Ucinnost spinaneho zdroja 180V pre napajanie digitronov

[aparat]

Zdravim, rad by som sa podelil so svojim problemom s ucinnostou spinaneho zdroja 180V pre napajanie digitronov.
Vyrobil som spinany zdroj pre napajanie digitronov a s pouzitymi prvkami som sa dostal na ucinnost 70%. Co ma ale hneva je fakt, ze internet je plny podobnych konstrukcii kde uvadzaju ucinnost 80 - 90% a pritom pouzivaju horsi spinaci tranzistor, nemaju ziadne dodatocne suciastky na slepsenie spinacich strat tranzistora...
V mojom rieseni som pouzil obvod MC34063, ktory riadi spinaci tranzistor IRF640N (Rdson = 0,15 ohm) a zlepsenie vypinacich strat som pouzil dalsi tranzistor. Cievka je 100 uH 2,5A od firmy Fastron a je spinana frekvenciou 35 KHz. Napajacie napatie je 12V.
V tejto konfiguracii dosahujem ucinnost 70%, pri vystupnom vykone 5W. Skusal som aj ine cievky, ale vysledok bol vzdy horsi. Zaujimal by ma teda Vas nazor na mnou dosiahnutu ucinnost a privitam radu na zlepsenie (konkretny typ cievky, tranzistora, ...).

Vdaka

[Andrea]

Ten darlington je, myslím si, zbytečný, možná dokonce horší než obyčejný NPN. A co ti tam topí?

Edit: Samozřejmě PNP nikoliv NPN.

[aparat]

Hreje sa hlavne cievka a spinaci tranzistor.

[AmarokCZ]

Možná bys mohl zkusit něco takového:

Měl jsem to zapojené jako "USB zdroj" z Li-IONky a docílil jsem tohoto: [výstup 5.2V/530mA, vstup 3.5V/940mA, účinnost 82%], [výstup 5.1V/1A, vstup 3.5V/2.42A, účinnost 60%], [výstup 5.1V/1A, vstup 4V/1.85A, účinnost 69%].
Pokud hřeje tranzistor, tak se asi otevírá nebo zavírá pomalu, čemuž bych se nedivil, protože je to zapojeno docela zvláštně.
Podle mého názoru by bylo celkově vhodnější použít třeba UC3845.

Jaký má ta cívka DC odpor? A při jakém proudu se přesycuje?

[hafca]

Tady to máš i s DPS a je to přímo pro digitrony. Stavěl jsem to chodí na poprvé.
Nebo tady, ale to už je náročnější na součástky.

[aparat]

Dakujem za odporucenie hafca, ale ja momentalne nehladam dalsie riesenia, ale snazim sa vylepsit to co mam. Co sa tyka plosneho spoja, ten mam navrhnuty, urobeny aj osadeny. Chodi to na prvy krat. Len sa snazim dosiahnut lepsiu ucinnost ako mam a niesom si isty ucinnostou uz existujucich rieseni, kedze tam niesu vacsinou informacie o presnom type cievky. Z mojich doterajsich skusenosti volba cievky ma zasadny vplyv na vyslednu ucinnost. Udaj ze cievka ma mat napr. 100uH a bude to mat ucinnost 85% je prinajmensom nedostatocny. Mal som pouzite cievky s rovnakou indukcnostou a doahoval som ucinnost v rozsahu 30 - 70%. To hovori za vsetko.

[AmarokCZ]

...kedze tam niesu vacsinou informacie o presnom type cievky. Udaj ze cievka ma mat napr. 100uH a bude to mat ucinnost 85% je prinajmensom nedostatocny.

A co jako čekáš? To, že je tam napsané 100uH je víc než dostačující údaj! Že se cívka nesmí přesytit a že musí být s jádrem, které snese pracovní frekvenci měniče tam nikdo nepíše, protože je to jasná věc.

Znovu se ptám: jakou indukčnost tam dáváš? Jaký má DC odpor a při jakém proudu je nasycená?

[aparat]

Je to cievka 77A-101M-01 - 100uH, 0,15 ohm, prud nasytenia som sa z katalogu nedocital.

[AmarokCZ]

Ten proud by měl být 2.5A, takže tlumivka bude OK, ale radši bych se podíval na průběh napětí na odporu 0.15ohm a hlavně na GATE toho MOSFETu.

[Racius]

Skús nejaký IRF na vyššie napätie, napr. IRF720, IRF830.
Namiesto darlingtonu PNP.

Tiež sa momentálne potýkam s experimentovaním meniču, dostal som sa k účinnosti tiež iba 70%, ale myslím že viacej z toho nemožno vytrieskať.
Napájam tým 6 kusov ZM1040, čo činí odber 3W digitrónov, odber meniču je 330mA pri 12V, to je približne tie 4watty.

Cievku mám radiálnu 330uH z GME.

[aparat]

Tiež sa momentálne potýkam s experimentovaním meniču, dostal som sa k účinnosti tiež iba 70%, ale myslím že viacej z toho nemožno vytrieskať.

Vcera som nasiel jednu cievku ktoru som vymontoval z mikrovlnky. Ma tiez zhruba 100 uH a s nou som dosiahol 75%. Neviem ale jej typ.

Po dalsom hladani na internete som sa dostal este k jednej - DSZ-9/100/2,2-V. Tato by mala mat lepsi odpor, len zatial som nenasiel dodavatela na Slovensko.

