Spoel voor buck converter laten maken

Zelf wikkelen?

Zo snel gezien heeft farnell alleen de 10 en 20µH bij 32 en 33A

[Bericht gewijzigd door Damic op zaterdag 28 mei 2016 08:47:54 (91%)

Dat wordt echt een joekel van een spoel, want 1.1mH is echt heel veel. Waarom heb je zoveel inductie nodig? Wat is je geplande schakelfrequentie?

De ingangsspanning is tussen de 325 en 600 V en de uitgangsspanning 275 V. Maximale uitgangsstroom is ongeveer 25 A - 30 A.
Ik gebruik een Semikron module, maximale frequentie is 25 kHz.
Ik heb een spoel hier liggen die schijnt te werken, deze is 7x7x7 cm schat ik. Ik zal hem straks een nameten.
Omdat ik er meerdere nodig heb en ook met andere specs wil ik niet zelf gaan wikkelen.

Een voeding van meer dan 8kW? Wow!

Stuur eens een mailtje naar Wijdeven Inductive Solutions in Oirschot.

500uH is zat bij 600V in en 275V uit (25kHz en 30A), houdt je een rimpelstroom van 12A over.

Een hogere zelfinductie levert een kleinere rimpelstroom op maar ook een hoop meer geleidingsverliezen.

Hammond heeft ze tot 100A, maar die zijn niet bedoeld voor switchers... http://www.hammondmfg.com/195.htm
Je kunt eens vragen bij West Coast Magnetics, hebben wij in het verleden wat SMPS trafo's laten maken... http://wcmagnetics.com/inductors/

[Bericht gewijzigd door Arco op zaterdag 28 mei 2016 13:40:19 (40%)

Anderzijds... Is het misschien niet zo dat je iets verkeerd doet als je zo'n enorme spoel nodig denkt te hebben? Is een andere aanpak niet beter?

Ik denk dat de grootte van de spoel wel klopt. Ik heb hier zelfs nog grotere spoelen liggen voor 30 kW converters.
De spoel die ik nu gebruik heeft gemeten ongeveer 220 uH en bestaat uit 2 kernen die naast elkaar staan. De wikkelingen zijn van dubbel draad gemaakt.
Hoe kan ik dan meten of de spoel de stroom aankan? Of anders gezegt, wat gebeurd er als de stroom te groot wordt voor de spoel?

Dan verzadigd de kern, dan loopt de stroom niet meer liniar op wanneer er een blokspanning over staat. Hij schiet dan door naar "het oneindige" Dan ben je telaat.

Dat kun je wel meten. Meestal hoor je het ook omdat ze vaak gaan fluiten.

Je moet de stroom door de spoel lineair opvoeren door de load steeds verder te verkleinen. bv door een heel erg dikke mosfet of een zware electronische load. Dan meet je de stroom door de load. liefst met een scope en in relatie tot de loadsturing, bv de gate spanning. Dan zie je op een bepaald moment de stroom met een knikje wat omhoog gaan om vlak daarna als een raket door te schieten.

De Al van het kernmateriaal is afhankelijk van de stroom en op die manier de zelfinductie dus ook. Als deze afneemt, neemt ook de reactantie af. Daardoor gaat er meer stroom lopen, daardoor neemt de zelfinductie verder af, loopt de temperatuur op en dan kan je wel raden waar dat eindigt Ik doe dat regelmatig maar niet voor dit soort beestachtige vermogens. Wel gaaf..

http://www.pa4tim.nl/?p=1859 uitleg en meer plaatjes

Kortom: lichtjes overdimensioneren kan geen kwaad in het 10 kVA-bereik

Fred, zou je dit niet ook gewoon bij zeg 10V kunnen meten?

Ik denk het wel. Het gaat voornamelijk om de stroom. De spanning is wel belangrijk mbt de isolatie. Maar ook de frequentie, zelfresonantie etc moet je bij dit soort heftige voedingen in het ontwerp meenemen. Als de boel spontaan begint te gillen kun je beter dekking zoeken bij dit soort vermogens.
De spoel zal idd een fors ding worden, alleen al vanwege de draaddikte. Maar ik ben nog benieuwder naar de condensator bank.

Kijk eens op de vblogs van deze man:
https://www.youtube.com/channel/UCRlTD_jqFY2MaPjWQnXTx4Q
Deze man ontwerp al een jaar of 20 smps's. Hij heeft een 15 delige serie die alleen maar over het ontwerpen van zo'n ding en 90% daarvan gaat over de spoel. Er komt ook de nodige wiskunde voorbij.

Volgens mij is de mooiste manier een BH curve maken.

De input condensator wilde ik maken van 4 strings van 2 elcos type LGW2W471MELC45 470 uF / 450V. Totaal dus 4* 470 uF aan de ingang en 1 string aan de uitgang. De uitgang gaat via een diode naar een accubank.
De juiste spoel te vinden is idd het belangrijkste.

Het begint er op te lijken dat je een acculader voor een zwik zonnepanelen aan het maken bent. Klopt dat? Is dit je eerste buck converter?

30A is op zich niet heel spannend, het is de combinatie met de hoge spanning die het wat lastiger maakt. Je komt nu op zo'n grote spoel omdat je met een extreem lage schakelfrequentie wilt werken, in combinatie met een vrij hoge ingangsspanning. Gewoonlijk werken buck converters met een frequentie van 250kHz (aan de lage kant) tot meer dan 1MHz, voor kleine converters. Bij grotere converters zie je die hele hoge schakelfrequenties niet zo vaak, omdat de schakelverliezen dan weer onhandelbaar groot worden.

