Ich plane, ein Netzteil mit mehreren Ausgängen zu bauen, das Ausgangsspannungen zwischen 0 - 30 V und Ströme unter 5 A zulässt. Die Idee ist, dass ich eine Reihe von 30-V-5,3-A-Leistungsbausteinen kaufe (unbekannt, ob sie einen schwebenden Ausgang haben oder negative Masse) und einen einstellbaren, isolierten Buck-Boost-Wandler (gesteuert von einem 7805-Mikrocontroller pro SMPS) und einen linearen, hocheffizienten Low-Dropout-Nachregler, um verbleibendes Schaltrauschen zu entfernen. Der Grund, warum ich mich für die Buck-Boost-Topologie entscheide, ist, dass Buck-Wandler einen gewissen Spannungsabfall aufweisen, sodass ein 30-V-Power-Brick nach dem zweiten selbstgebauten SMPS nur etwa 28 V und nach dem Linearregler 26 V erzeugen könnte, also brauche ich wirklich die Fähigkeit, Spannung zu stufen sowohl nach oben als auch nach unten. Auch Buck-Boost ermöglicht die Verwendung von 24-V-Eingangsleistungsblöcken als Eingang zur Not mit vollem 0-30-V-Ausgang, wenn sie über genügend Stromkapazität verfügen. Außerdem entscheide ich mich für den Bau isolierter SMPS-Stufen, da Buck-Boost-Wandler negative Masse in positive Masse umwandeln, was am Ausgang seltsam wäre, und ich möchte die Möglichkeit haben, jeden 24-30-V-Strombaustein zu verwenden, der geerdet ist (positiv oder negativ). oder nicht, und haben die völlige Freiheit, Ausgänge auf beliebige Weise in Reihe zu schalten, um beispielsweise eine zweiseitige Stromversorgung zu schaffen.
Ich versuche, einen geeigneten Ringkern-Hochfrequenz-Leistungstransformator für meine Zwecke zu finden. Die Spezifikationen, die ich brauche, sind:
Ich denke, diese Spezifikationen sind ziemlich seltsam. Die meisten Leistungstransformatoren haben 120-230 V am Eingang und eine viel niedrigere Spannung am Ausgang (aber ich möchte sichere Power-Bricks verwenden, anstatt Geräte zu bauen, die direkt zwischen 120-230 V arbeiten). Einige sind auch nur für Frequenzen von 50-60 Hz vorgesehen. Auch die meisten Induktoren sind nur Induktoren mit nur einer einzigen Wicklung.
Das Beste, was ich finden konnte, ist eine toroidale Gleichtakt-Netzdrossel. Spezifikationen hier . Das erscheint vielversprechend, weil die Induktivität von 1 mH bei 10 kHz gemessen wird (allerdings nur bei 0,1 mA), der Gleichstromwiderstand sehr gering ist und der Nennstrom 7 Ampere beträgt. Außerdem hat er auf beiden Wicklungen die gleiche Windungszahl.
Dies scheint jedoch kein Induktor zu sein, der speziell für meine Anwendungen bestimmt ist. Ich mache mir Sorgen um die folgenden Eigenschaften:
Sieht es so aus, als könnte diese Drossel als isolierte Zweiwicklungsinduktivität in einem Abwärts-Aufwärts-Wandler verwendet werden, der zwischen 20 und 100 kHz läuft?
Wenn nicht, wie finde oder baue ich eine geeignete Zweiwicklungsdrossel / 1:1-Transformator?
Die Schaltung ist im Wesentlichen die gleiche wie die Schaltung hier: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Buckboost_conventions.svg
...aber mit der Ausnahme, dass die Induktivität durch einen 1:1-Transformator ersetzt wird und die linke Seite des Stromkreises mit der Primärwicklung verbunden ist und die rechte Seite des Stromkreises mit der Sekundärwicklung verbunden ist.
Ich kann sehen, dass es verlockend ist, eine EMV-Gleichtaktdrossel zu verwenden. Ich würde es nicht tun, weil die DC-Nennleistung der Drossel aufgrund der Kernsättigung sehr niedrig ist und der Ferrit oft verlustbehafteter ist, was gut für die EMV ist, aber nicht als Hauptinduktivität eines SMPS. Auch die Gleichtakt-EMV-Drosseln haben eine erhebliche Streuinduktivität, die bei hart geschalteten Topologien im Allgemeinen unerwünscht ist.
Hm, das würde wohl funktionieren. Die Nachteile, auf die Sie bei CMCs achten sollten, sind:
Die Zeichnung ist wahrscheinlich genau, was die Anzahl der Umdrehungen betrifft. Also, fünf dreht sich um, was auch immer das für ein Kern ist. Es ist wahrscheinlich ein VAC-Teil, Sie können in ihrem Katalog nach einem Kern suchen, der passen würde - wahrscheinlich VITROPERM 400 bis 800 - leider geben sie keine Kernabmessungen an, sondern nur Außenabmessungen nach dem Wickeln, also ist es eine Vermutung.
Sie geben CM- und DM-Impedanz (als Funktion der Dämpfung an 100 Ohm), was auf LL ~ 0,93 µH hindeutet. Beachten Sie, dass diese Kerne letztendlich aus laminiertem Metall bestehen und daher einen Skin-Effekt aufweisen: Der Bereich <30 kHz ist induktivitätsdominant; aber 30k-10M, Skin-Effekt übernimmt, R ~ = X, und die Impedanz steigt allmählicher an (Z ~ sqrt (F)). Daher haben sie in diesem Bereich tendenziell hohe Verluste - dennoch ist die Gesamtimpedanz ziemlich hoch, sie könnte einfach niedrig genug sein, um es nicht zu stören.
