@milan_obr
[quote]
GDE se "oslanja" KMS dok u pauzi napaja potrošač akumuliranom energijom?
-----------------
Na šemi je zenerica D6, na kojoj se seku prenaponi sa snabera.
Sme li se ta energija odvesti (upotrebiti) u neko drugo kolo?
-------------------------
Kako se računa vremenska konstanta snabera. (Nisam pazio na času).
-------------------------------
Zašto su diode D1 i D2, spojene bliže tranzistorima, kad prenapon nastaje na primarima trafoa?
(HF kroz štampani vod, kraći put do RC snabera).
-------------------------------------
Ako bi bilo potrebe za više sek. napona, kako bi se upravljalo modulatorom? Sa izvoda sekundara koji odvodi najviše snage, ili sabiračem pojedinačnih napona?
------------------------------------------
Prosiricu odlicno objasnjenje cenjenog kolege @Dragan100janovic, gde cu navesti sustinsku razliku rada "standardnih" push-pull pretvaraca i PSM, gde postoji razlika u nacinu klamp-a izlaznog storage kalema.
Ujedno cu iskoristiti priliku da ga pozdravim i pozelim mu srdacnu dobrodoslicu na forum: Dobro nam dosao kolega @Dragan100janovic!
Istovremeno cu mu "pozajmiti" slicicu koju je postavio, a koja potice iz Microchip-ovog tutorijala oko SMPS.
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nesto oko samog Microchip tutorijal-a (
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01114A.pdf):
U toj app. noti sam zapazio nekoliko gresaka. Neobicno za Microchip, ali to se moze bilo kom desiti. Tom tutorijalu se ne moze u potpunosti slepo verovati.
Stoga, obavezno bilo koje pravilo ili princip rada treba proveriti iz vise izvora, jer greske se potkradu i najvecima.
Necu se baviti pojedinacnim greskama u doticnoj app. note, jer je prilicno velika i to bi mi oduzelo previse vremena.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
>>GDE se "oslanja" KMS dok u pauzi napaja potrošač akumuliranom energijom?<<
Da predjemo na stvar:
1) prvo i jedno od veoma vaznih pitanja: kako se obavlja klamp izlazne storage prigusnice kod dve, na prvi pogled slicne, a u sustini razlicite topologije, klasicni push-pull i PSM (obe pripadaju push-pull i forward porodici pretvaraca)?
------------------------------------------
Da olaksamo stvari, zamislicemo da trafo ima prenosni odnos 1:1.
Posmatracemo tranzistore i diode kao idealne prekidace, radi lakseg razumevanja.
Otpornosti namotaja cemo zanemariti, tj. smatracemo da su im otpornosti jednake nuli.
Pod TACKOM cu podrazumevati tacku kojom su na shemi oznaceni poceci namotaja.
------------------------------------------------------------
Onog trenutka kada dovedemo napon na krajeve bilo kog od namotaja (ovde ih ima 4), tako da pozitivan pol napona bude na tacki koja oznacava pocetak doticnog namotaja, a sto je u nasem slucaju sa slike Np1 (otvaranje Q1), na tom namotaju se proizvodi KEMS (kontra elektromotorna sila) koja je takvog polariteta i velicine da u potpunosti sprecava pojavu bilo kakve struje u tom namotaju.
Dakle, u prvom trenutku ukljucenja Q1, polovina primara Np1 ima napon KEMS jednak naponu napajanja, magnetno polje u jezgru ne postoji, a struja Np1 je jednaka nuli.
Poput mase mirovanja u mehanici, induktivnost Np1 se protivi bilo kakvoj promeni stanja STRUJE od stanja u kom vec jeste.
Medjutim, posto napon napajanja besprekidno deluje na njegove krajeve (poput besprekidnog delovanja sile na nepokretnu masu), KEMS ce poceti da opada, jezgro da se "puni" magnetnom energijom i (poput ubrzavanja mase u mehanici) struja u Np1 ce poceti da RASTE pocev od nule, linearno sa proticanjem vremena.
Struja koja RASTE u Np1 ima smer OD TACKE.
Dakle, prvi zakljucak je da: Dok u NAPAJANOM namotaju (kome je doveden + na tacku) struja NARASTA, u svim ostalim namotajima PA I U NJEMU SAMOM ce pojaviti KEMS takvog polariteta gde ce takodje + od KEMS biti na TACKAMA.
