Автомобильный преобразователь 12V- 24V 8A

[NiTr0]

Если до этого удалось уменьшить потери с 1Вт до 0,5Вт, то значит запас есть.

Пример: дроссель с рассчетным током в 10А, и индуктивностью 40 мкГн, на Е25/13/7. 22 витка проводом 1.13, зазор 0.75мм. По мнению калькулятора, окно заполнено на 55%. Попробуйте туда пристроить меньший сердечник (Е20), хочу посмотреть, что из этого получится, и какие при этом будут потери в нем...

И кроме того не обязательно всегда пытаться поддерживать заданную один раз индуктивность - необходимая индуктивность в большей степени определяется катушкой(то есть при какой индуктивности она будет работать лучше всего) и в меньшей остальными компонентами(особенно в непрерывном режиме).

Повторюсь: есть минимальный порог индуктивности, ниже которого - пульсации напряжения на выходе и тока в конденсаторах выходят за рамки допустимых.

А вот я сейчас спрашиваю, какие будут потери в преобразователях с одинаковыми характеристиками и катушками одинакового размера из порошкового железа и феррита.
Характеристики у ферритов и порошкового железа достаточно сильно отличаются, поэтому оптамальный режим для каждого из них будет разным.

Потери в порошковом железе ессно будут выше. Однако, габариты меньше, запас по току больше, цена ниже, и т.д....

Если взять E32/16/9 материал N87 с зазором 1мм(это один из немногих стандартных зазоров для этого сердечника у Epcos) и намотать 75 витков(а максимально число витков проволоки 1мм - 90, но из-за малого количиства возможных зазоров приходится взять меньше), то получится индуктивность 800мкГн при токе 4А.

Думается, уложить даже 75 витков на каркасе так, чтобы сел сердечник, будет проблематично. Попробуйте ради эксперимента намотать на Е25/13/7 всего 33 витка (3 слоя) проводом 1.13 - по рассчетам, в окне остается 20% свободного места, а на деле - сердечник уже не налазит
И что будет с этой катушкой, и вообще со всем преобразователем, если потребляемый нагрузкой ток кратковременно (эдак на десятые доли секунды) возрастет, скажем, на 50% (нередкое явление в общем-то)? И если учесть, что взятое для примера колечко стоит в APFC?

[Murav]

Пример: дроссель с рассчетным током в 10А, и индуктивностью 40 мкГн, на Е25/13/7. 22 витка проводом 1.13, зазор 0.75мм. По мнению калькулятора, окно заполнено на 55%. Попробуйте туда пристроить меньший сердечник (Е20), хочу посмотреть, что из этого получится, и какие при этом будут потери в нем...

В какой схеме он работает и какой в нём ток пульсаций и размах приложенного к нему напряжения?
Например если эти 10А - постоянный ток, то потери уменьшить не получится, так как они и так отсутствуют.

Повторюсь: есть минимальный порог индуктивности, ниже которого - пульсации напряжения на выходе и тока в конденсаторах выходят за рамки допустимых.

Во-первых пульсации уменьшаются использованием большего конденсатора фильтра(и катушки индуктивности в случае выходного LC-фильтра). И во-вторых ток пульсаций, который требуется сгладить фильтром далеко не всегда состоит из тока пульсаций катушки - в повышающих преобразователях есть время, когда ток в нагрузку не поступает. Кроме того так же есть высокочастотные пульсации нагрузки, которые тоже сглаживает выходной фильтр.
В прерывистом режиме работы дросселя ток пульсаций ещё достаточно значим, а вот в непрерывном он уже не сильно влияет на работу остальной схемы.

Однако, габариты меньше, запас по току больше, цена ниже, и т.д....

А из-за чего габариты будут меньше, если потери при одинаковом размере сердечников больше?
У ферритов минимальный размер сердечника ограничивается именно потерями.

Думается, уложить даже 75 витков на каркасе так, чтобы сел сердечник, будет проблематично.

