Фовард: вход 12 вольт, выход - 0-300 вольт, 30 ватт, КАК??? Опции

[Vldmr]

Столкнулся со следующей проблемой:
Требуется разработать импульсный источник с регулируемым напряжением на выходе, 0-300 вольт.
Проблема заключается вот в чём: если требуегтся чтобы дроссель выходного фильтра работал в непрерывном режиме, значит его величина должна быть порядка
Пусть частота преобразователя - 100кГц

Индуктивность= Usec*Toff/Imin = 300*(10^-5)/(10^-3)=3 Гн

Usec - напряжение на вторичке, в нашем случае - 300 В
Toff - Время, когда входные ключи закрыты, у нас в худшем случае 1/f переключения=10^-5 с
Imin - минимальный ток нагрузки. Хотелось бы 0, но придётся воткнуть на выход хотя бы источник тока 1 мА, на нём будет рассеиваться в худшем случае 0,3 Вт

Итого - слишком большая индуктивность в выходном фильтре.
Как решить проблему?

Сообщение отредактировал Vldmr - Apr 4 2008, 08:45

[vlvl@ukr.net]

Может быть задаться условием обеспечения потребителя достаточной мощностью, для начала.

[wim]

Столкнулся со следующей проблемой:
Требуется разработать импульсный источник с регулируемым напряжением на выходе, 0-300 вольт.
Проблема заключается вот в чём: если требуегтся чтобы дроссель выходного фильтра работал в непрерывном режиме, значит его величина должна быть порядка
Пусть частота преобразователя - 100кГц

Индуктивность= Usec*Toff/Imin = 300*(10^-5)/(10^-3)=3 Гн

Usec - напряжение на вторичке, в нашем случае - 300 В
Toff - Время, когда входные ключи закрыты, у нас в худшем случае 1/f переключения=10^-5 с
Imin - минимальный ток нагрузки. Хотелось бы 0, но придётся воткнуть на выход хотя бы источник тока 1 мА, на нём будет рассеиваться в худшем случае 0,3 Вт

Итого - слишком большая индуктивность в выходном фильтре.
Как решить проблему?

Как вариант, есть топология преобразователя - двухтактный каскад, питаемый током (по-буржуйски current-fed). В этом случае дроссель ставится на первичной стороне, соответственно, его индуктивность меньше (пропорционально коэффициенту трансформации в квадрате). Но даже в этом случае она будет великовата. А, если не секрет, - с чем связано такое жёсткое требование по непрерывному режиму токов в дросселе?

[Vlas]

Столкнулся со следующей проблемой:
Требуется разработать импульсный источник с регулируемым напряжением на выходе, 0-300 вольт.
Проблема заключается вот в чём: если требуегтся чтобы дроссель выходного фильтра работал в непрерывном режиме, значит его величина должна быть порядка
Пусть частота преобразователя - 100кГц

Индуктивность= Usec*Toff/Imin = 300*(10^-5)/(10^-3)=3 Гн

Usec - напряжение на вторичке, в нашем случае - 300 В
Toff - Время, когда входные ключи закрыты, у нас в худшем случае 1/f переключения=10^-5 с
Imin - минимальный ток нагрузки. Хотелось бы 0, но придётся воткнуть на выход хотя бы источник тока 1 мА, на нём будет рассеиваться в худшем случае 0,3 Вт

Итого - слишком большая индуктивность в выходном фильтре.
Как решить проблему?

а зачем Вам непрерывный ток дросселя?

[LVV]

а зачем Вам непрерывный ток дросселя?

Я бы ещё добавил:
а зачем обратноходовому дроссель ( в полном понимании этого отдельностоящего девайса слова)?
А ведь, судя по условию задачи, хотя оно и некорректно составлено, именно он и нужен...

[Vldmr]

Вообще я уже думаю, что стоит решать задачу именно выбором топологии обратноходового преобразователя. Но тут есть неприятность - просто так в питерском чип-дипе нужный сердечник для транса не купить, нет в наличии. А под пуш-пул, полумост и другие фовард-топологии пойдёт любой сердечник из подходящего материала.

Требование непрерывности тока дросселя выходного фильтра в фовард-топологии вызвано проблемами устойчивости. Честно говоря, сам не совсем понимаю какими именно, просто это то, о чём написано в книгах "Power Supply Cookbook" M. Brown и "Switching power supply design" Pressman.
Вообще-то я раньше успешно делал импульсные преобразователи push-pull с регулируемым напряжением на выходе совсем без выходного фильтра и цепей компенсации, на выходе, естественно, присутствовала "пила", часто даже малозаметная. Вот теперь решил освоить проектирование "как надо", возникли такие вот непонятки.

