Помогите с разработкой изолированного DC/DC, Input +9...+36V, Output +12V, 4,2А Опции

[Baroohtash]

Уважаемые форумчане!
Прошу вашей помощи.
Передо мной встала задача в разработке DC/DC:
Изолированный;
Вход +9...+36В;
Выход +12В, 4,2А;
Высота конвертора - не более 27 мм.
Главное требование - дешевизна.
Посоветуйте в выборе топологии и (если возможно) в выборе промышленного трансформатора, легкодоступного в РФ и зарубежом.


P.S.
На данный момент использую ULE-12/4.2-D24:
http://www.murata-ps.com/cgi-bin/cd4power....ct/View/8910026
этот модуль не устраивает:
- большой ценой (1550 руб);
- диапазоном входных напряжений (+18...+36В).

[jonifer2010]

16-75 вольт DPA426 - на сайте указаны производители трансов - меньше 16 вольт надо ставить отдельный регулятор для питания микросхемы

Сообщение отредактировал jonifer2010 - Dec 1 2010, 16:30

[Serg SP]

При таком интервале входного напряжения не пришлось бы прибегнуть к двойному преобразованию: бустер с выходным напряжением 36 Вольт а далее, если требуется гальваноразвязка, обратноход. Можно и прямоход. В принципе, напряжение низкое, можно даже пуш-пул. Думаю, это будет самым недорогим решением.

[Microwatt]

Я бы прямоход однотранзисторный попробовал если с развязкой. Правда, скоммутировать ампер 12-14 нужно аккуратно.
Ну и посмотрел бы осмысленно на 9-36, не поддаваясь слепо рекламным стандартам. Уже 10-35 гораздо легче сделать.

[orion9]

Push-Pull на UC3856, запускается от 8В

или на TL494, правда к ней драйвера придется добавить

[Прохожий]

Push-Pull на UC3856, запускается от 8В

или на TL494, правда к ней драйвера придется добавить

И не только драйвера.

[egorr]

Передо мной встала задача в разработке DC/DC:
Изолированный;
Вход +9...+36В;
Выход +12В, 4,2А;
Высота конвертора - не более 27 мм.
Главное требование - дешевизна.
Посоветуйте в выборе топологии и (если возможно) в выборе промышленного трансформатора, легкодоступного в РФ и зарубежом.

Baroohtash
Задачу надо ставить конкретнее.
Не указали ограничения по длине,ширине,диапазон нагрузок,допустимый рипл (вдруг Вы там релюхами щёлкаете,а управление запитано от вторичных ИП),нужна ли гальваническая развязка,КПД ...
Если ориентироваться на характеристики муратовского БП + входное 10...36В,то,однозначно,бустер (с доп. питанием драйвера) на повышение до 40 Вольт,а вниз полумост.

[Прохожий]

Если ориентироваться на характеристики муратовского БП + входное 10...36В,то,однозначно,бустер (с доп. питанием драйвера) на повышение до 40 Вольт,а вниз полумост.

И не забыть унитаз с пропеллером...
Решение уже было...

Я бы прямоход однотранзисторный попробовал если с развязкой. Правда, скоммутировать ампер 12-14 нужно аккуратно.
Ну и посмотрел бы осмысленно на 9-36, не поддаваясь слепо рекламным стандартам. Уже 10-35 гораздо легче сделать.

В принципе, и обратноход можно попробовать...

Сообщение отредактировал Прохожий - Dec 2 2010, 17:52

[Microwatt]

В принципе, и обратноход можно попробовать...

Да оно-то можно, но...
Вы в режиме непрерывных токов его освоили? Хм, стыдно, но у меня так и не получилось.

[Прохожий]

Да оно-то можно, но...
Вы в режиме непрерывных токов его освоили? Хм, стыдно, но у меня так и не получилось.

У меня получилось с входным ~220 В (узкий диапазон), но понравилось не сильно.
Лучше - критический режим...
Или непрерывный, где наклон составляет не менее 50% от амплитуды.
А однотактный прямоход, думаю более предпочтителен в данном случае...
Другой компот, что с однотранзисторным вариантом может не получиться.
Токи уж больно большие...

