نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

با سلام و تشکر از توجهتان.بله اشتباه از من بود و اصلاح شد.

[B2]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

سلام استاد

در پسستهای قبل گفتیم ای سی های سوییچینگ مثل تی ال 494 یک حداکثر دیوتی سایکلی دارند که هیچ گاه 50 درصد نیست و اکثر انها در دیتا شیتشان 45 درصدی ذکر شده که تازه اگر درایور سوییجتان خیلی خوب باشد به دو سر سوییچ به سختی به 42 درصد برسد و باید کمتر از 45 درصد حساب شود ولی برای فهم اسان همان چیزی که در دیتا شیت ای سی گغته شده در نظر گرفتیم.

درسته استاد و فکر کنم این مربوط میشه به حداقل زمان مرده که برای 494 در حدود 3% میشه درسته؟
در واقع من میخواستم بدونم تو فرمول محاسبه تعداد دور اولیه زمان مرده هم باید حساب بشه؟و مقدار زمان مرده رو چطوری و با توجه به چه پارامترهایی باید حساب کرد؟
با تشکر

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

اگر دیتا شیت tl494 را نگاه کنید در قسمت زمان مرده کمترین مقدار دیوتی سایکل 45 درصد میباشد که بعد از خروج از ای سی و رفتن به مدار درایور و رسیدن به گیت سورس ماسفت یا سوییچ ها و بعد از ان روشن و خاموش شدن سوییچها در زمان Ton,Toff ومقدار 45 درصد کمتر هم میشود و گاهی اوقات تا 40 درصد هم میرسد.البته این بستگی به کارخانه سازنده ای سی دارد و نوع درایور.و این مقادیر در طراحی باید در نظر گرفته شود.بعد از ان افت ولتاژ سوییچها میباشد که ان نیز باید در نظر گرفته شود و از حداقل ولتاژ کسر شود-برای ماسفت 5 ولت-برای ای جی بی تی 3 ولت-برای ترانزیستور 1.5 ولت-که اینها را در نظر نگرفتیم.پس در فرمول از ولتاژ حداقل طراحی افت ولتاژ سوییچها باید کسر شود -حداکثر زمان روشن بودن سوییچ نیز باید تاخیر در درایور-تاخیر در زمان سوییچینگ با هم چمع شده و از کمترین دیوتی سایکل ای سی کسر شود که مورد اخری 43بدترین حالت برای کمترین دیوتی سایکل 43 درصد میباشد ولی در توپولوپزیهای دیگر مثل ZVS تا 38 درصد هم میرسد.در کل زمان مرده بر اساس پارامترهای سوییچ مورد استفاده-درایور-ای سی -محاسبه میشود.که اگر در نظر گرفته نشود مشکلی که پیش خواهد امد این است که منبع در حد اقل ولتاژ طراحی شده خروجی رگوله ای نخواهد داشت.مثلا اگر باید در 175 ولت ac خروجی 48 ولت بدهد و ما زمان مرده را حساب نکرده باشیم-خروجی 48 ولت را نخواهد داد و مثلا در 185 ولت 8 ولت را میدهد و کمتر از ان خیر.حالا شاید بگویید خوب چه ایرادی دارد؟جواب این است که در صنعت ولتاژ ورودی دستگاهها از برق شهر تامین نمیشود بلکه از ژنراتور و توربین های ان مکان برق تولید میشود که دارای نوسان های زیادی میباشد.و منبع در ان مکانها به مشکل بر خواهد خورد.

