Buck Converter yüksek akım sorunu.

[mistek]

DC bara üzerindeki 50 voltu 12V 60Amper seviyesine indirmem gerekiyor. Microchip'in buck converterla ilgili dokümanını referans alarak resimdeki gibi bir yapı kuracağım.

http://n1311.hizliresim.com/1h/6/u8lsu.jpg


Burada akım çok yüksek olduğu için tel çapını çok arttırmadan bobinleri paralel bağlayıp tur sayısını arttırarak ısınmalarını engellemeyi düşünüyorum. Senkron buck converter yapacağım. Diyotu temsili olarak koydum. PWM ve NPWM sinyali mikroişlemci tarafından üretilecek. Ayrıca verimi %85 in üzerine çıkarmam gerekiyor? Kondansatörleride Paralel bağlayıp ESR değerini düşüreceğim.
Pratikte hangi sorunlarla karşılaşırım?
Nelere dikkat etmeliyim?

Birkaç parametre;
Fsw=48-49kHz
Iyük=60A
Vo=12v
Vi=50V
Iripple=0.2*Iyük

[Kabil ATICI]

bobinler özdeş olmazsa birbirini yük olarak kullanma durumu olabilir. Bu kadar akım için özdeşlik kolaylıkla bozulabilir.

[mistek]

bobinler özdeş olmazsa birbirini yük olarak kullanma durumu olabilir. Bu kadar akım için özdeşlik kolaylıkla bozulabilir.

L değerine göre tel çapı kurtarırsa tek bobinede düşürebilirim. Kendim saracağım için özdeş olmayabilir.

[z]

Bobinlerin özdeş olma zorunluluğu yokki.

Paralel endüktanslar paralel direnç gibi hesaplanır. Önemli olan eşdeğer endüktansı sağlamak. Endüktası düşük olan daha çok akımı üstlenir. Önemli olan bobinin doyuma gitmeden çalışması. Öte yandan sarım sayısı çok olan bobin akımı daha az üstlenir bu kez de o bobinin sarım sayısından dolayı doyuma gitme riski var.

Diyelinki 20 turluk bobin istediğiniz L endüktansını sağlıyor. Siz bu bobinin aynısını paralel bağladığınızda tamam akım yarım yarım paylaşılacak fakat endüktans da yarıya düşecek. Dolayısı ile siz 2L endüktansda iki bobini paralel bağlamalısınız ki L endüktansında bobin elde edesiniz.

İki ayrı bobin kullanmak yerine alternatif fikir olarak daha iri nüveye daha az sarım sarıp gene aynı L değerini oluşturma yoluna gidebilirsiniz.

[mistek]

Bobinlerin özdeş olma zorunluluğu yokki.

Paralel endüktanslar paralel direnç gibi hesaplanır. Önemli olan eşdeğer endüktansı sağlamak. Endüktası düşük olan daha çok akımı üstlenir. Önemli olan bobinin doyuma gitmeden çalışması. Öte yandan sarım sayısı çok olan bobin akımı daha az üstlenir bu kez de o bobinin sarım sayısından dolayı doyuma gitme riski var.

Diyelinki 20 turluk bobin istediğiniz L endüktansını sağlıyor. Siz bu bobinin aynısını paralel bağladığınızda tamam akım yarım yarım paylaşılacak fakat endüktans da yarıya düşecek. Dolayısı ile siz 2L endüktansda iki bobini paralel bağlamalısınız ki L endüktansında bobin elde edesiniz.

İki ayrı bobin kullanmak yerine alternatif fikir olarak daha iri nüveye daha az sarım sarıp gene aynı L değerini oluşturma yoluna gidebilirsiniz.

Bobin Henry değerini çok az tur sayısında yakalıyorum.

Tek nüveye 5 tane 1mm teli beraber sarsam nasıl olur?
2 nüve yapmamın sebebi tel kalınlığı arttıkça düzgün saramadığım için.

