Entrefer dans un transfo HF

[invite03481543]

Salut mond'est.Ton probleme est sans doute sur plusieurs points.Le premier est lié aux pertes cuivre visiblement, peux-tu en dire plus sur les sections utilisées et faire un résumé de ton cahier des charges?Tu n'as pas forcément besoin d'entrefer pour un demi-pont, on s'arrange en général pour l'éviter.Et la mise au point d'un transfo ne nécessite aucun logiciel, seul ceux qui n'ont jamais fait un design d'alim s'en serve.La mise au point se fait sur table uniquement en bobinant ses protos et en sachant analyser ce que l'on voit sur le scope.Un transfo sans tenir compte de ce qu'il y a autour a peu de chance de succès, c'est un ensemble qui doit rester cohérent.
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[invite03481543]

Je suppose que tu fais tes essais avec une charge essentiellement resistive.Il est important dès le début du design de définir le modèle typique de la charge qui sera réellement utilisée.On ne calcule pas les choses de la meme façon selon qu'on souhaite alimenter une ampoule halogène ou une simple résistance.Comme tu m'avais parlé dans une autre discussion de tes moyens de mesures pour le courant il est fort possible que tu introduises des choses indésirables.A quelle fréquence travailles-tu?Dis m'en plus sur tes références de ferrites et idéalement poste une photo de ta maquette.Je suppose que tu as bobiné ton transfo toi même, il y a quelques pièges à éviter si c'est ton premier.La géométrie des bobinages et le choix des couches est également déterminant.C'est un métier.

[Montd'est]

Bj,

Tu n'as pas forcément besoin d'entrefer pour un demi-pont, on s'arrange en général pour l'éviter

Je m'en doutais un peu, mais c'est des ferrites de répup j'avais pas mieux niveau volume occupé, j'étais obligé de faire avec son gap de presque 1 mm (au milieu de la jambe centrale, donc pas en haut, ni en bas). Donc pas de référence

alimenter une ampoule halogène ou une simple résistance

Une lampe halogène ne se comporte pas comme une résistance ? ? (excepté le pic de courant au début ) ?

Ma charge d'essai (avec laquelle déjà pleins de pertes anormales), c'est des lampes halogènes 12 V, pas directement branchés sur la HF AC mais après 2 diodes de redressement rapides ou du redressement synchrone à mosfet, + bobine et condo.

A quelle fréquence travailles-tu

J'en ai essayé plusieurs entre env 30 kHz et 105 kHz.
J'ai du fil de Litz de partout... avec des brins uniques de 0.13 ou 0.14 mm de diamètre.

Pas de photo...

La géométrie des bobinages et le choix des couches est également déterminant

Je serais bien curieux de connaitre les points clés, capa parasite ? et tout ( je prévois de tenter de faire un conv 12 - 230 Ac avec double conversion, c'est à dire un premier étage qui fait 12-325 v avec un phase shift full bridge converter, et si j'ai les même soucis qu'ici je vois pas comment espérer atteindre 93 ~ 95 % de rendement sur le 1 er étage) bref...


Le Transfo, bobiné à la main, qui chauffe trop est bobiné ainsi:
- Primaire d'abord sur "toute la surface du cylindre"
- Secondaire ensuite sur toute la surface du cylindre

Je prévois de tenter:
- demi primaire
- Secondaire (en sandwitch)
- demi primaire

Pour voir l'effet que ça a...

Je suis à environ 82 ~ 83 % maxi de rendement à pleine charge, c'est pire quand c'est moins...
Mesuré sans avoir d'instrument dans le circuit HF, un compteur EDF mesure Pin, et voltmètre + résistance de shunt à 1% servent à connaître Pout.

J'ai vérifié plus d'une fois le calcul du cuivre, je suis à 3 ~ 4 A/mm² maxi.

[invite03481543]

Une lampe halogène ne se comporte pas comme une résistance ? ? (excepté le pic de courant au début ) ?

Si mais justement ce pic de courant va tout écrouler au niveau de la boucle de régulation d'une part et du transfo si ce sur-courant n'a pas été prévu.

