Вопрос по созданию ИБП 220В->20кВ

[adamantan]

Добрый день!
Некоторое время назад я занялся созданием блока питания для озонатора.
Немного опишу что я изготовил и с какой проблемой обращаюсь к общественности за помощью.
Итак, топология - косой полумост.
Мощность - примерно 1кВт
Описание к схеме:
J5 - вход 220В
J4 - вход 15В
J3 - разьем внутрисхемного программирования
U5, U3 - КРЕН на 5В - на питание вентилятора(PR2) и на питание логической части
PR1 - сюда при тестовом запуске подключаю лампочку для уменьшения тока
J2 - разъем подключения нагрузки (первичная обмотка трансформатора)

Как все должно работать: Задающим генератором служит процессор PIC12F683 со встроенным PWM. Частота 29 кГц. Сигнал с процессора поступает на драйвер IR2110, который в свою очередь выдает управляющие сигналы на ключи. При включении питания скважность =0 и начинает плавно увеличиваться до 50%(програмно реализовал на PWM процессора). Если при увеличении скважности с микросхемы IR2570 приходит сигнал о превышении тока (примерно 5А) через ключ, то драйвер IR2110 отключается и поступает сигнал на процессор. Скважность падает в 0 и опять повышается. Процесс повторяется.
Историю со скважностями я затеял для того,чтобы как то понять, что первичная катушка находится в насыщении и чтобы ничего не сгорело из за превышения тока, который будет расти при уменьшении индуктивности катушки, вызванного насыщением сердечника.
Если я подключаю в качестве нагрузки чайник на 1,5кВт, то все хорошо работает - показания осцилографа это подтверждают... При подключении индуктивной нагрузки у меня на плате перегреваются дорожки силового контура (прям от начала до конденсатора и далее до выхода)
Ясно, что это связано с индуктивностью нагрузки, сердечник переходит в насыщении, индуктивность падает и ток растет. И даже самой минимальной скважности хватает,чтобы перегреть дорожки.
Т.е. я так понимаю проходит импульс на 1% скважности, IR2570 видит превышение тока, говорит об этом процессору, тот опять начинает скважность с 0 и при следующем импульсе все повторяется... и так 29 тысяч рас в секунду... или еще хуже - некоторые пустые идут и в результате мы получаем уменьшение частоты в 4 раза, во столько же раз и падение сопростивления индуктивности с таким же ростом тока...
Вопрос:
Подскажите, что можно в данном случае использовать в качестве обратной связи- что будет давать информацию о насыщении индуктивности первичной обмотки без передачи в нее дополнительной энергии. Или может есть какое то другое, более простое решение? Я уже всю голову себе сломал...
Заранее огромное спасибо за критику, советы...
ЗЫ: расчеты трансформатора выполнял по книжкам, перепроверял 100раз. Расчетная индуктивность первичной обмотки совпала с измеренной и тд и тп

[Фунтик]

и в результате мы получаем уменьшение частоты в 4 раза, во столько же раз и падение сопростивления индуктивности с таким же ростом тока...

это как?

[adamantan]

[uquote="Фунтик",url="/forum/viewtopic.php?p=4232510#p4232510"]

и в результате мы получаем уменьшение частоты в 4 раза, во столько же раз и падение сопростивления индуктивности с таким же ростом тока...

это как?[/uquote]

Логика моих рассуждений следующая: Вот положим есть импульсы со скважностью 1% с частотой 29кГц. Если их прорядить, скажем в 4 раза, то по сути мы получим, что частота следования импульсов уменьшилась в 4 раза. Т.е. для трансформатора это будет выглядеть как падение частоты в 4 раза. Сопротивление индуктивности линейно зависит от частоты, т.е. при падении частоты в 4 раза Сопротивление тоже упадет. А раз упадет сопротивление, значит увеличится ток, а там тоже все линейно. Значит в 4 раза....

[electroget]

[uquote="adamantan",url="/forum/viewtopic.php?p=4232539#p4232539"]Сопротивление индуктивности линейно зависит от частоты...[/uquote]
Это если бы был синус.

Добавлено after 11 minutes 17 seconds:
[uquote="adamantan",url="/forum/viewtopic.php?p=4232488#p4232488"]расчеты трансформатора выполнял по книжкам, перепроверял 100раз. Расчетная индуктивность первичной обмотки совпала с измеренной...[/uquote]
Индуктивность индуктивностью, а материал сердечника по какой методике выбирали? Почему он так быстро входит в насыщение?

[charchyard]

простое решение?

резистивный шунт, ТТ.
а смешные диодики tq10-045 часом не отдались богу душу?

