Toroid nuveler neden flyback yapida kullanilmiyor da PFC devrelerinde boost konverterde kullaniliyor?

[elektorronikci]

Toroid'in trafolarda kullanılma amacı daha az kaçak akı yaratmasıysa, flyback devre için buna manyetik direnç boşluğu açtığında bu avantajını yitirecektir. Bu durumda daha düşük maliyetli ve malzeme yoğunluk avantajı olan E tipi daha makul olacaktır.

 

[Mikro Step]

@clc
Push pull vs olunca sorun olmuyor zaten.

Sorun fly back ile.

Aslini sorarsan ben cevabi bilmiyorum. Boyle tartisma ortamlarında kagit kalem alıp fikir cimlastigi yaparken doğruya ulaşıyorum. Bu esnada sizlerden gelen açıklamalar kafama yapmazsa açıklamanızı uygun senaryo yazarak ornek veren düşüncenizin yanlışlığını anlatmaya çalışıyorum.

Sadece aciklamaniz beni tatmin etmedi.

 

[Mikro Step]

Bu arada @clc sizin uslubunuza sözüm yok hatta bilginize de inanıyorum saygı duyuyorum.

Sadece ünlü bir söz gereği açıklamanıza itirazım var.

Eger bir sorunun cevabini 3 yaşındaki cocuga verdiğinizde çocuk anlamıyorsa siz de o konuyu yeterince bilmiyorsunuz demektir.

 

[clc]

Yok hocam üslup falan takılmadım, bende size saygı duyuyorum, özellikle sizin konularınıza ilgilili şekilde katıldığımdan belli oluyordur.

Zaten açıklamamı biraz tahmine dayalı yaptım, başka bir sebebi varsa bende merak ediyorum. Zaten malzeme bilimi açısından kısıtlandığımız kısımlar bence son zamanlarda hızlı değişimler yapıyor, bunda elektrikli araçların katkısı yadsınamaz bence. Dolayısı ile aslında yaygınlaşma ihtimali de var(pcb magnetic ler bu ara dövüyor gibi ama). Mesela çok pahalı bir gate driver da epoksi içine gömülmüş toroid ile yapılmış flyback görmüştüm, burada epoksiye gömerek izolasyonu güçlendirmiş, toroidin yayvan yapısı sayesinde yükselmeden izole bölgeler arası clearence ı açmış, ancak orada maliyet önemli değildi. Bu noktada maliyeti de dikkate almak gerekiyor gibi, ancak teorik sebebi varsa hepimizin öğrenmesi taraftarıyım.

Şimdi düşününce aklıma şu da geldi, buck/boost da belli bir B bias ı altında düşük delta B ile çalışıyoruz, öyle ki genellikle core loss u hesaplamaya çok öncelik vermeyiz. Ancak flyback özelinde durum böyle değil delta B yüksek, dolayısı ile bu powder core/soft saturation magnetic vs vs naısl isimlendirirseniz hysteresis lossları yüksek olabilir.(zaten klasik olanlarda enerji depolayamayız) Bu yüzden de kullanılmıyor olabilir

Edit: ama dcm çalışanlar bu açıklamamı bozar, crcm de çalışan pfc ler de mesela.

 

[Mikro Step]

Olay donup dolaşıp BH egrisine gelecek zaten. Ben sadece kitaplardaki açıklamaları beğenmiyorum.
Kitaplarda flybackde BH konusuna ve gap konusuna deginiliyor zaten. Konu bu ikili etrafında dönüyor.

Esasen sorun su, kitabi yazan dogru şeyleri yazıyor ama yazdıkları seyler sadece konuyu bilenlerce sorunsuz anlaşılıyor. Ama konuyu tam özümsemiş kişilere yavan kaliyor.

Yoksa ezbere söylemle BH , mu, reluktans vs gevemeyi ben de iyi bilirim.

 

[Haze]

cevap boost yapida nuvenin kolay kolay doyuma ulasamamasi olabilir mi, cunki her halukarda sizden sebekeden dogrulttugunuz dc den daha yuksek talebi olan bir yukunuz var.

 

[Mikro Step]

Bomba gibi bir video hazırladım.

Biraz kalem oynatınca kendi gobek bagimızı kestik.

Ezbere konuşmamak gerekiyor. Enduktansin değişmesi falan alakasız.

Özetle benzetme yaparsak;

Bir elektrik devresinde sigorta varsa akımının ust siniri var demektir. Sigorta akımını nuvenin B degeri ile ilişkilendirin.

Yani isteseniz de bu akimi yani B degerini asamıyorsunuz.

Amacınız daha fazla güç harcamak ise ve bu sigortayı attırmak istemiyorsanız ne yaparsınız? Devreye seri direnc baglar ve gerilimi artırırsiniz.

Sigortaniz atmaz ve buyuk guc harcamış olursunuz.

