DC-DC преобразователь 50Вт с широким диапазоном выходного напряжения, из 310В надо получить от 25 до 250В, желательно на частоте 100-200кГц Опции

[tg_v]

Здравствуйте, уважаемые специалисты в области ИП! Подскажите пожалуйста, какую топологию выбрать для DC-DC преобразователя, выходной мощностью 50Вт, чтобы из 310В с 20%-разбросом получать от 25 до 250В, регулированием относительной длительности импульса. Хотелось бы, чтобы схема была работоспособна на частоте 100-200кГц.
По предварительным расчетам предполагаю прямоходовый (foward) преобразователь с двумя ключами (с косым полумостом), но сталкиваюсь с проблемой работы на высокой частоте - силовые MOSFETы (например, IRF720, IRF840, STP6NK70Z) не протягивают на высокой частоте работу при скважности (D=t/T) от 5% до 50%, которая бы обеспечила такие широкие пределы выходного напряжения. Может можно как-то обойти эту проблему?

[MikeSchir]

Здравствуйте, уважаемые специалисты в области ИП! Подскажите пожалуйста, какую топологию выбрать для DC-DC преобразователя, выходной мощностью 50Вт, чтобы из 310В с 20%-разбросом получать от 25 до 250В, регулированием относительной длительности импульса. Хотелось бы, чтобы схема была работоспособна на частоте 100-200кГц.
По предварительным расчетам предполагаю прямоходовый (foward) преобразователь с двумя ключами (с косым полумостом), но сталкиваюсь с проблемой работы на высокой частоте - силовые MOSFETы (например, IRF720, IRF840, STP6NK70Z) не протягивают на высокой частоте работу при скважности (D=t/T) от 5% до 50%, которая бы обеспечила такие широкие пределы выходного напряжения. Может можно как-то обойти эту проблему?

Что означает: "не протягивают"? И где схема и др. исходные данные?

[tg_v]

Что означает: "не протягивают"? И где схема и др. исходные данные?

Время включения/выключения транзисторов десятки нс, время обратного восстановления порядка 150-400нс, на частоте 100кГц получаем, что 5% от периода составляет 500нс, а на 200кГц уже 250нс, соответственно красивых фронтов при очень узком импульсе ждать не приходится. Управление ключами осуществляется от процессора через драйвер IR2102, по схеме из даташита. Схема силовой части прилагается.
Тестирую пока на трансформаторе на сердечнике ETD29(материал N87), Ктр=2,02. Тогда Uвых=25В и соответственно Iвых=2А обеспечивались бы D=3-5% при Uвх=248-378В, а Uвых=250В и соответственно Iвых=0,2А обеспечивались бы D=33-50%.
Макет подключаю пока без ОС, от генератора прямоугольные импульсы посылаю на вход драйвера и он регулирует работу ключей, VT1, VT2 работают синхронно.Генератор позволяет регулировать скважность от 20 до 100%, так что реально оценить форму фронтов при работе ключей на очень маленькой скважности не могу.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[MikeSchir]

Время включения/выключения транзисторов десятки нс, время обратного восстановления порядка 150-400нс, на частоте 100кГц получаем, что 5% от периода составляет 500нс, а на 200кГц уже 250нс, соответственно красивых фронтов при очень узком импульсе ждать не приходится. Управление ключами осуществляется от процессора через драйвер IR2102, по схеме из даташита. Схема силовой части прилагается.
Тестирую пока на трансформаторе на сердечнике ETD29(материал N87), Ктр=2,02. Тогда Uвых=25В и соответственно Iвых=2А обеспечивались бы D=3-5% при Uвх=248-378В, а Uвых=250В и соответственно Iвых=0,2А обеспечивались бы D=33-50%.
Макет подключаю пока без ОС, от генератора прямоугольные импульсы посылаю на вход драйвера и он регулирует работу ключей, VT1, VT2 работают синхронно.Генератор позволяет регулировать скважность от 20 до 100%, так что реально оценить форму фронтов при работе ключей на очень маленькой скважности не могу.

Всё что Вы перечислили как причины невозможности реализации задуманного источника говорит только о том, что необходимо снизить частоту преобразования, а ещё интереснее сделать её изменяемой, и при неизменной длительности (а может и изменяемой) импульса регулировать Кзап.=t/T. При этом придётся серьёзно подойти к проектированию выходного фильтра (с позиции амплитуды пульсаций и устойчивости). Вообще задача проектирования источника с широким диапазоном регулирования выходного напряжения имеет много трудностей, с одной из которых Вы и столкнулись. "Наглых", прямолинейных решений здесь может не получться.
И ещё. Не придумываёте новых терминов. Насколько помнится, скважность q=T/t (отношение периода повторения к длительности импульса), а тот параметр о котором Вы пишете d=t/T - коэфициент заполнения импульсов или Кзап. (в иностранной литературе duty factor, duty cycle - D).
Ссылка оказалась на поверхности: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%...%81%D1%82%D1%8C

Сообщение отредактировал MikeSchir - Sep 24 2012, 12:00

[tg_v]

Извините, с терминологией действительно промах вышел, имелся ввиду именно коэффициент заполнения (duty cycle). Частоту преобразования снижать по ТЗ нельзя, можно только поднять, процессор Blackfin, он до МГц работает, просто оговаривалась заказчиком частота 100-200кГц. Хотелось действительно "нагло" решить задачу, но соглашусь с Вами

[quote name='MikeSchir' date='Sep 24 2012, 14:36' post='1095594']
ещё интереснее сделать её изменяемой, и при неизменной длительности (а может и изменяемой) импульса регулировать Кзап.=t/T.