[asdf]

Если ориентироваться на характеристики муратовского БП + входное 10...36В,то,однозначно,бустер (с доп. питанием драйвера) на повышение до 40 Вольт,а вниз полумост.

Нет, как ни странно по совокупности, вниз дешевле мост-хлопушка - на все 5 корпусов SO8, два трансформатора и один дроссель + многослойка, влазим в размеры Murata и в 15-20$ .
Ну можно еще пару SO8 для синхронного выпрямителя (если очень хочется кпд поднять)

[Прохожий]

мост-хлопушка - на все 5 корпусов

Это кто?

[asdf]

Это кто?

Нерегулируемый преобразователь - электронный трансформатор.

[Прохожий]

Нерегулируемый преобразователь - электронный трансформатор.

А стабилизируем потом что ли?

[asdf]

А стабилизируем потом что ли?

Нет, в повышающем на входе, обратную связь через оптрон на него и заводим.

[Прохожий]

Нет, в повышающем на входе, обратную связь через оптрон на него и заводим.

А может быть это перерасход деталей?

[asdf]

А может быть это перерасход деталей?

Дело не в перерасходе, а в уменьшении стоимости.
дросель в режиме неразрывных токов, трансформатор управления и силовой - чистый меандр (по длительностям), из-за малых пульсаций- минимальные емкости, транзисторы по полдоллара за пучек , естественное ограничение выходного тока кз, небольшой диапазон регулирования по обратной связи для оптрона (фактически обратная связь должна компенсировать только просадку/подъем выходного напряжения на выходных диодах и обмотках трансфоратора) итд

[Прохожий]

Дело не в перерасходе, а в уменьшении стоимости.

+ к этому дорогущая плата и повышенная стоимость пайки хреновой горы транзисторов.
А трансформаторы? Два вместо одного? и дроссель...

[Microwatt]

Нет, в повышающем на входе, обратную связь через оптрон на него и заводим.

Если я правильно понял, Вы предлагаете бустером повысить напряжение выше 36 вольт и потом нерегулируемый преобразователь?
Двойное преобразование всегда плохо. А топология бустер-нерегулируемый двухтактник не защищена от коротких замыканий. Да и с устойчивостью такой структуры (два преобразования - одна петля ОС) могут быть проблемы.
Повышать перед "хлопушкой" лучше бы бакбустом, а это неважное использование дросселя... Короче, задачка не так уж проста. КПД неважный получается...
Очень низкое входное и широкий диапазон.
Можно было бы бустером до 20-36 диапазон свести, у него еще приличный КПД будет, а дальше однотактный прямоход с диапазоном, развязкой и перегрузками справится. Но деталей.... И SOIC8 на 36 вольтах проблематично. Вроде 80-вольтовые есть, а 100-вольтовых я что-то не встречал.
Стартер не хочет пояснить откуда 9-36 диапазон? Только потому что так губернский землемер делает, или реально такое питание?

[asdf]

+ к этому дорогущая плата и повышенная стоимость пайки хреновой горы транзисторов.
А трансформаторы? Два вместо одного? и дроссель...

Действительно, самое дорого здесь многослойная плата для трансформаторов и дросселя - целых 2-3 бакса (если ориентироваться на муратовский типоразмер). Плюс десяток ELP14 по 30 центов комплект.
Вы ни как не поймете, что за удовольствие гонять в прямоходах и обратноходах разрывные токи 12-14А, да еще при выбросах до 50-60В, придется платить намного больше - в повышенной энергетике, а значит и стоимости, дросселей, трансфоматоров, емкостей, диодов и транзисторов - в этих топологиях практически нет ни одного элемента, энергоемкость которого не была бы завышена в 2-3 раза - это принципиально.
В этом же варианте при нормальной реализации не будет разрывных токов больше 2А.
А дроссель со своей энергией, но уже в зависимости от топологии в 2 раза большей или в 2 раза меньшей, по любому, будет присутствовать в любой схеме - либо как дроссель-регулятор - либо как интегрированный в трансформатор дроссель-накопитель.
По поводу трансформаторов - два или один, Вам что мотать вручную? Они же делаются на плате.