[Фунтик]

Логика моих рассуждений следующая:

согласно этой логике для одиночного импульса (т.е. частоты, приближающейся к 0) индуктивное сопротивление отсутствует. Но это же не так? Нас же интересует не общее сопротивление цепи, а сопротивление индуктивности конкретному, в данный момент времени нарастанию тока. Именно вот этого, конкретного, в этом конкретном одиночном импульсе. То, эти импульсы потом будут повторяться - да пёс с ним, неизвестно это индуктивности. Вот транзистор открылся, пошёл рост тока. К 29кГц он отношения не имеет. У вас ключевой режим. Небыло тока - старается стать максимальным. Если б не индуктивности - ток со скоростью света нарастает. А вот индуктивность нарастание тока тормозит. Потом транзистор закрылся - идёт спад тока, тоже индуктивностью определяется. Но индуктивность же не знает, когда вы следующий импульс дадите? Как она может изменяться от частоты?

Как-то сумбурно, но может поймёте?

[adamantan]

[uquote="charchyard",url="/forum/viewtopic.php?p=4232583#p4232583"]

простое решение?

резистивный шунт, ТТ.
а смешные диодики tq10-045 часом не отдались богу душу?[/uquote]
Про диоды - извиняюсь, там сейчас RHRP1560 (15A, 600В 35нс) -

У меня стоит микросхема, которая отслеживает падение напряжение на ключе, по сути тот же шунт. Я и писал, что скорее всего получается такая история: микросхема видит превышение тока, все отрубает, процессор уменьшает скважность и начинает ее увеличивать, пусть проходит импульс со скважностью 1% , а сердечник насыщен при этом. Ток превышен, опять все в ноль, опять импульс, но импуль же прошел. Да, дальше 1% не двигается, но он все нагревает ))

Добавлено after 3 minutes 23 seconds:
[uquote="electroget",url="/forum/viewtopic.php?p=4232574#p4232574"][uquote="adamantan",url="/forum/viewtopic.php?p=4232539#p4232539"]Сопротивление индуктивности линейно зависит от частоты...[/uquote]
Это если бы был синус.

Добавлено after 11 minutes 17 seconds:
[uquote="adamantan",url="/forum/viewtopic.php?p=4232488#p4232488"]расчеты трансформатора выполнял по книжкам, перепроверял 100раз. Расчетная индуктивность первичной обмотки совпала с измеренной...[/uquote]
Индуктивность индуктивностью, а материал сердечника по какой методике выбирали? Почему он так быстро входит в насыщение?[/uquote]

Ну честно сказать из того,что было... Но тут дело даже не в этом. Если в любой трансформатор без нагрузки подавать напряжение, то сердечник пересытиться. Вот и получается вопрос - как это отслеживать, если не по току первичной епи?

[pavel2000]

Для того, чтобы делать что-то, надо хотя бы минимально знать теорию.
Чтобы делать что-то "на 1КВт - надо знать, как работают устройства меньшей мощности.

Ну и надо понимать физику процессов....
А программирование временно надо забыть.

убери свой процессор нафиг, возьми обычный "Current-mode PWM-controller", типа UC384х.

А то слова "косой полумост" знаем, а "датчик тока" / "обратная связь" - нет.

Вот и получается вопрос - как это отслеживать, если не по току первичной епи?

Если по току первичной цепи будешь отслеживать - тебе по рукам кто-то бить будет?

[adamantan]

[uquote="Фунтик",url="/forum/viewtopic.php?p=4232601#p4232601"]

Логика моих рассуждений следующая:

согласно этой логике для одиночного импульса (т.е. частоты, приближающейся к 0) индуктивное сопротивление отсутствует. Но это же не так? Нас же интересует не общее сопротивление цепи, а сопротивление индуктивности конкретному, в данный момент времени нарастанию тока. Именно вот этого, конкретного, в этом конкретном одиночном импульсе. То, эти импульсы потом будут повторяться - да пёс с ним, неизвестно это индуктивности. Вот транзистор открылся, пошёл рост тока. К 29кГц он отношения не имеет. У вас ключевой режим. Небыло тока - старается стать максимальным. Если б не индуктивности - ток со скоростью света нарастает. А вот индуктивность нарастание тока тормозит. Потом транзистор закрылся - идёт спад тока, тоже индуктивностью определяется. Но индуктивность же не знает, когда вы следующий импульс дадите? Как она может изменяться от частоты?