Videomu izleyin daha sonra bir video daha çekeceğim.

 

[nt]

hocam konuyla ilgisi olmayan biri olarak bile, video adeta bir ders gibiydi.

Anlatım tarzınız oldukça başarılı

Gelecek nesiller için de bu tarz kaynakların çok faydalı olacağına inanıyorum.

teşekkürler

 

[clc]

Hocam iyi de bu video sorunuz ile alakasız. Zaten gap ne işe yarıyor, neden var kısmını herkes biliyordu bence. Kaldı ki klasik anlamda gap verilmiş toroidler, ya da uniform şekilde grainlere dağıtılmış toroidler var. İlla parçalı core a ihtiyacımız yok enerji depolamak için. Sorunuza tatmin edici bir cevap buldunuz mu?

 

[Mikro Step]

Video ile devam edeceğim.

H denen kavramı iyi anlamak gerekiyor.

Okudugumdan degil ama Bir toroide kesik atip gap vermektense ureticinin istenen gap hacmindeki boslugu mikroskopik duzeyde nuvenin tum molekuler yapisina dagitmasi nuveye tam olarak gap vermek anlamina gelmez.

Cunku bu mudahale malzemenin saturasyon degerini dusurur. Hatta esdeger kesiti de degistirmek anlamina gelebilir.

Cunku gap verirken ne nuvenin Bsat degerine ne de S kesitine mudahale ediyoruz.

Dolayisi ile flyback yapiyi toroid ile yapmaktaki en buyuk sorun eger nuvemiz istenen enejiyi depolayamiyorsa gap vermek zorundayiz.
Toroide de gap veremiyoruz. Bu durumda cok iri nuve kullanmak gerekecek.

Bu arada bir dip not duseyim. Yillarin elektronikcisiyim asagidaki aciklandigi gibi toroidden yapilmis EHT hic ama hic gormedim.

Bu arada kesin hüküm vermeyeyim. Belki çok özel, kıl tüy uygulamalarda toroidle flyback yapılıyordur, EHT trafoları vs. gibi ama regülasyonun önemli olduğu yerlerde hava boşluğu önem kazanır.

EHT denen yapilar zaten kildan tuyden bir uygulamalar degil flyback uygulamanin taa kendisidir. Ozellikle CRT ekranli TV ve monitor kitaplarina bakarsakniz EHT transformatorlerin bir diger adinin da flyback transformator oldugunu goreceksiniz.

Fakat ilginctir TVlerde gapsiz U core ile yapilmis cok EHT transformatoru de gordum.

 

[Haze]

@Mikro Step cevabi biliyormusun yoksa ugrasirken bir ihtimal ortaya cikmasinimi bekleyecegiz, hadi gari.

 

[Mikro Step]

Inanin ne kendimi ne de sizi tatmin edecek kadar bilmiyorum. Ama kitaplarda yazanlari harfi harfine anlatabilirim.

Evet ugrasirken bir ihtimal tatmin edici guzel bir cevap bulacagiz.

 

[Mikro Step]

Flyback yapida nuveye enerji yukle serbest birak, nuveye enerji yukle serbest birak seklinde devinim var.

Dolayisi ile guc yuklenen enerji ile dogrudan orantilidir.

Gap olmadigi zaman ve gap birakildigi zaman enerji reluktansdaki artim kadar artiyordu.

O halde toroid nuvede hapsolan enerji ihtiyacimizi gorecek seviyede ise gap kullanma zorunlulugumuz olmuyor.

Yani toroid kullanarak da flyback yapabiliyoruz. Fakat minicik bir gap dahi versek reluktans yuzlerce hatta binlerce kat artacagindan

Gap birakilmis nuvede gucu de yuzlerce binlerce kez artirabiliyoruz.

Yalniz saliverilen enerji cok yuksek olursa ozellikle cikis katindaki diyodlari ve primer olarak adlandirabilecegimiz bobini suren transistorde cok buyuk stres olusturacagi icin malesef cok yuksek guclerde flyback yapiyi kullanamiyoruz.

Fakat simdi biliyoruz ki nuvemize gap koymazsak gucumuz cok dusuk kaliyor. Gap verdigimizde nuvemiz birden guclu hale geliyor.

Tabiki gap verildiginde bobine basilmasi gereken akimin ve/veya sarim sayisinin da artirilmasi gerekiyor.

Fakat halen en bastaki sorumuza cevap bulamadik.

Sorumuz gap birakilmamis bir toroid, flyback yapida cok kucuk guclerde kullanilirken neden boost modunda calisan konverterda yuksek gucte kullanilabiliyor.

Benim sahsi yorumum: Bir nuvede birakilan gap icinde hapsolmus havayi molekuler duzeyde nuvenin malzemesi icine dagitirsak ve nuveyi tam opusturursek gapli yapinin tam aynisi olusmuyor.

