JBC marka saplara kontrol unitesi tasarimi projesi

[clc]

aynen stm32f103 un kaci kac para, en adi kontrolcu bile nerdeyse ayni fiyata gelmis

İlla mcu demedim, pwm kontrolcü olarak tl494 tasarlandıktan sonra o alan durmadı, binlerce ürün var belki. Dijital kontrolcü ile bunu yapmak başka bir challenge çünkü analog da cont domain de kontrolcüler ile çalışırken dijitalde artık z domain e geçmek zorundasınız, tamamen farklı zorluklar ile karşılaşırsınız iki tarafta

 

[Omega]

SMPS konusunda bu kadar bilgili kişiler varken acaba forumda "Voltaj ve akım ayarlı SMPS Tasarımı" konusu açılsa (Yeni PWM chiplerinden den biri ile ) Nasıl olur? Zaten konuda sanki oraya gidiyor gibi

 

[Haze]

İlla mcu demedim, pwm kontrolcü olarak tl494 tasarlandıktan sonra o alan durmadı, binlerce ürün var belki. Dijital kontrolcü ile bunu yapmak başka bir challenge çünkü analog da cont domain de kontrolcüler ile çalışırken dijitalde artık z domain e geçmek zorundasınız, tamamen farklı zorluklar ile karşılaşırsınız iki tarafta

haklisin yeni problemler cikacak ama @Mikro Step nasil cozecek bakalim onu bekliyorum,
@clc TL494 kullandigim bircok devre var ve bir tanesinde bahsettigim dengesizlik var, belkide ben hata yaptim bilemiyorum ama TL494 un hata amlifikator girisi linear mi onu bir test etmem lazim, current feedback sinyali bir entegreye function ine uygulayip cikis durumuna bir bakmak istiyorum, belki senin kontrolculer gibi tepki veriyordur

 

[Mikro Step]

Ustteki grafik cikistaki rezistanslar bagli degilken.
Primere ne kadar sure voltaj verildiyse o kadar sure beklemek akiyi sifirlamaya yetiyor.

Alttaki grafikte ise rezistanslar bagli. Aki exp sondugu icin hic bir zaman kendiliginden sifira inemiyor.
Diger transistor aktiflestirildiginde degisen bir sey olmiyor aki kolaylikla bir yone yigilma egilimine giriyor.

Eger transistorler off oldugunda diyodlarin iletime gecmesi engelenirse (seri mos vs) bu durumda ustteki
grafige geri donuluyor ve sorun kokten cozuluyor.

 

[Haze]

@Mikro Step diyodlari izole etmekle mi ugrasacaksin.

 

[Mikro Step]

Sanirim gerek kalmayacak.

Sorunu biraz daha yakindan gormeye calisalim. Eger forward yapi kullaniyor olsaydik daha dogrusu amacimiz DC/DC converter yapmak olsaydi. Tek transistor ve cift primerli konunun en basindaki yapiyi yapmamiz yetecekti. Primere voltaji verince miknatislama akisi artmayaca baslayacak. Bu esnada yuke de enerji verilmeye baslanacak. Primere uygunalan gerilim kesildiginde ise sekonder gerilimi tersine donecek yuke enerji akisi duracak fakat ikinci primerdeki gerilim yonu de degisip depolanmis fi akisi primerde gerilim endukleyip bu gerilim 300v DC hattina sabit akim vererek sifirlanacakti.

Bir bobinden akim gecirildiginde olusan magnetik akinin bagintisina bakalim.

[math]\Phi=Ni=N\frac{1}{L}\int{vdt}+\Phi_0=N\frac{1}{\frac{N^2}{ℜ}}\int{vdt}+\Phi_0[/math][math]\Phi=\frac{ℜ}{N}\int{vdt}+\Phi_0=\frac{d}{{\mu}NS}\int{vdt}+\Phi_0[/math]
Burada d nuve boyu.

Yani sarim sayisini ne kadar artitrsak, ne kadar yuksek mu olursa, ya da ne kadar buyuk kesitlu nuve kullanirsak miknatislama akisi o kadar dusuk olur.

Miknatislama bobininde depolanan enerji;

[math]E=\frac{1}{2}Li^2[/math]
Enduktansi ya da akimi azaltmak depolanan enerjiyi azaltacagindan basimiza bela olan saturasyon sorununu azaltacak.

Ote yandan enduktansi azaltirsak V/L geregi akim artacaktir.

O zaman

[math]L*i^2[/math] ye bakmak gerekir.

[math]i^2=\frac{V^2}{L^2}T^2[/math][math]Li^2=\frac{V^2}{L}T^2[/math]
oldugundan, depolanan nerjiyi azaltmak icin besleme gerilimiyle oynayamayacagimizdan enduktansi azaltmak degil enduktansi artirmak gerekiyor.

