L6599 500W halfbridge LLC resonant SMPS

Tulisan ini mungkin masih jauh dari sempurna, maksud saya mempublish tulisan ini agar saya sendiri tidak lupa apa yang mau saya tulis (saya menulis di waktu senggang antara pekerjaan dan keluarga), dan mungkin beberapa dari pembaca bisa memberi masukan untuk konten yang akan ditulis atau koreksi untuk membuatnya lebih baik (silahkan kirim komentar).

Postingan ini melanjutkan project yang sudah lama terbengkalai

Link project sebelumnya : https://restovarius.wordpress.com/2014/12/07/half-bridge-llc-resonant-smps-dengan-l6599-dalam-pengembangan/

Kenapa 500W, bukan 1000W, 2000W dll ?

  1. Project ini hanya sekedar pembelajaran buat saya pribadi untuk lebih memahami konsep resonant smps (bukan hanya membuat asal jadi)
  2. Chip menggunakan L6599 tanpa driver tambahan, mungkin bisa dicoba menambahkan totem pole untuk meningkatkan arus driver jika anda mau mengembangkan
  3. Untuk mempelajari pembuatan trafo secara praktis menggunakan bahan yang mudah didapat di pasaran.
  4. SMPS ini terinspirasi dari SMPS500R dari connex electronic dan IRAUDPS3 dari Infineon. Secara konsep saya juga belajar dari appplication note nya UCC25600 dari Texas Instrument. Sebenarnya dengan UCC25600 inilah SMPS resonant saya yang pertama kali berhasil.
  5. Untuk perhitungan detail dengan rumus-rumus silahkan anda pelajari dari datasheet dan application note L6599 atau download file excel dari postingan di project sebelumnya.
  6. Dalam bahasan ini lebih ditekankan dari pengalaman praktis menggunakan bahan-bahan atau komponen yang mudah didapat di pasaran lokal (Indonesia). Contohnya adalah teknik pembuatan trafo.

Cara kerja resonant SMPS

Mosfet M1 dan M2 bekerja pada 50% duty cycle, tegangan output diregulasi dengan merubah-rubah (menaik-turunkan) frekuensi switching dari konverter
Konverter memiliki dua frekuensi resonansi :
Frekuensi resonansi yang lebih rendah (ditentukan oleh Lm, Lr, Cr dan beban) dan
frekuensi resonansi seri tetap yang lebih tinggi, Fr1 (hanya ditentukan oleh Lr dan Cr saja).

“Trafo” dalam resonant konverter sebenarnya tersusun dari magnetizing inductance (Lm) dan leakage Inductance (Lr).

Induktansi Primer (Lp) trafo diukur dengan cara mengukur lilitan primer trafo dengan kondisi semua lilitan sekunder open, Lp terukur ini sebenarnya adalah Lm+Lr.

Cara mengukur Lr adalah dengan mengukur induktansi pada lilitan primer dalam keadaan lilitan sekunder di short semua (sebaiknya di short menggunakan kawat disolder).

Leakage inductance dapat diimplementasikan menggunakan induktor terpisah (external inductor) maupun terintegrasi dalam 1 trafo.

Menggunakan external inductor : dari sisi desain cara ini akan lebih mudah, induktor dapat dibuat menggunakan iron core toroid (seperti yang biasa digunakan untuk induktor output amplifier class D. kekurangan menggunakan external inductor akan membuat dimensi PCB makin besar.

Menggunakan Lr terintegrasi dalam 1 trafo : keuntungan cara ini adalah dapat lebih mengoptimalkan dimensi PCB menjadi lebih kecil, namun pembuatan trafo akan lebih rumit diaplikasikan untuk pembuatan dalam jumlah banyak jika dilakukan secara manual atau untuk sekedar hobi (dijelaskan secara lebih detail dibagian bawah

Konstruksi trafo dangan Lr terintegrasi

  • Konstruksi menggunakan split bobbin untuk memisahkan antara lilitan primer dan lilitan sekunder untuk menghasilkan Leakage Inductance (Lr).
  • Karena agak sulit menemukan split bobbin dengan harga miring di pasar lokal, sekat bobbin bisa dibuat menggunakan kertas karton tebal, kabel ties, pcb dll. setelah mencoba2 akhirnya cara yang paling mudah untuk saya adalah menggunakan pcb bekas yg sudah dibuang lapisan tembaganya
  • Lr dipengaruhi oleh jarak (lebar) spasi antara lilitan primer dan sekunder, semakin lebar Lr semakin besar.
  • Lr harus didapat terlebih dahulu (mungkin perlu beberapa kali gulung ulang), jika Lr sudah oke tinggal menyesuaikan Lp.
  • Lp dibuat dengan membuat Gap pada kaki tengah ferrite core, bisa dengan dikikir manual atau dengan mesin. Saya mencoba menggunakan mata batu asah yang di pasang pada mesin bor (sejauh ini cara termudah bagi saya).