"The first step is to determine the minimum inductance needed for the output,
This value represents the minimum value for the inductance, below which the
core will empty of flux at the minimum rated load current for that output." - Power Supply Cookbook

Я бы ещё добавил:
а зачем обратноходовому дроссель ( в полном понимании этого отдельностоящего девайса слова)?
А ведь, судя по условию задачи, хотя оно и некорректно составлено, именно он и нужен...

А в чём заключается некорректность задачи, я что-то нужное не указал?

[LVV]

А в чём заключается некорректность задачи, я что-то нужное не указал?

В том, что от нуля - не получится. Во всяком случае, простотыми методами.

Нестабильность напряжения? пульсации?

Сердечников у вас в Питере - пруд пруди.
От "советских" до магнетикса. Куда уж лучше...
Можно только позавидовать.

[Vldmr]

В том, что от нуля - не получится. Во всяком случае, простотыми методами.

Нестабильность напряжения? пульсации?

Да, действительно, вы абсолютно правы. Пусть будет от 30 вольт.
Нестабильность напряжения: 1%(не слишком ли строго? Не уверен.)
Пульсации - 1 мв пик-ту-пик . Опять не уверен, не слишком ли строго.

[Stanislav]

Да, действительно, вы абсолютно правы. Пусть будет от 30 вольт.
Нестабильность напряжения: 1%(не слишком ли строго? Не уверен.)
Пульсации - 1 мв пик-ту-пик . Опять не уверен, не слишком ли строго.

Простите, но, мне кажется, сама постановка задачи была неверна, отсюда и непонятки.
Обратноходовик от 0 до 300 В сделать теоретически можно. Только по схемотехнике сетевых ИБП - с дросселем-трансформатором. Но не нужно: мощь требуемую обеспечить будет сложно в широком диапазоне напряжений.
Поэтому, по поводу топологии рекомендую двухтактный полумост с трансом и дросселем на вторичной стороне (мост - получче будет, но и посложнее).
Далее, поясните, что значит "30 Вт"? Это расчётная мощность ИБП во всём диапазоне напряжений (30-300 В)? Или нужно всё-таки её обеспечить при максимальном входном напряжении? А, может, нужно иметь нагрузочную способность по току не менее заданной величины?
Если не трудно, сформулируйте требования к ИБП более грамотно (уж простите ). Желательно описать и потребитель (нагрузку) по возможности более полно. Иначе рассчитывать на дельный совет было бы верхом оптимизма...

а зачем Вам непрерывный ток дросселя?

Присоединяюсь к вопросу.

ЗЫ. А, вот же. Простите, не дочитал:

...Требование непрерывности тока дросселя выходного фильтра в фовард-топологии вызвано проблемами устойчивости. Честно говоря, сам не совсем понимаю какими именно, просто это то, о чём написано в книгах "Power Supply Cookbook" M. Brown и "Switching power supply design" Pressman.

Всё не так. С непрерывным током дросселя обеспечить устойчивость пропорциональной (не релейной) системы регулирования гораздо сложнее, чем с прерывистым.

...Вообще-то я раньше успешно делал импульсные преобразователи push-pull с регулируемым напряжением на выходе совсем без выходного фильтра и цепей компенсации, на выходе, естественно, присутствовала "пила", часто даже малозаметная. Вот теперь решил освоить проектирование "как надо", возникли такие вот непонятки.

Вам дроссель во вторичной цепи кроме транса нужен.
А я бы, вообще-то, залудил, скорее всего, резонансник.

Сообщение отредактировал Stanislav - Apr 4 2008, 19:43

[Vldmr]

Попробую дополнить условия задачи:
Не менее 30 Ватт во всём диапазоне напряжений(30-300 Вольт).
Нагрузка: любая, блок питания лабораторный - подключаться будет разное. Но скорее всего нагрузка будет иметь чисто резистивный характер.

Всё не так. С непрерывным током дросселя обеспечить устойчивость пропорциональной (не релейной) системы регулирования гораздо сложнее, чем с прерывистым.

А что это такое? Простите, я просто не сталкивался с такими терминами.

Кстати, вы правы относительно тока дросселя. Автор Power Supply Cookbook, похоже, ошибся дважды, когда писал главу про фильтры в топологиях типа фовард и в главе, в которой приводятся примеры проектирования ИБП.
На самом деле в Прессмане написано, что непрерывный ток дросселя важен лишь в тех случаях, когда со вторички снимаются несколько напряжений. Важен потому, что напряжения на вторичках перестают быть стабилизированными когда дроссель перестаёт работать в непрерывном режиме. Теперь стало всё понятно. Автор запутался сам и запутал меня

Я подумываю теперь о push-pull топологии. На таких мощностях, наверное, сердечник из-за разбаланса в насыщение не войдёт, если я полевые транзисторы в качестве ключей буду использовать, а витков вторичной обмотки понадобится в 2 раза меньше, чем в полумосте. Что скажете?