Как-то сумбурно, но может поймёте?[/uquote]

Да, да, я понял.... Ваши рассуждения моим не противоречат. Сопротивление первичной обмотки 0,3 Ом. И подключив постоянное питание мы получим ток 320/0,3 = 1066А Но как раз именно благодаря тому,что ток нарастает не мгновенно и существуют формулы расчета сопротивления индуктивности в зависимости от частоты XL=2*pi*F*L т.е. это работает для случая повторяющихся импульсов с определеной частотой..

Добавлено after 4 minutes 16 seconds:
[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4232613#p4232613"]Для того, чтобы делать что-то, надо хотя бы минимально знать теорию.
Чтобы делать что-то "на 1КВт - надо знать, как работают устройства меньшей мощности.

Ну и надо понимать физику процессов....
А программирование временно надо забыть.

убери свой процессор нафиг, возьми обычный "Current-mode PWM-controller", типа UC384х.

А то слова "косой полумост" знаем, а "датчик тока" / "обратная связь" - нет.

Вот и получается вопрос - как это отслеживать, если не по току первичной епи?

Если по току первичной цепи будешь отслеживать - тебе по рукам кто-то бить будет?[/uquote]

Если я заменю процессор с аппаратным PWM на UC384х, то что это изменит?
В качестве датчика тока уменя применяется IR25750, ток смотрю по падению напряжения на ключе. он же дает сигнал на отключение драйверу ключей IR2110. По сути это и есть обратная связь.
можно конкретизировать по поводу обратной связи - как в данном случае лучше всего ее организовать, приняв во внимание, что во вторичной цепи киловольты?

[Starichok51]

adamantan, тебе не зря намекнули про одиночный импульс, но ты так ничего и не понял.
а при подключении "постоянного питания" работает совсем другая формула, и о реактивном сопротивлении индуктивности следует просто забыть.

[electroget]

[uquote="adamantan",url="/forum/viewtopic.php?p=4232609#p4232609"]Но тут дело даже не в этом. Если в любой трансформатор без нагрузки подавать напряжение, то сердечник пересытиться. Вот и получается вопрос - как это отслеживать, если не по току первичной епи?[/uquote]
Без нагрузки, если подавать в первичку импульсы с 1% заполнения, ток должен быть почти никаким. Поэтому, вопрос по материалу сердечника остаётся не закрытым. Второе. Ток нужно конечно же отслеживать в первичной цепи. Только делать это для начала лучше самым простым и понятным способом, токовым трансформатором:

[pavel2000]

>Если я заменю процессор с аппаратным PWM на UC384х, то что это изменит?

Почитайте даташит на UC и сравните с вашим алгоритмом управления. Изменится всё.

>В качестве датчика тока уменя применяется IR25750, ток смотрю по падению напряжения на ключе. он же дает сигнал на отключение драйверу ключей IR2110. По сути это и есть обратная связь.

Это не обратная связь. Это уже ближе к термину "аварийная защита".

>можно конкретизировать по поводу обратной связи - как в данном случае лучше всего ее организовать, приняв во внимание, что во вторичной цепи киловольты?

А кто вас там знает, как её организовать - я вот схему вторичной цепи не вижу от слова "совсем".
Но... есть такой термин "косвенная стабилизация", вдруг поможет.

[adamantan]

Я не против обучения и стараюсь всегда изучать что то. Но вот не всегда удается в каком то вопросе разобраться самостоятельно.
Постоянное питание - это просто такой "пролонгированный" вариант одиночного импульса. Я и рассчитал максимальный ток, который в этом случае можно получить. Около 1000А
В случае импульса напряжение возрастает не скачком. И теоретически ток при этом способен превысить возможности отвода тепла дорожек печатной платы )) Если я правильно понял, то речь идет про эту вероятность.
Если я все правильно понял, и положим, что причина неудачи в этом, то как же тогда при проектировании рассчитывать ток первичной обмотки без проведения экспериментов?
Не все программы для расчетов трансформаторов позволяют вводить напряжения выше 5000В ))) Да и интереснее самому все расчитать...
Вот положим есть методика расчета: https://fresh-web-studio.github.io/arte ... r.html#117
Для моего случая формула расчета максимального тока первичной цепи выглядит так: (см вложение)
Дросселя выходного у меня нет, с первым слагаемым все понятно. А вот во втором слагаемом мы видим ту самую зависимость сопротивления от частоты, про которую я говорил. И других формул расчета я не встречал, есть отличия, но суть примерно такая же. Может есть другие методики? Был бы конечно признателен за ссылку...

[charchyard]

то что это изменит?

это не зависнет никогда

ток смотрю по падению напряжения на ключе

падёж зависит от температуры. при 100С он уже *2

применяется IR25750

быстродействия ейного хватит?
а где картинки сигналлов та? а то клоунадой отдаёт слегонца

[vertigo]

Так если во вторичке < 5 киловольт, может быть пробивает изоляцию провода, со всеми вытекающими последствиями?

