ШИМ-контроллер, Uвходное > 40В Опции

[Evgenius_Alex]

Добрый день!

Поставлена задача разработать DC-DC преобразователь для поддержки в цепи обмотки возбуждения генератора следующих параметров:
140В, 5А.

Входное напряжение DC-DC преобразователя: 60 ... 150В

Вопрос: с чего начать, что почитать, от чего оттолкнуться, какие схемы можно взять в качестве примера?

Буду благодарен за конструктивные советы!

[housevbashke]

Могу для начала порекомендовать книгу "Импульсные источники питания" автор "Раймонд Мэк".

Вопрос: с чего начать, что почитать, от чего оттолкнуться, какие схемы можно взять в качестве примера?

Поскольку в "худшем случае" по вашему т.з. Uвых>Uвх , вариантов немного

1. Прямоходовая схема инвертора
2. Обратноходовая схема инвертора
3. SEPIC

т.к. требуемая вых мощность 140*5 = 700вт варианты 2 и 3 отпадают.

Причем первый вариант возможен либо по мостовой схеме, полу мостовой, или пуш-пульной схеме.
т.к. Uвх довольно низко до 160в то МОП - транзисторы на удвоенное напряжение (320в) пробоя с низким сопротивлением открытого канала можно подобрать,
то можно использовать инвертор построенный по пушпульной схеме. (смотрите схемы построенные на TL494.)

[Evgenius_Alex]

А чем обусловлен выбор именно пуш-пульной схемы?
Нельзя ли использовать стандартную бестрансформаторную схему понижающего/повышающего DC-DC преобразователя для таких напряжений и токов?

Не могли бы разъяснить?

Сообщение отредактировал Herz - Dec 8 2014, 10:18

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[housevbashke]

А чем обусловлен выбор именно пуш-пульной схемы?

именно из опыта, на такую мощность пуш-пульная схема будет самая простая и экономичная.

Нельзя ли использовать стандартную бестрансформаторную схему понижающего/повышающего DC-DC преобразователя для таких напряжений и токов?

Не могли бы разъяснить?

Теоретически можно применить SEPIC.
Давайте посчитаем какой нужен дроссель и транзистор:
Необходимая выходная мощность 700 ват. Найдем ток для худшего случая, когда на входе минимальное напряжение 60в, I=700/60= 11.7А + запас для дросселя и на потери гдето 30% итого ~ 15 A.
т.е вы должны изготовить двухобмоточный (или два) ВЧ дроссель с малыми потерями, температурно устойчивый для токов в 15А, плюс вам нужен транзистор способный коммутировать на высоких частотах 15А с напряжением пробоя мин. 320В (160x2), плюсом прилипает конденсатор способный долго жить при токах перезарядки в 15А.
Если сможете удовлетворить этим требованиям то можно и SEPIC.

[Plain]

Вопрос: с чего начать

С постановки задачи, потому что сейчас её практически нет.

Например, что изоляция не нужна, выяснилось в третьем сообщении темы. Ещё не указана нужность защиты от КЗ и какой класс КПД. Ещё не ясно, подключена ли уже нагрузка к какой-либо шине питания, или её можно подключить к удобной, чтобы упростить преобразователь. Ещё коммерческая сторона — 10 шт. в год дешевле собирать на готовых компонентах, а под 500 шт. уже можно проектировать на заказных. И т.п.

[Evgenius_Alex]

Больших требований к КПД, нагреву нет, т.к. это не источник питания, в прямом пониманиии этого слова.
Задача устройства - поддержания заданного тока в цепи возбуждения генератора при определённом напряжении.

Сообщение отредактировал Herz - Dec 8 2014, 10:23

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[Evgenius_Alex]

А как поведут себя стандартные ШИМ-контроллеры в SEPIC преобразователе при напряжениях свыше 60В?
Я на просторах Интернета видел только схемы с входным и выходным напряжением не выше 40В.

Сообщение отредактировал Herz - Dec 8 2014, 16:46

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[Plain]

Задача устройства -

Нет, задача больше похожа на абстрактную, поскольку практически ни на один вопрос не ответили.

Продолжая абстрактно — например, топология Cuk позволяет существенно сэкономить на конденсаторах, а если нагрузку можно просто питать ШИМ, то двухтактная утраивающая помпа, например, экономит входной конденсатор и моточные.

[Егоров]

А как поведут себя стандартные ШИМ-контроллеры в SEPIC преобразователе при напряжениях свыше 60В?
Я на просторах Интернета видел только схемы с входным и выходным напряжением не выше 40В.

