Топология DC-DC конвертера 24 -> 450В, оптимальная топология для зарядки емкости от 24 вольт Опции

[Андрей_К]

Господа, помогите новенькому подобрать оптимальную топологию для портативного преобразователя для зарядки батареи конденсаторов от батареи 24в. Идея в том, чтобы запитать силовой блок студийных ламп-вспышек от батареи. Несколько вспышек подключается к общему накопителю. Такой вариант имеет свои плюсы и минусы в сравнении с отдельными светильниками, но я к нему привык и хотел бы использовать в батарейном варианте.

Хотелось бы уложиться в минимальные габариты (т.е. минимум алюминия, феррита и меди) с минимальными трудозатратами. Надежность и повторяемость не особо важны, т.к. устройство единичное и в сугубо личных целях.

На данный момент общая ёмкость накопителя 10 000 мкФ при напряжении 450В. Не ахти какие параметры, всего-то килоджоуль, но уже возникли проблемы. На пробу сделал два преобразователя: один классический токовый пуш-пулл на UC3846, другой - обратноход на UC3845.

Как и ожидалось, ни тот, ни другой нормально не работают на к.з. - пуш-пулл заряжает ёмкость "иголками", обратноход не вылезает из CCM. Всё это (обратноход в особенности, из-за зазора организованного прокладкой) жутко звенит, да так, что аж управлялку (вспышечную) на ардуине временами глючит.

Лет 25 назад, когда я немного занимался преобразователями, о резонансных топологиях говорили, но в живую с ними дела не имел, а силовые полевики тогда видели только в строчниках импортных телевизоров. С тех пор, много воды утекло, но судя по глобальной теме про электроудочки на Радиокоте, резонансники так и остались экзотикой и уделом профессионалов. Кто-нибудь может показать не секретную статейку о принципах построения резонансных ZVS/ZVC пуш-пулов? Аппнотов по LLC / phase shift [полу-] мостам в сети валом, а вот именно по пушам как-то не очень.

Так же очень интересно мнение Thickman-а по поводу применения стандартных flyback QR контроллеров типа L6565, NCP1207для целей подобных моей (в свете экспериментов с переподвывертами). В них, если я правильно понимаю, есть тайм-аут по ZCD, несколько микросекунд, чего в моем случае явно недостаточно для граничного режима.

[Андрей_К]

К контролю намагничивания я действительно еще не готов. Кроме того, был всегда уверен, что прямоход - это разновидность buck (понижающего) преобразователя, с передаточной характеристикой что-то вроде D x Ктр х Uвх. Т.е. это источник напряжения, и на к.з. ему работать, без схемотехнических ухищрений, тяжело.

[wim]

был всегда уверен, что прямоход - это разновидность buck (понижающего) преобразователя, с передаточной характеристикой что-то вроде D x Ктр х Uвх. Т.е. это источник напряжения

С управлением по току на UC3845 это источник тока, управляемый напряжением.

такой вариант

ПМСМ, для потерпевшего это слишком сложно - он ведь думает, что трансформатор жужжит из-за неправильных прокладок в зазоре.

[Андрей_К]

С управлением по току на UC3845 это источник тока, управляемый напряжением.

Как бы да, но в чем отличие от пуш-пулла на 3846 с управлением по току? Вроде пуш-пулл это просто два прямохода на общем трансформаторе.

ПМСМ, для потерпевшего это слишком сложно - он ведь думает, что трансформатор жужжит из-за неправильных прокладок в зазоре.

Снова вы правы. Было бы это просто - сплошь и рядом использовалось бы. А так во всех вспышках стоят обратноходы, подозреваю, что именно по причине простоты. В том виде, что нарисовано на стр. 36 опять потребуются могучие снабберы или какие-то фиксирующие обмотки. Т.е. просто точно не получится. Хочется чего-то простого. Потому и прошу помощь зала. Сложно я и сам смогу.
Кроме того, уважаемый гуру наверное знает, что трансформатор с зазором организованным прокладками гадит сильно больше транса с таким же зазором сделанным спиливанием центрального керна, но, почему-то издевается над новичком. Про экран из витка фольги я знаю.

