DC-DC 12V->36V КПД>95%, Насколько сложно и дорого Опции

[Peter-son]

Возникла задача оценить целесообразность создания и использования DC-DC преобразователя 12V в 36V с выходной мощностью 600 Вт и КПД не ниже 95%. Особых требований по стабильности выходного напряжения нет. Условия эксплуатации - 10-40 С
Какова будет (ну очень приблизительно) себестоимость такого преобразователя при мелкосерийном производстве и насколько трудоемко его производство (имеются ввиду моточные изделия)

[_gari]

а шунт и ключ - секретные. не просто без потерь, а вырабатывающие энергию.

"шунт" без потерь и считай что на самопитании был использован для защиты БП, кой питал корзину кадровой памяти, кушавшую 40-50А, еще в 89 али 90 г.
А теперь прикиньте, какие тогда были возможности

Все-таки в чем-то W^W прав...........

[AleksNik]

Все-таки в чем-то W^W прав...........

А давайте посчитаем. Для простоты возьмем повышающий двухфазник с синхронным выпрямителем (полумост) работающий в режиме близком к критическом.
Для одной фазы получим при след комплектации:
Ключи - IRF 7749 - 3 шт, драйвер полумоста -Si8235, на зашиту IXDD509, датчик тока защиты Si8513, схема управления UC3843.
При рабочей частоте - 200 кГц, рабочий дроссель получается
L=0.8 мкГн*50А. Если брать какой либо распространенный на N87 и сечением ~100 мм2, то для B=0.1Тл, получаем n=4 витка.
Длина намотки получается 0.2м мах, Если ограничить активное сопротивление обмотки 0.5мОм, получим сечение провода 8 мм2., сечение окна с учетом применения литцендрата - 32 мм2., удвоенный зазор - 2.5 мм.
Теперь потери:
статические:
- полумост - 0.92 Вт - при 25гр, 1.5 Вт при 75.
- обмотка дросселя - 0.42 Вт - ~0.8 с нагревом и скин эффектом.
- защита по 12В стороне - 0.7Вт
- фильтры ~ 1 Вт (ток 25 А и можно взять железо с большим В)
динамические:
- полумост при выключении 1.2 Вт.
- верхний диод на DT-100нс - 0.8 Вт
- феррит дросселя - 1.5 Вт
- управление ~0.5 Вт
Общие потери на фазу - 8Вт
С учетом двух фаз получаем расчетный кпд~0.97.
Если ставить ключ защиты по 36В, то понадобятся еще снаберы, для гашения выброса от рабочего дросселя.
Датчик тока ставим в часть проводников дроселей, чтобы амплитудный ток не превышал 20А.
Не учел потери на датчике тока, у него сопротивление 1 мОм, потери - 0.4 Вт, их можно уменьшить, изменив количество подключенных проводников обмотки дросселя. Сеченеи окна можно уменьшить перейдя на планарные витки.
Да, для получения фронтов на ключах не хуже 50 нс, 4-х А-ного драйвера Si8235 хватает.
Если все это сильно сложно, давайте упрощать.

Сообщение отредактировал AleksNik - Dec 14 2011, 08:00

[Plain]

Если все это сильно сложно, давайте упрощать.

Да уж непросто, и который раз.

С бустом и КПД ни у кого вопросов с самого начала не было. Но Вы для всех проясните, наконец, как же работает этот пресловутый довесок "защита от КЗ"? В частности, вопрос элементарно первый — как включить такой преобразователь?

[AleksNik]

Но Вы для всех проясните, наконец, как же работает этот пресловутый довесок "защита от КЗ"? В частности, вопрос элементарно первый — как включить такой преобразователь?

А в чем Вы видите проблему? Сток ключа на 12В, исток на дросселе. Питание драйвера через диод и ограничительный резистор идет с 12В.
Схема датчика тока питается отсюда же. В качестве компаратора - или переход транзистора или одногатовый инвертор с ТШ. Когда перегрузки по току нет (или нет питания на датчике тока), транзистор закрыт драйвер подтянутый резистором на питание включает ключ. Если возникает перегрузка по току, например заряд выходных емкостей при включении, ключ начинает ограничивать ток с гистерезисом, определяемым ТШ или транзистором.
По частоте - 50 или 200 кГц.
На 50 кГц В больше 0.2 не будет, так что для ферритов что 50 с 0.2, что 200 с 0.1 - потери будут одинаковые.
Зато для 50 кГц потери в обмотке будут в 4 (2- по длине и 2 по заполнению) раза (если брать одинаковые сердечники) будут больше.
Или сердечник будет больше, а значит дороже. То же самое будет и для порошкового железа, цифры только другие.
Кроме того динамические потери IRFS3004 на 50 кГц-ах будут в 1.5 раза больше, чем у IRF7749 на 200 (посмотрите соотношения фронтов)
Стоимости обоих транзисторов приоптовых поставка одинаковы, с точностью до рубля, в рознице 3004 даже дороже, корпус подсуропил.

