Thread Rating:
  • 0 Vote(s) - 0 Average
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Ćuk konverter - izrada
#21
(05-19-2019, 12:37 PM)mikikg Wrote: Dodatak na ovu shemu moze da bude u vidu dodatnog povecavanja iskoriscenja gde se prvo valja zameniti ulazni grec koji odprilike tu najvise i discipira sa LT4320 i neka 4 MOS-FET.
Sledece moze da bude samo zamena izaznih dioda sa nekim MOS-FET i to bi bilo sve, konceptualno se ne menja nista samo smo jos malo povecali iskoriscenje.
Prvo:
Grec se može zameniti sinhronim grecom i zavisno od upotrebljenih mosfeta bi se discipacija na toj komponenti mogla smanjiti sa nekih 25-30W na nekih <10W ili još bolje.

Drugo:
Sw. tranzistori i dioda na sekundaru poprilično discipiraju zbog hard sw. rada (nije najviše na grecu, a radi se o 0.5KW ipak).

Treće:
Na žalost, konceptualno se menja iz korena.
Onog momenta kad zamenimo diode na sekundaru sa mosfetima, ta naprava istog momenta postaje dvokvadrantni Ćuk i svaki priliv energije sa izlaza će se odmah vratiti nazad ka bulk elko primarne strane i prepumpati ga (inače to važi za većinu pretvarača kada se upotrebi sinhrono ispravljanje).

CC i CV kontrole na datom predlogu nisu predviđene za (dvo) ili četvorokvadrantni rad, takođe nema šta potrošiti energiju koja bi se vratila u bulk elko na primaru i on bi najverovatnije bio prva žrtva situacije kada ispravljač zakačimo na nešto što već poseduje napon, poput akumulatora, a pri tom nismo podesili izlazni napon na veći od tog na aku.

Dovoljno je samo da podešenost izlaznog napona bude samo malo manja od spoljnog izvora (na primer akumulatora) i Ćuk sa mosfetima umesto izlaznih dioda bi napumpao bulk elko na enormnu vrednost, usisavajući struju iz aku. i tim pokušavajući da razliku između zadatog i ostvarenog reši rekuperacijom energije nazad u bulk, koji eto nije spreman da to primi...

Ćuk sa sinhronim mosfetima bi morao dobiti (2Q) ili 4Q CC i CV kontrolu (što nije naivno), a na primarnoj strani bi morao imati upravljiv potrošač (mosfet i moćan otpornik, sa komparatorom Uin>xx), ili pak rekuperator u mrežni dovod.

Jedan takav rekuperator nazad ka mreži, sa klasičnim trafofom (toroid ili EI) sam odavno predstavio na E-S i na ovom forumu. Sa takvim rekuperatorom na primarnoj strani, energija koju bi 2Q Ćuk trošio iz nečeg, bila vraćena nazad u mrežu sa miimalnom discipacijom.
Moj rekuperator je krajnje jednostavne konstrukcije i provereno radi sa raznim vrstama trafoa i raznim radnim naponima.

Ukoliko se takav Ćuk, sa sinhronim ispravljačem, samo opterećuje, sa garancijom da nećemo priključiti izvor na izlaz, onda ne treba nikakva dodatna kontrola osim drajvera mosfeta umesto diode.
Ta taj drajver bi se odlično moglo upotrebiti Si8234BB jer ima tri galvanski ratavljene sekcije. Naime, mosfet na sekundaru bi morao biti obrnutog polariteta, što znači lebdeći gejt i pripadajući drajver.
Kao pobuda oba mosfeta se može upotrebiti Si8234, tako što se ono nalik top sekciji upotrebi za primarni mosfet, a ono nalik bottom sekciji za sinhroni ispravljač.
To podrazumeva i lebdeće napajanje za gejt na sekundaru. Ulaz je jedan zajednički pwm i podesiv dead time na samom Si drajveru...
Reply
#22
(05-19-2019, 06:20 PM)emiSAr Wrote: Konkretno, ova topologija, iz pdf prilozio @mikig vidljivo objavljena u Elektor 1/2005 sve sa stampom-znaci javno
publikovana. Za licnu upotrebu vjerovatno nema problema sto ne znaci da se moze serijski proizvoditi, inace bi ga
kinezi stancali i prodavali.-
pOz

Mislim da nije patent u pitanju već manja potreba za inverzijom ulaznog napona. Takođe sam video kinesku verziju Ćuk na nekom od sajtova.