 

[Mikro Step]

Tamam enduktansi artirarak miknatislama akisini haliyle bobinde depolanan enerjiyi de dusurduk.

Sonucta akim belli bir degere ulastiginda Fi akisi birikmis olacak.

Simdi pushpull gorunumlu devrede bu transformatorde Fi akisi varken birden primer voltajini keselim.

Fi akisi azalirken enduklenen voltaj 300v tarafina dogru akim basmaya calisir. Ote yandan ayni aki sekonder sargisinda da gerilim endukleyerek 2.5 ohm fisek rezistansdan akim akitmak ister.

Sorun su;

Eger fi akisinin yavaslama hizi dusukse enduklenen voltaj 300v dan kucuk olur ve 300v tarafina akim basilmaz. Sekonder ise exp akima neden olur bu da sonsuz zamanda sifirlama demektir.

Bakalim dogru mu dusunuyoruz?

Once primer taraf icin sonra sekonder taraf icin fi deki degisimi bulup toplayalim.

Primer icin;

[math]V=-N\frac{d\phi}{dt}[/math][math]\phi=-\frac{1}{N}\int{Vdt}=\phi_0-\frac{1}{N}Vt[/math]
Yani Fi0 akisi zaman arttikca dogrusal olarak azaliyor.

Simdi de sekonder icin;

[math]-N\frac{d\phi}{dt}=Ri[/math]
[math]\phi=\frac{Ni}{ℜ}[/math]
[math]i=\frac{ℜ\phi}{N}[/math]
[math]-N\frac{d\phi}{dt}=ℜR\frac{\phi}{N}[/math]
[math]N\frac{d\phi}{dt}+Rℜ\frac{\phi}{N}=0[/math]
[math]\frac{d\phi}{dt}+Rℜ\frac{\phi}{N^2}=0[/math]
[math]\phi=\phi_0e^{-\frac{Rℜ}{N ^2}t}[/math]
Bu durumda

[math]\phi=\phi_0e^{-\frac{Rℜ}{N^2}t} -\frac{1}{N}Vt[/math]

 

[Omega]

@clc üstad
Önceki bir mesajınızda TL 494 çok eski PWM entegresi demişsiniz.Kasdettikleriniz UC384X serilerimi? yoksa daha yenileride varmı?
Voltaj çıkışı ayarlanabilen SMPS güç kaynağı yapmak istesem hangi pwm chipi önerirsiniz? . Eğer akım sınırlamada yapılabiliyorsa çıkışdaki gürültüler azaltmak için birşeylerde yapılıbiliyorsa süper olurdu.
Böyle bir uygulama notu yada benzeri pekçok konuların izah edildiğibir app notunun linkide olur.

 

[devreci]

Hocam buradaki sorun manyetik doyum değil . mosfet kesime gittiği zaman diğer direnci de ısıtıyor, konrtol imkansız saçma olmamış mı ?

Eğer çıkış enduktansını artırırsan , mosfet kesime giderken diğer direnci daha az etkiler ama bu zamanda çıkış amperi çok düşer ve yük olduğu gibi mosfete biner, 300v ile sekonder sarım olmadan 12v buck converter yapmak gibi zor bir şeye dönüşür. Giriş induktansını da atrırsan mosfetleri kurtarırsın ama ferrit sığasınından beklide yüzde 1 kadar güç alabilirsin.

 

[Mikro Step]

Evet kesime gittiginde diger direnci de isitiyor ama o kadar da baskin degil. Zaten yukaridaki hesaplamada sonumlemeyi yapan diger tarafa ait direnc.

 

[Haze]

baskin degil ama bu durum zaten doyum probleminin cogunu ortadan kaldirmaz mi.

 

[Mikro Step]

Eger cimbizin bir tarafi diger tarafa kiyasla daha buyuk bir yuzeyi isitacaksa bir tarafin Ton suresi diger tarafin Ton suresinden daha buyuk olacak. Eger bir peryod zaman icinde bu Ton sureleri farki kadar zamanda birikmis enerjiyi sifirlayamazsak flux adim adim yurumeye baslar.

Burda baskinligi su anlamda kullandim.

Mosu iletime soktugumuzda transformator normal transformator gibi davraniyor ve kendine ait direnci besliyor.
Mosu kesime soktugumuzda transformatorun miknatislama bobininde birikmis enerji tranasformatorun flyback gibi davranmasina neden oluyor ve bu enerji artik diger direnci isitiyor.

Fakat forward basilan enerji flyback basilan enerjiden cok cok yuksek. O yuzden flyback enerjinin yapacagi isitma baskin degil.

