Kraftig switch-mode power

[Novec]

Tenkte jeg skulle starte dette som egen tråd, det ble litt off-topic i originaltråden.

 

Saken er denne: Jeg trenger 40A ved 20V, men vil ikke drasse på 15kg trafo. Derfor switch-mode. Ettersom jeg bare trenger én spenning ser jeg for meg at det kan gjøres veldig enkelt, men jeg kan selvfølgelig ta feil. Strømforsyningen skal hovedsaklig brukes til peltier, så den trenger ikke være all verdens nøyaktig. AC bør filtreres ut så godt som mulig, men det går vel greit med glattekondiser på utgangen, etter likeretteren?

 

Det er en stor fordel om den er variabel. Er det mulig å gjøre det så enkelt som å sette en variac før hele trafoen, og på den måten regulere innspenningen, eller fins det bedre måter? Jeg tenkte meg et spenningsspekter på omtrent 10-25V.

 

Jeg setter stor pris på om noen kan peke meg i retning av de riktige delene hos Elfa også, om det viser seg å bli aktuelt.

 

På forhånd takk!

[PumpAction]

Variac? En slik lysdimmer for 230v lysene i stua, eller et ganske massivt feilsøkingverktøy for elektronikk?

 

Går utifra at du mener en lysdimmer som egentlig skal dimme 230v lys.

(pga av du ikke vil ha en 15kg trafo, en (feilsøkings)variac er nettopp en slik)

 

Slike lysdimmere kan du ikke bruke til å regulere spenninga, disse demper ikke spenninga men kutter pulsene(ac) slik at det blir kortere.

Du må nok bruke en spenningsregulator (DC).

[ddd-king]

Ved å trekke så mye strøm på sekundærspoen (40A) må du designe din egen transformator slik som jeg har gjort i mitt prosjekt. Jeg kan ikke direkte guide deg til en ferdig laget transformator, men noe på du være oppmerksom på når du lager deg din egen transformator. Det er nok dette som er det rimeligste alternativet.

40A krever ledninger med en diameter på 3.2mm på sekundærspole (I_max=5A/mm2). Siden denne diameteren er ganske stor, kan du ikke ha så mange viklinger for å ta hensyn til størrelsen på transformatoren. Primærspolen bør ha antall viklinger som er slik at N1/N2=root(2)*V1/20. (bredden på pulsene inn bestemmer utspenningen, men dette fører til tettere B-felt i jernkjernen).

N1 må du velge slik at |B|<0.3Tesla. Dette er viktig fordi jern har metning ved denne verdien. høyere felttetthet fører til varme!

N1_min kan du beregne fra følgende formel:

N1_min = V1*T_høy/(deltaB*S)

der V1 er 230V

T_høy er bredden på "high level pulsene" dine.

deltaB=0.3

S er tversnittarealet til transformatorens jernkjerne.

som eksempel har jeg kommet fram til N1_min=38.33 for f=25kHz med dc=50%--> T_høy=1/(2*25000)=1/50000sekunder og arealet = 4E-4 (2cm bredde og 2cm tykk).

dimmensjonen på tråden i primærspolen beregnes slik:

P=40A*20V=800W

I_p~P/V1=800W/230=3.5A. 1mm kobbertråd tåler 3.927A

Velg N1 mye høyere enn N1_min

 

sinusspenningen fra veggen bør du likerette til DC spenning. Nå kan du bruke en NE555 timer (ferdig simulert kretskjema finner du i mitt prosjekt). For å gjøre det enkelt bruker du kun firkantspenninger med V=[0,230V]. Da fjerner du bare de to NAND portene og de to diodene fra mitt kretsskjema og bruker utgangen til NE555'en til å styre X-antall N-MOSFET. Husk at disse MOSFETene skal tåle minst 353.6V. Så kan du bytte ut R_B med et potmeter og en motstand i serie slik at du kan styre bredden på pulsene inn gjennom MOSFETene. Da kan utgangsspenningen justeres, men en del rippel må du regne med fordi utgangssignalet er firkantet. For de som har vært bort i Fourier transformasjon har disse pulsene uendelig båndbredde, derfor en kraftig spole og en stor kondensator kan brukes for å filtere bort høye frekvenser, dvs glatte ut spenningen slik at den blir tilnærmet DC spenning.

 

håper at dette gir deg noen gode ideer. Hadde vært tøft om du får det til

[Novec]

Eh - ja, jeg er nok helt enig. Hva var det jeg var enig i, forresten? ;-)

 

Du har imponerende mye kunnskap, ddd-king. Mitt problem er at jeg ikke har det, og trenger litt hjelp til å få oversatt det til praktisk bruk. Trafo kan jeg saktens lage selv, men jeg hakke snøring på hvordan jeg skal regne ut hvordan. Er det ikke mulighet for å parallellekoble flere, av lettere tilgjengelig størrelse, med hver sin likeretter? Noe annet er hvilken oscillator jeg skal bruke, og ikke minst hvordan.

