Teoria si calculul convertorilor rezonan?i LLC ( Inductan??-Inductan??-Condensator)

[gsabac]

Topicul asa cum arata titlul se vrea a fi un indrumar theoretic si practic pentru cei interesati sa realizeze convertoare rezonante LLC (Bobina, Bobina, Condensator). Orice postare legata de teorie si calcule este utila, ca si exemple practice, scheme si performante realizate de useri.

Pentru inceput am postat prima parte a unui articol stiintific care prezinta termenii, modul de functionare si aplicatiile convertorilor LLC. Aici se descrie si rolul elementelor de circuit, importanta lor dar si domeniile de aplicare in practica.

Un proiect de referin?? este propus de Alex Dumais de la Microchip Technology Inc.

Combina?ia dintre flexibilitatea controlului energetic digital ?i eficien?a ?mbun?t??it? a convertoarelor rezonante LLC (Inductor, Inductor, Condensator) poate ajuta telecomunica?iile sau alte medii cu aplica?ii de mare putere s? minimizeze consumul energetic ?i costurile de

  operare ale echipamentelor de r?cire.Controlul digital ofer? avantaje de proiectare semnificative, precum un ?nalt nivel de flexibilitate cuplat

  cu ?nalte performan?e ?i siguran?? mare de func?ionare, ?n vreme ce convertoarele rezonante LLC cresc eficien?a prin reducerea

  semnificativ? a puterii disipate de MOSFET-uri ?n cadrul convertoarelor DC-DC. ?mpreun?, aceste tehnologii pot ajuta companiile s?

  ?ndeplineasc? noile nivele de eficien?? prin ini?iative precum ENERGY STAR Data Center Energy Efficiency Initiative ?i 80 PLUS? Initiative.

Prima dintre ele are drept ?int? echipamentele ?i infrastructura pentru tehnologia informa?iei (IT), sursele de tensiune ne?ntreruptibile (UPS)

  ?i alte echipamente cu nivele ridicate de consum energetic.Ini?iativa 80 PLUS? se adreseaz? de fapt multor surse de alimentare cu operare

  ?n timp, care petrec un timp considerabil la sarcini mult sub nivelul la care au eficien?? maxim?. Aceast? ini?iativ? prevede ca un randament

  de 80% s? fie minimul pentru sursele de tensiune de 115V ope?r?nd la 20%, 50% ?i 100% din sarcina nominal?. Clas?rile Platinum, Gold,

  Silver ?i Bronze pot fi alocate atunci c?nd o surs? dep??e?te aceste randamente ?int?. De exemplu, pentru a primi clasificarea Bronze,

  o surs? de 230V trebuie s? ofere un randament de 81% la 20% ?i 100% din sarcina sa nominal? ?i un randament de 85% la 50% din

  sarcina nominal?. Un imbold mai mare pentru cre?terea eficien?ei vine din partea utilizatorilor finali, care includ ?n contractele de achizi?ie

  cerin?e ca sursele de alimentare s? fie certificate conform acestor ini?iative.
Pentru proiectant, sursele de tensiune economice pot fi realizate prin combinarea dintre eficien?a unui convertor rezonant LLC ?i un control

  digital avansat oferit de controlere de semnal digital (DSC) precum familia dsPIC? de la Microchip Technology. Aceste DSC-uri cu num?r

  mic de pini ofer? capabilitate puternic? de procesare a semnalelor digitale (DSP) suplimentar controlului energetic digital optimizat.

Elemente de baz? despre convertoarele rezonante

Operarea unui convertor ?n mod rezonant, ?n punctul ?n care impedan?a dintre intrarea ?i ie?irea circuitului este minim?, ofer? un randament

  ?mbun?t??it. De exemplu, puterea disipat? de MOSFET-uri ?ntr-un convertor rezonant LLC poate fi semnificativ redus? prin alimentarea

  MOSFET-ului cu o tensiune sinusoidal? sau un curent sinusoidal, ?i comutarea ?n trecerea prin zero a tensiunii sau curentului.

