LLC резонансный преобразователь, Изолированный DC/DC Uin=360...620, Uout=800 Опции

[ISK2010]

Здравствуйте!

Требуется преобразовать =360...620В в =800В. Мощность номинал 11кВт (1 -11кВт. 16 при 10сек перегрузке). Я пока прорабатываю варианты изолированных преобразователей с КПД > 95% на номинальной мощности.

Сейчас рассматриваю вариант резонансного преобразователя типа такого:



Манят в нем меньшие потери в ключах, так пишут, но я пока не нашел конкретное сравнение, например, с мостовым преобразователем на мощности > 10kW.

Но у меня есть вопросы к тем, кто имел опыт реализации подобного типа преобразователей:

1) Возможно ли реализовать резонансный преобразователь с диапазоном входного напряжения 620/360 = 1.72 ? (в одной статье прочитал о рекомендуемом диапазоне <1.3)

2) --------------------//----------------------------------- с изменением нагрузки 1-11кВт? Или какой диапазон нагрузки допустим?

3) Кто-нибудь делал резонансный 11кВт с КПД > 95% ?

4) Кто-нибудь видел примеры двунаправленных резонансных DC/DC? (это на будущее)

5) Целесообразно ли вообще делать резонансный? Какую схема больше подходит?

Это не все вопросы из тех, которые у меня появятся по ходу обсуждения.

Помогите пожалуйста

[K-Volodja]

На таких мощностях я бы рекомендовал квазирезонансник. Это сдвоенный косой мост или полный мост с фазовым управлением.
Ибо для резонансного будут проблемы: 1. резонансная емкость - частотная для большой реактивной мощности + габарит; 2. токи в резонанснике больше и мало зависят от нагрузки, а это статические потери. Есть, правда, резонансники в которых эти проблемы частично решены, но они плохо описаны. Придется много экспериментировать.

[ISK2010]

K-Volodja, а как в квазирезонансном обсоит дело с минимальной нагрузкой? Я так понял, что при снижении нагрузки он переходит в режим жесткой коммутации. Какой КПД можно добиться у него для P = 10% от номинала.
Так то хороший вариант, особенно если габариты меньше выйдут.

[Herz]

А каков характер нагрузки? Меняется ли?

[gte]

А каков характер нагрузки? Меняется ли?

Потребление мощности в 11 раз + входное напряжение изменяется в 1,72 раза

[Integrator1983]

В таком диапазоне изменения входа и нагрузки Вам потребуется довольно сильно гулять по частоте - можно нажить проблем с драйверами и резонансными реактивностями.

На таких мощностях я бы рекомендовал квазирезонансник. Это сдвоенный косой мост или полный мост с фазовым управлением.

Вариант правильный. Также посмотрите в сторону Asymmetrical Half-Bridge и Multiresonant Converter. Кроме того, желательно поставить предстабилизатор по входу.

K-Volodja, а как в квазирезонансном обсоит дело с минимальной нагрузкой? Я так понял, что при снижении нагрузки он переходит в режим жесткой коммутации.

При некоторой сноровке, можно в фазовый ШИМ ввести перестройку частоты и совместить преимущества LLC и Phase-Shift Full-Bridge в мостовой схеме.

[ISK2010]

Да, чем больше читаю про реализации LLC, тем больше осознаю сложность применения в моих условиях. У меня практического опыта маловато пока.
Предстабилизатор... Например, повышающий? Думал, но в КПД же проиграю.
А вы собирали подобного рода DC/DC с мощностью >10кВт? Хочется габариты оценить. Мне надо влезть в 200x300x200мм, это 12литров. Т.е. надо плотность не менее 1кВт на куб.
Я почему-то считаю, что можно и в меньшие размеры влезть, если использовать частоту >>100кГц и мосфетов на SiC от CREE (цена на третьем плане). Но вы как считаете?

[Integrator1983]

Предстабилизатор... Например, повышающий? Думал, но в КПД же проиграю.