(05-19-2019, 06:22 PM)vladd Wrote: Koriste se za profi sprave. Davno sam se susreo sa jednim italijanskim, ne secam se 200 ili 360W, na psofometrijskom merenju oduvao je flajbeke i forvarde. Standardni, dvopolni rfi filter na ulazu.
E sad koja je ovo verzija, mozemo da nagadjamo, ali pod patentom je topologija, mada je 80-90-ih bilo nemoguce dobiti patent na naponski izvor.

Ovaj patent je u pitanju, sa spregnutim prigušnicama:

https://patents.google.com/patent/US4274133A/en
Reply
#23
(05-19-2019, 06:28 PM)Dragan100 Wrote: LM5022 kontroler IC bio bi več dobar kandidat
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5022-q1.pdf

-limitiramo sa njim input/inrush struju, merimo na drainu mosfeta
-nadgledavamo izlazni napon CUK konvertera
-UVLO ulaznog napona, ako nam kleca glavni trafo, pa nam struja mosfeta i kalema poćinje narastati...
-SoftStart
-dodatnim opampom limitiramo i izlaznu struju
-driver gata 1A

Power Diodu zamenimo mosfetom i driverom IR11688
Treba samo obratiti pažnju na izlazni napon CUK konvertera, pošto imamo GND i -OUT, @emisar več obratio na to pažnju
tako da je napajanje IR11688 +Vcc na GND a -Vee sa -15VDC pomočnog napajanja (referisano na GND CUK konvertera)

Napajanje LM5022 deriviramo klasično iz ulaznog neregulisanog napona
ima interni StartUP regulator, HI voltage linear reg, a možemo ga napajati pomočnim +15VDC napajanjem

Izlaznu struju limitiramo dodatnim opampom, napajamo ga +/-15VDC pomočnim napajanjima
TL103W sa internom referencom i dual opampom, malo veči ulazni offset, ali tu limitiramo max struju "na grubo",
recimo limit 5Amax LIN PSU, a tu TL103W limitira na max 5,5-6A
drugi opamp možemo iskoristiti za OV protekciju

http://www.ti.com/lit/df/tidrmm4/tidrmm4.pdf

(05-19-2019, 07:12 PM)Macola Wrote:
(05-19-2019, 12:37 PM)mikikg Wrote: Dodatak na ovu shemu moze da bude u vidu dodatnog povecavanja iskoriscenja gde se prvo valja zameniti ulazni grec koji odprilike tu najvise i discipira sa LT4320 i neka 4 MOS-FET.
Sledece moze da bude samo zamena izaznih dioda sa nekim MOS-FET i to bi bilo sve, konceptualno se ne menja nista samo smo jos malo povecali iskoriscenje.
Prvo:
Grec se može zameniti sinhronim grecom i zavisno od upotrebljenih mosfeta bi se discipacija na toj komponenti mogla smanjiti sa nekih 25-30W na nekih <10W ili još bolje.

Drugo:
Sw. tranzistori i dioda na sekundaru poprilično discipiraju zbog hard sw. rada (nije najviše na grecu, a radi se o 0.5KW ipak).

Treće:
Na žalost, konceptualno se menja iz korena.
Onog momenta kad zamenimo diode na sekundaru sa mosfetima, ta naprava istog momenta postaje dvokvadrantni Ćuk i svaki priliv energije sa izlaza će se odmah vratiti nazad ka bulk elko primarne strane i prepumpati ga (inače to važi za većinu pretvarača kada se upotrebi sinhrono ispravljanje).

CC i CV kontrole na datom predlogu nisu predviđene za (dvo) ili četvorokvadrantni rad, takođe nema šta potrošiti energiju koja bi se vratila u bulk elko na primaru i on bi najverovatnije bio prva žrtva situacije kada ispravljač zakačimo na nešto što već poseduje napon, poput akumulatora, a pri tom nismo podesili izlazni napon na veći od tog na aku.