Comutarea MOSFET-ului c?nd tensiunea scurs? c?tre surs? este aproape de zero, ZVS (Zero Voltage Switching), ?i transferul de la o stare

  a MOSFET-ului la alta c?nd curentul ?n comuta?ie este zero, ZCS (Zero Current Switching), minimizeaz? pierderile de comuta?ie

  a MOSFET-ului. Aceast? abordare de comutare lin? reduce de asemenea zgomotul ?n sistem ?i ofer? performan?e ?mbu?n?t??ite

  EMI (electromagnetic interference).

Figura 1: Op?iuni de circuite rezonante

Pentru sisteme de ?nalt? tensiune, ?nalt? putere, ZVS ar trebui s? fie topologia preferat?.?ntr-un convertor rezonat cu comuta?ie, tensiunea

  sau curentul sinusoidal sunt generate de elemente reactive precum condensatoare ?i inductoare. Cele trei clase principale de convertoare

  rezonante sunt: SRC (series resonant converter), PRC (parallel resonant converter) ?i o combina?ie a celor dou? SPRC (series-parallel

  resonant converter). Figura 1 prezint? diagrama bloc a unui convertor rezonant de ?nalt nivel ?i trei tipuri de circuite rezonante. ?ntr-un

  convertor rezonant serie, sarcina este conectat? ?n serie cu inductorul ?i condensatorul circuitului. Amplificarea cu acest circuit resonant

  este ? 1. ?n vreme ce SRC poate opera f?r? sarcin?, tensiunea sa de ie?ire nu poate fi stabilizat?. Pentru ZVS, circuitul trebuie s? ope?reze  peste rezonan?? ?n regiunea inductiv?. La tensiune de linie joas?, SRC opereaz? ?n apro?pierea frecven?ei de rezonan??.

?n cazul PRC,sarcina este conectat? ?n paralel cu condensatorul circuitului rezonant. PRC poate opera f?r? sarcin? pe ie?ire ?i, spre

 deosebire de SRC, tensiunea sa de ie?ire poate fi stabilizat? f?r? sarcin?. Pentru ZVS, PRC trebuie de asemenea s? opereze deasupra

  rezonan?ei ?n regiunea inductiv?. Similar cu SRC, la tensiunile de linie mici, PRC opereaz? ?n apropierea frecven?ei de rezonan??, totu?i,

  PRC difer? prin faptul c? au curen?i de circula?ie mai mari. Inductorul serie ?i condensatorul paralel ofer? protec?ie la scurtcircuit.

?n cazul SPRC, circuitul este o combina?ie de convertoare serie ?i paralel, put?nd fi configurat fie ca LCC fie ca LLC. Similar cu SRC ?i PRC,

  un design SPRC LCC nu poate fi optimizat la tensiuni de intrare ridicate. Ca rezultat, alternativa preferat? pentru multe aplica?ii este

  configura?ia LLC, prezentat? ?n figura 1.Convertorul LLC poate opera la rezonan??, la tensiunea de intrare nominal?, ?i poate opera f?r?

 sarcin?. Suplimentar, el poate fi proiectat pentru a opera pe o gam? larg? de tensiuni de intrare. Pe ?ntreg domeniul de operare pot fi

 ob?inute comuta?ie de tensiune zero ?i de curent zero. Performan?ele unui convertor rezonant sunt m?surate prin c??iva parametri.

Factorul de calitate (Q) al unui circuit rezonant este un parametru adimensional ce descrie amortizarea din circuit.

El este definit ca raportul dintre puterea stocat? ?i cea disipat? ?n circuit. Un factor Q mai ridicat indic? o l??ime de band? mai ?ngust?

  pentru circuitul rezonant. Factorul de calitate este un parametru cheie ?n amplificarea circuitului, care este de asemenea numit? raportul

  de conversie a tensiunii sau M. Prin considerarea familiilor de curbe M ce sunt generate variind l, frecven?a normalizat? sau Q,

  este posibil s? se ob?in? o indica?ie cu privire la performan?ele convertorului ?nainte ca to?i parametrii s? fie calcula?i.

M este definit ca:M (fsw ) = f (fn, l, Q) unde: fn = frecven?a normalizat?, f/frl = raportul inductan?elor, Lr/LmQ = calitate, o func?ie de

  impedan?a de ie?ire  Dup? cum se poate observa ?n figura 2, circuitul LLC pentru Q parametru are dou? frecven?e de rezonan??:

  una datorat? prezen?ei Lr ?i Cr, inductorul ?i condensatorul.