А Вы посчитайте реактивку, которую нужно гонять для поддержания резонанса в Вашем диапазоне - может, и выиграете в КПД, а не проиграете. Кроме того, есть SIC Schottky, квазирезонансные и резонансные повышалки с КПД под 0,98.

А вы собирали подобного рода DC/DC с мощностью >10кВт? Хочется габариты оценить. Мне надо влезть в 200x300x200мм

Собирал, и на мощности на порядок выше. Но у меня задача максимума КПД стояла, а не минимума габаритов. Как по мне - в такие габариты влезть очень сложно, сильно над конструкцией думать надо.
А повышение частоты - вопрос вообще спорный. Кремний - это один разговор, на резонансе можно и на мегагерц залезть (встречал такие статьи, правда, сам выше 300 кГц в мощных вещах не лазил). Но реактивные элементы никто не отменял - греться будут шибко.

[Herz]

Потребление мощности в 11 раз + входное напряжение изменяется в 1,72 раза

Я не об этом спрашивал. А о реактивном характере нагрузки и об изменении степени реактивности помимо изменения отбираемой мощности. Для резонансника, думаю, это важно учитывать. Наблюдал за разработкой резонансного источника для озонаторов схожей мощности - задача ещё та. Правда, и элементная база была ...

[ISK2010]

А вы какого КПД достигали? У меня ситуация такая, что я сам себе ТЗ на прототип правлю, и еще есть возможность КПД подправить, но желательно не меньше 95%, т.к. это число уже несколько раз озвучивалось как преимущество схемы с использованием DC/DC над старой схемой системы без DC/DC с трансформаторами 400Гц. И при этом должна быть возможность повышения эффективности для будущей системы (P > 100кВт).

Herz, нагрузкой является звено DC трехфазного инвертора и другого DC/DC для зарядки аккумулятора.

[Herz]

У меня ситуация такая, что я сам себе ТЗ на прототип правлю, и еще есть возможность КПД подправить

Ну, это обычное дело.

но желательно не меньше 95%, т.к. это число уже несколько раз озвучивалось как преимущество схемы с использованием DC/DC над старой схемой системы без DC/DC с трансформаторами 400Гц. И при этом должна быть возможность повышения эффективности для будущей системы (P > 100кВт).

Некисло. А есть примеры столь мощных и столь эффективных источников?

[ISK2010]

Система у нас специфичная. Источник аэродромного питания от солнечных батарей + аккумуляторные батареи на 8 часов работы + 380 50Гц. К примеру, некоторые производители солнечных инверторов заявляют 97%. Например, http://russian.alibaba.com/product-gs/150k...-503800521.html . Вот этот Хансовский инвертор мы и будем использовать для питания 3ф380. Инвертор 400Гц полностью свой.

Сообщение отредактировал ISK2010 - Oct 28 2011, 11:53

[Plain]

Первое, что не понятно — почему китайцам позволены ИБП размером с вагон на миллион литров, а Вы себе выделили только десяток.

А второе — читая ТЗ дальше, становится понятно, что речь идёт ещё и об однофазном блоке — потому что, будь у Вас, к примеру, 10-фазный, проблемы с работой на лёгкую нагрузку не было бы.

Это спорт такой, что ли — согнуть один транзистор, один диод и один трансформатор "вчетверо и засунуть всё это в самую маленькую коробочку"?

[Integrator1983]

А вы какого КПД достигали?

Для блока 64 кВт:

- 64 кВт - 92.6%;
- 51 кВт - 94.2%;
- 12 кВт - 89%.

[Serg SP]

Опытом разработки таких источников не обладаю, но при ремонте резонансных источников заметил одну любопытную закономерность: резонансная ёмкость имеет объём 4000 - 5000 куб. мм на киловатт мощности. Звучит, может, необычно и даже не научно (при чём тут вроде бы объём?), но каждый раз, когда попадается в ремонт резонансный зарядник, замеряю объём ёмкости и убеждаюсь, что в высоконагруженных ИИП, где предполагается работа при максимальной нагрузке 70 - 80% времени, именно такая пропорция.

