Источник тока для питания лазерного диода - 50V 200A., Выбор топологии. Опции

[ADOWWW]

Приветствую коллег!
Сейчас разрабатываю драйвер для питания линейки лазерных диодов.
Входное - 200В, получаю с банка конденсаторов, выход регулируемый от 100 до 200А, напряжение не более 50В.
Работа в импульсном режиме, на разных частотах и скважностях, но мощность на более 3кВт.
На счету есть пара драйверов, но на более скромные токи. Потому хотел спросить зал, на счёт топологии.
Однофазный вариант отмёл сразу, думаю в сторону или многофазной системы или несколько драйверов работающих синхронно в параллель.
Но не как не могу определиться с выбором контроллера. Да и вообще, послушал бы мнение более опытных коллег.

[_Sergey_]

Импульсы какие по времени?

[pokos]

Лазерный диод, вестимо, с двусторонним ограничением?

[ADOWWW]

Импульсы какие по времени?

0.5-2ms

Лазерный диод, вестимо, с двусторонним ограничением?

Что такое двухстороннее ограничение ?

[_gari]

Просто не надо путать импульсную мощность накачки лазера и мощность потребную для накачки разрядной емкости, только и всего

[ADOWWW]

Просто не надо путать импульсную мощность накачки лазера и мощность потребную для накачки разрядной емкости, только и всего

Это мне адресовано ? ))
Импульс -10кВт

[_gari]

наверно .... тут как раз тот случай, когда в бесконечности Вселенной я больше уверен

Сейчас разрабатываю драйвер для питания линейки лазерных диодов.
Входное - 200В, получаю с банка конденсаторов, выход регулируемый от 100 до 200А, напряжение не более 50В.

эти 50В как следует понимать? как падение напряжения на лазерной линейке?
а 0.5-2ms, длительность импульса тока на линейке?

зы. оно понятно, что 50 х 200 =10 кВт,

Работа в импульсном режиме, на разных частотах и скважностях, но мощность на более 3кВт.

лазер охлаждается простой водой или жидким азотом?


Сообщение отредактировал _gari - Oct 18 2017, 20:46

[ADOWWW]

50В - падение на самой мощной линейке.
Импульс тока.Вообще длительность сильно меняется в зависимости от типа диодов и режима работы.

Охлаждение водой ( с присадками ), стабильной температуры - 18град.

Вообще то хотелось по топологии поговорить )

[domowoj]

драйвер для питания линейки лазерных диодов.

А раздробить линейку нельзя?

[ADOWWW]

А раздробить линейку нельзя?

Нет


Посмотрел сейчас, импульсы могут быть длинной до 400мс, но ток около 50А
200А до 25мс частота повторения до 10Гц.

Сейчас считаю многофазный чоппер, напряжение конечно великовато.
Получается 8 каналов и дроссели всё равно великоваты. Места не так уж много.

Может трансформаторный прямоход применить? Даже если разделить на две фазы будет уже не так страшно ))
С другой стороны, если поднять напряжение на банке, то все будет выглядеть уже более вменяемо.
Выкину имеющийся БП на 200В и банк 47000мкФ
Получится стандартный блок питания со стабилизацией тока - ККМ+Прямоход.

[Ydaloj]

Получается 8 каналов и дроссели всё равно великоваты. Места не так уж много.

А великоваты - это размером со шкаф? А вы хотите спичечный коробок?
Задайтесь удельной мощностью порядка 1500-2500Вт/куб.дм., это вполне достижимая плотность мощности для однокаскадного преобразователя с естественной конвекцией

[pokos]

Что такое двухстороннее ограничение ?

Это такая штука в структуре кристалла лазера. Вопрос снимаю.

Скорее всего, лазер ведёт себя похоже на динистор.
Отсюдова, следующие вопросы:
1. Нужна именно точная длительность импульса или его его точная энергия?
2. Насколько низкий КПД установки допустим?

[_Sergey_]

Фронты у импульса какие?

[wim]

хотелось по топологии поговорить

Сварочный инвертор - неубиваемый косой полумост с управлением по пиковому току.

[ADOWWW]

А великоваты - это размером со шкаф? А вы хотите спичечный коробок?
Задайтесь удельной мощностью порядка 1500-2500Вт/куб.дм., это вполне достижимая плотность мощности для однокаскадного преобразователя с естественной конвекцией

На кольцах, выходит 55х40мм 8шт, плата получается где-то 400х200

Это такая штука в структуре кристалла лазера. Вопрос снимаю.

Скорее всего, лазер ведёт себя похоже на динистор.
Отсюдова, следующие вопросы:
1. Нужна именно точная длительность импульса или его его точная энергия?
2. Насколько низкий КПД установки допустим?

1. И длительность и энергия. отклонения допустимы до 2%
2. При данной мощности не менее 85%

Фронты у импульса какие?

Прикладываю картинку реального импульса, Ток 150А/20мс

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_Sergey_]

Я так понимаю, это реальный импульс.
Уже есть схема, реализующая ваши потребности?
Чем она вас не устраивает?

[ADOWWW]

Я так понимаю, это реальный импульс.
Уже есть схема, реализующая ваши потребности?
Чем она вас не устраивает?

С чего Вы взяли, что она не устраивает ? Отлично работает.

Сварочный инвертор - неубиваемый косой полумост с управлением по пиковому току.

Косой мост, это веСчь Сколько я с ним намучился. Правда добил таки.
Надо попробовать, на сколько быстро он будет отрабатывать стабилизацию тока по холодной стороне.

[khach]

Только помните- минимальный выброс на переднем фронте и лазеру прийдет COD. Даже наносекундные иголки не допустимы. Иногда еще требуется заданная скорость нарастания- опадания фронта- спада и пьедестал подпорогового тока. Поэтому обычно всегда есть линейный каскад последовательно с импульсником, а ОС импульсной части подчинена линейной по закону минимизации потерь.