По расчётам в каждом слое помещается 18 витков проволоки 1мм(внешний диаметр будет где-нибудь 1.1мм), а самих слоёв - 5. Так что вполне поместится(будет 4 полных слоя и один с очень не большим числом витков).

И что будет с этой катушкой, и вообще со всем преобразователем, если потребляемый нагрузкой ток кратковременно (эдак на десятые доли секунды) возрастет, скажем, на 50% (нередкое явление в общем-то)? И если учесть, что взятое для примера колечко стоит в APFC?

Во-первых откуда возьмётся возрастание тока на 50% на значительное время?
Если оно будет кратковременным, то ток для него даст выходной конденсатор. Если же могут быть длительные броски то надо либо ограничивать ток либо взять запас. В APFC снижение индуктивности до 500мкГн не слишком скажется на работе(это будет при примерно 85 витках с зазором 2мм).

[NiTr0]

В какой схеме он работает и какой в нём ток пульсаций и размах приложенного к нему напряжения?
Например если эти 10А - постоянный ток, то потери уменьшить не получится, так как они и так отсутствуют.

Выходной дроссель пушпула. Рассчетный ток нагрузки - 7-8А, частота - 100 кГц, коэф. заполнения - порядка 0.6, рассчетный ток пульсаций в дросселе - до 1А, возможны всплески потребления - из-за чего собссно и взято 10А с некоторым запасом.

Во-первых пульсации уменьшаются использованием большего конденсатора фильтра(и катушки индуктивности в случае выходного LC-фильтра). И во-вторых ток пульсаций, который требуется сгладить фильтром далеко не всегда состоит из тока пульсаций катушки - в повышающих преобразователях есть время, когда ток в нагрузку не поступает. Кроме того так же есть высокочастотные пульсации нагрузки, которые тоже сглаживает выходной фильтр.
В прерывистом режиме работы дросселя ток пульсаций ещё достаточно значим, а вот в непрерывном он уже не сильно влияет на работу остальной схемы.

Только в степ-апе/флайбэке на ток пульсаций в емкостях оказывает не решающее влияние ток пульсаций дросселя

А из-за чего габариты будут меньше, если потери при одинаковом размере сердечников больше?
У ферритов минимальный размер сердечника ограничивается именно потерями.

Повторюсь: рассчитайте мне дроссель 40 мкГн/10А на Е20 феррите, да еще и с адекватными потерями в меди Потери в феррите то будут мизерными...

По расчётам в каждом слое помещается 18 витков проволоки 1мм(внешний диаметр будет где-нибудь 1.1мм), а самих слоёв - 5. Так что вполне поместится(будет 4 полных слоя и один с очень не большим числом витков).

Во-во, по рассчетам. Только рассчеты не учитывают, что при всем желании проволоку невозможно согнуть о каркас под строго прямым углом, и чтобы боковые части обмотки были идеально ровными. Особенно для 1.1мм проволоки.
Я вам уже приводил пример - 3 слоя 1.13мм на Е25 каркас укладываются весьма трудно, не смотря на то, что по рассчетам 20% окна гуляет...

Во-первых откуда возьмётся возрастание тока на 50% на значительное время?

На 2-3 периода входного напряжения - легко возьмется при КЗ выхода. Пока сработает защита.

Если оно будет кратковременным, то ток для него даст выходной конденсатор. Если же могут быть длительные броски то надо либо ограничивать ток либо взять запас. В APFC снижение индуктивности до 500мкГн не слишком скажется на работе(это будет при примерно 85 витках с зазором 2мм).

Конденсатор-то даст ток. А понравится ли ключу, что сердечник превратился в гвоздь из-за насыщения?
+ в APFC как раз снижение индуктивности не шибко понравится ключу...

[Murav]

Выходной дроссель пушпула. Рассчетный ток нагрузки - 7-8А, частота - 100 кГц, коэф. заполнения - порядка 0.6, рассчетный ток пульсаций в дросселе - до 1А, возможны всплески потребления - из-за чего собссно и взято 10А с некоторым запасом.

