[Strannik-56 0]

Доброго здравия всем!

В этой ветке я бы хотел в виде методического материала изложить ДОХОДЧИВЫМ языком свой взгляд на официальные методики расчета LLC инверторов. Тема открыта для всех, желающих поделиться своими знаниями и опытом в этой области.

Рассматривать все ньюансы будем на примере AN4151 поскольку на него есть русский перевод да и другие апноты не многим отличаются от него.

Предлагаю тему разбить на этапы:

1. Общая теория работы LLC инверторов.

Интересуют ответы не в виде - и так все известно, а раскрытие таких моментов как:

а) работа резонансного контура (далее РК) с внешней резонансной индуктивностью (Lr) в составе индуктивности намагничивания резонансного трансформатора (lm), влияния его индуктивности рассеяния(Llkp) на работу контура как со стороны первичной так и вторичной обмоток. Все это желательно проиллюстрировать эпюрами напряжений на элементах РК. В апнотах много непонятного именно по эпюрам.

б) разница в физике работы трансформатора напряжения и трансформатора-накопителя энергии с соответствующим разЪяснением роли тока намагничивания сердечника трансформатора, его магнитной индукции (Bm), максимально возможным током первичной обмотки при заданном значении Bm.

Пока хватит, разберемся пойдем дальше.

[eddddy 8]

Как я Вам уже писал - присоедините к примерами AN2644 от ST, там многие нюансы раскрыты гораздо полнее, и есть много того, чего нет в "широкоизвестных переведенных".

an2644-an-introduction-to-llc-resonant-halfbridge-converter-stmicroelectronics.pdf

[Strannik-56 0]

Спасибо, уже пошло наполнение.

[eddddy 8]

это наполнение и Вашей прежней теме было, но Вы почему то упорно держитесь за AN4151

ловите еще ))

AN2450-.pdf

AN2509.pdf

и немножко про конструкцию реального трансформатора.

 

а вообще же, пол дня беглого поиска, и 100500+ статей и документов на эту тему, совершенно исчерпывающе

[euthon 0]

Лично мне вот эта заметка нравится. Ещё у того же Инфинеона есть экселовский калькулятор для LLC, вроде называется FHA LLC Calculator tool (из РФ нужно через VPN вытаскивать) к нему тоже application note имеется. Там, помимо прочего поясняется, что традиционный метод расчёта по основной гармонике (FHA) весьма неточен.

[eddddy 8]

Точность нетрадиционных методов легко убивается серийным разбросом моточных, посему FHA вполне рулит (сугубо личное производственное имхо).

А 5% диапазона регулировки достаточно легко подстройкой ОС достигается

[cu6apum 1]

Инфинеон да, довольно глубоко копает. Советую вот с этим ознакомиться для практики. Приаттачить не дает больше 4 метров:

А теперь, если можно, пара практических вопросов от нуба. 

1. Какой контроллер (и почему) лучше применить в мелкой серии для преобразователей на 100, 500, 1000Вт? Понятно, что в крупной лучше юзать архидешевые китайские, но у меня стоит вопрос минимизации ЭМП, а не себестойки. 

2. Общепринято мнение, что PFC в преобразователях только "защищает" сеть, не особо влияя на кпд. Однако резонансник имеет ограниченный запас регулирования по входному напряжению, и стабилизатор в лице PFC весьма желателен. В телевизорных преобразователях, которые я сейчас терзаю, они есть во всех - несмотря на очень небольшую потребляемую мощь и очевидный перерасход комплектухи. С другой стороны, в киловаттном инверторе от микроволновки наблюдается всего лишь пассивное звено в виде небольшого разрезного дросселя. 

3. Имеет ли смысл рассматривать совмещенный контроллер PFC/LLC? Опять же, с точки зрения минимизации помех: скажем, если синхронная работа ключей обеих звеньев уменьшает коммутационные скачки. Хотя, пробежавшись по даташитам популярных микрух, я не нашел упоминания о какой-либо синхронизации этих двух звеньев. 
 

Спасибо. 

