Ферриты, частота, дроссели. Как правильно подобрать дросель?

andreyzlat

...(написал дроссель с одной С, чтобы уместить заголовок)...
Уважаемые знающие, помогите советом. В общем имеем безтрансформаторный Setp-up преобразователь для ноута на дросселе + tl494. Дросселек прикупил SMD, квадратненький такой. Вроде сделан на какомто феррите (не железо). Индуктивность 12 мкгн. на ток 5 ампер. Через минут 5 работы сердечник дросселя жутко нагревается (100 градусов точно, т.к. сплав розе пошел плыть). Частота 55 кгц (27 на дросселе). Если частоту ставлю около 30 кгц (15 кгц на дросселе) то начинает греться транзюк. Если повышаю частоту до 81 кгц, транзюк не греется, но дроссель всё равно горячий. Выпаиваю из матерей различные дроссели с неизвестной индуктивностью (на одном маркировка MR60). Поочереди пробую их. Есть и на ферритовом стержне, и на железных ферритовых кольцах (зеленые такие) различные, и в прямоугольных корпусах. Вобщем всех их перепробовал, удивляет что с ними преобразователь становился мощнее и выдавал больше ток. Но сами дроссели и транзистор очень быстро нагревались, буквально за 30 сек. Частоту использовал 81 кгц (40 на дросселе).

Так собственно вопрос. Разъясните мне балбесу зависимость материала феррита от частоты. И почему один феррит греется быстрее и сильнее другого при той же частоте. Ткните пальцем, какой феррит и индуктивность правильнее всего использовать для частоты 40 кгц для максимального кпд и минимального нагрева как дросселя так и транзисторов. Либо какую поставить частоту для этих чертовых дросселей. Уже всякие мануалы курил, ничего не пойму, везде какоето институсткое описание свойств диэлектриков.

Частота 40500 кгц
Период 24,7 мксек
Длительность импульсов Пол. 8.19us Отр. 16.53us
Фронт/спад: Увеличение 885ns, уменьшение 1.5us
Ток нагрузки до 3,5 ампер на плечо (2 дросселя).

Реклама

neon

andreyzlat писал(а):Частота 40500 кгц

МГц диапазон однако…

Реклама

FANTASTRON

В datashet на дроссель указывается предельная частота.

andreyzlat

neon писал(а):
andreyzlat писал(а):Частота 40500 кгц
МГц диапазон однако…

Хах.. вот я и тут уже прокосячился. Ну мне простительно. Писал уже под утро с затуманенным взглядом от тестов дросселей. Конечно 40.5 кгц.

Реклама

Antech

andreyzlat
ИМХО, нужно проверить форму тока через дроссель (посмотреть осциллографом на резисторе примерно 0.1...0.33 ома, включенном последовательно с дросселем). Насколько я знаю, проблемы такого типа обычно бывают из-за неправильного выбора частоты/индуктивности/сердечника (насыщается дроссель) и/или из-за материала сердечника дросселя (порошковые типа желто-белых колец из БП ATX имеют большие потери на перемагничивание).

Реклама

neon

Antech писал(а):нужно проверить форму тока через дроссель (посмотреть осциллографом на резисторе примерно 0.1...0.33 ома, включенном последовательно с дросселем).

можно измерять падение напряжения на дросселе и зная его сопротивление рассчитать ток. На таком принципе основана токовая защита некоторых современных преобразователей.

