Hallo zusammen, für einen Vollbrücken-Gegentaktwandler möchte ich gerne den Trafo optimieren. Er funktioniert, hat aber offensichtlich eine zu große Verlustleistung und Streuinduktivität. Ausgelegt habe ich ihn für: - Eingangsspannung 400 V geregelt - Ausgangsspannung max. 720 V - Ausgangsstrom 4,5 A - Schaltfrequenz 100 kHz, evtl. 150 kHz Auslegung: - Kern ETD59 - Kernmaterial N97 (weil ich den Trafo recht knapp bemesse und ihn damit warm betreibe) - dB +-150 mT, das ergibt bei 100 kHz noch handhabbare 200 mW/cm³ - Primärwicklung 2 x 1 mm² HF-Litze - Sekundärwicklung 1 x 1 mm² HF-Litze - Primärwindungszahl nach Schmidt-Walter N1 = (U1 ·T/2)/(ΔB ·Amin) -> (400 * 0,000005) / (0,3 * 368*10^-6) -> 20 - Sekundärwindungszahl ca. 40 Gewickelt habe ich von innen nach außen: - 22 Windungen Sekundär - Kaptonband 0,05 - 22 Windungen Sekundär - 2 Lagen Kaptonband 0,05 - 2x10 Windungen Primär "bifilar nebeneinander" - Kaptonband 0,05 - 2x10 Windungen Primär "bifilar nebeneinander" - Kaptonband 0,05 - Keinerlei Schirmung etc Meine Messergebnisse: - Hauptinduktivitäten 4,7 / 17 mH - Streuinduktivität primär: 22 µH, schön wären max. 10 - Streuinduktivität sekundär: 100 µH, kommt mir extrem viel vor - Inverter läuft einwandfrei (n=0.96), Primärstrom ist symmetrisch - Erwärmung bei 1,5 kW und aktiver Kühlung schon > 60 k nach 10 Minuten (Versuchsabbruch) Meine Fragen: - habe ich oben richtig gerechnet, würdet ihr das anders machen? - was kann ich tun um die Streuinduktivität zu halbieren? - würde es etwas ändern, die Primärwicklung nach innen zu legen? - sind die Verluste zu hoch oder passt mein Kern für die Windungszahl einfach nicht? - bringt ein Kupferband um den Trafo etwas (sehe ich öfters) und muss das geerdet werden? - sonstige Hinweise? Vielen Dank im Voraus Bernhard
Bernhard _. schrieb: > - Hauptinduktivitäten 4,7 / 17 mH > - Streuinduktivität primär: 22 µH, schön wären max. 10 > - Streuinduktivität sekundär: 100 µH, kommt mir extrem viel vor Die Kopplung der Wicklungen untereinander und zum Kern ist schlecht. Die Induktivität der Sekundärwicklung müsste ja 2,2²=4,84-fach größer (also 22,5mH) als die Primärinduktivität sein. Du musst die Wicklungen ineinander verschachteln.
Danke, Arno, für den Hinweis. Bei den großen Induktivitäten bin ich mir nicht mehr sicher ob mein einfaches LC-Meter noch exekt arbeitet, die Messfrequenz geht dabei schon in den hörbaren Bereich herunter. Mit "verschachteln" meinst du, z. B. je eine Hälfte der Sekundärwicklung über und unter die Primärwicklung zu setzen? Kann ich die sekundäre Streuinduktivität irgendwie stärker reduzieren als die primäre? Danke! Bernhard
Da scheint was mit Deinem Rac/Rdc nicht zu stimmen. Die Temperatur aus dem Wicklungspaket bekommst Du auch mit aktiver Kühlung nicht weg. Pack an Querschnitt (Kupfer) rein was reingeht und verbesser die Kopplung durch Verschachtelung wie ArnoR schon geschrieben hat. Was bedeutet 1mm² HF Litze ? Wie ist Anzahl und Querschnitt der Einzeladern ? Interessant hierzu: http://heermann-gmbh.de/modules.php?name=mlContent&pid=13 Das Kupferband ist nur für EMI und momentan nicht Deine Sorge. Ich würde wg. EMI lieber eine Sek Wicklung draussen haben als eine Prim. Bernhard _. schrieb: > Erwärmung bei 1,5 kW und aktiver Kühlung schon > 60 k nach 10 Minuten Naja, das hast Du doch gewollt. Ein knapp dimensionierter Kern der bei 100° die geringsten Verluste hat.
