Выбор топологии и контроллера: нестабилизированный 48->16В 50Вт, Изолированный, нестабилизированный, с мягким переключением Опции

[arhiv6]

День добрый. У копании Vicor есть линейка модулей семейства ВСМ (Bus Converter Modules) — нестабилизированных (выходное напряжение в n раз меньше входного) импульсных DC/DC-преобразователей с гальванической развязкой. За счет мягкой коммутации (ZCS/ZVS) имеют КПД ~98%. Появилась необходимость сделать себе нечто подобное. Требования: нагрузка 40...50Вт, вход 36...72В, выход 12...24В (т.е. трансформация 1:3), максимальный КПД. Вопросы:
1) Какая топология подойдет лучше всего? Я пока присматриваюсь к полумостовой, с переключением при нулевом напряжении.
2) Управление - по идее необходимо фиксированное переключение на частоте резонанса, обеспечить dead time ключам + по хорошему-бы обеспечить soft start. Т.к. в наличии есть IRS2795, макет планирую собрать на ней, только не заводить обратную связь, но, возможно, есть более подходящие контроллеры?
Заранее спасибо за ответы.

[Herz]

А как насчёт пуш-пулл?

[Oxygen Power]

Для правильной работы IRS2795 необходима ОС.

[arhiv6]

Herz, а какие он даст преимущества? Я его отсеял по следующим соображениям: за вторичной обмоткой потребуется диодный мост, что даст ~3-4% потерь. А в случае полумоста можно будет использовать синхронный выпрямитель с 2мя N-канальными полевиками, что даст гораздо меньше потерь. Глупость написал. Можно же во вторичке так же 2 обмотки сделать.
Oxygen Power, почему? Судя по даташиту достаточно посадить на землю резистор, от величины которого обратно пропорционально будет зависеть частота. Вот цитата из даташита:

RT: Oscillator timing resistor This pin provides a precise 2V reference and a resistor connected from this pin to COM defines a current that is used to set the minimum oscillator frequency. To close the feedback loop that regulates the converter output voltage by modulating the oscillator frequency, the phototransistor of an optocoupler will be connected to this pin through a resistor. The value of this resistor will set the maximum operating frequency. An R-C series connected from this pin to COM sets frequency shift at start-up to prevent excessive energy inrush (soft-start).

+ еще цитата с форума:

Поигрался с IRS27951S - оказалась удивительно приятная штука и совсем не такая страшная, как казалось вначале. Самое приятное - удобная отладка, особенно если вместо оптрона подключить просто потенциометр - можно посмотреть все разонансы, поиграться с дросселями, конденсаторами и т.д.

Сообщение отредактировал arhiv6 - Mar 29 2014, 09:06

[нищеброд]

1) Какая топология подойдет лучше всего? Я пока присматриваюсь к полумостовой, с переключением при нулевом напряжении.
2) Управление - по идее необходимо фиксированное переключение на частоте резонанса, обеспечить dead time ключам + по хорошему-бы обеспечить soft start. Т.к. в наличии есть IRS2795, макет планирую собрать на ней, только не заводить обратную связь, но, возможно, есть более подходящие контроллеры?
Заранее спасибо за ответы.

Контроллер подойдёт любой двухтактный. Я этот преобразователь называю электронный трансформатор. Для мягкого переключения надо обеспечить мёртвое время(1мкСек) и холостой ток 3А.

[Myron]

День добрый. У копании Vicor есть линейка модулей семейства ВСМ (Bus Converter Modules) — нестабилизированных (выходное напряжение в n раз меньше входного) импульсных DC/DC-преобразователей с гальванической развязкой. За счет мягкой коммутации (ZCS/ZVS) имеют КПД ~98%. Появилась необходимость сделать себе нечто подобное. Требования: нагрузка 40...50Вт, вход 36...72В, выход 12...24В (т.е. трансформация 1:3), максимальный КПД. Вопросы: 1) Какая топология подойдет лучше всего? Я пока присматриваюсь к полумостовой, с переключением при нулевом напряжении. 2) Управление - по идее необходимо фиксированное переключение на частоте резонанса, обеспечить dead time ключам + по хорошему-бы обеспечить soft start. Т.к. в наличии есть IRS2795, макет планирую собрать на ней, только не заводить обратную связь, но, возможно, есть более подходящие контроллеры? Заранее спасибо за ответы.

1. Вот Апп-ноте.
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1160.pdf

2. Без ОС работать не будет, гарантирую. Если только не поместите все в идеальные условия и при одой стабильной нагрузке.

3. Непонятна цель работы:
- Cделать меньше габаритами, чем у Vicor-а.
- Сделать лучше КПД чем у Vicor-а.
- Cделать дешевле чем у Vicor-а.
- Cделать свое, российское.
- Все выше перечисленное или любая комбинация.

Только при четкой цели можно посоветовать что-то путное. А так - Vicor.

