Прошу совета по выбору топологии источника питания с очень широким входом, Вход переменка или постоянка. Выход постоянка + 110AC. Мощность 1КВт Опции

[Flik]

Всем добрый день.
Прошу совета у опытных коллег. Выдали техзадание на блок питания мощностью около 1 кВт. Основная цель создания этого блока - источник питания с очень широким диапазоном входных напряжений.
По желанию заказчика изначально должна была быть возможость работать от 1фазного напряжения 110 или 220 VAC, от трёхфазного 220, 380 и 480, плюс к этому от постоянки от 12 до 600В. На выходе при этом должно получаться 24VDC - 20A, 12VDC - 20A, 5VDC- 20A и 110VAC - 2A. То есть суммарная мощность по выходу чуть больше киловатта.
На данный момент удалось договориться на изменение ТЗ до следующего.
На вход постоянного тока подаётся напряжение 12- 48 В. Более высокое постоянное напряжение подаётся через мосты входа для переменного тока. Переменка и однофазная и трёхфазная.

Пока я вижу себе этот источник питания следующим образом. Переменное напряжение подаётся на управляемый выпрямитель, потом из высокой постоянки делается промежуточная шина 48В постоянного тока. Соответственно постоянное входное напряжение 12- 48 подаётся напрямую на промежуточную шину. Из промежуточной шины +5 В делает Buck преобразователь, +12 и +24 buck-boost преобразователи. Из промежуточной же шины инвертор делает 110В переменки. Вопрос такой имеет ли право на жизнь такая идея?
И если с выходной схемотехникой есть хоть какое то понимание, то с входной частью проблеммы.
Подскажите пожалуйста по какой топологии предпочтительно строить первый каскад блока то есть AC/DC? По прикидкам с учётом КПД выходных преобразователей требуемая мощность AC/DC около 1500Вт при максимальной нагрузке. Обязательно ли на таких мощностях использование PFC или крайне желательно или без разницы?
И наверное самый главный вопрос - как организовать AC/DC с таким разбросом входных напряжений, подойдёт ли для этих целей управляемый выпрямитель построенный на трёхфазном полу управляемом мосте или есть более элегантное и правильное решение?
Да по ТЗ блок питания нужен без гальванической изоляции, но я думаю что делать такой мощности AC/DC без развязки как минимум неправильно, думаю что нужно AC/DC делать развязанный, а выходные buck boost уже без изоляции.

Помимо этого ещё требуется запихнуть всё это безобразие в корпус размером что то типа 112х90мм с неограниченой высотой b возможность водяного охлаждения и уложиться в 200$ по себестоимости. Но на эти утопические требования можно пока не смотреть, интересует вообще сама топология такого блока питания. потому как ресурсов на испытания типа купил посмотрел повертел попробовал естественно нет.

Надеюсь услышать дельные советы по топологии и обоснованную критику по параметрам блока.

[Plain]

По опыту, коммерчески заведомо провальное изделие.

[варп]

И без опыта очевидно - слишком много компромиссов... Насколько я понимаю - в профессиональной технике даже ОДИН компромисс - это уже, как правило, неприемлемо...
Несколько компромиссов может растянуть время проектирования до бесконечности и завести весь проект в тупик... А в итоге всё равно - дрянь получится...

[Flik]

Вот как раз бесконечного времени проектирования и нет. Вся загвоздка для меня как раз эти компромисы.
По хорошему я сам хотел бы это разделить на несколько частей, например вижу это примерно так. Модульная конструкция.
Первый блок это формирователь напряжения промежуточной шины 48В. На эту шину в слотах вставляются модули buck и buck-boost преобразователи. Модули преобразователей остаются неизменными, а первичных модулей делаю несколько, для работы от однофазной сети 90-270В, для работы от трёхфазной сети 380-480В и для работы от постоянки. И БП конфигурируется в зависимости от потребности. Но это уже получается не один импульсник, а 3 отдельных источника плюс 3 выходных преобразователя. И по большому счёту это получается 3 версии продукта серийно выпускаемого многими например Vicor'ом.

К сожалению на такое изменение ТЗ заказчики не идут. Поэтому приходится изобретать.

На сегодняшний день думаю что на входе будет PFC (топологию ещё не выбрал точно) DC/DC из 400В в 48 затем buck-boost на 24В и 12 В и buck на 5В. Можно было бы сделать напрямую с первого DC/DC 24В мощные и 2 понижающих на 5В и на 12В. Но тут получается проблемма с формированием 24В при питании блока от постоянного тока 12 - 48В.