Zbog toga sto su SVI namotaji sada postali NAPONSKI izvori i imaju + na TACKI, a pretpostavljeni prenosni odnos nam je 1:1, na ostalim namotajima ce se dogodito sledece:
-na svim namotajima, pa i u napajanom Np1, ce se u prvom trenutku (ako smo usvojili prenosni odnos 1:1, napominjem) pojaviti napon JEDNAK naponu napajanja, koji ce linearno opadati u vremenu.
Nagib opadanja napona je manji ukoliko je veca induktivnost namotaja.
Induktivitet primara se bira tolikom da linearno opadanje napona za vreme zaravni impulsa (dok se plasira napon na primar ) opadanje napona ne predstavlja znacajan udeo napona napajanja (ide se do oko max. 5% kod forward topologija, i do najvise 20% kod buck, tj. flyback topologija). O srodstvu topologija sam pisao u nekim prethodnim postovima, pa potrazite da se ne ponavljam.
Linearno opadanje svih KEMS napona ce potrajati sve dok plasiramo napajanje u Np1, posto za to vreme NARASTA MAGNETNO polje u jezgru.
To narastanje ne moze trajati beskonacno, vec ce jezgro u nekom momentu doci u zasicenje (i poslednji magnetni dipol u njemu ce biti orijentisan), tog momenta ce napon naglo opasti na nulu u svim namotajima.
Nas cilj je da iskljucimo napajanje namotaja Np1 PRE nego sto magnetno polje u jezgru dostigne maksimalnu mogucu vrednost, tj. vrednost zasicenja.
Prividna otpornost Np1 je u prvom trenutku beskonacno velika, sa porastom magnetnog polja ona opada, posledicno tome i narasta struja u primaru.
Dakle, ako dovoljno DUGO potraje plasiranje napona na Np1, jezgro ce se zasititi, prestace postojanje SVIH KEMS i trafo ce nam biti beskoristan.
Istovremeno ce prividna otpornost primara biti jednaka nuli, tj. bice kratak spoj.
Vreme plasiranja napajanja u primar se proracunava tako da u doticnom trafou jacina magnetnog polja bude dovoljno manja od granice zasicenja.
(inace greska kod pretvaraca od @gigabyte091, gde je frekvencija bila preniska, tj. vreme punjenja primara predugo, pa je jezgro odlazilo u zasicenje)
Dok struja u Np1 narasta (vreme trajanja impulsa na Np1, tj. njegova zaravan):
- na Np2 (posto je KEMS sa + na tacki) ce se pojaviti napon jednak naponu napajanja, sabrace se sa njim (jer mu je drugi kraj oslonjen na + Vcc), i na drejnu Q2 ce se pojaviti napon 2 x Vcc.
-ako uzmemo srednji izvod sekundara kao referentnu tacku, na Ns2 ce se pojaviti + od KEMS na TACKI i D6 ce postati provodna.
-Istovremeno ce se i na Ns1 pojaviti + od KEMS na tacki, sto mu drugi kraj cini negativnim, i zbog toga zaporno polarise D5.
Sada Ns2 predstavlja naponski izvor za storage kalem na sekundaru, i u storage kalemu struja i magnetno polje pocinju da narastaju sinhrono sa narastanjem struja u primaru, a pri cemu se kolo za storage kalem zatvara kroz potrosac (i izlazni elko).
Prakticno, pretvarac predaje energiju storage kalemu za vreme IMPULSA, otud ime forward.
Nesto o izlaznom elko: suprotno od induktiviteta, kondenzatori se protive promenama napona na njegovim krajevima, mozemo ih smatrati IDEALNIM NAPONSKIM IZVOROM u kratkom vremenskom intervalu, a cije su osobine bekonacno velika struja i konstantan napon.
Stoga ce za svaki pokusaj PROMENE napona na krajevima kondenzatora on biti NAPONSKI IZVOR.
Dakle, to pravilo vazi bez obzira na prethodnu kolicinu "napunjenosti" kondenzatora. Za svaku PROMENU napona mozemo ga smatrati izvorom cija je struja beskonacna.
