TEORETISK BAKGRUNN...

Transkript

1 FORORD Hovedprosjektet, som legges frem i denne rapporten, er siste del av det treårige ingeniørstudiet ved Høgskolen i Østfold, avdeling for ingeniørfag. rosjektets omfang er 15 studiepoeng, og er utført i henhold til skolens rettningslinjer og maler. rosjektgennomføringen har foregått i siste semester av siste skoleår. Oppdragsgiver til prosjektet har vært Elpron A, med kontaktperson tein Håkon Lerdalen. Elpron A har også disponert lokaler og nødvendig utstyr som trengtes for å gjennomføre prosjektet. eileder for prosjektet har vært Even Arntsen, som er Høgskolelektor ved HØ. Jeg vil rette en stor takk til alle som har hjulpet til under arbeidet med prosjektet. arpsborg Magnus Bjørge H05E08 1

2 HOLDFORTEGELE Tter 1. AMMEDRAG LEDG Bakgrunn rosjektbeskrivelse rosjektets omfang Oppdragsgiver TEORETK BAKGRU Forskjellige witch-mode topologier Flyback Forward Half-bridge/Full-bridge Kontinuelig/diskontinuelig Flyback modus alg av modus Oppbyggning UTFØRT ARBED nnledning Funksjonsbeskrivelse av TO Kretsskjema Komponentberegninger Trafo Øvrige komponenter Utvikling av printkort Bestilling av deler Metoder/verktøy roblemer underveis REULTATER Hovedtrekk Testresultater Avvik fra opprinnelig spesifikasjon EMC... 7 H05E08

3 6. DRØFTG Hovedtrekk Avvik fra opprinnelig spesifikasjon EMC KOKLUJO KLDEHEG EDLEGGOERKT... 3 M50W4 er en hovedprosjektoppgave hvor formålet er å konstruere en witchmode strømforsyning som yter 40W, 4. år prosjektet ble startet var ytelsen satt til 50W, 4, dette ble forandret til 40W, 4 av oppdragsgiver etter innleveringen av forprosjektrapporten. luttproduktet skulle også testes med hensyn på CE godkjenning. Oppdragsgiver, Elpron A, ønsker å ta i bruk strømfor H05E08 3

4 1. AMMEDRAG M50W4 er en hovedprosjektoppgave hvor formålet er å konstruere en witchmode strømforsyning som yter 40W, 4. år prosjektet ble startet var ytelsen satt til 50W, 4, dette ble forandret til 40W, 4 av oppdragsgiver etter innleveringen av forprosjektrapporten. luttproduktet skulle også testes med hensyn på CE godkjenning. Oppdragsgiver, Elpron A, ønsker å ta i bruk strømforsyningen i enkelte av bedriftens produkter, bl.a MC600 (Multi rocess Charger), etter endt godkjenning. Denne rapporten gir en beskrivelse av hvordan oppgaven er løst, og hvordan de enkelte resultatene er oppnådd. trømforsyningen er basert på en flyback løsning, noe som var et ønske fra bedriften. Utfra dette ble det vurdert hvilke konstruksjoner og komponenter som egnet seg for en slik strømforsyning. Dette er presentert under prosjektrapportens to første hovedeler, teoretisk bakgrunn og utført arbeid. idere ble det tegnet et kretsskjema og et kretskort utlegg. Rapporten tredje hoveddel, resultater, tar for seg den endelige testen av produktet og prosjektets sluttresultat. Tidsrammen som er gitt for prosjektet passet denne oppgaven bra. Den største utfordringen tidsmessig har vært leveransetiden på enkelte komponenter, dette på grunn av utsettelser fra leverandørens side (CW). Testperioden ble derfor forskjøvet en uke i forhold til fremdriftsplanen. Det ble allikevel tid til å utføre nødvendige tester før prosjektets slutt. Disse testene har vist at produktet fungerer tilfredstillende i henhold til ønskede spesifikkasjoner. H05E08 4