Реклама

hrpankov

....если в следующие 24 часа никто Вас не наругает за леность поперелистать етот форум, значит у Вас есть большой человек в КГБ или Вам везет в лото.... в оба случая Вам нечего морочиться дросселями...

iGraphicsS

А у вас дроссель правильно рассчитан? На вскидку 12 мкГн и 5 ампер маловато для 40 кГц. По моему всё логично. На более высокой частоте не хватает тока дросселя, на более низкой индуктивности. Ноут кушает сколько? Где то ватт 60-90. При 19 вольтах 3 ампера, и как я думаю входном 12 вольт, входной ток 5 ампер. Даже по примерным подсчетам, при пульсации IL 20%, ток дросселя должен быть где то 8 ампер как минимум. А в индуктивности должна быть неразрывность тока, это ещё +15-30% к току. Так что вам надо либо индуктивность увеличивать, либо ток. Индуктивности предназначенные для DC-DC ( в дш указано), вообще не должны греться из за частоты! Тут я справился с бедой, http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=107113, правда не совсем такой.

andreyzlat

iGraphicsS, дроссель для DC-DC, наименование SRR1260-150M@BOURNS. Даташит http://80.93.56.75/pdf/0/1/5/5/1/01551380.pdf. Ток потребления ноутом более 3А. Я подаю нагрузку на 6 ампер, чтобы был запас на перегрев в жару, т.к. планируется герметичный корпус. Но оба дросселя греются даже на столе. В Multisim пытаюсь словить максимальный КПД и минимальное потребление и эффективность схемы на низком напряжении, так вот дроссели на 8,2 мкгн показывают гораздо лучше себя, при тех же частотах. На деле нет дросселей таких номиналов на проверку. Кучу других дросселей перепробовал. И самопальные мотал, и заводские ставил с материнок, но лучше этих не нашел, особенно если учесть габарит. Но КПД ниже чем намотанный на желтом кольце. Кольцо 22х10, проволкой 2х0.5мм. Сама проволока не греется, а вот кольцо похоже не тянет, в нагрев идет сам сердечник. До этого собирал кучу преобразователей еще мощнее, проблем не было. Но брал и колечки поболее и проволочкив несколько пар. Сейчас же мне важны габариты. Уже осталась последняя затея, поставить не пару дросселей, а 4, по 2 на плечо и на каждый по своему транзистору. Надеюсь удастся разгрузить.

zato4nik

Скачайте программы Старичка бустер , бустер на кольцахhttp://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=33756. Индуктивность выбирайте в зависимости от частоты и пульсаций тока , от которых зависит перегрев материала сердечника. Температуру перегрева программы тоже считают , как и потери в обмотке , есть возможность подобрать размер - материал и проницаемость сердечника , для минимизации потерь.

andreyzlat

zato4nik писал(а):Скачайте программы Старичка бустер

Да. Прекрасные программы. Я ими рассчитывал свои прежние преобразователи на кольцах, все работают как часики и не греются. Вот только у производителей нету "нормальных" данных на заводские дроссели. Я использую те, что ставятся на материнки, маленькие прямоугольные, а их даташиты скудны как моя зарплата. Поэтому расчет этой прогой под другие дроссели как пальцем в небо. Хотя может данные рекомендуемой индуктивности она правильно выдаёт.
Нашел официальный мануал по расчету бустеров от Texas Instruments http://www.ti.com/lit/an/slva061/slva061.pdf и с примером расчета http://www.ti.com/lit/an/slva061/slva061.pdf. Как мне показалось всё получается правильно. Ввожу полученные номиналы индуктивностей в Мультисим и получаю великолепные результаты. Доверие к Мультисиму на 99% для идеальных виртуальных деталей, т.к. прошлые его визуализации проверял на макете, всё отлично работало. Тест провожу на низкоомную нагрузку соответствующую моей расчетной мощности, с выключенной обратной связью на усилитель ошибки. ловлю максимальную мощность на выходе и предельный КПД. Моя индуктивность по расчетам от 1,9 мкгн до 5 мкгн, с соответствующим током IL даже на низких частотах в 40 кгц.
В формулах нашел ту самую зависимость тока, частоты (периода) и индуктивности. Далее тест и проверю как идут дела у 4-х дросселей по 15 мкгн в параллель. Отпишусь как и iGraphicsS. До сегодняшнего дня не слышал, что дросселя можно подключать в параллель

.