[pokos]

Только помните- минимальный выброс на переднем фронте и лазеру прийдет COD.

Да, это нелюзя забывать.
В случае требования точного соблюдения и ширины импульса, и энергии придётся линейный каскад ставть палюбэ.

[khach]

В случае требования точного соблюдения и ширины импульса, и энергии придётся линейный каскад ставть палюбэ.

Там все намного хуже. Судя по описанию это мощный лазербар параллельно- последовательный. В момент начала генерации ( на пороговом токе) напряжение на лазерном диоде может просеть на 0.1-0.2 вольта, а у такого лазербара и на пару вольт. Схема стабилизации тока может сойти с ума, поэтому это место на характеристике надо проходить "в ручном режиме". Далее, эффективность холодного лазерного диода слишком велика, и если дать импульс со слишком крутыми фронтами, лазер уничтожит сам себя по оптическом пробою на зеркалах. Поэтому надо дать кристаллу прогреться, а потом стабилизировать мощность, т.к в течении импульса он продолжает греться и эффективность падает.
На предимульсе обычно калибруют все средства измерения ( датчики мощности, сбрасываются интеграторы полной энергии импульса итд) поэтому часто требуется давать строб на предимпульсе для схемы управления.
Короче, очень желательно иметь прямой контакт с конструктором оптиком- лазерщиком, иначе лазербар спалите только.

[ADOWWW]

Да, по поводу лазера вы правильно заметили, я просто не стал вдаваться в дебри.
Обычно есть второй источник, который даёт непрерывный "цокольный ток", не много, пара ампер.
Когда приходит рабочий импульс, он просто подпирает этот источник.
В моём варианте, цокольный ток будет давать сам драйвер, т.е. он будет всегда включён,
а импульс будет только изменять параметры токовой ОС.
Что касается линейного драйвера, то это конечно было бы идеально. Но возникают другие трудности.
Да и конденсаторы придётся ставить на низковольтную часть.
А это существенно увеличит их ёмкость, при соблюдении величины энергии.

[pokos]

... и если дать импульс со слишком крутыми фронтами, лазер уничтожит сам себя по оптическом пробою на зеркалах.

Собсно, я об этом и спрашивал про двустороннее ограничение, да. Добавлю только, что иголки тока даже на 20% выше максимально допустимого приводят к заметной деградации резонатора лазера с двусторонним ограничением. Если злоупотреблять, процесс приобретает лавинный характер.
Правильный передний фронт можно сделать, разбив импульсный силовой ключ на несколько параллельных с задержками включения. Так можно увеличить КПД чисто аналогового стаба, который будет последовательно с импульсной частью схемы.
В принципе, на аналоговом стабе можно держать не более 100мВ падения напруги на полке импульса, если немножко захитрить его режимы. 200А - это всего 20 Вт рассеиваемой - копейки. Главное, чтобы стаб сдюжил пиковую мощность при включении и выключении.

Короче, очень желательно иметь прямой контакт с конструктором оптиком- лазерщиком, иначе лазербар спалите только.

Я бы попросил у разработчика образцовые профили тока и напруги на разных режимах.


Не вижу необходимости в гигантских низковольтных кондюках. Их должно быть не больше тех, которые обеспечивают устойчивость ООС импульсной части схемы.
Работа с "подпором" резко облегчает строительство остальной схемы, да.

[khach]

Добавлю только, что иголки тока даже на 20% выше максимально допустимого приводят к заметной деградации резонатора лазера с двусторонним ограничением.

Ноль лишний. Не 20% а 2%, если работаем близко к максимальнйо мощности лазера. Да еще обычно вершину имульса приходится плавно поднимать в течении длительности импульса для компенсации падения эффективности ЛД при разогреве в процессе импульса. Т.е вершина импульса наклонена слегка вверх, процентов на 5-10 ток растет. Ну это конечно если нужна точная метрология по энергии импульса твердотельного лазера, котроый этим ларезбаром накачивается. Иногда можно обойтись и без таких штучек.

Если давать чистый прямоугольник по току то получится так как на рисунке- очень мощная короткая игла света на переднем фронте ( которая может убить ЛД), потом спад мощности в течении импульса.

[ADOWWW]

Я так понимаю, что крутой передний фронт скорее зло, чем необходимость ? А если просто плавно повышать ток, в течении пары десятков микросекунд ?
Это время можно точно забить на компонентном уровне и учитывать при управлении.

На счёт компенсации падения оптического выхода, я несколько лет назад делал лабораторный образец с вычислением параметров и компенсацией.
Но это практически трудно реализуемая в нашем случае задача. Самое главное - невозможность контролировать мощность излучения во время работы.
Значит только предварительная калибровка. Много разных диодов, различные режимы, необходимость "горячей " замены и т.д.
Вобщем смирились ))

зы. Лазер не для накачки, это медицина, непосредственное воздействие на кожу.

[khach]

На эти вопросы даст ответы только конструктор- оптик-лазершик. Если это ЛД накачки твердотельного лазера, то затянутый фронт может создать неправильную заселенность уровней в твердотельном активном элементе например, и потом вместо одного мощного импульса мы получим пичковую генерацию.
По поводу коррекции вершины импульса- применялся аналоговый ГЛИН, крутизна которого выставлялась по предидущим импульсам.

[_Sergey_]

Топология преобразователя здесь, по ходу, дело десятое..

[khach]

Топология преобразователя здесь, по ходу, дело десятое..

Ну не совсем. Если это промышленный лазер где надо бороться за энергоэффективность в том числе, чтобы выиграть с конкурентами, так там совсем экзотичесике схемы встречаются, типа индуктивного накопителя энергии импульса с рекуперацией в источник после импульса. Намного выше КПД чем у конденсаторного накопителя.

[_Sergey_]

Индуктивный накопитель более энергоемкий..

А как импульс тока сформировать? Параллельными нагрузками?

[pokos]

Если давать чистый прямоугольник по току то получится так как на рисунке- очень мощная короткая игла света на переднем фронте ( которая может убить ЛД), потом спад мощности в течении импульса.

