Offline-Flyback-DC/DC-Wandler mit NE555, funktioniert in LTSpice, funktioniert er in einer realen Anwendung?

Ich bin derzeit ein Anfänger und lerne EE. Ich habe mit Niederspannungs-DC-DC-Wandlern experimentiert. Jetzt möchte ich einen Offline-DC-DC-Wandler bauen, der direkt vom Wechselstromnetz betrieben wird.

Der Schaltplan funktioniert sehr gut in der Simulation, aber da dieser Konverter seinen Strom direkt aus dem Wechselstromnetz bezieht, hätte ich gerne etwas Input von erfahrenen Benutzern / Fachleuten, bevor ich dieses Ding baue und es in einem realen Szenario teste.

Diese NE555-Schaltung ist nur ein Lernwerkzeug. Das Ziel war, ein Projekt zu übernehmen, das weit über den Rahmen meines Wissens hinausging, und ich beschloss, ein SMPS mit einfachen Oszillatoren zu bauen und alle Hilfsschaltungen um sie herum zu entwerfen.

Ich bin mir der Existenz bewusst und habe viele verschiedene SMPS-Steuer-ICs.

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Ich nahm die gesamte Schaltung auseinander und ordnete sie ein wenig um. Mir wurde klar, dass der Transformator für die maximale Spannung gewickelt werden muss, damit PFC wirklich funktioniert, also betreibe ich den Aufwärtswandler von einem Vorregler, und sobald der verstärkte Ausgang 360 VDC erreicht, startet er die Rücklaufschaltung. Sobald der geregelte Ausgang des Flyback 14,8 V erreicht, schaltet er den Vorregler ab. Alles geschieht innerhalb einer halben Sekunde oder so.

Wird der Vorregler explodieren? Ich weiß, dass ich bis zu 170 VDC überleben werde. Ich habe diese ausprobiert (werden nach ein paar Minuten sehr heiß, versorgen aber einen NE555 und ein paar Transistoren mit Strom), aber bei 340 VDC? Ich weiß, dass der Sprung von 340 auf 360 nicht länger als 60 ms dauern wird, könnte sicher sein, aber was denkt ihr?

Hier sind die neuesten Überarbeitungen

Schematic First ist sowohl die Aufwärtswandler- als auch die Transformatorwellenformen ohne Stromspuren. Der zweite ist der Aufwärtswandler nur mit Stromspur. Drittens ist Transformator nur mit StromspurMehr organisiert Ausgänge

