Sinus DC-DC converter

Ha Bram,

Een kleine brain fart vanuit de röntgentechniek van weleer:

Zou het iets zijn om van uit en 3 of 6 fasen sinusspanning uit te gaan voor een 'schonere' gelijkrichting?
Dit werd in de röntgentechniek gedaan omdat rimpel afvlakking moeilijk is bij hoge spanningen. Je krijgt op deze manier een veel kleinere basis rimpel.
Als je wilt zal ik er wat over opzoeken. Er ligt dan wel een nieuwe uitdaging op de loer om een meerfasige sinus op te wekken....

Grtz.,

T.A.

Misschien kun je een enkele sinus opwekken en met reactieve componenten de in fase verschoven varianten maken? Het geheel wordt er wel een stuk groter van, terwijl je in dit geval gemakkelijk heel veel buffercapaciteit kunt toevoegen.

@blackdog: ik bedoelde de elektrische geleiding van zo'n ferrietkern; ik ben er met een normale multimeter nooit in geslaagd om enige geleiding te meten (gewoon twee meerpennen tegen de kern drukken dus). Als hij niet geleidt, hebben de dielectrische eigenschappen niet zo heel veel invloed, aangezien de onderlinge afstand groot is. Het heeft dan wel zin om de primaire en secundaire wikkelingen zo ver mogelijk uit elkaar te leggen.

Als de kern wel elektrisch geleidend is, wordt het geheel in principe 2 condensators in serie, met allebei een kleine plaatafstand. De plaats van de wikkelingen op de kern heeft dan weinig invloed meer, maar dan zou het wel nuttig zijn om de wikkeling wat verder van de kern vandaan te leggen (eerst een spacer of een paar lagen tape of zo om de kern en dan pas wikkelen), maar daarmee krijg je natuurlijk wel een grotere lekinductie.

Fikse elco's nemen ook ruimte in. Bovendien kan je ook van een hogere frequentie uitgaan en drivers als de LH033 (video driver) of een MC1438R driver.

MC1438R direct in een Wienbridge:

_{(heb er een paar liggen)}

Datasheets aanwezig!

Even een kleine zijsprong. IK wil een zware SMPS regelbare voeding ook uitrusten met de 16 bit ADC. IK wou daar gewone transformatorren voor gebruiken. Want in de voeding zelf is al zo veel EMC dat dit geen toegevoegde waarde heeft. Klopt dit of valt er nog steeds wat te winnen?

Hi!

De 3E25 kernen hebben een isolatielaag over het ferriet en deze laag kan ik niet meten met een normale Ohm meter.
Maar de kern hieronder als ik daar mijn twee meetpennen ongeveer 1mm van elkaar in de kern prik, kom ik rond de 20K uit.
Deze kern heeft een iets hogere AL waarde dan het 3E25 materiaal, met als voordeel dat ik iets minder windingen kan gebruiken.
De capaciteiten van de twee wikelingen die er nu op zitten zijn zoals ik al eerder aangaf net onder de 3pF!

Ik ga een poging doen om het ook zo laag mogelijk te houden als het geheel gemonteerd is.
Alle bedrading en capaciteiten naar de kast spelen natuurlijk ook me, maar het is een mooi leerobject.

Tidak Ada,
Yep, drie fasen scheelt afvlakking maar je komt al snel aan veel meer onderdelen wat de sinus en powertrapjes betreft.
Een van de uitgangspunten was simpel en goed
De aangehaalde IC zijn mij bekend, maar deze zijn bedoeld voor het werken op +-10 tot 18V en hebben niet de mogelijkheid tot het leveren van flinke piekstromen.
Deze piekstromen zijn nodig tijdens de geleiding van de brug gelijkrichter.

Het door mij voorgestelde Audio Eindversterker IC werkt op +5V a +6V en kan stevige piekstromen leveren,
dit samen met het kleine aantal windingen die nodig zijn maakt het makkelijk op te bouwen.
Deze spanning maakt het ook voor vele Arduino omgevingen aantrekeklijk om het uit de zelfde voeding te betrekken.

Ik heb hier laten zien een aantal testen met flinke stromen, dat is voor een aantal toepassingen van mij in het geheel niet nodig.
Denk aan een ADC en een zuinig meetversterkertje op 5V, dat zal bij elkaar niet boven de 10mA uitkomen.

Op de kern in deze post, ga ik proberen 6-WDG op aan te brengen, Een volgende trafo is het aanbrengen van twee symetrische wikkelingen zodat ik opamps uit +-12V kan voeden.
Deze wikkelingen zullen dan van getwist draad worden gemaakt om ruimte te besparen.

Er is nog ruimte om de wikkelingen aan te passen, de primaire wikkeling is nu rond de 1mH, de RL afhankelijk van de kern en de gebruikte frequentie tussen de 140Ω en ruim 200Ω
Waar ik steeds mee teste is 10-WDG primair en dit kan vooral met de kern in deze post naar zeg 8-WDG toe, dan heb ik nog steed een RL die hoog genoeg is en dan is er meer ruimte voor mijn wikkelingen als ik deze nodig heb.

Nu tijd om een frisse neus te gaan halen!

Groet,
Bram

Als jouw kernen wel elektrisch geleidend zijn, zou het dus interessant kunnen zijn om die isolatielaag nog wat dikker te maken, zodat de afstand tot de kern groter wordt, daarmee zou de capaciteit kleiner moeten worden.