[eddddy 8]

3. Ключи обоих звеньев никогда не будут работать синхронно - частота резонансника гуляет, и в ККМ тоже может (смотря какой способ управления им, например, FOT)

1. По проще и по дубовее, наверно, будут L6699 и UCC25600.

А вообще их не так и много, и у каждого свои особенности.

Чисто китайские в китайских БП как то не попадались - везде ST/TI (ну или их китайские клоны)

 

2. Некоторые котроллеры вполне себе с широким входным диапазоном.

Но это не отменяет необходимости ККМ

[cu6apum 1]

Проще всего заказанные мной на первую пробу FSFR2100: вообще ноль обвязки. 
Вопрос - что лучше. 

[eddddy 8]

Где ж там ноль то.

Стандартные цепи вокруг.

Разве что интегрирован с драйверами и ключами. Ну и мощность ограничена.

Потом, надеюсь, расскАжите, во что эта простота вылилась.

 

По каким критериям "лучшесть" оцениваем?

[cu6apum 1]

Вот довольно всеобъемлющая микруха (если не считать свободно программируемые МК, конечно). Но не увязнуть бы нубу. 
HR1211GM.pdf

Критерий я выше писал: минимум ЭМП, аналоговая радиоэлектроника. 

[eddddy 8]

Вам привели парномера проверенных временем и тучами готовых прекрасно работающих изделий контроллеров.

Вы же просили?

 

Минимум ЭМП и аналоговость - у всех, которые имеют в описании "LLC resonant controller ic".

По критериям стоило бы, наверно, добавить такой: лучший контроллер тот, который хорошо изучите, отработаете конструкции с ним, и будет серийная повторяемость.

 

 

[Plain 168]

4 часа назад, cu6apum сказал:

и стабилизатор в лице PFC весьма желателен

Он сейчас обязателен, таково действующее законодательство.

[cu6apum 1]

1 hour ago, Plain said:

Он сейчас обязателен, таково действующее законодательство.

Не интересовался доселе. Спасибо за инфу!

[Strannik-56 0]

Доброго всем дня!

Это первый материал в цикле статей о проектировании LLC преобразователей.

Небольшое отступление.

Ниже будут приведены материалы необходимые, на мой взгляд, для правильного понимания процесса проектирования для начинающих проектировщиков ИИП. Толчком к написанию статей послужил тот факт, что люди прошедшие долгий путь познания и способные грамотно объяснить то, что от них хотят, зачастую не могут этого сделать методически правильно как раз из-за того, что много знают и многие вещи, кажутся им общеизвестными и понятными и которые они попросту не замечают. В силу этого, новичек остается с кучей не выясненных проблем, на которые просто стесняется задать вопрос дабы не быть посланным – к первоисточникам. А первоисточники, как правило, пишутся специалистами для специалистов и где набрать тот минимум знаний, а главное понять, как все это происходит для того чтобы оттолкнувшись от него начать самостоятельное плавание неизвестно. Ни коим разом не надо думать, что я что-то шибко хорошо знаю и могу с легкостью объяснить. Это не правильно, я такой же новичек как и Вы, но у меня есть неоспоримое преимущество перед мэтрами - я как и Вы вижу то, что их мозг в силу накопленных знаний просто отбрасывает. Поэтому эта ветка открыта для любых, даже глупых на первый взгляд вопросов.

Предупреждаю сразу, материалы, которые будут публиковаться не претендуют на авторство от слова совсем. Просто у меня накопился достаточно большой объем информации по этой теме и то, что мне кажется наиболее удобоваримым я предоставлю Вам в той последовательности, в какой вижу ее сам.

 

Статья первая. Физические основы работы трансформатора напряжения.

Небольшая преамбула – ну вот опять теория поля и прочие премудрости электромагнетизма, а оно мне надо?

Надо, ибо тем кому не надо, прямой путь к всевозможным калькуляторам и мешку горелых транзисторов.

Поймите, что калькуляторы просто облегчают жизнь тех, кто и так способен с карандашём рассчитать любой узел ИИП, а заодно и проверить правильность работы этого самого калькулятора.

Немного из общепринятой теории доменного строения магнитопроводяших материалов.

