ИПН 12->125 для лампового приемника

[_ShvartZ_]

Приветствию!
Возникла необходимость сделать блок питания для автомобильного лампового радиоприемника А-18 (от Волги ГАЗ-21). Родной блок питания канул в Лету, а делать что-либо по его образцу и подобию мне не сильно хочется, так как разработке 50 лет. Блок питания выдает 125 вольт анодного напряжения и -1,6 для смещения (?). Про -1,6 я вообще не беспокоюсь, а вот в 125 вольтах и состоит основной вопрос.

Итак, необходимо получить стабилизированные 125 вольт из 10-15 вольт бортовой сети. Мощность преобразователя не более 20 ватт (150мА по 125 вольтам). Но, хотелось бы получить минимальные шумы по питающим 12, выходным 125 и минимальные ЭМИ.

Мой извращенный мозг сразу же смотрит в сторону TL494 + TPS2812 в пуш-пуле, и все это охвачено обратной связью на оптопаре и стабилитроне. Ключи IRFZ44N (выбраны исходя из маленькой стоимости). Даже уже нашел ферритовое колечко в закромах (25,3/14,8/10,0 P4) и посчитал что на него нужно намотать в прекрасных программах от Starichok51. Частоту выбрал порядка 40 кГц, как ту, которую уже давно не слышно, но и которая еще не лезет в длинноволновый диапазон радиоприема. Но тут я дошел до расчетов выходного дросселя... Безусловно, это не прямоход, и тут выходной дроссель не так важен, но хочется добиться минимума всплесков и выбросов.
Отсюда вопросы:

Если выходной дроссель будет работать в прерывистых токах, это сильно плохо?
Как посчитать входной дроссель (на входе в преобразователь), чтобы по-меньше шумело по питанию?
Может быть, с такими токами вообще не заморачиваться и сделать преобразователь на чем-то другом?

Спасибо!

[Телекот]

Безусловно, это не прямоход, и тут выходной дроссель не так важен, но хочется добиться минимума всплесков и выбросов.

Это двухтактный прямоход, и процессы протекают такие же, и дроссель там обязателен. Прямоходом называют тип преобразователя где энергия в вторичную цепь передается на прямом ходе. То есть кок да ключ и диод открыт одновременно.

Если выходной дроссель будет работать в прерывистых токах, это сильно плохо?

Будет сильно меняться скважность импульсов и помех только добавится.

Частоту выбрал порядка 40 кГц, как ту, которую уже давно не слышно, но и которая еще не лезет в длинноволновый диапазон радиоприема.

Вы представьте спектр гармоник прямоугольных импульсов, это не синусоида там можно найти и 20ю и 30ю гармонику. Так что без фильтрации помеши будут и на КВ.

[_ShvartZ_]

Будет сильно меняться скважность импульсов и помех только добавится.

Понял, придется мотать дроссель в 10мГн (не мкГн).

Вы представьте спектр гармоник прямоугольных импульсов, это не синусоида там можно найти и 20ю и 30ю гармонику. Так что без фильтрации помеши будут и на КВ.

Фильтровать где? По высокому напряжению? Ну, для этого там будут конденсаторы и индуктивности... А вот помех по питанию я боюсь намного больше, потому и спрашиваю про входной дроссель.

С прямоходом погорячился, да...

[_ShvartZ_]

Уточненные данные.
В режиме длинных волн приемник от штатного БП потребляет 0,027А (27 мА), в режиме средних - 28 мА, в режиме УКВ - 40 мА.
Думал, будет по-более... <_<


А имеет ли вообще смысл городить огород с пуш-пулом и драйверами при таких гигантских мощностях? Потребление нагрузки соизмеримо с потреблением самого преобразователя...
Может быть, обычный степ-ап? Например, тот же mc34063. Или оно шуметь сильно будет?
Дроссель при таких раскладах вообще 20мГн нужно мотать, чтобы из непрерывного тока не выпадал

[Телекот]

Тогда прямой ход будет занимать 90% времени очень плохо в плане устойчивости. Тогда лучше обратноход.

[_ShvartZ_]

Не могли бы Вы объяснить почему будет такая большая заполненность? Это связано с большой величиной выходного дросселя?

Как-то боюсь я флайбека из-за более сложного расчета. Хотя, может быть, это мне так кажется.

[Телекот]

Да дело в том что дроссель или трансформатор имеют одну особенность на сколько отраженное напряжение больше прямого на столько же длительность прямого импульса должна быть больше обратного. То есть площадь прямого импульса равна площади обратного.

[Starichok51]

В режиме длинных волн приемник от штатного БП потребляет 0,027А (27 мА), в режиме средних - 28 мА, в режиме УКВ - 40 мА.