Пока основная проблемма так и осталась основной - как совместить на входе PFC трёхфазное напряжение с однофазным? С 220В и 110В понятно, классическая схема удвоителя напряжения для 110, а как быть с 380?

[HardEgor]

Помимо этого ещё требуется запихнуть всё это безобразие в корпус размером что то типа 112х90мм с неограниченой высотой b возможность водяного охлаждения и уложиться в 200$ по себестоимости.

Я бы вначале сделал макет на модулях, т.е. купить отдельные модули выпрямитель 3ф380 с PFC, 300DC->48DC, 48DC->24DC и т.д., собрать из них устройство более-менее работающее по ТЗ. А потом уже думать.
Не очень понятно какой КПД требуется, а то получится что схемотехник сказал "у меня всё работает", а как конструктор будет всё упихивать и рассеивать - его не волнует

[Flik]

Я бы вначале сделал макет на модулях, т.е. купить отдельные модули выпрямитель 3ф380 с PFC, 300DC->48DC, 48DC->24DC и т.д., собрать из них устройство более-менее работающее по ТЗ. А потом уже думать.
Не очень понятно какой КПД требуется, а то получится что схемотехник сказал "у меня всё работает", а как конструктор будет всё упихивать и рассеивать - его не волнует

Да примерно так я на это и смотрю. Приглядываюсь к викоровским модулям в такой конфигурации Autoranging Rectifier Module -> 300DC ->24,12,5DC. Конструкторскую работу это облегчает очень сильно. Только модулями всё требование ТЗ не охватить. У именитых производителей просто нет и наверное не будет никогда модулей под такие хотелки заказчика.

КПД естественно чем выше тем лучше, и уже на этапе схемотехники я задумываюсь о габаритах и конструктивном исполнении, вполне вероятно что конструктором окажусь я же и пихать всё это буду сам увеличивать плотность энергии и использовать водяное охлаждение, но это всё потом, прежде чем упихивать и рассеивать нужно бы определиться что упихивать и сколько рассеивать.

[Herz]

По желанию заказчика изначально должна была быть возможость работать от 1фазного напряжения 110 или 220 VAC, от трёхфазного 220, 380 и 480, плюс к этому от постоянки от 12 до 600В. На выходе при этом должно получаться 24VDC - 20A, 12VDC - 20A, 5VDC- 20A и 110VAC - 2A.
...и уложиться в 200$ по себестоимости.

А нельзя ли послать такого заказчика по адресу, пока не поздно? Мне кажется, это был бы самый верный вариант, даже с учётом некоторых издержек. Ибо попытки удовлетворять абсурдные хотелки капризного заказчика кончаются плохо: потерей времени, сил и нервов. Если заказчик не готов даже к тому, чтобы БП был бы конфигурируемым под конкретные условия, то он явно неадекватен.

[Ydaloj]

однажды министр обороны СССР собрал всех главных по авиационным КБ и говорит - я хочу самолёт, чтобы летел на 100500 километров со скоростью 100500 км/ч и тащил на себе 100500 тонн боеприпасов, да ещё и без дозаправки. Все руководители КБ ему - в один голос - да как так можно - так не бывает - это несопоставимые требования - и т.д. А он говорит им - а мне пофигу, стране нужен такой самолёт, работайте. А через 3 года начинаются первые лётные испытания самолёта, превосходящего все заданные характеристики.

Было это вроде бы при Устинове, сам сюжет описан в одном из выпусков Ударной Силы.

согласится ли заказчик на модульную конструкцию из двух модулей, один из которых (преобразователь входного напряжения в напряжение шины) сменный?
было бы проще...
надо запитаться от 12-48 - воткнул адаптер с 12-48 в 48В
надо запитаться от 220 - воткнул адаптер с 220 на 48

а сам преобразователь из 48В во всё - постоянно штатный

собрать основной преобразователь и потихонечку допиливать сменные адаптеры...

[Yuri7751]

На сегодняшний день думаю что на входе будет PFC (топологию ещё не выбрал точно) DC/DC из 400В в 48 затем

Учтите, что при 480 входного PFC по традиционной boost схеме придётся делать вольт на 700. Что хреновато. Или строить не вполне традиционный buck-boost PFC, как делали для серверов IBM где-то было описание на ridley engineering).

а как быть с 380?

Во-во. Какое-то безумнгое ТЗ на мой вкус. Это UPS что ли?

