Przetwornica flyback, kontroler z serii: Infineon ICE5xSAG, Reflection Voltage

[Chev]

Dzień dobry,

jestem w trakcie projektowania przetwornicy sieciowej na kontrolerze z serii Infineon ICE5xSAG. Do obliczenia wartości parametrów korzystam z arkusza kalkulacyjnego przygotowanego pod ten kontroler: tutaj link.

Zatrzymałem się przy parametrze transformatora, a mianowicie: Reflection Voltage w uzwojeniu pierwotnym. Jako, że pierwszy raz widzę taki parametr pytanie jest następujące: co to jest? Logika podpowiada, że napięcie wejściowe na uzwojeniu pierwotnym, ale nie jestem co do tego przekonany. Jest jakiś polski odpowiednik tego parametru?

 

Dziękuję z góry za pomoc.

[marek1707]

Nie, "reflected voltage" to maksymalne napięcie, które zobaczy MOSFET po stronie pierwotnej. Jest ono sumą wejściowego napięcia DC jakie podajesz na wejście i napięcia wyjściowego DC przetransformowanego "z powrotem" na wejście przez transformator. Ta transformacja odbywa się oczywiście w zgodzie ze stosunkiem liczby zwojów, jak to w transformatorze 🙂 

W uproszczeniu: jeśli na wejściu masz 320VDC, na wyjściu 5V a przyjąłeś przekładnię trafo 50:1 to MOSFET w stanie blokowania zobaczy na drenie ok. 570V.

Dziwne, że arkusz sam tego nie wyznacza znając wcześniej przyjętą przekładnię transformatora. To jest napięcie, które definiuje minimalną wytrzymałość napięciową tranzystora. W scalaku i tak nie masz wyboru, a jeśli to przetwornica sieciowa, to i tak klucz jest pewnie na minimum 650-700V. Może pytają w celu weryfikacji, czy wybrany/użyty transformator nie zabije MOSFETa.

[Chev]

Okej, rozumiem.

Czyli jak mam w założeniach zrobić 18V na wyjściu to będę miał: p = 356 V/18 V= ~20, czyli p=20:1. Napięcie na wejściu liczę dla +10% napięcia sieci czyli 253V.

Stąd Uref = 356 + 18*20 = 716V, czyli muszę znaleźć zewnętrzny MOSFET na 1kV, tak? Nie widzę w dokumentacji konkretnie wartości napięcia UDS tego klucza, ale moc jaka tam się odłoży lepiej będzie rozproszyć na PCB (max. 5W).

Model o którym mowa to: ICE5ASAG link do dokumentacji

[marek1707]

Hm, po pierwsze flyback to nie zasilacz transformatorowy 50Hz z prostownikiem greatz'a. Tu nie jest tak prosto, że przekładnia to Uwe/Uwy. Stosunkiem liczby zwojów możesz manipulować w dość szerokich granicach a jednym z kryteriów jest właśnie wielkość tego "napięcia odbicia". Poza tym o ile pamiętam we wzorze na przekładnię flyback'a jest też wypełnienie. Nie zakładałbym, że wszystko z Ciebie zrobi jakiś arkusz kalkulacyjny.

Moim zdaniem, jeśli dobrze to zrobisz, dasz poprawnie działający snubber itp to wystarczy 800V, ale dziś wybór tranzystrów jest spory więc nie oszczędzi się wiele ściuboląc z 1kV na 800V. Napisz po co w ogóle robisz flyback albo po co w ogóle robisz przetwornicę z 230VAC? Przy takiej ofercie rynkowej gotowych modułów, zasilaczy do wbudowania, open frame itp robienie tego od zera (a jeszcze jak widzę bez doświadczenia) to trochę sztuka dla sztuki albo.. pływanie w bagnie? A przecież zaprojektowanie schematu, nawinięcie transformatora*, nietrywialny projekt PCB z zachowaniem wszystkich separacji i gospodarką ciepłem oraz uruchomienie układu to dopiero początek. Flyback, szczególnie sieciowy, przełączający 350V w 100ns jest okropnie niewdzięczny. Małe toto a sieje zakłóceniami gorzej niż spory silnik. Gdy zabierzesz się za pomiary zakłóceń przewodzonych do sieci a potem za promieniowane, to spędzisz kilka następnych miesięcy na przerabianiu układu, budowie filtrów, dobieraniu elementów snubbera, poprawianiu transformatora, dokładaniu dławików common-mode itd itp. Więc - dlaczego? Dla mnie to wygląda jakbyś próbował zrobić oponę do samochodu. Pewnie się da, ale na pewno nie w w pokoju przy biurku i na pewno nie pojedziesz na niej na wakacje.

* - W zasadzie do flybacka transformator musi zrobić ktoś, kto naprawdę wie jak się do tego transformatory nawija i ma technologię. Projekt warstw, dobór rdzenia, izolacje, sposób nawijania, ekranowanie, zalewanie - to wszystko ma wpływ ja stabilność działania, hałas i produkowane zakłócenia EM. Coś tu zrobisz źle i żadne filtry nie pomogą, będziesz musiał zamknąć całość z metalowej obudowie podłączonej do PE żeby spełnić jakąkolwiek normę a filtry na wejściu przerosną objętością samą przetwornicę. Piszę z własnego doświadczenia. Certyfikacja CE własnego flybacka to droga przez mękę. Skontaktuj się z którąś polską firmą robiącą transformatory, także na zamówienie. 10 sztuk do prototypu nie rozwali budżetu, a przynajmniej najważniejszy element będziesz miał wykonany profesjonalnie.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Chev]

Oczywiście, że mogę wziąć transformator sieciowy do PCB i pominąć całego flybacka. Będzie szybciej i pewnie taniej. Robię to dla wiedzy, bo jak się coś samemu raz zrobi to człowiek się najwięcej przy tym uczy. Buduję taką tubę fi=60 z LED do oświetlenia zewnętrznego i chcę, żeby było to zasilane bateryjnie i sieciowo. 