 

En kraftig nok variac er altfor stor og tung, noe jeg hadde klart å glemme siden sist jeg sjekket ELFA (selektiv hukommelse?), så den formen for spenningsregulering er uaktuell. Finnes det noen annen fornuftig måte å justere spenningen på? Peltier liker i utgangspunktet ikke PWM-regulert spenning, men det kan saktens fikses med en skikkelig glattekondis - eller?

[ddd-king]

Special designed for you only, Novec!

Det er ikke lett å finne slike transformatorer i dag (ikke tykke nok kobbertråder).

har laget et eksempel for deg her:

likeretteren til 230VAC: bruk fire sånne 10ETS08/IR (Elfa: 17kr hver. billigst )

bruk dette kretskjemaet: f=1.49/[(R2+2R19)*C1] og dc~50% når R19-->15k

 

 

transformator: bredde=3cm dybde=3cm alle vegger =3cm (eller mer).

bruk flere jernplater oppå hverandre slik figuren viser=>lavere R_m: magnetisk flux-motstand

 

 

230VDC (glattet med en kondensator) mates inn mellom transformatorens primærspole og "TIL TRAFO" fra kretsskjemaet.

 

1mm kobbertråd fås på Elfa: 140 55-180-06 139,00

sekundær->3.2mm tråd: bruk tre spoler med 2mm tråd i paralell: tåler 47.12A til sammen

 

velg frekvens til NE555 over 25KHz: ikke hørbar og mer effektiv pga krever mindre trafo

 

Hvor mye belaster denne trafoen strømnettet på tomgang?

ved beregning med Faradays lov gir 11.04W

 

Lykke til!

[Ullsokk]

Litt off-topic:

 

Er egentlig ganske forbauset over dine kunnskaper ddd-king!

Hva er du utdannet som? Og hvilke skoler (linjer) har du gått?

[Hypsilofodonten]

en likeretter + glattekondensator og en gammel varmeovn koblet i serie

[ddd-king]

Litt off-topic:  

 

Er egentlig ganske forbauset over dine kunnskaper ddd-king!  

Hva er du utdannet som? Og hvilke skoler (linjer) har du gått?

Allmenn. 3.klasse elektro, NTNU til høsten. Hadde 2.5vektall i Elektromagnetisme nå i vår, og det hjalp på dette feltet

[Novec]

Mmmkay, da tror jeg jeg begynner å nærme meg. Final check:

 

Likeretter, 230V:

- 4x 10ETS08/IR

- glattekondis?

 

Oscillator:

- 1x 555D

- 1x 1nF kondis - spesiell type? (C1)

- 1x 1uF kondis - spesiell type? (C2)

- 1x 1k motstand (R2)

- 1x 4,7k motstand (R16)

- 1x pot i området +/- 15k (R19)

- 4x ? (M1 - M4)

- 1x ? (V1)

 

Trafo:

- en mengde jernplater på 10x10cm, 4x4cm hull i midten

- 1x 1mm kobbertråd, primærspole

- 3x 2mm kobbertråd, sekundærspole

 

Likeretter, ~20V:

- 2x 8AF4NPP/IR

- 2X 8AF4PPP/IR

(forskjellig polaritet for lettere montering)

 

Glattekondis:

- Phoenix Gold 0,5F 20V til bilstereo

 

Jeg tar sikkert feil på mye, du får korrigere etter ønske ;-)

 

Angående likeretter: Trenger jeg glattekondis på 230V likeretter, i så fall hvilke(n)? Vil bilstereokondisen jeg har liggende fungere på 20V-delen? Hva må den evt. byttes ut med? Må jeg sette på en motstand eller noe sånt foran den for å forhindre overbelastning ved lading?

 

Angående trafoen (lenge siden 2-3FY): Er det viktig hvor mange viklinger spolene har, utover forholdet mellom dem? Skal de vikles motsatt vei, som på tegningen din, eller er det hipp som happ? Er det mulig å konstruere trafoen så jeg slipper å dra rullen med kobbertråd gjennom det lille hullet i midten over 200 ganger?

 

Når du trodde spørsmålshelvetet var over: Har du noen forslag til spenningsregulering, utover å ha et utvalg mindre trafoer å velge mellom foran hovedtrafoen?

 

Vekt og pris på sjiten er selvfølgelig viktig, og jeg har et 550W ATX- samt noen AT-powere å plukke deler fra. I tillegg finner jeg diverse kassert elektronikk på jobben.

