[Zuse 0]

Всем привет!

Коллеги, нужна помощь зала, ибо сам зашился и не понимаю, куда копать.

Есть обратноходовый преобразователь на 130 Вт (ЗУ для АКБ)

Вход 400 В (номинальное), выход 27-29 В. На рациональность схемы не претендую, не об ней речь.

Нагрузил я этот преобразователь на 60 Вт (повесил нагрузку 14 Ом) и стал смотреть тепловизором температуры элементов. Все температуры оказались +- ожидаемы, кроме температуры трансформатора. Температура сердечника и обмотки составляет 54 и 67 градусов соответственно. Что в моем понимании не вяжется с расчетом потерь.

Кратко приведу свои подсчеты. Кому не лень прошу поправлять и критиковать.

Смотрим для начала осциллограмму на стоке ключа (питание 360 В):

  

Источник питания 360 В показывает потребление 0.188 А, что соответствует мощности 68 Вт. Значение похоже на правду, учитывая выходную мощность (60 Вт), нагрев ключа, диода и, как выяснилось, трансформатора. 

Прикидываем, какой ток накапливается в дросселе за время прямого хода (2.8 мкс):

dI = E/L*dt = 360 В/666 мкГн*2.8 мкс = 1.5 А. 

Если пересчитать 1.5 А в мощность получается, 75 Вт. Т.е. получается, что эквивалентная 7 Вт (75-68) энергия возвращается в источник.

Ток RMS в первичной цепи составляет 1.5 А*sqr(0.28/3)=0.46 А. Сопротивление 66 витков первичной обмотки - 0.42 Ом. Рассеиваемая первичкой мощность соответственно равна 0.46 А^2*0.42 Ом = 0.09 Вт.

Пиковое значение тока во вторичной обмотке - 14 А. Время обратного хода - 3.6 мкс. Аналогично первичке можно высчитать RMS значение тока, активное сопротивление, мощность вторички. Она получается тоже небольшой. Без учета скин-эффекта 0.16 Вт. С учетом - примерно 0.3 Вт.

Суммарно на обмотках потери примерно до 0.4 Вт.

Еще есть потери в сердечнике. Пиковая индукция - 0.16 Тл, т.е. потери - 80mW/cm³. Объем сердечника 7,63 сm³. Потери в сердечнике - 0.6 Вт. 

Итого все вместе - 1 Вт. А по факту, как я уже написал, сердечник нагревается до 54 градусов, а обмотки до 67 градусов.

И я никак не могу понять: почему?

        

     

 

Edited October 21, 2022 by Zuse

[dimka76 32]

On 10/21/2022 at 8:49 PM, Zuse said:

Источник питания 360 В показывает потребление 0.188 А, что соответствует мощности 68 Вт. Значение похоже на правду, учитывая выходную мощность (60 Вт), нагрев ключа, диода и, как выяснилось, трансформатора. 

Прикидываем, какой ток накапливается в дросселе за время прямого хода (2.8 мкс):

dI = E/L*dt = 360 В/666 мкГн*2.8 мкс = 1.5 А. 

Если пересчитать 1.5 А в мощность получается, 75 Вт. Т.е. получается, что эквивалентная 7 Вт (75-68) энергия возвращается в источник.

Ток RMS в первичной цепи составляет 1.5 А*sqr(0.28/3)=0.46 А.  

Ток в обмотке в этой схеме нарастает линейно, т.е. получается треугольник, поэтому средний ток за время прямого хода будет половину от амплитудного, т.е. ваши 1.5 А надо поделить попалам.

Итого 0,75 А - средний ток за время прямого хода.

Скважность у вас 0.28. Значит этот ток равный 0,75А надо еще помножить на 0,28. Итого 0,21 А - это ваш средний потребляемый ток. А ваш расчет RMS получается неверным.

Но это расчетное. Исходя из расчетной амплитуды тока за время прямого хода. Но он достаточно похож на ваш ток потребления = 0.188А.

 

[Plain 119]

14 часов назад, Zuse сказал:

Сопротивление 66 витков первичной обмотки - 0.42 Ом

На постоянном токе.

[Zuse 0]

On 10/22/2022 at 11:19 AM, Plain said:

На постоянном токе.

Я посчитал, что при диаметре 0.4 мм, частоте 100 кГц и небольших потерях, полученных расчетом без учета эффекта близости, эффектом близости можно пренебречь. Проверим, так ли это.

Первичная обмотка для уменьшения индуктивности рассеяния разделена на две половинки, между которыми намотаны остальные обмотки. Между половинками значительное расстояние, поэтому с точки зрения влияния эффекта близости, насколько я понимаю, намотку можно считать однослойной.

Если опираться на http://www.bludger.narod.ru/smps/Flyback-R01.pdf

методика расчета такая

"Эффективная толщина слоя для фольги или плоской шины равна просто их толщине, а для плотно уложенных круглых проводников – 0.83 от диаметра провода"

т.е. для провода диаметром 0.4 мм эффективная толщина = 0.33 мм. Q = 0.33/0.24 = 1.4. Для Q=1.4 по графику определяем для однослойной намотки отношение Rac/Rdc = 1.4. Rac = 0.42 Ом*1.4 = 0.6 Ом.

Idc = 1.5 А/2*0.28 = 0.21 А

Iac = sqr((1.5 А*sqr(0.28/3))^2-0.21^2) = 0.4 А

Ppri = Iac^2*Rac + Idc^2*Rdc = 0.12 Вт.