Думаю, что картинки не про выходную мощность, а про ток структуры. Видны характерная ёмкостная иголка и переходный процесс в схеме и линии питания.
На термоэффектах таких узких иголок не бывает. Термоэффект хорошо виден на картинке, которую дал камрад ADOWWW, причём, заметно, что у драйвера сформировано хорошее нарастание, но низковато выходное сопротивление, либо чисто индуктивный накопитель с отсечкой тока.

Сообщение отредактировал pokos - Oct 20 2017, 12:10

[khach]

Думаю, что картинки не про выходную мощность, а про ток структуры. Видны характерная ёмкостная иголка и переходный процесс в схеме и линии питания.

Именно про выходную оптическую мощность лазера. В электрических сигналах нет никакой иголки- там специальный драйвер с дифференциальным токовым ключем- ток сначала устанавливают на электрическом эквиваленте лазерного диода, а потом "перебрасывают" на реальный ЛД. Это именно термоэффекты прогрева самого лазерного кристалла, характерны как раз для мощных арсенид-галлиевых лазеров.

[ADOWWW]

Для информации, похожий диод , только в три раза длиннее.
Под заказ сделан.

Давайте все же вернёмся к топологии.
Чистый прямоход мне кажется всё же не совсем правильным решением.
Ведь ток через нагрузку в конце концов устанавливается дросселем.
Вернее, накаченный ТУДА ток, я контролирую, а вот, что он отдаст после завершения импульса зависит от него.
Или я не правильно рассуждаю ?

Чёт я не то написал, там же еще ёмкость есть. Просто получается, по управлению я буду всегда запаздывать.
И получается, что чем выше частота преобразования, тем более плавным будет джиттер выходного тока.

[Plain]

считаю многофазный чоппер

С чего вдруг? Нас Вы заверили, что пресловутые 200 А строго постоянный ток, ±0 мкА.

[khach]

С чего вдруг? Нас Вы заверили, что пресловутые 200 А строго постоянный ток, ±0 мкА.

Многофазный чоппер вполне подходит, как раз для уменьшения пульсации тока на вершине импульса. Допустимые пульсации зависят от оптической эффективности лазера.
По ссылке из даташита все нужное есть.

Код

Typical Slope 9.2 8.5 8.5 8.2 8.3 7.7 7.7 7.4 W/A

Вот отсюда и считать допустимые пульсации тока чтобы не вылетить за границы безопасных режимов.
Другое дело, что чоппер надо сначала "раскочегарить" на заданный ток, а потом переключить ток на лазер, и по окончанию импульса перехватить ток чопппера с лазера и плавно чоппер погасить. Так что там еще пара коммутирующих элементов после чоппера просится.
Прямое управление чоппером без выбросов при переходном процессе тоже возможно, но только при использовании прямого цифрового управления от ШИМ микроконтроллера по заранее рассчитанным таблицам. Обычный аналоговый ШИМ контроллер с этим процессом имхо не справится без выбросов.
Мы пробовали многофазник от linear technology (LTC3773 - Triple Output Synchronous 3-Phase DC/DC ) в этом режиме, но как то без успеха. Только у нас линейка лазерная была низковольтная, но прожорливая по току.
CW режим с контролируемым фронтом получался без проблем используя softstart/tracking input, а вот с qCW были как раз проблемы на коротких импульсах, хотя и разгоняли ШИМ почти на предельные частоты для быстроты реакции. Ну и для высоковольтных лазербаров именно эта микросхема не подойдет по напряжению, а ВВ мультифазников ассортимент значительно меньше.
PS. хорошая картинка для ТЗ

[ffilin]

ADOWWW Это лазерная накачка для импульсного твёрдотельного лазера?

Сейчас, в том числе, занимаюсь мощными многофазными источниками питания, в часности разрабатываю схему управления для мощного многофазного ИИП для нужд майнинга криптовалют.

входное 200в на выходе до 50В до 200А импульс 20мс.

Я бы сделал многофазный импульсный стабилизатор тока без конденсаторов на выходе, с контролем (стабилизацией) тока в каждой фазе, при этом можно добиться минимальных пульсаций тока и практически без инерционности. Коммутацию нагрузки производил закорачивая выход полевым транзистором.

Чтобы увеличить КПД (избавиться от радиаторов на ключевых элементах) источник тока включал перед каждым импульсом, и выключал по его завершению.

Алгоритм работы следующий, сначала источник (многофазный step-down) выходит из спящего режима, на выходе ток нарастает до заданной величины 150А при этом ключ замкнут закорачивает лазерный диод, ток протекает через ключ, когда ток нарастает до нужной величины и по синхроимпульсу, ток через ключ рвём и ток начинает протекать через нагрузку-лазерный диод, по завершению синхроимпульса закорачиваемым нагрузку и выключаем источник до следующего импульса.

Подобные разработки делал, правда не для таких больших токов.

Какой бюджет проекта?

Каковы сроки?

Если будет интерес в моём личном участии,
ваша контора поможет нам (мне и моим трём детям) в переезде (имиграции) в Германию?

PS
Радиотехникой занимаюсь со второго класса школы с 1988г
Был в Германии в 2000г, по стипендии Эйлера, жалею что не остался.

Сообщение отредактировал ffilin - Oct 22 2017, 01:47

Эскизы прикрепленных изображений

 

[khach]

Блок схема источника из https://lasers.llnl.gov/workshops/hec_dpssl...2-12/A.Kohl.pdf
Там же внутренний конструктив показан на предпоследней странице.
Прямое цифровое управление ключами от ДСП.
От сети разделение промышленными источниками на 120В выходного. Интересно, кто производитель.
ЗЫ. Кто-нибудь использовал в лазерных драйверах не кучу мосфетов в ТО-247, а парочку мощных индустриальных типа semikron semitrans SKM111 SKM121 и подобных?
Как у них управлять затвором в таких приложениях для получения минимального выброса при переходных процессах?

