как блок успешно выполнил свою задачу, он был переделан в регулируемый источник 30-350В и какое-то время работал, но потом был разобран на детали за ненадобностью. Кстати, uc3842 требует питания, которое обычно берется с отдельной обмотки с напряжением около 15В. Но тут так поступить было нельзя, т.к. выходное напряжение блока было в слишком широком диапазоне (30 — 350В), поэтому было применено несколько нестандартное решение — для питания микросхемы использовалось выпрямление напряжения прямого хода, которое было постоянно по амплитуде. Поскольку, микросхема потребляет немного, влияния на общую работу блока это не оказало.
Ну а трансформатор — опять же, был выбран тот сердечник, который имелся в наличии, т.к. цель была именно показать, что такое решение в принципе возможно. Надо было бы обмотки намотать проводом потолще — в первичке там ток был от 3 до 6А (режим неразрывных токов), если правильно помню. Во вторичке — в два раза ниже. А позже, когда блок превратился в регулируемый, от него редко бралась такая мощность вообще.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
китайские БП для компов как раз обратоходы
Вот не знаю, не встречал. Но я давно комповые БП не разбирал. То, что дежурка там Flyback — это точно.
Вообще, конечно, можно и киловатт сделать обратноходом ) Но на таких мощностях он существенно проигрывает прямоходу по трем параметрам:
1. D у обратнохода при питании от 220В вряд ли будет больше 33%, в то время как у прямохода с самыми захудалыми биполярниками — 50%. а это разница в треть выходной мощности.
2. Ток у обратнохода будет, по большей части, треугольным, в то время как у прямохода — прямоугольным. Т.е. тут еще теряем до половины мощности. Итого разница до трех раз при тех же самых максимальных токах.
3. За счет того, что ток в обратноходе треугольный и бОльший по максимальному значению, имеем бОльшую потерю мощности на проводах и полупроводниках.
На днях попробую повторить на макетке ради интереса.
У меня очень устойчиво выдавал напряжение даже при минимальном выходном с маленькой нагрузкой. Да, забыл сказать, вроде там стабилизатор был постоянного напряжения типа 7812, вот не помню уже.
350В — серьезное напряжение
Трансформатор получился действительно повышающий, поэтому на первичной обмотке было 175В обратного напряжения. Это чуть больше обычных 100-150, но вполне допустимо. Снаббер был более «активный» — при максимальной мощности ватт 6 на нем точно падало, а может и до 10 и, в целом, напряжение на стоке не доходило до 600В (паспортный предел 2SK1507). А вот во вторичной обмотке на прямом ходу было более 600В, плюс 350 на выходе, поэтому поставил последовательно два диода на 1000В. Ток во вторичке на обратном ходу менялся от 3 до 1.5А, диоды ставил уже на небольшой радиатор.
Проблем с флайбэком как повышающим преобразователем особо и нет — только произведение тока на напряжение начинает работать уже в другую сторону — если обычно ток во вторичке больше, а напряжение меньше, то тут наоборот — напряжение больше, а ток — меньше.
Большое спасибо за подробную и понятную статью! Удалось понять, зачем нужен зазор, а то до недавних пор я не совсем понимал его назначение. Слышал только, что «именно в нем запасается почти вся энергия трансформатора».
Есть вопрос по поводу снаббера. Почему вы считаете, что снаббер со стабилитроном (саппрессором) рассеивает меньше энергии, чем снаббер на резисторе и конденсаторе? По сути дела тот и другой принимают и превращают в тепло «излишек» энергии от трансформатора, который не зависит от конструкции снаббера, а зависит только от параметров трансформатора и подаваемых на него импульсов. Таким образом, если ставить стабилитрон на высокое напряжение — в результате повышаются требования к ключевому транзистору, возрастают импульсные токи в схеме и генерация помех, а с точки зрения кпд выигрыша нет. К тому же, мощный стабилитрон наверняка стоит дороже резистора с конденсатором.