Ich bin ein erfahrener EE, ich entwerfe Schaltungen für meinen Lebensunterhalt. Niederspannungsschaltkreise , einschließlich DCDC-Wandler. Könnte ich einen netzbetriebenen DCDC-Wandler entwerfen? Wahrscheinlich. Würde ich es tun? Nö. Warum nicht ? Denn es wird nichts bringen im Vergleich zu einem Modul von der Stange. Außerdem gibt es viele praktische Probleme, darunter das Risiko eines Stromschlags. Auch Ihre Schaltung sieht zu kompliziert aus. Warum den 555 verwenden? Dafür gibt es spezielle ICs.
Es gibt einen Unterschied, ob etwas in einem Simulator oder in der realen Welt funktioniert. Zum Beispiel explodieren die Dinge im Simulator nicht. Ich sehe dort einen Transformator, aber er dient nicht der Isolierung ? Oh, Sie schalten die Hochspannung direkt auf Niederspannung um. Hmm, alle anderen verwenden dafür einen Transformator (Sperrwandler). Können Sie erraten, warum . Es gibt 2 wichtige Gründe. Warum haben Sie eine andere Topologie gewählt? Selbst wenn es funktionieren würde, würde ich Ihren Konverter nicht zum Aufladen meines Telefons verwenden. Können Sie sich vorstellen, warum ?
Ich habe den Transformator zur Isolierung hinzugefügt. Die einzige nicht isolierte Verbindung geht durch einen 100K-Widerstand, um den Kondensator aufzuladen, so dass er, sobald er eine Ladung von 12 V erreicht hat, zum NE555 abfällt, der den Transformator startet und die Schaltung über den Transformator weiter mit Strom versorgt. Dieser Transformator dient nur dazu, die primären Chips mit Strom zu versorgen, ich würde ihn auch nicht zum Aufladen eines Telefons verwenden. Ich habe die NE555 und OpAmp verwendet, weil ich nicht die Modelle für die SMPS-Controller-Chips habe, die ich habe.
Ich schlage vor, dass Sie studieren, wie die Netzversorgung aufgebaut ist, da Ihre überall dieselbe Masse verwendet und Ihre Masse über den Brückengleichrichter auf das Netz bezogen ist. Ihr Design ist also nicht isoliert. Wenn dies der Fall wäre, könnten Sie eine Linie zwischen Eingang und Ausgang ziehen, ohne Verbindungen zu kreuzen. Normalerweise geht diese Leitung durch den Transformator, den Optokoppler (für die Rückkopplung) und einen Y-Kondensator. Trotz allem, was Sie sagen, ist dieser Stromkreis nicht isoliert.
Falls Sie vorhaben, YouTube-Videos über Ihre Schaltungen zu erstellen: tun Sie dies als Live-Show. Tote können nichts hochladen.
@FakeMoustache Ich bin neugierig, wo die Fehler in meiner Schaltung sind? Ich weiß, dass sich die Dinge in der Simulation anders entwickeln als in der realen Welt (ich habe einige Komponenten in die Luft gesprengt), weshalb ich die Frage stelle.
Alles in allem: Als theoretische Übung, um den Umgang mit einem Simulator zu lernen, ist dieses Design OK. Aber ich würde es aufstrebenden Designern von DCDC-Wandlern nicht als Beispiel zeigen. Und ich würde es nicht bauen.
Es ist nicht so, dass es "einige Fehler" in Ihrer Schaltung gibt, die Sie "beheben" können, und alles wird gut. Sie müssen einen Schritt zurücktreten, sich ansehen, wie kommerzielle Netzteile aufgebaut sind (verwenden Sie die Google-Bildsuche für "Sperrwandlerschaltung") und versuchen zu verstehen, was für Sicherheit und Isolierung getan wird und warum dies getan wird. Eine weitere gute Quelle sind EEVBlog und Bigclive auf Youtube, sie nehmen Netzteile auseinander und kommentieren das Design und die Implementierung.
Oh, gerade gefunden: micro.rohm.com/en/techweb/knowledge/acdc/acdc_pwm/acdc_pwm01/… Es könnte Ihnen helfen, das Wie und Was über Isolation usw. zu lernen. Soweit ich weiß, hat Linear Technology einige Modelle für sie Leistungswandler-ICs und Sie können diese in LTSpice simulieren.
@FakeMoustache Ich habe nach kommerziellen Flyback-Versorgungen gesucht, vielleicht habe ich etwas verpasst, aber ich dachte, die Steuerchips wären mit dem Hauptgleichrichter geerdet. Ich hatte vor, dem gleichgerichteten Ausgang des zweiten Transformators, den ich der Schaltung hinzufügen möchte, eine galvanische Trennung hinzuzufügen, die die Last tatsächlich mit Strom versorgt.
Die Steuerchips wurden mit dem Hauptgleichrichter geerdet und sind es. Beachten Sie aber, dass "Ground" nur der Massebezug der Primärseite ist, er ist nicht mit der Netzerde verbunden (Netz muss von Erde isoliert bleiben!), aber auch nicht (direkt) mit der Ausgangsmasse verbunden. Die Ausgangsmasse kann mit der Netzerde verbunden werden, wenn möglich würde ich das sogar empfehlen, da es den Ausgang berührungssicher macht. Es gibt mehr als eine Erdung und sie sollten nicht verbunden werden!
Schauen Sie sich das an: micro.rohm.com/en/techweb/upload/2016/04/… und beachten Sie, wie die Erdungen wirklich getrennt sind, mit Ausnahme des X-bewerteten Kondensators C10 (normalerweise 1 nF).
@FakeMoustache Oh, ich weiß, die Erde ist ein ganz anderer Bezugspunkt. Diese Schaltung dient NUR zur Versorgung der Primärseite. Ich weiß, dass ich den Lasttransformator am Chassis erden, den Netzeingang für Schaltgeräusche filtern, Kappen hinzufügen usw. Ich habe es einfach gehalten, denn wenn ich den SG3525 hinzufüge, verlangsamt er die Simulation fast bis zum Stillstand, also tue ich es nicht ' Ich komme nicht einmal dazu, den High/Low-Side-Treiber zu testen.
@FakeMoustache Besser?
@PlasmaHH, ja, und ich berühre auch gerne live exponierte 120vRMS-Netzleitungen mit meinen bloßen nassen (ein wenig Salz hilft) Händen! Besonders Live in meiner rechten Hand, Neutral in meiner linken, während ich barfuß auf PE stehe! Es ist ziemlich die Erfahrung! Ich mag es wirklich bei hohen Frequenzen für diesen Peeling-Effekt! Wer braucht Laser-Hautbehandlungen, wenn Sie einen Hauteffekt haben, richtig?
@user14828 Vielleicht möchten Sie dies überprüfen, wenn Sie Solver-Probleme haben ltwiki.org/index.php5?title=Convergence_problems%3F (falls Sie es noch nicht gesehen haben)
@laptop2d Danke dafür, ich hatte nicht einmal bemerkt, dass ich Konvergenzprobleme hatte. Ich bin neu bei EE und seit ich das letzte Nacht gelesen habe, habe ich das Design des Signalclippers für den Softstart erheblich verbessert.
Es gibt zwei Löser für LTspice, einer funktioniert besser für DC-zu-DC-Anwendungen
@laptop2d Ich weiß nicht, was die Löser sind, kannst du das erklären? Ich bin noch kein Ingenieur. Ich bin Programmierer. Ich habe diese Schaltungen logisch zusammengefügt. Wissen Sie, eine Schaltung ist wie ein Programm, der Strom hat seinen Ursprung und sein Ende wie ein Code. Jede Komponente ist eine Funktion. Auf der einfachsten Ebene ist ein UND-Gatter wie ein CMP auf 2 Bits. Ich weiß nur, wie man mit diesem Programm Wechselstromkreise baut. Ich habe neulich gelernt, wie man die Spurfarben ändert, lol.
@ user14828 Google LT-Gewürzlöser

