Здравствуйте. Проектирую блок питания AC/DC для геофизического прибора, входное напряжение ~220 В +10%-30%, выходное 50 В, мощность 40 Вт, температура окружающей среды до 150 градусов. Схема - обратноходовый преобразователь по типовой схеме на ШИМ-контроллере UC2844. Дроссель на сердечнике Epcos EFD30, материал N87. Проблема такая - при термоиспытании на 150 ^oС до 25 Вт на нагрузке блок питания работает стабильно в течении длительного времени, при увеличении мощности выше 25 Вт сердечник разогревается настолько, что в конце прямого хода возникает его насыщение (пилообразная осциллограмма тока первички изгибается вверх), потребляемый ток растет, пока не дойдет до ограничения. Применить сердечник большего габарита невозможно из за ограничения по габаритам прибора. Вопрос - какие могут быть варианты решения проблемы? Применить другую топологию? другой материал сердечника? или что либо еще. Заранее спасибо за советы.

Сообщение отредактировал Priest_89 - Sep 14 2015, 03:08

+150С ambient - действительно трудная ситуация. Прежде всего, убедитесь, то частота UC2844 при повышении температуры не уплывает вниз. Точка Кюри почти всех доступных ферритов приблизительно равна +200С. Превышение ее выражается в резкой и полной деградации магнитной проницаемости, то есть в уменьшении индуктивности. Чтобы не приближаться к ней, нужно хорошо посчитать трансформатор с учетом потерь на перемагничивание сердечника. Возможно, придется снизить частоту, заново перерасчитав количество витков. Можно перевести flyback в CCM mode, но тогда полоса обратной связи сильно ухудшится.

Как-то затруднительно представить себе жилые помещения, провода, розетки, и т.п., с такой температурой, так что проще пересмотреть условия задачи и тянуть до раскалённого прибора что-то более удобоваримое, типа сразу же постоянного и сразу же 50 В, приготовленного обыкновенными средствами и в обыкновенных условиях.

Там речь идет о каком-то загадочном геофизическом приборе, работающим, наверное, внутри вулкана.

Ну так я и говорю, что проблем нет — четырёхпроводная схема создаст +50 В без единого электронного компонента хоть прямо в доменной печи.

Согласен, было бы идеально не "жарить" источник, а решить проблему дистанционно. Тем более ток в 1А.
И опять тот самый случай - автор залег на дно и ни жу-жу. Может это тренд такой сегодня?

Для таких условий феррит не пойдёт. У него температура Кюри около 200 градусов по Цельсию.
Это значит, что приближаясь к этой температуре феррит теряет свои магнитные свойства.
Посмотрите такой материал сердечника: http://www.gammamet.ru/ru/gm14dc.htm
Для обратноходового преобразователя не подойдёт. Схему следует пересмотреть на прямоходовый преобразователь.

тогда ТС не впишется в габариты с выходным дросселем

Для "горячих" скважин на большой глубине это нормально, бывает и больше





Приборы работают в связке из нескольких штук, на каротажном кабеле длиной до 6 км. Общая мощность связки до 150 Вт, Наиболее мощные приборы потребляют до 35 Вт (для них и нужен данный блок), при 50 В общий ток будет 3 А. Кабель трехжильный, для питания можно запараллелить 2 жилы, и броня как второй провод. Сопротивление жилы около 26 Ом/км, брони 5 Ом/км, при длине 6 км имеем сопротивление питающей цепи 108 Ом. При токе 3 А на ней будет падать 324 В. Дополнительных жил для контроля напряжения на приборе нет, так что подавать 50 В с земли будет проблематично.




Спасибо за совет, попробую пересчитать схему и смакетировать. Но все таки, есть ли возможность уменьшить нагрев ферритового сердечника? Про габариты - так как кожух прибора по сути представляет собой трубу, ограничены высота и ширина размещаемых на плате компонентов - в первую очередь дросселя (или трансформатора, это уже другой вопрос). Длина же устройства в разумных пределах не ограничена.

Извините, но в первом сообщении темы Вы заявили на конце этого 6-километрового 312-омного кабеля под нагрузкой, с Ваших новых слов, 150-ю ваттами наличие аж переменного напряжения 220 В аж ±10% — и это для вентильного-то выпрямителя с его на порядок больше импульсным током — а в своей лаборатории сейчас небось вообще подаёте ±0%.

Есть сомнение, что Вы можете использовать экран, как силовой провод - обычно такое не допускается.

Думаю, что переход на топологию forward вполне рационален. В этом случае Вы можете улучшить кпд и, главное, разделить трансформатор и индуктор. Индуктор, кстати, нужно использовать на МРР сердечнике, точка Кюри которого обычно в области +500С. Трансформатор нужно пересчитать с низкой индукцией и конструктивно обеспечить термоконтакт с общим корпусом, чтобы уменьшить разницу температур. В качестве транзистора лучше идет SiC. В качесте диодов - не Шоттки из-за сильных утечек при температуре. Остается самое слабое звено - электролитические конденсаторы, по крайней мере входной. Остальные могут быть керамическими с учетом DC bias деградации.

Сообщение отредактировал Herz - Sep 14 2015, 14:29

Перегрев определяется выделяемой мощностью и тепловым сопротивлением.
Если мощность уменьшить нельзя, то надо снижать тепловое сопротивление - пропитывать дроссель в сборе, залить теплопроводным герметиком плату и т.д. и т.п.


А кто мешает поставить параллельно/последовательно два/три дросселя меньшего габарита?

Прошу прощения, насчет ±10% - перегнул, входное напряжение при полной нагрузке падает примерно до 150 В, все это учитывается и при испытаниях с применением имитатора кабеля.


Допускается, большинство скважинных приборов именно так и запитано. Броня - это не совсем экран, это грузонесущий элемент кабеля из 2-х слоев стальной проволоки, навитых вокруг залитых в оболочку жил.


Благодарю, а есть ли смысл применять двухтактную топологию (напр. полумост) или однотактный forward здесь будет лучше?
Электролитические конденсаторы - Nichicon серии BX, заявлены на 150 градусов, пока работают без проблем. Шоттки действительно температуру такую не держат, от них отказались.


Как вариант, попробуем.

Снижать индукцию насыщения. Это значит увеличить габариты магнитопровода. И всё-равно для феррита слишком жёсткие условия работы.

Справедливо. Кстати, из топологии forward лучше выбрать half-bridge (полумост), поскольку он лучше утилизирует сердечник. Таким образом, при том же размере сердечника снизим индукцию. Для того, чтобы не уплывать в сторону точки Кюри, необходимо обеспечить хороший теплоотвод сердечника - тогда градиент температуры хоть как-то снизим. Электролитические конденсаторы обязательно прошунтировать керамическими для снижения тока rms на ВЧ - увеличим "налет часов" хоть как-то. Выходной индуктор тоже можно прислонить к общему теплоотводу, хотя можно и не сильно заморачиваться, если МРР core, да и ток в общем не очень большой - 1А. Вот как-то так.
Если по какой-то причине полумост неприемлем, то можно съехать на self resonant clamp forward или active clamp forward. Однако у обоих есть свои недостатки: высокое напряжение ключевого транзистора и др.