5 . LEDG.1 Bakgrunn Under oppstarten av prosjektet ble det kontaktet flere bedrifter som ønsket å ha et samarbeid med studenter på Høgskolen i Østfold. Utfra de alternativene som dukket opp, var det viktig å velge en oppgave som var rettet mot fagområdet elkraft. Oppgaven skulle også være interresant og med riktig arbeidsomfang,15 studiepoeng. alget falt derfor på en oppgave gitt av Epron A, som ønsket å få utviklet en witch-mode strømforsyning. vitsjede kraftforsyninger er en del av kraftelektronikk pensumet. amtidig vil fordypning på dette området være relevant med tanke på videre jobb utsikter. Elpron A ønsket i hovedsak å få utviklet en witch-mode strømforsyning fordi den kan levere høyere effekt enn en lineær strømforsyning (nåværende strømforsyning). tillegg har witch-mode strømforsyninger høyere effektivitet og de er mindre plasskrevende.. rosjektbeskrivelse rosjektet går ut på å utvikle en witch-mode strømforsyning som kan levere en uteffekt på 40W, 4 (M 50W4). trømforsyningen skal benyttes i batteritester og lader MC600, samt annet elekronikkutstyr som har høyere effektforbruk en hva nåværende strømforsyning kan levere. rintkorte som skal konstrueres skal passe inn i MC-600 med tanke på yttre mål å nåværene tilkoplinger i kabinettet (innlett og sikring har ferdige hull i bakvegg på kabinettet). Et printkort skal bestå av to witch-mode strømforsyningskretser, dvs to ganger 40W. roduktet skal også være klart for EMC test og CE godkjenning ved prosjektets slutt. Etter endt godkjenning skal bedriften kunne ta i bruk strømforsyningen i MC600 (edlegg 1). Figur 1: MC600. (Elpron, 004) H05E08 5

6 Tekniske spesifikasjoner Uteffekt: 40W ±10% irkningsgrad: > 80% Frekvens: 50Hz nnspenning: Utspenning: 4DC ±% Ripple: <00m pk-pk Yttre mål: 110mm 190mm M50W4 bør også ligge innenfor EMC kravene Utfra de tekniske spesifikasjonene vil varmetapene i strømforsyningen være maksimalt 0%, dvs 48W (0% av 40W). Det er derfor ønskelig å se nærmere på bruk av viftekjøling, noe som vil bli vurdert under testperioden. Det er også ønskelig å benytte seg av en flyback løsning, da denne konstruksjonen krever færre komponenter og er noe rimeligere..3 rosjektets omfang urdere forskjellige kretsløsninger Beregne komponenter som inngår i kretsløsningen (trafo, kondensatorer, motstander etc) Tegne elektrisk skjema (tegnes i Edwin X) Krtskortutlegg (tegnes i Edwin X) Montering av kretskort Testing/vurderinger EMC testing Testing med tanke på CE godkjenning Elpron A arbeider med utvikling og produksjon av elektronikkutstyr. Bedriften jobber hovedsaklig med batteritestere og ladere, men har også hatt konsulentjobber i en del a ndre utviklingsprosjekter, bl.a for imco og forsvaret. H05E08 6

7 .4 Oppdragsgiver Elpron A arbeider med utvikling og produksjon av elektronikkutstyr. Bedriften jobber hovedsaklig med batteritestere og ladere, men har også hatt konsulentjobber i en del andre utviklingsprosjekter, bl.a for imco og forsvaret. MC600 er en batteritester og lader som bedriften selv har utviklet, og som per i dag er et av produktene i Elprons sortemang. Bedriften har siden de startet opp i 000 vært etablert på elbak. 3. TEORETK BAKGRU 3.1 Forskjellige witch-mode topologier Det finnes flere typer av witch-mode omformere, flyback, forvard, half bridge og full bridge Flyback Flyback omformeren er den minst avansere witch-mode omformeren, og krever færre komponenter enn de andre topologiene. Denne omformeren er derfor enklere og rimeligere å konstruere. Ulempen med en slik strømforsyning er at den begrenser seg til å normalt kunne levere en effekt opp til 150W, og egner seg best for lave spenninger. (Kumar, 004) Figur. Flyback topologi. (Kumar, 004) Denne omformeren er noe mer avansert, å krever bl.a et mye større utgangs filter og mer avansert transformator. Dette fører til at den blir noe dyrere å produsere. Forward omformere blir gjerne brukt i strømforsyninger med ut effekt fra 50 til 500W. Den ekstra H05E08 7