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

حال میخواهیم راجع به انتخاب سوییچها بحث کنیم--در یک مدار سوییچینگ بدون مدار ضریب اصلاح قدرت معمولا راندمان بین حدود 75 تا 85 درصد میباشد که 85 برای توانهای پایین و 75 برای توانهای بالا .محاسبه راندمان خارج از حوصله این بحث میباشد و معمولا کسی انرا محاسبه نمیکند.زیرا به پارامترهای خیلی زیادی بستگی دارد.معمولا و در اکثر موارد اندازه گیری میشود.طریقه اندازه گیری نیز در بحث ما نیست فقط به همین مقدار بسنده میکنیم که برای توان مورد نظر ما راندمان حدود 80 دزصدقابل قبول است .اگر اندازه گیری شود هم خیلی تفاوت نخواهد داشت.حال میرویم به سراغ محاسبه حال میرویم به سراغ محاسبه جریان سوییچ. توان خروجی برابر است با 80 درصد توان ورودی یا Pout=0.8 x Pin ویا اگر اینطور بنویسیم Pin=1.25 x Pout توان ورودی برابر است با جریان پیک ضربدر حداقل ولتاژ ضربدر دیوتی سایکل ماکزیمم یعنی Vdcmin x Ip x Dmax=Pin ولتاژ مینیمم ورودی 246.9 ولت بود ودیوتی سایکل ماکزیمم هم 45 درصدداریم Pin=1.25 x Pout=246.9 xIp x 0.45 توان خروجی هم 800 وات نتیجه Ip=1.25 x 800 /(246.9 x 0.45 میشود 9 امپر این یک جریان مربعی در سمت اولیه میباشد ولی در عمل بدلیل وجود اندوکتانس در ترانس معمولا 25 درصد این مقدار هم شیب به سمت بالا داریم و باید به ان اضافه کنیم یعنی 9x0.25=2.25 امپر به مقدار 9 اضافه میکنیم میشود 9+2.25=11.25 اگر زمان مرده های درایور و سوییچ را در نظر بگیریم و به جای 45 درصد مقدار 40 درصد قرار دهیم خواهیم داشت 12.66 امپر یعنی یک سوییچ 12.66 امپری با ولتاژ 500 ولت در توپولوژی هاف بریج برای توان 800 وات مورد نیاز است که باید بتواند جریان 12.66 امپر را در اولیه و در درجه حرارت بدنه سوییچ 80 درجه از خود عبور دهد.حال باید ببینیم چه سوییچی این مشخصات را دارد.در منبع تغذیه فرکانس 70 کیلو قرض شده بود پس این سوییچ باید ماسفت باشد وترانزیستور و ای جی بی تی در این فرکانس تلفات زیادی دارند. و در کوره فرکانس 25 کیلو این سوییچ میتواند ماسفت-ای جی بی تی و یا ترانزیستور باشد.که ای جی بی تی بدلیل تلفات کمتر بهتر است ولی این بازار است که اجبار میکند کدام را انتخاب کنیم.بعدا شماره قطعه را پیدا کرده و روی مشخصات دیتا شیت ان بحث میکنیم.

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

قبل از ادامه دو عکس برای فهم بهتر مطالب میگذارم اولی هاف بریج معمولی و دومی فول بریج معمولی.به این دلیل معمولی گفته شد که انواع دیگری وجود دارد مثل فول بریج شیفت فاز یا هاف بریج رزونانسی.
عکس اول که هاف بریج میباشد با پل دیودو بدون حفاظت پل دیود