[нищеброд]

2. Без ОС работать не будет, гарантирую. Если только не поместите все в идеальные условия и при одой стабильной нагрузке.

Вот нагрузка в 10 раз меньше - работает.

[Starichok51]

резонансный преобразователь обязан работать с ОС. в зависимости от нагрузки ОС меняет частоту преобразователя.
преобразователи без ОС, работающие на фиксированной частоте, называются квазирезонансные.
соответственно, они имееют ряд недостатков. и один из основных недостатков - как уже упоминал Myron, требование постоянства нагрузки.

[arhiv6]

Возможно я ошибаюсь, но разве разве ZCS/ZVS не подразумевает наличие резонанса? Вот, структурная схема одного такого модуля:

Полумост, последовательный LC контур между транзисторами и трансформатором, обратной связи нет.
нищеброд, благодарю, посмотрю.
Myron - сделать что-то сравнимое, но под требуемые напряжение и мощность.
Starichok51, спасибо, пойду читать про квазирезонансные источники.

[W^W]

IRS27952 прекрасно работает в квази полумосте на частотах 300-350 кГц с разной нагрузкой без ОС.
Единственное, не мог нормально ее запустить повторно с высоким напр. и после шунтирования питания самой МС. Частота пуска 620 кГц.
Для повторения нечто похожего на модуль Викор - нужно планарные трансы внедрять.

Сообщение отредактировал Herz - Mar 30 2014, 02:46

[Myron]

IRS27952 прекрасно работает в квази полумосте на частотах 300-350 кГц с разной нагрузкой без ОС. Единственное, не мог нормально ее запустить повторно с высоким напр. и после шунтирования питания самой МС. Частота пуска 620 кГц.

Вот-вот, единственное то, единственное это... Вы это каждому заказчику объяснять будете при массовом производстве? Или собираетесь впендюрить пару штук и успокоиться?

[W^W]

Вот-вот, единственное то, единственное это... Вы это каждому заказчику объяснять будете при массовом производстве? Или собираетесь впендюрить пару штук и успокоиться?

Причем тут это? Работает прекрасно и без ОС, чтоб не заблуждались. А пуски (первый отличный) - это не из этой оперы, я не стал разбираться, просто было интересно ВЧ попробовать, не более.

Сообщение отредактировал W^W - Mar 30 2014, 05:23

[Starichok51]

IRS27952 прекрасно работает в квази полумосте на частотах 300-350 кГц с разной нагрузкой без ОС.

микосхема-то будет работать в квази режиме, ей все по фигу. а вот что будет твориться на выходе с разной нагрузкой...

[W^W]

микосхема-то будет работать в квази режиме, ей все по фигу. а вот что будет твориться на выходе с разной нагрузкой...

Тю, и что ж творится на выходе с разной нагр?

[thickman]

резонансный преобразователь обязан работать с ОС. в зависимости от нагрузки ОС меняет частоту преобразователя.
преобразователи без ОС, работающие на фиксированной частоте, называются квазирезонансные.
соответственно, они имееют ряд недостатков. и один из основных недостатков - как уже упоминал Myron, требование постоянства нагрузки.

Для термина "квазирезонансный преобразователь" нет строгого определения. Пмсм, в резонансном преобразователе, в отличие от квазирезонансного, накопленная в реактивных компонентах энергия передается в нагрузку. В квазирезонансных часть энергии тоже перелопачивается между реактивными компонентами, но лишь для того, чтобы сформировать безопасную траекторию переключения с минимальными динамическими потерями в силовых ключах. Под такое определение не попадает резонансный прямоходовой однотактный преобразователь, я не знаю по какой причине его обозвали квазирезонансным.
Резонансный преобразователь, работающий на фиксированной частоте, может не требовать постоянной нагрузки, более того, даже вариация частоты вполне допустима, вообще без каких либо последствий для внешней характеристики.

Сообщение отредактировал thickman - Mar 30 2014, 11:41

[Herz]

Резонансный преобразователь, работающий на фиксированной частоте, может не требовать постоянной нагрузки, более того, даже вариация частоты вполне допустима, вообще без каких либо последствий для внешней характеристики.

О, это интересно. И посмотреть бы, как ему это удаётся.

[Oxygen Power]

О, это интересно. И посмотреть бы, как ему это удаётся.

И мне интересно. thickman, по возможности выложите результаты экспериментов.

Сообщение отредактировал Oxygen Power - Mar 30 2014, 12:55

[thickman]

О, это интересно. И посмотреть бы, как ему это удаётся.