8 3.1. Forward Denne omformeren er noe mer avansert, å krever bl.a et mye større utgangs filter og mer avansert transformator. Dette fører til at den blir noe dyrere å produsere. Forward omformere blir gjerne brukt i strømforsyninger med ut effekt fra 50 til 500W. Den ekstra vindingen på transformatoren sørger for at trådene i transformatoren er avmagnetisert ved starten av en ny syklus. (Kumar, 004) Figur 3. Forward topologi. (Kumar, 004)) Half-bridge/Full-bridge Disse omformerene har stort sett den samme oppbyggningen. ed en half-bridge omformer blir to av transistorene byttet ut med kondensatorer. Half-bridge og Full-bridge omformere er forholdsvis dyre å produsere(sammenlignet med Flyback og Forward omformere), men har en høyere virkningsgrad og kan levere høyere effekt. En half-bridge strømforsyning kan levere en effekt fra 100 til 1000W, mens full bridge strømforsyninger ofte blir brukt fra 500W og oppover. (Kumar, 004) Figur 4. Half-bridge/Full-bridge topologi. (Kumar, 004) H05E08 8

9 3. Kontinuelig/diskontinuelig Flyback modus En flyback omformer kan opperere i to forskjellige moduser: Kontinuelig og diskontinuelig. Begge disse har den samme oppkoplingen, men forskjellige karakteristikker. Figur 5. Diskontinuelig/Kontinuelig modus ed diskontinuelig modus blir all energien som lagres i primærviklingen, når transistoren leder, overført til sekundærsiden. este syklus starter ikke før energien har blitt overført til lasten. For å gjennomføre dette betyr det at det må være en død tid før sekundærstrømmen når null punktet, å kan starte neste syklus. Dette fører til at vi får høyere peak strømmer, og høyere spiker på ut spenningen når transistoren sperrer. En slik modus har høyere transient respons, og lavere primær induktans, enn ved kontinuelig modus. ed kontinuelig modus er det fortsatt noe energi igjen på sekundærsiden når neste syklus starter. Transformatoren i diskontinuelig omformer kan derfor gjøres mindre. EM støyen (Electromagnetic nterference) er også mindre ved diskontinuelig modus, siden transistoren skrur seg av etter at strømmen har nådd null punktet. (Kumar, 004)å bakgrunn av disse karakteristikkene, ble det valgt å gå for en kontinuelig flyback omformer, nettopp fordi denne har lavere peak strøm og lavere spiker på ut spenningen. Hvis EM støyen skulle bli for stor ved en slik omformer er det mulig å bygge om til en diskontinuelig flyback omformer. oe som også vil føre til at man kan benytte seg av en mindre trafo. H05E08 9

10 3.3 alg av modus å bakgrunn av disse karakteristikkene, ble det valgt å gå for en kontinuelig flyback omformer, nettopp fordi denne har lavere peak strøm og lavere spiker på ut spenningen. Hvis EM støyen skulle bli for stor ved en slik omformer er det mulig å bygge om til en diskontinuelig flyback omformer. oe som også vil føre til at man kan benytte seg av en mindre trafo. 3.4 Oppbyggning En kontinuelig flyback strømforsyning kan deles opp i enkelte blokker, som hver for seg har sin oppgave. ettfilter og brolikeretter sørger for at støy fra nettet blir filtrert bort, samt likerette AC-spenningen. Transformator og svitsjekrets tar seg av omformingen fra ca 400 til 4. Utgangsdioder og filter sørger for filtrering av utgangsspenningen. penningskontroller m/tilbakekopling er med på å kontrollere og bestemme utgangs spenningen sammen med svitsjekontrollen (BM C). En svitsjekontroll består i korte trekk av en power MOFET transistor, BM (uls Bredde Modulasjon) kontroll, og en feil beskyttelses krets. Figur 6. M blokk diagram. om utgangspunkt for strømforsyningen ble det valg en svitsjekrets som tilfredstilte de ønskelige spesifikasjonene. TO50 er en integrert svitsjekrets som kan levere opp til 90W, ved 30AC±15%. Denne kretsen er en del av TOwitch-GX familien og leveres av ower ntegration. Andre komponenter som skulle inngå i kretsløsningen ble valgt på bakgrunn av eksempler og rettningslinjer som fulgte med i databladet for TO50 (edlegg ), samt Application ote 3 (edlegg 3) utgitt av ower ntegrations. H05E08 10