имеет ли вообще смысл городить огород с пуш-пулом и драйверами при таких гигантских мощностях?

12 Вольт на 40 мА = 480 мВт. 0,48 Ватта - это гигантская мощность?

[Телекот]

Автор имеет ввиду по цепи 125в

[_ShvartZ_]

Да дело в том что дроссель или трансформатор имеют одну особенность на сколько отраженное напряжение больше прямого на столько же длительность прямого импульса должна быть больше обратного. То есть площадь прямого импульса равна площади обратного.

А, это степ-апа (и флай-бека) относится... Вчера ночью мой мозг пытался натянуть эти 90% на пуш-пул и ничего не понимал

Владимир, "гигантское мощность" это была ирония, или что оно там по классификации... Я хотел сказать, что даже по 125 вольтам потребления мизерные. Спасибо за интерес к моему вопросу

Так, продолжаю думать в сторону пуш-пула.
Драйвер в топку. ТЛ494 туда же по причине отсутствия встроенного драйвера. Вспоминаем про SG3525. Полевик выбираем IRF7380. Емкость затвора 660 пф, так что, думаю, напрямую нормально потянет. Частота та же - 40 кГц (20 на полевик).
Как-то так:

[Телекот]

А, это степ-апа (и флай-бека) относится...

Это относится к чему угодно где есть индуктивность, она не терпит на себе постоянного напряжения. Это по сути проволока.

[_ShvartZ_]

Тыак... Разгребся и вернулся к данной теме.

Я понимаю, как я сейчас выгляжу, но все же. Может быть, все-таки, не упираться рогом в пуш-пул и послушать умных людей, сделав флайбек? Только я сам не смогу, очень прошу помощи

Начал читать про расчеты флайбека. Например, вот этот материал. Куча формул, сразу страшно и непонятно. Кроме того, в примерах обратный вариант преобразователя (с высокого на низкое). Ну да ладно... Начну, пожалуй, спрашивать вопросы, авось что-то и прояснится.

Вопрос №1. Идиотский. Правильно ли я понимаю работу флайбека? У контроллера есть тактирующие импульсы. К примеру, по началу импульса контроллер включает ключ, разгоняет трансформатор некоторое время, зависящие от сигнала обратной связи, и выключает ключ. В этот момент энергия начинает передаваться во вторичку. За оставшееся время до начала следующего такта трансформатор полностью "останавливается", и следующий такт начинается "с нулевыми начальными условиями". Верно? Ну, это если преобразователь работает в стандартном режиме с прерывистыми токами.

Вопрос №2. Какой контроллер мне нужен? Я, думаю, что классика жанра - UC384*. Но какой из них? 42 и 44 отпадает по диапазону питания. Остается 43-я и 45-я. В силу первого вопроса я не понимаю какой коэф. заполненности мне нужен - 50% или 100?

Вопрос №3. Какой силовой ключ мне лучше выбрать? Полевик, биполяр или же их смесь (игбт)?

Вопрос №4. Что творится с программой расчета флайбека и как мне, в таком случае, рассчитать трансформатор? Меняю ток вторичной обмотки с шагом 10 мА, а программа выдает абсолютно разные значения.









Вот... Что делать, а? Спасибо!

[_ShvartZ_]

Вбил в маткад методику расчета трансформатора от Дмитрия Макашова (ссылка выше). Заодно более внимательно прочитал статью и начал совсем чуть-чуть что-то понимать... Ну, или делать вид

Кому не лень, просмотрите, пожалуйста расчеты (на коэффициенты подгонки размерности не обращайте внимания - я их подбирал по образцовым расчетам)...
Вкратце: UC3845, 50 кГц, максимальный рабочий цикл 50%
трансформатор получился такой:
Первичка 9 витков, вторичка 146. на сердечнике Е 25/3/7 с зазором 0,5.

Смущает дикий ток первички - 7,2 А в пике и 3А среднеквадратический при потреблении 12,5 Вт.

Вновь прошу помощи

[Starichok51]

а ты не смущайся, большая амплитуда тока - это особенность обратноходового преобразователя.
тебе нужно примерно 13 Ватт. ты взял коэффициент запаса 1,2 (как у Макашова), и кпд 0,85.
то есть максимальная потребляемая мощность планируется 13 * 1,2 / 0,85 = 18 Ватт (округленно). теперь делим на минимальное питание 10 Вольт и получаем ток потребления 1,8 Ампера.
ты получил амплитуду всего в 4 раза выше (7,2 Ампера), а в обратноходе амплитуда тока может достигать даже десяти токов потребления.

[_ShvartZ_]

Спасибо!
Кажется, что-то начало получаться. По крайней мере, Ваша программа, Владимир, перестала офигивать от моих запросов
Кроме того, я вспомнил о существовании программы для расчета флайбека на кольцевых сердечниках и поигрался еще и с ней...