              Figura 2:                    

Factorul de calitate (Q) afecteaz? amplificarea dat? de circuitul M, prezentat? pe axa Y. Toate curbele Q se intersecteaz? la frecven?a de rezonan?? (fn = 1) serie la 0,5; ?i a doua datorat? inductorului paralel, Lm. Lr ?i Cr au o frecven?? de rezonan?? la fn = 1 (fr) ?i Lm + Lr ?i Cr

  au o frecven?? de rezonan?? la fn ~ 0,5.
Modurile de operare ale LLC cuprind: la rezonan??; sub rezonan?? sau peste rezonan??. La rezonan??, MOSFET-urile sunt comutate la

 frecven?a de rezonan?? ?ntr-o fereastr? de timp foarte ?ngust?, determinat? de componentele selectate, pentru a produce pierderi foarte mici.
Sub rezonan??, comportamentul circuitului este similar cu cel de la rezonan??, dar curentul prin circuit este limitat de curentul de magnetizare

  pentru o por?iune a ciclului. Dac? MOSFET-urile sunt utilizate pentru redresare sincron? ?n secundar ?n loc de diode, por?ile trebuie ?nchise

  la va?lori de timp corecte. Acest lucru necesit? uzual o tehnic? de detec?ie curent, precum m?surarea tensiunii c?zute pe MOSFET-uri.
Peste rezonan??, ?n loc s? fie limitat de curentul de magnetizare, curentul circuitului este mai mare dec?t cel de magnetizare.

?n aceast? regiune, comutatoarele sincrone pot fi pornite ?i oprite ?n acela?i timp cu comutarea primar? pentru a simplifica controlul.

De vreme ce este utilizat? comuta?ia la tensiune zero, sursele bazate pe circuite rezonante LLC au ?n mod firesc interferen?e mai mici radio

  ?i electromagnetice.

 

Daca doriti sa studiati tot articolul este la adresa:

   http://www.electronica-azi.ro/print.php?id=8320

 

@gsabac

 

 

[gsabac]

Postarile mele urmatoare contin o traducere si adaptare pe scurt a notei de aplicatie Siemens,

 Application Note AN-1160Application Note AN-1,160 cu titlul:

Designul convertorului rezonant semi-punte, cu circuitul specializat IRS2795(1,2)

By Helen Ding De Helen Ding

Aplicatia originala completa este in fisierul ?.pdf? atasat dar aici vom ataca capitolele 2,3,6, 7 si 8,  dar si considerente practice.

1. Introducere si Prezentare general? a dispozitivelor

2. LLC Rezonanta Semi Punte, Convertor, Func?ionare

3. Transformator ?i Rezonanta Designul Circuitelor

4. IRS2795 componente pasive de proiectare

5. IRS2795 Putere Calcul Pierdere

6. Ghid de selec?ie MOSFET

7. Forme de und? de operare ?i eficien??

8. Orient?ri ?i aranjare Exemplu

9. apendicele

Lista de simboluri

Referinte

 

Pentru a proiecta un convertor rezonant LLC in semipunte, vom folosi aproximarea la prima  armonic? (FHA, First Harmonic Approximation),

  pentru a ob?ine circuitul echivalent.Toate componentele sunt puse in circuitul primar pentru a simplifica analiza.

Sarcina este egala cu un Rac, rezistenta care este ?n paralel cu inductan?a primar? a   transformatorului Lm.

In figura 9 se arata schema simplificata a etajului de iesire LLC in aproximarea FHA.

  

In figura 9, cu Vfund s-a notat tensiunea frecventei fundamentale, rezultata din tensiunea dreptunghiulara, aplicata de semipuntea cu tranzistori MOS, M1 si M2.

3. Transformatorul ?i designul Circuitului de Rezonanta

Aceast? sec?iune ofer? detalii cu privire la modul de calculare a componentelor cheie ale unui convertor LLC,

  care sa scoata la ie?ire 24V la o putere de 240W, totul  ca un exemplu de proiectare prin calcule.