Cunku molekuler duzeyde malzemeyi seyreltigimizde nuvenin temel molkullerinden gecen akiyi sıkışmaya zorluyoruz bu da saturasyon demek.

Fakat mu degeri dusuk bir nuvede malzeme bilimciler flyback calisacak nuveler yapmis olabilirler. Bu konuda bilgim yok.

Haa flyback icin toroid nuve avantaj saglar mi? Bence sadece magnetik kacaklarin neden olacagi elektriksel gurultuleri azaltmak ugruna ise yarayabilir. Gene de sarim zorluguna katlanmayip transformatoru magnetik kafese almak daha pratik olabilir.

 

[devreci]

Hocam bu sefer biraz saçmaladın galiba

Gayet güzel açıkladım ama cevap vermiyorsun , boostu düşün ilk akım verdiğinde ne oluyor mıknatıslanmanın tersi yönünde akım geçip ferritteki gereksiz manyetizmayı temizliyor.

Mesela çok ilginç yeni aklıma geldi çıkışın kısa devre edilmesi durumunda , bosstta yine bobine ters yönlü manyetik akım veriliyor yine temizliyor.
çıkışın kısa devre edilmesi flybackta ciddi problem oluşturur ama feedback durumu kurtaramayabilir.

Zaten boostta ferrit doymuşsa çıkışta voltaj düşecek ve yine bobinden ters yönlü akım akıp bobini sıfırlayacak yüzde yüz hatasızlık var.

Flybackta ise, bu gapsız E tipi ferrit de olabilir , ferritin yüzde kaç doyumda göreve başlayacağını kimse bilemez %100 de olabilir %0 da tüm trafolar için geçerli full bridge içinde ama full bridgede zıt yönlü akım verip temizliyorsun. Flybackta ise çıkıştaki bir hata nedeniylede trafoyu tam doyuma ulaştırısan eğer gap yoksa iş bitmiş demektir.

Ayrıca gapın bu neden dışında hiçbir faydası yoktur mecburiyet dışında hiç kimse gap kullanmak istemez , fazla kutsallaştırıyorsun bu gap işini

 

[Haze]

bir nuveye gap vererek B de degisiklik olmasini beklemiyoruz haliyle guc artisi nuveden kaynaklanmiyor, biz sadece akimin gap verilmemis nuvedekinden daha yuksek degerlere tirmanirken nuvenin bir anda saturasyona gitmesini engelliyoruz, B/H egrisi bize bunu anlatmiyor mu, ikinci takildigim nokta gap verilmis nuvede neden daha fazla sarima ihtiyac duyalim tam tersine amac daha yuksek akim cekmek degil mi, yanlislarim varsa duzeltin.

 

[Mikro Step]

@devreci nerde sacmaladim?

Boostta bir ucu +V ye bagli bobinin diger ucunu GND yapip bobine akimi basarsin. Sonra Gnd bacagini ayirirsin ve bobinden akan akim cikistaki dogrultuca yonelir. Bobin akiminin yonu hic degismez.

Bence boost yapi ile farkli bir seyden bahsediyorsun. Ben tek bobinli voltaj yukselten yapidan soz ediyorum. PFC lerdeki gibi mesela.

 

[Mikro Step]

@Haze

Gene ayni B degeri ile calistigimizi varsayalim. Dolayisi ile nuveden akan aki degismedi.

O zaman ne degisecek ki guc artsin. Magnetik voltaj. Yani NI yani H*L Biz gap vermek suretiyle ayni B degerini elde edebilmek icin NI yi artirmak zorunda kaliyoruz. Tum olay bu.

Akiyi artiramiyorsan MMK yi artirki. ikisinin carpimi yuksek olsun. Nuvenin kendisinde H dusuk ama hava araligindan dolayi toplamda H buyumus oluyor.

biz sadece akimin gap verilmemis nuvedekinden daha yuksek degerlere tirmanirken nuvenin bir anda saturasyona gitmesini engelliyoruz

Bu nedemek anlamadim.

 

[Haze]

gapsiz nuvede belli bir duty degerini astiginda akim exp. yukselirya onu kastettim, yani gap vermekteki amaci vurgulamakti.

 

[devreci]

@Mikro Step evet hocam yön aynı, esas ben saçmaladım peki bu durumda ilk enerji verildiğinde kapasitör nedeniyle boostta/pfc ferrit full doyacak , bunu nasıl açıklayacağız? kafam iyice karıştı .

 

[Mikro Step]

O ustel yukselis nuvenin doymaya basladigini gosteriyor. Hic sarim sayisi ile oynamadan gap vermeye kalkarsak bu kez akim cok daha yukseklere bozulmadan tirmanabiliyor ama tirmanma egimi de artiyor. Cunku L azaliyor. Yani di/dt artiyor. Yani enduktansimi artir diyor.