[HardEgor]

КПД естественно чем выше тем лучше

Подозреваю что КПД у этой штуковины в худшем сочетании входных/выходных напряжение будет 70-80%. Чем шире диапазоны - тем хуже.

надо запитаться от 12-48 - воткнул адаптер с 12-48 в 48В
надо запитаться от 220 - воткнул адаптер с 220 на 48
а сам преобразователь из 48В во всё - постоянно штатный

В этом случае штатная будет корзина под два модуля - "входное в 48В" и "48В в выходное".

[Ydaloj]

HardEgor, модифицируем - "входное во что-то" и "что-то в выходное"

[Flik]

согласится ли заказчик на модульную конструкцию из двух модулей, один из которых (преобразователь входного напряжения в напряжение шины) сменный?
было бы проще...

собрать основной преобразователь и потихонечку допиливать сменные адаптеры...

Несколькими постами выше я как раз писал что мне бы этого хотелось, пытаюсь пропихнуть такой вариант 48 во всё остаётся всегда, а под конкретную задачу меняю входные модули.
Вход 220 понятно, вход 12-48 понятно, а вот PFC на 380 чего то меня смущает, да ещё если 480. Может просто на 3 фазах 380 и 480 без PFC обойтись? Для 3-х фаз мощность то не особо большая

Во-во. Какое-то безумнгое ТЗ на мой вкус. Это UPS что ли?

А вот даже не знаю что это, мне назначения блока узнать не удалось. вернее удалось. Примерно так блок с супер универсальными входами для питания всего. Я исполнитель и с заказчиком напрямую не общаюсь в этом проекте.
На данный момент у меня складывается впечатление что заказчик сам не понимает до конца что он хочет, а мне ж нормальное техзадание подавай с температурным диапазоном, условиями работы, типом нагрузки, размещение и конструктив. Поэтому пытаюсь сам свести ТЗ к чему то реальному и определённому, желательно более менее стандартному.

Всю имеющуюся на данный момент информацию по конструктиву прикрепил

Прикрепленные файлы

 IP50_Case__01_0000__2_.pdf ( 47.85 килобайт ) Кол-во скачиваний: 30

 

[Herz]

Примерно так блок с супер универсальными входами для питания всего. Я исполнитель и с заказчиком напрямую не общаюсь в этом проекте.
На данный момент у меня складывается впечатление что заказчик сам не понимает до конца что он хочет...

То-то и оно... Всего от всего... Печально. Я понимаю, что Вы меньше всего нуждаетесь в таких советах, но браться за эдакое "поди туда, не знаю куда" абсурдно...

[Flik]

То-то и оно... Всего от всего... Печально. Я понимаю, что Вы меньше всего нуждаетесь в таких советах, но браться за эдакое "поди туда, не знаю куда" абсурдно...

Поэтому сейчас собираю в голове понимание того что можно сделать и обсуждаю с заказчиком, в таком виде пока действительно браться абсудно, но... блок питания делать всё равно надо

[Огурцов]

так объясните ему, что он хочет - 100 ампер по входу от 12 вольт * 600 вольт максимум == 60 квт, плюс запас вверх и вниз процентов по двадцать == 100 квт
дальше ищите цены на 100 квт и удивляйте

[wim]

вариант 48 во всё остаётся всегда

ПМСМ промежуточную шину питания лучше делать на 24 В - тогда в сетевом источнике питания на выходе можно использовать достаточно быстрые и недорогие диоды на 150 - 200 В.

[MikeSchir]

ПМСМ промежуточную шину питания лучше делать на 24 В - тогда в сетевом источнике питания на выходе можно использовать достаточно быстрые и недорогие диоды на 150 - 200 В.

Тогда можно сделать +-24 В, ведь +-24 = 48

[Yuri7751]

а вот PFC на 380 чего то меня смущает, да ещё если 480. Может просто на 3 фазах 380 и 480 без PFC обойтись?

В принципе вообще непонятно, зачем вам 380. Где хоть эксплуатироваться будет - в РФ или они собираются мир осчастливить? Если в РФ, то всяко будет нейтраль. Т.е. 380 вполне превращается в те же 220 (фаза - нейтраль). 1 кВт немного - можно и от одной фазы питать вполне, но и 3 фазы не сильно усложняют PFC, а жизнь ему малость облегчают. 480 я бы пока вообще не рассматривал.

А вот даже не знаю что это, мне назначения блока узнать не удалось. вернее удалось. Примерно так блок с супер универсальными входами для питания всего.