Сообщение отредактировал AleksNik - Dec 14 2011, 10:06

[Plain]

А в чем Вы видите проблему?

В лишнем паразите в сильноточной цепи. Более того, и задача не решена. Получился некий урод, трёхногий (т.е. без четвёртого ключа) буст-бак, который будет расстреливать компоненты лишними джоулями при каждом удобном случае.

Но мысль с буст-баком не такая уж плохая, особенно в согласии с Прохожий — на тему того, что всегда нужно стремиться к решениям с готовыми моточными.

Если буст-бак разделить на две части, то получается достаточно простое решение, вплоть до всего на трёх ключах — полный, т.е. с со своим(и) дросселем(ями) и выходной ёмкостью, синхронный повышающий и обычный (с диодом) понижающий (тоже со своим дросселем и ёмкостью). Также, в этом случае формально снижаются требования к величине ёмкости первого, потому что второй дроссель идёт фильтром.

Понижающий запустить в режиме источника тока, пропорционального выходу, чтобы при коротыше диод был слегка тёплым.

[AleksNik]

а с чего этот ключ должен переключаться с некоторой частотой?
при нормальной работе он полностью открыт.
на перегрузку можно поставит триггер, который его полностью закроет.

Но через какое-то время он должен включится, вот обратная величина этому времени и будет частота переключений .
Если не вводить специально задержки, то это время будет определяться, грубо говоря, гистерезисом компаратора.

В лишнем паразите в сильноточной цепи. Более того, и задача не решена. Получился некий урод, трёхногий (т.е. без четвёртого ключа) буст-бак, который будет расстреливать компоненты лишними джоулями при каждом удобном случае.
Но мысль с буст-баком не такая уж плохая,

Логика совершенно непонятна.
Тут на простой ключ с драйвером Прохожий сказал

...дополнительный ключ.
И дополнительный огород.

А Вы предлагаете вместо этого целый понижающий преобразователь.
Так же не понятна фраза про лишние джоули, я же приводил рассчет - потери на ключах токовой защиты в рабочем режиме составят 1.4 Вт, т.е менее 0.3%.
Дополнительный понижающий преобразователь тоже будет иметь 0.997 кпд?
И еще, не могли бы Вы уточнить, почему, по Вашему мнению, предложенный вариант не решает задачу?
Я не навязываю свое мнение и вполне допускаю, что могу ошибаться, поэтому и интересно в чем я ошибаюсь.



Сообщение отредактировал AleksNik - Dec 15 2011, 06:54

[Plain]

не понятна фраза про лишние джоули

Я просто дорисовал Вашу картину — когда ключ закрывается, никому не нужные 50 А дросселя уносят всё в космос.

Дополнительный понижающий преобразователь тоже будет иметь 0.997 кпд?

Во-первых, по току он максимум на 6 А, а во-вторых, практически всю дорогу выключён, т.е. включён насквозь, так что потери — только последовательно его ключ и дроссель.

[AleksNik]

Я просто дорисовал Вашу картину — когда ключ закрывается, никому не нужные 50 А дросселя уносят всё в космос.
Во-первых, по току он максимум на 6 А, а во-вторых, практически всю дорогу выключён, т.е. включён насквозь, так что потери — только последовательно его ключ и дроссель.

Это Вы дорисовали картину Старичка, в моей картине дроссель через диод разряжается на нагрузку 36В.
Т.е на лицо полноценный понижающий преобразователь, только без специальной схемы управления.
Но, почему то, упустили из виду, что этот ключ в рабочем режиме тоже все время включен, а выключается только при перегрузке.
Не 6, а 16.6 А (600/36)

В общем, я кажется, понял причину Ваших возражений.
Дело в том, что предложенная схема является полноценным преобразователем в любом режиме, а не уродцем, как Вам кажется.
Некую ассимметрию вносит транзистор верхнего синхронного ключа.
Если его убрать, то по сути - является косым полумостом, работающим в двух режимах.
Если нет перегрузки - режим простого понижающего преобразователя, один транзистор косого полумоста включен все время.
При перегрузке - отключаются оба транзистора, разрывают связь входа и выхода через дроссель, а разряжают его через диоды полумоста на нагрузку.

Сообщение отредактировал AleksNik - Dec 15 2011, 07:36

[Plain]

Это Вы дорисовали картину Старичка, в моей картине дроссель через диод разряжается на нагрузку 36В.

Ещё три раза перечитал это:

Сток ключа на 12В, исток на дросселе.

— никакого диода на истоке нет, так что при первом же закрытии ключа дроссель шлёт всем привет.

Не 6, а 16.6 А (600/36)

Вы невнимательны:

Понижающий запустить в режиме источника тока, пропорционального выходу, чтобы при коротыше диод был слегка тёплым.

Так что в моём варианте при 1 В на выходе на него стекает не 17, а, например, всего 0,5 ампера.