Есть вопрос по поводу снаббера. Почему вы считаете, что снаббер со стабилитроном (саппрессором) рассеивает меньше энергии, чем снаббер на резисторе и конденсаторе? По сути дела тот и другой принимают и превращают в тепло «излишек» энергии от трансформатора, который не зависит от конструкции снаббера, а зависит только от параметров трансформатора и подаваемых на него импульсов. Таким образом, если ставить стабилитрон на высокое напряжение — в результате повышаются требования к ключевому транзистору, возрастают импульсные токи в схеме и генерация помех, а с точки зрения кпд выигрыша нет. К тому же, мощный стабилитрон наверняка стоит дороже резистора с конденсатором.
Слышал только, что «именно в нем запасается почти вся энергия трансформатора».
Скорее, «благодаря ему» :) В обычных импульсных блоках питания компьютера на выходе стоят дросселя, намотанные на тороидальных сердечниках из сплава с относительно низкой (в сравнении с обычным феритом) магнитной проницаемостью 20 — 50. Вот на них, в принципе, можно было бы конструировать ОИП, но сердечник с зазором — это намного удобнее, т.к. зазор легко менять.
По сути дела тот и другой принимают и превращают в тепло «излишек» энергии от трансформатора
А вот и нет. Супрессор действительно принимает только излишек, т.к. во всех остальных случаях стабилитрон закрыт. А вот снаббер — нет. На первичной обмотке трансформатора есть рабочее обратное напряжение Uinv, которое выбирают в диапазоне 100 — 150В. Это напряжение открывает диод снаббера и заряжает конденсатор, в результате чего на нем теряется до Uinv²/R (в зависимости от емкости конденсатора, насколько он успевает разрядиться за Toff) полезной энергии. Супрессор же выбирается на напряжение выше рабочего, поэтому на нем полезной мощности не теряется.
Статья просто супер! Возникло несколько вопросов. В пункте 3 вы пишите:
Следует ли из этого, что некоторые изложенные вами далее объяснения описывают только работу понижающих источников?
Это напряжение между какими точками? Между выводами обмотки?
Не сочтите что я придираюсь, я просто пытаюсь разобраться. Смотрю формулы и схему flyback из даташита на MC33063. По ним получается, что при минимальном входном напряжении 10В, и желаемом выходном 187В, рабочий цикл у меня равен 0.949 (!).
Правильно ли я понимаю, что по вашей формуле, при таком рабочем цикле на ключ в схеме должно действовать обратное напряжение около 225В?
Когда я собрал на макетке схему из даташита, про выбросы и снабберные цепи толком ничего не знал, в самой схеме никаких снабберов не было, однако я интуитивно поставил имеющийся у меня двунаправленный супрессор на 13В паралелльно коллектор-эммитерному переходу. Вот теперь думаю, это у меня получился аналог снаббера, либо ограничитель мощности?
Низковольтная цепь ОИП состоит из диода, конденсатора и, возможно, дополнительных фильтрующих элементов.
Следует ли из этого, что некоторые изложенные вами далее объяснения описывают только работу понижающих источников?
Но, напряжение, на которое мы «разряжаем» катушку – это и есть то обратное напряжение, которое возникает в первичной обмотке в моменты закрытия ключа.
Это напряжение между какими точками? Между выводами обмотки?
Не сочтите что я придираюсь, я просто пытаюсь разобраться. Смотрю формулы и схему flyback из даташита на MC33063. По ним получается, что при минимальном входном напряжении 10В, и желаемом выходном 187В, рабочий цикл у меня равен 0.949 (!).
Правильно ли я понимаю, что по вашей формуле, при таком рабочем цикле на ключ в схеме должно действовать обратное напряжение около 225В?
Когда я собрал на макетке схему из даташита, про выбросы и снабберные цепи толком ничего не знал, в самой схеме никаких снабберов не было, однако я интуитивно поставил имеющийся у меня двунаправленный супрессор на 13В паралелльно коллектор-эммитерному переходу. Вот теперь думаю, это у меня получился аналог снаббера, либо ограничитель мощности?