Двойное преобразование всегда плохо.
А топология бустер-нерегулируемый двухтактник не защищена от коротких замыканий.
Да и с устойчивостью такой структуры (два преобразования - одна петля ОС) могут быть проблемы.

Для данного случая это не очевидно. Сравните потери в схеме с одним преобразованием при токах 11-12 А и с двойным преобразованием при токах 1.5-2А.
Дело в том, что нет необходимости ставить большие фильтровые емкости после повышающего преобразователя, перед хлопушкой, поэтому ограничение тока во входном преобразователе и будет ограничивать ток кз. Если бы не большая стоимость схем управления, то по хорошему, входной повышающий не нужен, повышение можно было бы делать коммутацией моста с перекрытием включений.
А петли ОС все равно две - одна полноценная по входу и вторая вспомогательная, с малым диапазоном, по выходу.

[Microwatt]

Для данного случая это не очевидно.
Дело в том, что нет необходимости ставить большие фильтровые емкости после повышающего преобразователя, перед хлопушкой, поэтому ограничение тока во входном преобразователе и будет ограничивать ток кз. .
А петли ОС все равно две - одна полноценная по входу и вторая вспомогательная, с малым диапазоном, по выходу.

Согласен, что тут пока все неочевидно, можно несколько вариантов проработать. Да. и ЕЛП хочется и прочее сразу напечатанное... пробовать нужно.
Да, с двумя петлями ОС такая система хорошо работает, пробовал.
Но вот по поводу ограничения тока кз... Я просто не понял чего-то? . Бустер (повышающий преобразователь) ведь никакого тока ограничения не имеет. Там после источника диод последовательно стоит и все. Топология принципиально не ограничивает ток нагрузки, какую емкость фильтра не ставь. "Хлопушка" тоже.

[asdf]

Но вот по поводу ограничения тока кз... Я просто не понял чего-то? . Бустер (повышающий преобразователь) ведь никакого тока ограничения не имеет. Там после источника диод последовательно стоит и все. Топология принципиально не ограничивает ток нагрузки, какую емкость фильтра не ставь. "Хлопушка" тоже.

Да, в этом недоразумении виноват я. Особенность ограничения тока имеют две топологии с повышающим преобразователем - двухтранзисторная типа косого полумоста и повышающая относительно, например, плюса питания. Есть еще третья - квазирезонансник с повышающим дросселем, но она идеальна либо для малоизменяющейся нагрузки либо для токовой.
С такой топологией сейчас делаем сетевые блоки для питания светодиодов. Естественная фазовая коррекция на полумосте автоматически получается начиная от нескольких Вт.

[tyro]

Особенность ограничения тока имеют две топологии с повышающим преобразователем - двухтранзисторная типа косого полумоста и повышающая относительно, например, плюса питания. Есть еще третья - квазирезонансник с повышающим дросселем, но она идеальна либо для малоизменяющейся нагрузки либо для токовой.

А несколько постов выше обсуждавшийся обратноходовой?

[asdf]

А несколько постов выше обсуждавшийся обратноходовой?

Конечно тоже, но сейчас речь шла о повышающем в режиме неразрывных токов - т.е. о снижении рабочего тока через ключ и дроссель раза в 2.

[Baroohtash]

Спасибо всем откликнувшимся.
Внимательно слежу за веткой.
Несколько сложновато в среде слэнга: "мост-хлопушка", "8soic"... в общих чертах понятно, но хотелось бы доскональней. Много вопросов. Часть из них можно решить пошуршав в интернете, но слэнг лишает такой возможности.
Поэтому, если не сложно, на первых порах постарайтесь оперировать общепринятыми названиями. Спасибо.

asdf
Интересное предложение использовать трансформаторы на печатной плате. Интригует. Довелось повертеть в руках распиленный импульсник, аналог упомянутого muRata. Двенадцать слоёв платы под катушкой впечатлило... Не знаю, смогут ли сделать столько слоёв наши патрнёры, производящие платы. Выясню. Кстати, КПД у пиленого модуля - 92%.