عکس دوم فول بریج همراه با پل دیود ورودی و محافظ جریان برای پل دیود

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

http://pdf1.alldatasheet.com/datashe.../IRFP460A.html ماسفت انتخاب شده IRFP460A میباشد اگر نگاهی به لینک بیاندازیم در صفحه 5 یک منحنی وجود دارد که در ان جریان درین بر حسب دمای بدنه ماسفت نشان داده شده که از دمای 25 شروع و تا 150 ادامه داشته و خریان درین نیز از 20 امپر تا صفر نشان داده شده این یعنی اینکه اگر دمای بدنه ماسفت 25 درجه ثابت نگه داشته شود ماسفت قادر به عبور جریان 20 امپر میباشد و هنگامی که دمای بدنه ماسفت به 100 درجه برسد جریانی که میتواند از خود عبور دهد به 12.5 امپر کاهش میابد که برای کار ما مناسب است.ولتاژ کاری ان هم 500 ولت میباشد.در صفحه 3 منحنی دیگری که نشان دهنده مقاومت داخلی ماسفت و دما میباشد را میبینیم که نشان میدهد در دمای 100 درجه ومقاومت درین سورس در حدود 1.8 مقدار نرمال ان یعنی 0.27 میباشد که اگر ضرب کنیم میشود 1.8 * 0.27=0.486 اهم که اگر جریان 12 امپر از ان عبور کند ولتاژ 5.8 ولت دوسر ماسفت افت میکند این عددها صرفا مثال هستند جهت فهم بهتر و خواندن راحت منحنی ها.در عمل درجه حرارت بدنه را در محاسبات 80 درجه میگیریم و محاسبات را بر مبنای 80 درجه انجام میدهیم.تا بدترین شرایط ما همین باشد.مسئله دیگر انتخاب مقاومت گیت میباشد معمولا در دیتا شیت مقدار ان مشخض و پیشنهاد شده که در مورد ما مقاومت 4.3 اهم را پیشنهاد داده ولی میتوانیم حدود ان را نیز محاسبه کنیم.در جدول صفحه 2 مقدار کل بار کیت را در بدترین حالت 105 نانو کولن داده و زمان صعود و تاخیر روشن شدن ماسفت را به ترتیب 55 نانو و 18 نانو ثانیه داده که در مجموع این دو زمان 18+55=73 نانو ثانیه گیت ماسفت باید شارژ شود لذا میخواهیم بدانیم با چه جریانی باید شارژ شود فرمول رابطه بار با زمان وجریان Q=I xt جریان برابر میششود با بار تقسیم بر زمان یعنی 105 تقسیم بر 73 میشود1.44 امپر یعنی حداقل جریان موردنیاز 1.44 امپر است اگر با 12 ولت جیت را درایو کنیم مقاومت میشود 12/1.44=8.3 اهم حداکثرمقاومت مورد نیاز است.البته این جریان در زمان خیلی کمی یعنی 73 نانو ثانیه گیت را شارژ میکند .مقاومت گیت خیلی کم هم نباید باشد زیرا باعث افزایش di/dt ماسفت میشود که خطرناک است به این شکل که اگر مقدار di/dt از حد مجاز دیتا شیت بیشتر شود ماسفت خود بخود روشن شده و جایی که نباید روشن باشد خواهد سوخت مثلا در هاف بریج اگر 350 ولت ورودی باشد و جهت سادگی محاسبات از افت ولتاژ ها صرفنظر کنیم مقدار پیک ان میشود 490 ولت ÷حال اگر ماسفت بالایی در زمان 73 نانو ثانیه روشن شود مقدار dv/dt برای ماسفت پایینی میشود 490/73 یعنی 6.7 ولت بر نانو ثانیه که از مقدار مجاز ان 3.8 برای دیود داخلی ماسفت بیشتر است و باعث روشن شدن ماسفت پایینی هنگام روشن شدن بالایی میشود و مسیر ولتاژ از بالا تا پایین اتصال کوتاه شده و هردو ماسفت خواهند سوخت.

[arvinfx]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

استاد بزرگ 0.486 اهم خیلی زیاد نیست؟
IxIxR=W
12x12x0.486=69w

من پیشنهاد میکنم از 2 ذوج ماسفت استفاده کنید چرا؟ اینطوری جریان تقسیم بر 2 میشه یعنی

6x6x0.486=17W

اینطوری بخاطری تقسیم جریان بین 2 سویچ حرارت هم بهتر انتقال پیدا میکنه و راحت تر هم خنک میشه

برای ترانزیستور خیلی جالتره :
W=VxI
0.8x12=9.6W

فقط 9.6W !!! ولی خوب من تجربه ندارم شاید ترانزیستور سویچ مناسبی نباشه نمیدونم :redface:

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

با سلام--ترانزیستور در این فرکانس یعنی 70 کیلو جواب نمیدهد و تلفات سوییچینگ ان خیلی بیشتر از این مقدار هم خواهد شد.این جریانی که شما محاسبه کردهاید جریان دایم است و در ان صورت حق با شما است درحالی که در مدار ما نصف مدت زمان با دیوتی سایکل حد اکثر 45 درصد یک سوییچ و در زمان بعدی سوییچ دیگر جریان را عبور میدهد و با فرض 12 امپرجریان یک سوییچ میشود 12*12*0.45*0.486= 31.5 وات . که با هیت سینک مناسب و فن قابل تحمل است.

[محمدباقر ذکري]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

با سلام خدمت اساتید

همیشه در مورد توپولوژی های پوش پول - هاف بریج و فول بریج این 3 تا فرکانس کلی منو کلافه می کنند
1 - فرکانس اسیلاتور آی سی
2 - فرکانس هسته
3 - فرکانس یکسوساز خروجی ( که تمام موج و یا پل است )
پس در نمونه مطرح شده توسط استاد آیا فرکانس های زیر صحیح می باشند :question:

1 - 140 کیلو واسه اسیلاتور
2- نصف فرکانس اسیلاتور واسه هسته که میشه 70 کیلو خودمون
3 - دوبرابر فرکانس هسته برای محاسبه فیلتر خروجی که 140 کیلو میشه

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

در پاسخ به سوال فرکانس باید بگویم بله رابطه شان همینطور است ولی در رابطه با فیلتر خروجی بعدا میبینیم که چگونه خواهد بود.

