57 подписчиков

И снова резонанс/FAN7688

8 ноября 20208 ноя 2020

162

4 мин

Еще раз о резонансе в высоковольтном применении.

В этой статье речь пойдет о резонансном преобразователе, но теперь в высоковольтном источнике питания. О теории говорить не буду, в первой статье об этом подробно описано. Мощность преобразователя 2000Вт Входным напряжением после ККМ 400 Вольт, выходное напряжение 4000 Вольт ( сразу учитываем параметры диодов и в выходной цепи будет 6 обмоток на 650 Вольт каждая итого: 6*650=3900 Вольт). Расчет произведем для полумостового резонансного преобразователя на микросхеме FAN7688 по аппноте AN-6104.

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-6104.pdf.pdf

Примем кпд преобразователя ƞ=0.92 тогда необходимо передать мощность Pin=2000/0.92=2174 Вт, выбираем емкость входного конденсатора 3000 мкф и рассчитаем минимальное напряжение. Vinmin =((400^2-(2*2174*0.02)/(3000*0.000001))^0.5=362V. Определяем коэф. передачи для резонансной .цепи m=Lp/Lr=5. При m=5 Mmin=(5/(5-1))^0/5=1.12 Mmax=400/362*1.12=1.24. Теперь рассчитаем передаточное отношение тр-ра:
N=(400/2*(4000+1.5*6))*1.12=0.056. Рассчитаем сопротивление нагрузки Rac=(8*0.0.056^2*4000^2)/(3.14^2*2000)=20.36 ом. Далее по рис 13 находим при Mmax=1.24 m=5 находим Q=0.57 теперь выбирая резонансную частоту 100000кгц можем выбрать резонансные компоненты: , Cr=1/(2*0.57*3.14*100000*20.36)=0.137uF =0.14uF. Lr=1/((2*3.14*100000)^2*0.14*0.000001)=18.1uH Lp=5*Lr=90.5uH. Рассчитаем число витков первичной обмотки на мин частоте ( частоту находим по рис 21 AN-4151), 85000кгц теперь выберем трансформатор (E42/21/20 Ae=234mm^2). Проще всего выбирать трансформатор по программе MDT (magnetic design tool), но можно использовать любой справочник.

https://tools.tdk-electronics.tdk.com/mdt/

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-4151.pdf.pdf

Число витков:
Np=0.056*(4000+1.5*6)/(2*85000*1.12*0.3*234*0.000001)=16.8=17 витков, // считаем зазор по MDT, выбираем сердечник Е42/21/20, материал N87, в графе al_value - L-Al вбиваем L=90,5 переводим в милли: 0.0905 и число витков 17 получаем Al=313,1 nH, вбиваем это в графе Al-Air gap without fringe flux, получаем зазор s=0.9мм. Теперь подберем число витков вторичной обмотки с учетом передаточного отношения трансформатора. Считаем 300*0.056=16.8 принимаем 300витков или 6 обмоток по 50 витков каждая. Далее рассчитаем величину токов в обмотках. Tок во вторичной обмотке. Iout=2000/4000=0.5 А - выходной по цепи 4000V. Тогда по формуле 23 AN-6104 считаем Iprrms=11 A ток во вторичной обмотке и Isecrms=3.14*0.5/4=0.39 A напряжение на резонансном конденсаторе проще померить в модели.

Расчет токовых цепей проведем по даташиту FAN7688 стр 28.

https://www.mouser.com/datasheet/2/149/FAN7688-760738.pdf

Величина резистора (Rcs2+Rcs1) и витки трансформатора тока должны такой величины, чтобы напряжение на этом резисторе (Vsense) достигало 4V в состоянии полной нагрузки. Примем ТТ 300 витков и Rcs1+Rcs2=80 тогда Vsensepic= 0.5*3.14/2*300/17*1/300*80=3.7 V. Принимаем. Теперь нужно определить величину резистора Rcs1 так чтобы напряжение на пин CS не превышало 3.5 V Vcspic=3.7/80*25=1.16 V, теперь можно рассчитать величины Rics и Cics с учетом Vicspic<1.2 V ( не срабатывание при нормальной работе ) примем Cics=1нф и Rics=11 кОм, Vicspic=0.5*300/17*1/300*80/10000*1/0.000000001*1/2*1/100000=1.07V. принимаем. Рассчитаем цепи мягкого старта. Выбираем Сss=1.5мкф, тогда время пуска составит Тss=0.0000015*2.4/0.000040=90миллисек. Выбираем выходную емкость 1мкф тогда Тss=0.000001*4000/((1.2-1)*0.5)=40миллисек. 90> допустимо теперь рассчитаем Rfmin для 75кгц имеем Rfmin=100000*10000/75000=13.5кОм, далее выберем мертвое время ( от 75нс до 375нс ) и элементы Rdt и Cdt , установим 175нс тогда Rdt=36кОм и Cdt=470пф.