Ma charge d'essai (avec laquelle déjà pleins de pertes anormales), c'est des lampes halogènes 12 V, pas directement branchés sur la HF AC mais après 2 diodes de redressement rapides ou du redressement synchrone à mosfet, + bobine et condo.

Ok, valide déjà avec une charge à 75% de P pour au moins bien vérifier si tout réagit normalement, les ampoules halogènes très gourmandes comme je le disais risquent de mettre à mal toute ta boucle de régulation dès le départ.
A 75% de P tu dois vérifier ton rendement global qui doit atteindre son maximum, généralement si quelque chose ne va pas tu vas le voir déjà à travers son résultat.
Si c'est ok va jusqu'à Pmax et refais des relevés notamment au niveau des commandes des MOS, il faut vérifier Id et Vds, la surface de croisement doit être la plus faible possible puisqu'elle représente une puissance.
La forme de ton courant dans le primaire doit être triangulaire avec des pentes biens linéaires, sans quoi c'est pas bon.
Une pente arrondie à la manière d'une charge de condo => pertes cuivres trop élevées ou commande défectueuse, pente de forme exponentielle => saturation du noyau.
Si tu peux poster quelques copies d'écran de ton scope je te dirai (Vds, Vgs et Id+Vds)

J'en ai essayé plusieurs entre env 30 kHz et 105 kHz.
J'ai du fil de Litz de partout... avec des brins uniques de 0.13 ou 0.14 mm de diamètre.

Fils de Litz c'est bien mais pas toujours commode de bien souder tous les fils ensemble.
Rappelle moi les caractéristiques générales de ton alim que tu souhaites faire.

Pas de photo...

Dommage.

Je serais bien curieux de connaitre les points clés, capa parasite ? et tout ( je prévois de tenter de faire un conv 12 - 230 Ac avec double conversion, c'est à dire un premier étage qui fait 12-325 v avec un phase shift full bridge converter, et si j'ai les même soucis qu'ici je vois pas comment espérer atteindre 93 ~ 95 % de rendement sur le 1 er étage) bref...

Là du coup je sais ce que tu veux faire
Pour le premier étage je te conseillerai plutôt un push-pull mieux adapté pour ce genre de conversion car bien plus simple, tu peux le faire avec un tore, voir plusieurs tores groupés.
De plus un push-pull te permet d'obtenir des puissances importantes avec un rendement très élevé, c'est de loin la meilleure topologie pour ce genre de chose.
Ensuite tu redresses et filtres et tu fais un découpage HF à 4 transistors (pont en H) avec PWM à travers une enveloppe sinus, puis tu filtres pour ne garder que ton 230VAC pure sinus.

Le Transfo, bobiné à la main, qui chauffe trop est bobiné ainsi:
- Primaire d'abord sur "toute la surface du cylindre"
- Secondaire ensuite sur toute la surface du cylindre

Je prévois de tenter:
- demi primaire
- Secondaire (en sandwitch)
- demi primaire

Pour voir l'effet que ça a...

C'est ce qu'il faut faire en effet, le sandwich est nécessaire pour obtenir le meilleur couplage.

J'ai vérifié plus d'une fois le calcul du cuivre, je suis à 3 ~ 4 A/mm² maxi.

Etrange.
Il faut donc regarder coté qualité de ta commande MOS.
Essaye de poster un schéma au moins.

Difficile de t'aider davantage sans plus de détails, il faudrait voir ta maquette.
Les liaisons sur la maquette peuvent introduire pas mal d'indésirables qu'il faudrait quantifier un peu mieux.
As-tu par exemple des circuits d'aide à la commutation (CALC)?
Quel valeur pour ton condensateur d'entrée? Est-il au plus près également de ton primaire?

Quel rapport cyclique as-tu choisi, etc
Essaye de m'en dire plus sur tes dimensionnements.
@+

[Montd'est]

Bj,

Je l'ai pas dit, mais heureusement que tu es revenu sur Futura.