Если взять 3 параллельных провода 0.9мм и намотать ими 12витков(это три слоя), то можно получить индуктивность 15мкГн, предельный ток - около 12А и потери 0,24Вт(что очень мало по сравнению с выходной мощностью, которая если я не ошибаюсь - 120Вт при 15В на выходе). Потери скорее всего можно уменьшить и дальше(с уменьшением индуктивности), поскольку при таких параметрах большая часть потерь - в меди.
Только в данном случае понижение индуктивности возможно приведёт к необходимости увеличивать выходной фильтр.

Только в степ-апе/флайбэке на ток пульсаций в емкостях оказывает не решающее влияние ток пульсаций дросселя

И только в степ-дауне/пушпуле ток пульсаций может оказывать решающее значение на размер выходного фильтра. И то если нагрузка не создаёт быстрых изменений тока(сравнимых с частотыой работы преобразователя).

На 2-3 периода входного напряжения - легко возьмется при КЗ выхода. Пока сработает защита.

Во-первых нормальная защита срабатывает при КЗ через несколько миллисекунд.
Кроме того должно быть либо ограничение максимального тока катушки PFC либо значительный запас по предельному току(кстати, сколько сейчас запас у катушки на порошковом железе?).

в APFC как раз снижение индуктивности не шибко понравится ключу...

На сколько сильно? И не снизятся ли потери в катушке с меньшей индуктивностью больше, что чем увеличение потерь в ключе?

[NiTr0]

Если взять 3 параллельных провода 0.9мм и намотать ими 12витков(это три слоя), то можно получить индуктивность 15мкГн, предельный ток - около 12А и потери 0,24Вт(что очень мало по сравнению с выходной мощностью, которая если я не ошибаюсь - 120Вт при 15В на выходе). Потери скорее всего можно уменьшить и дальше(с уменьшением индуктивности), поскольку при таких параметрах большая часть потерь - в меди.
Только в данном случае понижение индуктивности возможно приведёт к необходимости увеличивать выходной фильтр.

Угу. А также приведет к росту потерь на ключах и диодах, к уменьшению срока службы конденсаторов фильтра ввиду роста тока (увы, достать что-то пристойнее samwha/jamicon/capxon практически нереально, а то и вообще elzet/chang приходится брать ввиду отсутствия альтернативы), и т.д....

Во-первых нормальная защита срабатывает при КЗ через несколько миллисекунд.

Ограничение тока КЗ - да, а вот отключение БП - нет. Хотя бы потому, что в противном случае БП при подключении нагрузки с большой емкостью банально не сможет стартонуть...

Кроме того должно быть либо ограничение максимального тока катушки PFC либо значительный запас по предельному току(кстати, сколько сейчас запас у катушки на порошковом железе?).

Для порошкового железа четко определить запас нельзя. В нем, в отличие от феррита, снижение проницаемости плавное (если память не подводит, для указанного дросселя на колечке собссно "насыщение" на графике начиналось где-то при токе в 1-2А, и заканчивалось при токе 7-8А); для феррита же - изменение носит практически скачкообразный характер.

На сколько сильно? И не снизятся ли потери в катушке с меньшей индуктивностью больше, что чем увеличение потерь в ключе?

Наоборот, потери в катушке при снижении индуктивности и при том же сердечнике только растут.

[Murav]

Угу. А также приведет к росту потерь на ключах и диодах

Потери в ключах возрастут не сильно - в непрерывном режиме ток пульсаций не сильно влияет на среднеквадратичный ток. А в диодах практически не изменятся - падение напряжения на них меняется мало.

к уменьшению срока службы конденсаторов фильтра ввиду роста тока (увы, достать что-то пристойнее samwha/jamicon/capxon практически нереально, а то и вообще elzet/chang приходится брать ввиду отсутствия альтернативы)

Нужно выбирать что лучше - уменьшение катушки или уменьшение конденсаторов фильтра(в том числе и их количиства). Если уменьшение конденсаторов фильтра существеннее, то приходится увеличивать(или по крайней мере не уменьшать) катушку.

