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.

[Oxygen Power]

Ещё не зная рабочей частоты подозреваю, что для нормальной работы преобразователя в первичной обмотке трансформатора недостаточно витков. Ограничение тока происходит не зарядным током конденсаторов, а за счёт большого импульсного тока из-за маленькой индуктивности первичной обмотки.

Предлагаю на сердечнике ER35 первичную обмотку сделать 15 витков (жгутом из проводников диаметром не более 0,4 мм), высоковольтную вторичную 250 витков, желательно тоже жгутом или литцендратом. Зазор в сердечнике по керну (т.е. в середине) 0,5 мм. При питании напряжением 24 В наведённое напряжение на стоке ключа составит 27 В ( т.е. 24 В + 27 В), плюс "иголка" от индуктивности рассеяния, которую необходимо погасить демпфирующей цепочкой. Рабочую частоту выше 100 кГц не делать. Для повышения стабильности цепи ОС желательно установить между выв. 6 и выв. 3 микросхемы дополнительный резистор 10 кОм...100 кОм (требует подборки). Этот резистор поднимает порог пилы снизу. И всё будет работать.

Для зарядки батареи конденсаторов 10000 мкФ за 10 секунд до напряжения 450 В достаточно мощности 100 Вт.

Сообщение отредактировал Oxygen Power - Jun 22 2016, 04:47

[Андрей_К]

Предлагаю на сердечнике ER35 первичную обмотку сделать 15 витков... Для зарядки батареи конденсаторов 10000 мкФ за 10 секунд до напряжения 450 В достаточно мощности 100 Вт.

Частота у меня ~50кГц. Вроде все нормально должно сходиться. EPCOS говорит, что для сердечника ER35 при зазоре 1мм удельная индуктивность 170 наноГн / виток^2. Шесть витков это примерно 6,1 мкГн. Считаем ток: I=U*dt/L. При частоте 50кГц, коэффициенте заполнения 0,5 выходит несколько меньше 40 ампер. Где-то так оно и есть на осциллограмме (у меня чуть выше частота, получается 35 А). Далее, энергия импульса I*I*L/2, при 35А получаем где-то 3,7 мДж на один импульс. 50 тысяч импульсов в секунду дают 186 ватт. Какое-то количество из них уходит в тепло, пусть КПД будет 80% (цифра с потолка). 186*0,8 = 149 ватт. Как-то так. Сам по себе ОХ преобразователь у меня работает нормально, как запланировано. Проблема в моем неправильном подходе к проектированию.

Да, обратная связь мне не нужна. Релейный режим меня вполне устраивает. У меня же потребление "все или ничего", я даже на время ипульса совсем преобразователь гашу, дабы не работал на реальное КЗ в течении пары миллисекунд почем зря.

В ближайшем будущем сплошные командировки. Ближе к осени попробую сваять квазирезонансник, при той же или даже меньшей проектной мощности он должен заряжать банки гораздо эффективней.


Сообщение отредактировал Андрей_К - Jun 22 2016, 06:50

[Oxygen Power]

Частота у меня ~50кГц. Вроде все нормально должно сходиться. EPCOS говорит, что для сердечника ER35 при зазоре 1мм удельная индуктивность 170 наноГн / виток^2. Шесть витков это примерно 6,1 мкГн. Считаем ток: I=U*dt/L. При частоте 50кГц, коэффициенте заполнения 0,5 выходит несколько меньше 40 ампер. Где-то так оно и есть на осциллограмме (у меня чуть выше частота, получается 35 А).

Для индуктивности с зазором частота не самый важный параметр. Расчёт показывает, что при 6 витках и токе 40 А через полученную индуктивность, индукция насыщения сердечника составляет 0,3 Тл. Я бы так не делал. Свои предложения изложил выше. Обратная связь нужна, чтобы следить за мгновенным значением тока и напряжением. Перезарядить конденсатор тоже плохо. Может фейерверк получиться с алюминиевыми серпантинами.

[Андрей_К]

Для индуктивности с зазором частота не самый важный параметр. Расчёт показывает, что при 6 витках и токе 40 А через полученную индуктивность, индукция насыщения сердечника составляет 0,3 Тл. Я бы так не делал. Свои предложения изложил выше. Обратная связь нужна, чтобы следить за мгновенным значением тока и напряжением. Перезарядить конденсатор тоже плохо. Может фейерверк получиться с алюминиевыми серпантинами.

Да, где-то так я индукцию и принимал в расчетах. Неоднократно смотрел форму первого импульса (напряжение подано предварительно, входные ёмкости заряжены, выходные разряжены, UC3845 принудительно блокирована подачей напряжения на ногу Current Sense, затем блокировка снимается и одновременно запускается развертка осциллографа). Практически идеальная прямая линия от нуля до 36 ампер. Затем отключение по току (должно быть на 33А, но пока все отработает набегает еще чутка). Признаков насыщения не заметно. ОС по току работает нормально. Начиная со второго импульса начинается неразрывный ток дросселя и ни о какой линейности нарастания тока истока речь уже не идет. Ваш расчет сделан, как я понимаю, именно для непрерывного тока. Правильно? Но ведь 10мФ на выходе - это все равно по сути к.з. Т.е. дросселю так или иначе некуда будет накопленную энергию сливать (пока напряжение на выходе не поднимется вольт до 100-200), и ток в первичке за 2-3 такта станет иглообразным. Т.е. Ваш вариант лучше, полевику жизнь чутка облегчится, а главное, транс можно будет на пермаллоевом кольце намотать (их есть у меня немного), надо будет попробовать.

Про ОС по напряжению я писал, что просто блокирую ШИМ контроллер по достижении требуемого напряжения (в настоящий момент 445В отключение, 438В - включение).

Гы... А зачем тогда с пушпулами и обратно и прямоходовыми маяться???

Ну, мне, к примеру, изоляция гальваническая желательна. Я ИГБТ использую в запредельных режимах по току, однажды попался драйвер кривоватый, выдавал 14 вольт вместо 18, я не проверив, пыхнул со всей дури (осциллограмма осталась, поэтому знаю, что драйвер был виноват). ИГБТ спёкся всеми выводами в кучу, не было бы изоляции - выжгло бы всё что можно. Было бы жалко ардуинку. А так только драйвер заменил.

P.S. [offtopic] Никто не подскажет, где можно альсиферовых/Kool-Mu колечек несколько штук прикупить, с доставкой почтой? Ferrites.ru почтой не шлют, говорят, что покупатель должен сам вызывать курьера, но проблема в том, что я на удаленном объекте и у меня никак не срастается с оплатой этих самых курьерских услуг. Хочу приехать домой и забрать посылку с почты в тот же день, а не ждать 10 дней.

Сообщение отредактировал Андрей_К - Jun 23 2016, 04:55

[Herz]

в настоящий момент 445В отключение, 438В - включение).

Это Вы уже сильно рискуете...