Dovoljno je samo da podešenost izlaznog napona bude samo malo manja od spoljnog izvora (na primer akumulatora) i Ćuk sa mosfetima umesto izlaznih dioda bi napumpao bulk elko na enormnu vrednost, usisavajući struju iz aku. i tim pokušavajući da razliku između zadatog i ostvarenog reši rekuperacijom energije nazad u bulk, koji eto nije spreman da to primi...

Ćuk sa sinhronim mosfetima bi morao dobiti (2Q) ili 4Q CC i CV kontrolu (što nije naivno), a na primarnoj strani bi morao imati upravljiv potrošač (mosfet i moćan otpornik, sa komparatorom Uin>xx), ili pak rekuperator u mrežni dovod.

Jedan takav rekuperator nazad ka mreži, sa klasičnim trafofom (toroid ili EI) sam odavno predstavio na E-S i na ovom forumu. Sa takvim rekuperatorom na primarnoj strani, energija koju bi 2Q Ćuk trošio iz nečeg, bila vraćena nazad u mrežu sa miimalnom discipacijom.
Moj rekuperator je krajnje jednostavne konstrukcije i provereno radi sa raznim vrstama trafoa i raznim radnim naponima.

Ukoliko se takav Ćuk, sa sinhronim ispravljačem, samo opterećuje, sa garancijom da nećemo priključiti izvor na izlaz, onda ne treba nikakva dodatna kontrola osim drajvera mosfeta umesto diode.
Ta taj drajver bi se odlično moglo upotrebiti Si8234BB jer ima tri galvanski ratavljene sekcije. Naime, mosfet na sekundaru bi morao biti obrnutog polariteta, što znači lebdeći gejt i pripadajući drajver.
Kao pobuda oba mosfeta se može upotrebiti Si8234, tako što se ono nalik top sekciji upotrebi za primarni mosfet, a ono nalik bottom sekciji za sinhroni ispravljač.
To podrazumeva i lebdeće napajanje za gejt na sekundaru. Ulaz je jedan zajednički pwm i podesiv dead time na samom Si drajveru...

Da, a za sigurnost još taj dodatni OV protection, pa kad se slučajem desi prepumpavanje OverVoltage C_in za nekih +10+15%+,
OP protekcija onda disable-a sinhroni driver i uključi error ledicu "prepumpavanja" OverVoltage C_in na front panelu i/ili javlja dodatno zvukom buzzera....
Potrebna bi bila onda paralelna snažna schottky uz sinhroni mosfet, koja inače nebi mnogo disipirala u normalnom radu.
LP
Dragan
Reply
#24
Evo i mene sad, ceo dan neka guzva ...

Macola hvala na pojasnjenju, znam da je bila neka zackoljica oko te izlazne diode, sad si me podsetio.
Reply
#25
Nema potrebe ni za kakvom paralelnom diodom uz mosfet.
Kada je mosfet sinhroni ispravljač onda on bajpasuje svoju diodu.
To je hard switching mašina i kratak je dead time između primarnog i sekundarnog mosfeta, te body dioda maltene ne stigne da provede.

Referisanje drajvera je problem, jer ako se misli koristiti efikasniji N mosfet kao sync. prekidač na sekundarnoj strani Ćuk, onda njegov sors i gejt lebde na punom sw. potencijalu a drejn mu je na sorsu primarnog mosfeta.
Kada se slika razvije u ravan, imamo običan polumost (half bridge) i potrebu za identičnom pobudom, samo što je referentna tačka za charge pump drajverom na sorsu sekundarnog mosfeta, odnosno lendi na punom sw. potencijalu.

Evo, slikom ću brzo objasniti sve potrebno.



To je problem za upotrebu klasičnog high-low side drajvera.

Bolja opcija je sa Si8234 jer poseduje tri galvanski rastavljene sekcije i upravljački deo može biti referisan na glavnoj GND, što daje mnoge prednosti oko svih NFB i pwm.