[z]

Tercih senin. İki nüve kullanıp maliyeti artırmaktansa daha kalın tel sarmanın bir yolunu araştırabilirsin. Elle değil de çıkrıkla sarcak düzenek ayarlarsana çok kalın telleri de zorlanmadan sararsın.

60A için yaklaşık 7 mm çapında tel kullanman gerekiyor.

[mistek]

Tercih senin. İki nüve kullanıp maliyeti artırmaktansa daha kalın tel sarmanın bir yolunu araştırabilirsin. Elle değil de çıkrıkla sarcak düzenek ayarlarsana çok kalın telleri de zorlanmadan sararsın.

60A için yaklaşık 7 mm çapında tel kullanman gerekiyor.

Bobinajcı usta 1mm2 için 6A hesaplarsan sıkıntı olmaz dedi. Buna dayanarak 10mm2 yani 3.5-4mm çapında tel işimi görüyor mu oluyor ? Kesiti pi*r^2 den hesapladım. 
7mm teli eğip bükmek yerine daha ince telleri beraber sarmayı düşünüyorum farkeden bişey olur mu?

Tel sarma düzeneğinden daha önce haberim yoktu araştırayım.

[z]

Bobinajcının hesabını bilmiyorum. 0.9xkarekok(I) dan tel çapını hesaplıyorum. Buradan çıkan sonuç başkarının önerdiklerinden hep daha kalın oluyor.

Ayrıca bobinajcı 50Hz için konuşur.

Sana kaç tur lazım?

3 seçeneğin var.

Diterim deri etkisini diyip kalın emaye tel kullanacaksın.
0.3 mm vs telleri birbirine burup litz teli benzer tel oluşturup onla saracaksın.
Bakır folyonın bir tarafına kağıt band yapıştırıp şerit olarak saracaksın.

Bobinajcıya gidersen sana istediğin bobini sarar. Bu tür işlerde önemli olan tahtadan vs çıkrık için karkas göbeği yapmak. Gerisi kolay.

[mistek]

Bobinajcının hesabını bilmiyorum. 0.9xkarekok(I) dan tel çapını hesaplıyorum. Buradan çıkan sonuç başkarının önerdiklerinden hep daha kalın oluyor.

Ayrıca bobinajcı 50Hz için konuşur.

Sana kaç tur lazım?

3 seçeneğin var.

Diterim deri etkisini diyip kalın emaye tel kullanacaksın.
0.3 mm vs telleri birbirine burup litz teli benzer tel oluşturup onla saracaksın.
Bakır folyonın bir tarafına kağıt band yapıştırıp şerit olarak saracaksın.

Bobinajcıya gidersen sana istediğin bobini sarar. Bu tür işlerde önemli olan tahtadan vs çıkrık için karkas göbeği yapmak. Gerisi kolay.

1.2mm çaplı teli 3cm çaplı ferrit nüveye(toroid) 10 tur sarınca istediğim değeri elde ettim.
Deri etkisini düşünmüyorum. Doyumda 60A geçirsem yeterli.

Yarın bobinajcıdan değişik kalınlıkta teller alıp deneme yapayım.

[FxDev]

60V 300A buck converter tasarımcısının tasarım notları:

1) Giriş kapasitesinden çekilecek RMS (yazıyla yazıyorum ar em es) akımları çok önemlidir! İyi irdelenmeli hesaplanmalıdır!
2) Bobinleri paşalar gibi paralel bağlarsın yalnız unutulmamalı; değerlikleri birbirlerine yakın olmalıdır; örneğin 40uH'e 41uH. Değerlikler böyle olursa ısıl kaçış akımları dengelemeye yetiyor!
3) dI=12A olacak. Yani sen CCM çalışacaksın. Bobin değeri kritik olabilir, hesaplamalar aşağıda verilecektir.
4) Senkron doğrultma yapacaksan D1 ne ola ki!? Giriş gerilimin 100-200V civarı ise senkron doğrultma/maliyet/diyot dersen diyot kor geçerim, kafam rahat uyurum. Schottkey diyot seçimi en kritik nokta. Kabaca bir hesap yapayım, diyot kullanırsam kaybım 0.7*60=42W, 10mohm mosfet kullansam 36W kaybım olur. 6W için o kadar zahmete değmez elbete. Düşük Rds-on bulunur 1mohm gibi o zaman hak veririm senkron doğrultmaya.
5) Kaçak endüktanslar çok önemli rol üstlenecek; bu da nerden çıktı dediğin spike kaynakların hep bunlar olacak: dikkat; PCB iyi tasarlanmalı.
6) Taş gibi PI ya da analog kontrolünü koydun, şöntünü atıp akım kontrolü gerilim kontrolünü sağladın; ilk çıkış kısa devre testinde BUM! Buraya çok dikkat edilmeli.

Sana 15uH bir bobin yetecektir. DC akım olarak hesaplaman normal fakat tam olarak DC düşünmek doğru olmaz. Benim hesabım aşağıdadır, deneylerle bir çok kez doğruluğunu ispatladım bu tablonun gönül rahatlığıyla kullanabilirsin.

Ben olsam 2mm'lik telden 4 paralel yapar, birlikte sarardım. Sığarsa tabi ki.

Dip not: Moderatör onayını kaldırabilir miyiz..

[mistek]

60V 300A buck converter tasarımcısının tasarım notları:

1) Giriş kapasitesinden çekilecek RMS (yazıyla yazıyorum ar em es) akımları çok önemlidir! İyi irdelenmeli hesaplanmalıdır!
2) Bobinleri paşalar gibi paralel bağlarsın yalnız unutulmamalı; değerlikleri birbirlerine yakın olmalıdır; örneğin 40uH'e 41uH. Değerlikler böyle olursa ısıl kaçış akımları dengelemeye yetiyor!
3) dI=12A olacak. Yani sen CCM çalışacaksın. Bobin değeri kritik olabilir, hesaplamalar aşağıda verilecektir.
4) Senkron doğrultma yapacaksan D1 ne ola ki!? Giriş gerilimin 100-200V civarı ise senkron doğrultma/maliyet/diyot dersen diyot kor geçerim, kafam rahat uyurum. Schottkey diyot seçimi en kritik nokta. Kabaca bir hesap yapayım, diyot kullanırsam kaybım 0.7*60=42W, 10mohm mosfet kullansam 36W kaybım olur. 6W için o kadar zahmete değmez elbete. Düşük Rds-on bulunur 1mohm gibi o zaman hak veririm senkron doğrultmaya.
5) Kaçak endüktanslar çok önemli rol üstlenecek; bu da nerden çıktı dediğin spike kaynakların hep bunlar olacak: dikkat; PCB iyi tasarlanmalı.
6) Taş gibi PI ya da analog kontrolünü koydun, şöntünü atıp akım kontrolü gerilim kontrolünü sağladın; ilk çıkış kısa devre testinde BUM! Buraya çok dikkat edilmeli.

Sana 15uH bir bobin yetecektir. DC akım olarak hesaplaman normal fakat tam olarak DC düşünmek doğru olmaz. Benim hesabım aşağıdadır, deneylerle bir çok kez doğruluğunu ispatladım bu tablonun gönül rahatlığıyla kullanabilirsin.

Ben olsam 2mm'lik telden 4 paralel yapar, birlikte sarardım. Sığarsa tabi ki.

Dip not: Moderatör onayını kaldırabilir miyiz..

(Resim gizlendi görmek için tıklayın.)

Hocam değerli bilgileriniz için çok teşekkür ederim.

Kafamda ve kağıt üzerinde oluşturduğum durumları yazayım sırayla.

1)Buradan çekilecek akımlar için henüz bişey hesaplamadım daha doğrusu düşünemedim.