Следует ли из этого, что некоторые изложенные вами далее объяснения описывают только работу понижающих источников?
Нет. В общем смысле эту фразу следует читать как "Вторичная цепь ОИП состоит из...". Тут дело в том, что в ОИП энергия запасается в индуктивности, а индуктивность — это всегда источник тока. Нам же надо на выходе напряжение — получить из тока напряжение можно с помощью конденсатора, поэтому первым фильтрующим элементом стоит именно он (диод пропускает нужную полярность).
напряжение, на которое мы «разряжаем» катушку
Да. Это из упрощенного описания принципа работы блока, когда мы имеем лишь одну обмотку. В этом случае, если блок работает в установившемся режиме на полную мощность, значит, за время «заряда» в индуктивность входит ровно столько же энергии, сколько уходит из нее за время «разряда». А скорость набора или потери энергии индуктивностью определяются напряжением, от которого она энергию получает (или на которое её теряет), поэтому и такие формулы.
По ним получается, что при минимальном входном напряжении 10В, и желаемом выходном 187В, рабочий цикл у меня равен 0.949 (!).
Это как раз продолжение предыдущего абзаца — если напряжение заряда равно напряжению разряда, то и временные интервалы заряда и разряда равны. А если напряжение разряда в 18.7 раз больше (как в вашем случае), значит разряжаться катушка будет в 18.7 раз быстрее, чем заряжаться. 18.7 (условное время заряда) / 19.7 (полное время цикла = время заряда + время разряда) = те самые 0.949.
Правильно ли я понимаю, что по вашей формуле, при таком рабочем цикле на ключ в схеме должно действовать обратное напряжение около 225В?
В этом случае на ключ будет действовать выходное напряжение (187 В) + напряжение питания (10 В) = 197 В. Но это именно в том режиме, когда питается схема от 10 В. Если максимальное напряжение питания у вас 20 В, то и на ключ будет действовать 187 + 20 = 207 В. Формулу я приводил как раз такую: Usw = Umax + Umin*D/(1 – D), подставляем в неё ваши значения и получаем 20 + 10*0.949/(1 — 0.949) = 207 В.
Но зачем вам схема с одной обмоткой? Используйте две обмотки — скажем, первичную 10 витков и вторичную 187 витков (чисто условные значения, важно тут соотношение между ними). Тогда у вас D будет равно 50%, а обратное напряжение на ключе будет всего 20 В. Да, мощность устройства понизится, т.к. за один импульс будет передаваться ровно столько же энергии, но частота этих импульсов упадет почти в два раза, но найти хороший ключ на обратное напряжение в 20 — 30 В гораздо проще, чем на 200 — 250 В.
я интуитивно поставил имеющийся у меня двунаправленный супрессор на 13В паралелльно коллектор-эммитерному переходу. Вот теперь думаю, это у меня получился аналог снаббера, либо ограничитель мощности?
В данном случае этот супрессор просто рассеивает в себе почти всю полезную мощность — если на коллекторе напряжение не может подняться выше 13 В, значит (с одной обмоткой) со схемы выше 13 В вы и не получите.
И еще момент про супрессоры — у них большая емкость, поэтому применять двунаправленные следует с большой осторожностью, вы как будто подключаете конденсатор емкостью 1 нФ (например) параллельно обмотке. Если же его соединять последовательно с диодом, емкость будет намного меньше (у диодов меньше емкость), но работать будет несколько иначе.
Отличная статья!
Понимаю, что некропост, но вдруг. Только начинаю работать с Flyback. Можете пояснить два момента?
- Какой физический смысл Udis?
- Как получилось выражение Usw = Umax + Umin*D/(1 – D)?
Umax и Umin — это максимальное и минимальное напряжение на входе? Это исходные данные проектирования? Не понятен маневр с получением этой формулы.