[ADOWWW]

--- чоппер надо сначала "раскочегарить" на заданный ток, а потом переключить ток на лазер, и по окончанию импульса перехватить ток чопппера с лазера и плавно чоппер погасить. Так что там еще пара коммутирующих элементов после чоппера просится.
---

К сожалению набросок схемы на работе, не могу его сейчас привести. Я поставил там мощный ИГБТ закорачивающий чопперы на линейку из нескольких мощных диодов, с гарантированно низким падением напряжения ,
чтоб исключить эмиссию основного лазера. Включал бы чоппер раньше, а выключал позже. Сам бы импульс формировался именно этим ИГБТ. У меня есть несколько готовых драйверов по топологии степ-даун, можно
поэксперементировать с ними, на предмет отработки алгоритма и корекции всяческих бросков токов.
Но честно говоря, привлекает идея сделать весь БП компактным. Поскольку источник этих 200В - сам по себе немаленького размера. Если действительно делать прямоход с нуля, то получается вполне конкурентноспособно.
И при успехе, можно будет думать о серии.

У меня уже есть готовая схема двухфазного ККМа на 3кВт, дополню её косым мостом, его я всячески успел "погрызть".
Надо будет проработать схему стабилизации тока по выходу и элементами формирования импульса, то что описывал выше.

Что скажите ? Или лучше всё же к двухтактным топологиям обратиться? У меня есть кое какой опыт в пушпулах, но на низкие напряжения.
Не знаю, будет ли "комильфо" применить его на 400В питания, всё же большие выбросы на транзисторах. Хотя есть 1200В карбиды.
Мощные снабберы конечно ухудшат КПД, но это не главное в ТЗ.
Может есть у кого схемы уже работающих устройств, для ознакомления , так сказать.

Кто-нибудь использовал в лазерных драйверах не кучу мосфетов в ТО-247, а парочку мощных индустриальных типа semikron semitrans SKM111 SKM121 и подобных?

Я пока не использовал, но тот драйвер , с которого я привёл картинку 150А, именно так и сделан. Управляется оптронными драйверами. Схемы к сожалению нет.

ffilin я что то подобное уже предусмотрел. Лазер для для прямого использования. Медицина.
Бюджет самого проекта ограничен только рамками разумности, срок пара месяцев. До нового года надо что-то "родить".
Имеет значение, помимо собственно ТЗ, размер и конечная стоимость готового БП. Для конечной стоимости решающее значение имеет количество ручного труда.
Т.е. если можно избежать применения громоздких радиаторов, транзисторов ТНТ, изоляционных прокладок и т.д. и различных конструкционных извратов, то надо это сделать.

[ffilin]

ADOWWW

чтобы использовать распространённые диоды шотки в чёпере на 150в
тебе нужно снизить входное напряжение до 120В.

синхронное выпрямление не нужно, т.к. выиграш в КПД дельта пси, а гемороя добавит порядочно.

если фронты не важны (не лазерная дальнометрия) можно управлять напрямую фногофазником,
т.е. просто включать и выключать его.

датчик тока на базе датчика холла SS495A, он менее инерционен чем ACS712ELCTR.

Формул для расчёта Step-down и многофазника предостаточно, думаю приводить не нужно.

Единственное увеличив L снизишь пульсации но затянешь фронты, Уменьшив L наоборот.

Сообщение отредактировал ffilin - Oct 22 2017, 17:41

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ADOWWW]

ffilin, на счёт входного, я не против его уменьшить. Но во первых, я выигрываю в токе.
Во вторых, дело в том, что при отборе энергии напряжение на конденсаторах буфера будет падать. И намного выгоднее увеличить
напряжение, нежели ёмкость. Зависимость то квадратичная.
Но согласен, есть чисто технические нюансы. До 200В проще подобрать элементы.
Нужна меньшая индуктивность дросселя. Отсюда уменьшение размеров и возможность использовать
готовые моточные. Например такой дроссель от Wьrth Elektronik

Вы собирали эту схему на рассыпухе ?

[ffilin]

ADOWWW

нет, полностью схему на расссыпухе не собирал, но отработал узлы схемы в разных своих разработках.

Делал разработку преобразователя на 115В 400Гц для питания авионики (гироскопов, радиовысотомера).
Она Состояла из DC-DC источника 27V-->160V, без защит. потом шимом нарезал синус DC-AC. При чём там была как раз схема ограничения тока, каждый импульс запускал тригер, а если было превышение тока в индуктивности тригер сбрасывался и отключал полевой транзистор. Так я защищал источник и ключи от К.З. на выходе. Токи в тех схемах были не большие по этому измерял резистором.
DC-AC источник на вх 27в на выходе 115В 400Гц

Схема с датчиком тока на SS495 применял в источнике с регулируемым выходным током на базе TL494, до 30А.

Многофазник по этой схеме не не собирал. Но думаю сложностей не будет. Токи очень хорошо, (в отличии от напряжений), складываются. В принципе можно сделать не многофазник, а несколько автономных источников тока, только в многофазнике пульсации будут меньше.

Теоретически на некоторых режимах многофазника (так называемых полючах с кратными вх-вых напряжениями), пульсации тока будут равны 0, при чём в независимости от величины индуктивности, главное не уходить в режим разрывных токов.

Всё таки лучше снизить напряжение ниже 150В, иначе намучаетесь с диодами. SiC диоды маломощные, а кремневые p-n из-за рассасывания зарядов будут греться. Приличные кремневые диоды шотки есть на напряжение менее 150В.

Можно сделать трансформаторную схему и делать ток их ~220V или ~380V. поставив после трансформатора два моста на диодах шотки, но понадобятся дополнительно ещё 8 силовых трансморматора, которые практически всё время будут выключены.

По этому оптимальнее всего сделать входной AC-DC на 120V

Какие ограничения по пульсациям тока? какие ограничения по фронтам нарастания и спада тока?