Сообщение отредактировал Serg SP - Oct 28 2011, 18:06

[Владимир]

но при ремонте резонансных источников заметил одну любопытную закономерность: резонансная ёмкость имеет объём 4000 - 5000 куб. мм на киловатт мощности.

Гм. Посчитал в своем 5*18*11*18/3.5=5019

[Serg SP]

Дык, говорю же, статистику уже собрал. Около 5 шт. зарядников (речь идёт о резонансниках) разных производителей. Не лень же было... Надеюсь, кое-кому пригодится.

[ISK2010]

Интересные данные, буду думать. 5000 * 11 = 55 литров.
Размеры указаны для DC/DC прототипа 11кВт, а у китайцев шкаф на 150кВт, в состав которого входит инвертор и трансформатор. И этот китайский шкаф - это быстрое решение совсем другой задачи на 150кВт.

Сообщение отредактировал ISK2010 - Oct 29 2011, 11:17

[Serg SP]

Интересные данные, буду думать. 5000 * 11 = 55 литров.

Это что, шутка? Откуда 55 литров?
55000 куб. мм. = 0.055 литра

[ISK2010]

Ошибка прокралась)) я сантиметры кубические посчитал, а думал про литры

[Прохожий]

... а думал про литры

И это правильно. По-нашему.
А что касается всяких резонансников - это все баловство.
Никому не нужное.

[valvol]

А что касается всяких резонансников - это все баловство. Никому не нужное.

Насчёт баловства и ненужности, извините, не соглашусь, поскольку когда жёстко стоит вопрос по ЭМС, то резонансные топологии-самое то. А если требования к помехам тривиальные, то мост с фазовым управлением, пмсм, вне конкуренции. И нет геморроя с "рюкзаком" для крупногабаритных реактивных элементов.

[Integrator1983]

А что касается всяких резонансников - это все баловство.
Никому не нужное.

Это точно. Только вот у людей постоянно встают то вопросы индуктивности рассеяния, то емкости обмотки - и чего с этим всем счастьем делать. Еще бывает, что у кого-то снабер горит, а у кого-то диод звенит. А также то ВЧ шумы в ТЗ не влазят, то КПД, то ЭМС не сдается. А резонансники - это баловство для бездельников, кому лень трансформатор по 20 раз перематывать да коммутационные игла по схеме ловить.

[valvol]

Может имеет смысл перейти от общих рассуждений к конкретике?
Начнём с питания от шестисот вольт (поскольку считаю, что "гуляние сети" от 360 до 600 вольт должно отрабатываться корректором коэфф. мощности) и простенького ШИМ-мостика с разделёнными обмотками.
Он хорош тем, что позволяет легко "внедрять" демпфер-рекуператор для снижения комм. потерь на ключах и обладает свойством самосимметрирования индукции в сердечнике силового тр-ра. Понятно, что выходной дроссель в данном случае будет очень монстрообразным, но, полагаю, топикстартер постил не про "кейсовый" вариант питальника.

З.Ы. Картинка при малой нагрузке:
З.Ы.З.Ы. Сброс-наброс вых. тока:

Сообщение отредактировал valvol - Oct 30 2011, 14:35

[ISK2010]

Баловство, не баловство, но мне понравились результаты из http://scholar.lib.vt.edu/theses/available...tricted/Ch4.pdf . Там на частоте 200 кГц 1700 Вт/л, а на 400кГц 2930 Вт/л. С чем расходятся данные о больших (все относительно) размерах реактивных элементов резонансного.
Следуя рекомендациям большинства я просматриваю тему квазирезонансных. И теперь у меня другой вопрос. Как в одном DC/DC объеденить два на разряд и на заряд батареи ( 360...620В <-> 800 В) и при этом сильно не проиграть в КПД в режиме заряда, когда максимальная мощность более чем в 2-3 раза меньше разрядной.

valvol, спасибо за помощь. Но у меня не сеть гуляет, это диапазон напряжения аккумуляторной батареи, поэтому, например, повышающий поможет.