11 4. UTFØRT ARBED 4.1 nnledning om utgangspunkt for strømforsyningen ble det valg en svitsjekrets som tilfredstilte de ønskelige spesifikasjonene. TO50 er en integrert svitsjekrets som kan levere opp til 90W, ved 30AC±15%. Denne kretsen er en del av TOwitch-GX familien og leveres av ower ntegration. Andre komponenter som skulle inngå i kretsløsningen ble valgt på bakgrunn av eksempler og rettningslinjer som fulgte med i databladet for TO50 (edlegg ), samt Application ote 3 (edlegg 3) utgitt av ower ntegrations. 4. Funksjonsbeskrivelse av TO50 TO50 er bassert på BM (uls Bredde Modulasjon). uls bredde modulasjonen oppnår spenningskontrolleringen ved å drive MOFET transistoren på utgangen med et innvers proposjonalt puls-bredde forhold ( duty cycle ), sammenlignet med strømmen på control inngangen. Dette signalet blir filtrert av et RC-filter, med en knekkfrekvens på 7kHz, for å redusere den interne svitsje støyen fra gate driveren til MOFET transistoren. Det filtrerte signalet blir sammenlignet med den interne sagtann oscillatoren, som videre genererer puls-bredde forholdet. år control strømmen øker, minker pulsbredde forholdet. Maks puls-bredde forhold ved 78%. Et klokke signal fra oscillatoren setter en vippe som skrur på MOFET transistoren. uls Bredde Modulatoren resetter vippen som skrur av MOFET transistoren. ominell svitsjefrekvens for TO50 er 13kHz, dette for å minimalisere strørrelsen på transformator/ strømforsyning, samt lav EM støy. år control strømmen reduseres, vil puls-bredde forholdet minke lineært mot et forhold på 10%. Under 10% vil også frekvensen minke, lineært, til minimum frekvens er nådd (typisk 30kHz). Dette fører til at strømforsyningen opererer med lav frekvens ved lav last. tillegg vil utgangs rippelen bli redusert. Andre egenskapet ved TO50 er bl.a integrert soft-start for minimum start rippel, og et bredt puls-bredde forhold for høyere utgangs effekt og små inngangs kondensatorer. (ower ntegrations, 004) H05E08 11

12 Figur 7. TO50 COTROL, rinsippskisse. (ower ntegrations, 004) inne forklaring D (Drain): ower MOFET utgang. C (Control): nngang for tilbakekopling og styring av puls-bredde forholdet. L (Line-sense): nngang for ov (Line Over voltage hutdown) og uv (Undervoltage Detection). X (External Current Limit): nngang for ekstern LMT justering. Koples til ource for å redusere LMT til en verdi nærme peak strømmen. F (Frequency): nngang for valg av svitsjefrekvens. 13kHz hvis F koples til ource og 66kHz hvis F koples til Control. (ource): Effektjord for power MOFET transistor. (ower ntegrations, 004) Kretsskjemaet til M50W4 er vist figure 8. kjemaet inneholder to identiske kanaler, med felles innlett, inngangsfilter og sikring. (kjemaet er også vist i vedlegg 4 med komponentliste) H05E08 1

13 4.3 Kretsskjema Kretsskjemaet til M50W4 er vist figure 8. kjemaet inneholder to identiske kanaler, med felles innlett, inngangsfilter og sikring. (kjemaet er også vist i vedlegg 4 med komponentliste) Figur 8: Kretsskjema, M50W4 4.4 Komponentberegninger Trafo For å regne ut de enkelte verdiene som trengtes for å konstruere trafoen, ble det brukt rettningslinjer, formler og tabeller fra Aplication ote-3 (edlegg 3). Utregningene er gjort for kontinuelig modus. o er satt til å være 40W, dvs at Cinn >> 40uF. elger Cinn 330uF (nærmeste standardverdi). ACM ACMAX M, primær spenning (laveste verdi): M ( ACM 1 o( f ) η C L inn t ) e ( t e settes til 3ms, når ingen ting annet er oppgitt) H05E08 13

