2 switch forward converter 230-400VAC 24VDC 5A

't is een schoolvraag, dus geen direkt antwoord, maar wel een paar vragen/hints:

- bij 400VAC, wat is dan de DC-spanning die je minimaal gaat hebben op je gelijkgerichte netspanning ?
- Wat gaat het nadeel zijn bij het gebruik van een bootstrap-IC (of meerdere, want het zou wel eens kunnen dat je met een enkel IC wat voor halve-brug toepassingen ontwikkeld is helemaal niet verder komt)
- Is het mogelijk de voeding voor het stuurcircuit uit de hoofdtrafo te laten komen ? Wat moet je precies doen zodat dat goed werkt ?

- Bij 24VDC 5A en 400VAC in, waarom 2-switch forward en niet iets resonants (bijv. LLC) ?

En de belangrijkste vraag, wanneer moet het klaar zijn ?

Geen enkel probleem mee, ben ook nieuw op 't forum^^.

-400VAC gelijkrichten wordt factor wortel 2 hoger, dus zo'n 575VDC.

-Als je bvb L6387 gebruikt met hoge en lage input kan je geen uitgangssignaal krijgen als je ze beiden hoog aanstuurt. 1 trap mee aansturen is ook geen oplossing, wegens tijdsvertraging die tussen beide trappen zou optreden. Voor de rest leek bootstrapping mij wel wat zodat ik geen gescheiden voeding meer nodig heb, wat wel nodig is bij optocouplers.

-Een echte hoofdtransfo is niet aanwezig, het is een voeding voor in een laspost. Zo zou omschakeling tussen 230 en 400V niet meer nodig zijn voor de kleine randapparatuur(display,...). Ik had nog zitten denken om een virtuele massa te maken met 2 condensatoren, maar ik vrees eens belast dat dit niet goed werkt.

-Ik had ook eerst een resonantieconverter voorgesteld aan m'n stagebegeleider, maar volgens hem is dit een pain in the ass om goed in gang te krijgen.

-Tegen eind mei zou dit af moeten zijn, maar dit is het project met mindere voorrang; 'k ben ondertussen nog bezig met een Power factor correctie module van 3kW. Maar al zo leuk als het werkt hé^^.

Bedankt voor de reply,

Grtz maarten.

Juist, en bij 230VAC is dat nog minder dan 2/3. Voor een 2-switch-forward toch wel een enorm groot ingangsspanningsbereik.

Er zijn 3 problemen bij het gebruik van bootstrap-drivers. 1 ervan heb je aangestipt, 2 en 3 nog niet, terwijl die in de praktijk toch wel voor meer hoofdbrekens zorgen.

Hoe zit het eigenlijk met de Regelgeving rond harmonischen, (IEC61000-3-2 bijv?) heb je daar rekening mee gehouden ?

Gezien de antwoorden op de rest van mijn vragen denk ik dat je nog eens heel goed moet gaan nadenken of je dit in 1 maand tijd kunt realiseren. Het zou voor een overzicht wel heel erg helpen welke onderdelen van je 2-switch-forward je al hebt.

Werkt je PFC met 3kW al ? Hoe ziet die eruit ? Kun je daar niet 'meeliften' ?

Ja, inderdaad, maar m'n stagebegeleider zag er geen graten in. Ik hoop op niet te veel rimpel/oscillatie.

Ik heb gerekend op een minimum ingangsspanning van 300VDC en maximaal 600VDC. De transformatieverhouding bedraagt 6 op 1, zodat als we 300VDC schakelen met een halve duty cycle er zo'n 50VDC op de secundaire zou moeten te vinden zijn. Bij 600V schakelen we op een duty van een kwart, wat een puls overtransformeert van 100V. Na het LC-filter hoop ik een stabiele 24VDC over te houden.

Ik veronderstel dat een van de nadelen van de bootstrap nog is dat de werking sterk begint te minderen bij duty's hoger dan 50%, omdat de elco moet kunnen geladen blijven. Maar dit is bij mij toch niet het geval omdat de transfokern in verzadiging zou gaan. Een derde hiaat zou ik niet meteen weten.

Harmonischen heb ik nu nog geen rekening mee gehouden omdat het slechts het ontwikkelstadium is. Er kan nog altijd geexperimenteerd worden met een voorafgaand netfilter of ontstoorferiet, maar eerst een werkend geheel maken.

Er staat al heel wat klaar hoor voor de forward converter(al trafo gewikkeld, mosfet en snubbering opgesteld+LC filter berekend/gevonden). Ik breek gewoon nog beetje m'n hoofd over voeding en de beste manier van aansturen. 'k denk dat m'n keuze toch op pulstrafo zal vallen.

PFC werkt al, moest tot een vermogen van 3kW, testen zijn gelukt tot 3,2kW. De topologie hiervoor is boost-converter, wat niet wenselijk is omdat er voor de forward converter een galvanische scheiding moet zijn.

'k zal proberen m'n schema eens online te zetten, maar 'k weet nog niet hoe ik prenten moet posten.

Alvast bedankt,

Grtz Maarten

Op 25 april 2012 20:12:21 schreef vedett:
...Harmonischen heb ik nu nog geen rekening mee gehouden omdat het slechts het ontwikkelstadium is. Er kan nog altijd geexperimenteerd worden met een voorafgaand netfilter of ontstoorferiet, maar eerst een werkend geheel maken...

