Компактный повышающий преобразователь 5 В -> 120 В Опции

[zigmo]

Доброго день.
Помогите пожалуйста в решении такого вопроса: как разработать компактный преобразователь из 5 В в 120 В и выходным током 5..100 мА при габаритных размерах 30х30х8 мм.
Не допускается наличие элементов требующих подбор.
Температура эксплуатации: 0...50 *С.

[HardEgor]

Помогите пожалуйста в решении такого вопроса: как разработать компактный преобразователь из 5 В в 120 В и выходным током 5..100 мА при габаритных размерах 30х30х8 мм.

Повышать частоту преобразования. Самые габаритные - это дроссель и конденсаторы, задайте параметры по пульсациям и рассчитайте их - получите габариты.

[zigmo]

Я собрал схемку на основе LM3478, но работает не очень, при токе нагрузки в 100 мА выдает примерно 112 В и КПД при этом составляет примерно 60%. Можно как-нибудь повысить КПД и стабильность схемы?

[Егоров]

Я собрал схемку на основе LM3478, но работает не очень, при токе нагрузки в 100 мА выдает примерно 112 В и КПД при этом составляет примерно 60%. Можно как-нибудь повысить КПД и стабильность схемы?

А в чем проблема? Как только найдете мешающие факторы и устраните их - начнет работать лучше.
Приведенная схема и не может иметь КПД выше. У; вас датчик тока съедает огромную мощность. Примените трансформатор тока. Ключ поискать с малым падением, обмотку посмотреть на уменьшение потерь.
Такое включение (дроссель с одной обмоткой) на позволяет эффективно повышать более чем в 3-5 раз. Нужно намотать автотрансформатором дроссель.
Работать со схемой нужно.

[Василий13]

Какой транзистор? По пороговому напряжению затвора они делятся на logic-level (1-2В) и normal-level (2-4В).
У вас скорее всего normal-level, а вы пытаетесь им управлять 5 вольтовым драйвером. Транзистор открывается во-первых медленно, во-вторых не полностью. И потери соответствующие.
Попробуйте, ради спортивного интереса, запитать саму микросхему отдельным питанием 10-12 вольт. Если результат устроит, можно сделать отдельный микро-мощный повышающий преобразователь на дискретных компонентах (sot-23 транзистор, sot-23 двойной диод шоттки (половина) и smd-индуктивность + стабилитрон), управляемый от самой микросхемы. Изначально микросхема запитывается от 5 вольт через вторую половину двойного диода.

Ориентир для кпд при обратноходовом варианте: http://www.ti.com/tool/PMP10666?keyMatch=&...designs-power#0
Не было бы у вас ограничения по высоте, можно было бы использовать готовый AC/DC трансформатор только наоборот.

[Егоров]

Да, габариты у хотелки явно маловаты....

[wim]

А еще интересно узнать, что это за источник питания 5 В - уж не порт ли USB?

[Plain]

Повышать частоту преобразования.

Ну так он и повысил, сейчас аж 500 кГц, а результата нет, потому что упёрся в Кзап, который для непрерывного тока здесь должен быть 96%, т.е. за 80 нс надо успеть зарядить всех паразитов до 120 В, хоть немного энергии отдать выходной ёмкости и разрядить всех паразитов в ноль. Перейти же на прерывный ток не позволяют стандартные дроссели, которые на него не рассчитаны и тупо перегреются в таком объёме, если вообще сумеют в него влезть.

Поэтому единственный вариант умять всё в один покупной дроссель — остаться на непрерывном токе, а именно, повысить до максимума законов природы, а далее умножать, например:



Сперва дросселем 12х12х6 мм повышается до 30 В, затем резонансный умножитель на дросселе 7х7х4 мм, частота 300 кГц, Кзап=85%, КПД=92%.

Сообщение отредактировал Plain - Jul 8 2018, 12:24

[Егоров]

Не, в два каскада, хоть и на покупных дросселях, гол не считается.
Дроссель нужно с автотрансформаторной обмоткой мотать. Под заполнение 75-80%.
И потом... а не USB ли порт на входе, действительно?

[zigmo]

Спасибо за ответы, сейчас изучаю Ваши предложения.
На входе не USB. Сейчас стоит компактный повышающий импульсник с питанием от АКБ и выходом 5 В, 3.5 А.

[wim]

На входе не USB. Сейчас стоит компактный повышающий импульсник с питанием от АКБ и выходом 5 В, 3.5 А.

