Доброе %время_суток%, All! Поиск оказался на редкость молчалив, хотя мне кажется что эта тема должна была подниматься неоднократно.

Все мы хорошо знаем что импульсные преобразователи напряжения, мягко говоря, не очень любят когда им надо обеспечивать на выходе напряжения, изменяющиеся во много раз.
Электронщики, работающие совместно с лазерщиками, наверное уже собаку съели на задачах вида "есть конденсатор ёмкостью С, его надо зарядить до напряжения U за минимальное\заданное\оптимальное время".
Хотелось бы послушать, что скажут гуру на следующую тему:
Надо заряжать конденсатор ёмкостью 10 000 мкФ до напряжения 600 В. Конденсатор хороший, сборка из плёночных. 1800 Дж, как-никак.
В качестве источника питания у нас есть источник постоянного напряжения 12В. Ток, отбираемый от источника, должен быть по возможности постоянным в процессе заряда. Время заряда - 5с.
Преобразователь на такую мощность имеет смысл сделать пушпульным, ибо обычный обратноходовый при такой мощности кажется некрасивым и требующим много феррита, а также имеющим невысокий КПД.
Проблемы начинаются когда мы начинаем заряжать наш конденсатор, стабилизируя ток в первичной цепи. В начале заряда в нагрузку идёт огромный ток, выходной дроссель неизбежно насыщается и перестаёт выполнять свои обязанности, транзисторы начинают греться и готовятся отдать душу силиконовым богам.
Хочется сделать переключение обмоток трансформатора в процессе заряда, но некрасиво. Чует мой спинной мозг что должны быть более красивые идеи. В портативных фотовспышках такой проблемы нет из-за во много раз меньшей средней мощности преобразователя, там можно и 30% энергии в тепло высадить.
Если кто-то практически сталкивался с данной задачей, выскажитесь.

Спасибо!

Лидар автомобильный делаете ?

С моей точки зрения обратноходовой здесь лучше подойдет. А для Вашей схемы массу феррита для выполнения условия постоянной мощности Вы в дросселе наберете. Где будет больше феррита - сходу и не скажешь. Мощность для обратноходовика не запределельная - около 400 - 500 Ватт.

С точностью до наоборот. "Феррита" уж точно меньше. Хотя, конечно, тут для единичного ключа мощность высока. Ток велик. Но можно многофазник сделать.
Вообще-то... опишите задачку подробнее, можно ведь вовремя отказаться от неподъемной затеи.
Преобразователь в 300-350 ватт- достаточно серьезное устройство. Ток в 40-50 ампер (80-100 в импульсе) источник 12 вольт выдаст? Или это очередной гаусганн с питанием от двух "крон"?

Задача решаемая, такие лидары лет 25 назад уже делали, значит и блоки питания были. Питание - наверняка бортсеть фургона или автобуса, так что должно хватить.

Токовое управление в первичной цепи и режим стабилизации выходного тока вас спасёт. Модуль питания при этом сохраняет устойчивость от кз на выходе до номинального напряжения. Делаем такие на 1.5кВт, есть нюансы, но работают достаточно красиво.

А что же Вы хотели? Фиксируя ток в первичной цепи, Вы фиксируете мощность, а она во вторичной части пропорциональна произведению (напряжение на ток).

Куда уж подробнее? Имеем 12 вольт, от них надо зарядить вышеописанный конденсатор. При этом крайне желательно чтобы потребляемая мощность от источника была постоянной в процессе всего заряда. Если стабилизировать ток заряда конденсатора то потребляемый устройством ток будет нарастать почти линейно, что приведёт к тому что в конце заряда от 12-вольтового источника будет отбираться недопустимо большая мощность при соблюдении условия по времени заряда. 50 ампер источник выдаст, 100 в импульсе надо будет обеспечить входными конденсаторами в зарядном устройстве.




У вас тоже обратноходовая схема? Если не секрет - расскажите поподробнее о управлении и применяемых детальках. До какого напряжения заряжается выходная ёмкость и с каким общим КПД?



Это я всё замечательно понимаю. Меня интересуют способы борьбы с этим.
Понятно что можно, например, сделать трансформатор и дроссель с отводами и переключать их по мере заряда целевого конденсатора, но как-то некрасиво это выглядит и подсознательно кажется что можно сделать намного проще и красивее.

Скорее всего, прибор нужно делать в две ступени. Для одной коэффициент трансформации велик.
Сначала нерегулируемым пушпулом повысить напряжение вольт до 80-100. Потом однотактником разогнать до требуемых 600.
Запас энергии в конденсаторе на выходе 80-100 вольт облегчит работу пушпула, будет легче работать с импульсными токами.
Однотактник с постоянной паузой имеет хорошую приемистость для зарядки конденсатора.

Борьба с чем? С Вами же заданным условием? Кто-то кого-то должен из вас (мн. ч.) победить.
Лучше заранее договориться... и не допускать раздвоения...
Что до отводов, так это правильно, конечно. Фактически Вы заряжаете один конденсатор от другого. Чем больше перепад. тем больше потери.