[ffilin]

импульсы могут быть длинной до 400мс, но ток около 50А
200А до 25мс частота повторения до 10Гц.

частота до 10Гц это период 100мс, то есть при 50А (длительность 400мс) будет постоянный ток?

[ADOWWW]

частота до 10Гц это период 100мс, то есть при 50А (длительность 400мс) будет постоянный ток?

10Гц, относится не к этой строчке.
Зависимость частоты импульсов, тока и длительности импульсов сведены в таблицы, для каждого вида диодов разные.
Работа только импульсная. Мощность всегда не более 3кВт, это есть в первом сообщении.
Пусть Вас не смущают импульсы, предполагается сделать универсальный БП, на разные типы диодов.
Форма импульса должна быть не хуже той, скриншот которой я выкладывал ранее.

[ffilin]

если использовать дроссель на 3,3мкГн, то частота step-down будет порядка 150КГц
(по методике Б.Ю. Семёнова).

скорость нарастания тока в дросселе такая же или выше чем на осциллограмме(0,5мс).

дроссель

если нужно получить КПД 85%, делать синхронное выпрямление нет смысла
(Uвых 50В, на диоде менее 0,8В потеря в КПД менее 2%).


точность 2% можно достигнуть:
1. увеличивая количество фаз, при 50 фазах на всех режимах работы(кроме прерывистых токов) получим 2%
2 снижать амплитуду пульсаций тока в каждом канале step-down:
2.1 увеличивая индуктивность (но снизится крутизна фронтов)
2.2 увеличивая частоту переключения (начнёт сказываться инерция, если делать с обратной связью по току).

сочетание всех предыдущих способов.

[Ydaloj]

все запаслись попкорном и ждут развязки сюжета

внесём коррективы у ffilin:
Вход 200В
Выход 50В 50А, частота 150кГц, индуктивность дросселя 3,3мкГн.

Но вот незадача... ток дросселя макс. будет 85А, поэтому дроссель по ссылке от ffilin увы, не подходит, ни по макс.току, ни по нагреву, ни по дельта L.

если нужно получить КПД 85%, делать синхронное выпрямление нет смысла
(Uвых 50В, на диоде менее 0,8В потеря в КПД менее 2%).

У источника 50В 50А при КПД 85% потери будут 450Вт. Их 4. На возвратный диод в этой схеме приходится примерно половина потерь. Действительно, зачем делать синхронное выпрямление? Киловаттом и лабораторию отапливать можно...

продолжайте.

[ADOWWW]

Не люблю я эти американизмы... лучше уж семечек погрызть.

Только небольшая коррекция вводных.
Питание 2х48В - 96В
Каналов - 8
Ток на канал - 30А
Частота - 400кГц
Транзистор
Диод
Дроссель
Датчик тока

[Herz]

Если будет интерес в моём личном участии,
ваша контора поможет нам (мне и моим трём детям) в переезде (имиграции) в Германию?

PS
Радиотехникой занимаюсь со второго класса школы с 1988г
Был в Германии в 2000г, по стипендии Эйлера, жалею что не остался.

Пожалуйста, такого рода вопросы задавайте в Личке.

[ffilin]

То что напряжение снизили это очень правильно,
электролиты поставьте LOW-ESR, по больше длинненьких,
охлаждение лучше и индуктивность выводов меньше.

Частоту до 400 кгц

транзистор BSB165N15NZ3 150V 16,5мОм не лучшее решение
диод IDM10G120C5 1200V 10А не годится
дроссель 3,3 мкГн 30Аср, (60А амплитуд 30%) пойдёт.
Датчик тока в SO8 для токов 30А не лучшее решение, тем более он медленный.

диод 30А ср 150В 60CPQ150
транзистор 30А ср 5мОм 150В IRFP4568

Вообще лучше не смотреть на некие мега токи транзистора, диода. Смотри зону разрешённой работы, сопротивление канала, корпус. Чтобы там не писали в рекламках PDF ТО-220 держит 20А? ТО-247 30А, и то его нужно будет впаивать под самые утолщения в выводах.
SO-8 лучше вообще в схемы с такими токами не ставить.

На счёт дросселя не чего плохого не скажу, там макс ток зависит от того как его будешь обдувать, естественно если не загонять сердечник в насыщение и не превышать плотность тока выше чем у плавкого предохранителя.

датчик тока поставь ACS758LCB в нормальном корпусе типа ТО-220,
тот в SO-8 в пример привёл чтобы ты его не ставил.

На частоте 400КГц пульсации будут тока 12А в каждом канале при среднем токе в канале 30А. Пульсации на выходе многофазника 12/8=1,5А в худшем случае, в близи полюсов будут вообще близкие к нулю.

Драйверы полевиков выбрали? 400КГц это не шутка.
Я бы поставил самопальные на базе последовательно соеденённой 74АС шустрой логики запитав её от 6В гальваническую развязку 6N137 10МГц оптрон, нужно схему набросаю.

Почему не хотите датчик тока на базе датчика холла SS495, SS496 ?

[_gari]

просю разъяснить, откуда следует, что этот дроссель способен работать на 100 В на частоте 400 кГц?

[FMC]

Задача же тривиальная, вы о чем? Такие источники много кто уже делает, 50В, 200А это ни о чем, время нарастания и спада получаются около 50мкс и 25мкс соответственно, спада никакого нет, при таких длительностях импульс получается прямоугольным, могу даже завтра для примера осциллограмки снять на готовом источнике в этих режимах!

[ADOWWW]

ffilin, транзистор предложенный Вами достаточно медленный, да и корпус 247. Конечно половинное RdsON вещь хорошая, но не это определяющее ?
Диод почему забраковали ? 10А он при 150 градусах. Или карбит по каким то параметрам не подходит ?