Danke, Michael! >>Was bedeutet 1mm² HF Litze ? 120x0,1mm (Durchmesser), etwas anders hab ich nicht bekommen. Scheint aber nach deinem Link zu passen. >>Ich würde wg. EMI lieber eine Sek Wicklung draussen haben als eine Prim. Damit bringst du mich zu noch einer Frage. Durch den schnellen und gleichmäßigen Temperaturanstiegs (Wärmebildkamera) wirkt es für mich so, als ob die Wärme im Wesentlichen von der außen liegenden Primärwicklung kommt ob hier die erst außen an den Pins zusammengeführten bifilaren Wicklungen irgendwie gegeneinander arbeiten? Wie würdest du / ihr die 20||20 und 40 Windungen verschachteln? Entweder (einfacher) - 22 Windungen Sekundär - Kaptonband 0,05 - 2x10 Windungen Primär "bifilar nebeneinander" - Kaptonband 0,05 - 2x10 Windungen Primär "bifilar nebeneinander" - Kaptonband 0,05 - 22 Windungen Sekundär - Kaptonband 0,05 Oder (pot. Interaktion bei bifilar ausgeschlossen) - 20 Windungen Primär - Kaptonband 0,05 - 22 Windungen Sekundär - Kaptonband 0,05 - 20 Windungen Primär - Kaptonband 0,05 - 22 Windungen Sekundär - Kaptonband 0,05 >>Naja, das hast Du doch gewollt. Na wenn's bei Volllast so wäre, dann hätte ich sicher nicht gejammert. Aber 30 % Last und geschätzter Temperaturanstieg von 70 k wäre schon etwas enger als auf Kante genäht :-) Gut's Nächtle und Danke! Bernhard
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Mehr Kupfer passt nicht drauf ? Der zweite Vorschlag ist eigentlich besser, aber die beiden Prim. sind dann nicht mehr identisch. Das könnte auch schon jetzt das Problem sein, das da Ausgleichsströme fliessen. Verseil die mal vor dem Wickeln das Du eine fette HF Litze bekommst. Kommst Du mit mehr Kupfer auf eine bessere Aufteilung ? Denk dran das HF Litze die parasitäre Kapazität erhöht und die Wicklung das auch liefern muss. Wenn Du jetzt erst bei 30% bist wird das allerdings wirklich eng. Mach aber mit dem Kern weiter und optimiere bis zum Schluss um ein Gefühl dafür zu bekommen. Mehr F weniger N wenn die Kupferverluste weiterhin überwiegen. Trotzdem hohen Füllgrad anstreben. Du kannst immer noch Kupfer sparen wenn der Kern bei Volllast noch gute Reserven hat.
Mal nur zum Verständnis: Die 30% entsprechen 1,5kW? Du willst doch nicht etwa 5kW über den Kern prügeln?
Ok, danke Michael! Auf dem Kern könnten geradeso nochmal drei Ebenen einlagig passen, da ich aber nur n x 120 x 0,1 hab, fallen mir wenige Möglichkeiten ein. Nächster Vorschlag: - 22 Windungen Sekundär 1 x 120 x 0,1 - 2 Lagen Kaptonband 0,05 - 10 Windungen Primär 3 x 120 x 0,1 - 2 Lagen Kaptonband 0,05 - 10 Windungen Primär 3 x 120 x 0,1 - 2 Lagen Kaptonband 0,05 - 22 Windungen Sekundär 1 x 120 x 0,1 - Kaptonband 0,05 Das Wickelfenster ist damit noch nicht voll, aber die Sekundärwicklung passt eben nicht doppelt rein. Macht es Sinn, die Wicklungen in "Z" zu legen, also nach jeder Wickelebene einmal von links nach rechts? @ Stampede Hast du den Thread gelesen und die Postion der Fragezeichen erkannt?