Niet doen. Vanaf het begin dit meenemen.

de nadelen van de bootstrap zijn nog heel anders, kijk eens heel goed naar de minimale en maximale spanningen die dat bootstrap IC (met name de high-side) mag hebben en denk eens na over het schakelmoment, dus wanneer je de beide MOSFETS uitschakelt, teken eens exact voor jezelf uit hoe die spanningen er in het ideale geval uit zouden zien, en denk dan eens na over parasitaire eigenschappen van de gebruikte halfgeleiders. Tevens ga je een IC gebruiken dat maximaal 600VDC verdraagt, daarboven ontploft-ie, bij een spanning van BEST-case maximaal 575V, daar zit wel heeel weinig speelruimte in voor eventuele piekspanningen, die geheid ontstaan.

Dan heb je nog het probleem van het opladen van de bootstrap-C, dat kan alleen gebeuren als de source van de High-side mosfet voldoende hard aan massa gelegd wordt, is dat bij jou het geval ?

Wat ik bedoelde met 'meeliften' met de PFC is dat je de UITGANGSSPANNING van je PFC gebruikt als ingangsspanning van je 2-switch-forward. Dan heb je al een heel groot probleem opgelost, namelijk de regelomvang van je systeem. Tevens hoef je niet meer na te denken over harmonische die je 2-switch forward converter op het net veroorzaakt, omdat-ie niet meer direkt aan het net hangt.

Dan nog is een 120W 2-switch forward converter goed aan de praat te krijgen geen eenvoudig projektje voor tussendoor.

Wat je PFC betreft, het is leuk dat-ie 3,2 kW kan hoewel je maar 3kW nodig hebt, maar heb je er ook over nagedacht dat die PFC wel eens bij een veel hogere omgevingstemperatuur moet werken als die van jouw labtafel ? Hoeveel vermogen kan-ie dan nog voordat het silicium smelt ? Hoe zit het met de THD/harmonischen, voldoen die al aan de norm IEC61000-3-2 ? Harmonischen kun je namelijk niet met een simpel stukkie ontstoorferriet kwijtraken. Het gebruik van een netfilter is wel mogelijk, maar maakt het gebruik van een aktieve PFC dan weer overbodig. Waarom gebruikt men een aktieve PFC als het ook met een klont ijzer van ca. 18 kg en een dikke fles met wat in ricinusolie gedrenkt papier erin van ca. 6 kg kan ?

Dag DC2PCC,

het IC dat ik aanhaalde was slechts een voorbeeld, ik zou het IR2213 gebruiken dat tot 1200V rail spanning mag werken, de pieken die zouden ontstaan zou de andere inderdaad niet kunnen verwerken. Het beginprobleem is echter dat al deze IC's ontwikkeld zijn voor halve bruggen of H-bruggen, dus dit plan heb ik al laten varen. Ik heb het schema nu uitgevoerd met triggertrafo's, zo behoef ik ook geen gescheiden voeding.

Harde massa is echter geen probleem, 'k heb mij een mooi knutselwerkje gemaakt in luchtopstelling^^. Maar als eerder vermeld, toch niet meer nodig^^.

Dat meeliften zou inderdaad een goed plan zijn, maar beide modules zijn niet voor in dezelfde laspost. Beide moeten volledig stand-alone zijn jammer genoeg, anders inderdaad 2 vliegen in een klap, dan ben ik van de harmonischen af ook^^.

Die omgevingstemperatuur is inderdaad nog een van de hiaten, ik heb de module nu al 2 dagen non-stop laten werken op volle belasting en geen enkele component komt boven de 55°C (maar natuurlijk nog geen behuizing hé). 3,2kW is het vermogen dat ik bereik voordat de stroombegrenzing begint in werking te gaan en de PF begint te dalen. Ik heb dit gemeten met een fluke 39 power meter, en alle vermogen zat mooi vervat in de eerste harmonische. Trouwens is het vermeldenswaardig dat een netfilter een negatieve invloed heeft op de module, omdat de zelfinductiecoeff van de spoel wijzigt.

Bedankt,

Grtz Maarten.

ook een IR2213 kan ook NIET wat jij wilt, teken nou eens uit wat er precies gebeurt met de drain-source-spanningen bij het in- en uitschakelen van je beide transistoren. Het probleem waar ik op doel heb je zelfs bij een halve-brug, maar DAAR kun je dat probleem met een fatsoenlijke layout oplossen. (om een open deur in te trappen, wat gebeurt er precies als je tussen de drain van de onderste FET en de source van de bovenste FET een inductie plaatst ?)

Aangezien je 120 watt voeding niet kan meeliften is het gebruik van een kleine PFC dus wel noodzakelijk. Die zul je ook nog moeten construeren.

wat je 3,2 kW PFC betreft, de opmerking dat een netfilter een negatieve invloed heeft op de module, omdat deze de zelfinductiecoeff. van de spoel wijzigt, getuigt duidelijk in onvoldoende inzicht in de materie.

- Waarom zou een netfilter de zelfinductie van de PFC-boost-spoel veranderen ?
- Je hebt nu dus geen filtering in je PFC-schakeling ? dat wordt dan een feest bij de EMC-meting.