Вот еще пример транзистора в приемлимом корпусе
Или такой

Датчик тока буду посмотреть, были у меня проспекты от одной фирмочки, очень шустрые были. Найду , выложу.
Холловский датчик, думаю не лучшее решение. Монолитный намного надёжнее и точнее в повторяемости.

По поводу драйвера, таки да. 400кГц не мало, но и не много. Применю быстрый цифровой оптрон и повторитель на двух транзисторах.
Эта схема у меня работает на многих конструкциях.

_gari, Калькулятор Вюрта обещал.
Его младший брат стоит у меня в драйвере светодиода, качает мне 80В/2А из 12В
Там частота 500кГц.

Набросал схему драйвера.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ffilin]

ADOWWW
Диод не понравился пяткой,
она почти под 1V, 1200В обратного не нужно, смысл уходить ниже 150В был исключительно чтобы использовать кремневые диоды шотки 60CPQ150 и им подобные у них пятка 0,4В. Потом температура, она редко бывает +25гр. скорее под +80гр.

Потом нужен запас по току при дросселе 3,3мкГн и среднем токе 30А пульсации тока на частоте будут 12А. То есть всё в притык. это касается и транзисторов и диодов А запас нужен по току и по напряжению 0.7 мин.

попробуй драйвер на логике, с выключением в - они у меня за 50нс транзисторы с логическими уровнями переключали (IRL2505,IRL2910итд). там 0,2А с ножки логики получить можно при питании 6в. Этого ни в одном pdf нет.

2А это не ток, при превышении тока 10А начинаются другие эффекты, которых ты, если не работал с ИИП более 10А ещё не щупал.
В основном связанные с наводками помех от переключения на схемы управления, выбросами напряжений при переключении.
Оптроны в этих случаях сильно помогают. Я ставлю в драйверах 6N137 фирмы Fairchild, 150МГц логику 74AC14, немного спасает.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_Sergey_]

Набросал схему драйвера.

Силовой полевик в каком корпусе?
Какой у него будет ток?

[iliusmaster]

там 0,2А с ножки логики получить можно при питании 6в. Этого ни в одном pdf нет.

Радиолюбители, они такие любители негарантированных режимов, это, наверное, врожденное. Вот сгорит лазерная голова стоимостью в несколько тысД, тогда вспомните ту экономию....

[ADOWWW]

@там 0,2А с ножки логики получить можно при питании 6в. Этого ни в одном pdf нет.@
Радиолюбители, они такие любители негарантированных режимов, это, наверное, врожденное. Вот сгорит лазерная голова стоимостью в несколько тысД, тогда вспомните ту экономию....

Эт точно... Катушек мельниченко мне точно не надь )))

_Sergey_, думаю применить один из тех, что в ссылках давал. СМД корпуса, токи до 40А

ffilin, применение каких либо "нетрадиционных" способов исключено. Как и варианты извращённого монтажа 247-х корпусов.
Только "фен-шуй" и не шага в сторону. ))

Что такое "пятка" у диода ? Я не понял сленга.
Есть много быстрых диодов, на карбиде свет клином не сошёлся.


Но всё же применить синхронный было бы желательно. Я параллельно думаю над этим вариантом.
Да и драйвер надо упростить. Есть полно буспретных драйверов для полумоста, из которых наверняка можно выбрать подходящий.

Вот например 120В 4А драйвер для полумоста

Электролиты Low ESR

колектор не подключён к 0V

да, надо поставить резистор

Зы.

в нормальную страну

Везде хорошо, где нас нет... (с)

[ffilin]

ADOWWW Я был в Германии в 2000г, так что могу сравнить.

По поводу драйверов и транзисторов посмотри отношение емкостей затвор исток GS и затвор сток GD,
они будут выступать как делитель напряжения при включении выключении. Из-за этого в полумосте синхронного выпрямителя может протекать сквозной ток. По этому в мосты-полумосты загоняю напряжение на выкл. транзисторе в минус.

видео на эту тему

пятка диода, это падение напряжения в прямом включении на малых токах.
Зависит от материала диода фактически это энергия рекомбинации носителей заряда, меньше у германиевых 0,3в, потом кремнивые шотки 0,4в, потом кремниевые 0,7в ...

SiC это всё таки для высоковольтных приложений.

По "феншую" можно сделать и на микросхемах - специализированных драйверах, поставив для развязки шустрый оптрон.

Пришли элементы для моего многофазника АТХ, поеду заберу.

[Ydaloj]

снова вставлю 5 копеек:

попробуй драйвер на логике, с выключением в - они у меня за 50нс транзисторы с логическими уровнями переключали (IRL2505,IRL2910итд).

1. Не надо вводить людей в заблуждение - у IRL2505 время запирания 160нс, при указанных в ДШ условиях. Возможно, у вас этот транзистор управлял светодиодом, тогда может быть и 50нс. Но не в 30-амперных приложениях.
2. По моим расчётам: 5 резисторов по 43 Ом в параллель при питании 6В - ток затвора не будет выше 0,7А. Тогда, управляя двумя IRL2505, мы получим времена отпирания и запирания 180нс, что на токе 30А, частоте 400кГц и напряжении на транзисторе 50В даст потери на переключение около 200Вт. А если лог.элементу вздумается выдать на выход не 6В, а 5... то с током затвора полампера мы перешагнём через рубеж 300Вт (по 150 ватт потерь с кристалла)

iliusmaster негарантированных режимов???
тоже самое говорили про лавинный режим транзистора.

В век, когда космические корабли бороздят просторы вселенной, мы делаем драйвер затвора на логических элементах и куче рассыпухи. FAN3122 со своими 9 амперами нервно курит в сторонке.

[Ydaloj]

ADOWWW, мне в своё время очень нравился CSD19531KCS, у него хорошие динамические х-ки, жаль корпус 220 и напряжение 100В всего. Работали в сетевом двухстадийнике 24В 12А, на синхронном выпрямлении. Красавцы.