14 1 40( 3ms) 50 M ( 195 ) 4 0,8 40µ F MAX, primær spenning (høyeste verdi): MAX ACMAX D MAX ( M OR D ) + OR D 10 (TOwitch-GX, Drain to ource) OR 135 (TOwitch-GX, Reflected output voltage). Denne blir satt til 135 når man ønsker å oppnå maksimal uteffekt. D MAX 135 0,37 (4 10) + 135, primær strøm: AG AG k (1 ) DMAX ,4A η 0,8 4 M k 0,8 (0,6-1,0 ved 30) 1,4 5, 59A 0,8 (1 ) 0,37 H05E08 14

15 RM på primærsiden: RM k DMAX ( k 3 + 1) 0,8 RM 5,59 0,37 ( 0,8 + 1), 19A 3 L, primær induktans: L k k (1 ) f s(min) z(1 η ) +η η ,5(1 0,8) + 0,8 L 136,4µH 0,8 3 5,59 0,8 (1 ) ,8, antall turn på sekundærsiden: 0,6turn / volt 0,6 4 14, 4turn, antall turn på primærsiden: OR + 0 D D 0, ,4 78, 7turn 4 + 0,7 B, antall turn på bias vikling: B B DB D B 1, DB 0, ,7 B 14,4 7, 4turn 4 + 0,7 14turn, 78turn, B 7turn H05E08 15

16 BM, maks flukstetthet: 3000gauss BM 000gauss BM L 100 Ae Ae 1,78cm, (datablad for trafo, E-kjerne, vedlegg 5) 100 5,59 136,4µ F BM 549,18gauss 0, 055Tesla 78 1,78 Utregnet BM ligger ikke innenfor ønsket området, dvs at antall turn må minkes. For å oppnå en mer riktig fluksverdi, BM, settes antall turn til: B 14 3,5 7 3,5 78 3,5 4turn turn,9 turn turn, 4turn, B turn BM blir da: L BM ,59 136,4µ F 1947gauss 0,195Tesla Ae 1,78 (Det er ikke mulig å oppnå bedre flukstetthet, så lenge det er ønskelig å regne med hele turn. B gauss, som er en før høy verdi i forhold til ønskelig området.) OD, maks utvendig diameter på primær tråd i mm: OD L ( BW M ) L antall primær lag (anbefales av produsent) BW spole bredde 6,mm (datablad for trafo, E-kjerne, vedlegg 5) M margin 1mm (datablad for trafo, E-kjerne, vedlegg 5) (6, 1) OD, mm H05E08 16

17 CMA, circular mils per amp: 500 CMA 00 π 1,7 DA CMA RM 5,4 DA, utvendig diameter på primær tråd (uten lakk). DA 0,6mm CMA 54,15 DA 0,7mm CMA 345,9 DA 0,8mm CMA 451,8 L g, luftgap: L g A L 40 π Ae 1000 L 1 A 3500 (datablad for trafo) L 1 L g 40 π 1,78 0, 73mm , B, primærfluks: B 400gauss B LMT ( MAX ) BM ( MAX ) 6, A (datablad for TO50, edlegg ) LMT 741 6,741 B , 9gauss 5,59, sekundær peak strøm: 5,59 30, 75 4 A H05E08 17

18 RM på sekundærsiden: k 0,8 ( ) + 1 RM 1 DMAX k 30,75 ( 1 0,37) 0,8 1 15,69A OD, maks utvendig diameter på sekundær tråd i mm: OD BW ( M ) 6, ( 1) 6,05mm 4 DA, utvendig diameter på sekundær tråd (uten lakk). DA 4 CMA 1,7 π RM 5, CMA 00 (for minimum tråd diameter) DA ,69 5,4 1,7 π ,43mm, maks invers peak spenning (sekundær vikling): MAX , 18 B, maks invers peak spenning (bias vikling): B B + MAX , 09 pesifikasjoner og testresultater (utført av CW), for ferdig trafo (AMK-10733), er vist i vedlegg 6. Kretsskjemaet til M50W4 er vist figure 8. kjemaet inneholder to identiske kanaler, med felles innlett, inngangsfilter og sikring. (kjemaet er også vist i vedlegg 4 med komponentliste) H05E08 18