Ovako:

Reply
#26
Inače, takav oblik Ćuk konvertora sa sinhronim ispravljanjem je reverzibilna naprava.
Odnosno, sposoban je za tok energije u oba smera i na oba kraja mogu biti naponski izvori.

Samo sa pwm se upravlja tok struje u bilo kom smeru.

Primer:

Na oba kraja imamo dva jednaka, serijski vezana akumulatora kojima se malo razlikuje napon.

- Stavimo pwm na tačno 50% i Ćuk će iz onog koji ima veći napon prebaciti energiju u onaj drugi, tj. savršeno će ih izbalansirati do potpuno jednakih napona. Nebitno je sa koje je strane nastao debalans...

Naravno, moguća je kobinacja dva akumulatora sasvim različitih napona, koji se takođe mogu savršeno međusobno balansirati, srazmerno svojim nominalnim naponima, samo odnosom pwm.

Dr Slobodan Ćuk je to genijalno iskoristio u svemirskim programima jer pomoću nekoliko Ćuk konvertora se može spregnuti nekoliko akumulatora sasvim različitih napona i dok je poslednji iole "živ" svi ti napon će biti sposobni za rad...
Reply
#27
Razmisljam naglas, a kakva je mogucnost upotrebiti pobudni trafo umesto Si drajvera?
Reply
#28
Može, pod uslovom da pwm ne bude ispod 20% i ne preko 80%, što ograničava raspon izlaznog napona, tj raspon regulacije.
Naravno, obavezna je DC regeneracija na takvom drajveru sa dva sekundara.

Si drajver je u principu jevtiniji od drajver trafoa, ima sve tri glavanski rastavljene sekcije: kontrolnu sa svojim napajanjem, top sa svojim napajanjem, bottom sa svojim napajanjem, interlok zaštitu, lokalno podesiv dead time i enable.
Ulaz je jedan - pwm.
Naponska razlika među svim sekcijama može biti reda 600+Vac konstantno, a instant čak do 5KV (šire kućište) između prim. i sec. strana.

Radi jednostavnije kontrole je najprimereniji Si8234BB sa: pwm ulazom, DT i UVLO sec. strane na 8V.

Osim toga raspolaže sa čitavih 4Apk, tako da može pogoniti vrlo masivne mosfete i to nekoliko paralelno.
Reply
#29
Hmm, ja inace "gotovim" te Si drajvera, a najvise ako bi se primarna strana drajvera gurala sa 3.3V jer se inace onda mora predje na SMD a znamo sta sve ima po SMD jos ... Smile
Ako se predje na SMD onda ide i MCU jer inace ima apliakacionih nota za Ćuk (prve generacije) ...
Reply
#30
Si823x su neverovatno dobri galvanski rastavljeni mosfet/igbt drajveri za svoju cenu koja je vrlo pristojna.

Svi za 4A i max. 8MHz:

Si8233, InA, InB, EN, DT, UVLO.
Si8234, inPWM, EN, DT, UVLO,
Si8235, InA, InB, EN, UVLO (dozvoljen overlap)
Reply
#31
(05-19-2019, 09:12 PM)Macola Wrote: Nema potrebe ni za kakvom paralelnom diodom uz mosfet.
Kada je mosfet sinhroni ispravljač onda on bajpasuje svoju diodu.
To je hard switching mašina i kratak je dead time između primarnog i sekundarnog mosfeta, te body dioda maltene ne stigne da provede.

Macola,
pričao sam za primer "prepumpavanja" C_in.
Dodatna OV protekcija Vmax_C_in
ugasi drivovanje sinhronog mosfeta, napon C_in ne raste nam više! , 
tada bi ostala samo Body dioda sinhro mosfeta, koja ima povelik Forward drop, pa i recovery vremena nisu jim baš mala (tim Body diodama)
zato dopisano ta paralelna Schottky...