Datele de intrare de sistem

- Tensiunea maxim? de intrare, Vin_max, 430Vcc

- Tensiunea minim? de intrare,   Vin_min, 350Vcc350

- Tensiunea nominal? de intrare, Vin_nom, 390Vcc

 Datele de iesire din convertorul LLC

  - Tensiunea de iesire, Vout, 24Vcc

  - Curentul de sarcina, Iout, 10Acc

  - Frecventa de rezonanta, Fr1, 100KHz

  - Frecventa maxima de comutare, Fmax, 150KHz

  - Factorul de umplere maxim, TSS=0,5

  - Timpul de pornire silentioasa (soft start), 10 secunde

 

Frecven?a de soft start, 300KHz

Transformator, ETD49

Not?: seta?i ?n mod tipic Fmax <2xFr1 deoarece capacitatea parazita din montaj poate cauza cresterea tensiunii de iesire la cresterea frecventei de comutatie ?n sistem, pe armonica a treia.

Pasul 1: Se calculeaz? transformatorul si raportul de transformare n cu relatiile:

   

Raportul de transformare se calculeaz? cu tensiunea maxim? de intrare, pentru a v? asigura ca ie?irea este  ?ntotdeauna ?n conformitate cu regula, inclusiv cel mai r?u caz, cu tensiune de linie mare ?i fara condi?ii de supra?nc?rcare.

De obicei raportul de transformare este mai mare dec?t valoarea calculat? teoretic.

 Asta din cauza capacitatii parazite ?n sistem (condensatorul de cuplare ?ntre ?nf??ur?rile transformatorului ?i condensatorilor jonc?iunilor diodelor de ie?ire) care afecteaz? rezonan?a, ?n special la sarcin? zero, unde frecven?a de comutare este mult mai mare dec?t frecven?a de rezonan??.

Deci, este recomandat s? alegem n s? fie pu?in mai mare dec?t valoarea calculat? ?n special ?n cazul ?n care  proiectantul nu are nici o optiune si se alege n=9.

Pasul 2: Alege?i o valoare k

 k este raportul dintre inductan?a magnetic? cu miezul transformatorului ?i inductan?a la rezonanta.

Valori mai mici k d? curba c??tig mai abrupt?, ?n special ?n regiunea ZVS, sub rezonanta a?a cum se arat? ?n figura 10. Tensiunea de ie?ire este foarte sensibila la varia?iile de frecven?? cu factor k mai mic.

   

Aici gama recomandata pentru k este de la 3 la 10. Aici se alege k=5.

Pasul 3: Se calculeaz? Qmax s? r?m?n? ?n func?iune cu ZVS, la sarcina util? maxim? sub minimul tensiunii de intrare

Impedan?a de intrare a circuitului rezonant echivalent (Figura 9) este dat? de relatia in numere complexe:

     

Circuitul se considera la rezonanta si putem calcula Q maxim care permite convertorului s? r?m?n? in ZVS. Valoarea in ZVS

Valoarea maxim? Q se obtine la tensiunea minim? de intrare ?i sarcina maxim? si atunci Qmaxea este:

    

Qmax = 0.456.

Am inlocuit Vout=24V, Vinmin=350V, k=5 si n=9 si am recalculat Qmax si da o valoare ca in documentatia originala:

 

Va continua.

 

@gsabac

[dumitrumy]

Multumim pentru initiativa, eu incerc sa mai contribui cu oscilograme dar starea de sanatate imi reduce mult capacitatea de lucru.

[gsabac]

Desigur, realizarea practica a modelului prezentat si calculat de Helen Ding , pentru veridicitate si teste sau

 de masurarea randamentului ar fi foarte important. Dupa cum se intrevede, realizarea unui astfel de convertor

 nu este decit la indemina unor useri cu o mare experienta, mai ales pentru puteri mari la care se cere si optimizare

 si un randament de peste 93%.

Continuarea calculelor decurge in felul urmator:

Pasul 4: Se calculeaza frecventa minima de comutare (de rezonanta a circuitului acordat)

 Frecventa de comutare minima se obtine la sarcina maxima si tensiune minima de intrare cu

 valoarea maxima calculata anterior Qmax. Dupa cum stim, Qmax este definit la rezonanta,

 unde partea imaginara este nula, Im (Zin) = 0,

Frecventa minima se calculeaza cu relatia: Fmin=xmin*Fr1 ca in relatia din poza.