Een scherm ertussen kan natuurlijk ook, maar dan wordt de capaciteit naar de ground waar dat scherm aan zit juist weer groter; voor iets wat echt moet zweven is dat misschien weer ongewenst, maar voor de meeste toepassingen is natuurlijk het belangrijkste dat de koppeling naar de excitatie van de transformator onderdrukt wordt.

3pF is natuurlijk al heel erg weinig.

Op 19 november 2017 16:02:32 schreef blackdog:
[....]
Nu tijd om een frisse neus te gaan halen!

Groet,
Bram

Ha Bram,

Die frisse neus haalde ik gisteren al: 10 km met mijn brakke knie op de Brunssumer heide.

Neus (en hersens) al opgefrist

Ik weet niet hoe groot die piekstromen zijn die jij verwacht, maar die 1438R doet toch wel 350mA (De R-versie heeft een 614-behuizing. Dat is een TO66 met 9 pennen) en je gebruikt er naar mijn idee drie: voor elke fase 1. Max. dissipatie 3W @ T_C= 25°C
Verder kan je het ding tot 1 MHz gebruiken, daarna een derating.

Ik wil je overigens niet persé naar die 3 fasen duwen, hoor

Kan je anderzijds die BB3534AM niet inzetten om op een hogere frequentie te werken voor je project?

@Blackdog
Ik heb op dit moment niet echt een toepassing in gedachten, ik vond het meer interessant
om het "lage emc" concept op een wat andere manier aan te pakken. Het potentiële voordeel
van deze aanpak is de schaalbaarheid naar wat hogere vermogens doordat de efficiëntie
met wat aandacht best redelijk kan zijn. Op dit moment is de het rendement ergens in de 50%,
maar een groot deel daarvan zijn de gate drivers en de oscillator. Dit kan flink beter met modernere chipjes
en door de componenten wat handiger te schalen.

Het grote voordeel aan de LLC topologie is dat de piekstromen die je hebt bij gelijkrichting van
een sinus afwezig zijn, de spanning is immers een blokgolf. De stroom is in dit geval sinusvorming.
Het hele verhaal hier boven over meerdere fases etc is bij deze topologie dus volledig overbodig

Daarnaast is de converter "zero voltage switching", de uitgangs- capaciteiten van de fets worden door de
resonante kring ontladen ipv dat de energie verloren gaat. Dit heeft zowel voordelen voor de efficiëntie
als de EMC.

Ik heb ondertussen nog wat verder geëxperimenteerd. Ten eerste is de gelijkrichter vervangen door
een wikkeling met middenaftakking, dat scheelt twee diode verliezen en de capaciteit die daar bij hoort.
Ten tweede heb ik even uitgerekend wanneer het kerntje zou verzadigen, en daaruit bleek dat drie wikkelingen
primair voldoende is. Dit maakt de capaciteit pri-sec 1.9pF.

Als laatste heb ik een common mode spoeltje op de uitgang toegevoegd van zo'n 700µH samen met 30µF extra capaciteit.
De uitgang ziet er nu als volgt uit, de pieken zijn verdwenen.

en met wat middeling.

Deze pieken worden erger als de draden van de trafo in de buurt komen, dus waarschijnlijk koppelt het elektrisch veld dan in. Een degelijke layout op een print zou dit naar verwachting nog beter maken.

Als laatste nog even een overzicht van het huidige uitgangs- filter.

Hi DJ-Floyo,

Het wordt steeds mooier...
Ik denk dat je gelijk hebt dat als je het in SMD opbouwd en misschien nog wat hoger in frequentie gaat,
dat je het voor een redelijk vermogen mooi klein kan houden.
Dit is dan ook een voordeel voor het EMC gedrag van de schakeling, je geeft zelf al aan dat als je in de buurt komt van de onderdelen waar veel vermogen geschakeld wordt de EMC ook flink toeneemt. ( ik heb bijna geen EMC met mijn Wienbrug )

Op het plaatje waar je middelt kan je zien dat je een snubber nodig hebt, probeer eens mijn waarde en ik denk dat 470pF genoeg zal zijn als condensator.
Er zijn allerlei berekeningen voor snubbers, maar binnen 1 minuut het je dit empirisch bepaald.
Als het scherpe randje van de abberatie er af is, dan is het wat mij betreft goed.
Door de Ri van de trafo/schaleling blijf je altijd een deukje in de sinus zien,
maar dat is niet de resonantie van de trafo die je met de snubber dempt.

Weet je dat ik daar nog helemaal niet aan gedacht heb... en dan bedoel ik het leggen van een dubbele winding om twee dioden kwijt te raken.

Die neem ik mee in mijn komende testen, kost iets meer wikkelruimte maar kan misschien 1 winding schelen, door de mindere verliezen.
Ook ga ik nog een beetje spelen met de afvlakking, er zaten wat fouten in mijn meetmethode die ik in dit topic al heb laten zien.
Deze laat ik lekker staan, het gaat om de weg naar de optimalisatie en waar je de mist in gaat

De latere metingen heb ik uitgevoerd met een van mijn ruisarme voorversterkers, dan is de ruisvloer niet meer bepaald door de scoop ingang.
De ruisvloer van de scoop wordt dan kleiner dan 10uV (40dB preamp) afhankelijk van de bandbreedte die ik op de meetversterker kies.

Jammer dat ik niet zoveel tijd heb, ook deze week weer niet... ik type dit tijdens mijn lunch.
Gaarne zie ik weer je plaatjes en je opmerkingen tegemoet

Groet,
Bram