 

[Haze]

sekonderde olusan ters emk ikinci fisek uzerinden yok olmayacakmi, boylece manyetik birikme problem olmaktan cikar demek istemistim.

 

[Mikro Step]

Enerji o direncte tam yok olamiyor. Yukaridaki hesaplamadan da gordugumuz gibi ustel azaliyor.
Ustel bosalimda mesela bir kondasatoru direncle yukleyerek sonsuz zamanda bosaltabilirsin sorununun benzeri burda da var.

Neyse belki de cok pimpirikli davraniyorum. cozumlerden birisini yazmistim. Baktik aki bir yone kayiyor. sicaklik regulasyonuna ara verip akiyi sifirlayacagiz sonra tekrar devam edecegiz. Eger bu cozum ise yaramazsa mecburen ya diyodlara birer mos daha baglayacagiz ya da iki ayri transformator kullanacagiz.

Cift transformator hos olmaz. Cift transformator kullanmaktansa DC adaptor le TS100 TS101 tarzi bir yapiya gecmek daha mantikli olur.

Bu yapidan umudum var.

 

[clc]

@clc üstad
Önceki bir mesajınızda TL 494 çok eski PWM entegresi demişsiniz.Kasdettikleriniz UC384X serilerimi? yoksa daha yenileride varmı?
Voltaj çıkışı ayarlanabilen SMPS güç kaynağı yapmak istesem hangi pwm chipi önerirsiniz? . Eğer akım sınırlamada yapılabiliyorsa çıkışdaki gürültüler azaltmak için birşeylerde yapılıbiliyorsa süper olurdu.
Böyle bir uygulama notu yada benzeri pekçok konuların izah edildiğibir app notunun linkide olur.

Şöyle ki mesela TL494 yanlış bilmiyorsam 80lerin başında çıkmış. Temel olarak lazım olan her şey var gibi içinde, basit ve çok işlevsel bir entegre her işe gelir, üstünde çok referans tasarım bulursunuz ancak yaklaşık 40 yaşında olduğunu düşündüğümüzde günümüzün ihtiyaçlarını karşılamasında sorun yaşamamız bence beklenir. Meslea UC384X ler dediğiniz için örnek flyback tasarımı bakalım TL494 için: https://www.ti.com/lit/an/slva666/slva666.pdf . Bu Tasarımda mesela akım için ekstra opamp eklenmiş, gate i sürmek için bjtler gelmiş, oysa 90larda çıkan UC serilerinde ek komponent olmadan bu iş yapılabilir gibi duruyor. Başka bir önek vereyim, buck converter yapmak istiyorum diyelim, TL494 ile yapabiliriz, hatta çıkış akımı, voltajı falan ayarlı bir versiyon dahi yaparız. Ama mesela 2-10A çıkış akımı arasında çalışan bir yere tasarladım ben bunu(ürün içinde sabit olabilir, mesela fan gibi her zaman devrede olmayan yükler olduğunu düşünelim ve akım 2A ile 10A arasında gezsin), e orada bir diyot var, 10A de 5W güç kaybı demek en iyi ihtimalle, bunu soğutmak ekstra iş düşen verim ekstra can sıkıcı, napalım sync edelim onu mosfet ile değiştirelim, e tamam değiştirelim de nasıl süreceğiz? CCM de iken hali hazırda sürdüğümüz mos un tersi gate sinyali ile süreriz tamam ama DCM ye geçince olmaz, bunu çözmek için ekstra manipülasyonlar lazım. Düşük yük verimi de artsın dedik mesela, bu sefer yük düşükken neden mos u sürüyoruz ki anahtarlama kayıpları diyot kayıplarından çok olaiblir düşük yükte, e bu sefer bunu implemente etmen lazım o da ekstra bir sürü parça. Özetle TL494 temelini sağlıyor üstünü inşa edeceksiniz o da bazen çok dertli.

UC3843 e gelelim mesela efsane bir entegre, ki zaten bu entegreler efsane olmasaydı bunları tasarlayan orijinal şirketi TI milyar dolara almazdı. Flyback, forward böyle yapılara bu entegreler çok iyi gidiyor gibi gözüküyor, ancak bunlarda da bir çok özellik eksik. Günümüzün verim isterlerine, EMI isterlerine bu entegreler ile uyum sağlamak her zaman mümkün olmuyor. Bence modern entegrelere göre kalan avantajları, ucuzluğu, çok adette hali hazırda üretilmiş olması gibi şeyler. Kalan açılardan kesinlikle kapışmaları mümkün değil. En basitinden bu entegrelerin akım feedbacki için direnç üstünde istediği voltaj o kadar yüksek ki, shunt direncindeki loss veriminizi ciddi miktarda etkiliyor. Yeni entegrelerde tabiki bu değerler düşüyor. Mesela TI ın çıkardığı UCC ler, quasi resonant çalışabilen, aktif clampler yapabilen ya da bir sürü özelliğe sahip olanları var. Mesela LT3798 var, ya küçücük entegre azıcık çevre komponenti al sana PFC+flyback üstelik opto istemiyor. Kısacası modern dünyanın isterlerinde her yere o entegreler gitmiyor.

