Teorie smps

[smilex]

Banuiesc ca printr-o sursa clasica intelegi un stabilizator liniar.

Sursele at/atx sunt mai complexe decat cele cu mos (de exemplu) pe care eu le-as numi clasice. Multa lume le modifica si incorect (incorect nu inseamna nefunctional). Ca sa modifici corect o sursa, trebuie sa intelegi cum functioneaza si cum a fost proiectata. Adica daca te uiti pe o schema, trebuie sa intelegi rostul fiecarei componente si sa intelegi de ce valoarea ei este aceea si nu alta. Dat fiind numarul surselor atx la dispozitie, cred ca se poate discuta despre ele. Functionarea lor e mai greu de inteles pentru ca se bazeaza pe principiul autooscilatiei, sau a oscilatiei intretinute. Cum spuneam, multi neinitiati au construit surse functionale in comutatie plecand de la o schema aiurea, dar niciunul nu a construit un atx. Si nici n-o va face, sansele de reusita sunt prea mici. Insa modificarea e posibila, mai ales daca priveste doar tensiunea de iesire. Dar data fiind specializarea problemei, nu-mi pare un subiect pentru acest topic. Eventual discutii despre principiul de functionare, care insa nu sunt necesare pentru modificarea unui atx in privinta tensiunii de iesire. Pentru modificarea tensiunii unei surse in general si influenta asupra compensarii, a amplificarii initiale, etc, discutiile exista deja.

Vezi ca schemele simple sunt adesea mai complicate ca functionare... Pentru cei mai multi, e mai usor de inteles si de construit o sursa completa sg3525+ir2110+mos decat sursa auxiliara dintr-un atx, cu doua tranzistoare.

[smilex]

Daca tot postez in topic, la recomandarea lui nel65 pun un link: http://www.tehnium-azi.ro/topic/5551-sfaturi-constructie-smps/page-4?do=findComment&comment=57595

Este o discutie despre o alternativa la calculul subberelor. Daca mai gasesc si alte discutii asemanatoare, le colectionez si pun link-uri.

 

Doream sa arat ceva despre trafuri si randamente. Sau mai precis, sa fac un exercitiu de calcul invers, pornind de la un randament anume. Si nu numai, as dori sa trag si niste concluzii, zic eu ca importante.

Datele ar fi:

-configuratie punte;

-intrare 200-360Vcc, iesire 32Vcc stabilizat, la 30A (aprox. 1kW);

-frecventa trafo 60kHz;

-randament trafo 99%;

-rezistivitate cupru ?=0,0172 m??mm.

Redresarea o presupun fie in punte, fie cu dublare de curent, pentru a nu folosi mediana, asta usureaza calculele dar si executia daca as folosi platbanda cupru in secundar. Pentru simplificare presupun punte schottky. Eventualele discutii despre redresare nu fac subiectul a ce doresc eu sa subliniez acum.

Sigur ca cifrele sunt cam rotunde, dar asta se vrea doar un exemplu. Rezistivitatea este mai usor exprimata in miliohmi si milimetri, dar asta inseamna ca in calculele care o implica, toate marimile trebuiesc recalculate in m? si respectiv in mm.

Din datele anterioare, pornind de la premisa ca deadtime-ul este suficient de mic pentru a fi ignorat (in caz contrar minima poate fi scazuta corespunzator), rezulta ca perioada este de 16,67us iar perioada maxima alocata unui Ton este de 8,33us. De asemenea, rezulta ca raportul de transformare este de k=200/33=6,06, cei 33 volti sunt dati de cei 32 doriti si 1V pe redresare (valoarea poate fi alta in functie de diode). Iar folosind formula de dimensionare ca idee, ma orientez catre ETD49 ca sa vad daca pot obtine ce doresc. Iar materialul feritei este 3C90 (raspandit si usor procurabil).

Si voi porni deci de la randament. Si de la un concept cu care nu sunt neaparat de acord (voi explica de ce), care zice ca randamentul maxim se obtine atunci cand pierderile in miez egaleaza pierderile in cupru. Deci pentru a obtine 99% randament (relativ bun), inseamna ca pierd 1% pe traf la puterea vizata de 1kW. Adica 10W. Conform conceptului mentionat, asta inseamna 5W pe ferita si 5W pe cuprul din bobinaje. Pentru bobinaje, voi imparti cei 5W cupru in 2,5W primar si 2,5W secundar.