[ADOWWW]

Ydaloj, я в сообщении #49 привёл пару ссылок. Первый из них то же очень приятный

[_gari]

да, надо поставить резистор

не ... не поможет

[ADOWWW]

не ... не поможет

Отбросьте эти сомнения коллега, резистор наше всё !

[_gari]

там буфер питается от 5в, а пытается запереть +15,
пробивное обратное БЭ порядка 5-6в, а у полевиков обратные диоды .....
в общем... не изобретайте лисапед

[ADOWWW]

_gari, да, на счёт 5 вольтового оптрона, косяк ) , но я применю нормальный драйвер.
Вобще, хочу синхронник сделать. У Линеара есть несколько подходящих контроллеров.
Да и если на рассыпухе собирать, возьму драйвер для полумоста. На прошлой странице приводил #54.

[khach]

Коллеги, совет- если нужен источник питания лазера,то не пытайтесь делать первичный источник. Берите готовый телекоммуникационный 48в, который регулируется до 56в штатно. Если этого не хватает ( для импульсника) ставьте два телекоммункационных последовательно- у них силовые минусы отделены от корпуса в большинстве случаев ( надо уточнить конечно по документации). В крайнем случае прийдется городить гальваноразвязанный интерфейс управления. Получите 2х48=96В, 20А, вполне достаточно
И сертийикацией для медицины в случае покупного блока намного меньше проблем, но тут уж прийдется индустриальный импульсник сертифицированный покупать.

[pokos]

Коллеги, совет- если нужен источник питания лазера,то не пытайтесь делать первичный источник. Берите готовый ...

Поддерживаю всеми жабрами своей души!

[ADOWWW]

Коллеги, совет- если нужен источник питания лазера,то не пытайтесь делать первичный источник. Берите готовый телекоммуникационный 48в, который регулируется до 56в штатно. Если этого не хватает ( для импульсника) ставьте два телекоммункационных последовательно- у них силовые минусы отделены от корпуса в большинстве случаев ( надо уточнить конечно по документации). В крайнем случае прийдется городить гальваноразвязанный интерфейс управления. Получите 2х48=96В, 20А, вполне достаточно
И сертийикацией для медицины в случае покупного блока намного меньше проблем, но тут уж прийдется индустриальный импульсник сертифицированный покупать.

Все верно, потому и всплыло сначала 200В питания. Их есть у меня. ))
Но поскольку спустились до 100-150 , то 3х48 самое то. Ну или 2х48.

[ffilin]

ADOWWW определился с микросхемой управления многофазным step-down ?

[ADOWWW]

ADOWWW определился с микросхемой управления многофазным step-down ?

Да, буду собирать два варианта. На четырёх LTC3779 в параллель и многофазник на цифре, типа того, что Вы предлагали.
Входное возьму 96В (2х48/1500Вт) Посмотрю, что получится компактнее и стабильней.
LTC3779 скоро придут на демобортах , включу параллельно и протестирую. Для цифры ищу быстрый датчик тока, связался с SensiTec.
У них есть нужные датчики, На следующей неделе придут. Параллельно тестовую плату развожу.
Но скорее всего сроки отодвигаются, у меня будет больше времени, да и рутина есть, ежедневная. То же надо делать...

[ffilin]

ADOWWW
LTC3779 это Buck-Boost Controller с включением дросселя в мост из полевых транзисторов
Для вашей задачи достаточно step-down т.е. полумоста.

Свой многофазник буду делать на цифре, это аналог TL494, если его делать на аналоговой рассыпухе(источники тока, конденсаторры, генераторы линейных напряжений...), то при тиражировании будет нужно каждый настраивать чтобы выровнять пилы, или ставить элементы с малым разбросом, а это не удобно и не технологично.
По этому решил делать на цифре, вместо ГЛИН двоисный счётчик, вместо компаратора схему сравнения... потом схему можно будет зашить в плис.

Сейчас у детей каникулы по этому на неделю решили съездить отдохнуть в провинцию, в Мичуринск, на родину так сказать.
Здесь в школе, в которой я учился, преподавал физику Черенков, тот самый который открыл эффект Вавилова-Черенкова, за что получил нобелевскую премию.
эфект вавилова-черенкова
А школу назвали в честь одного из 1,5К героев советского союза. В РФ сейчас приоритете военная пропоганда, вместо науки и техники, что крайне не приятно.
Извиняюсь за офтоп.

Вернусь в Москву продолжу макетировать свою схему и частями выкладывать в интернет.

[ADOWWW]

...
Вернусь в Москву продолжу макетировать свою схему и частями выкладывать в интернет.

Успехов Вам

[_gari]

https://www.youtube.com/watch?v=pzM8Y98Ihr0

[ADOWWW]

_gari

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_gari]

ADOWWW, прошу прощения, не знал, что вы тоже Федя

[Ydaloj]

Да, буду собирать два варианта. На четырёх LTC3779

absolute maximum ratings
Input Supply Voltage (VIN).......................150V to –0.3V

В опасные игры играть желаете, месьё. Малейший выброс - и пшшшшш

а если вход 100-вольтовый делать, то сколько ж надо телекомовских источников запараллелить?

и зачем вам бакбуст со своими потерями на четырёх ключах, если в вашей схеме вход никогда не будет ниже выхода?

[khach]

а если вход 100-вольтовый делать, то сколько ж надо телекомовских источников запараллелить?

и зачем вам бакбуст со своими потерями на четырёх ключах, если в вашей схеме вход никогда не будет ниже выхода?

Конечно же два 48-56В источника, только не параллельно, а последовательно. Вот только гальваническая развязка цепей управления и мониторинга обязательно нужна ( как оказалось после детального исследования схемотехники). И это включение как бы не совсем по спецификации выходит, т.к источники обычно только параллелятся в телекоме.
Может для этого и бакбуст, чтобы включать источники только параллельно на 48-56В выхода, а недостающее напряжение до 55-60 в поднимать многофазным бустом?