Microwatt
По поводу входного диапазона.
Он перекрывает два интервала: для +12 В питания и +24 В (судовое оборудование).
Можно ли разделить, сделав 2 модуля (каждый на каждый поддиапазон) -не уверен.
Такое входное напряжение, действительно, сложилось исторически. В начале недели полистаю требования, переговорю с начальством. Возможно, задача упростится.

[Прохожий]

Возможно, задача упростится.

Это вряд ли...
Это не только судовое оборудование, но и промавтоматика.
А Ваш диапазон - новый тренд. Все рванули именно туда...
Кто не успеет, тот опоздает.

....

Определенная правда в Ваших аргументах имеется. Но.
Трансы на ПП имеют смысл только при сверхмассовом призводстве.
В противном случае они стоят немалых денег.
Многослойная плата с дырками под сердечники - стоит значительно дороже, чем без них.
Замена одного транзистора пачкой таковых опять же стоит денег, если монтаж не автоматический.
А он рентабелен только при опять же массовых сериях.
В нашей стране ручной труд - прямой убыток.
Стоимость транзисторов и конденсаторов сопоставима.
Ведь никто не запрещает мне поставить их пачку, но подешевле...
Чтобы получить желаемые плотности токов через компоненты.

[Microwatt]

По поводу входного диапазона.
Он перекрывает два интервала: для +12 В питания и +24 В (судовое оборудование).
Можно ли разделить, сделав 2 модуля (каждый на каждый поддиапазон) -не уверен.
.

Так сделайте два стандартных диапазона 9-18 и 18-36. 18-36 сделать будет относительно просто уже. А 9-18.... ну, во всяком случае, намного легче, чем 9-36. Вполне возможно, что плата будет одной, общей, только компоненты по таблице вариантов исполнения устанавливать.
Уверен, что универсальности всегда требуют люди, не понимающие во что она обходится. Или они вполне готовы 24-слойные платы проплачивать?

[halfdoom]

Так сделайте два стандартных диапазона 9-18 и 18-36.

Полностью поддерживаю. Два диапазона заметно упростят разработку. Если т.з. позволяет, то 9 вольт лучше подвинуть немного вверх.

[Baroohtash]

Друзья, спасибо за помощь!
В результате, требования на БП изменены - разделены на 2:
1) Вход +18...+36В; выход +12В, 4,2А
2) Вход +9...+36В; с выходом всё не так однозначно, как у первого, но по мощности будет слабее. Этот вариант БП потребуется позже, а по сему, давайте, отложим про него до поры.

Как мне кажется, №1 - это прямоходовой преобразователь, в режиме неразрывных токов.
Минимальная нагрузка будет - около 150 мА, максимальная - около 3,8 А (включается передатчик на несколько миллисекунд).

А с трансформатором совершенно не понятно:
у нас маленькие партии изделий (несколько десятков в год, и то - слава Богу и менеджерам). Порядки - как в армии: инициатива наказуема, т.е. кто предложил нестандартный компонент, тот его и мотай. Перспектива ручной намотки трансов для серии изделий меня несколько повергает в уныние. А ещё больше пугает - могут передать нашу разработку "за бугор", вот тогда как мне изъясняться про вручную намотанные трансы?... Поэтому, вижу для себя два варианта:
а) подскажите, где можно поискать стандартные изготавливаемые серийно трансы;
б) попробовать применить планарный трансформатор. Парни, ткните меня в толковую литературу по ним, дабы прикинуть возможность изготовления.
Может, заблуждаюсь? Мужики, поделитесь, у кого какие мнения?

[Microwatt]

Как мне кажется, №1 - это прямоходовой преобразователь, в режиме неразрывных токов.
Минимальная нагрузка будет - около 150 мА, максимальная - около 3,8 А (включается передатчик на несколько миллисекунд).