Intereseaza acest grafic al materialului 3C90 si aceste date ale trafo + carcasa:

Volumul de 24cm? presupune ca cei 5W se distribuie fiecarui cm? cu o valoare de 5/24=0,208W/cm?. Daca ne uitam pe graficul 3C90 la frecventa aproximata de 60kHz, asta ar insemna B=0,19T. Iar atunci, la sectiunea miezului de 210mm?, nr. spire primar necesar ar fi N=200?8,33/(210?0,19)=42spire si cu asta am rezolvat cei 5W ferita. Cu precizarea ca secundarul va avea 7spire si va fi intercalat intre doua sectiuni de primar.

Daca spatiul de bobinaj se umple, diametrul mediu care rezulta din desen este de 29mm iar atunci, lungimea medie a spirei este deci de 91,1mm. 42 spire presupune deci o lungime a primarului de 3826mm iar a secundarului de 638mm.

Cea mai mare putere debitata pe cupru este cand umplerea e maxima, adica la tensiune minima cu umplerea presupusa de 100%. In care caz, pentru cei 30A din secundar avem conform raportului de transformare, 30/6=5A in primar. Iar pentru cei 2,5W vizati, rezistenta ohmica a primarului este de R=P/I?=2,5/25=0,1?=100m?. La frecventa asta, datorita adancimii de patrundere, conductorul maxim folosit are ca diametru 0,55mm care pentru lungimea de 3826mm va avea o rezistenta de ??l/S=276m?. Deci cu 3 astfel de fire, am scadea chiar sub 100m?. Mai precis, pentru cei 92m? obtinuti cu cele trei fire in paralel, puterea disipata in cupru primar ar fi de 2,3W care inseamna o mica rezerva pentru secundar.

La 2,5W disipati in secundar si 30A, rezistenta ohmica a secundarului trebuie sa fie de 2,5/30?=2,77m?. Intrucat va fi platbanda, e un singur conductor, deci sectiunea lui va fi S=??l/R=2,28mm?. Daca presupun niste borduri de izolatie de 2mm la marginile fiecarui strat bobinat, constat ca am cca. 27mm spatiu de bobinat. Asadar pot folosi platbanda de 25mm latime care pentru o sectiune de 2,28mm? presupune o grosime a benzii de 0,1mm ce inseamna 2,5mm? adica mai raman resurse si la secundar.

Daca analizez modul de bobinare, vad ca imi sunt necesare 4 straturi primar. 11+10+secundar+11+10 si ramane chiar spatiu intre spirele primarului. Daca folosesc un material izolator de 0,1mm si trei traturi de material intre prinar si secundar, voi avea 8 straturi izolator intre bobinaje si doua (sa zicem) la sfarsit, deci 1mm se consuma cu izolatia intre straturi, la care mai adaug 1mm pentru izolatia dintre spirele platbenzii. 4 straturi primar consuma 2,4mm iar secundarul 1,05mm. Sa zicem 6mm in total, adica nu consum tot spatiul, lungimile medii a spirelor vor fi mai mici, deci rezistentele vor fi mai mici si pierderile vor fi chiar mai mici decat cele vizate.

Observatii:

-cei 10W ar necesita un pic de ventilatie;

-pentru cazul E+E, cred ca totusi impartirea egala a puterilor disipate nu e binevenita, ferita disipa mult mai usor decat bobinajul (invers fata de tor) si un raport ferita/cupru=6/4 sau 7/3 imi pare mai potrivit;

-din analiza spatiului de bobinare rezulta ca se poate folosi un conductor mai gros sau mai multe fire, sau mai multe spire sau toate la un loc, care ar determina randament mai bun, poate chiar merge un traf mai mic la randament 99;

-99% este un randament destul de bun la 1kW, si s-a obtinut cu 0,2W/cm? in ferita, cu 7A/mm? in primar si cu 12A/mm? in secundar (si o gramada de spatiu nefolosit).

Aceasta ultima observatie imi pare foarte relevanta. Asta pentru ca eu am recomandat mereu 0,1W/cm? si 3, poate maxim 4A/mm? in cupru. Dar ce vreau sa arat este ca dracul nu e atat de negru cum pare la prima vedere, uneori se pot face cateva compromisuri.