Контроллеры совершенно не могут понять чем они управляют - шестью вольтами, шестидесятью или шестистами.
Потому ведут себя как ни в чем не бывало.
Вам не контроллерами сейчас впору заняться, а разобрать принципиальные основы работы различных топологий, силовой каркас.
Контроллер в Вашей задаче не самое сложное.
Если гальваническая развязка не нужна, то Вам, похоже, можно смотреть SEPIC или инвертирующий стабилизатор (бакбуст).
Отчаянные могут попытаться пристроить полумост или даже пушпул.

[Evgenius_Alex]

Добрый вечер!

Стандартные микросхемы ШИМ-контроллеров (MC34063, LM3478) работают при Uвходное до 40В постоянного напряжения.
Можно ли их приспособить для Uвходное = 100...150В постоянного напряжения?

Если да, то как?

Если нет, то какие ШИМ использовать для таких случаев?

[Guest_TSerg_*]

L6590A, к примеру.

[Егоров]

Это не контроллеры, это готовые монолитные преобразователи.
Контроллеры с внешними ключами работают до нескольких сотен вольт без проблем.

[Ydaloj]

главный вопрос - а зачем??? Обычный стандартный вариант с гасящим резистором не катит? Есть схемы запуска с транзистором, емкостные делители и т.д.

А если напрямую заводить 150 вольт в контроллер, и он жрёт, к примеру, миллиампер 20, то на внутреннем стабилизаторе будет рассеиваться считайте сами сколько ватт, и что за корпус должен быть такой и каких размеров радиатор для ШИМ-контроллера

[Evgenius_Alex]

главный вопрос - а зачем??? Обычный стандартный вариант с гасящим резистором не катит? Есть схемы запуска с транзистором, емкостные делители и т.д.

не могли бы дать ссылку на стандартный вариант с гасящим резистором и схемы запуска с транзистором?
Или привести конкретный пример, как влючить ту же MC34063.
Я не нашёл схем включений MC34063 для высокого напряжения (> 40В)

[Ydaloj]

Evgenius_Alex, как вы будете рассчитывать последовательный резистор для светодиода, если его надо запитать от 12 вольт?

[Егоров]

Или привести конкретный пример, как влючить ту же MC34063.
Я не нашёл схем включений MC34063 для высокого напряжения (> 40В)

Ну как можно искать то, чего заведомо нет?
Эта микросхема в принципе не годится для работы с напряжением выше 28-32 вольта. Ее параметры подробно прописаны изготовителями и пережеваны пользователями лет за 25-30. Если совершенно непонятно что там написано и как устроена эта микросхема - зачем тогда за паяльник хвататься?
Применять ее как контроллер с внешними ключами и дополнительными источниками питания тоже нецелесообразно, есть куда более подходящие, современные, специально спроектированные контроллеры, монолитные стабилизаторы для высоких напряжений и куча всего прочего.

[Evgenius_Alex]

Необходимо преобразовать 100-150В на входе в 90-130В на выходе. Выходной ток - 5А.
Хочу использовать стандартную понижающую схему (с дросселем).

Не могли бы привести пример конкретных специальных контроллеров, монолитных стабилизаторов для высоких напряжений, которые могут подойти для моей задачи?

Сообщение отредактировал Herz - Dec 10 2014, 09:48

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[Егоров]

Вы наивно полагаете, что полукиловаттный источник можно сделать на какой-нибудь трехваттной блохе вроде МС34063 и дросселе на гантельке? Проблема лишь в том, что напряжение выше 40 вольт?
"Стандартных понижающих" решений в корпусе DIP8 тут нет. Это довольно солидный источник и браться за него нужно имея определенные знания и опыт.

[wim]

Необходимо преобразовать 100-150В на входе в 90-130В на выходе...
Хочу использовать стандартную понижающую схему (с дросселем).

Из 100 В на входе 130 В на выходе стандартной понижающей схемой не получится. Тут нужно очень сильное колдунство.

[Guest_TSerg_*]

Необходимо преобразовать 100-150В на входе в 90-130В на выходе. Выходной ток - 5А.
Хочу..

Хорошая хотелка - примерно ( даже круче) как из недавней серии: "есть импульсный блок питания 100 Вт, хочу переделать его на 600 Вт. Каким проводом перемотать?"

[Evgenius_Alex]

Добрый день!