En fait j'ai pas bien précisé le contexte:

Le convertisseur en demi pont qui me pose problème est une version spéciale à sortie non régulée:
J'utilise un L6569A pour commander les mosfets, ça marche très bien d'après moi: j'ai vérifié à l'oscillo Vgs et Vds: j'obtiens une commutation de type ZVS quand les mos se ferment ( Je vois Vds tomber à 0 V pendant le dead time puis ensuite Vgs qui monte franchement à 13 V), donc limitation des pertes de comm: d'ailleurs leurs échauffement est quasi nul alors que leurs radiateurs sont mini.
Je sais que normalement mon blem. ne vient pas des mosfets mais du transfo qui atteint une température dingue y compris à vide.

La forme de ton courant dans le primaire doit être triangulaire avec des pentes biens linéaires, sans quoi c'est pas bon.

J'ai pas de screen;
Mais je me rappel que mon courant était triangulaire avec de légers arrondis, aucun signes de saturation apparente que ce soit à 30 ou 100 kHz.

Fils de Litz c'est bien mais pas toujours commode de bien souder tous les fils ensemble.

Perso je fait chauffer l'extrémité au chalumeau + étain, pour bien griller l'émaille et accrocher tous les brins correctement. De plus l'échauffement fou à lieu même à vide, donc même si je m'étais gouré sur l'assemblage des fils de litz au secondaire (plus gros, plus délicat), j'aurais pas de vraie raison de rater celui du primaire (à peine 6 fils).

Rappelle moi les caractéristiques générales de ton alim que tu souhaites faire.

230 Vac > 325 Vcc > 12 Vdc (non régulé) 100 W disons

Là du coup je sais ce que tu veux faire
Pour le premier étage je te conseillerai plutôt un push-pull mieux adapté pour ce genre de conversion car bien plus simple, tu peux le faire avec un tore, voir plusieurs tores groupés.
De plus un push-pull te permet d'obtenir des puissances importantes avec un rendement très élevé, c'est de loin la meilleure topologie pour ce genre de chose.
Ensuite tu redresses et filtres et tu fais un découpage HF à 4 transistors (pont en H) avec PWM à travers une enveloppe sinus, puis tu filtres pour ne garder que ton 230VAC pure sinus.

Oui, oui mais je ne suis pas encore dans ce projet là, mais sinon le Phase-shift- FB m'inspire plus pour ça:
- Capable de faire de la comm en ZVS au niveau des mosfets
- Pas de snubber à mettre en place sur les mos à cause des ruptures inductives sur les primaires ( donc moins de pertes ?)
- Pas de "double" primaire nécessaire dans le transfo ( en grosse section en plus de ça) contrairement au push pull.

Je sais que le PS-FB peut-être excellent en terme de rendement quand on fait 400 Vdc vers 12 ou 24 Vdc par exemple, mais je me demande ce qu'il se passe si on cherche à faire 12 > 325 par exemple...
Le push pull fait des commutation de type "hard switching" à ce que je saches ?, ça ne me plait pas trop...

Il faut donc regarder coté qualité de ta commande MOS.

Comme je l'ai dit je n'ai aucun doute sur cet aspect là: J'ai de très beaux carrés sur les 2 Vgs, sans l'ombres de pics mal placés qui pourraient laisser présager un début de cross conduction, ça monte à 13 V d'un coup et ça redescend très vite, l'arrondi sur le front est ridicule, résistance de grille à 5.1 ohms. Le dead time est conforme à ce qu'il fallait attendre du L6569A. Et je rappel que les mos sont presque froids donc j'ai pas du me rater là dessus.

Les liaisons sur la maquette peuvent introduire pas mal d'indésirables qu'il faudrait quantifier un peu mieux.

Elles sont ultra courtes moins de 4 cm.

Quel valeur pour ton condensateur d'entrée? Est-il au plus près également de ton primaire?

150 µF, il est à quelques centimètres du HB, mais j'ai essayé d'ajouter un découplage collé au bras de pont: ça ne change rien: le seul truc brûlant reste toujours vraiment le transfo.

J'ai essayé de faire des démarrages à froid, pour voir si c'était la ferrite ou bien les enroulements qui montaient en premier à température folle: mais impossible à dire...