Raman insa la recomandarea de 0,1 si 3. Pe cat posibil.

 

Iar acum o sa incerc sa scot maxim din traf.

Aleg B=0,13T pentru 0,1W/cm?. Asta inseamna 61spire primar. Aproximez 60 primar si 10 secundar. Voi folosi mai multe conductoare, deci 6 straturi primar (3+3), iar asta inseamna 10 spire pe strat. Pentru cei aprox. 27mm disponibili, inseamna 2,7mm latimea conductorului, adica 5x?0,5mm, iar asta inseamna o grosime din fereastra de 3,3mm cupru primar, care alaturi de 2mm grosime izolatii inseamna cam 5,3mm si deci am la dispozitie 3mm grosime secundar. Adica exact platbanda de 0,3mm grosime si o latime de 25mm. 5x?0,5mm inseamna o sectiune de aprox 1mm? iar platbanda e de 7,5mm?. Astea sunt incarcari de 5A/mm? in primar si 4A/mm? in secundar. Lungimile medii ale spirelor vor fi acum cele masurate, adica 91,1mm, pentru ca se va ocupa tot spatiul. Rezistenta ohmica a unui conductor ?0,5 de 5466mm lungime (60 spire) este de 0,479? iar 5 in paralel vor determina prin fiecare 1A adica prin fiecare 0,479W si in total primar 2,4W. Secundarul are lungimea de 911mm si deci rezistenta de 2,1m? deci o putere de 1,9W. Astfel am obtinut 2,4W pe ferita, 2,4 pe primar si 1,8 pe secundar, valori cu care nu sunt de acord.

Refac deci pentru B=0,17T, cam 0,15W/cm?, iar asta inseamna 48 spire primar cu lungimea de 4373mm tot in 6 straturi, si 8 spire secundar cu lungimea de 729mm. Pentru 8 spire pe strat primar am la dispozitie 3,3mm/spira si merg cu 5x?0,6 (depasesc un pic adancimea de patrundere, dar conteaza mai putin la valoarea asta) cu care obtin o rezistenta a unui fir de 0,266? si 1,3W primar la 5A, iar in secundar folosesc acelasi 25x0,3 cu care obtin o rezistenta de 1,7m? cu o putere de 1,5W la 30A. Grosimea majorata datorita ?0,6 din primar se compenseaza bine cu cea castigata prin scaderea la 8 spire in secundar. Si am deci 3,6W ferita, 1,3W primar si 1,5W secundar, valori care imi plac ca proportie. Un total de 6,4W cu un randament de 99,36% pe care il consider deja foarte bun. Pentru cei 6,4W as merge chiar pe ventilatie naturala daca ar fi un pic aerisit. Un numar traf mai mare, ar putea asigura un randament chiar mai bun, dar prea mult nu poate fi marit pentru ca creste volumul feritei iar inductia trebuie scazuta mult, ceea ce face un necesar mai mare de spire, conductor mai lung, etc. E un compromis bunicel, zic eu, cu 3,6 pe ferita si 2,8 pe cupru la ETD49. Noua densitate e de 3,54A/mm? primar si 4A/mm? secundar. Mai trebuie doar ca socoata de acasa sa se potriveasca cu cea din targ si sa incapa totul in fereastra.

E posibil sa fi gresit prin calcule, doream doar sa arat o serie de compromisuri care se pot face si pentru care se pot obtine rezultate foarte bune totusi. In alegerea proportiei cat pe ferita si cat pe cupru, trebuie implicata si o doza de subiectivism, o apreciere a coeficientului de utilizare. De exemplu, pentru audio, nu se extrage niciodata maxim permanent, ci in functie de semnal, acolo ar merge 5/5 sau chiar mai mult pe cupru. Unde functionarea in gol e lunga, evident ca se poate merge pe usurarea feritei. Ma rog, important este a se retine ca totul e flexibil, fiecare poate face dupa cum apreciaza.

[andreigradu]

Felicitari pentru articol, foarte placuta lectura.

Si eu impartasezc parerea ca trebuie sa oferi ca amator un 3A/mm2, in loc sa fortezi, sa alegi un miez mai mare pentru a avea linii de camp mai lungi si multe altele. E dificil ca un hobbist sa inteleaga sursele in comutatie si fineturile. Apreciez timpul alocat, desi doar intre 5-10 oameni din tara asta inteleg ce scii aici, din cei care citesc forumul asta si pe celalalt.