Если ввести данные, которые у меня получились, в Flyback-Invert, то получается следующее:


Не нравится то, что программа говорит о 10% неизрасходованного тока на минимальном питании.

А вот если уменьшить число витков до 120, то ток на всех режимах становится разрывным.


Потом обратил внимание на коэффициент заполненности окна. 0,756 означает, что обмотка туда вообще не влезет? Проволоку я мерил непосредственно по изоляции.

Уменьшил зазор до нестандартного 0,15 мм...
По расчетам традиционно остается неиспользованный ток:

Уменьшив кол-во витков вторичной:

В итоге, уменьшился коэффициент заполнения, но немного увеличились потери в сердечнике. Хотя, 0,3 ватта оно прекрасно рассеет без перегрева.

Что означает "выброс напряжения на ключе от Ls не более"? Это значит, что мне нужен 600-вольтовый, а лучше даже 800-вольтовый полевик? Или этот выброс убирается снабберами?

И, последний вариант на кольце:

По-моему, 1,9 ватта тепла будет сложно рассеять естественным охлаждением. Верно? Хотя, в остальном вариант мне нравится, только контроллер надо будет взять с 100% циклом.

В общем, что выбирать?

[Starichok51]

1. при таком питании ключ надо брать на 55 Вольт. и сопротивление канала будет намного меньше, соответственно, потерь в ключе тоже будет меньше.
при сопротивлении канала 0,75 Ома от амплитуды тока падает 5,6 Вольта. и что остается для обмотки? ерунда получается...
а с правильным ключом у тебя и при 145 витках должен получиться разрывный ток.
2. зачем брать провод 0,6 мм для тока 0,1 Ампера? вот этим большим диаметром ты заполнил впустую окно. плотность тока получилась смешная, 0,564 А/мм2... тебе пойдет даже 0,2 мм.

[_ShvartZ_]

Точно! Теперь я понял, почему так плющило программу прямого расчета флайбека. Не додумался, что на ключе слишком большое падение. Ввел разумное значение сопротивления канала и все нормализовалось.

Тем не менее, мои расчеты совпадают с тем, что предлагает программа. Я рад. Я даже очень рад

А провод 0,6 выбран только потому, что его у меня катушка под рукой... А за 0,2-0,3 топать на рынок. Впрочем, наверное таки схожу. Перевод материалов впустую тоже дело не хорошее...

Прекрасно... Начинаем рисовать печатку и продолжаем раскуривать Макашова в части остальной схемы.

Для лучшей фильтрации помех по питающему напряжению мне нужен дроссель просто на плюс, дроссели на плюс и минус или же синфазный дроссель?

[Starichok51]

для начала можешь поставить дроссель только на плюс. а там посмотришь на помехи...

[_ShvartZ_]

Напридумывал печатку. Скажите, пожалуйста, это похоже на работоспособную топологию?



Входных конденсаторов так много, потому что у каждого из ник пиковый ток порядка 2-х ампер, а у меня пиковый ток первички порядка 7-ми. Подумал, что так будет правильнее.

Выходной дроссель по 125 вольтам - 1мГн, 0,5А на гантеле. Входной дроссель по 12-ти вольтам - 100 мкГн, 3А тоже на гантеле.

По ходу возник такой вопрос. Мне хотелось бы получить софт старт и задержку включения секунд 10 после подачи напряжения. Как это можно реализовать на UC3845? Смотрел схему в даташите, но не понял как ее прикрутить к обратной связи.

Спасибо!

[_ShvartZ_]

Нарисовал схему


Подписал детальки, чтобы удобнее разбираться было.


Реально нужна оценка печатки, без вас не справлюсь Потому что у меня взгляд уже замылился, и я чего-то могу не видеть. Да и вообще это первый опыт разводки ипульсника...

По поводу софт старта пришла идея притянуть транзистором 4-й выход микросхемы (тот, на котором висит времязадающая цепочка) к земле, и плавно отпускать вплоть до полного закрытия транзистора. Будет работать?

Еще волнует номинал резистора R6. Выбрал от балды, как в примере, но, наверное, это не правильно. Так же, верно ли я рассчитал номиналы резисторов обратной связи (R9, R10, R11)?




***********************
Добавлено.


С задержкой включения разобрался - можно вывод 1 (комп) притягивать к земле и отпускать после 10-15 секунд...
А вот софт старт для меня пока загадка. В даташите предлагают на тот же вывод 1 повесить большой конденсатор, который будет заряжаться от Vref. Оно-то хорошо, но выход 1 - это выход усилителя ошибки, а значит, этот конденсатор затормозит реакцию микросхемы на изменения контролируемого напряжения. Что вообще чревато колебательным режимом... Или я не прав?