Очевидно, что при работе преобразователя точно на резонансной частоте последовательного контура суммарное напряжение на этом контуре равно нулю, при любой нагрузке. Это значит, что контур не оказывает какого либо влияния на внешнюю характеристику. При перекачке энергии из резонансной индуктивности в емкость возможна пауза. Несмотря на заниженную частоту преобразователя, суммарное напряжение на резонансном контуре может быть равным нулю, в любой момент времени, даже на переменной нагрузке. Это возможно только в том случае, если пауза начинается на момент полного вывода энергии из резонансной индуктивности.
Подробнее почитать можно в книге Мелешина, Овчинникова "Управление транзисторными преобразователями электроэнергии" 2011г, стр99. Там же приведены практические результаты. В книге, пмсм, упущены некоторые важные моменты. Например, не показано негативное влияние тока перемагничивания трансформатора на внешнюю характеристику, также на приведенной в книге схеме не приняты меры для исключения сквозного тока через внутренние диоды ключей при перегрузке преобразователя.

Сообщение отредактировал thickman - Mar 31 2014, 03:31

[Herz]

Очевидно, что при работе преобразователя точно на резонансной частоте последовательного контура суммарное напряжение на этом контуре равно нулю, при любой нагрузке.

Что значит при любой нагрузке? Реактивные составляющие импеданса нагрузки не оказывают влияния на резонансную частоту контура?

[thickman]

Что значит при любой нагрузке?

Под "любой нагрузкой" имеется ввиду работа в диапазоне от холостого хода до некоторого номинального значения, подразумевается резонансный преобразователь с последовательным резонансным контуром, нагрузка к контуру подключена тоже последовательно, через силовой трансформатор и выпрямитель конечно же. Внешне схожую структуру имеет популярный нынче LLC-преобразователь. Выходной фильтр такого преобразователя обязан начинаться с конденсатора, причем величина этой емкости, приведенная на первичную сторону, должна быть много больше резонансной емкости.

[Myron]

Под "любой нагрузкой" имеется ввиду работа в диапазоне от холостого хода до некоторого номинального значения, подразумевается резонансный преобразователь с последовательным резонансным контуром, нагрузка к контуру подключена тоже последовательно, через силовой трансформатор и выпрямитель конечно же. Внешне схожую структуру имеет популярный нынче LLC-преобразователь. Выходной фильтр такого преобразователя обязан начинаться с конденсатора, причем величина этой емкости, приведенная на первичную сторону, должна быть много больше резонансной емкости.

Под "любой нагрузкой" имеется ввиду работа в диапазоне от холостого хода до коротыша на выходе с последующим автоматическим восстановлением нормальной работы при снятии закоротки

[Starichok51]

да уж, про короткое замыкание правильно замечено...
чем и хорош нормальный резонансник, что он не боится короткого.

[_gari]

так и thickmanа не боится

режим кз-нагрузка
зелетый - ток нагрузки
красный , синий -токи ключей

выбросы и нарастания тока нагрузки вызваны выходной емкостью, о которой писал thickman

Сообщение отредактировал _gari - Apr 1 2014, 12:24

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Oxygen Power]

Все таки поясните подробнее эти осциллограммы. В каких точках схемы проведены эти измерения?

Сообщение отредактировал Herz - Apr 2 2014, 04:52

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[_gari]

голубой 5В - нагрузка 0,03 Ом
голубой 0в - нагрузка 1,5 Ом
зеленый- ток нагрузки

что тут еще можно пояснить, право слово, не знаю
----------------------------------

режим хх-нагрузка (3к-1,5 Ом)

зеленый - напряжение на нагрузке
красный, синий -токи ключей
голубой - переключатель нагрузки

т.е. на двух картинках показаны все возможные варианты нагрузок (3к-0,03 Ом)

Сообщение отредактировал _gari - Apr 1 2014, 16:11

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Oxygen Power]

А схема где?

Сообщение отредактировал Herz - Apr 2 2014, 04:51

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[_gari]

thickman, по возможности выложите результаты экспериментов.

вот так всегда.......
По схеме все вопросы к первоисточнику

[thickman]

По схеме все вопросы к первоисточнику

Да, лучше Мелешина я не расскажу В упомянутой выше книге есть схема, расчеты, результаты моделирования, результаты экспериментов.

Перечитал первый пост. КПД в 98% - оч. серьезное требование, пожалуй, больше всего подходят топологии с мягким переключением в нуле напряжения, и с синхронным выпрямителем.

[нищеброд]

А схема где?

Был бы тут гиратор он бы показал бы примерно такую картинку .

[Oxygen Power]

Был бы тут гиратор он бы показал бы примерно такую картинку .

В вашей схеме и полученных осциллограммах похоже на правду, чего нельзя сказать о вложениях _gari.

[_gari]

наверно это тоже неправда, Oxygen Power

голубой - мощность в нагрузке
сиреневый - напряжение на нагрузке
зеленый - ток нагрузки
красный, синий - токи ключей

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Oxygen Power]

_gari, теперь похоже на правду.
Скажите, каким способом вы стабилизируете выходные параметры, если в "резонанснике" нет ОС?

[_gari]

ОС, они бывают разные.
В понравившемся вам варианте задающий гена посложнее простого гены предыдущего варианта и имеет не одну ОС, впрочем, можете сами убедиться

Эскизы прикрепленных изображений