Kod forward topologija (sve one koje imaju vidljiv storage kalem ili vise storage kalemova), konstrukcija se radi tako da
najveci deo energije (magnetno polje) zavrsi u storage kalemu, dok se trudimo da sto manji deo enegije (magnetnog polja) bude akumulirano u jezgru trafoa.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Da nam struja primara (magnetno polje jezgra trafoa)ne bi narasla preko mere, prekinucemo napajanje primara Np1 zatvaranjem Q1.
Sada se dogadjaju veoma interesantne stvari:
-kada primar Np1 ostane bez napajanja, svi namotaji istovremeno (pa i on) postaju sekundari.
-u SVIM namotajima KEMS trenutno menja polaritet u suprotan od prethodnog.
-u jezgru trafoa postoji neka (ne prevelika kod forward topologija) nagomilana kolicina energije.
- u jezgru storage kalema postoji znacajna kolicina akumulirane energije.
-kada ni jedan namotaj ne bi imao klamp (nesto u sta ce se iprazniti) napon na njihovim krajevima bi dostgao beskonacno veliku vrednost.
Dakle, kada postoji namotaj oko jezgra u kom je magnetno polje koje se menja, u kratkom vremenskom intervalu taj namotaj se moze smatrati idealnim STRUJNIM IZVOROM, cije su osobine beskonacan napon praznog hoda i KONSTANTNA STRUJA u bilo kojim uslovima potrosnje.
-zbog toga sto svi namotaji mogu dostici beskonacno veliki napon pri OPADANJU magnetnog polja trafoa (jer vise nemamo napajanje primara), svaki od tih namotaja ce "pokusati" da nadje putanju kojom ce se najlakse "isprazniti".
-Ako su svi cvrsto spregnuti medju sobom (a kod push-pull moraju biti), dovoljno je da jedan od njih bude "uklampovan" na neku poznatu vrednost napona, svi ostali namotaji ce zaustaviti porast napona na vrednosti koju odredjuju vrednost napona uklampovanog namotaja i njegov prenosni odnos prema ostalim namotajima. (nas hipoteticki slucaj prenosnog odnosa je 1:1, pa ce svi namotaji imati istu vrednost napona (opet i uvek je u pitanju KEMS)).
Dakle, onaj namotaj koji ima cvrst klamp, diktirace napon na svim ostalim namotajima.
Koji je to namotaj u nasem slucaju?
Posmatracemo ih jednog po jednog:
-Ns2 je promenio polaritet, D6 je zaporna, dakle nije on.
-Ns1 je sada pozitivan na kraju gde je anoda D5, ona je provodna, deo magnetne energije trafoa se prazni i dalje u storage kalem (
tok struje ka storage kalemu nije ni prestao, samo se promenila dioda). Medjutim, rekosmo da su kalemovi strujni izvori, sto znaci da za promene struje imaju veoma veliku impendansu, pa posto nam je D5 serijski vezana sa jednim takvim, ne moze obaviti cvrst klamp trafoa.
(istovremeno je taj namotaj "oslonac" sa praznjenje L storage u ovom trenutku vremena, sto je jedan deo odgovora na Milanovo pitanje )
-Np1 ima iskljucen Q1, polaritet je njegove KEMS je sada takav da mu je pozitivan kraj SUPROTNO OD TACKE (kao i na svim ostalim namotajima). Njegov napon se sabira sa naponom napajanja i tim naponom deluje na drejn Q1 koji je iskljucen. Dakle nije ni on.
-ostaje nam Np2. Kroz body diodu Q2, napon na Np2 ce se cvrsto uklampovati na napon Vin (napon napajanja), ostalim namotajima ce "diktirati" velicinu koja je odredjena iskljucivo prenosnim odnosom trafoa. (u nasem slucaju 1:1, dakle svi imaju iste napone). Klampovanje na napon napajanja ce potrajati sve dok se magnetna energija iz jezgra trafoa ne isprazni.
Ovo je inace razlog potrebe za kvalitetnim "bulk" elko na napajanju, tj. njegova tranziciona impendansa treba da bude dovoljno niska da se kod predavanja energije trafou i vracanja energije iz njega, napon na elko beznacajno promeni.
To je jedna od garancija velicine klamp napona i velicine prenaponskih pojava na SVIM namotajima.
- Posto je energija akumulirana u trafou mala, za relativno kratko vreme biva vracena u napajanje, najvecim delom, a manjim delom ce biti predata storage kalemu kroz D5.