А кто-нибудь разбирался с подобными схемами http://www.russianelectronics.ru/leader-r/...icro/doc/46460/ (рис.1) ?

Сообщение отредактировал ISK2010 - Oct 31 2011, 07:30

[ISK2010]

И кстати вот мой ответ тем, кто считает, что нельзя в заданные габариты влезть и КПД >95% сделать. http://www.eastups.com/upload_files/2011513_103501.pdf . Вот что мне нашли коллеги из техотдела. И тут все вместе, т.е. DC/DC (только не изолированный), инвертор 3ф, фильтры на выходе инвертора и на входе, СУ,интерфейсы, коммуникация и т.п. И при этом КПД 98% в номинале. Цены до 3 раз ниже европейских ( всего 250$/kW. Работают до 21:00 по китайскому времени, отвечают на запросы не дольше 40 минут. Хоть сейчас покупай, все есть на складе. Но все же нам нужна своя разработка.
И эти параметры далеко не предел мечтаний. Вот тоже китайская фирма с ценами повыше http://www.sinexcel.com/en/centre01.aspx . Вы посмотрите на преобразователь 50kW. Это размеры всего в два раза больше по ширине и глубине чем я задал для 11кВт DC/DC. КПД до 98.6% всего преобразователя, а не только DCDC. Вот это и есть пример "столь мощных и столь эффективных источников". На них я и собираюсь ориентироваться.


Если и дальше придерживаться прокатанной дорожки в плане разработок, то китайцев нам не догнать. Надо что-то менять, в том числе занимаясь баловством. Нельзя конкурировать используя технологии прошлого века. Я, можно так сказать, уже себе хочу доказать, что смогу сделать DC/DC с лучшими параметрами.

Сообщение отредактировал ISK2010 - Oct 31 2011, 11:55

[gte]

Цены до 3 раз ниже европейских ( всего 250$/kW. Работают до 21:00 по китайскому времени, отвечают на запросы не дольше 40 минут. Хоть сейчас покупай, все есть на складе. Но все же нам нужна своя разработка.

Купите 1 экземпляр и изучите. Заодно узнаете реальные цифры и увидите чего они стоят.
И нам расскажете.

[ISK2010]

Купите 1 экземпляр и изучите. Заодно узнаете реальные цифры и увидите чего они стоят.
И нам расскажете.

К этому дело и идет. Но могу сказать, что они не сильно привирают данные, т.к. опыт заказа в Китае мощных инверторов уже есть.

Сообщение отредактировал ISK2010 - Oct 31 2011, 12:07

[gte]

К этому дело и идет. Но могу сказать, что они не сильно привирают данные, т.к. опыт заказа в Китае мощных инверторов уже есть.

Можно не привирать, а не договаривать.
Например, работа на макс мощности в течении 10 сек.
Но я не про вранье, а про изучение опыта и получение готового макета для своей разработки :-).
3000 долларов за 50 кВт стартовый набор разве дорого?

[Plain]

Приплыли, дубль два — у китайцев опять суперсовременный 10-киловаттный ящик размером 100 литров, но автор темы продолжает упорно сочинять ТЗ под закидать шапками в 10 раз меньшим объёмом.

По всему видно, что нет здесь никакой реальной задачи, и всё это банальная типовая лабораторка, ну или заметка в стенгазету.

[ISK2010]

250$/kW это для производителя EAST. А для производителя модуля 50кВт я цену не знаю. Но вроде как у этой фирмы оборудование подороже. Могу предположить 12-15 k$ за 50 kW.

Мистер Plain, вы видите только то, к чему хотите придраться? Или вы читаете по диагонали? Этот суперящик-пример номер раз является законченным устройством, в состав которого в том числе входит DCDC. Естественно размер сборки может в разы быть больше своих составных частей (КЭП). И чтобы в этот ящик влезли все остальные органы, нужно иметь размер DCDC приблизительно как я указал.
А пример номер два вы вообще не упоминули, т.к. сильно не попридираешься, да?