Кстати, что именно мешает флайбэку иметь 30 ватт во всём диапазоне выходных напряжений? Большой ток вторички при низких напряжениях?

Резонансник не хочу делать, опыта нет, страшновато. Можно начать и увязнуть.

[Vlas]

В том, что от нуля - не получится. Во всяком случае, простотыми методами.

Нестабильность напряжения? пульсации?

Сердечников у вас в Питере - пруд пруди.
От "советских" до магнетикса. Куда уж лучше...
Можно только позавидовать.

эпкосовских должно быть дофига(попозже вспомню, кто из Питера приезжал нам их впаривать)

Всё не так. С непрерывным током дросселя обеспечить устойчивость пропорциональной (не релейной) системы регулирования гораздо сложнее, чем с прерывистым.

Вам дроссель во вторичной цепи кроме транса нужен.

система становится инертной, насколько я понимаю проблему. Появляются фазовые сдвиги в петле регулирования. Единственное достоинство непрерывного тока дросселя - низкие пульсации тока, а следовательно, малая составляющая тока намагничивания, особенно это немаловажно для повышающих преобразователей. Но тем не менее 1 мА - это совсем круто.

Я подумываю теперь о push-pull топологии. На таких мощностях, наверное, сердечник из-за разбаланса в насыщение не войдёт, если я полевые транзисторы в качестве ключей буду использовать, а витков вторичной обмотки понадобится в 2 раза меньше, чем в полумосте. Что скажете?

Как по мне - пушпулл - оптимальная топология для преобразователей с низким входным напряжением. По сравнению с мостом - потери на ключах вдвое ниже (ключей-то вдвое меньше ). Напряжение на ключе вдвое больше по сравнению с мостом, но я уже сказал про низкие входные напряжения, и схема проще, тем более для таких мощностей.
Что касается разбаланса - он может появиться из-за рассогласования по длительностям открытого состояния в плечах. На своей практике (до 500 Вт, правда, сердечники эпкосовские) такого не встречал. Если совсем страшно - можно ввести контроль тока ключей.

[Herz]

Да, действительно, вы абсолютно правы. Пусть будет от 30 вольт.
Нестабильность напряжения: 1%(не слишком ли строго? Не уверен.)
Пульсации - 1 мв пик-ту-пик . Опять не уверен, не слишком ли строго.

А зачем задаваться идеальными характеристиками? Надо прежде всего понять, сколько достаточно. Разберитесь, на что эти пульсации будут влиять и Вы поймёте, что проблему можно решить проще, чем она выглядит сейчас.

Как по мне - пушпулл - оптимальная топология для преобразователей с низким входным напряжением. По сравнению с мостом - потери на ключах вдвое ниже (ключей-то вдвое меньше ). Напряжение на ключе вдвое больше по сравнению с мостом, но я уже сказал про низкие входные напряжения, и схема проще, тем более для таких мощностей.
Что касается разбаланса - он может появиться из-за рассогласования по длительностям открытого состояния в плечах. На своей практике (до 500 Вт, правда, сердечники эпкосовские) такого не встречал. Если совсем страшно - можно ввести контроль тока ключей.

Я бы тоже посоветовал, как основу, пуш-пулл, но current-fed, раз уж требуется регулировка в широких пределах выходного напряжения.

[Vldmr]

А чем current-fed лучше в плане регулирования выходного напряжения?

[Herz]

А чем current-fed лучше в плане регулирования выходного напряжения?

Дело в том, что потребуется изменения скважности работы ключей в широких пределах. Безопасней это делать в current-mode с точки зрения возможных перекосов.

[Vldmr]

Так... Всё посчитал. Осталась одна проблема:
Посоветуйте, пожалуйста, контроллер для push-pull с нормальным встроенным драйвером, voltage mode.
Моей привычной sg3525 в питере в рознице я не нашёл, только под заказ
Хочется спросить посетилилей форума, какие вы используете PWM контроллеры?
Какие лучше/удобнее/дешевле?

[андр]

Еще одна идея.
Генератор синуса, например на ОУ. Далее усилитель на аудиомикросхеме D-класса (например AD1994). Повышающий трансформатор, выпрямитель, обратная связь по напряжению в генератор на ОУ.