SMPS güç kaynağı üzerindeki ekstra pasif elemanlar

[ahmetzafer]

Merhaba Arkadaşlar...

Smps bir güç kaynağı tasarlamaya çalışıyorum. Smps'in yapısını oluşturan temel indüktör kapasitör gibi elemanların değerlerini elimdeki mevcut malzemelere göre hesapladım. Orda problemim yok. Ancak örnek olarak kullandığım devrede indüktör üzerine seri olarak direnç ve kapasitör bağlanmış ve çıkış kapasitörlerine paralel direnç bağlanmış.

Güç kaynaklarında bu elemanların temel görevi nedir ve değerlerini hesaplarken dikkat etmemiz parametreler nelerdir?

Teşekkürler.

[Zoroaster]

RLC devrelerinin kullanım amacı çok farklı olabilmekte.

Şemanın tamamını vermeden sadece verdiğin yapıdaki RLC ne iş yapar diye soru sormak çok anlamlı değil.

Fakat muhtemelen pals şekillendirme amacı güdülmüştür.

Kapasitörlere paralel bağlı dirençlerin amacı;

1) SMPS minimum yükle kesin kez yüklü olsun asla ve asla yüksüz çalışmasın
2) SMPS susturulduğunda çıkış voltajı kapasitörlerde kalmasın boşalsın.

[ahmetzafer]

Devrenin geneli bu şekilde. Giriş 220 V ac 50 Hz. IGBT anahtarlama frekansı 25 kHz.

İndüktör öncesinde harmonik izolasyon var. Sıkıntım elemanların değerleri belli değil. Çıkış dirençleri mantığını anladım. Tasarladığım devreye göre direnç değelerini ve güçlerini hesaplayabilirim.

İndüktör üzerindeki direnç ve kapasitör kalıyor sadece.

[Zoroaster]

Tamam dediğim gibi RC nin buradaki amacı daha özelmiş. Tam olarak tasarımcının amacını bilemem fakat RC nin buradaki amacı bana göre şöyle;

IGBT off olduğunda endüktansın kollektör tarafından akımı kesilir ve endüktansta depolanmış durumdaki bu akım (sel suyu gibi önüne geleni süpürmek ister) hemen sağdaki diyod üzerinden akmak ister. Ancak diyodun iletime geçme süresine ihitiyacı vardır ve akım bu süreyi bekleyemez. İşte bağlanan RC elemanı bu bir kaç 10 ns civarındaki sürede endüktans akımının dolaşmasını sağlayarak büyük voltaj oluşumunu engeller.  (Sağdaki diyoda paralel RC bağlamak da bu soruna çözüm olabilir.)

Tek başına C bağlamak LC nin çınlamasına neden olur ve buna engel olmak için C ye seri R bağlanarak çınlamanın önüne geçilir. (Kritik sönümlü yada aşırı sönümlü yapı elde edilir.)

http://www.cncdesigner.com/wordpress/?p=4763 de RLC devresini ele almıştım. Karekök ifadesindeki R kare bölü 4 L kare işin püf noktası.

Bir diğer açıklama ise şu;

Akımı kesilen endüktans, endüktansın kaçak kapasitesi ile birlikte gene bir çınlama devresi oluşturur ve çınlama frekansı EMI açısından tehlikeli bölgede olabilir. Paralel bağlanan RC sayesinde bu frekens sorun olmayacak bölgeye çekilir. R ile de sönümlenir.

Her ikisi de doğru açıklama ancak hangisinin amaçlandığı ancak, tasarımın prototipin denemesi aşamasında uygulamada çıkmış soruna göre anlaşılır.

Yani IGBT kollektör ucunda çok ince çok yüksek voltajlar oluştu da mı bu RC kondu yoksa EMI yayılımı özel bir frekansa denk geldi de o amaçla mı kondu şu anda bilemeyeyiz.

[ahmetzafer]

Verdiğiniz bilgiler doğrultusunda araştırma yaptım. Çok teşekkür ederim.

Dediğiniz gibi IGBT off durumda indüktör üzerinde oluşacak akım depolanmasını sönümlemek için kullanılmış. C kapasitesini doğru hesaplamak için;
öncelikle anahtarlama frekansı ile rlc'nin osilasyon frekansı arasındaki ilişkiyi araştıracağım.
İkinci olarakta diyodun iletime geçme süresi ile osilasyon frekansı arasındaki ilişkiyi araştıracağım.