 

Pasul 5: Se calculeaza L r, C r si L m

 Asa cum se se calculeaza Qmax la sarcina maxima, elementele circuitul rezonant L r, C r si L m pot fi

 calculate pentru valoarea Qmax care a fost obtinuta ?n pasul 3:

 

 Pentru a simplifica etajul de putere, bobina rezonanta poate fi integrata ?n transformatorul de putere,

 folosind o carcasa cu fante, sau cu doua seciiuni sau carcasa cu doua camere. Prin infasurarea primara separata

 de ?nfasurarea secundara ?n cele doua sectiuni, cuplajul dintre primar si secundar este mult mai mic dec?t la

 bobinarea cu singura sectiune.  Astfel, inductanta de pierderi este mai ridicata si poate fi utilizat ca inductor rezonant.

 Numarul componentelor este mai mic si pierderea de cupru este de asemenea mai mica.

 Figura 11 este imaginea unei bobine cu doua sectiuni.

  

 Nota: C?nd se masoara inductanta unui transformator, inductanta primarului Lp este masurata cu toate

 ?nfasurari secundare deschise Iar inductanta de scurgere se masoara cu toate ?nfasurarile secundare in scurtcircuit.

 

Va continua.

 

@gsabac

 

[cavit]

Iata o alta nota de aplicatie utila in design.

AN149 Modeling and Loop Compensation ... - Linear Technol

 

 Totusi convertizorul LLC este unul partial parametric, abilitatea buclei de reactie de a compensa este limitata, in acest scop se foloseste in fata un un invertor boost, care face si oficiul de PFC, dar care are posibilitati de compensare mult mai mari.

[gsabac]

In trimiterea de la postarea #5 nu este nici o referinta despre convertorii LLC ci numai despre SMPS.

Deasemenea LLC, acest tip de convertor trebuie de preferat la puteri mari, datorita radiatiilor parazite mult mai mici.

In literatura de specialitate nu se semnaleaza vreo limitare de putere si se arata ca dimensiunile la aceeasi putere

 fata de alte tipuri de convertori sunt mult mai mici, aceasta si datorita posibilitatilor de a lucra eficient la frecvente

 de pina la 500KHz. De fapt acest tip de convertor se poate folosi pina la frecvente de zeci de MHz cu tranzistori

 si toruri de ferita corespunzatoare. 

Dupa cum se vede din datele exemplului de calcul capacitatea si performantele sunt foarte bune referitor la limitele

 tensiunii de alimentare, la variatiile sarcinii sau randament adica, de exemplu, se acopera perfect functionarea

 de la o baterie incarcata la una care este descarcata la limita de jos.

 Popularitatea cresc?nd? a convertorului rezonant LLC ?n semipunte se datoreaza eficien?ei ridicate,

   zgomotului de comutare redus ?i capacitatii de a atinge o densitate de mare putere.

Aceasta topologie este, de asemenea, cea mai atractiv? pentru conversia tensiunii de intrare DC.

Se utilizeaza inductan?a de magnetizare a transformatorului pentru a construi un rezervor rezonant complex Buck,

  cu caracteristici de transfer ?n Boost.

Dupa aceste precizari generale, nimic nu ne impiedica sa trecem mai departe la proiectare si la calcule.

  

Acest este numarul final de spire si in continuare se determina curentii si tensiunile din schema.

 

Va urma.

 

@gsabac

 

 

Editat Noiembrie 19, 2016 de gsabac

[cavit]

Acest articol se refera eminamente la convertoarele rezonante

A novel hybrid modeling of DC-DC series resonant converters

Si evidentiaza dificultatea in stabilirea domeniului de functionare comparativ cu pwm.

 

Eu folosesc si varianta aceea prezenta aici cu rezonanata si control pwm si frecventa si chiar de demult de cand am am inceput sa experimentez cu rezonanatele.

 

 Propun sa postam aici despre teorie si despre ce construim in celalat post.

[gsabac]

Desigur domnule @cavit si va invit sa ne oferiti la oferta de "Black Friday", daca binevoiti, o postatare, dintre multele realizari

  la care faceti referinta, cu scheme, componente, performante, date tehnice, randament, poze nu numai postari la general.

Ceva care sa fie de folos oricarui user care doreste sa realizeze un convertor LLC. De fapt este optiunea dumneavoastra

 dar cu siguranta ar fi si in folosul propriu.

