Блок питания осцллятора на 1-3 квт Опции

[EVGR]

Доброго времени суток.
Возник такой интересный вопрос:

Имеется осцилятор, состоит из двух магнитосвязанных в некоторый период времени катушек намотанных на ЭЛ стали (2212) и конденсатора. Допустим в первоначальный момент конденсатор заряжен от источника напряжения до Uип-1250V, в какой-то момент времени t1, этот конденсатор посредством ключа S1, подключается к катушкам L1,L2 , конденсатор начинает разряжаться, ток в катушках растет, затем заряд конденсатора становится равен нулю, затем за счет ЭДС самоиндукции катушек конденсатор начинает заряжаться обратным знаком а ток в индуктивности падает. И вот конденсатор перезарядился обратным знаком до напряжения несколько ниже Uип, так как контур не идеальный и в нем присутсвует Rпот-сопротивление потерь, ключ S1 размыкается.


Задача: перед следующим циклом (включением S1), ввести в контур энергию компенсирующую потери в Rпот.

Ввести энергию в систему можно двумя путями. Либо подзаряжать до Uип каждый раз конденсатор, во время пауз между циклами осцилляции для чего понадобится двуполярный истоник питания, либо вводить эту энергию в одну из индуктивностей, накачивая ее, превратив таким образом ее в трансформатор обратноходового преобразователя, а вторую использовать в качестве дросселя, или не использовать и таким образом также подзаряжать C1. Второй вариант несколько сложнее схемотехнически, но экономим на трансформаторе преобразователя и на дросселе. Их роль могут выполнять L1 и L2. Для мощностей в киловатты и десятки квт это существенно.

Один из вариантов классической схемы ввода энергии в осциллятор посредством подзарядки конденсатора С1 предсталена ниже. На ней присутствует Tr1 трансформатор преобразователя, выпрямитель VD1 VD2, дроссель L3, и ключ S2 отключающий весь БП от оциллятора когда тот готов для нового цикла.


Однако хотелось бы как указывалось выше, уйти от дополнительного трансформатора и дросселя БП осциллятора а их функции совместить с L1 и/или L2 осциллятора.
ВОт каккую примерно схему совмещения я вижу:



Схема преобраователя VT1_VT2 по задумке должна работать как двухтактный обратноход. В качестве трансформатора используетсся катушка L1 осциллятора, на которую доматывается первичка.
Схема работает следующим образом:
подается открывающий импульс например на затвор VT1, накачивается сердечник L1, по достижении максимальной (или расчетной индукции)подается управляющее(включающее напряжение)на Т5 или Т6 в зависимости от нужной полярности, , управляющий импульс VT1 снимается, а возникшее ЭДС индукции на выводах L3 начинает через открытый тиристор заряжать С1. По достижении номинального напряжения, ток падает до нуля, тиристор запирается и осциллятор готов к следующему циклу. Можно подавать управляющие сигналы на Т1 или Т2 соответсвенно.

Схема не принципиальная, без цепей управления и защитных диодов, выложена на обозрение только для понимания алгоритма работы. В силовой электронике у меня небольшой опыт, поэтому буду рад любым советам старших более опытных коллег.

[Burner]