Hedefim osilasyon frekansına ulaşabilmek. Bu veriylede uygun bir direnç değerine göre C kapasitesine ulaşacağım.

Bu filtreleme sistemin daha uzun ömürlü ve sağlıklı çalışmasında önemli bir paya sahipmiş. Bu kadar olacağı aklıma gelmemişti.

[Zoroaster]

Tam olarak öyle değil. IGBT akımı kesilip diyod iletime geçinceye kadar kısa sürede akım, RC üzerinden sirkülasyon yapıyor. Diyod iletime geçince akım sağ tarafa aktarılıyor. Bize dert olan  kısım bu diyodun iletime geçinceye kadar olan kısa süre. Genelde bu kısacık sürede incecik çok yüksek bir darbe oluşur ve bu darbe IGBT'yi tehdit eder. Tabiki  bu kısa süre zarfında akımın rahatça sirküle edebilmesi için R ve C nin kaçak endüktansının da çok düşük olması lazım.

Burada sirkülasyon esnasında akımın dolaştığı RLC üçlüsünde frekansı LC belirleyeceği için bu frekansı C sayesinde EMI yayılımın seviyesinin katı kurallara tabii olduğu frekanslardan uzakta bir yere çekmeniz yeterli. R yi de sönümleme amaçlı L ye bağlı olarak hesaplayabilirsin.

R zaten Lye bağlı olarak hesaplanır ve değeri küçük çıkar. C yi çok yüksek tutarsan snubber direncindeki kayıbı artırsın bu da hoş olmaz. Sonuçta burada LC salınım frekansını belirleyen unsur EMI standartları oluyor. Uygun herhangi bir frekans seçebilirsin.

[hako83]

Herhangi bir frekans derken EMI geçmez dediği frekanslar listesimi var diyelimki EMC de 1khz olmaz ise 1,5khz e göreni LC yapılacak

[Zoroaster]

Her ne kadar EMI-EMC ile  kendi adıma hiç işim olmasa da iki ayrı fabrikada tempest testi konusunda fazla detaya girilmeden kurslar almıştım.

EMI uyumluluğunu belirten oldukça geniş bir bandda dikey ekseni dbuV , yatay ekseni frekans olan grafik olacak.

Bu grafikte hangi frekansda hangi dbuV değerini aşmaman gerektiği belli.

Eğer cihazındaki yayılım (Spektrum analiz cihazı ile özel odada geniş bantlı antenlerle alınan sinyal grafiğe dökülür) standart grafikte o frekans için izin verilen değeri geçiyorsa basit bir C değeri değişimi ile yayılım frekansını dbuV değerinin daha yüksek olmasına göz yumulan herhangi bir frekansa öteleme işi kolayca yapılabilir.

Tabi iş bu kadar basit görünse de yapılan bu öteleme pek çok olayı tetikler evet daha önce yüksek çıkan yayılım azalır fakat bu kez de bir başka frekansta ki yayılım artabilir.

İşte bu durumlarda kabloları iletken bezlerle sarmak, filitreler kullanmak, metal kutu kapaklarına, konnektörlere bakır tırnaklı contalar takmak gündeme gelebilir.

Sonuçta en baştaki soruya konu RLC nin neden olacağı yayılımı ölçmek bile ciddi yatırım yapmayı gerektiriyor.

Sonuçta siz 20Khz pwm kullanıyor olabilirsiniz fakat RLC 200 Mhz de çınlıyordur ve bu çınlama ne seviyede bir yayılıma neden oluyor, bunu gözlemek hiç kolay değil.

Olay sadece spectrum analyzer sahibi olmakla da çözülmüyor.

[hako83]

Hocam konu konuyu açıyor. 20Log(Vo/Vi) anfi veya opamp için giriş sinyali Vi çıkış sinyali Vo ölçülüp dB cinsinden kazanç yada kayıp için bir çıkarım yapabiliyoruz. Peki bu EMC, Geribesleme veya kutup, sıfır falan diyorlar, bunlar için Vi veya Vo nerelerin giriş çıkışı anlamıyorum kuşkusuz dBuV da bu gerilimlerin mikrovolt seviyede olmasıdır. Baksanıza hocam konu dönüp dolaşıp kontrole geliyor, ne tesadüf..