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- Primärwicklung 2 x 1 mm² HF-Litze - N1 = ... = 20 Wie wäre es mit Kupferfolie? Das Wickelfenster ist 41.2mm breit und 9mm hoch. Idealerweise sind Primär- und Sekundärwicklung im Gesamtquerschnitt gleich. Bzw. gleich hoch. Also knapp 4.5mm, nach Abzug der Pri/Sek-Isolation. Wenn Du jetzt 0.1mm dicke Folie 40mm breit wählst, wären das 4mm2. Wenn Du die 4.5mm auf 20Windungen aufteilst, darf eine Windung 0.22mm dick sein. Abzüglich der Kupferfolie hättest du 0,12mm für die Isolation der 20V/Windung. 0.1mm Folie gibt es. Falls es dünnere Folie auch gibt, könntest Du die Sekundärwicklung auch so aufbauen und beide Wicklungen verschachtelt ineinander wickeln. Wobei hier wieder mehr Aufwand der Isolation dazwischen getrieben wird... http://lsv-achenbach.de/shop/images/mun_trafo_folie.jpg Vielleicht wäre das auch eine Möglichkeit?
Bernhard _. schrieb: > Macht es Sinn, die Wicklungen in "Z" zu legen, Zusätzliche Probleme und Schwierigkeiten das in Serie bauen zu lassen. Würde ich lassen. Du hast nicht sehr viele Möglichkeiten. Die Kernverluste sind m.E. nicht das Hauptproblem. Du kannst also im wesentlichen Rac und Rdc verändern und versuchen einen möglichst hohen Kupferfüllgrad zu erreichen. Ich würde jeder Wicklung eine zusätzliche HF Litze verpassen und dann so viel wickeln wie draufgeht. Wenn Du dabei das Wicklungsverhältniss bewahrst wird das kaum Auswirkungen haben. Wenn noch drei Lagen draufpassen geht es doch. 3 * prim + 4 * Sek. Die einzelnen Litzen eine Wicklung würde ich vorher miteinander verseilen um keine unterschiedlichen Längen zu bekommen. Wenn Du das gemacht hat ist mit der Wicklung und Deinen derzeitigen Möglichkeiten nichts mehr rauszuholen. Als nächstes mit der Fequenz deutlich rauf und messen. Dann neue Wicklung mit angepassten Windungszahlen für die hohe Frequenz und wieder max. Kuperquerschnitt und wieder messen. Mit B kannst Du auch noch spielen, aber das ist immer unfreundliche Wickelei. Das alles verschiebt die Verluste immer weiter von der Wicklung weg in die Kernverluste. Da liegt irgendwo ein eff. Maximum was es zu finden gilt. Folienwickel, Flachdrahtwickel sind natürlich der Hit um die Kapazitäten aufs Minimum zu drücken. Als Labormusterfertigung aber ziemlich ätzend. Stichwort Kapazitäten: Die erzeugen echte HF peaks und wilde Schwinger die ordentlich heizen (können). Schau Dir mal I hochauflösend an. Als Labor Workaround kannst Du mit ein wenig L vor den Trafo arbeiten. Nicht schön, aber reicht um sich einen Überblick über den Einfluss aufs Ergebniss zu verschaffen. Da ich ehrlich gesagt nicht weiß wie weit man den ETD59 treiben kann und mir das Ziel ambitioniert aber möglich erscheint interessieren mich Deine Ergebnisse sehr. Wäre nett wenn Du hin und wieder die Zeit findest über Erfolg und Misserfolg zu berichten.
Meine bisherigen Erfahrungen mit ETD39 Kernen in LLC-Wandlern waren: Hauptproblem war Kupfererwärmung der Primärwicklung infolge Proximity Effekt. Da passierten dann auch solche Dinge wie Aufheizen auf 100C innerhalb weniger Min bei Teillast. Erhöhen des Kupferfüllfaktors funktioniert hier nicht mehr, im Gegenteil: zwischen jede Wicklungslage mal 5 Wdg Tape, und die Welt sieht wesentlich freundlicher aus. Frequenz erhöhen ist auch nur wieder reine Theorie, kann ich in der Praxis überhaupt nicht bestätigen. Hab mit 250kHz angefangen und bin jetzt bei 63kHz und +-160mT angelangt. Damit sind hier ca 400W beherrschbar.