Несколько поздновато, но все же)
1. Udis — это обратное напряжение, возникающее на первичной обмотке в момент закрытия ключа (то есть, когда энергия из трансформатора начинает передаваться в нагрузку). Смысл этого напряжения в том, что оно складывается с напряжением питания и повышает обратное напряжение на ключе. Если Udis окажется слишком высоким, ключ выйдет из строя.
2. Да, это максимальное и минимальное рабочее напряжение на входе. Формула получена следующим образом: необходимо обеспечить функционирование БП во всем диапазоне входных напряжений, при этом максимальное значение D уже задано (т.к. является исходной величиной). Очевидно, что максимальное значение D будет при минимальном входном напряжении, а с его повышением D будет лишь уменьшаться. Поэтому часть формулы Umin*D/(1 – D) — это то самое обратное напряжение Udis, описанное выше. Но это обратное напряжение, по сути, зависит не от входного, а от выходного напряжения, а, так как выходное БП поддерживает стабильным, то и Udis тоже всегда одинаково. Далее мы добавляем к Udis максимальное значение входного напряжения и, таким образом, получаем максимальное обратное напряжение на ключе.
1. Udis — это обратное напряжение, возникающее на первичной обмотке в момент закрытия ключа (то есть, когда энергия из трансформатора начинает передаваться в нагрузку). Смысл этого напряжения в том, что оно складывается с напряжением питания и повышает обратное напряжение на ключе. Если Udis окажется слишком высоким, ключ выйдет из строя.
2. Да, это максимальное и минимальное рабочее напряжение на входе. Формула получена следующим образом: необходимо обеспечить функционирование БП во всем диапазоне входных напряжений, при этом максимальное значение D уже задано (т.к. является исходной величиной). Очевидно, что максимальное значение D будет при минимальном входном напряжении, а с его повышением D будет лишь уменьшаться. Поэтому часть формулы Umin*D/(1 – D) — это то самое обратное напряжение Udis, описанное выше. Но это обратное напряжение, по сути, зависит не от входного, а от выходного напряжения, а, так как выходное БП поддерживает стабильным, то и Udis тоже всегда одинаково. Далее мы добавляем к Udis максимальное значение входного напряжения и, таким образом, получаем максимальное обратное напряжение на ключе.
Приветствую. Сейчас планирую собрать трансформатор для обратноходовика. Наткнулся на Вашу статью. Начну с первого
μe = le/g, где
g – суммарная толщина зазора, м.
Тут совсем непонятно. Есть феррит, у него есть проницаемость, которая изменяется при замкнутом магнитопроводе и с зазором. Что мы определяем этой формулой?
Допустим у меня есть магнитопровод длинна средней линии сердечника, навскидку12 см, что есть 0.12 метра. Делим на зазор, мы его пока подбираем методом тыка?
Допустим зазор 0.1 мм, в метрах это 0.0001. Вычисляем по формуле 0.12/0.0001=1200. Для 1 мм u=120.
Отсюда мы возвращаемся к сумбурному вопросу, у меня есть феррит, у него есть свои параметры проницаемости, как мы делаем привязку формулы к реальному ферриту?
Ну и последняя формула, которую можно вывести и самостоятельно. Размер зазора для заданного тока:
g = (I*μ0*N)/Bmax
Далее в тексте есть уже формула, который вы указали. Предполагаю. что у меня через LTSpice индуктивность на заданный ток в 0.1 Ампера должен быть в зависимости от частоты 250 мкГн - 1000 мкГн. беру пока среднее 500 мкГн под ток в 0.1 Ампер. Интуитивно предполагаю. что это будет 50-80 витков.
Прикинем зазор:(0.1 ампера*1*80 вит)/0,2 Тл = 40 м
В статье вы как-то упоминаете Теслы, если предположить. что формула в Гауссах, тогда
Пересчитываем Гауссах 8/2000= 0.004 м ( 4 мм )
Что тут не так? И как было бы правильно подойти к вопросу?
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Расчет трансформатора для обратноходового импульсного источника питания (Flyback)