Antworten (1)

Der NE555 ist meiner Meinung nach für ein solches Design völlig ungeeignet, da die Impulsbreite des ersten Impulses ausnahmslos viel länger ist als alle nachfolgenden Impulse. Dies liegt daran, dass der Timing-Kondensator zwischen 1/3 und 2/3 der Versorgung geladen und entladen wird ... außer beim ersten Laden, und Sie beginnen immer bei Nullladung des Kondensators. Der erste Impuls liegt also zwischen 0 und 2/3.
Dies macht einen Sanftanlauf fast unmöglich zu konstruieren und kann zu großen Anfangsströmen führen, da Sie nicht wissen, wann Sie im Wechselstromzyklus zum ersten Mal Kontakt herstellen.

Ich sehe hier keinen Versuch, den Versorgungsnulldurchgang zum Anlaufen zu bringen, und Ihr (ich nehme an, ein Versuch) beim Sanftanlauf sieht ziemlich fehlerhaft aus. Insbesondere die Ansteuerung von Q1, Q7 und die Tatsache, dass der C8-Ladungsabzug nicht AC-synchronisiert ist.
Der erste Impuls von U1 wird viel länger sein, da die Rampe an C5 die Zielspannung von C6 kontinuierlich erhöht und die Komplikationen mit genau der Spannung, die sie erreichen wird. Wenn sich Ihr Ladungsabzug (Q1 / Q2) einschaltet, wird C8 durch Q1 / Q2 unkontrolliert entladen, was Sie meiner Meinung nach nicht beabsichtigt haben.

Wenn ich dies testen würde, würde ich einen Transformator als Isolierung verwenden und mit vielleicht einem 50-V-RMS-Ausgang beginnen.

Zusätzliche Kommentare 4/22 Schaltung:

  1. Herunterfahren vor Reg. Überstrombasisantrieb von Q31 treibt Q30 an. Benötigen Sie einen Basiswiderstand.
  2. Vorregler. Benötigen Sie wirklich eine Kapazität von 9900 uF?
    Benötigen Sie einen 270-Ohm-Widerstand zwischen C9 und Q3-Kollektor-Pulldown, um den Q3-Strom zu senken, der C9 entlädt.
  3. Nullstelle. Brauchen Sie Pre_Charge wirklich, da es von Pre_Supply abgeleitet ist?
  4. PFC-Startup-Controller und Flyback-Startup-Controller. Basiswiderstand in Q2/4 erforderlich. Beachten Sie, dass beim Einschalten des Latch der Basisstrom nur durch Q18/20 Beta begrenzt ist.
  5. PFC-Softstart und Transformator-Softstart. Das Klemmen von U2_out und U4_out scheint fehlerhaft zu sein. Sie versuchen, die Amplitude des Signals niedrig zu halten, jedoch mit unzureichender Strombegrenzung.
  6. Positiver Spannungsregler. Wenn ich richtig gelesen habe, beträgt Pre_Charge etwa 17-18 V, sodass Positive_Voltage nicht eingeschaltet wird. Die Spannung für die beiden BEs, 3 Dioden und einen Zener beträgt etwa 20 V, aber wenn die Versorgung über 20 V geht, gibt es einen unkontrollierten Strompfad. Vielleicht könnten Sie eine Diode entfernen und durch einen Widerstand ersetzen und trotzdem den richtigen Betrieb erhalten.
Okay, ich bin froh, dass Sie den Ladungsabfall erwähnt haben, denn die Steuerchips sind nicht wirklich mein Problem. Ich habe SG3225s, FAN4800s, Hi/Low-Side-MOSFET-Treiber usw., die ich beim Design eines Netzteils verwenden würde, das einen anderen Zweck als Experimente hat. Der Zweck dieses Experiments ist der Charge Dump. Ich habe versucht, eine niederspannungsgeregelte Versorgung für die Primärseite eines Offline-DC-DC-Wandlers herzustellen. Es war für mich sinnvoll, C8 durch R2 zu speisen. Sobald die Ladung von C8 12 V überschreitet, führt dies dazu, dass D7 in die entgegengesetzte Richtung leitet, Strom an die Basis von Q2 anlegt und den herunterzieht
..Basis von Q1, Entladen der gesamten Ladung von C8 in die NE555-Treiberschaltung (D16 verhindert Rückkopplung in D7), die mit dem Schalten von M1 beginnt, L3 auflädt, Strom in L1 induziert und die Treiberschaltung speist. Es gab keinen Versuch eines sanften Starts (wusste nicht, dass ich das in einem Flyback brauchte, wenn ich es tue, stehe ich korrigiert). Ich dachte wirklich nicht, dass der längere erste Impuls ein Problem sein würde, weil ich gelesen habe, dass die tatsächlichen Steuerchips die Einschaltdauer variieren, und wenn Sie sich die Werte von R14 und R15 ansehen, schaltet der NE555 mit einer ziemlich niedrigen Einschaltdauer Zyklus. Ich bin sehr neu bei EE, also bin ich mir sicher, dass es Fehler gibt.
Die Wellenformen sehen aber gut aus. Die Spitzenspannung zwischen L3 und M1 liegt bei> 200 V über der Versorgung, die in der Spitze 595 V beträgt (ich habe 800-V-MOSFETS). Aber korrigieren Sie mich, wo ich falsch liege. Ich habe nur diese eine Simulation gemacht.
Ich habe Änderungen an der Schaltung vorgenommen, findest du sie besser? Ich glaube, ich habe einen sanften Start hinzugefügt.
Ihr Ladungsabzug Q1 / Q2 scheint jetzt besser zu funktionieren, obwohl ich sagen muss, dass die Verwendung von Zenern, die direkt eine Transistorbasis speisen, es sehr schwierig macht, Einschaltspannungen mit irgendeiner Genauigkeit vorherzusagen.
Vielen Dank, Sie waren sehr hilfreich. Ich habe den Schaltplan tatsächlich weiter modifiziert, wo ich einen allmählicheren Start des Transformators erhalte und den Ipeak auf> 7 A verringere, aber die Boost-Schaltung 50 A überschreitet, was meiner Meinung nach nicht gut ist. Wie würden Sie mit dem Transistor-Timing umgehen? Spannungsteiler?
Der Boost-Stoß könnte durch Reduzieren der BR-Ausgangskapazität und eines PTC-Widerstands gesteuert werden, denke ich, obwohl es schön wäre, stattdessen etwas Logik im Spiel zu haben. Für den Ladungsabzug, was Sie wirklich wollen, ist wieder Logik. ... (Wenn V> 16 V und ZeroCrossing = True, dann Triggerschalter) ..... Dadurch würden Ihre FET-Schaltertrigger beim Start auf eine niedrige Spannung am Ausgang des BR ausgerichtet.
Ich habe einige Änderungen an meinem Schaltplan vorgenommen. Selbst wenn ich bei Nulldurchgang starte, bekomme ich, wenn ich ohne eine Art allmähliche Erhöhung starte, böse Spitzen in M2 und das ohne Last, außer dem kleinen Transformator, der alles betreibt. Ich habe einige Hochleistungs-FCH072N60 (und noch bessere), die mit 52 A kontinuierlich und 156 A gepulst umgehen können, aber gibt es keine Möglichkeit, den Spannungsanstieg an den Gates besser zu timen als auf meine Weise? Funktioniert das überhaupt in der Realität?