19 4.4. Øvrige komponenter alg av utgangsdiode, D s D, D, D, ) : R 1, 5 R, reversert spening over diode ( 5 15 D16 D. R R 1,5 9,18 115,3 D 3 0 D, strømmen igjennom diode D. D D A elger å bruke stk BY3-00. Disse chottky diodene tåler hver for seg en strøm( D ) på 18A, og spenning( R ) på 00. alg av utgangskondensator, C C, C, C, C, C, C, C, ) : RLE, ripple strøm over utgangs kondensator: ( C31 RLE RM 0 15, , 09A Ripple spesifikasjonene til strømmen (105 C, 100kHz) må ikke være mindre enn RLE 1, 09A. elger 4stk 3300 µ F, lavimpedans. Disse tåler 3,01A og µ F 1, 04 A alg av LC-filter: L, L 5 :, µ H til 4,7 µ H ( 0 10A) C 3,C 1 : 100 µ F til 330 µ F ( 35) H05E08 19

20 alg av bias diode, D D 4, D B ) : R 1, 5 B ( 1 R, reversert spening over diode R R 1,5 46,09 57,61 elger 4148 som tåler 75. D B. Bias kondensator, C B C 7, C ) : 0,1 µ F, 50 kjeramisk. ( Controllpin kondensator, C C C 5, C ) : ( 9 47 µ F, 10 (ikke lavimpedans). Controllpin motstand, R C R 5, R ) : 6,8Ω, 1/4W. ( 13 alg av brolikeretter, BR 1: 1,5 R MAX R, reversert spenning over brolikeretteren. R R 1, ,5 DB AE AE, gjennomsnittlig inngangs strøm. 40 O AE 1, 4 M η 4 0,8 A DB DB 1,4,48A Det ble på bakgrunn av disse utregningene valgt brolikeretter T505G. H05E08 0

21 4.5 Utvikling av printkort rintkortet til M50W4 skulle bestå av to separate strømforsynings kretser, med felles innlett og sikring. Hver av kretsene skulle yte 40W, 4. Det ble lagt et klart skille mellom sekundærsiden og primærsiden, for å unngå støy og krypstrømmer. tillegg ble det lagt stor vekt på avstander mellom trådene, spesielt på primærsiden, hvor spenning er 375DC (etter brodlikeretter). å sekundærsiden var det viktig å konstruere banene så tykke som mulig, på grunn av den høye strømmen ved maks belastning (10A). Alle kondensatorer og dioder ble satt samme vei for å gjøre montering lettere ved evt serieproduksjon. Komponentene ble også plassert i grupper for å gjøre kortet oversiktlig og ryddig. Kortet ble rutet på på to sider, i hovedsak for å unngå lange kobberbaner, samt større plass til tykkere baner på sekundærsiden. Kretskortutlegg er vist på vedlegg 7. Figur 9. rintkort, komponentplassering. 4.6 Bestilling av deler Komponenter som trafo og Top50 er relativt dyre komponenter, det var derfor ønskelig å undersøke hvilke bedrifter som kunne gi best priser og samtidig kort leveranse tid. Trafo og spole ble derfor bestilt fra CW (Coil Winding pecialist) i anta Ana, Top50, dioder og optocoupler ble bestilt fra ishay i Malvern og de resterende komponentene ble bestilt fra Elfa i verige. rintkortet til M50W4 ble bestilt fra Elprint. H05E08 1

22 4.7 Metoder/verktøy Kretsskjema og kretskortutlegg ble tegnet i Edwin X. Det ble brukt variac OWERTAT 36BX for regulering av inngangspenning. Oscilloscop HAMEG 107E. pectrumanalysator HAMEG W501E. 3stk multimeter, AA roblemer underveis De første problemene under prosjektperioden var knytte til trafoen og leverandøren CW. CW hadde gått ut med en leveringstid på 14 dager fra bestillings dato. Etter flere purringer ble trafoen endelig mottatt en uke etter avtalt tid. Dette førte til at testperioden ble utsatt med en uke. å grunn av dette ble det også dårlig tid til EMC testing og klargjøring til CE godkjenning. Et annet problem var at benplasseringen på trafoen ikke stemte med oppgitte spesifikasjoner. ed å lage en printkort addapter løste dette problemet seg best mulig etter forholdet. Optimalt sett burde trafoen blitt erstattet med en riktig trafo, men på dette tidspunktet var det ikke tid til å vente på en ny trafo. ed uttesting av strømforsyningen viste det seg at diode D7 (KE0A) ble for varm ved belastning av utgangen. Dette skyltes at motstandene (R og R3) som står i parallell med dioden, var feil dimensjonert (for høy resistans). penningen la seg da over dioden og ikke over motstanedene, slik den egentlig skulle gjøre. Motstandene ble derfor redusert fra 68K til 10K. Denne parallell koplingen, med motstander og diode, skal ta for seg spennings tapet i transformatoren når svitsjen oppererer i avslått modus. ed høy belastning av strømforsyningen vil tapet i trafoen øke, samt spenningen over motstandene. Et annet problem som ble oppdaget under testingen var at strømforsyningen skrudde seg av etter noen få sekunder, ved full belastning (40W). Dette skyldes at svitsje kretsen (TO50) ble for varm, og gikk i protection mode. Det ble derfor montert en vifte på kjøleribben. TO50 går i protection mode når kretsen når 15 C. H05E08