Нет конечно, не с условиями борьба, а скорее за их выполнение малой кровью.
И истину, гласящую что чем больше перепад - тем меньше КПД замечательно знаю, ибо импульсники делал разные неоднократно.
Интересно было бы послушать мнение тех, кто практически делал такие вещи. С цифрами, чего они достигли на этом поприще. У меня вот сейчас, например, КПД двухтактника 12->600В при постоянной нагрузке 300мА составляет 89%, КПД по энергии при заряде конденсатора сильно ниже - 69%. Мне следует на этих цифрах успокоиться и пойти на речку купаться или поколдовать ещё? 89% из 12 в 600 меня устраивает, а вот общий КПД заряжалки - категорически нет. Думалось что уложусь процентов в 85, на крайний случай 80.

Разрешите поправить, не "тем меньше КПД" - обычно бывает - тем больше стоимость при одном и том же КПД.
В Вашем же случае я бы просто поставил мостовой параллельный квазирезонансник с ЧИМ регулированием, и забыл бы обо всех проблемах.
Он бы Вам выдавал запрошенные 0...720 Вт мощности, в зависимости от выходного напряжения 0-600 В, тем более, что заботиться об ЭМС по выходу при работе на 10000 мкф особо не приходится.
Выходной зарядный ток 1.2 А, мах мощность 720Вт.
IR-полевики на 40В и 1мОм каналом - стоят пару-тройку баксов, если запаралелить пару, то полные потери на них в мосте в этом случае будут 20-22 Вт, еше пара-тройка в выходном выпрямителе, по десятку в дроселях и трансформаторе - всего набегает Вт 50, мах.
Эти 50 Вт потерь будут в конце зарядки, вначале Вт 15-20, отсюда можете посчитать КПД заряжалки за цикл заряда, потери растут линейно.

TheMad, извините, ввел в заблуждение, не сразу обратил внимание, что Вам нужно стабилизировать входной ток, а не выходной, как это обычно бывает.
В этом случее остается тот же вариант квазирезонансника, только с тремя выходными трансформаторами на 360 Вт. Ступени получаются 6, 60 и 600 В. По прохождении каждой ступени выходного напряжения, трансформатор шунтируется ключами синхронного выпрямителя.
КПД, в среднем, процента на 2-3 упадет, стоимость возрастет процентов на 30-40.

Кстати, гальваническая развязка нужна?

Более простой вариант первые ~0.5-0.7 секунды излишнюю мощность от 360 Вт, сбрасываем в тепло, а далее обычный вариант, как я писал вначале, но уже со стабилизацией входного тока. В этом случае средний КПД упадет меньше, чем на 10%.

Сообщение отредактировал asdf - Jul 23 2011, 10:50

TheMad
Если не нужна гальваническая развязка,то подходящим вариантом может быть бустер с двухобмоточным дросселем.
Если развязка нужна,то тогда преобразование надо делать в две ступени,по Microwattу.

Бустер с двухобмоточным дросселем вещь, конечно, хорошая, может и самая лучшая. Но его нужно уметь готовить , особенно на 600 вольт.
Где-то валялась статейка источника для ксеноновых автомобильных ламп . Там 400 вольт нужно. Правда, пока 50-100 ватт - еще терпимо в однотактнике с 12 вольт снять. А 300 - уже большие проблемы.

К сожалению, он не пройдет, проблема та же самая.
Если следовать точно стабилизации входной мощности, то в начале он тоже должен выдавать ток порядка 300А (на время порядка 0.3-0.5 сек), а в конце иметь выходное напряжение 600 В, при токе 0.6 А.

Как мне кажется, если не привязываться к конкретному типу преобразователя, то есть четыре принципиальных подхода к решению этой проблемы.
1. На начальном участке зарядки (<0.5-0.7 сек ) сбрасываем излишнюю мощность в тепло.
2. Используем рекуперативный контур - дополнительную емкость, на энергию примерно 200 Дж, которая накапливается на начальном участке зарядки. Эта энергия возвращается на более позднем участке зарядки.
Введение двухступенчатого преобразования можно отнести к этому типу подхода.
3. Используем ступенчатую коммутацию выходного напряжения.
4. Допускаем на начальном участке <0.5-0.7 сек линейно возрастающее потребление входной мощности, а далее стабилизируем ее.
Может кто еще чего добавит?

А что в этом плохого, если вначале ток заряда велик а потом спадает? Не стоит же задача заряда стабильным током (линейного роста напряжения)? Заряд постоянной мощностью - идеальное решение.
Просто конструктивно в одном бестрансформаторном каскаде повысить повысить напряжение более, чем в 3-4 раза с хорошим КПД не удается. Трансформаторный же однотактный каскад в режиме непрерывных токов реализовать сложно на высокие напряжения.
Поэтому, стоило бы повысить предварительно любым способом входное напряжение. Нерегулируемый двухтактник - один из лучших способов для питания 12 вольт. Уж не мосты, тем более резонансные, - точно.
Просмотревши достаточно много статей по питанию от низковольтных источников, я так понял, что пушпулы - единственная практическая топология в этой области. По крайней мере, снять 400 ватт с топливного элемента в 4 вольта другими способами не удалось. И киловатт с 12 вольт - тоже.
Всякие коммутации обмоток, гасящие резисторы - не решение. Усложним схему, а КПД не повысится.