2) Tek nüveye sığdırabilirsem çok telli olacak şekilde sarmayı düşünüyorum eğer sığmazsa olabildiğince yakın değerlerde iki bobin sarabilirim.
3) Evet CCM olarak çalıştıracağım ripple akımı 12A veya biraz üzerine çıkabilir çok problem oluşturmaz.
4) Şemadaki diyotu temsili olarak koydum sadece mosfet kullanacağım. Yaklaşık olarak 2.5mOhm RdsOn direnci olacak daha aşağısındakileri araştırıyorum. Devreyi koyacağım yerde alan sınırı var ve fan olmayacak o yüzden soğutmak için en az kayıba ulaşmaya çalışıyorum.
5) PCB çiziminde olabildiğince usulüne uygun davranacağım dokümanlardaki kurallarada dikkat ediyorum eğer şurayı şöyle yap gibi tavsiyeniz varsa öğrenmek isterim.

6)Kontrol kısmı mikroişlemci içerisinde olacak. Kısa devre en korktuğum durum. En hızlı önlem için analog yapıya devretmeyi düşünüyorum yoksa direk sigorta mı koysam? başka neler yapılabilir ?

Hesaplamalar içinde ayrıca teşekkür ederim.

[FxDev]

Söyleyebileceğim tek şey kısa devreyi analog olarak sense et ve güvenliği buna göre sağla.
İşlemci ne kullanacaksın?

Ayrıca sonucunu görebiliriz umarım

[mistek]

Söyleyebileceğim tek şey kısa devreyi analog olarak sense et ve güvenliği buna göre sağla.
İşlemci ne kullanacaksın?

Ayrıca sonucunu görebiliriz umarım

Şuan için Stm32f100 kullanmayı düşünüyorum. Opamp ile pirinç levha üzerindeki gerilimi yükseltip karşılaştırıcı ile kısa devre durumunu denetleyeceğim.
Kısa devre olduğunda şunlarla önlem almayı düşünüyorum.
1)Harici kesme ile mikroişlemciye kısa devreyi bildirip pwmleri kapatmasını isteyebilirim AMA işlemci takılırsa duman çıkması çok muhtemel gözüküyor.
2)Ya da direk opampın çıkışından PWM hattını sıfıra çekerim.
3)Hiç riske girmeden sigorta da koyabilirim.

Dumanla haberleşmediğimiz sürece sonucu buradan yazarım

[FxDev]

Şuan için Stm32f100 kullanmayı düşünüyorum. Opamp ile pirinç levha üzerindeki gerilimi yükseltip karşılaştırıcı ile kısa devre durumunu denetleyeceğim.
Kısa devre olduğunda şunlarla önlem almayı düşünüyorum.
1)Harici kesme ile mikroişlemciye kısa devreyi bildirip pwmleri kapatmasını isteyebilirim AMA işlemci takılırsa duman çıkması çok muhtemel gözüküyor.
2)Ya da direk opampın çıkışından PWM hattını sıfıra çekerim.
3)Hiç riske girmeden sigorta da koyabilirim.

Dumanla haberleşmediğimiz sürece sonucu buradan yazarım

Sigorta o kadar yavaş bir araç ki koruma için kullanılamaz aklından bile geçirme Boşa maliyet ve yer yaratma kendine.
Analog olarak PWM'i kapatacak bir teknik kullan. İşlemciye bile güvenme!

[mistek]

Sigorta o kadar yavaş bir araç ki koruma için kullanılamaz aklından bile geçirme Boşa maliyet ve yer yaratma kendine.
Analog olarak PWM'i kapatacak bir teknik kullan. İşlemciye bile güvenme!

Bazı SMPS'lerde sigorta gördüm. Herhalde hiçbir önem çalışmazsa sigorta atsın diye konulmuş.

Kısa devre durumunda ne kadar sürede tespit edilip kesilmesi gerekir? En hızlısı en iyidir tabi ama optimum bir değeri var mı?
1us? 10us? 1ms?