Правда на практике таких схем еще не делал, может подскажете, что почитать про частотно-регулируемые преобразователи. Что кроме фильтра усложнится со стороны схемотехники?

[MikeSchir]

Извините, с терминологией действительно промах вышел, имелся ввиду именно коэффициент заполнения (duty cycle). Частоту преобразования снижать по ТЗ нельзя, можно только поднять, процессор Blackfin, он до МГц работает, просто оговаривалась заказчиком частота 100-200кГц. Хотелось действительно "нагло" решить задачу, но соглашусь с Вами

Правда на практике таких схем еще не делал, может подскажете, что почитать про частотно-регулируемые преобразователи. Что кроме фильтра усложнится со стороны схемотехники?

Извинения приняты Бывает такое, что заказчик определяет частоту преобразования когда он расчитывает повысить помехоустойчивость, например какого-нибудь приёмного устройсва, за счёт разделения частот сигнала и преобразования. Проверьте тот ли у Вас случай.
Такие источники на 120Вт с ШИМ на переменной частоте, зависящей от выходного напряжения мы делаем, с регулированием от почти 0В до 30 В по внешнему сигналу. Всё очень просто: берёте UCC2804 и заводите, дополнительно к типовой схеме, управление на её автогенератор с выхода источника. Вариантов - тьма. Некоторые есть в апликейшн, в каких уже не помню, разработка начала-середины 90-х. Одна из проблем - непостоянная амплитуда пульсаций тока дросселя выходного фильтра, что накладывает требования к его проектированию. Вторая - при регулировании выходного напряжения сопротивлением делителя, меняется усиление системы, и может возникнуть неустойчивость. Решается не изменением сопротивления делителя, а "подливанием тока" в нижний резистор делителя от специального генератора тока, тем самым сохраняется почти постоянное усиление.

Поскольку мощность постоянна, здесь оптимален двухключевой обратноходовый преобразователь на 50 кГц,

А так мы делаем 100Вт-ный источник с регулируемым выходом от почти 0В до 300В, только частота преобразования 100кГц, но на малых выходных она сама меняется в меньшую сторону за счёт пропуска рабочих тактов. Хотя это происходит значительно ниже 30В.

Неправильно. При изменении выходного напряжения, т.е. сопротивления нагрузки, Кзап неизменен — он зависит только мощности и входного напряжения.

Отчего же? Если речь идёт о максимальном установленном (допустимом), то чтобы не иметь проблем с трансформатором Кзап.макс.=50%.

[Plain]

правильно понимаю, что в двухключевом обратноходовом преобразователе максимальный Кзап=50% также как и двухключевом прямоходовом?

Неправильно.

Отчего же?

Неправильно в том смысле, что максимальный Кзап здесь 12%.

[tg_v]

Неправильно в том смысле, что максимальный Кзап здесь 12%.

Разъясните, пожалуйста, поподробнее, как вы рассчитали Кзап=12%. Для меня, к сожалению это не очевидно.

берёте UCC2804 и заводите, дополнительно к типовой схеме, управление на её автогенератор с выхода источника. Вариантов - тьма

А на UCC2804 можно хоть прямоходовый,хоть обратноходовый преобразователь сделать?На сайте http://www.ti.com/product/ucc2804#doctype1 нашлось 14 appnotes, но ни в одном из них не обнаружилось ничего подходящего..

[MikeSchir]

А на UCC2804 можно хоть прямоходовый,хоть обратноходовый преобразователь сделать?На сайте http://www.ti.com/product/ucc2804#doctype1 нашлось 14 appnotes, но ни в одном из них не обнаружилось ничего подходящего..

Да, можно. UCC2804 я привел, лишь, как пример. На самом деле существует много серий микросхем "с токовой обратной связью" (current mode), одним из классических примеров которых является UC3842/43/44/45. По картинкам в ДШ и апнотам можно понять принцип действия. В частности автогенератор работает на принципе заряда конденсатора до определённого уровня и его разряда до другого уровня. Период будет зависеть от тока, которым этот конденсатор заряжается. Если менять этот ток, то можно менять частоту. А дальше буйная фантазия... свяжет этот элемент с выходом источника. В апнотах часто не бывает прямых решений, но МЫ же разработчики... или как?