EDIT:
Mišljeno sa driverom IR116x i Floating napajanjem za njega  


LP
Dragan
Reply
#32
Ako bi presli na MCU onda mozemo da napravimo pomocu dva back-to-back MOS-FET umesto izlazne diode opciju koja se bira iz software, hoces reverzabilno ili ne!? Smile

Ovaj pretvarac radi na fiksnoj relativno niskoj frekvenciji koja sada moze da se procesira iz MCU (ne moze bas "pilulica", drugi model STM-a ili dsPIC) bez problema.
Mozda je veci problem prilagoditi sve lepo i fitrirati za A/D konverter nego da napisem SW koji bi to sve radio u realnom vremenu.
Reply
#33
Spomenuti LT4320 recimo u DIP-8 kucistu kosta na komad oko 9$, za te novce moze da se uzme MCU i dva dupla Si8xxx drajvera i ne samo da napravim sinhroni ispravljac nego i ceo pretavarac.
I da, iz MCU uzmemo jedan PIN da generise PWM za interna napajanja, namotamo mali torusni trafo koji ce da obezbedi sva potrebna pomocna napajanja.
Hehe, kada se ima "pod kontrolom" ulazni sinhroni stepen pa u sredini pretvarac pa opet neki izlazni sinhroni stepen, moze da se "barata" energijom kako god hocete, u sva 4 kvadranta bilo AC bilo DC Smile
Reply
#34
(05-19-2019, 09:39 PM)Dragan100 Wrote:
(05-19-2019, 09:12 PM)Macola Wrote: Nema potrebe ni za kakvom paralelnom diodom uz mosfet.
Kada je mosfet sinhroni ispravljač onda on bajpasuje svoju diodu.
To je hard switching mašina i kratak je dead time između primarnog i sekundarnog mosfeta, te body dioda maltene ne stigne da provede.

Macola,
pričao sam za primer "prepumpavanja" C_in.
Dodatna OV protekcija Vmax_C_in
ugasi drivovanje sinhronog mosfeta, napon C_in ne raste nam više! , 
tada bi ostala samo Body dioda sinhro mosfeta, koja ima povelik Forward drop, pa i recovery vremena nisu jim baš mala (tim Body diodama)
zato dopisano ta paralelna Schottky...

EDIT:
Mišljeno sa driverom IR116x i Floating napajanjem za njega  

Ideja ti je odična! Isključimo sync. kad poraste Vin preko dozvoljenog.

+5
Reply
#35
Za pocetak za razvoj bih uzeo posto to imam na lageru gotovo "pravu pilulicu - tata pilulicu" tj Texas Instruments C2000 Piccolo i da se sve odradi kao PCB za njegov PIN header konektor.
TMS320F28027 kontroler ima sve sto treba:
http://www.ti.com/product/TMS320F28027/support

Ako mogu da naprave (i ima reference-design) Digitally controlled two phase interleaved LLC resonant DC-to-DC sa "Peak efficiency: 94.5%", mocicemo i mi da napravimo Ćuk konverter sa bar 85% iskoriscenja Smile

https://training.ti.com/digitally-contro...-tidm-1001

http://www.ti.com/tool/LAUNCHXL-F28027
http://www.ti.com/lit/ml/sprui02/sprui02.pdf
Reply
#36
A da se radi sa SiC fetovima i diodama ?
Reply
#37
Sa 85% iskoriscenja mozes i flajbek da napravis.Smile
Problem je sto je cukov konverter takvog tipa da uzima u obzir osobine komponenti pri radu, pa igranjac i miks komponenti ne prave zeljene efektebez uklapanja vremena paljenja drzanja i gasenja komponenti u rad...
Pisem o ovome posto vidim razuzdanu mastu...
Mesati strujno programirani drajv sa rezonantnim je ........ide li se na soft switch ili na prinudu..
Reply
#38
Prvi put kad sam se susreo sa ovim clankom iz Elektora, prionuo sam na izradu prototipa ovog konvertora jer to je bas ono sto mi je odgovaralo.
Nisam zeleo da od toga napravim lab napajanje jer mi nije potebno 100v/5A sa lab karakteristikama, vec da to bude jedno robusno radionicko napajanje za raznorazne namene. Udario sam glavom u zid bas kod izlazne diode koja se enormno grejala. Tada nisam imao brze diode od 60A (koje inace idu u inverter aparate za zavarivanje) vec sam pokusavao sa paralelnom vezom vise dioda.
Nisam nikako uspeo da izvucem vise od 3A i to pri dosta manjem izlaznom naponu od 100V, sad ne drzite me za rec, to je bilo pre nekoliko godina. Cak sam i posumnjao u ovo sto su napisali u Elektoru (100V/5A). Posao sam u potragu za jacim diodama, nabavio ih ali u medjuvremene svere interesovanja su se promenile i to je ostalo u nekom budzaku. Miki me je ponovo podsetio na ovo, tako da cu ovih dana verovatno nesto pokusati ponovo.
Moj predlog je da se ubuduce ne krece u finalnu izradu necega dok se ne uradi prototip, na protobordu ili u 3D, kako vec ko zeli ili moze.
Ja ne mislim da za ovo koristim nikakav MCU jer nisam dovoljno vest sa programiranjem istih a i znam kako lepo umeju da zabaguju i da ode mast u propast bar kad je napajanje u pitanju.
Novac je sredstvo a ne cilj.
Reply
#39
Čisto da imate informaciju, postoji još jedna veoma povoljna i interesantna platforma namenjena upravo razvoju
SMPS konvertera. Koristi se STM32F334 mikrokontroler koji ima specifično izrađene periferije za ovu namenu.