andreyzlat

Сделал тест 2 дросселя в параллель на 1 транзистор, на каждое плечо. Греться стало поменьше. Далее переключил 13 ногу TL494 на массу удвоив частоту, и увеличил частоту генератора до 200 кгц. Дроссели не греются вообще! НО! транзисторы раскаляются через 30 сек. Пробовал мощные 80nf55, пробовал более дохлые irfz44. Результат одинаков. Не понимаю чего они так частоты боятся, вроде не высокая на столько. Также поставил снаббер, не помогло. Попытка увеличить мертвое время привела еще к более быстрому нагреву по ощущуениям. Отсюда вопрос, может транзисторы не успевают получить заряд? транзюки в драйвере fmmt2907a комплиментарные. Ток коллектора 0,6а.

------------------------------
Частота 133 кгц. Дросселя чуть теплые. Транзисторы всё же греются и без вентилятора через минуту горячие.
.. Короче FAIL какойто. непонимаю, как всё это барахло работает на материнках на большой частоте. что не так. И еще забыл, сдвоенный диод 40cpq100 на частоте 200кгц начинает дико греться. Думал выходные кондеры может не держат (они не LOW ESR), но входной потребляемый ток наоборот меньше почти на полампера, чем на более низкой частоте. Радиаторов на диодах и транзисторах нет. Всё прикручено и припаяно к небольшой плате.

zato4nik

Вы показали-бы кусок схемы , а то непонятно что за мертвое время в бустере.

andreyzlat

zato4nik писал(а):Вы показали-бы кусок схемы , а то непонятно что за мертвое время в бустере.

Нога 4 DTC в микрухе TL494 его регулирует.

Вобщем победил я нагрев сильный. Сейчас он идет, но транзюки лишь тепленькие при той же частоте. Проблема была банальная. До этого смотрел косо в эту сторону, но не считал это серьезным. Оказались резисторы идущие от драйвера на затвор (GATE) полевика. Во многих схемах какието идиоты (наверно такие же как я) их рисуют на 24-33 ома. В реале же поставил на 5 ом, и транзистор получает нормальный заряд. Возможно и этого мало. Эксперименты продолжаются. Драйвер вроде не греется или чуть теплый. еще сам не пойму. Боюсь драйвер сжечь.. а то две штуки IR4426 уже ушли в урну с такими приколами, остались последние биполярники... не хочется их терять в столь важный момент))
..
Установил в затвор резисторы 2,8 ом... нагрев еще снизился. У транзисторов видимо емкость слишком большая. Теперь основной нагрев передается от диода. А эту проблему не знаю как лечить. Может какие кондеры нужно воткнуть как нибудь? Может выбросы ВЧ какие излишние.

Antech

andreyzlat
В таких случаях всегда нужно смотреть осциллографом "ключевые моменты" работы схемы. Форма тока через дроссель (очень желательно) и через диод (если нужно), различные "дребезги" (ringings) на паразитных индуктивностях (обязательно). Если Вы видите осциллографом, что все в порядке (соответствует требуемой "физике" работы Вашей схемы), и у Вас уже диод Шоттки, то, ИМХО, врядли можно значительно уменьшить его нагрев. Как в "чоппере", так и в "бустере" через диод течет ток нагрузки (хотя и не втечение всего периода). На диоде всегда есть падение напряжения, так что, как Вы понимаете, он будет греться. Повысить КПД можно переходом к более сложной схемотехнике (например, за счет использования двухтактного преобразователя с трансформатором), но Вам это врядли подойдет из-за габаритов.

Кстати, драйвер на такие токи можно сделать на "двойном" эмиттерном повторителе. Я использую транзисторы на ток коллектора 2 A, напряжение 50 В и предельную частоту 100...150 МГц (не помню сейчас их названия, но такие несложно найти в продаже, и оптом они даже в Чипе не слишком дорогие). С такими транзисторами можно позволить себе 10 Ом в затворе при питании 15 В.

andreyzlat

Я до этого пользовался составными транзисторами кт972+973, работали отлично.