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

در مورد کوره نیز باید ای جی بی تی انتخاب کنیم که قادر به سوییچینگ در فرکانس 25 کیلو بوده و ولتاژ ان حد اقل 500 ولت و جریان نیز 20 امپر باشد ولی ممکن است یک ای جی بی تی انتخاب شود که سازنده ان جریان انرا در 80 درجه مثلا 15 امپر داده باشد در اینصورت میتوان انرا استفاده کرد.بعد از این میرویم به سراغ مدارهای درایور برای ماسفت و ای جی بی تی.

[Mr.designer]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

گفتیم که توپولوژی هاف بریج انتخاب شد.در این توپولوژی ولتاژ دو سر ترانس نصف ولتاژ پل دیود میشود البته باید افت ولتاژ یک سوییچ را نیز از ان کم کنیم همچنین خازن 1500 میکرو فارادی 400 ولتی که قبلا حساب کردیم به 2 عدد خازن 1500 میکروی 200 ولتی تبدیل میشود که به صورت سری با هم بسته میشوند.

سلام
ممنون بابت این تاپیک بسیار خوب..

در ابتدا شما فرمودید 1500 میکروفاراد ، یعنی 1500 میکرو فاراد بین خطوط +HV و GND ، اما وقتی Half-Bridge استفاده میکنید ، برای اینکه همین ظرفیت را در خروجی یکسوساز داشته باشین ، باید از 4 تا خازن 1500 میکرو استفاده کنید که در نتیجه همان 1500 میکرو در خروجی یکسوساز خواهد شد.(750+750) - اینطور نیست ؟

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

بله حق با شماست.اصلاح شد.

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی

حالا میخواهیم در رابطه با درایورهای ماسفت و ای جی بی تی بحث کنیم .در مورد ای سی های درایور فعلا صحبتی نمیکنیم تا بعد.هنگامی که یک سوییچ در سطح ولتاژ خیلی بالاتری از سوییچ دیگر قرار دارد مثلا در هاف بریج یا فول بریج سوییچ بالایی نسبت به سوییچ پایینی در ولتاژ بسیار بالایی قرار دارد به طوری که اگر سوییچ پایینی با ولتاژ 12 ولت نسبت به منفی پل دیود روشن شود سوییچ بالایی در ولتاژی نزدیک به مثبت پل دیود روشن میشود یعنی برای مثال ما ولتاژی در حدود 246 ولت تا 369ولت.از انجاییکه ولتاژ مدار کنترل معمولا زیر 30 ولت میباشد قادر به تامین چنین ولتاژی نخواهد بود .واز طرفی گاهی اوقات لازم است به دلیل مسایل حفاظتی و ایمنی مدار قدرت از مدار فرمان ایزوله باشد.لذا راه حل استفاده مداری است که علاوه بر ایزوله بودن از مدار کنترل بتواند ولتاژ مورد نیاز سوییچها را فراهم نماید.پس اگر ما بتوانیم به سوییچ بالایی ولتاژ مورد نیاز گیت و سورس یعنی 12 ولت را برسانیم مسئله تا حدودی حل شده است.سادهترین مداری که میتواند یک پالس 12 ولتی را به صورت ایزوله از مدار کنترل در اختیار ما قرار دهد یک ترانس میباشد.یعنی اگر به اولیه ترانس یک پالس 12 ولتی بدهیم صرفنظر از نسبت ترانس در ثانویه میتوانیم همان 12 ولت را داشته باشیم و انرا به گیت و سورس سوییچ بالایی برسانیم.البته ظاهرا ساده است ولی در عمل مشکلات فراوانی وجود دارد که درمورد انها صحبت خواهیم کرد و یکی از دلایل سوختن سوییچها مناسب نبودن درایو انها است .که به انها اشاره خواهد شد.حالا اول ببینیم چگونه میتوان یک ترانس را به یک ای سی های PWM وصل کرد و در ثانویه ان ولتاژ مورد نیاز را گرفت.در پست بعد چندین مدار را به صورت عکس قرار میدهیم و در مورد انها بحث میکنیم.از دوستان خواهشمند است اگر کسی در مورد درایور ماسفت و یا ای جی بی تی به روش ترانس مداری دارد مستواند اپلود کرده تا در مورد ان بحث کنیم.

[عباس جبراییلی]

پاسخ : نحوه طراحی و محاسبات مدارهای منابع تغذیه سوییچینگ و کوره القایی