 

Fiind o zona de teorie atasez si eu cateva link-uri spre materiale scanate de mine din diverse carti, sper sa fie utile.

 

https://plus.google.com/105950977457952691373/posts/QGGDNXP9gwM

https://plus.google.com/105950977457952691373/posts/HY2GThepW2o

https://plus.google.com/105950977457952691373/posts/B8Y9hmaveCQ

https://plus.google.com/105950977457952691373/posts/4VSYuDJCxrX     un articol in limba franceza

 

P.S.

(  { Doar ca idee - acest text a nu se citi de catre carcotasi - .... nu merita sa faci un tutorial pentru incepatori...de ce ???... s-a facut deja o asfel de discutie pe celalalt forum si rezultatul a fost o teapa...a rezultat un produs semi-comercial care in mare parte nu functiona la hobbisti pentru ca producatorul nu avea baza teoretica pusa la punct si nu a reusit sa explice functionarea ansamblului.

 

Probabil merita realizarea unui invertor simplu ( semipunte, sau punte, cu / fara stabilizare, cu / fara protectie la scurtcircuit ), care sa fie disecat total pe intelesul tuturor, adica un studiu de caz pe o macheta limitata. Doar asa poate intelege un hobbist ceva.

Daca il baga cineva in teoria convertoarelor se pierde in primii 10% volum de informatii....

 

Singurii care se mai chinuie cu explicatul esti matale si miticamy pe celalalt forum. Probabil nu aveti inca nepoti de plimbat prin parc, o activitate mult mai placuta si mai productiva.

In rest lumea se ocupa cu culesul datelor si datul cu parerea, eventual contrazisul pana la infinit, dupa cum ai observat si singur. } )

 

Legat de faptul ca ti se cerea acel gerber, era logic, e normal sa printezi pe calc sau pe film transparent direct acel gerber, calitatea e maxima. Iti spun asta pentru ca am lucrat intr-o fabrica de cablaje, acel fisier gerber e esential, toate programele de cablaje exporta ca sa poti face filmul la calitate maxima. Mai sunt probleme legate de scalare, apoi e fisierul de gaurire, de frezare, soleder-mask, silk-screen..... Cand printezi un pdf e posibil sa nu iasa acel negru intens.

Pe o imprimanta laser noua poti printa pe folie de retroproiector transparenta imaginea traseelor, ca sa ajunga tonerul in contact cu cablajul, atunci ai trasee perfecte, altfel grosimea plasticului, sau a hartiei de calc iti distorsioneaza traseele, mai ales pe cele subtiri.

De asemenea la gerber poti alege sa printezi cu free-vias, adica sa iasa gaurile pe film. Ce avantaj ai?  Primul e ca vezi gaurile unde sunt dupa ce corodezi, Al 2-lea e ca nu mai apare bavura ridicata pe langa gauri. Aceasta bavura se elimina in fabrica prin periere inaintea realizarii cablajului, in regim de amator procedeele sunt putin diferite.

Editat Aprilie 26, 2015 de andreigradu

[andreigradu]

Ca sa nu poluam, fiind off-topic - rog moderatorul sa stearga aceasta explicatie dupa 48-72 ore, timp in care vor avea timp cei interesati sa citeasca.

 

Acel thread care a demarat prin 2009 pe baza unei scheme de pe DYI-AUDIO  " smps +/-50V pentru audio " - un proiect capcana, care a ajuns la un moment dat la un cablaj versiunea 3, facut SMD, PE 2-3 PLACUTE, oricum ANTI-HOBBY - adica cum poate un hobbist cu piese din sertar sa faca ceva SMD?  pentru asta trebuie sa comanzi piese separat. De obicei la regim hobby pleci pe piese plantate in gauri.

 

Inca un aspect delicat, la marea majoritate a placilor dublu-strat la 2-3 lipiri-dezlipiri se smulge gaura / vias-ul, si se compromite cablajul.

 

Sa nu mai zic ca acum s-au sters peste jumatate din postarile de pe acel thread, exact discutiile in care se explica si se intreba initiatorul de ce nu merge ceva, de ce, cum,.....ma rog...... discutii interesante.