23 5. REULTATER 5.1 Hovedtrekk Resultatet av prosjektet er en witch-mode strømforsyning, bassert på kontinuelig flyback topologi. trømforsyningen er bygd på et printkort med mulighet for to identiske kanaler, som hver for seg yter 40W, 4. De to kanalene har felles innlett og sikring som passer med de opprinnelige hullene i MC600s kabinett. roduktet oppfyller også kravene til de ønskelige tekniske spesifikkasjonene. Figur 10. M50W4 Figur 11. M50W4 i MC600 Kabinett H05E08 3

24 5. Testresultater Det ble gjort flere målinger for å se hvordan de ønskelige spesifikasjonene stod i samsvar med de virkelige verdiene. Utfra måleresultatene (tabell 1, og 3) kan vi tydelig se at kretsen holder stabil spenning på utgangen, fra 4,4 i tomgang til 4,0 med maks belastning. irkningsgraden varierer noe ved forskjellige belastninger og inngangspenninger, dette fordi tapet i trafoen øker når lasten øker. AC nnspenning (fra nettet) DC Utspenning (fra strømforsyning) inn Effekt fra nettet η irkningsgraden Tomgang: AC () DC () inn (W) Tabell 1. Måleresultater i tomgang. 150W belastning: AC () DC () inn (W) η Tabell. Måleresultater med 150W belastning. 40W belastning: AC () DC () inn (W) η Tabell 3. Måleresultater med 40W belastning. H05E08 4

25 tillegg til å måle inngangsverdiene og utgangsverdiene, ble det koplet opp et oscilloskop for å måle utgangs ripple (figur 1), spenningen over inngangskondensatoren (figur 13), der dt i følge Applikation ote 3 bør være mindre enn 3ms, og svitsjefrekvens. Figur 14 viser spenningen over TO50, og dens svitsjefrekvensen i tomgang (60,790Hz), figur 15 viser spenningen over TO50, og dens svitsjefrekvensen ved 150W belastning (135,135Hz). AC 30. Figur 1. Utgangs ripple ved 40W last. Figur 13. penningen over inngangs kondensator ved 40W last. H05E08 5

26 Figur 14. vitsjefrekvensen i tomgang. Figur 15. vitsjefrekvens ved 150W belastning. 5.3 Avvik fra opprinnelig spesifikasjon irkningsgraden er noe lavere enn beregnet ved høy belastning (0,77). Utgangsrippelen, vist i figur 1, varierer fra 100m pk-pk til 75m pk-pk. H05E08 6

27 5.4 EMC å grunn av forsinkelser under prosjektperioden ble det liten tid til å måle EMC, samt klargjøring av produktet for CE godkjenning. Et vanskelig problem som dukket opp var at støyen i rommet var vesentlig høyere enn forventet, før strømforsyningen ble skrudd på. Optimalt sett skal en EMC test foregå i skjermede rom, uten påvirkninger fra andre gjenstander. De målingene som ble gjort forteller oss hvor støyen befinner seg på et frekvensområdet fra 150kHz til 30MHz. EMC støyen i rommet (før strømforsyningen ble skrudd på) er vist med figur 16. Tilgjenngelig utstyr, spectrumanalysatoren, hadde en nedre begrensning på 150kHz, det er derfor vanskelig å annslå hvordan kurvene ser ut ved 13kHz (svitsje frekvens) der EMC støyen har høyest verdi. Men vi ser fra figur 17 at det høyeste området ligger i starten av kurven, fra 150kHz til 4MHz. å grunn av de vanskelige forholdene og manko på tid, ble det kun foretatt EMC målinger med strømforsyningen i tomgang. ed en eventuell CE godkjenning er det viktig at peak verdiene av EMC støyen ligger innenfor et godkjent område, vist med den øverste kurven (E Q) på figur 16 og 17. Den nederste kurven (E A), på figur 16 og 17, viser området hvor gjennomsnittsverdien skal ligge. H05E08 7