[pavel2000]

Берем школьный курс физики, ищем формулу индуктивности, которая с "dI/dT".
Берем шим контроллер. У него есть параметр "частота", но есть еще и параметр "максимальная скважность".
Совместно эти два параметра дают значение "максимальная длительность единичного импульса".
Вместе с значением "напряжение питания" это значение дает "максимальное значение dI".

Именно это и видно "во второй части формулы", а не то, что вам "кажется".

Далее из физики процессов еще надо понимать, что сердечник "может и не размагнититься", а также понимать "почему это может произойти".

Если такого понимания нет, то надо его получать на устройствах с мощностью на два порядка меньшей, чем ваше.

---------

Далее комментировать что-то очень сложно, потому что понимание у автора как-то пока скорее отсутствует, чем присутствует.
Аргументы к этому мнению:
- комментарий с фразой "Как-то сумбурно, но может поймёте?" - не понят должным образом.

- "пролонгированный" вариант одиночного импульса. Я и рассчитал максимальный ток, который в этом случае можно получить. Около 1000А
х-ня какая-то. Зачем нужен этот максимальный ток? Чтобы доказать, что устройство может металлизировать свой корпус материалом печатной платы и элементов схемы?

- "В случае импульса напряжение возрастает не скачком." - неверное мнение

- А вот во втором слагаемом мы видим ту самую зависимость сопротивления от частоты, про которую я говорил. И других формул расчета я не встречал

А я вот не вижу там зависимость сопротивления от частоты...

- И других формул расчета я не встречал, есть отличия, но суть примерно такая же.

Суть формул понята неверно.

[vlasovzloy]

А зачем чото выдумывать. Есть готовые тдксы от старых телеков. Генератор на 16 килогерц или на 100 герцовые 32 килогерца и вот оно готовое устройство

[Фунтик]

А я вот не вижу там зависимость сопротивления от частоты...

там есть буква F - это частота. Только топик стартер не поймёт никак, что не частота повторения импульсов в данном случае важна, а частота сигнала, который фронт импульса. Который на осциллографе как вертикальная палочка выглядит. Вот именно его частота важна (а поскольку выглядит вертикально - значит величина огромна). И именно от этой частоты индуктивностть сопротивляется нарастанию тока. О частоте повторения импульсов индуктивность не догадывается.

И да, напряжение на индуктивности вырастает сразу, это ток потихоньку разгоняется.

[pavel2000]

(рукалицо).

[adamantan]

[uquote="charchyard",url="/forum/viewtopic.php?p=4232655#p4232655"]а где картинки сигналлов та?[/uquote]

Вы считате, что мне заняться нечем? С индуктивной нагрузкой картинок нет, там в начале будет небольшой всплеск сигнала. Сейчас на плате дорожга перегорела. Просто восстановить и опять включить - опять сгорит, думаю что случилось и что поменять.. Фото сигнала во вложении. Ничего сверхестественного

Добавлено after 17 minutes 12 seconds:
[uquote="Фунтик",url="/forum/viewtopic.php?p=4232673#p4232673"]не частота повторения импульсов в данном случае важна, а частота сигнала, который фронт импульса.[/uquote]
Так подождите! Действительно не догоняю, признаюсь в этом. Вот у меня есть картинка сигналов на выходе ключа. Я ее постом выше разместил. Частота повторения фронтов импульсов у меня всегда одна и та же, т.е. импульсы начинаются строго через одинаковый промежуток времени, но изменяется их длительность. Несколько раз прочитал ваше сообщение - вы говорите, что важна частота фронта импульса и эта частота не имеет ничего общего с частотой импульсов... как так? разве фронт импульса это не начало импульса?
Зы: по поводу нарастания напряжения и тока на индуктивности - да тут я согласен, конечно все так.

Добавлено after 7 minutes 27 seconds:
[uquote="pavel2000",url="/forum/viewtopic.php?p=4232661#p4232661"]Берем школьный курс физики.[/uquote]

Я с вами согласен. Вторая часть формулы именно это и показывает. И расчетный ток у меня получился около 5А на частоте 29кГц. со скважностью 0,5
Но от чайника 1,5кВт дорожки не выгорают, а от рассчитанной индуктивности выгорают )))) Положим, я не верно произвел расчеты первичной обмотки и ток значительно превышен. Хорошо, был бы признателен за ссылку или направление где искать правильные расчеты. Я несколько книг прочитал, тут привел ссылку того, что быстрее нашел для примера. Разве эта формула не верна?