Преобразователь напряжения, DC-DC, 12 --> 100 вольт Опции

[Demeny]

Нужно изготовить DC-DC, преобразующий постоянное напряжение 12 в 100 вольт. При этом ток потребления будущей нагрузки очень мал, практически не более 1 мА. Зато очень важно значение выходного напряжения, 100 вольт +-5%.
Ещё нужно осуществлять с микроконтроллера ключевое управление выходом (вкл-выкл), при этом фронты нарастания-спада должны быть завалены, и составлять не менее 25 мкс. Ну эта часть мне более-менее понятна (транзистор с RC-цепочкой в цепи базы).
А вот как сделать преобразователь 12-100 вольт или, может быть, есть такой готовый ?

[Herz]

Блокинг-генератор
А вообще, Вы ничего не написали о нагрузке. А это важно.

[Stanislav]

Блокинг-генератор

Ага, и напряжение на выходе - любое. Отличное от 100 вольт, ессно.

А вообще, Вы ничего не написали о нагрузке. А это важно.

Ток потребления приведён. В данном случае, этого достаточно.

2 Demeny
Для точного поддержания выходного напряжения нужна ООС.
Поскольку есть микроконтроллер, было бы логично включить его в решение задачи. Требуется только наличие в нём ШИМ и АЦП (или, на худой конец, компаратора). Источник опорного напряжения также можно использовать встроенный в МК: < 5% погрешности он обеспечит.
Силовая часть преобразователя не представляет большой проблемы, и может быть реализована на миниатюрных компонентах. Делайте её, например, так:


Данный эскиз создан с оглядкой на криворукость эмбеддеров - ошибки в программе и зависания МК не приведут к выходу преобразователя из строя. С накоплением достаточного опыта, схему можно будет упростить.
Функцию плавного нарастания напряжения +100V можно реализовать выбором соответствующего закона управления скважностью ШИМ при его включении. Цепь плавного его снятия, буде такое потребуется, реализовать также несложно (здесь она не изображена).

Если интересно, могу помочь рассчитать номиналы элементов данного преобразователя, а также дать рекомендации по выбору алгоритма управления (реализуемого программно).

[rezident]

Данный эскиз создан с оглядкой на криворукость эмбеддеров - ошибки в программе и зависания МК не приведут к выходу преобразователя из строя.

Для подтверждения этого тезиса ключ нужно было сделать токозащищенным. В противном случае R3 влияет только на изменение КПД источника в сторону его уменьшения.

[Stanislav]

Для подтверждения этого тезиса ключ нужно было сделать токозащищенным. В противном случае R3 влияет только на изменение КПД источника в сторону его уменьшения.

Прошу обратить внимание на конденсатор C1.
R3 призван лишь ограничить импульсный ток через транзистор до безопасной величины.
Потенциальная же токовая защита в подобной схеме от эмбеддера спасти не может в принципе. Если, конечно, запас по мощности транзистора чуть менее 100 крат.

Усложнять же схему пока не хочется. Подождём, что скажет автор темы.

[rezident]

запас по мощности транзистора чуть меньше, чем 100 крат.

Тогда верю. Такой запас вполне достаточный

[Stanislav]

Тогда верю. Такой запас вполне достаточный

В данной схеме большой запас по мощности вовсе не требуется. Достаточно лишь обеспечить работу транзистора в области безопасных режимов. Скажем, 10-кратное кратковременное превышение рабочего тока относительно номинального пикового (последний - лишь десятки миллиампер) при подаче на вход схемы импульса большой длитнльности, не выведет из строя транзистор даже в "муравьином" корпусе типа SOT-23.
Схему ограничения тока тоже можно приделать, конечно. Тогда КПД чуть-чуть вырастет. Но наличие кондёра С1 для эмбеддеров обязательно!

ЗЫ. Идя навстречу пожеланиям, немного усложнил схему.

Теперь в неё добавлена цепь токовой защиты (ограничения тока) на транзисторе Т2. При этом номинал резистора R3 может быть уменьшен.
Хотя, на мой взгляд, данная доделка вовсе не обязательна - при условии правильного выбора элементов первой схемы, ничего не сдохнет и так.