Вопрос такого плана: разрабатывается Push-Pull преобразователь с выходной мощностью 700Вт. Входное напряжение: 120-150В. Выходное напряжение: 110В.
Микросхемы ШИМ-контроллера и драйвера MOSFET-транзисторов рассчитаны на более низкое напряжение и будут запитаны от отдельных DC-DC источников. В связи с этим возникли вопросы:
1. Нужна ли гальваническая развязка для этих микросхем?
2. Если нужна, то для каких микросхем – для микросхемы драйвера MOSFET-транзисторов, для микросхемы ШИМ-контроллера или для обоих микросхем?
3. Если не нужна, то почему?

Прошу помочь в этом вопросе аргументированными ответами. Если есть ссылки на авторитетные источники, в которых это подробно описано, было бы тоже неплохо.

Заранее спасибо!

[_Vova]

Вы не указали какие именно собираетесь использовать ИМС

[Evgenius_Alex]

Вы не указали какие именно собираетесь использовать ИМС

ИМС драйвера пока мучаюсь, выбираю. Собственно, и возник вопрос какой использовать - изолированный или неизолированный.
А насчёт ИМС ШИМ-контроллера - колеблюсь между UCC38038 и TL494.

[HardEgor]

1. Нужна ли гальваническая развязка для этих микросхем?

В общем случае не нужна.
А у вас откуда появилась необходимость в опторазвязке?

[Evgenius_Alex]

В общем случае не нужна.
А у вас откуда появилась необходимость в опторазвязке?

Дело в том, что микросхема ШИМ-контроллера UCC38083 работает при входном напряжении от 15В до 80В, а у меня вход 120-150В.
В качестве перестраховки, подумал, может надо развязать микросхему от высокого входного напряжения.
Присмотрел изолированный драйвер для MOSFET-ключей ADUM1234 от Analog Devices.

Вот и думаю, нужен ли он вообще или это излишество.

[Ydaloj]

Представьте,что 120-150 вольт вы делаете от сети 220В. Для простоты понимания примем,что у вас вход не 120-150 вольт, а триста - выпрямленная и сглаженная сеть. А мозги все, схема управления, питаются на стороне, где возможен контакт с человеком. Предположим, там, где оперативно подключают аккумуляторы. Или работает электросварщик. Или электролизная ванна.

Вот там-то как раз развязка будет просто необходима. А развязывающий барьер должен будет гарантировать надёжную изоляцию при испытательном напряжении 2500В, в течение 1 минуты.

В остальных случаях развязка не нужна.

[Егоров]

А почитайте как питают контроллеры вообще. скажем, от 300-400 входного.
Ну и.. пушпул тут явно не лучший выбор.

[Evgenius_Alex]

А почитайте как питают контроллеры вообще. скажем, от 300-400 входного.
Ну и.. пушпул тут явно не лучший выбор.

почему пуш-пул не лучший выбор?
какой тогда лучший?

[HardEgor]

Дело в том, что микросхема ШИМ-контроллера UCC38083 работает при входном напряжении от 15В до 80В, а у меня вход 120-150В.

Не нужна. Ставите стабилизатор для питания UCC38083 и всё.

Опторазвязка нужна там где есть опасность поражения человека фазным напряжением(выше писали уже) или когда от нагрузки проникает злобная помеха и сбивает схему управления.

[Herz]

... или когда от нагрузки проникает злобная помеха и сбивает схему управления.

От злобной помехи опторазвязки, чаще всего, бывает недостаточно. Ведь у неё (опторазвязки) есть ёмкость. и помеха прекрасно проходит.

[Ydaloj]

Herz, это у трансформаторной развязки пролазит помеха. У опторазвязки всё в порядке.

[Herz]

Herz, это у трансформаторной развязки пролазит помеха. У опторазвязки всё в порядке.

Ой, ли? Завидую, что Вам не приходилось сталкиваться.
А, может, не завидую, потому что придётся...

[HardEgor]

От злобной помехи опторазвязки, чаще всего, бывает недостаточно. Ведь у неё (опторазвязки) есть ёмкость. и помеха прекрасно проходит.

Емкость есть и у трансформатора, через которую может проходить помеха.

[Ydaloj]

Herz, я не собираюсь философствовать на тему "у кого больше"
но типовое значение проходной ёмкости у самой глупой оптопары PC817 в 1 пикофарад вряд ли проведёт помеху лучше, чем межобмоточная ёмкость самого что ни на есть качественно изготовленного развязывающего трансформатора.

[Herz]

Емкость есть и у трансформатора, через которую может проходить помеха.