Also erst mal vielen Dank euch allen für die Tipps und Hinweise! Das Projekt ist rein privat und die Ergebnisse stelle ich selbstverständlich hier rein. Vorhin habe ich mal die Version 2 des Trafos gewickelt. Ein Verdrillen der HF-Litze ging nicht vernünftig deshalb habe ich etwas umdisponiert: - 22 Windungen Primär 1 x 120 x 0,1 - ein Ende offen auf der Sekundärseite - 22 Windungen Primär 1 x 120 x 0,1 - ein Ende offen auf der Sekundärseite - 2 Lagen Kaptonband 0,05 - 40 Windungen Sekundär 1 x 120 x 0,1 - so grob zwei Lagen auf einmal, ein Ende offen auf der Primärseite - 2 Lagen Kaptonband 0,05 - 22 Windungen Primär 1 x 120 x 0,1 - ein Ende offen auf der Sekundärseite - 22 Windungen Primär 1 x 120 x 0,1 - ein Ende offen auf der Sekundärseite Und dann die ganzen offenen Enden von den falschen Seiten außerhalb des Kerns wieder zurückgeführt. Das Übersetzungsverhältnis passt jetzt nicht mehr ganz, aber zum Testen reicht's. Die Induktivitäten sehen erst mal gut aus, genaue Messwerte gib's morgen. Wenn dieser Trafo nicht gut spielt, dann werde ich Matthias' Vorschlag probieren und Kupferfolie suchen.
In diesem Teil 3 aus der "Magnetics Design" Serie von TI wird beschrieben, warum Teilwicklungen immer nur einlagig verschachtelt sein sollen. Hilft vielleicht weiter. http://www.ti.com/lit/ml/slup125/slup125.pdf
Also zuerst mal Asche auf mein Haupt, die ganz am Angang genannten Windungszahlen waren falsch. Tatsächlicher Aufbau war: - 22 Windungen Sekundär - Kaptonband 0,05 - 22 Windungen Sekundär - Kaptonband 0,05 - 22 Windungen Sekundär - Kaptonband 0,05 - 22 Windungen Sekundär - 2 Lagen Kaptonband 0,05 - 2x10 Windungen Primär "bifilar nebeneinander" - Kaptonband 0,05 - 2x10 Windungen Primär "bifilar nebeneinander" - Kaptonband 0,05 - 2x10 Windungen Primär "bifilar nebeneinander" - Kaptonband 0,05 - 2x10 Windungen Primär "bifilar nebeneinander" - Kaptonband 0,05 - Keinerlei Schirmung etc Und hier mal die Messwerte des neuen Trafos wie am 10.09. beschrieben: Hauptinduktivität Primär: 4x3,58 mH Hauptinduktivität Sekundär: 10,1 mH -> Übersetzungsverhältnis falsch (ging halt im ersten Versuch nicht besser auf) mit 1,68 statt 2 Streuinduktivität Primär: 2,55 µH Streuinduktivität Sekundär: 6.14 µH -> Der Messaufbau stößt wohl an seine Grenzen, das Verhältnis zwischen beiden sollte natürlich 1,68² sein Sieht also erstmal vernünftig aus. Leider ist mein Wechselrichter beim Einschalten verstorben, deshalb kommen echte Ergebnisse erst wenn ich Ersatzteile habe.
Es wäre hilfreich, wenn Du mal die Details Deines "Wechselrichters" in Form eines Schaltplanes posten würdest. Dann wüßte man z.B. ob es um einen PWM-Typ oder Resonanzwandler ginge. Dass einem beim Einschalten einer solchen Schaltung die MOSFETs um die Ohren fliegen ist nicht so ungewöhnlich.b
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