Au ramas doar cateva postari, care oarecum conduc la ideea ca acel produs e ok si e creat prin fortele initiatorului.

 

Pentru cunostinta ta:

Initiatorii acelui thread nu au venit cu oscilograme, grafice, date experimentale, rezultate finale palpabile, calcule de randament, calcule de putere, ma refer la tranzistoare, diode, condensatoare, filtre, traf forta, bobine filtraj, circuit de comanda, reactie de tensiune, reactie de curent, etc, cum e firesc la un proiect cap coada.

Au urmarit doar sa colecteze date si sa vanda kit-uri si cablaje pe urma contributiei tuturor membrilor la acel thread, poate chiar si tu ai contribuit la acel kit.

Au ajuns alti membrii de pe forum sa depaneze acele kit-uri, sa le modifice, s.a.m.d.

 

E probabil cel mai disputat thread pe zona SMPS .

 

Acum e mult mai popular @miticamy - pentru ca vine cu oscilograme, calcule, discutii placute, toate in interesul hobbistilor. 

[donpetru]

Mai putin offtopic, referitor la comparatiile cu celelalt forum. Oricum, toate comentariile referitoare la niste discutii care nu au avut loc aici, le voi sterge cat de curand.

Multumesc pentru intelegere.

[smilex]

Daca tot se sterge, nu mai conteaza si postul asta.

N-am urmarit tot topicul in cauza, dar stiu ca s-au implicat mai multi. Daca la final a iesit un produs pe care cineva l-a executat pentru vanzare, nu mi se pare nimic anormal. Orice participant ar fi trebuit sa stie ca nu exista drepturi de autor. Orice participant, chiar si neparticipant, poate face produsul pentru vanzare. Concurenta e mereu benefica. Discutiile aprinse din topicul in cauza sunt regretabile. Arogarea unor merite este caracteristic oportunistilor, face parte din legea junglei promovata de societate. Nu vad de ce un forum de electronica ar fi scutit de influentele societatii actuale. Astia suntem, in orice domeniu.

Solutia constructiva finala imi pare banala, functionala si cu lacune mari. Personal daca vad o astfel de schema, o ignor cu dispret. N-am nimic imptriva inocentei, dar in tehnica nu-si are locul.

[ardeleanu bogdan]

Am inceput sa citesc mai atent partea unde se prezinta caracteristica bode si nu am inteles  cum stiu ca faza este intre +30-60 grade ? De ce se alege intervalul acesta ? De ce porneste din 50dB ?

 

"In acest moment ne intoarcem la conditiile stabilitatii: la intersectia cu axa de 0dB, panta trebuie sa fie de -20 dB/dec iar faza de +30-60?. Fata de diagrama aceasta, am sa pun un exemplu de corectie ideala care trebuie realizata de AO astfel incat panta sa atinga cerinta stabilitatii la orice frecventa s-ar petrece intersectia. Exemplul este cu verde, iar panta globala (diagrama care rezulta in final) care se obtine este cu albastru, aceasta fiind suma celor doua.

"

[ardeleanu bogdan]

La prezentarea AO neinversor:

 

"A doua este neinversoare si are o amplificare (Z1+Z2)/Z2. Este tipul TL494 si cel pe care il voi folosi aici."

 

Eu stiam ca este (1+Z2/Z1) => (Z1+Z2)/Z1

Editat Mai 22, 2015 de ardeleanu bogdan

[smilex]

Dau un exemplu folosind notatiile mele de atunci:

Calculeaza amplificarea operationalului.

 

Conditiile stabilitatii nu-mi apartin. As vrea eu sa-mi apartina, dar nu-i asa. Le regasesti in literatura de specialitate. Sunt vreo patru, dar panta si faza globalului la intersectia cu 0dB sunt cele relevante aici.

Faza se calculeaza complex, nu te pot ajuta. Recomand un program de simulare dotat cu bode plotter. Dar daca asiguri panta globalului la 0dB. cu -40dB undeva la dublul frecventei de intersectie, de obicei faza e ok.

Panta initiala, a AO eroare si a globalului se poat calcula relativ usor si precis.

Stii ce este diagrama rosie si cum se obtine?