Ik zou die schakelfrequentie wat hoger kiezen, dan wordt de spoel al een stuk kleiner. Vervolgens zou ik die 8kW niet door een enkele converter gaan duwen, maar 2 of 3 kleinere converters parallel zetten, en in fase verschoven schakelen, dan kunnen de condensators opeens ook veel kleiner worden. De spoelkernen worden ook veel kleiner, omdat de magnetische padlengte vooral bepaald wordt door de ruimte die je voor het koper nodig hebt, en effectief hebt je 3 spoelen parallel gezet, dus je hebt per spoel veel minder koper nodig.

De stromen komen dan ook binnen het bereik van moderne Silicium Carbide (SiC) en Gallium Nitiride (GaN) MOSFETs. Je zou eens op moeten zoeken hoe waanzinnig hard die dingen kunnen schakelen, daar wordt je bang van. Er zijn overigens ook best IGBT's te vinden die veel harder kunnen dan 25kHz, maar IGBT's zijn inherent traag bij het uitschakelen, en daarmee is hard commuteren bij hoge frequenties als snel niet handig meer.

Maar als jij perse die Semikron modules wilt gebruiken, die m.i. echt niet geschikt zijn voor deze toepassing, ga je wellicht wel een hele grote spoel nodig hebben.Vergeet niet dat de spoel niet mag verzadigen bij de gemiddelde uitgangsstroom PLUS de helft van de rimpel!

De verzadingsstroom meten hoeft niet moeilijk te zijn; ik doe het altijd met een kleine condensatorbank, een redelijk forse MOSFET en diode, en een laaginductieve meetweerstand. Voor stromen tot zo'n 200A piek gaat dat prima.

De bedoeling is om d.m.v. een aantal panelen de batterij op te laden. De maximale spanning ligt rond de 1000 V onbelast. Ik had al gekeken naar sic fets, wil alleen niet te veel nieuwe dingen in 1 keer implementeren.
Met de spoelen uit een andere converter werkt het vrij aardig, ik heb nog niet op zo veel vermogen getest.
Door het vermogen per paneel en het benodigde aantal voor de spanning komt je altijd rond de 5 kW ingangsvermogen uit. Kleinere converters zouden eventueel wel kunnen, alleen wordt de aansturing dan weer complexer.
Dat is ook de reden dat ik een semikron module genomen heb. Deze is misschien wel te groot en te traag, maar dan werkt het wel betrouwbaar en kan ik het vermogen direkt op de power module aansluiten.
Uiteindelijk wil ik ook een versie maken voor 500V uitgang en 750V ingang bij 12 kW ingangsvermogen.

Hoe wil je die aansturing gaan doen? Volledig in software, met een Buck controller IC, of nog anders? Waar regel je actief op? Hoe wil je MPPT gaan doen?

De aansturing gebeurt vanuit een stm32. Afhankelijk van de SoC v/d batterij wordt of stroom geladen of spanning. In het eerst geval via MPPT of anders via spanningsregeling.
Ik zit alleen nog te denken om de stroombegrenzing via een sense weerstand en comperator naar het gate enable signaal te voeren of via een lem module.
De ingangsstroom is niet zo hoog, de uitgang kan wel hoog worden als de accu leeg is. Eventueel een paar sense weerstanden parallel.

Oh, wachteffe 625 V max.... Dat is dus misschien een IR2xxx fet driver?

Hoe ga je voorkomen dat je moet opstarten als de open klemspanning 1000V is?

Heb je al eens een BUCK converter gemaakt?

Mijn STM32-based DCDC converter (hij doet ook BOOST), ben ik begonnen om op de labvoeding van 24V naar 12V te gaan. 1A output. Dit ga ik de komende dagen proberen op te schalen naar 10A. En vervolgens naar "boven de 30V" (waarschijnlijk tot 60V).

@rew: Ik gebruik een FOD3182 gate driver optocoupler. Beide gates zijn gescheiden dmv dcdc converters. De ingangssignalen komen direct uit de PWM unit.
De 1000 V is alleen voor het design. Mocht de spanning zo hoog zijn dan loopt er geen stroom. Zodra de bron belast wordt zakt de spanning ook snel in.
Ik heb wel eens verschillende converters gemaakt maar meer eraan gemeten en verbeterd. Het ligt aan je applicatie, maar een acculader is nog relatief eenvoudig omdat het geen kritische belasting is. Lastiger is de impendantie en reflecties.

Ik heb nog even gekeken en een andere spoel die ik hier hebt staan is 10 mH en 30 Adc. Die is ongeveer 20x20x20cm...
De kleine van 220 uH is 7x7x7 cm.

De kern bestaat uit 2 losse kernen die naast elkaar staan.

Ik was even bang dat je zo'n IR2101 achtig ding had, en daar staat "absolute max: 625V". En ik had 325 en 600 gehusseld tot 625 dat vond ik te toevallig......

Ik heb me laten vertellen dat als je op 25kHz gaat lopen schakelen je kern ook niet zomaar ieder materiaal kan zijn. Dus als je de kern uit een ringkern trafo haalt, is die bedoeld voor 50Hz, en of dat ook goed werkt op 25kHz, is nog maar de vraag. En dat gaat bij 8kW maar heel even goed.

Ik heb zitten testen met een lullige 100uH spoel, pas nu dat goed werkt heb ik de 33A spoel gemonteerd...

Ik heb nu volgende spoel gevonden:

De kern zou sendust zijn. Volgens de specs is het een 500 uH en 30A spoel, maar ik vraag mij af of dat wel klopt?
Iemand een idee op basis van deze gegevens?