Ich habe weitere Änderungen an meiner Schaltung vorgenommen (oben gepostet), ich kann nicht sagen, dass das Starten bei Nulldurchgang zu viel bewirkt hat, aber der sanfte Start war das Ticket, um die Ströme niedrig zu halten. Ich fand es nicht schwierig, einen sanften Start zu konstruieren, aber ein perfekt linearer Start war eine ziemliche Einschränkung, aber das kann an meinem Wissensstand liegen. Ich schätze Ihren Beitrag. Ich habe viel daraus gelernt, danke. Allerdings stimme ich zum jetzigen Zeitpunkt nicht zu, dass der NE555 für ein solches Design völlig ungeeignet ist, solange die notwendige Hilfsschaltung in das Design integriert wird.
Sie haben bedeutende Änderungen vorgenommen und Ihr Design insgesamt sicherlich verbessert. Freut mich, dass ich irgendwie helfen konnte. Ich denke immer noch, dass die Verwendung des 555 zu einigen seltsamen Designelementen geführt hat, insbesondere zum Beispiel mit Niedrigstrom-Basisschutz. Ich bin überrascht, dass die Nulldurchgangsausrichtung nicht dazu beigetragen hat, die Anlaufströme besser zu kontrollieren. Ich bin erstaunt, wie gut die Wellenform-Simulationen geworden sind.
ZeroCrossing hat die Stromspitzen im Boost-Schaltkreis je nach Last um 20 bis 50 A (allerdings immer noch zu hoch) reduziert. Insgesamt hatten Sie also Recht mit dem Start bei ZeroCrossing, aber ich habe den Effekt wirklich im Transformator gesehen. Ich habe gelernt, die PWM mit dem invertierten Wechselstromimpuls zu steuern, was in Zukunft sehr nützlich sein wird. Sie haben mir auch beigebracht, dass das Ansteuern von Transistorbasen vom hinteren Ende eines Zeners keine großartige Idee war (jetzt finde ich es lächerlich, lol), also haben Sie VIEL mehr geholfen, als Sie denken. Also denkst du, dass es im wirklichen Leben funktionieren wird? Ich traue meinem Softstart irgendwie nicht.
Weißt du, ich habe gerade gemerkt, dass du meine Frage mehr als beantwortet hast. Wenn die Wellenformen gut aussehen, sollten sie gut sein.
Viel Glück damit. Angesichts der Einschränkung, den 555 zu verwenden, haben Sie tatsächlich ein großartiges Design herausgebracht. Nicht viele hätten durchgehalten ... ich sicherlich nicht. Herzlichen Glückwunsch, dass Sie eine funktionierende Simulation für ein so komplexes Design erhalten haben.
Danke für das Kompliment (ich habe dein Profil gelesen, du kennst dich aus). Sie haben mir sicherlich die richtigen Informationen gegeben, die mich dorthin gebracht haben. Ich hoffe nur, dass es auch funktioniert, wenn ich es baue, lol.
Du hattest wieder Recht! Ich habe den Start geschärft, indem ich eine kleinere Kappe bei SUPPLY hinzugefügt habe und dann bei der Schwellenspannung des FETs (4,5 V) und BINGO geschaltet habe! Stromspitzen fielen um 6A (21A). Ich habe auch den zweiten Gegentaktverstärker entfernt, da er unnötig war, und einen kleinen Widerstand parallel zu einer Diode hinzugefügt. Ich bekomme eine viel bessere Leistung, ich werde ein Update posten, sobald ich mit der Verbesserung des Softstarts fertig bin.
Würden Sie sich bitte noch einmal den Schaltplan ansehen und mir Ihre Meinung mitteilen. Es sollte viel einfacher zu lesen sein, da ich es in Module aufgeteilt habe. Ich denke, ich hatte einen ziemlich guten Softstart, aber aus irgendeinem Grund, wenn ich versuche, den Transformator von einem Push-Pull-Verstärker anzutreiben und die Wellenform schwebt, als würde sie nicht richtig sinken, funktionierte es beim Boost, aber ich schnitt es ab Beides, um die Anzahl der Teile zu verringern, und TBH, die Wellenformen sehen ohne die Verstärker besser aus. Ich schwebe immer noch ein bisschen von 0 V (Transformator) ab, aber nicht genug, um den FET einzuschalten.
Ich habe die Basiswiderstände an Q2, Q4 und Q30 völlig vergessen, als ich sie überarbeitet habe. #3 Zero_Crossing erfordert ein direktes Abgreifen vom Vorregler oder es wird kein Zero_Crossing-Signal geben, um die Bedingungen des PFC-Starts zu erfüllen. #5 Die Soft-Start-Schaltung funktioniert hervorragend mit erhöhter Impedanz und einem Gegentaktverstärker für die PFC, aber es gibt ein Problem mit der Senkung des Transformator-Schaltsignals. Ich dachte mir, dass der Wave Clipper mit den Transistoren als Spannungsquelle Nr. 6 vorgespannt ist. Ich habe mir die Schaltung noch einmal angesehen und arbeite an Spannungsproblemen. Ich denke, die meisten sind an dieser Stelle ausgearbeitet. Danke, ich weiß das zu schätzen.
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