Pracując z sieci akumulator będzie ładowany przez flybacka, LED będzie zasilany przez zasilacz, a podczas pracy bateryjnej mam przetwornice boost do zasilania LED, która jest sprawdzona i bardzo dobrze działa.

Problem jest taki, że całe zasilanie ma zmieścić się w rurze kwadratowej 35x35x2, stąd potrzebuję zrobić sobie przetwornicę wejściową, żeby zminimalizować gabaryt, a że jest okazja się czegoś nauczyć to korzystam. Wszystko mam generalnie gotowe. Pozostała mi tylko ta przetwornica.

Nie jest to urządzenie komercyjne, więc EMI mnie nie interesują 😄

[marek1707]

OK, cel edukacyjny rozumiem i z tym nie dyskutuję. Kiedyś trzeba swoją pierwszą przetwornicę HV zbudować 🙂 

EMI nie interesują może Ciebie, ale Twoje WiFi, Twoje radio FM, Twój telefon GSM, Twoi sąsiedzi, może krótkofalowcy i jeszcze parę innych urządzeń podłączonych w okolicy do sieci AC na pewno jest żywo tym zainteresowane. To trochę jak z noszeniem maseczek. Możesz być przeciwny albo mieć to gdzieś, ale jednak mówiąc, kaszląc lub po prostu będąc w pobliżu wpływasz na życie innych ludzi. To jakaś umowa, także społeczna a normy EMI nie są po to by utrudniać życie tylko by właśnie je ułatwiać i - także Tobie, dla własnej wiedzy - pokazać, jakie poziomy emisji są bezpieczne dla innych urządzeń. To dzięki nim możesz te wszystkie sprzęty używać jednocześnie. Na Twoim miejscu z czystej ciekawości zmierzyłbym co i jak, bo zrobić (i udawać że jest OK) a zrobić dobrze to jednak różnica. Przynajmniej dowiesz się, ile Ci brakuje. Gdybyś był zainteresowany i przejazdem w Wawie miałbyś to swoje cudo w kieszeni, to daj znać, zmierzymy.

Czy między zasilaczem który projektujesz a akumulatorem będzie jeszcze jakaś ładowarka? Jaki to akumulator? Bo do LiPoli istnieją gotowe flybacki (w sensie scalaki do przetwornic flyback jak i gotowe urządzenia) robiące od razu za ładowarkę CI/CV. Mają bezstratne ograniczenie prądowe a potem płynnie przechodzą do fazy stałego napięcia.

Czy akumulator będzie pracował buforowo? Czyli czy i jak jak zrobisz przełączanie z zasilania sieciowego na bateryjne? Zwyczajnie ciekaw jestem każdego projektu DIY, więc napisz coś więcej 🙂 

[Chev]

EMI jest ważne, zgadza się, jednakże mierzę siłę na zamiary. Nie mam aparatury za 10 koła do pomiarów takich rzeczy, stąd pozostaje mi tylko zachować dobre nawyki projektowania PCB, żeby nie pogarszać sprawy. 

Co do samego projektu: ładowarka to źródło prądu zrealizowane na stabilizatorze, załączana kluczem. Akumulatorki prawdopodobnie będą NiCd ze względu na cenę. Oczywiście można stosować dedykowane układy do ładowarek, jednakże ja stawiam na prostotę: ładowarka CI, prąd ładowania ok. 0,1C, czas do ponownego naładowania to ok 12h. Rozwiązanie to ma zaletę taką, że jest proste do bólu i nie wymaga badania temperatury. Odcięcie ładowania nastąpi po osiągnięciu napięcia 1,4V x 6 (taki mam pakiet). Można teraz się zastanawiać czy ogniwo będzie naładowanie czy nie. Jak zmieni się napięcie w zależności od temperatury. Tylko po co? Nie ma to różnicy czy urządzenie będzie działało np. 90 minut czy 100 minut. Przynajmniej w tym projekcie.

Przełącznik zasilania będzie realizować przekaźnik SPDT, dwutorowy. Podczas zasilania z sieci: pierwsza para styków dołączy tor fazy zasilacza podstawowego do sieci 230V. Druga para styków będzie przełączała masę źródeł światła LED pomiędzy masą zasilacza LED, a masą przetwornicy LED (uruchamianej automatycznie po zaniku napięcia sieci). Przy pracy bateryjnej, zasilacz podstawowy fizycznie zostanie odłączony od zasilania sieci (dla bezpieczeństwa), a druga para styków dołączy masę źródeł światła do przetwornicy LED. "+" zasilania źródeł światła jest wspólny dla przetwornicy LED i zasilacza LED.

Moment przełączenia zasilania na bateryjne wyznacza napięcie na kondensatorze, rozładowywanym rezystorem. Wszystkimi procesami będzie sterować uC. Stosowałem STM8S, ale chcę się przerzucić na STM32, głównie ze względu na dostępność wiedzy dla STM32.

W zasadzie taki układ zbudowałem już na pracę in******ską i spisywał się bardzo dobrze. Różnica jest taka, że tam zastosowałem transformator sieciowy zamiast przetwornicy flybackowej. Załączam schemat dla ciekawych. Jest tam kilka błędów, które zobaczyłem już na spokojnie po wszystkim (np. klucz sterujący baterią na wyjściu stabilizatora, a nie na wejściu, durny symbol przekaźnika, dzielniki napięć dziwne itd.). Jest to niejako rozbudowa tego urządzenia o dodatkową część.

new main.pdf