-kada se jezgro trafoa isprazni, na SVIM namotajima ce KEMS opasti na nulu.
-storage prigusnica ima mnooogo vecu akumuliranu energiju od jezra trafoa, koja se negde mora isprazniti.
Zakon je ovakav: induktivitet ce se po svaku cenu potruditi da odrzi vec postojece stanje struje kroz njega (smer i amplitudu), razvijajuci toliki napon na svojim krajevima, da ce struju u datom trenutku odrzati makar probijanjem izolacija ili preskakanjem varnice kroz vazduh.
Ta teznja ce prestati tek kada se SVA kolicina magnetne energije isprazni.
Zato ce
TEK SADA, posto oba sekundara imaju napone jednake nuli, D5 i D6 postati otvorene jer ih teznja storage kalema da nastavi sa tokom struje u istom smeru natera na to.
- posto su Ns1 i Ns2 namotani u opoziciji i cvrsto spregnuti, tokovi jednakih struja kroz njih ponistavaju potencijalna magnetna polja, i u ovom trenutku su Ns1 i Ns2 dinamicki kratki spoj.
Kroz ovaj dinamicki kratki spoj, storage kalem se neometano i dalje prazni ka potrosacu.
(to je vec drugi deo tj. potpun odgovor na Milanovo pitanje)
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
Storage kalem ima znacajnu kolicinu energije. Nece se potpuno isprazniti do zapocinjanja drugog polutalasa.
Ukljucenjem Q2 se zapocinje drugi polutalas, i "igra" pocinje ponovo kao sa ukljucenjem Q1, samo sto su sve pojave suprotne kao u ogledalu, osim smera struje kroz storage kalem, koji ostaje isti, i u kojoj struja ponovo pocinje da raste, sada vec veca od prvobitne vrednosti, i za nekoliko sledecih polutalasa ce dostici stacionarno stanje nominalne srednje struje.
Prethodno opisane pojave, koje se sastoje iz praznjenja energije jezgra trafoa, potom nastavka praznjenja storage kalema kroz pasivan "prazan" trafo se jako lepo vide na oscilogramima drejnova Q1 i Q2 (gornji levi ugao, tj. pocetak zaravni impulsa).
Vidi se nadvisenje iznad 2 x Vcc koje relativno kratko traje (praznjenje trafoa ka napajanju, nadvisenje potice od pada napona na body diodi), potom kratka oscilatorna pojava kao posledica "ringing" od raznih parazitnih kapaciteta i rasipnih induktivnosti, potom nagli pad na velicinu napajanja (prazno jezgro trafoa), potom skok na 2x Vcc (ukljucenje suprotnog tranzistora).
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Razlika izmedju obicnih push-pull topologija (klasican push-pul, half-bridge, full-bridge, tj. svih onih kod kojih postoji period kada ne provodi ni jedan tranzistor na primarnoj strani) i PSM topologije je upravo u tome sto kod PSM topologije uvek provode dva tranzistora.
Kod PSM topologije, kada prestane napajanje primara, onda su u provodnom stanju ili oba gornja ili oba donja tranzistora, koji kratkospajaju primar trafoa, zadrzavajuci tok struje kroz njega skoro jednakim onom sto je prethodio, preslikavajuci dinamicki kratak spoj na sekundarnu stranu odmah po zavrsetku napajanja primara.
Na taj nacin izlazni buck (diode i storage kalem) imaju povoljnije uslove rada, tj. blizi su klasicnom buck pretvaracu.
Zbog kratkog spoja na primaru, opadanje magnetne energije u trafou ce trajati veoma dugo (vratiti se na post sa plasticnim objasnjenjem rada kalema), sto odrzava dovoljan tok energije kroz rezonantno kolo koje sacinjavaju rasipne induktivnosti primara i parazitni kapaciteti mosfeta, a sto je upotrebljeno za ZVS osobinu.
Prakticno, trafo skoro nikada nije "prazan" osim kratkog trenutka kada magnetno polje prolazi kroz nulu.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
>>Na šemi je zenerica D6, na kojoj se seku prenaponi sa snabera.
Sme li se ta energija odvesti (upotrebiti) u neko drugo kolo?<<
Svakako da se sme upotrebiti. Bolje za bilo sta drugo nego za toplotu.