Quel rapport cyclique as-tu choisi, etc

Le L6569A fait comme prévu du 50 % théorique moins les dead times.

[invite03481543]

Merci c'est gentil, mais je ne suis que de passage quand j'y vois des choses intéressantes, c'est à dire pas souvent.

Ok, en effet tu as bien fait le tour de la commande et le L6569A est un bon circuit.
Donc il nous faut dépiauter ton transfo maintenant pour y trouver la cause.
Peux-tu me dire ou me rappeler d'où tu sors la ferrite que tu utilises?
Idéalement il faudrait connaitre son matériau.
Je te dirai le dimensionnement que j'aurai fait pour le primaire et secondaire et nous comparerons avec ce que tu as fait.
L'entrefer n'est pas souhaitable du tout sur un half-bridge, en principe sur ce type de topologie on en met pas.
Vu que le rendement que tu indiques est supérieur à 80% avec une commande correcte à priori les seules causes possibles sont l'entrefer et/ou un choix de rapport inapproprié si tu as par exemple émis une hypothèse sur la nature du matériau.
As-tu la possibilité de refaire un bobinage sur 2 E de ferrite connue ou un ETD? Bien sur sans entrefer.

[Montd'est]

Peux-tu me dire ou me rappeler d'où tu sors la ferrite que tu utilises?

Elle est récupéré d'un appareil, mais je ne me rappel plus pour quelle topologie elle était utilisée;
L'image qui s'en rapproche le plus est celle-ci: https://encrypted-tbn1.gstatic.com/i...gfrCtzOxsMFR7Q

Je vois pas la moindre indication dessus.
L'apparence de la surface "tranchée" semple tout à fait classique: poudre grise très foncé, comme je vois dans la plupart des "transfos" (inductance couplés) de convertisseurs flyback par exemple...

As-tu la possibilité de refaire un bobinage sur 2 E de ferrite connue ou un ETD? Bien sur sans entrefer.

Pas pour le moment, j'ai prévu de commander de quoi faire un corps sans GAP: http://www.farnell.com/datasheets/1899139.pdf , j'ai pas encore choisi précisément le matériaux.
Mais j'attends de me décider sur le RLC mètre dont j'ai parlé pour tout acheter en même temps, donc je pourrais pas essayer avant un moment...


Comment un mauvais rapport pourrait faire un excès de pertes ? ?

J'ai très vaguement étudié l'effet de proximité, je me demande si ça peut fortement contribuer à mon problème.

[invite03481543]

As-tu utilisé 2 demi-secondaires et 2 diodes ou un seul secondaire avec un redressement en pont?

Pour en revenir au transfo:
En introduisant un entrefer > 1mm par exemple, tu diminues la perméabilité effective (ou perméabilité apparente) puisque 1/µe=1/µr+e/L
L étant le chemin magnétique du noyau et e l'entrefer soit quasiment, si e est assez grand en simplifiant, µe~L/e

Par exemple si µr=1000, L=100mm, e=1mm => 1/µe=1/1000+1/100=> µe=90 on est loin des 1000 de µr.
Donc ta réluctance va augmenter, ce qui est attendu en toute logique vu que ton bobinage est centré sur l'entrefer, ça n'arrange rien...
En gros la présence de ton entrefer va influencer la valeur de ton inductance magnétisante qui sera en réalité plus faible que la valeur calculée sans entrefer.
Comme L=N.Phi/I pour conserver à L la valeur nécessaire d'ampères-tours à produire (ou force magnétomotrice) tu dois augmenter N.

Il me faudrait plus de données pour quantifier le rapport à faire (dimensions des ferrites et section, longueur précis de l'entrefer notamment).
@+

[Montd'est]

As-tu utilisé 2 demi-secondaires et 2 diodes ou un seul secondaire avec un redressement en pont?

2 demi secondaire / 2 diodes schottky OU 2 mosfets N Pilotés par un TEA1795T selon l'essais que je faisais + bobine et condos Low ESR.

En gros la présence de ton entrefer va influencer la valeur de ton inductance magnétisante qui sera en réalité plus faible que la valeur calculée sans entrefer.