 

Jeg setter pris på all hjelp, ddd-king, og eventuelt andre som har svar.

[Hondaen]

Novec: Du er klar over at overklokking.no har en 5-15.5V@40A switche trafo tilgjengelig ikke sant ? ;-) Ble kjøpt for et par tusen i vinter.

 

Bygge slikt er spennende, men tar tid. Men har man tid så...

 

Amplitude verdien til en evtentuell pwm spenning må ikke være høyere enn Umax til peltier elementet. Da synker effektivteten.

 

Ved å bruke en enkel mikrokontroller, f.eks PIC 12C508 så slipper du bruke en gammeldags 555 timer krets til styringen. Via software så kan du enkelt forandre på verdier, uten å jukke med eksterne komponenter. :-D

[ddd-king]

Edited version:

 

230VAC likeretter:

bruk ÉN sånn: SB107 70-045-18 (700V 10A)1x15kr mot 4x17kr

glattiskondensator: min spenning=root(2)*250VAC=353.6V fordi 230V er RMS verdien, toppverdien er 353.6V. velg 400V kondiser.

 

Oscillator:

NE555: 3.49kr

M1-M4: bruk en sånn: IRF740/Its 71-124-85 :24kr

Denne har R_DS(on)=0.55Ohm og du trekker 3.5A dette gir V_DS=0.55*3.5=1.925V

P=V*I~2*4=8W. bruk god nok kjøler til denne N-MOSFET'en

 

C1 og C2: bruk det du finner (lettest med upolariserte)

potmeter: bruk 15k pluss en 1k motstand i serie slik at du ikke kan få 0 Ohm på R_B.

 

V1: bruk en liten strømforsyning som gir fra 6V-12V DC (til nød også 17V).

simuleringene mine viser at denne styrekretsen trekker maks 15mA(mer i praksis). viktig at denne spenningen må være over 6V siden utgansspenningen skal brukes til å slå på MOSFETer. for lite spenning vil ikke slå på transistoren. MOSFETen over har grenseverdien på 4V.

 

Trafo:

Viktig at du vikler slik figuren viser.

Antall viklinger på primærspolen er SVÆRT viktig. Denne bestemmer størrelsen på B-feltet i jernkjernen. Jeg synes nesten at et minimum antall viklinger bør være 150. Gjerne mer hvis du orker. Da blir trafoen mer effektiv. retningen på viklingene bør du ha slik figuren viser. Da får du pluss-pol på toppen.

Kutt trafoen i to. Da er det lettere å vikle 150 viklinger (ikke stikke tråden gjennom hullet 150ganger). Jeg har gjort det 40 ganger og må si at det var en jævlig tålmodighetstest

trafoen blir litt dårligere enn ellers, men det skal gå bra. evt: øk til 4cm vegger

husk å slipe det kuttet glatt og lim/klem sammen etterpå

 

 

likeretter på sekundærspolen:

Her trenger du ingen likeretter. fordi spenningen ligger innenfor 0 og V_ut, dvs V=[0,V_ut]

Kondiser her: bruk det du har: men må tåle minst

40V. noen tusen uF. Tror det går å bruke 2x20V kondiser i serie, men da synker verdien på kondisen (til havparten dersom de er like).

For bort i mot dobbel så bra demping av høye frekvenser (12dB/oktav mot 6dB/oktav) kan du lage en spole og koble den i serie med utgangen før kondisen

bruk noen( 20 ) viklinger rundt en passelig stor jernstang, fordi liten gir lavere induktansverdi. bruk tre spoler med 2mm tråd hver rundt en diameter>2cm stang. Denne spolen (solenoiden) tåler nå 47A. beregn L slik:

L=Ø/I=4piE-7 * u * N^2 * S / lengde , der u har verdien på rundt 600 for vanlig jern ( er ikke sikker, men tror det ligger rundt der). N er antall viklinger og S er tversnittarealet til stangen.

Du vet at kondensatorer tillater ikke spenningshopp og spoler tillater ikke strømhopp. Større C eller L verdi bedre blir "glattiskretsen"

 

good luck! før testing: MONTER 230V 6/10A sikring!!!!

[Novec]

Hondaen: Ja, mener å huske noe om den trafoen. Uansett er det lite interessant når den ikke går høyere enn 15,5V... Drift 0.8 vil ha 18-24V å leke seg med.

 

En 12C508 gjør at jeg slipper hele koblingsskjemaet til ddd-king? Hva koster det, og har du evt. en til overs? Jeg har forresten ikke så mye tid, som du sikkert vet, men det går nok om jeg tar litt av gangen.

 

ddd-king: Hvor mange mF vil den første glattekondisen ha? Trur jeg har liggende et eller annet på jobben, husker ikke helt verdiene. Har uansett div. powere å ta fra.