Форум у нас добровольной помощи. Размеры я указал те, которые соответствуют моим представлениям о том, какие они должны быть, и соответственно ограничены свободным местом в шкафу нашего макета системы накопления.

Сообщение отредактировал ISK2010 - Oct 31 2011, 13:02

[valvol]

Но у меня не сеть гуляет, это диапазон напряжения аккумуляторной батареи

С батарейками проще. Насчёт выдающейся удельной мощности не скажу, но получить желаемый к.п.д., даже без экзотических топологий, вы вполне сможете.

[Прохожий]

С батарейками проще. Насчёт выдающейся удельной мощности не скажу, но получить желаемый к.п.д., даже без экзотических топологий, вы вполне сможете.

После моста с разделенными обмотками осталось сделать еще один шаг.
Поставить отдельные трансформаторы к каждому из "косых полумостов", примененных там.
А потом увеличить число этих полумостов с 2-х до ...
Мощности при этом могут быть любыми.
И плюсов гораздо больше по отношению к моно преобразователям.
Что же касается индуктивностей рассеяния, скажу одно - люди, учитесь делать нормальные трансформаторы.
Думайте над их технологией.
А китайские килоВатты не хочу даже и комментировать...

[valvol]

После моста с разделенными обмотками осталось сделать еще один шаг. Поставить отдельные трансформаторы к каждому из "косых полумостов", примененных там.

"Там" нет однотактов, хотя внешняя схожесть имеется. Зачем тратить половину такта на обслуживание сердечника, когда это время можно использовать для передачи энергии? Да и коэфф. трансформации в однотакте придётся задрать, ибо макс. Кзап в традиционной топологии прямоходов не превышает 0,5. А это значит, что обратное напряжение на выпр. диодах задерётся до неприличия в случае диапазона входного напряжения оговоренного топикстартером
Что касаемо параллельной работы, то разделённый мостик запросто это делает, и позволяет неограниченно наращивать мощность без использования монстромоток. Но это уже другая тема.

Сообщение отредактировал valvol - Nov 1 2011, 19:32

[ISK2010]

valvol, спасибо. Пытаюсь разобраться в вашей схеме. А у вас есть какие-нибудь стоящие статьи по такой схеме?

[valvol]

А у вас есть какие-нибудь стоящие статьи по такой схеме?

Не знаю, что вы подразумеваете под термином "стоящие", но при желании можете посмотреть архив старого Володинского форума, где собственно и происходило "становление" мостика с разделёнными обмотками. Особенно после внедрения в него мультигираторного демпфера и замены Мультком "боевых" фазников на "боевые" разделёненые мостики.
Применительно к вашему случаю могу лишь заметить, что не стоит гнаться за экзотическими топологиями с "чудесными" свойствами и вестись на живописания кетайских суперпуперпитальников, буде вы не имеете опыта разработки сильномогучих ИВЭПов, ибо без оного опыта вы просто не в состоянии отличить рекламу и вымысел от правды.
Кстати, аналогичная ситуация имеет место быть и при использовании симулятора начинающим разработчиком, когда он часто не в состоянии определить, что симулятор "гонит" по тем или иным причинам.
З.Ы. Полезно зайти сюда http://multikonelectronics.com/subpage.php?p=2&i=6 и взять модельку разделённого мостика чтобы самостоятельно его потестить в "народном" симуляторе. Статейки там тоже имеются и можно задать вопросы, в частности и по разделённому мостику.

Сообщение отредактировал valvol - Nov 2 2011, 03:33

[gte]

250$/kW это для производителя EAST. А для производителя модуля 50кВт я цену не знаю. Но вроде как у этой фирмы оборудование подороже. Могу предположить 12-15 k$ за 50 kW.

Извините, я ошибся. Хотел написать за 10kW (Вам же столько надо), а написал за 50.

[pr0m]

valvol, спасибо. Пытаюсь разобраться в вашей схеме. А у вас есть какие-нибудь стоящие статьи по такой схеме?

Что-то завяла интересная тема. Автор, как успехи? В частности, первоначальная идея - LLC?