 

Sa continuam cu mecanismul teoretic si practic, de realizare a unui convertor LLC.

Pasul 7: Se calculeaz? curentii din primarul si secundarul transformatorului
 Cele mai multe convertoare LLC sunt proiectate ca frecven?a minim? de comutare s? fie usor sub frecven?a de rezonan??
 Fr1, ?n scopul de a men?ine reglarea tensiunii de ie?ire de la minim la ?nc?rcare complet?.  C?nd comuta?ia de frecven?? este cu

 putin mai mic? dec?t frecven?a de rezonan?? Fr1, forma de und? curent este aratata in figura 12.

    

Curentul primar al transformatorului la sarcin? maxim? ?i tensiunea minim? de intrare I1 este curentul, ?n cazul ?n care curentul

  de rezonan?? ?n Lr ?nt?lne?te curentul de magnetizare ?n Lm.  Acest lucru este, de asemenea, punctul unde Cr ?i Lr la rezonan??

  este nul pentru prima jum?tate de perioad? de Fr1.  La acest moment, nu mai este energie sa fie livrat? la sarcin?

  ?i diode de ie?ire sunt oprite. Cr ?ncepe s? intre ?n rezonan?? cu Lr +Lm p?n? cind MOSFET-ii la comutare schimba starea .

  I1 poate fi calculat ca:

 

 Curentul RMS este calculat presupun?nd forme de und? pur sinusoidale.  Astfel la un primar real, curentul  RMS este mai

  mare dec?t valoarea calculat?. Curentul ?n fiecare ?nf??urare secundar? este foarte aproape de jum?tate de sinusoida,

  astfel de v?rf ?i valoarea efectiv? a curentului poate fi estimat? prin:
   
 Diametrul conductorului ?nf??ur?rii primare ?i secundare ar trebui s? se calculeze ?n mod corespunz?tor, conform formulei de
 calcul data de curentul RMS si adincimea de patrundere la frecventa de lucru.

 

Va urma.

 

@gsabac

Editat Noiembrie 20, 2016 de gsabac

[cavit]

 Am si eu o mica intrebare: ZCS se poate obtine in mod natural si simplu folosind traful de comanda ca un trafo de curent in serie cu circuitul rezonant ca aceea cu torul de ferita si aceea cu amplificatorul  de curent, tensiunea de comanda este in faza cu curentul de sarcina, cum se poate obtine tot asa de simplu ZVS?

 

 Din experienta personala acea cu l6995 sau aia cu irs se apropie oarecum de regimul ZVS, acel vco nu stie nimic despre faza curentului sau a tensiunii din circuitul rezonanat face comanda in orb,.bucla de reactie il coboara inspre frecventa de rezonanta.

 

 Pe de alta parte in practica nu m-am putut apropia chair asa de mult de frecventa de rezonanta deoarece tensiunea crestea foarte mult pe condensator si bobina si am reusit sa le si strapung destul de frecvent in plus am ajuns cu miezul in regim de saturatie.

 

Practic solutia imediata a fost sa maresc numarul de spire din secundar si sa o fortez sa lucreze mai sus mai departe de frecventa de rezonanta,

 

 

 

 

 Cu cat tensiunea de alimentare este mai mare cu atit frecventa de lucru este mai departe de frecventa de rezonanta.

 

Poate fi optimizata pentru o tensiune de intrare relativ mica, fata de tensiunea nominala, dar la tensiunea nominala functioneaza departe de rezonanta, in caz ca este optimizata pentru tensinea nominala nu mai fuctoneaza la tensiuni mici.

Pe de alta parte cu cat Q-ul circuitului este mia mic poate fi impinsa mai aproape de frecventa de rezonanta dar plaja de tensiune la intrare se ingusteaza.

 

 Q-ul circuitului  depinde eminamete de factorul de cuplaj K dar este condittinat puternic si de pierderile in cicuitul de forta condesator, primar, diode din secundar si filtru din secundar,  este greu de controlat  in cazul utilizarii unor diode sic schottky cu pierderi mici si unui condensator cu polipropilena de calitate la iesire factorul de calitate are valori mari, si  in regim tranzitoriu peste viteza de raspuns a buclei de reactie apar supratensiuni tranzitorii importante si strapunge condesatorul sau izolatia bobinajului.