Je ne m'y connais pas bien du tout en magnétisme mais je savais que l'entrefer faisait baisser Lm car j'ai déjà fait des convertisseurs flyback...

A défaut de pouvoir augmenter le nombre de tour (pour le demi pont), je faisais des augmentations de fréquences (au pif) pour éviter une saturation.

Mon nombre de spires primaire minimum, je le calcul comme ci:

(V_bus/2 * 10^4) / ( 4 * Bmax * Ae * fréquence)

Pour moi ça donne: ( (325V / 2) * 10000)/(4 * 0.2 (Teslas) * 1.4(cm²) * 30000(Hz) ) = 49 tours.

Mais cette formule est je pense valable que sans entrefer...

De toute manière je n'ai pas envie de faire des calculs pour noyau à entrefer... je préfère refaire avec "tout bon" quand j'aurais mes ferrites neuves sans gap. Car manifestement d'après le lien du PDF que j'avais posté le GAP et les lignes de fuites magnétique "arrondies" présentent autour entrainent des pertes dans le cuivre.


En écrivant "rapport" je pensais que tu parlais du rapport N prim / N secondaire ce'st pour ça que je comprenais pas.

à bientôt.

[invite03481543]

2 demi secondaire / 2 diodes schottky OU 2 mosfets N Pilotés par un TEA1795T selon l'essais que je faisais + bobine et condos Low ESR.

Arf, c'est pas super judicieux sur un demi-pont où il vaut mieux opter pour un redressement en pont, il y a du gain en rendement à faire rien que sur ce petit détail de bobinage et optimisation de l'usage du noyau.
Nous y reviendrons plus tard puisque ta cause actuelle n'est pas là mais c'est par exemple là dessus que le push-pull est supérieur ou le full-bridge.
Le push-pull souffre bien souvent d'incompréhensions sur bon nombre de point, nous aurons l'occasion d'y revenir sur ton projet n°2.

Je ne m'y connais pas bien du tout en magnétisme mais je savais que l'entrefer faisait baisser Lm car j'ai déjà fait des convertisseurs flyback...

A défaut de pouvoir augmenter le nombre de tour (pour le demi pont), je faisais des augmentations de fréquences (au pif) pour éviter une saturation.

Et oui où je rappelle au passage que le Flyback est en réalité une inductance couplée contrairement à la vraie définition d'un transformateur comme ici avec un half-bridge.
Jouer avec la fréquence ne sera pas ici la solution, ça c'est bien quand on en est à peaufiner le 0.1% de rendement.

Mon nombre de spires primaire minimum, je le calcul comme ci:

(V_bus/2 * 10^4) / ( 4 * Bmax * Ae * fréquence)

Pour moi ça donne: ( (325V / 2) * 10000)/(4 * 0.2 (Teslas) * 1.4(cm²) * 30000(Hz) ) = 49 tours.

Mais cette formule est je pense valable que sans entrefer...

Oui c'est bien ça sans entrefer.

De toute manière je n'ai pas envie de faire des calculs pour noyau à entrefer... je préfère refaire avec "tout bon" quand j'aurais mes ferrites neuves sans gap. Car manifestement d'après le lien du PDF que j'avais posté le GAP et les lignes de fuites magnétique "arrondies" présentent autour entrainent des pertes dans le cuivre.

Ca résoudra ton problème.

Tiens nous au courant

[invite03481543]

Pour le bobinage secondaire et le redressement en sortie traditionnellement on utilise 2 demi enroulements et 2 diodes comme je crois tu as dû utiliser.
J'y faisais allusion dans mon post précédent pour l'optimisation en rendement du transfo (quand tu en seras là après avoir changé tes ferrites), tu trouveras ci-joint un doc sur ce sujet (voir page 3).
Il est bien fait et développe pas mal de choses qui pourraient t'être utiles vu que tu comptes aussi faire du redressement synchrone.
@+

[Montd'est]

Bj,

Tiens nous au courant

J'essayerais, mais ce sera pas avant 3 mois mini je pense...