кстати, а зачем же вы в качестве зазора прокладку используете? Ей место в водопроводном кране, а в обратноходе зазор требуется сами знаете из какой материи, и прекрасно знаете, в каком месте

Я же не занимаюсь разработкой ИИП профессионально. Был под рукой подходящий по габариту сердечник - на нем и намотал. А зазора в нем не было. Все равно - макет. Вообще хочу заметить, что купить (поштучно, не партию) требуемые сердечники - проблематично. Сейчас у меня под рукой только ETD34 c зазором есть. В теории, пары таких (в обратноход) мне должно хватить.

Например, каскадный преобразователь "питаемый током пуш-пул" — любой готовый понижающий стабилизатор и нерегулируемый пуш-пул, в пределе — источник тока.

Про каскадный питаемый током пуш-пулл я слышал, но как-то не подумал, что понижающий преобразователь можно легко организовать на контроллере полумоста. На куче рассыпухи делать не хочется. Еще вопрос в тему. Нужно ли будет как-то регулировать перекрытие транзисторов пуш-пулла? Или просто переключать их синхронно и инерционности транзисторов хватит?

Сообщение отредактировал Herz - Jun 20 2016, 20:14

[wim]

уважаемый гуру наверное знает, что трансформатор с зазором организованным прокладками гадит сильно больше транса с таким же зазором сделанным спиливанием центрального керна, но, почему-то издевается над новичком. Про экран из витка фольги я знаю.

Не издеваюсь, а намекаю на необходимость вдумчивого осмысления радиолюбительской мифологии. В частности, по зазору - если предположить, что это магнитный экран, то по нему должен течь ток, создавая встречный магнитный поток. Экран этот - короткозамкнутый виток и, если его расположить между обмотками трансформатора ... ну Вы поняли. А снаружи этот виток никак себя не проявляет - ни повышенным нагревом, ни снижением КПД. При том, что в боковом керне проходит половина магнитного потока центрального керна. Это означает, что доля потока сердечника, проходящая через внешний экран настолько незначительна, что о ней можно забыть. Т.е. для того, чтобы зазор вносил существенный вклад в излучаемые помехи, магнитные силовые линии должны идти перпендикулярно зазору, а они к счастью идут параллельно ему. А экран на самом деле является электрическим, поэтому обычно соединяется с выводом трансформатора, имеющим постоянный потенциал.

в такой топологии режим DCM не возможен, а именно он и нужен

Вам нужно управлять коэффициентом заполнения в зависимости от среднего тока нагрузки. В каком режиме работает силовая часть в данном случае не имеет значения. Гальваническая развязка, как я понимаю, не нужна. Следовательно, нужно организовать две обратные связи - по выходному напряжению (на всякий случай, чтобы не пробить конденсаторы) и по среднему току нагрузки. Как в типовых схемах включения TL494, чтоб было понятно. Есс-но, ОС по току должна иметь усиление больше, чем ОС по напряжению, но это уже детали.

[Андрей_К]

В каком режиме работает силовая часть в данном случае не имеет значения.

wim,
Это зависит от точки зрения. У меня уже собраны два обычных пуш-пула (один похуже, второй малость оптимизирован по результатам тестирования первого), которые, в общем и целом, решают поставленную задачу. Дело в эффективности. Если постоянно срабатывает ограничение тока и из-за этого заряд емкости идет "иголками" - значит габарит трансформатора трансформатора используется неэффективно. К примеру, пусть мой пуш расчитан на 400 ватт. Но из-за ограничения тока нагрузки у него средний Кзап снижается до ~10% (на плечо). В результате на емкость преобразователь выдает только 80вт. А габариты имеет как полукиловаттный блок. Решая задачу в лоб я могу сделать "варылку", как предлагалось в первых постах. И она будет отдавать 500 Вт на конденсатор. Совсем без защиты от к.з. Ток будет ограничиваться батареей и потерями. Но КПД и габариты будут соответствующие. Потому я спрашиваю, есть ли топология, где выходной ток будет ограничен параметрически, а не схемой защиты. К примеру, как в ОХ в режиме DCM, который просто не отдаст мощи больше, чем её запасено в дроссель-трансе.