Первоначальный расчет дал 0.09 Вт. 

Поскольку Rac/Rdc рассчитано для первой гармоники, итоговый размер потерь можно увеличить раза в полтора, но все равно цифра будет небольшой и не объяснит нагрева трансформатора

[Plain 119]

14 часов назад, Zuse сказал:

две половинки, между которыми намотаны остальные обмотки

Прочтите, например, это — ток внешней половины первичной обмотки, проходя через каждый пассивный слой, попутно греет их, а по внутренней половине пойдёт 5·I.

Edited October 24, 2022 by Plain

[тау 10]

В 21.10.2022 в 20:49, Zuse сказал:

Еще есть потери в сердечнике. Пиковая индукция - 0.16 Тл, т.е. потери - 80mW/cm³. Объем сердечника 7,63 сm³. Потери в сердечнике - 0.6 Вт. 

потери проверьте. Ваши 80 мвт/см3 для какой частоты?

у Вас несколько участков с разной частотой на периоде преобразования .

+ некоторые ферриты, пока не разогреются, повышенные потери имеют.

Edited October 24, 2022 by тау

[wim 6]

16 часов назад, Zuse сказал:

намотку можно считать однослойной

Вторичная обмотка намотана скруткой из четырёх проводов? Тогда это четыре слоя.

16 часов назад, Zuse сказал:

Поскольку Rac/Rdc рассчитано для первой гармоники, итоговый размер потерь можно увеличить раза в полтора

Если не лениться и посчитать по уравнениям Дауэлла для каждой гармоники, можно рассчитать потери в обмотке с погрешностью процентов 20-30.

[Zuse 0]

6 minutes ago, wim said:

Вторичная обмотка намотана скруткой из четырёх проводов? Тогда это четыре слоя.

Четырьмя проводами в ряд. Как-бы "лентой"

[Baza 14]

On 10/24/2022 at 11:52 AM, Zuse said:

Четырьмя проводами в ряд. Как-бы "лентой"

ещё хуже.
для треугольной формы тока, гармоники вносят сущ. вклад вплоть до 7-9й

обмоткой сброса только всё портите, если надо рекуперацию выбросов от индуктивности рассеяния, то переходите на косой полумост.

[Zuse 0]

1 hour ago, Baza said:

обмоткой сброса только всё портите

что именно?

1 hour ago, Baza said:

ещё хуже

хуже в чем?

[Zuse 0]

7 hours ago, Plain said:

Прочтите, например, это — ток внешней половины первичной обмотки, проходя через каждый пассивный слой, попутно греет их, а по внутренней половине пойдёт 5·I.

 

Я так понимаю, речь про эту картинку:

 

Проблема в том, что кроме этой картинки нет конкретики, позволяющей численно оценить потери.

Есть только фраза "Intuitively, as already noted, reducing the wire diameter sufficiently will cause the canceling eddy currents to merge and diminish greatly"

А когда дело доходит до выбора сечения провода первичной обмотки, разбитой на две части:

авторы выбирают сечение для однослойной намотки опираясь на график Fig. 18, производный от графиков Доуэлла, в котором учтено влияние гармоник. 

За исключением учета гармоник, я считал потери с опорой на туже базу (графики Доуэлла).   

 

 

6 hours ago, тау said:

потери проверьте. Ваши 80 мвт/см3 для какой частоты?

у Вас несколько участков с разной частотой на периоде преобразования .

+ некоторые ферриты, пока не разогреются, повышенные потери имеют.

 

Частота 100 кГц. Пиковая индукция - 0.16 Тл, -> дельта B = 0.08 Тл

потери - 80mW/cm³. 

>у Вас несколько участков с разной частотой на периоде преобразования

тут я не совсем понял, о чем речь

[тау 10]

1 час назад, Zuse сказал:

тут я не совсем понял, о чем речь

У вас участок с 0,16 тл длится 6,8 мкс , стал быть частота на этом участке ~ 150 кГц ( потери растут от частоты быстрее чем падает скважность участка). Умножаете потом на скважность 0,68.

Там где синус два периода по 1,6 мкс ( частота 600 кГц)  тоже есть потери в феррите, deltaB навскидку 20mT (уточните расчетом).  по более нижнему графику зависимости от частоты оцениваете потери примерно в 60 mW/см3 . Умножаете на скважность 0,32

Суммируете оба слагаемых потерь. Меньше, чем насчитали раньше, не должно получиться.

[Zuse 0]

2 hours ago, тау said:

потери растут от частоты быстрее чем падает скважность участка

На 150 кГц потери, если я ничего не напутал - 100mW/cm³. Если помножить на скважность - 68mW/cm³. Т.е. получается наоборот)

ну, может я немножко кривовасто график построил, но радикального увеличения точно не получится

Edited October 24, 2022 by Zuse

[borodach 16]

Zuse, ваш феррит греется потому что индукция там далеко не 0,1Тл, а провод греется, потому что на 150кГц использована моножила 0,4/0,5мм

 

[Zuse 0]

54 minutes ago, borodach said:

Zuse, ваш феррит греется потому что индукция там далеко не 0,1Тл

 

Верно - индукция не 0.1 Тл, а 0.16 Тл. Я об этом в "шапке" написал

Edited October 24, 2022 by Zuse