[ardeleanu bogdan]

Intervalul +30-60 grade cum pot sa il determin pe grafic c?nd eu am  pe ordonata dB ?i pe abscisa frecventa ? .

[ardeleanu bogdan]

Deci din toate graficele se poate calcula doar rezonanta ?i influenta esr-ului ?(graficul rosu) R?spunsul amplificatorului de eroare este fixat ideal de noi ?i adun?nd cele doua rezulta o comportare globala ?

Editat Mai 24, 2015 de ardeleanu bogdan

[smilex]

Calculul fazei ma depaseste. Poti cauta literatura si matematica aferenta, dar iti sugerez sa n-o faci. Ai deci doua posibilitati referitor la faza:

-folosesti un program de simulare. Asta inseamna ca stapanesti modul de interpretare a solutiei constructive pentru a o pune corect pe soft.

-te bazezi numai pe realizarea pantei globale. Din experienta mea, daca realizezi globalul corect, faza va fi acceptabila in conditia in care la dublul intersectiei faci un pol cu globalul la -40dB/dec. Adica daca globalul taie abscisa la 8kHz (de exemplu) cu -20dB/dec, atunci ar trebui sa realizezi -40dB/dec al globalului incepand de la 16kHz (dublul intersectiei). Se face cu o mica capacitate intre iesirea AO si in-, valoarea depinzand de componentele folosite si sunt calculabile. Iar asta inseamna ca vei incerca sa obtii nu un global ideal, ci unul ideal numai pana la dublul intersectiei.

 

Recomand folosirea unui soft. E mai usor. Dar ideal ar fi sa incepi facand grafice. Adica ca si cum ar fi sa faci operatii matematice intai cu pixul si apoi cu calculatorul. Intelegi altfel lucrurile daca pleci de la baza lor.

 

Daca esti in stare sa interpretezi graficul initial (rosu) si sa realizezi cerintele prin alegerea valorii componentelor (verde) pentru a obtine globalul (albastru), 99% din problema compensarii e rezolvata. Restul sunt fineturi si ajustari pentru rezultatele cele mai bune.

[x_dadu]

Se poate o explica?ie comparativ? ?ntre 2 tranzistori forward ?i full bridge ? Din punct de vedere al inductan?elor ?i miezurilor folosite, pentru a ob?ine puteri identice. Pentru c? m? mir? faptul c? v?d c? se prefer? topologia 2T forward pentru surse de mare putere (>2KW). S? fie doar economia de semiconductori?

[prog]

Calculul fazei ma depaseste. Poti cauta literatura si matematica aferenta, dar iti sugerez sa n-o faci. Ai deci doua posibilitati referitor la faza:

-folosesti un program de simulare. Asta inseamna ca stapanesti modul de interpretare a solutiei constructive pentru a o pune corect pe soft.

-te bazezi numai pe realizarea pantei globale. Din experienta mea, daca realizezi globalul corect, faza va fi acceptabila in conditia in care la dublul intersectiei faci un pol cu globalul la -40dB/dec. Adica daca globalul taie abscisa la 8kHz (de exemplu) cu -20dB/dec, atunci ar trebui sa realizezi -40dB/dec al globalului incepand de la 16kHz (dublul intersectiei). Se face cu o mica capacitate intre iesirea AO si in-, valoarea depinzand de componentele folosite si sunt calculabile. Iar asta inseamna ca vei incerca sa obtii nu un global ideal, ci unul ideal numai pana la dublul intersectiei.

smilex, cum ai ajus la valoarea de 40dB/dec, detaliaza ?!

Chiar sunt curios cum o sa explici. Nu e prima ta scapare "iscodita" de acest gen.

Editat Iunie 23, 2015 de prog

[ardeleanu bogdan]

Eu am incercat varianta propusa in topic pentru compensare si nu imi iese valoarea rezistentei care trebuie inseriata cu condensatorul daca utilizez formulele propuse .Pentru a obtine caracteristica dorita trebuie sa jonglez cu rezistente alese la nimereala

M-am uitat si in cartea d-lui Viorel Popescu ,dar aici este un pic diferita metoda de trasare a globalului. http://docdro.id/14f0t

Si apropo de aceasta chestie in Romania nu se gaseste nicio referire la partea de  compensare in SMPS  decat aici pe forum si in cartea autorului amintit mai sus,dar numai in editia din 1990.