 

 Pe de alta parte nu este de dorit a limita Q-ul cu rezitenta sarmei din primar, nu dorim sa incalzim acea infasurare.

Efectul asupra plajei tensiunii la intrare este acellasi, o ingusteaza.

 

 Regimul de functionare are urmatoarele aspecte, la tensiuni mici sepoate merge cu un Q mai mare si mai aproape de rezonata latensini mai mari fie se reduce Q-ul fie se merge mai sus mai departe de frecventa de rezonanta.

 

 In practica am reusit sa stabilesc punctul de functionare cam la tensiune dubla pe condensator si bobina fata de tensiunea de alimentare in sarcina maxima, desi circuitul echipat in secundar cu diode sic schottky avea la rezonanta in sarcina un Q>de 6.

 

 Se mai poate jongla cu coefientul de cuplaj K, dar daca circuitul secundar insusi are pierderi mici baga si el un pol si apare o rezonanta multimodala.

 

 Oricum datorita acestei multitudini de variabile o sursa rezonanta este mult mai greu de pus la puct decat una pwm, trebuie pornit de la un condensator care poate suporta cel putin de 10 ori tensiunea de alimentare si primarul din trafo trebuie izolat ca atare, dupa care trebuie osciloscopat in toate regimurile de functionare stationare si tranzitorii, pentru a stabili tensiunea la care trebuie sa fie condensatorul.

 

 In aceste conditii regimul ZVS este doar partial comutarea este defazata inaintea tensiunii.

Editat Noiembrie 20, 2016 de cavit

[gsabac]

Am realizat circuitul de simulare, care arata fidel forma semnalelor, randamentul si incarcarea componentelor, dar si 

 regimul tranzitoriu de pornire, in care se vede cum evolueaza tensiunile si curentii la pornire.

Despre alte configuratii, in afara de exemplului, putem vorbi dupa epuizarea metodei de calcul si a criteriilor de

 selectare a componentelor active si pasive.

Pasul 8: Calculul tensiunii maxime pe condensatorul Cr, din circuitul resonant

 Tensiunea maxima pe condensatorul Cr se poate calcula cu relatia:

   

Condensatorul din circuitul rezonant Cr poate fi selectat ?n func?ie de valoarea capacitatii, legata de de tensiunea ?i de curentul

  din datele tehnice. Condensatorul cu film de polipropilen? este de preferat s? se foloseasc?, pentru pierderile de putere mai mici.

V? rug?m s? re?ine?i ca un condensator cu film din polipropilen? are datele la tensiunea nominal? DC sau 50Hz

  tensiune CA ?i are tensiunea la frecven?? ?i temperatur? ridicat? a mediului ambient mult mai mica.

Capacitatea de a rezista la tensiune mare si frecven?? este limitat? prin disiparea termic? (disipare de putere)

  ?i capacitatea de suporta curenti mari de v?rf. De obicei se porne?te de la 85 de grade sau chiar 90C

  temperatura din mediu ?nconjur?tor si un condensator cu rata mai mare tensiune este de preferat.

 

Va continua.

 

@gsabac

 

Editat Noiembrie 22, 2016 de gsabac

[gsabac]

In aceasta postare, se face o trecere in revista a datelor tehnice necesare pentru condensatorul din circuitul rezonant

 aferent  unui convertor LLC si se arata unele exemple de calcul si aprecieri calitative si cantitative.

Valoarea tensiunii alternative maxime suportata de un condensator, Umax, este limitat? de puterea activ? maxim? Pmax,

 putere determinat? de pierderile ?n dielectricul condensatorului, pe care o poate disipa condensatorul.

Valoarea puterii disipate maxime Pmax depinde de volumul condensatorului, materialele din care este construit,

 adica de temperatura maxima suportata si de temperatura ambiant?.

Tangenta unghiului de pierderi (tg?) reprezint? raportul dintre puterea activ? si puterea reactiv?

a condensatorului determinat? si m?surat? ?n conditii specificate (de tensiune, de frecvent? a

tensiunii alternative aplicate la borne si de temperatur?, etc.). La functionarea cu tensiune

sinusoidal? cu pulsatia ? , condensatorul av?nd rezistenta de pierderi Rp (?n dielectric si ?n izolatie

- schema echivalent? paralel) tangenta unghiului de pierderi tg?_p sau cu r (schema echivalent?

serie) tg?_s se determin?, ?n functie de schema echivalent?, cu una din relatiile:

    tg?p=1/?CRp, pentru circuitul echivalent paralel sau tg?p=1/?CRp pentru serie.