--------------------
Ладно, коль пошла такая пьянка, продолжаем изгаляться.
Вниманию эмбеддеров, умеющих включать ШИМ, но имеющих весьма туманное представление об ООС, предлагается следующая модификация схемы:


Стабилитрон D4 - примерно на 110 вольт, микромощный.
Такую схему практически невозможно спалить, как над ней не издевайся. Во всяком случае, я не вижу способа, хоть эмбеддеры и хитры.
Правда, ещё немного - и необходимость в микроконтроллере отпадёт.

ЗЗЫ. Нет, вру. Если источник питания +12V не имеет защиты, а выход замкнуть накотротко, сдохнет либо он, либо диод D2. Токовую защиту по выходу или цепи питания, однако, реализовать также нетрудно.


Прошу не принимать насмешки близко к сердцу. Все схемы созданы на полном серьёзе, и соответствуют разным уровням надёжности. Критика только приветствуется.

Сообщение отредактировал Stanislav - May 23 2010, 12:01

[ae_]

... Критика только приветствуется.

У меня нет практического опыта в разработке импульсных БП, поэтому только уточняющий вопрос:
В книге Б.Ю. Семёнова "Силовая электроника для любителей и профессионалов" автор пишет, что из-за потерь в элементах бустерной схемы, бустеры не делают с повышающим коэффициентом более 5, реально 3...4.
В этой схеме напряжение повышается в 8 раз, будет ли схема работоспособной без высокодобротных компонентов ?

[injener]

из-за потерь в элементах бустерной схемы, бустеры не делают с повышающим коэффициентом более 5, реально 3...4.

Все правильно, а при больших токах (от тока будет зависеть падение напряжения на транзисторе, проводниках схемы и т.д., потери в транзисторе на коммутацию и пр.) и вообще даже в 2 раза нормально повысить не удается, но в нашем случае, выходной ток 1 мА и можно нормально повысить в 8 раз.

[Microwatt]

У меня нет практического опыта в разработке импульсных БП, поэтому только уточняющий вопрос:
В книге Б.Ю. Семёнова "Силовая электроника для любителей и профессионалов" автор пишет, что из-за потерь в элементах бустерной схемы, бустеры не делают с повышающим коэффициентом более 5, реально 3...4.
В этой схеме напряжение повышается в 8 раз, будет ли схема работоспособной без высокодобротных компонентов ?

В целом Семенов прав. Поднять с 12 до 100 - коэффициент заполнения уже за 80%. Хороший выход не дроссель, а автотрансформатор (дроссель с отводом). Я поднимал таким образом с 12 и до 1000 вольт. Есть и модификации бустера для снижения напряжения на ключе.
В Вашем случае достаточно будет подключить ключ к 1/3 или 1/4 обмотки. Я вижу трудности только в стабилизации. Стабилитрон напрямую 100-вольтовый принципиально не годится. У него напряжение будет плавать на несколько вольт от температуры и съест он весь выходной миллиампер, а то и больше. А если применить ШИМ-контроллер, то нужно его приискать достаточно экономичный.
Наверняка, Вам захочется хорошего КПД, а КМОП контроллеры достаточно дороги. "Бюджет энергетический" схемы же - порядка 100 милливат? Если есть на все милливатт 350-400 - задачка решается просто -UC3845, ЕЕ16 (EE13, если руки не дрожат при намотке) и паршивенький полевик. Можно попробовать и стандартную гантельку немножко доработать.

[perfect]

Наткнулся вот на такую вот схему.

[Microwatt]

Наткнулся вот на такую вот схему.

Статья по ссылке любопытна, но в теме мало поможет, наверно. Тут и входное очень мало и степень повышения не та. Да и организация петли ОС на 13 вольт и на 100 через стабилитрон существенно разнятся по качеству стабилизации.
Вообще, натыкаются на грибы, а схемы рассчитывают.
Автоколебательный блокинг для данного применения вроде бы сгодился, как основа. Но над цепями стабилизации нужно поработать. Что там нагрузка? КЗ там может быть?

[perfect]

Конечно, большие разницы там. Решил показать для посмотреть ради спортивного интереса. Сильно не .

[stells]

В этой схеме напряжение повышается в 8 раз, будет ли схема работоспособной без высокодобротных компонентов ?