Как тут уже сказали, коммерчески-бессмысленная постановка задачи. Получается, что покупатель должен оплатить то, что ему нужно и то, что ему не нужно и возможно вообще никогда не понадобится. Вспоминается история с CAMAC - это была (и немного ещё есть) такая система автоматизации научного эксперимента. Придумана физиками в Швейцарии в начале 70-х. Общая шина, более-менее универсальные модули в крейте и комп. Пока модули делали физики\прикормленные инженеры, всё было хорошо. Потом за дело взялись электронщики и крупные фирмы. В модули впихивали всё, что можно и ещё чуть-чуть сверху (там плата боольшая, не пустовать же ей!). Цены росли...Народ плевался.
Вы посмотрите цены на Vicor-овские модули у них на сайте. Попробуйте скомпоновать свою систему в их system builder'е (пусть даже без 380, 600В и прочего безобразия) и посмотрите, сколько это будет стоить. Какие 200 баксов?

Я исполнитель и с заказчиком напрямую не общаюсь в этом проекте.
На данный момент у меня складывается впечатление что заказчик сам не понимает до конца что он хочет, а мне ж нормальное техзадание подавай с температурным диапазоном, условиями работы, типом нагрузки, размещение и конструктив.

Вообще-то был (и вряд ли его отменили) ГОСТ, определяющий порядок выполнения ОКР. Первая стадия - составление ТЗ. Пишет его Исполнитель (сюрприз!), а утверждает Заказчик. Так что... Я бы посоветовал прикинуть разные варианты (ваще безумно-универсальный, сменные модули, с разумными входами, с безумными и т.д.) по деньгам , ссылаясь на Викор, Лямбду, кто там ещё (цены лучше российские приводить - больше впечатлит) и сунуть в нос заказчику. Глядишь - придёт в сознание.

Кроме денег, есть ещё время. Нестандартные входные напряжения сильно увеличат срок выполнения работы. Ну и , ясен пень, негативно скажутся на КПД.

[SmartRed]

Пока основная проблемма так и осталась основной - как совместить на входе PFC трёхфазное напряжение с однофазным? С 220В и 110В понятно, классическая схема удвоителя напряжения для 110, а как быть с 380?

Мне на вскидку видится такая концепция: забыть про PFC.
На входе просто Ларионов.
Дальше DC-DC с выходом 48 и со входным диапазоном 250 - 800.
Я бы присмотрелся для такой задачи к LLC. Правда частоту шибко не задерешь - ключи медленные...

[Flik]

Прошу прощения за долгое отсутствие, не было интернета в доступе.
Заказчики блока заокеанские товарищи.


По поводу ТЗ. К тому что его пишет исполнитель а согласовывает заказчик я уже давно привык, в 80% случаев приходится хотелки заказчика оформлять в виде ТЗ, подрезая ему крылья и огорошивая разными фактами. По этому проекту в ходе переговоров я настоял на том, что мы по новой переписываем ТЗ на блок. Как писал выше Yuri7751, видимо зачастую мысли сходятся, решили прописать заказчику несколько вариантов, во первых разделить блок на модули входные и выходные и сделать несколько модулей со стандартными входами для 1 фазы, для 3-х фаз без PFC, для постоянного тока.
Аргументировал я это тем что потребителю нафиг не нужен этот супер вход и если у него есть 220, зачем ему приплачивать за неиспользуемое остальное. Так же попытался донести что бессмысленное удорожание и увеличение массо габаритных характеристик не приведёт к успеху.
Естественно будет как вариант сделать им таки блок с заявленными требованиями по входу, но сроки и ценник соответствующие. Это видится как управляемый выпрямитель на IGBT модуле на входе, DC/DC с широким входом и прочие навороты. Короче цель отказаться от такой затеи скорее всего будет достигнута.

Ещё один вариант использовать в качестве выхода 24В напряжение промежуточной шины, это приводит к необходимости входного модуля DC/DC со стабилизированным выходом +24В, но позволяет использовать блок как просто киловатный источник +24В. То есть если не нужно например 12В , то можно эту мощность дополнительно снимать с +24В. при использовании же отдельного модуля +24В 20А будет ограничивать потребление по 24В именно 20А, входная часть может и больше а на выход не выдашь. Думаю скорее всего этот вариант и будет воплощаться.

ТЗ отправили заказчику, теперь жду согласования.

Всем спасибо за участие и советы. Думаю тема ещё не закрыта и я её продолжу в процессе реализации блока, как минимум отпишусь какой вариант по концовке таки будет согласован