Тоже буду тыкать, надеюсь, не обидишься .
Резонансная частота контура 200 Гц.
Стало быть, ты закачиваешь за 1 импульс энергию 4 Дж, а индуктивность L1 - 20 мГн. Примем для простоты, что связь обмотки накачки с L1 идеальная(Ксв=1) Тогда можно считать, что при закрывании транзистора вся запасенная обмоткой накачки энергия перескакивает в L1(ток накачки пропадает, а в L1 появляется). Стало быть, в L1 будет 4 Дж. По LI^2/2 получается, что ток L1 - 20 А. Напряжение на ней в этот момент - 1150 В. Получается имп. мощность всего 20*1150=23 кВт(!). Так вот эта имп. мощность была и в накачивающем транзисторе в момент его закрывания . Точнее, в первичной обмотке. Скажем, Ктр=10. Тогда напряжение первичной обмотки U1=1150/10=115 В, ток - соотв. 20*10=200 А.
Индуктивность первичной обмотки 20/Ктр^2=20/100=0,2 мГн.
Время нарастания тока в ней(т. е. время открывания транзистора) t=0,2 (мГн)*200 (A)/24(В)=1,67 мс. Скорость спада тока L1 не зависит от Ктр. Примерно 1200/20=600 А/мс, или 0,6 А/мкс. Время спада 20А/0,6=33 мкс. Тиристор должен быть уже открытым. Чтобы он хорошо себя вел, можно последовательно ему поставить быстрый диод.
Для 200 А импульса нужен "баян" из 15-20 шт IRF640(сопротивление канала 0,2 Ом, предельное напряжение 200 В.) Если увеличить напряжение первичной обмотки до 120 В, транзисторов надо в 1,2 раза меньше(для того же тока в транзисторе). Потери мощности в транзисторах при этом упадут также в 1,2 раза.
Если нижние транзисторы будут IRF540, их надо раза в полтора меньше, но они будут на пределе. Зачем брать кучу мелких транзисторов вместо нескольких больших? Во-первых, это обычно дешевле. Во-вторых, у них меньше суммарное тепловое сопротивление. Холоднее будут. В-третьих, не так боятся термоциклирования. И потом, у них меньше суммарная индуктивность истока - быстрее переключаются. Поскольку время сброса энергии 33 мкс, это оказывается немаловажным. Закрывать их желательно за 0,5 мкс. Тогда потерь закрывания 0,5/33=1,5%. При 1 мкс -3%.
При уменьшении коэф. трансформации время закачки пропорционально увеличивается, напряжение - тоже. В принципе, по транзисторам Ктр 20-30 примерно оптимален, но ток при этом будет несусветным(400-600 А). Реализовать такую схему проблематично, это надо напараллелить хотя бы с десяток первичных обмоток, каждая - к своей секции ключа(т. е. не весь баян в кучу, а по секциям). У каждой секции свой блокирующий конденсатор. Имхо, не стоит. Проще было бы сделать первичный повышающий преобразователь(ППН) вольт до 100-200(нестабилизированный двухтактник, довольно простая вещь даже на 3 кВт, не то что на 0,9). Кстати, тут рядом была тема
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=47928
Схема мне очень понравилась. В ней на пределе могут работать даже IRFZ44. Лучше, конечно, IRF540. 3-4 штуки в плечо - вполне достаточно. Или не извращаться, сделать полный мост на IRFZ44 - по 2-3 штуки в плечо. Для экономии на холостом ходу ему можно сделать глушилку, чтобы выключала, когда он не нужен.
Более примитивный вариант - "бустер", повышающий дроссельный преобразователь. Сердечник будет тяжелее, транзисторы - тоже. Зато может выключаться, как только достигнуто заданное напряжение, и наоборот.
И возвращать энергию обратно ППН в принципе не умеет .
С высоким напряжением схема закачки будет не в пример проще. IGBT IRG4PC50(3-4 бакса) и последовательный диод. Ктр 4-5, в зависимости от напряжения.
Что касается тиристора, таки да, лучше задерживать момент закрывания транзистора хотя бы на 50 мкс от запуска тиристора.
Для связи между катушками не очень важно, какая сверху, а какая снизу. Лучше, если будет 2 параллельных секции первичной оботки - одна сверху, другая снизу. Или наоборот, первичная обмотка между равными слоями L1. Такое решение часто применяется, я сам так делал. Дальнейшее улучшение получается при дальнейшем дроблении обмоток . Напр., еше по слою первички сверху и снизу, кроме того, что в середине. Трибун на сварочном форуме писал, что пятислойный транс у него греется не в пример меньше трехслойного.
Но мне нравится менее геморройное решение. Взять полумост или мост на транзисторах IRF640(200 В) или IRF740(400 В), раскачивать его меандром от ЗГ 200 ГЦ, регулируемого вручную, и питать сей девайс от означенного преобразовареля. На выходе моста выйдет меандр 50-100-200 В, какое будет напряжение преобразовареля. Последнему можно сделать отводы на трансе, для рег. напряжения. Ну а с бустером еще проще. И вот этим меандром 200 Гц питать означенный посл. контур с конца, без никаких тиристоров. Ручаюсь, все будет отлично работать. В контуре будет синус. ЗГ настраивается в резнонанс. Подстройку и рег. амплитуды несложно автоматизировать.