[attachment=44342:boost_12_100.JPG]

[ae_]

http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/aww_smps_e.html

"симулятор" по ссылке приведённой выше легко соглашается посчитать и выдаёт результаты для Uвх=12В Uвых=10000В (10кВ) Iн=1мА
т.е. можно смело собирать, будет работать?

[stells]

"симулятор" по ссылке приведённой выше легко соглашается посчитать и выдаёт результаты для Uвх=12В Uвых=10000В (10кВ) Iн=1мА

10000 вряд ли, но что можно получить 1000 для такой мощности в свое время утверждал Лосев, ссылаясь на то, что подобное включение является тестовым для мосфетов. во всяком случае 100В уж точно сомнений не вызывает (у меня выходило до 200В)

[XVR]

Возьмите м/сх практически любого step-up конвертора (с внешним транзистором) и сделайте на ней boost (то, что было нарисованно в вашей схеме) или, что лучше, flyback - можно взять м/сх со встроенным ключем, не нужен высокодобротный дроссель, но нужен трансформатор вместо дросселя.

[Herz]

не нужен высокодобротный дроссель, но нужен трансформатор вместо дросселя.

Точнее было бы сказать: двухобмоточный дроссель, не трансформатор.

[Stanislav]

В целом Семенов прав. Поднять с 12 до 100 - коэффициент заполнения уже за 80%.

Не понял, почему именно за 80?

...Хороший выход не дроссель, а автотрансформатор (дроссель с отводом). Я поднимал таким образом с 12 и до 1000 вольт. Есть и модификации бустера для снижения напряжения на ключе.

Можно и автотрансформатор. Но это несколько сложнее - мотать самому, скорее всего, придётся. Тогда, как в приведённых схемах можно применить готовую катушку индуктивности, почти любую.
И далеко не факт, что с ним потери будут меньше, чем с двухвыводным дросселем.

В этой схеме напряжение повышается в 8 раз, будет ли схема работоспособной без высокодобротных компонентов ?

Да, будет.
При правильном выборе компонентов и параметров ШИМ, КПД можно получить порядка 80-90%.

Возьмите м/сх практически любого step-up конвертора (с внешним транзистором) и сделайте на ней boost...

Ну-у, так не интересно...

2 stells
12 миллигенри в Вашем расчёте - по-моему, перебор.
Можно обойтись гораздо меньшей индуктивностью.

[vallav]

10000 вряд ли, но что можно получить 1000 для такой мощности в свое время утверждал Лосев, ссылаясь на то, что подобное включение является тестовым для мосфетов. во всяком случае 100В уж точно сомнений не вызывает (у меня выходило до 200В)

Это точно.
Меня в свое время поразило, насколько легко с мосфетом получается выброс на дросселе и как качественно он обрезается на предельном
напряжении Uds.
Так что немного подождать, появятся мосфеты на 10000 кВ и можно будет такую штуку сделать.

[Stanislav]

...Меня в свое время поразило, насколько легко с мосфетом получается выброс на дросселе и как качественно он обрезается на предельном напряжении Uds.

Современные силовые полевики импульсным перенапряжением спалить трудно.
Я как-то экспериментировал с сетевыми флайбэками на TopSwitch-GX, включая их без демпфирующей цепи.
Ни один не вылетел, хотя выброс был довольно мощным: на трансе экономить пришлось (точнее, на его размерах), да и напряжение выходное было небольшим - 8 вольт, отчего индуктивность рассеивания получилась приличной.

[vallav]

Современные силовые полевики импульсным перенапряжением спалить трудно.
Я как-то экспериментировал с сетевыми флайбэками на TopSwitch-GX, включая их без демпфирующей цепи.
Ни один не вылетел, хотя выброс был довольно мощным: на трансе экономить пришлось (точнее, на его размерах), да и напряжение выходное было небольшим - 8 вольт, отчего индуктивность рассеивания получилась приличной.

Палится довольно легко перегревом.
Или перегревом канала или перегревом защитного стабилитрона.
Еще палится при вторичном пробое - это когда открыт стабилитрон в прямом направлении и затем резкая переполюсовка Uds.
Но я с таким не сталкивался.
Еще вроде переход gs можно пробить.

[Stanislav]

Палится довольно легко перегревом.
Или перегревом канала или перегревом защитного стабилитрона.

Ну, дурное дело нехитрое.
Я имел в виду лишь то, что написано выше.