Sekat bobbin menggunakan PCB bekas 2 lapis.

Alat untuk membuat gap.

Ferrite yang sudah digerinda untuk membuat gap, agar induktansi primer yang didapat sesuai perhitungan.

Konstruksi trafo dengan lilitan primer dan sekunder yang terpisah.

Induktansi primer (Lp) terukur sebelu di gap sebesar 1.3mH.

Induktansi primer (Lp) setelah di gap sebesar 153.7uH.

Leakage Inductance  (Lr) terukur sebesar 31.7uH.

TESTING

pada pengetesan awal ini pcb terlihat tidak lengkap karena extra output dan rangkaian softstart (relay) tidak dipasang.

bentuk tegangan di Cr terlihat sinusoidal

Test load kurang lebih sekitar 560W. Saya tidak bisa test load lama-lama karena kawat nikelin untuk test load hanya saya letakan dimeja. Kawat akan membara dan membakar meja.

Skema dasar L6599

Spesifikasi teknis perancangan :

  • minimum frekuensi : 40kHz
  • maksimum frekuensi : 80kHz
  • Fr1 : 69kHz
  • soft start frekuensi : 120kHz
  • burst mode : disabled
  • Vout : 56V simetris
  • trafo : EER4220

Daftar nilai komponen yang dipakai :

  • Lp : 150uH
  • Lr : 30uH
  • Cr : 200n (100n 630V * 2)
  • RFmin : 22K
  • RFmax : 22K
  • Rss : 12K
  • Css : 1u
  • Cboot : 0.1u

SKEMA (TESTED)

Saya upload skema ini diharapkan agar bisa untuk belajar bersama, masih sangat mungkin ada kesalahan dalam skema yg saya upload ini L6599 by res (14-04-2019)

Untuk nilai-nilai yang tidak tercantum dalam skema dijelaskan di blog ini.

Over Load dan Over current Protection

Sensor arus pada L6599 berfungsi sebagi proteksi overload dan over current.

Ketika tegangan pin Isen (pin 6) mencapa 0.8V overload protection terjadi, frekuensi konverter akan naik sehingga terjadi penurunan tegangan sehingga membatasi daya keluaran sampai daya maksimum yg sudah ditentukan.

Ketika tegangan pin Isen (pin 6) mencapa 1.5V terjadi over current protection, dan L6599 akan shutdown, misalnya ketika terjadi hubung singkat pada output.

Pada pengetesan fungsi overload ini digunakan nilai komponen sebagai berikut :

RA : 220 ohm

CA : 1n

CB : 470n

RB : 75 ohm –> ~320W

RB : 47 ohm –> ~390W

RB : 39 ohm –> ~440W

RB : 33 ohm –> belum dicoba

Over load test video :

Over current test video :

Trafo

  • Lilitan Primer 16 lilit. diameter kawat 0.3mm rangkap 12
  • Aux Supply : 2 lilit , diameter kawat 0.3mm rangkap 3
  • Lilitan sekunder: 6+6 lilit, diameter kawat 0.3mm rangkap 14

Desain revisi PCB :

Dokumentasi lain dibawah :

Ternyata sudah lama juga pcb ini dibuat tapi baru sempat eksekusi (April 2018

Awalnya menggunakan pcb versi 2014 yg dimodifikasi

Lr menggunakan induktor terpisah dan power supply external.

Sebelum berhasil “menjinakkan” L6599 saya sempat memasang modul UCC25600+IR2110 menggantikan posisi L6599 dan sebenarnya ini lah yang berhasil lebih dahulu.

Pcb controller L6599

rangkaian yang sudah di test dilengkapi relay softstart

referensi :

  • L6599, L6599 datasheet.
  • AN-1160 , Design of Resonant Half-Bridge converter using IRS2795(1,2) Control IC, Infineon.
  • AN2644, An introduction to LLC resonant half-bridge converter, ST.
  • ucc25600, UCC 25600 datasheet

2 thoughts on “L6599 500W halfbridge LLC resonant SMPS

  1. artikelnya bermanfaat sekali om, mau tanya apakah smps llc resonant merupakan smps soft switching?
    dan mohon dijelaskan perbedaan smps hard switching dan soft switching itu perbedaannya terletak dimana?
    terimakasih sebelumya

  2. llc resonant termasuk soft switching. soft switching mengatur agar saat transisi mosfet off ke on dan atau on ke off dalam keadaan zero voltage (vds=0) atau dalam keadaan zero current (Id=0). sedangkan hard switching apapun keadaan Vds maupun Id tetap di switch on/off. mungkin lebih jelasnya salah satunya dari video ini https://youtu.be/ziNDnGrMm9o

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s