ПМСМ, без осциллограмм дальнейшее обсуждение темы не имеет смысла.

[1113]

за 80 нс надо успеть зарядить всех паразитов до 120 В

откуда 80нс

Можно как-нибудь повысить КПД и стабильность схемы?

откуда взялись номиналы токосъёмного резистора и дросселя?

1. пиковый ток дросселя не более - 5А
2. время нахождения во включенном состоянии - 5 мкс, можно и меньше
3. индуктивность - 5 мкГн, 6*6*4,5 мм - https://www.digikey.com/product-detail/en/b...8MTR-ND/6155106

[Plain]

откуда 80нс

(100% – 96%) / 0,5 МГц = 0,08 мкс

[1113]

(100% – 96%) / 0,5 МГц = 0,08 мкс

при паразитной ёмкости 30 пФ, средний ток перезаряда не более 2 мА, пиковый - не более 50 мА. то есть, потери не значительны. килогерц 900 нужно использовать

у ТС схема не развивает 120 В, потому что дроссель не набирает энергии за цикл

[Plain]

В сумме, ёмкости транзистора, диода и дросселя здесь никак не меньше 120 пФ.

[zigmo]

Какой транзистор? По пороговому напряжению затвора они делятся на logic-level (1-2В) и normal-level (2-4В).
У вас скорее всего normal-level, а вы пытаетесь им управлять 5 вольтовым драйвером. Транзистор открывается во-первых медленно, во-вторых не полностью. И потери соответствующие.
Попробуйте, ради спортивного интереса, запитать саму микросхему отдельным питанием 10-12 вольт. Если результат устроит, можно сделать отдельный микро-мощный повышающий преобразователь на дискретных компонентах (sot-23 транзистор, sot-23 двойной диод шоттки (половина) и smd-индуктивность + стабилитрон), управляемый от самой микросхемы. Изначально микросхема запитывается от 5 вольт через вторую половину двойного диода.

Ориентир для кпд при обратноходовом варианте: http://www.ti.com/tool/PMP10666?keyMatch=&...designs-power#0
Не было бы у вас ограничения по высоте, можно было бы использовать готовый AC/DC трансформатор только наоборот.

Подвел питание отдельно к микросхеме в 12...14 В и отдельно к катушке 5..7 В. Эффект: увеличение КПД на 5%, увеличение выходного напряжения на 3...4 В.

откуда взялись номиналы токосъёмного резистора и дросселя?

Токосъемный резистор взял примерно по даташиту (0,025 Ом). Дроссель выбирала согласно главе 8.2.1.2.2 даташита. Пробовал так же ставить SRP7028A-330M и SRP7028A-4R7M. С индуктивностью 33 мкГн схема работает хуже. С индуктивностью 4,7 мкГн работает чуть хуже, на нагрузке развивается напряжение примерно равное 106..108 В.


Я не великий специалист в импульсных источниках питания, но подозреваю что повысить КПД хотя бы до 80% при данной схемотехнике не возможно.
В ближайшее время хочу попробовать намотать автотрансформатор, по совету "Егоров". Из имеющихся магнитопроводов под руками есть ферритовое кольцо М2000НМ, размером 20х10х5. Придется понизить частоту до 100 кГц.
В голове начинает мельтешить идея о применении планарного трансформатора. Стоит ли рассмотреть возможность его применения?

[Herz]

В голове начинает мельтешить идея о применении планарного трансформатора. Стоит ли рассмотреть возможность его применения?

Зачем? Чтобы ещё снизить КПД?

[borodach]

Из имеющихся магнитопроводов под руками есть ферритовое кольцо М2000НМ, размером 20х10х5.

а зазор? у вас обратноход же

[Василий13]

Слона (слонов) то я и не заметил - номиналы у вас подписаны прямо на схеме.

Подвел питание отдельно к микросхеме в 12...14 В и отдельно к катушке 5..7 В. Эффект: увеличение КПД на 5%

Это победа!

Если хотите еще немного попытать схему: 1)уменьшите частоту в два раза 2)оптимальное "внешнее" напряжение при таких частотах - 7...8 вольт ИМХО.

И да, если есть возможность, представьте осциллограммы.

Насколько сильно хотите заморочиться, изделие серийное?

[wim]

подозреваю что повысить КПД хотя бы до 80% при данной схемотехнике не возможно

Надо не "подозревать", а моделировать. Тем более надо, если из приборов есть только мультиметр. LTSpice Вам в помощь.