28 Figur 16. EMC støy i rommet før tilkopling av M50W4 Figur 17. EMC støy med M50W4 på tomgang H05E08 8

29 6. DRØFTG 6.1 Hovedtrekk Under oppstarten av prosjektet ble det valgt å gå for en kontinuelig flyback løsning. Dette har vist seg å fungere tilfredstillende på de fleste områder. trømforsyningen har fått en oversiktlig og kompakt oppbyggning, men det er allikevel noe luft mellom de enkelte komponentene, og er det muligheter for forbedringer på dette området. rosjektet har i hovedsak gått som planlagt, bortsett fra litt dårlig tid mot slutten. Dette kunne kanskje ha fått et annen utfall hvis trafoen hadde blitt bestilt i fra en annen leverandør. Enkelte komponenter i strømforsyningen har forbedringspotensialet, som vifte og kjøleribbene. iften og kjøleribbene har et noe provisorisk utseende og oppbyggning, bl.a fordi viften ble ettermontert. Det kan derfor være mulig å integrere denne komponenten bedre i kretsløsningen ved eventuell videreutvikling. 6. Avvik fra opprinnelig spesifikasjon trømforsyningen avviker ikke mye fra de opprinnelige spesifikasjonene, bortsett fra utgangsrippelen og virkningsgraden ved høy belastning. følge oppdragsgiver har disse avvikene liten betydning for deres produkter. 6.3 EMC For at strømforsyningen skal kunne taes i bruk i f.eks MC600, må produktet CE godkjennes, og derfor gjennomgå en mer omfattende EMC test. å dette området er det fortsatt en del arbeid som gjennstår. Det er også muligheter for å bygge om strømforsyningen til diskontinuelig modus, for å begrense EMC støyen. Hvis dette skulle bli et problem. Kretsskjemaet til M50W4 er vist figure 8. kjemaet inneholder to identiske kanaler, med felles innlett, inngangsfilter og sikring. (kjemaet er også vist i vedlegg 4 med komponentliste) H05E08 9

30 7. KOKLUJO Oppgaven er i forhold til oppgavebeskrivelsen, og de tekniske spesifikasjonene, løst på en tilfredstillende måte, tatt i betrakning problemer som har dukket opp underveis. luttproduktet er blitt testet på områder hvor det lot seg gjøre, i forhold til tid og tilgjenngelig utstyr. M50W4 er en prototype av en witch-mode strømforsyning bassert på kontinuelig flyback topologi. trømforsyningen kan levere en effekt på 40W, 4. M50W4 er en hovedprosjektoppgave hvor formålet er å konstruere en witchmode strømforsyning som yter 40W, 4. år prosjektet ble startet var ytelsen satt til 50W, 4, dette ble forandret til 40W, 4 av oppdragsgiver etter innleveringen av forprosjektrapporten. luttproduktet skulle også testes med hensyn på CE godkjenning. Oppdragsgiver, Elpron A, ønsker å ta i bruk strømforsyningen i enkelte av bedriftens produkter, bl.a MC600 (Multi rocess Charger), etter endt godkjenning. Denne rapporten gir en beskrivelse av hvordan oppgaven er løst, og hvordan de enkelte resultatene er oppnådd. H05E08 30

31 8. KLDEHEG Kumar, Denish, 004: High-Frequency ower Transformers Elpron, 004: Elprons hjemmeside. ower ntegrations, 004: ower ntegrations hjemmeside. hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh H05E08 31

32 9. EDLEGGOERKT edlegg 1: Brosjyre, MC600 edlegg : Datablad for TO50 edlegg 3: Application ote 3 edlegg 4: Kretsskjema edlegg 5: Datablad for E-kjerne trafo edlegg 6: Datablad for AMK og testresultater utført av CW. edlegg 7: Kretskortutlegg H05E08 3