Ограничение тока КЗ - да, а вот отключение БП - нет. Хотя бы потому, что в противном случае БП при подключении нагрузки с большой емкостью банально не сможет стартонуть...

Во-первых при старте мощного БП надо использовать плавный запуск, чтобы не было серьёзных бросков тока. А защита от КЗ, отключающая блок питания обычно срабатывает через некоторое время после КЗ(несколько миллисекунд), чего хватает для заряда конденсаторов.
И кроме того ограничение тока вполне нормально защитит входную цепь(в том числе PFC).

снижение проницаемости плавное (если память не подводит, для указанного дросселя на колечке собссно "насыщение" на графике начиналось где-то при токе в 1-2А, и заканчивалось при токе 7-8А);

А почему бы тогда не использовать катушку глубоко в насыщении, где дальше уже резерва по увеличению тока нет?

Наоборот, потери в катушке при снижении индуктивности и при том же сердечнике только растут.

Если уменьшение индуктивности произошло из-за увеличения зазора, то на потерях в сердечнике это не скажется(а в данном случае потери ещё и уменьшатся, так как есть возможность намотать больше витков).
А вот потери в меди немного увеличатся, но не сильно.

[NiTr0]

Потери в ключах возрастут не сильно - в непрерывном режиме ток пульсаций не сильно влияет на среднеквадратичный ток. А в диодах практически не изменятся - падение напряжения на них меняется мало.

Возрастут достаточно сильно. Куда более, чем на сэкономленных 0.25Вт Даже если не учитывать динамические потери при закрытии ключей...
Напряжение на диоде тоже далеко не постоянно...

Нужно выбирать что лучше - уменьшение катушки или уменьшение конденсаторов фильтра(в том числе и их количиства). Если уменьшение конденсаторов фильтра существеннее, то приходится увеличивать(или по крайней мере не уменьшать) катушку.

Ток пульсаций 1А может сгладить среднестатистический low-esr электролит емкостью в 1000 мкф, работая в весьма приятном для него режиме, с достаточным запасом. Даже китайского сомнительного происхождения.

А почему бы тогда не использовать катушку глубоко в насыщении, где дальше уже резерва по увеличению тока нет?

Ровно по той же причине, по которой никто не использует ферритовый сердечник глубоко в насыщении

[Murav]

Ток пульсаций 1А может сгладить среднестатистический low-esr электролит емкостью в 1000 мкф, работая в весьма приятном для него режиме, с достаточным запасом. Даже китайского сомнительного происхождения.

Значит два среднестатистических low-esr конденсатора 1000 мкф смогут сгладить 2А пульсаций, так что ни каких проблем со слишком большими пульсациями тока нет.

Ровно по той же причине, по которой никто не использует ферритовый сердечник глубоко в насыщении

Но ведь порошковое железо в отличии от феррита не имеет резкого падения магнитной проницаемости.

[<kotenοk>]

Ох, уважаемые коты, я на этот форум захожу редко, но, Тем-не-менее, не вижу конкретных предложений топикстартеру. Всё больше теории.
Я сам- теоретик, и по сему, предлагаю топикстартеру тему пуш-пулла. Или искать реальный дроссель.
З.ы. Имхо, собрал-бы пуш-пул, и головУ не морочил.

[NiTr0]

Значит два среднестатистических low-esr конденсатора 1000 мкф смогут сгладить 2А пульсаций, так что ни каких проблем со слишком большими пульсациями тока нет.

Вот только разница в цене сердечников скорее всего будет меньше цены одного конденсатора

Но ведь порошковое железо в отличии от феррита не имеет резкого падения магнитной проницаемости.

Тогда возникает вопрос - а при каком же значении падения проницаемости целесообразно использовать металлопорошковые сердечники?
Ну и не стоит забывать о потерях опять-таки - при выборе меньшего сердечника его температура в рабочем режиме при той же индуктивности будет заметно больше...