Основная функция магнитного сердечника трансформатора – многократное увеличение магнитного потока, создаваемого током в обмотке. Оно достигается за счёт имеющихся в материале сердечника доменов - как бы множества маленьких постоянных магнитиков. При возбуждении трансформатора магнитные домены в материале сердечника как бы поворачиваются, ориентируясь по направлению магнитного поля, создаваемого током в обмотке, и многократно его усиливают. Т.е. переменный ток заставляет домены каждый период переориентироваться с одного направления на противоположное. При этом на поворот (или переориентацию доменов) тратится определённая энергия, которая и представляет собой, так называемые, потери на гистерезис, определяемые площадью петли гистерезиса. Об этом немного позже.

Любая катушка, если к ней приложить напряжение, реагирует созданием  противо э.д.с, равным приложенному напряжению. Точнее противо э.д.с. чуть-чуть  меньше, ровно настолько, чтобы через катушку протекал ток намагничивания. Т.к. ток намагничивания создаёт поле намагничивания сердечника, а именно этим полем намагничивания противо эдс и вызвана. Если поле намагничивания чуть увеличить - тут же увеличится противо эдс и уменьшится ток намагничивания. Если его уменьшить - уменьшается противо эдс и растёт ток намагничивания. Т.е. катушка  всегда стремится сохранить величину поля намагничивания - кстати, отсюда и т.н. законы коммутации - если разорвать цепь катушки с током, то она создаёт выброс напряжения противоположной полярности, стремясь сохранить ток намагничивания, а значит поле.
Ситуация в трансформаторе отличается только тем, что в данном случае поле намагничивания пытается уменьшить вторичная обмотка, когда в ней появляется ток нагрузки. Далее всё так же - из-за уменьшения поля снижается противо эдс - увеличивается ток первички. Он увеличивается до тех пор, пока поле намагничивания не станет прежним.
Т.е. ещё раз про причинные связи - при появлении нагрузки поле вторички уменьшает поле намагничивания, это уменьшает противо эдс и увеличивает ток первички. Поле первички нарастает до тех пор, пока поле в сердечнике не станет прежним. Обращаю особое внимание на то, что вторичка не может увеличить поле, она его только уменьшает (пытается), а первичка никак не может сделать поле в сердечнике больше чем было до появления нагрузки. Если поле вдруг станет чуть больше, тут же увеличится противо эдс и уменьшит ток первички.

Далее считается, что в сердечнике трансформатора протекает не два противонаправленных потока, а только один, равный разности потоков обмоток и равный потоку «холостого хода», соответствующего питающему напряжению.
Как же трансформатор набирает нагрузку, т.е. что заставляет ток в первичной обмотке возрастать от долей процента на «холостом ходу» до 100%  при Iном.
При включении трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке ток в первичной обмотке возрастает до тех пор, пока магнитный поток, вызываемый им в сердечнике, не достигнет амплитудного значения, соответствующего равенству

I = (1/N) * dФ/dt     это так называемая формула закона полного тока магнитной цепи, где

Где I — сила тока, протекающего по контуру, N — число витков контура, dФ/dt — скорость изменения магнитного потока. Сила тока измеряется в амперах (А), скорость изменения магнитного потока выражается в веберах в секунду (Вб/с).

Выводы :

- мощность передаваемая через трансформатор не оказывает влияния на поле намагничивания. Иными словами, если вы в своих расчетах выбрали поток магнитной индукции Bm  далеким от величины Bm max, то вам никогда не удастся загнать данный трансформатор в режим насыщения даже при КЗ во вторичной обмотке.
- габаритная мощность есть конструкционная величина которая определяется исходя из разумного КПД и достаточной площади изделия для сброса тепла от омического нагрева обмоток + потери в сердечнике. Потери практически не зависят от мощности и никак не связаны с насыщением сердечника при перегрузке трансформатора. Но тут есть один ньюанс в слове «достаточной площади изделия». Вам ведь кроме отведения тепла от трансформатора надо еще разместить на нем соответствующее количество витков обмоток, диаметр которых ограничивается величиной максимального протекающего по ним тока. И поверьте, это ограничение никогда не даст сделать вам трансформатор недостаточной площади.