Za razvoj algoritama, odlično Smile

https://www.st.com/en/evaluation-tools/3...overy.html
Cena je oko 15-ak EURA u Mouser-u.

Električna šema "energetskog" dela:
https://static5.arrow.com/pdfs/2015/7/27...ig.1_5.jpg

https://www.st.com/content/ccc/resource/...108726.pdf
https://habr.com/en/post/432778/
Reply
#40
(05-20-2019, 08:24 AM)Gosha Wrote: Prvi put kad sam se susreo sa ovim clankom iz Elektora, prionuo sam na izradu prototipa ovog konvertora jer to je bas ono sto mi je odgovaralo.
Nisam zeleo da od toga napravim lab napajanje jer mi nije potebno 100v/5A sa lab karakteristikama, vec da to bude jedno robusno radionicko napajanje za raznorazne namene. Udario sam glavom u zid bas kod izlazne diode koja se enormno grejala. Tada nisam imao brze diode od 60A (koje inace idu u inverter aparate za zavarivanje) vec sam pokusavao sa paralelnom vezom vise dioda.
Nisam nikako uspeo da izvucem vise od 3A i to pri dosta manjem izlaznom naponu od 100V, sad ne drzite me za rec, to je bilo pre nekoliko godina. Cak sam i posumnjao u ovo sto su napisali u Elektoru (100V/5A). Posao sam u potragu za jacim diodama, nabavio ih ali u medjuvremene svere interesovanja su se promenile i to je ostalo u nekom budzaku. Miki me je ponovo podsetio na ovo, tako da cu ovih dana verovatno nesto pokusati ponovo.
Moj predlog je da se ubuduce ne krece u finalnu izradu necega dok se ne uradi prototip, na protobordu ili u 3D, kako vec ko zeli ili moze.
Ja ne mislim da za ovo koristim nikakav MCU jer nisam dovoljno vest sa programiranjem istih a i znam kako lepo umeju da zabaguju i da ode mast u propast bar kad je napajanje u pitanju.


@Gosha, to su odlične informacije! Hvala!

Koje si jezgro upotrebio, dimenzije, material...
da ti možda "trafo" ne ide u saturaciju?

To da se griju diode "sekundara", to je za očekivati, ali one če svejedno prenjeti TOT ampera sa svojih TOT ForwardDropom
"Primarni" Mosfet takodjer, grijat če se i on {R_ds ON * Irms^2} + {gubicima freq x Q_gate}
svejedno če kanalizirati I_in peak @ TOT U_ds Voltage drop

C_in i C_out akumulirat če energiju i potiskivat če ripple, što veči Bulk kondovi to manji ripple

Ostane nam pod pitanje prenos energije "trafojčetom" (Coupled HI-freq inductors)
material i presek jezgre za TOT 500W+, da pokrije i gubitke...
LP
Dragan
Reply


Forum Jump:


Users browsing this thread: 1 Guest(s)