Herz, я не собираюсь философствовать на тему "у кого больше"
но типовое значение проходной ёмкости у самой глупой оптопары PC817 в 1 пикофарад вряд ли проведёт помеху лучше, чем межобмоточная ёмкость самого что ни на есть качественно изготовленного развязывающего трансформатора.

И я не собираюсь. А разве мы сравнивали здесь трансформаторы с оптопарами?

[Ydaloj]

Сравнивали. Для того, чтобы установить, кто хорошо проводит помеху, а кто её пропустит с уровнем, вряд ли способным причинить вред.

[Herz]

Сравнивали. Для того, чтобы установить, кто хорошо проводит помеху, а кто её пропустит с уровнем, вряд ли способным причинить вред.

Вам показалось, наверное. О трансформаторе зачем-то вспомнили Вы, в то время как речь шла об опторазвязке. И, не собираясь философствовать, "у кого больше", именно стали сравнивать. Я в этом логики не вижу. Ясно, что у трансформатора ёмкость выше (как правило), но это совершенно не отменяет способность оптопары пропускать "злобную помеху". Способна ли она причинить вред или "вряд ли" - это уже как повезёт. Вот давайте спросим у коллег, все ли на этот счёт так спокойны.

[Guest_TSerg_*]

Пролезание помех по оптопаре давно зафиксировано, изучено и признано, как инженерный факт.

[Егоров]

Да факт-то факт, но это из тех фактов, что точно установлено, контрабанда есть. Осталось выяснит как же она пролезает - по морю, посуху али еще как-то...
Представляется менее вероятным проникновение помех через емкость в единицы пФ, чем прямо через оптический сигнал, либо непричесанное питание приемника. Конечно, при очень больших напряжениях и крутизне фронтов даже пару пФ могут что-то передать, если к этому не готовиться. Но неужели так много через такую малую емкость проскакивает?
Трансформатор в этом отношении вообще не конкурент с его паразитными емкостями.

[vlvl@ukr.net]

Причем первый вариант возможен либо по мостовой схеме, полу мостовой, или пуш-пульной схеме.
т.к. Uвх довольно низко до 160в то МОП - транзисторы на удвоенное напряжение (320в) пробоя с низким сопротивлением открытого канала можно подобрать,
то можно использовать инвертор построенный по пушпульной схеме. (смотрите схемы построенные на TL494.)

С пушпулем вы батенька загнули, ему там нечего делать.
Смотрите косой полумост.

[Hexel]

а можно для общего развития, чем пуш пул будет лучше полумоста? опыт не позволяет найти отличия) транс правда меньше получится

ТС, вот хорошие проги для расчета. по крайней мере сравните топологии http://stoom.ru/content/view/307/110/

если нужен результат в первом приближении, я пользуюсь Power Stage Designer Tool от TI, гуглится быстро

[vlvl@ukr.net]

а можно для общего развития, чем пуш пул будет лучше полумоста?

Наоборот, хуже полумоста. Пуш - пул применяют при пониженных входных напряжениях, где в первичке "мотают" несколько витков.
Почитайте литературу. Для намека - ищите разницу в первичных обмотках.
И я говорил не о класическом полумосте, а о косом.
Косой полумот - первичка коммутируется параллельно входному питанию.
Полумост - первичка коммутируется параллельно 1/2 питания.

[Егоров]

Двухтактная топология (пушпул) применяется только в случае крайней нужды при пониженных напряжениях (12 вольт и ниже), как способ снизить коммутируемые токи и ограничиться падением напряжения всего на одном ключе.
Разговоров о ней много, а дел, при сколь-нибудь заметной мощности, обычно избегают. По сути, нет до сих пор популярного двухтактного контроллера, гарантирующего токовую симметрию плеч. Одно плечо обязательно греется больше другого и всегда есть риск при каких-то переходных процессах сильного подмагничивания трансформатора с заходом сердечника в насыщение.
Масса диссертаций на тему только развивает саму тему, но, либо не решает вопрос, либо решает такими способами, при которых все небогатые достоинства пушпула улетучиваются.

[Ydaloj]

Егоров, ну почему же крайняя нужда. Посмотрите схемотехнику автомобильных усилителей - поголовно пуш-пулл, а мощности-то приличные. Для симметрии плеч мост туда не поставить - проблема останется. Косой туда не годится - токи двойные.
Инвертор с 48В на 220 10-киловаттный видел - тоже пуш-пулл.
Реализаций-то много.