Auf der anderen Seite gibt es sehr wenig Hystereseverlust, um den Sie sich Sorgen machen müssen; Der Verlust hier oben ist im Wesentlichen ein linearer Prozess, Wirbelströme in den feinen Schichten - also können Sie Verluste aus dem Impedanzdiagramm berechnen. Etwas umständlich, aber repräsentativ.
Die untere Frequenzgrenze wird durch die zulässige maximale Flussdichte und den akzeptablen Kernverlust bestimmt. Beachten Sie, dass es für eine gegebene angelegte Spannung besser ist, mit einer höheren Frequenz zu laufen, um einen geringeren Kernverlust zu erzielen, da Z ~ sqrt (F) im Skin-Effekt-Bereich ist. Niedrige Frequenzen können zu verlustreich werden. Sie können aber auch nicht zu hoch laufen, da LL dominieren wird (es sei denn, Sie wechseln zu einer Resonanztopologie, um diese Induktivität zu nutzen). Wie auch immer, die Flussdichte für diese Materialien liegt bei etwa 1,2 T (schön und hoch: das Dreifache dessen, was Sie in einem Ferrit derselben Größe erhalten würden), aber für den Kernbereich müssen Sie ein Datenblatt finden und sehen.
Was den Draht betrifft, ist der Hauteffekt sicher ein Problem. Es ist Volldraht, es ist nur für Wechselstrom-Netzfrequenz vorgesehen, im Grunde Gleichstrom. Bei 10 s oder 100 s kHz wird es bei ähnlichen Strömen viel heißer. Beachten Sie, dass Sie in einer Halbwellentopologie nach 30 V 5 A DC fragen, sodass die Hälfte der Zeit kein Strom fließt und daher während des Einschaltimpulses 10 A fließen müssen. Aufgrund der Stromrampe entsteht aufgrund von Reiheninduktivitäten ein zusätzlicher Spitzenstrom.
Was die Topologie betrifft - wie von anderen erwähnt, ist "isolierter Buck-Boost" (auch bekannt als Flyback mit einem High-Side-Primärschalter) einfach völlig out. Die Verlustdiskussion sollte bereits Hinweis genug sein, dass dies unmöglich ist. Die Permeabilität dieser Kerne ist extrem hoch, ergibt einen Sättigungsstrom von 10 mA (wahrscheinlich 50-100 für diesen Kern) und speichert im Wesentlichen keine Energie.
Sie benötigen einen Durchflusswandler, vorzugsweise eine Vollbrückentopologie. (Push-Pull ist aus, ohne weitere Wicklungen hinzuzufügen; eine Halbbrücke würde zu einer halben Ausgangsspannung führen. Ebenso benötigen Sie einen Vollweg-Brückengleichrichter am Ausgang, was zusätzlichen Spannungsabfall kostet.) Solche Teile könnten immer noch auf diese Weise verwendet werden - Auch hier ist LL ein Problem und begrenzt wahrscheinlich die maximale Ausgangsleistung für Rechteckwellenwandler wie diesen. (1 uH bei 30 kHz ist 0,19 Ω oder 1 V Abfall bei 5 A, also scheint es immer noch machbar zu sein.)
Wenn Sie bereit sind, Ihre eigenen Transformatoren zu wickeln, ziehen Sie eine Twisted-Pair-Konstruktion in Betracht (reduziert die Streuinduktivität; sie kann weiter reduziert werden, indem bessere Paare wie Sternvierer oder mehrere Paare parallel verwendet werden). Ferrit-Toroide sind bei den üblichen Händlern leicht erhältlich, und Teile mit mu ~ 2000 sind typisch für die Leistungsumwandlung.
Abbildung maximale Flussdichte von nahe der Sättigung ist akzeptabel bei den niedrigsten Frequenzen (niedrige 10 s kHz), sagen wir Bmax = 0,3 T. Bmax fällt mit der Frequenz ab, sagen wir, 0,2 T sollte bei 100 kHz immer noch in Ordnung sein und vielleicht 0,1 T bei 300 kHz usw. (Über vielleicht 200 kHz sollten Sie nach Typen mit geringerem Verlust suchen; bei niedrigeren Frequenzen reicht jeder generische Leistungsferrit aus .) Die Flussdichte sagt Ihnen, wie viel Fluss Sie pro Querschnitt (Ae) pro Windung erhalten. Fluss ist einfach Spannung, die für einige Zeit angelegt wird. Verwenden:
Und dann können Sie natürlich nur so viele Windungen von so viel Draht auf einen Kern bekommen; 16 oder 18 AWG (oder regionale Äquivalente dazu) sollten ausreichen, vorzugsweise mehrdrähtig (Litze), um mit dem Wechselstrom fertig zu werden; Sie benötigen genügend Wickelfläche (Aw), um den gesamten Draht aufzunehmen. (Vergessen Sie nicht, zweimal zu zählen, da Primär- und Sekundärkreis gleiche und entgegengesetzte Ströme führen!)
Wenn Sie auf Flyback setzen, brauchen Sie einen Kern mit Lücken. Es wird ein Ferritspulen-Induktor oder Ferritformen (z. B. ETD) mit großzügigem Luftspalt/Unterlegscheiben empfohlen. Ringkerne aus pulverisiertem Eisen sind größtenteils zu verlustbehaftet für Flyback. (Sie können Flyback mit tiefem CCM ausführen (Ripple-Anteil beispielsweise < 20 %), aber die Steuerung ist schwieriger, da Controller im Spitzenstrommodus (primärseitige Erfassung) wie UC3842 ungeeignet sind.)
Andi aka
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