 

For å gjøre trafoen betydelig enklere å lage kan jeg vel bruke 4cm flattjern og lime/presse det sammen lagvis i en firkant på godt, gammelt snekkervis? Det er vel viktig at det ikke lages hull i disse for å skru dem sammen?

 

Jeg lagde en gang en toroid-trafo (som forøvrig ikke fungerte) på Ø15cm med ~4cm vegger, uten å ha peiling på hva jeg gjorde i det hele tatt. Da trøkte jeg gjennom 230 primærvindinger og 12 sekundærvindinger - med doble 4kvmm høyttalerkabler. IKKE gøy! Dette var forresten 6-7 år siden.

[ddd-king]

overså en ting på sekunærkretsen, har retta på det nå. Snekk sammen trafoen slik du nevnte

 

V = dØ/dt = my*N1^2*S*dI/dt = 230V

 

my~600*4piE-7=75.4E-4

S=15E-4

løser dette med dI/dt og får:

dI/dt = 230/[ 230* 230 * 75.4E-4 * 15E-4]=384.4

vet at I(t)=A*sin(100pi*t) : 50Hz. integrere I med hensyn på t og

finner ut at amplituden på I=1.22A (B-felt=0.2115Tesla) ved null belastning

Du lagde en 281.44W varmeovn ved null last.

 

Brant primærspolen opp eller?

[Novec]

Nei - det ble mørkt på verkstedet ;-)

 

Primærvindingene var forøvrig 1,5-2mm lakkert kobbertråd, bare sekundærvindingene var hårreisende. Uten last sa det uansett bare smekk i sikringa. Da la jeg bort prosjektet mitt, jeg...

[ddd-king]

husk å lakke alle jernplatene slik at de ikke leder strøm før du legger dem oppå hverandre.

[Novec]

Det kan nok være en idé - stikker på Thorshov og kjøper en boks klarlakk, jeg ;-)

[Aerocker]

Må bare komme med en liten advarsel her

Novec, jeg veit ikke helt hva slags bakgrunn du har innen elktronikk men vær litt forsiktig når du jobber med ting som dette. Mye kraft ute og går her så en bør passe seg

 

800 watt er ikke akkurat småtteri for hobbyelektrikere som oss..

[Novec]

Neida - morsan er lege og farsan er prest, så jeg er helgardert ;-)

 

ddd: Er det forresten noen spesiell lakk som skal brukes, eller går det med alt som kan isolere litt? Greit å forhøre seg litt selv om man har "friends in high places" ;-)

[ddd-king]

Aerocker: 800W skremmer meg også litt. Derfor jobber jeg med 12VDC til 20VDC , 65W

Novec: "farsen er prest" :smile: Så ille tror jeg det ikke skal gå med deg (håper da)

 

jeg aner ikke hva slags lakk som er bra, men bruk den typen som isolerer. Det er bare for å unngå elektrisk kontakt mellom jernplatene, siden dette fører til dårligere transformator (Eddy current).

 

En ting som du må huske å gjøre er å legge en hard plastplate (.5mm?) mellom trafoenjernet og de første viklingene. Slå slipper du å få kobbertråd gnidd inn i jernet og spenningen på 230V blir plantet på jernet i trafoen. Dette opplevde jeg da jeg viklet trafoen for to dager siden. måtte gjøre alt på nytt.

 

Forresten øk N1 til 200 ( mine beregninger kommer frem til N1_min=ca.17, men ble skremt av toroide-trafoen din) hvis du orker

Da trenger du 200*4^2E-2=32 rundet til 40m kobbertråd

Husk å øke N2 til 30. En ting som jeg kom på nå:

en vesentlig fordel med 555'en er PWM som reguleres med potmeteret. praksis tipper jeg fra 15VDC-25VDC

 

 

Håper du blir ferdig fort. Gleder meg til å se resultatet

[ddd-king]

prøv dette skjemaet: NE555 kretsen trekker maks 6.128mA fra simuleringen, men mer i praksis derfor velg en 5W motstand(eller to 2W i paralell).

 

 

 

Her er simuleringen for utgangen av NE555. V1 gjennom N1 og V2 gjennom N2 ser sånn ut.

Hvis du skrur på potmeteret justerer du bredden på V2 fra DC=50%-75%.

frekvensen øker når bredden blir større for å hold T_høy ca. likt.

 

Filteret på utgangen kan du mekke en slik:

 

 

V_ut kan nå justeres fra 17.25V til 25.875V ved å skru potmeteret fra 0 Ohm til 5K

 

jeg ble visst litt revet med i dette prosjektet. venter på deler fra Elfa nå