Çıkış voltajı ayarlanabilen SMPS (SMPS diyince sadece flyback değil buck boost tipi dönüştürücüler de dahil) çıkabilecek ilk sorun şu ki, sizin çıkış voltaj ve akım aralığınız boyunca düşük ripple şartlarını sağlayabilecek çıkış LC filtre kombinasyonları boyut/fiyat olarak çekici değil, hatta pratikte mümkün olmayan seviyeler dahi olabilir. Dolayısı ile bu tür işleri şöyle yapıyorlar, çıkışa bir lineer regülatör tasarlıyorsunuz, üstünde 2-3V civarı bir gerillim tutan versiyonu yapılabilir. 2 stage de çözüyorsunuz ve güzel de çalışıyorlar. Çıkıştaki ripple ihtiyacınıza ve tasarladığınız regülatörün PSSR ına göre girişteki anahtarlamalı topolojinin çıkış özellikleri belirli oluyor ve eliniz rahatlıyor. Üstelik o linear regülatör sayesinde dinamik performansınız daha iyi olur, çıkış kapasitesini düşürürsünüz vs vs. Maalesef elimde appnote yok bu konu ile alakalı, ama herhangi bir PWM kontrolcüsü ile yapılabilir bu iş.

 

[Omega]

@clc üstadım detaylı uzun izahınız için çok teşekkürler.

 

[Haze]

@clc lt3798 bize yakismaz , hem nerden temin edip devre kuracagiz.

 

[clc]

@clc lt3798 bize yakismaz , hem nerden temin edip devre kuracagiz.

Hocam ana kodundan çok saptık ama, neden yakışmasın ki? Global sağlayacılarda bulunuyor, temin etmesi gerçekten çok kolay. @Mikro Step herhangi bir simulasyon yapmayı düşünüyor musunuz?

 

[Mikro Step]

Tina ile zaman zaman simulasyon yapiyorum.

[math]\phi=\phi_0e^{-\frac{Rℜ}{N^2}t} -\frac{1}{N}Vt[/math]
Simdi bu buldugumuz bagintiya bakalim.

Eger nuvemizde Fi0 akisi varsa bu aki V*t/N olarak dogrusal olarak V yani 300v tarafina akim basilmak suretiyle zayiflar.
Egim V/N dir. Bu cok guzel bir sey Ama. Amasini en sona yazacagim.

Fi0 i sonumleyen diger bilesen ise ustel azalan ve sonumu R*Reluktans/N^2 olan kisim.

Nuvemizin Reluktansi ne kadar yuksekse, sarim sayisi ne kadar azsa sonum cok hizli oluyor.

Gelelim ama kismina. Bu kisim benim kafami katistiriyor. Eger enduklenen gerilim V nin altina inerse (300V) o zaman dogrusal sonum ortadan yok olacak ve geriye sadece ustel sonum kalacak.

Bu endisemi asagidaki grafikte gostereyim. Ama endisemde yaniliyor da olabilirim.

Grafigi tek transistorlu forward yapi icin cizdim.

Ustteki grafik enerjinin sifirlama bobini ile beslemeye geri iadesi varken sekonder voltajinin grafigi.

Alttaki grafik ise sifirlama bobininin etkisiz kalmasi sonucu sonumlemenin yuk tarafindan yapilmasi hali icin.

Sanirim pimpirigimde yaniliyorum. Eger flyback yapida continuous conduction modunda aki yurumuyorsa benim yapida da aki yurumesi engellenebilir.

 

[devreci]

Hocam söyle bir yöntemle trafoyu resetleyebilirsin. mosfet off durumundan sonra dilediğin zaman direkt mcu ile sürdüğün mosfeti iletime geçirisin.

Şİmdi diyeceksin ki ferriti giriş mosfet off durumunda kısa devre edersek içinde manyetizma hapis kalır , burada bir hata yapıyorsun bence.

O çizdiğin amper eğrisi.. ferrit içindeki manyetik akıyı çizsen reluktans büyüdükçe manyetik akı hızla bitecek tabi ama geride kalan senin sorun ettiğin depolanan manyetizma daha büyük olacak.