А с трансформатором совершенно не понятно:
у нас маленькие партии изделий (несколько десятков в год, и то - слава Богу и менеджерам). Порядки - как в армии: инициатива наказуема, т.е. кто предложил нестандартный компонент, тот его и мотай. Перспектива ручной намотки трансов для серии изделий меня несколько повергает в уныние.
а) подскажите, где можно поискать стандартные изготавливаемые серийно трансы;
б) попробовать применить планарный трансформатор. Парни, ткните меня в толковую литературу по ним, дабы прикинуть возможность изготовления.

Прямоходовик работает только в режиме непрерывных токов. За это его все и уважают.
Трансформаторов придется мотать два. Один силовой, второй - ТТ. Для таких напряжений это относительно простые моточные и за день вручную на колечках можно намотать всю Вашу годовую программу. Даже один менеджер за месяц справится, если каждый раз раскладку пасьянса заменять намоткой 25 витков.
Стандартных трансформаторов вменяемой конструкции и цены для прямоходов нет.
Можете , конечно, поискать планарные. Кому-то кажется, что проблем с ними меньше. Для Вашей серийности планарный трансформатор нужно очень внимательно оценить по всем позициям. Очень дорогие и постоянные поставки негарантированы. С полки дома их никто не даст. А "под заказ" на 36 недель от 500шт....

[halfdoom]

Стартер не хочет пояснить откуда 9-36 диапазон? Только потому что так губернский землемер делает, или реально такое питание?

Народ действительно хочет "странного". Аккурат под новый год принесли заказ на небольшую линейку маломощных DC-DC с диапазоном входного напряжения 12-56В.

[Wano]

Чтоб не создавать новых спрошу в этой теме.

Слепил по стандартной схеме на UC2844 DC-DC флай частота 100кГц 18-36В в 12В 2,5А
Прикинул транс по формулам и добил калькулятором лысого.
Я так понял необходимо сделать так, чтобы при минимальном напряжении и максимальной нагрузке сердечник не входил в насыщение. Время накачки при этом должно быть равно максимально возможному = ~50% от периода. Вроде при этом рабочие токи будут самыми низкими для данной частоты и сердечника.

Греется всё. Проще перечислить, что не греется Как не пытался эффективность лучше 80% не выходит. Варианты : в качестве измерителя тока поставить трансформатор тока; для запитки микрухи сделать отдельную обмотку, чтобы не использовать стабилизатор; перемотать транс максимально толстым проводом. Может какие 2-3% ещё добавятся.

Разобрал от эпоксидки Chinf-у и обнаружил прямоход. У них КПД 88-90%. Это особенность обратноходовых, невысокий КПД на низких напряжениях? Или чтобы дальше поднимать эффективность нужно очень глубоко копать?

[halfdoom]

Я так понял необходимо сделать так, чтобы при минимальном напряжении и максимальной нагрузке сердечник не входил в насыщение.

Сначала определяете пиковый ток и индуктивность первички исходя из максимально требуемой запасенной энергии при Vinmax и Poutmax, а уже затем подбираете сердечник.

Это особенность обратноходовых, невысокий КПД на низких напряжениях?

В общем да, пиковый ток через ключ у обратноходового и прямоходового преобразователей отличается почти в два раза, соответственно потери больше. Кроме того, отдавать 1 вольт на датчик тока при 9.5А пиковых и низком входном напряжении весьма расточительно.

[Microwatt]

Прямоход в этом случае несомненно выигрывает по КПД.

[gumet]

Вход +9...+36В;Выход +12В, 4,2А;

Гальванику и типы полупроводов не рисую, т.к. это дело вкуса и возможностей разработчика. ШИМ контроллер UC1845 без прорисовки цепи питания и запуска. Трансформатор на К28X16X9 с зазором 2мм.


Сообщение отредактировал gumet - Jan 7 2011, 07:35

[halfdoom]

Гальванику и типы полупроводов не рисую...

Все правильно, только верхний вывод R240 лучше на out, а то циклы могут заканчиваться преждевременно.

[gumet]

верхний вывод R240 лучше на out, а то циклы могут заканчиваться преждевременно.

Я так не думаю. А вот параметрический канал ОС от Uвх, будет полезен.