Unghiul ? reprezint? complementul (abaterea) unghiului de defazaj dintre tensiunea si curentul

din circuitul unui condensator real.

Inversul tangentei unghiului de pierderi tg? poart? numele de factorul de calitate al condensatorului Q,

       Q=1/tg?

Puterea disipat? P ?n condensator ?n regim sinusoidal este:  P = P_R * tg?, unde  

puterea reactiv? P_R = U * I  ? se calculeaz? cu valorile efective ale tensiunii si curentului.

Tangenta unghiului de pierderi (tg?) pentru condensatoare cu dielectric folie (plastic, h?rtie)

depinde de frecventa de lucru F conform relatiei: tg? < tg?₀+ K ? F₀

Valorile tipice pentru m?rimile de calcul folosite ?n relatie, la condensatoarele de putere cu

polipropilen? - cod MKP, styroflex - cod KS , poliester metalizat - cod MKT si h?rtie metalizat? -

cod MP sunt indicate ?n tabel (codificarea tipului de condensator este conform CEI).

Tabel cu valorile tipice pentru m?rimile de calcul tg?0 si K.

     

In diagrama este prezentata tensiunea maxima suportata in functie de frecventa si dupa cum se

 vede ea scade drastic cu cresterea frecventei.

 

Condensatorii cu polipropilena se gasesc la furnizorii de componente si eu am selectat de la TME

 tipurile mai reprezentative cu tensiuni intre 400 si 6KV.

   

In diagrame se arata curbele in cazul supracresterii temperaturii cu 10 grade fata de mediul

   in care se afla condensatorul, neventilat, in functie de frecventa.

In cazurile in care un condensator nu satisfice la puterea disipata, se pot folosi baterii de condensatoare.

 

Va continua.

 

@gsabac  

Editat Noiembrie 28, 2016 de gsabac

[gsabac]

Un convertor LLC efficient este dificil de realizat si reglat pentru a fi sigur in functionare.

Sunt multe tipuri de circuite specializate, dar se pot construi aceste tipuri de convertoare si fara ele.

In exemplul de la Siemens, pus in atasament sunt date suplimentare despre alegerea tranzistorilor 

 si a altor componente. Eficienta tipica masurata este urmatoarea:

 

Realizati corect convertorii LLC sunt eficienti si in plus beneficiaza de cele mai scazute radiatii parazite

  dintre toate tipurile de convertori.

 

@gsabac

LLC resonant siemens, exemple an-1160.pdf

Editat Decembrie 2, 2016 de gsabac

[gsabac]

Sursele rezonante tip LLC stabilizate se construiesc cu ajutorul circuitelor integrate "resonant microcontroller"  si cele mai utilizate

 sunt tipurile:

- L6599                  pret circa 30lei;

- NCP1395             aprox. 1$;

- IRS27951SPBF   6lei.

Schemele utilizate sunt diverse si sunt publicate de catre producatori sau diversi realizatori, cu puteri cuprinse intre citiva zeci de W

 si 1000W si toate au stabilizare prin reglajul frecventei generatorului intern, care are un factor de umplere constant, putin mai mic de 50%.

In atasament este o schema asemanatoare cu aceea propusa in nota de aplicatii AND8255 :

"The simulation file is for appnote AND8255 and if you compare plots I think
you will find that they are close.You should read AND8311/D as this explains the
models from Mr.Christophe Basso.This is the start of a 500 watt LLC converter and all
comments are welcome"

Sursa LLC de 800W (40V, 20A).  din atasament, cu simularea circuitului NCP1395 in LTspicelV a fost modificata

  si completata pentru o variatie a sarcinii intre 2ohmi si 200ohmi sau chiar mai mult.

Pentru calculul elementelor constitutive se pot aplica relatii din postarile anterioare, iar pentru verificari sau optimizari se pot folosi

 diverse modele ale microcontrolere pentru programele LTspice, Orcad sau Intusoft.

 

@gsabac

llc 800W LTspice.zip

Editat Ianuarie 19, 2017 de gsabac