Kod veoma velikih snaga, ovaj "visak" energije se obicno nekom metodom vraca u napajanje.
Kod full-bridge nema potrebe za snubberima, ako je tranziciona impendansa napajanja dovoljno niska, sve se uspesno vrati kroz body diode.
Kod nekih specificnih topologija (multilevel konvertori, erozimati sa coperskim radom i sl...) se ne zali da se stavi pomocni SMPS koji ce ovakav "visak" korisno upotrebiti.
------------------------------------------------------------------
>>Kako se računa vremenska konstanta snabera. (Nisam pazio na času).<<
U konkretnom slucaju kod push-pull-a @gigabyte091, nije od znacaja RC vreme snubber-a, vec sposobnost kondenzatora C3 i C4 da prime E(Ls) = (Ls x I^2)/2, tj. svu energiju rasipnih induktiviteta, sa promenom napona delta_Uc manjom od prekoracenja granicnih karakteristika mosfet-a.
R1 i zenerica pretstavljaju potrosac tog viska sa dva nagiba. Kod manjih prenaponskih pojava, dovoljnu ulogu potrosaca ce obaviti R1, dok kod povremenog snaznijeg priliva "viska" energije, pridruzice mu se zenerica koja ce istovremeno garantovati i maksimalni napon na drejnovima do granice njenog pregorevanja.
Morao sam napraviti tako za slucaj @gigabyte091, jer mu je konstrukcija razudjena, sa puno dugackih zica i asimetricnih vodova. tako sam obezbedio da moze eksperimetisati bez straha od proboja mosfet-a.
Inace, u praksi se stavlja samo zener i omanji kondenzator (dovoljne velicine), da ne bi snubber mreza kvarila brz tranzicioni odziv kod light-load. (kada nam je poznata kolicina energije koju treba da "pokupi" snubber)
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
>>Zašto su diode D1 i D2, spojene bliže tranzistorima, kad prenapon nastaje na primarima trafoa?
(HF kroz štampani vod, kraći put do RC snabera).<<
Prenapon ne nastaje na primarima trafoa. Kod idealnog trafoa, sav visak energije se vrati kroz body diodu suprotnog mosfeta.
Prenaponi nastaju na nespregnutim rasipnim induktivnostima, u sta spadaju bilo kakvi vodovi do drejnova.
Diodama se klampuju krajnje tacke tih opasnih izvora.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
>>Ako bi bilo potrebe za više sek. napona, kako bi se upravljalo modulatorom? Sa izvoda sekundara koji odvodi najviše snage, ili sabiračem pojedinačnih napona?<<
Ovo pitanje zahteva malo slozeniji odgovor:
Jedine topologije koje MOGU imati vise stabilisanih napona na izlazima su flyback i current-feed push-pull bilo koje vrste.
Prepoznaju se po NEDOSTAJANJU storage kalemova, tj. po direktnoj vezi izlaznih dioda i elko. Izuzetak cini rezonantna LLC topologija, koja takodje ima direktno vezane diode.
(inace je jedna od gresaka u Microchip-ovoj app. noti upravo shema current feed push-pull pretvaraca, gde je nacrtan storage kalem koji tu ne pripada, cak je i stetno njegovo prisustvo)
Ono sto je upotrebljeno u PC napajanjima je los surogat stabilizacije pomocnih napona.
Takav tip stabilizacije obicno ima jedan cvrsto stabilisan napon (+5V) i par podredjenih stabilizacija pomocnih napona, gde se racuna sa poznatom potrosnjom glavnog napona. takav sistem ne tolerise veoma razlicite potrosnje na pojedinacnim izlazima. Ako se pojavi veoma razlicita potrosnja na izlazima, ostali naponi postaju nestabilisani.
Primer: pokusaj da crpes veliku struju sa +12V kod PC napajanja, ne troseci nista pri tom sa +5V.
Izuzetak cini +3,3V, koji je potpuno nezavisno stabilisan Magamp regulatorom.
Dakle, sve do jedne forward topologije mogu imati SAMO JEDAN dobro stabilisan napon.
Ako je potrebno vise dobro stabilisanih napona, bira se ili druga topologija. ili se stavljaju postregulatori poput magamp ili nekog buck SMPS.
-------------------------------------------------------------------------------------------
Veliki pozdrav