J'y faisais allusion dans mon post précédent pour l'optimisation en rendement du transfo (quand tu en seras là après avoir changé tes ferrites),

Pourrais tu expliquer quel phénomène physique fait qu'il y a moins de pertes dans le transfo en utilisant 1 seul enroulement secondaire et 4 diodes ? car j'ai essayé de comprendre: je vois pas.

Et important: est ce que les pertes engendrés par 2 diodes supplémentaires sont vraiment moindres que la perte évitée dans le transfo par l'optimisation de l'usage du noyau ? ?

Il est bien fait et développe pas mal de choses qui pourraient t'être utiles vu que tu comptes aussi faire du redressement synchrone.

Merci, je connaissais ce docu, la commande des mos m'a parue "un peu" compliqué d'ailleurs, c'est pourquoi j'ai préféré acheter des TEA1795T.

J'ai déjà fait du SR, je n'ai eu aucun souci avec, ça marche très bien avec TEA1795T: bien moins de chaleur au niveau des mosfets SR qu'avec les anciennes diodes.



Et si ça a une importance, dans le cas de 2 secondaires, quel est la meilleur disposition des secondaires selon toi:

Mon transfo est dans le cas 2 pour le moment.

[Montd'est]

Je vais essayer de déchiffrer l'anglais au cas ou y a l'explication précise sur l'optimisation du noyau à dedans...

[invite03481543]

Bonjour mond'est,

il serait long d'en faire une démonstration exhaustive ici, pour faire simple l'optimisation du transfo dépend du taux de remplissage et de la qualité du couplage entre les différents bobinages d'une part et de la qualité de la symétrie de flux quand un bobinage est splitté, primaire ou secondaire.
Lorsqu'on vise à faire une alimentation de moyenne ou forte puissance (comme j'imagine tu veux faire), par exemple 1kW, 1% sur le rendement fait tout de même 10W ce n'est donc pas rien.
A ce niveau les problèmes de foisonnements, le choix des conducteurs (Litz, méplat ou multi-brins), le choix même du noyau magnétique vont directement contribuer au rendement du transfo.
On doit à un moment donné entrer et sortir de ce transfo, là encore la manière de le faire peut altérer légèrement les caractéristiques parasites comme l'inductance de fuite ou la capacité inter bobinages.
Lorsqu'on opte pour 2 demi bobinages au secondaire pour un redressement à 2 diodes il peut devenir difficile d'assurer une parfaite symétrie des flux.
Utiliser un doubleur de courant en sortie avec un unique secondaire au transfo revient à diminuer la composante continue du courant magnétisant et la valeur RMS du courant est plus petite que dans le cas du double secondaire, ce qui permet d'utiliser un noyau plus petit puisque les sections de bobinages seront plus petites.
Faire du redressement synchrone est très bien et contribue à réduire les pertes inhérentes au redressement mais pour optimiser il faut considérer aussi la manière de le faire en impliquant des choix judicieux pour le transfo afin qu'il travaille au mieux avec les contraintes du redressement.
Le choix de l'unique bobinage au secondaire est supérieur dans ce sens.

[Montd'est]

Bj,

Utiliser un doubleur de courant en sortie avec un unique secondaire au transfo revient à diminuer la composante continue du courant magnétisant et la valeur RMS du courant est plus petite que dans le cas du double secondaire, ce qui permet d'utiliser un noyau plus petit puisque les sections de bobinages seront plus petites.

Il semble que c'est ce que dit le document en anglais.


Je vais donc tenter d'étudier le dimensionnement des bobines pour le doubleur de courant...
Merci.

[Montd'est]

Bj,

J'ai acheté mes ferrites sans entrefer plus tôt que prévu:

C'est incroyable d'après mes nouvelles mesures avec donc le nouveau transfo je tourne entre 93.6 et 95 % de rendement pour 46; 74 ou 105 W de charge.

- Redressement synchrone en place.
- Fréquence revue encore à la baisse: 22 kHz.
- Pas de doubleur de courant (transfo à point de milieu)
- bobinage en sandwitch
- Ferrites en matière N97 utilisées à 200 mT maxi (même moins en pratique)

Fil primaire (Litz) utilisé avec un J de 3 A/mm².