Сейчас начал заниматься расчетами минимальной и максимальной индуктивности, но опять возникли вопросы, на которые не могу найти внятного ответа.
Io(crit) - что это за критический выходной ток? Равен ли этот ток, току с нагрузкой без режима преобразования. т.е. входной ток = выходному току со вкл. нагрузкой, проходящий через катушку и диод.

Далее еще вопрос. Что за разрывные и неразрывные режимы. Точнее на что они влияют и какой режим лучше? С точки зрения логики для меньшего нагрева лучше разрывной режим, но непонятно, каким образом он возникает в бустере, где входное напряжение протекает в нагрузку через диод. Что я неправильно понимаю? Объясните пожалуйста.

neon

andreyzlat писал(а):Что за разрывные и неразрывные режимы.

режим непрерывного тока предпочтителен для преобразователей средней и большой мощностей. При работе в непрерывном режиме ток через катушку индуктивности никогда не падает до нуля. При работе в прерывистом режиме ток через катушку индуктивности может падать до нуля. Описание особенностей каждого режима достаточно долго перечислять. При малой мощности преобразователь может переходить из режима непрерывного тока в прерывистый режим. При выборе непрерывного режима необходимо использовать диод с малым временем обратного восстановления (диод Шоттки и т. д.)

andreyzlat

прошу всё таки помощи. купил осциллограф, посмотрел графики своего прежнего преобразователя и ставил эксперименты с новым, подставляя различные катушки. со многими катушками появляются одинаковые ровные красивые прямоугольные импульсы, с плохими катушками рисуется меандр. но вот не понимаю, что влияет на нагрев транзистора. меняю катушки, графики одинаковые,а нагрев транзистора разный. на графиках нет никаких всплесков и меандра.

может ли кто помочь рассчитать дроссель с помощью своих программ, или таблиц в экселе, на частоту 100 кгц, Vin min=10в, Vin max 14в, Vo=16,5В, Io=8А, Rds=0,008 ом.. 2 транзистора одновременно раскачивают каждый свой дроссель, и далее через сдвоенный диод на выход. Хочу сверить, всё ли я правильно рассчитываю.

Кому не сложно, напишите полученную индуктивность и ток каждого дросселя. либо хотя бы одного. и как правильно их рассчитывать одновременно, простым делением тока на 2?

zato4nik

Интересно , что вы подразумеваете под "некрасивым" меандром . Нагрев дросселя может происходить по разным причинам - нагрев обмотки , и нагрев материала сердечника . Обмотку греет средний ток , сердечник - амплитудный .

может ли кто помочь рассчитать дроссель с помощью своих программ, или таблиц в экселе, на частоту 100 кгц, Vin min=10в, Vin max 14в, Vo=16,5В, Io=8А, Rds=0,008

Посчитать можно на калькуляторе , а можно воспользоваться программой Старичка. На калькуляторе расчет примерно такой : определим мощность бустера 16,5*8=135Вт , поскольку бустер двухфазный , мощность в плечах делится пополам ~ 70Вт , по входу ток в каждом плече 70/10= 7А . Теперь надо определится с величиной пульсаций тока в дросселе , примем 50% , тогда пульсации будут 3,5А т,е ток в дросселе за время импульса ( если 100кГц на выходе, на генераторе 200кГц, то dt 5мкс) должен увеличится на 3,5А . di/dt=U/L , 3,5/5= 10/L , L=10*5/3,5=14,3uH . В каждом плече потребуется дроссель 14,3мкГн и ток 7+3,5/2= 8,75А , можно округлить до 9А.
Далее можно воспользоватся материалом из статьи В.Я. Володина

Расчёт дросселя.pdf: (464.5 КБ) 357 скачиваний

, или программами Старичка . преимущество программ очевидно - можно моментально оценить величину потерь и перегрев для того или иного материала . Для феррита эпкос , можно воспользоватся софтом эпкос .

14,3мкГн 9А.gif: (157.75 КБ) 1004 скачивания

neon

zato4nik писал(а):сердечник - амплитудный

потери в магнитопроводе зависят от размаха магнитной индукции.