Co by ma ale zaujimalo je otazka co povazujete za nevhodne na pouziti darlinktona v mojom zapojeni? Vacsina z doterajsich odpovedi sa tykala prave tohoto tranzistora. Je tam podla Vas principialny problem - aky?

[breta1]

AmarokCZ
Tomu tvému zapojení moc nerozumím.
Jednak tam jistě místo
MC43063A patří napsat MC34063A, jednak ty budící tranzistory převrací fázi, takže ze stabilizace se asi stane destabilizace. Myslím, že tu dvojici budičů PNP/NPN jsi asi měl jako emitorové sledovače.

[AmarokCZ]

breta1: jediné, v čem máš pravdu je že je blbě napsaný MC34063. Dvojice PNP a NPN je zapojená schválně tak jak je - k inverzi ve spínání určitě nedochází.
aparat: já bych místo MOSFETu zkusil normální BJT. Myslím si, že by to MOHLO mít vyšší účinnost než s MOSFETem.

EDIT: MC43063A opraveno na MC34063A

[breta1]

Pardon, s tím spínáním je to OK.

[PavelFF]

to aparat: Dneska jsem si tvoje zapojení postavil na prkénku a prováděl pokusy. Místo darlingtonu T1 jsem dal obyč. PNP (2N2907A) a místo D2 jsem dal FR107. R1=0,1Ohm, C4 =1nF , f = cca 35kHz.
Nastavil jsem zatěžovací odpor 6k48 a vždy dodržoval výstupní napětí 180V =>5W = konst.

Odpozoroval jsem jako laik určité závislosti, které uvádím. Pro někoho to jsou triviality a tato jedna osoba ať dál nečte, nebo mě zase rozcupuje

Předně je účinnost hodně závislá na napájecím napětí, což je asi pochopitelné, protože při nižším napájecím napětí se víc uplatňují nenulové úbytky na spínačích a na odporech.
No a potom záleží na velikosti indukčnosti vzhledem k požadovanému výst. napětí a výkonu. Existuje určitá optimální indukčnost. Když je menší, obvod funguje , ale s horší účinností.
Prakticky jde o to, aby se nezačal příliš zvyšovat kmitočet(zde asi 35kHz) vlivem zkracování doby sepnutí T2 při dosažení proudového omezení. Jak začne zabírat vývod IPK, tak se účinnost zhoršuje - uplatňují se ztráty na odporu R1. Jenže na druhou stranu nesmí být indukčnost moc velká, protože se pak nestačí během doby sepnutí "naproudit" dostatečnou energií a pak nestačí nabít výstupní C5 a zátěž. Napětí na výstupu pak nedosáhne 180V a nepomůže ani trimr TR1.
Toto chování jistě popisují rovnice v aplikačním listu, jenže z těch si to každý hned nepředstaví.
Z tvého textu soudím, že asi nemáš ani měřič indukčnosti ani osciloskop. Což je docela problém při pokusech se spínanými zdroji.

Myslím si, že ve tvých pokusech spíš než na materiálu cívky záleží na faktické velikosti indukčnosti. Samozřejmě nesmí být cívka vysloveně nevhodná - použil jsem mj. cívku na železopráškovém toroidu (žlutá barva) a ohřála se tak, že jsem ji neudržel v ruce. Vodičem to nebylo, cívka měla nejmenší činný odpor ze všech zkoumaných.


V dané konfiguraci se mi podařilo dostat se na maximální hodnot účinnosti cca 79% (U1=12V, I1=0,53A). Cívka cca 110uH, R=68mOhm,


Jak účinnost roste s napájecím napětím je vidět z následující řady U1:
10,2V => 74,5%
12,0V => 78,6%
13,3V => 81,7%
16,3V=> 85,2%
23,8V=> 87,5%

S cívkou z železoprachu(byla horká):
U1=14,5V => 55.5%
U1 =19,9V => 61%
25V => 62,5%

Desetiny uvádím pro efekt - přesnost měření byla určitě horší.

Tranzistor T2 je (bez chladiče) mírně vlažný a feritové cívky trochu teplejší. Někde se těch 1,36W musí rozptýlit.

Nezkoumal jsem zatím vliv změny kmitočtu nebo třeba typu tranzistorů. No vlastně jsem tam dal zkusmo IRF630 a byl o trochu horší.
----------------------------------------------------------------------------------
EDIT: Zkoumání vlivu spínacích ztrát
Snížil jsem kmitočet a zvětšoval patřičně indukčnost. Účinnost se dále zlepšila, na úkor větších rozměrů cívky.

Při f = 21kHz, C4=2nF, L1=220uH je U1=12V/I1=0,50A=>6W =>účinnost 83,3%
Při f = 15,8kHz, C4=3nF, L1=330uH je U1=12V/I1=0,49A=>85%
Při f = 9,1kHz, C4=5n7, L1=550uH je U1=12V/I1=0,49A=>85%

Takže závěr je takový, že dosáhnout účinnosti přes 80% se dá i skromnými amatérskými prostředky ze šuplíkových zásob. V tomto případě je kmitočet 35kHz příliš vysoký z hlediska optimální účinnosti.
Nižší kmitočet však vyžaduje rozměrově větší součástky.