Да, ШИМ по напряжению мне скорее не нужен. Проще совсем выключить конвертер при достжении требуемого напряжения и перезапускать его по мере необходимости.

Сообщение отредактировал Андрей_К - Jun 20 2016, 23:29

[HardEgor]

.... значит габарит трансформатора трансформатора используется неэффективно. К примеру, пусть мой пуш расчитан на 400 ватт. Но из-за ограничения тока нагрузки у него средний Кзап снижается до ~10% (на плечо). В результате на емкость преобразователь выдает только 80вт. А габариты имеет как полукиловаттный блок.

Так а что вы хотели, если делаете стабилизатор тока(например на 1А) для заряда конденсаторов, то выходное напряжение источника в процессе заряда будет плавно нарастать от нуля до 450В, соответственно и мощность отдаваемая источником плавно нарастать от нуля до 1А*450В. Естественным образом максимальная мощность стабилизатора должна быть 450 Вт. А если вдруг вы желаете заряжать побыстрее и ток заряда сделаете 10А, то и максимальную мощность получите в 4,5 кВт...

[Андрей_К]

Так а что вы хотели...

Обратноход вроде мощность стабилизирует. Накопил N миллиджоулей - отдал. Вначале заряда передаёт больше энергии за один импульс, но импульсы редкие т.к. долго ждет пока энергия сольётся в нагрузку. По мере роста выходного напряжения энергия одиночного импульса снижается, зато частота растет. Мощность примерно постоянна. Если гуру скажут, что это заблуждение - то пойду, наверное, очередной пуш на кВт паять. Может пуш на трех транзисторах (current-fed) спаяю.
В резонанснике ограничение выходного тока параметрическое, но как там с мощностью - без понятия в силу неграмотности. Прошу помощь зала.

Сообщение отредактировал Андрей_К - Jun 21 2016, 01:36

[HardEgor]

Обратноход вроде мощность стабилизирует. Накопил N миллиджоулей - отдал. Вначале заряда передаёт больше энергии за один импульс, но импульсы редкие т.к. долго ждет пока энергия сольётся в нагрузку. По мере роста выходного напряжения энергия одиночного импульса снижается, зато частота растет. Мощность примерно постоянна.

Кгхм... вы хотите природу обмануть? Джоуль = Напряжение*Ток*время. Дроссель в обратноходе накапливает эту энергию, а потом отдает в нагрузку. Больше чем он может накопить, он не отдаст.

[Андрей_К]

Джоуль = Напряжение*Ток*время. Дроссель в обратноходе накапливает эту энергию, а потом отдает в нагрузку. Больше чем он может накопить, он не отдаст.

Все верно, я же именно это и написал. Накопил дроссель свои L*I*I/2, выключили ключ, пошла перекачка энергии на выход. Обнулился ток диода на выходе - значит всё, можно начинать новый цикл. Когда напряжение на заряжаемом конденсаторе равно нулю дроссель отдаст всю накопленную энергию. При почти полностью заряженной ёмкости дроссель будет отдавать только часть накопленной энергии, т.к. диод будет закрываться раньше (напряжение-то на катоде выросло!), циклы будут короче и мощность будет примерно постоянна.

Частота импульсов ШИМ постоянна.

Бинго! Именно в этом моя проблема. Конденсаторы заряжают Ч/ШИМом. Я же не просто так упомянул в первом сообщении L6565, она именно так и работает. Обычно, кто пользовался фотовспышками, это не однократно слышал. Большинство недорогих батарейных вспышек, и даже некоторые дорогие, начинают зарядку чуть ли не с сотен герц и уходят на ультразвук в конце зарядки. Зачастую там дроссель-транс на опилках, вот и выбирают частоту пониже.