[gte]

Конечно же два 48-56В источника, только не параллельно, а последовательно. Вот только гальваническая развязка цепей управления и мониторинга обязательно нужна ( как оказалось после детального исследования схемотехники). И это включение как бы не совсем по спецификации выходит, т.к источники обычно только параллелятся в телекоме.

Скорее совсем не по спецификации, по крайней мере я не нашел обратного среди не китайских. Может кто подскажет.
Видимо дело в том, что большинство таких источников SELV (PELV) и последовательно допустимо соединять только источники до 24В.

[ADOWWW]

Правомерностью последовательного включения озаботился сразу, как в процессе обсуждения возникла идея снизить питание.
Вопрос о последовательном включении задал представителю Атесин, он подтвердил возможность последовательного включения до суммарного напряжения 500В.
Это справедливо и для модульных питателей. Для развязки системы мониторинга и управления советуют использовать оптроны. Вобщем ничего особенного.
Уверен, что и источники других фирм можно подключать последовательно. Что в принципе я и не раз проделывал. Правда не для серии.


_gari, не, я не Федя )))

[khach]

он подтвердил возможность последовательного включения до суммарного напряжения 500В.
Вобщем ничего особенного.

В документации на телекоммуникационные источники можно найти допустимое напряжение изоляции между выходной цепью и землей. Обычно это 500-700В. Настолько можно каскадировать.
Но там не все так просто- бывают колебательные процессы в каскаде на переходных режимах нагрузки, надо изолировать двунаправленный RS485. Поэтому buck-boost архитектуру тоже имеет смысл рассматривать, если не хватает всего 5-10 в. Хотя народ для транспортных зарядников успешно форсажил телекоммуникационные источники до 70, а то и 100В с переделкой вторичной цепи, но это уже колхоз.

[ADOWWW]

Диод у меня 50В максимум.

[khach]

Диод у меня 50В максимум.

Вот если бы он был 42В, то и проблем бы не было - 48В телекоммуникационник был бы с запасом. Можно конечно попробовать уложится в 56в, но там запасы очень узкие. А так просится плавающий 48В на подставке 12В с линейным регулятором. Вот только при плавающем 48В в режиме QCW очень важна проходная емкость плавающего источника. А она может быть очень разной, в зависимости от конструкции трансформаторов и фильтров.

[ADOWWW]

Вдвое большее питание уменьшит ёмкость накопительных конденсаторов.
А линейный стабилизатор думаю лишнее.
Один готовый, правда старый, 48В/100А распотрошил, для информации так сказать, там накопительные емкости на 500В, питаются косым мостом, потом стоит чёппер однофазный.
Кольцо знатное, намотанно лентой, транзисторов 10 штук в параллель.

[Corner]

Сделать чемодан (360х360х105, 7х7х10000х100В) конденсаторов, заряженных до 72 В, и от него многофазник. Вопрос размеров и стоимости ТС не заострял.
А для 72 В на сотни кВт оборудования море.

Сообщение отредактировал Corner - Nov 8 2017, 00:23

[Corner]

Вдвое большее питание уменьшит ёмкость накопительных конденсаторов.
А линейный стабилизатор думаю лишнее.
Один готовый, правда старый, 48В/100А распотрошил, для информации так сказать, там накопительные емкости на 500В, питаются косым мостом, потом стоит чёппер однофазный.
Кольцо знатное, намотанно лентой, транзисторов 10 штук в параллель.

ККМ на косом мосту? Впервые слышу. Дурацкая схема, если и вправду так сделано. ККМ эффективен без гальванической развязки. А после него уже можно трансформатор и полный мост. А Вам еще после придется многофазник. Через трансформатор с такими фронтами 2% не обеспечить, как ни крути. И выходит три ступени преобразования: ККМ, Чоппер 1/Мост, Чоппер многофазный 2. И тут мне сомнительно, что это сильно меньше, чем чемодан конденсаторов на 100 В. Поскольку, все равно нужен чемодан конденсаторов вдвое меньше и на 500 В.
Я бы не мутил и остановился бы на 2 ступенях с 72 В в промежутке. При такой емкости ККМ уже не потребуется.

[ADOWWW]

Corner, там ККМ вообще нет. Вы о чём ? Конденсаторов там 6х 1000мкФ/500В

[Corner]

Corner, там ККМ вообще нет. Вы о чём ? Конденсаторов там 6х 1000мкФ/500В

По Джоулям конденсаторы проходят. Если поставить 10 штук вместо 6, за 25 мс разрядятся где то на 1/3. Но Вам же нужно еще и точность обеспечить? Еще один стабилизатор потребует еще батарею конденсаторов.

[Corner]

В общем, точный расчет показывает, что для прямого преобразования от сети 220 В 50 Гц потребуется:
- 16х1000 мкФ конденсаторы (нужно 13, но 20% усушка/утряска);
- 6 - ти фазный stepdown с частотой работы 125 кГц;
- 6 дросселей по 750 мкГн на 35 А;
- 6 ключей на 50 А;
- система цифрового управления на частоту 75 МГц с быстрыми компараторами тока.
При расчетах принята скорость нарастания/спада не более 0,5 мс. Если нужен более быстрый фронт спада, то число фаз надо увеличивать или заряжать индуктивности и потом переключать на лазер. Напряжение на конденсаторах в момент включения 300 В. Напряжение на лазере порядка 50 В. ККМ не предусматривался. С ККМ характеристики будут получше, но габариты вырастут еще в 1,5 раза.
Пульсации тока при 200 А не превысят 500 мА, но для этого потребуется калибровка режимов.
Схема с 8 фазами не даст почти никаких улучшений относительно 6, кроме больших габаритов. Соотношение напряжения накачки к напряжению отдачи равно 5. Если с ККМ заряжать конденсаторы до 400 В, то можно перейти на 8 фаз . Тогда пульсации упадут до 360 мА и можно уменьшить число конденсаторов до 12. Выйдет 8 дросселей по 1 мГн.

Сообщение отредактировал Corner - Nov 8 2017, 20:52