Мощный DC/DC - 150 - 400 по входу., Выбор топологии Опции

[Stanislav_S]

Собственно стоит задача проработать, DC/DC с такими параметрами:
Входное напряжение - 150 - 400 вольт.
Выходное напряжение - 24В
Выходная мощность - 500 Wt
Нагрузка фактически постоянная, может колебатся в пределах 10 процентов.

Пока вот обдумываю какую топологию применить в данном девайсе, однотактные само сабой отпадают , полный мост тоже вроде как ненужен для такой мощности да и сложный, пуш - пул тоже нехочется ибо транзисторы больно высоковольтные надо, в итоге собственно выбор сводится ( пока) к двум топологиям:
- двухтранзисторный форвард (он же "косой полумост")
- просто полумост.
Каждая имеет свои плюсы и минусы, но вот баланса у меня пока свести не получается, требуется помощь более "маститых" коллег , ибо моделировать и считать одновременно два варианта, нету времени

[Microwatt]

Ну. если духу хватит - попробуйте еще однотранзисторный прямоход. У меня самого духу не хватило, пришлось с вентилятором....
Работают в серии пока неплохо. Правда там 175 ватт, просто габаритов коробки под сетевой электролит не хватило, но без коробки на 225 гонял. Е40 трансформатор, дроссель и ключ 11NK80. частота где-то 50кГц...
Достаточно технологично и хорошая повторяемость.

[Прохожий]

Ну. если духу хватит - попробуйте еще однотранзисторный прямоход. У меня самого духу не хватило, пришлось с вентилятором....
Работают в серии пока неплохо. Правда там 175 ватт, просто габаритов коробки под сетевой электролит не хватило, но без коробки на 225 гонял. Е40 трансформатор, дроссель и ключ 11NK80. частота где-то 50кГц...
Достаточно технологично и хорошая повторяемость.

А как, если не секрет, решена проблема утилизации энергии, накопленной в паразитных элементах схемы?
Особенно в критических режимах, переход в КЗ, выход из него...

Сообщение отредактировал Прохожий - Nov 17 2010, 19:28

[Microwatt]

А как, если не секрет, решена проблема утилизации энергии, накопленной в паразитных элементах схемы?
Особенно в критических режимах, переход в КЗ, выход из него...

Когда всякого начитаешься, то кажется лучше и не браться Но жизнь заставила.
Модели. Да, намоделировал, наслушался всякого, но пока в живом железе не увидишь... Как в поговорке- домашние мысли в дорогу не годятся
Сердечник Е40 великоват для такой мощности. Но он был доставабельным. Потому, индуктивность первички удалось простыми средствами довести до 10мГн. слоение обмоток не применял, поскольку в прямоходовике тесная связь не так критична как во флае. В результате ток намагничивания оказался малым относительно. RCD снаббер с потерями порядка 1.5 ватта вполне с этим справляется. ничего более вокруг ключа нет.
Во вторичке параллельно диодам выпрямителя тоже снабберки RC с потерями менее ватта. Картинки довольно гладкие, без особых звонов. Греется больше всех компонентов трансформатор. Источник спокойно 175 ватт держит без обдува, если не вставлять его в тесную коробку. Утилизировать 1.5-2 ватта во всяких нондиссипативных нашлепках - только резко снижать надежность.
КЗ. конечно, особо пристальное внимание.. Источник с выходом 48вольт, потому потери в диодах невелики и при КЗ ток дросселс почти не падает. Импульс тока через ключ возрастает в 2.5-3 раза потому что петля ОС по току не успевает сработать. Приблизительно 70нс идет рост, 70нс уже контроллер пытается ключ выключить и еще столько же само выключение. Весь токовый цикл ограничения при КЗ длится 160-200нс. Поскольку это в режиме рестарта, то ключ и выпрямитель при КЗ совершенно не разогреваются.
Выход из КЗ - обычным путем, как при старте - постепенное расширение ШИМ до рабочего значения.
Вообще, поработавши с прямоходовиками после флаев, даже от 50 ватт уже делаю прямоходовик. А в маломощных DC-DC от 5-10 ватт. Хотя считается, что водораздел меж флаями и прямоходовыми где-то в районе 100-150 ватт. Прогнозируемо, хорошо совпадает с расчетом. Куда меньше проблем с устойчивостью петли ОС и хороший отклик на сброс-наброс нагрузки.
В сетевых, конечно, неудобно ключ на 800-900вольт, ну и два моточных, но зато простых. А в DC-DC - вообще песня, и снабберов в первичке не нужно, резонансные емкости хорошо работают.
.
В целом, прямоход от флая отличается, как четырехтактный двигатель от мотоциклетного. Сложнее изначально, но намного эффективнее в работе. Кроме того, флай вообще-то плохой источник общего применения. Он себя оправдывает как встроенный в какой-то прибор, где заранее оговорена и более-менее постоянна нагрузка. Я так и не смог за несколько лет преодолеть неприятности, связанные с вхождением в режим непрерывного тока дросселя при перегрузке. Это как неуловимый Джо - все о нем говорят, но никто его не видел этот режим.

[Прохожий]

...

Т.е. все рассеивается на резисторах снабберов?
Если я не ошибаюсь и все правильно понял.
Но мощность потерь незначительна и все это безобразие вполне допустимо?

В целом, прямоход от флая отличается, как четырехтактный двигатель от мотоциклетного. Сложнее изначально, но намного эффективнее в работе. Кроме того, флай вообще-то плохой источник общего применения. Он себя оправдывает как встроенный в какой-то прибор, где заранее оговорена и более-менее постоянна нагрузка. Я так и не смог за несколько лет преодолеть неприятности, связанные с вхождением в режим непрерывного тока дросселя при перегрузке. Это как неуловимый Джо - все о нем говорят, но никто его не видел этот режим.

Последний преобразователь, в котором принимал участие - косой полумост, прямоход с жесткой коммутацией.
Выходная мощность 8.5 кВт (150В, 56 А). Номинальное напряжение DC буса - 540 Вольт. Нагрузочная кривая - штыковая. Ток полного КЗ - 67 А.
В принципе, его можно и уменьшить, но пока нет смысла.
Это я к тому, что пока с косым полумостом в его прямоходовом варианте еще никто и рядом не стоял по эффективности.
К стати, косой полумост может работать, как в варианте чистого обратнохода, так и с утилизацией энергии на обоих ходах.
Об этом я писал где-то выше..

совершенно ага!
Идея квазирезонансного полумоста вроде подкупает своей простотой, но не годится из-за плохого использования ключей по току и общей энергетической неэффективности.

Точно так же, как и резонансного, к стати.
Причина та же.
Обмылок от синусоиды уступает по эффективности прямоугольнику.

[Microwatt]

Т.е. все рассеивается на резисторах снабберов?
Если я не ошибаюсь и все правильно понял.
Но мощность потерь незначительна и все это безобразие вполне допустимо?

Выходная мощность 8.5 кВт (150В, 56 А). Номинальное напряжение DC буса - 540 Вольт. Нагрузочная кривая - штыковая. Ток полного КЗ - 67 А.
В принципе, его можно и уменьшить, но пока нет смысла.
Это я к тому, что пока с косым полумостом в его прямоходовом варианте еще никто и рядом не стоял по эффективности.

Да, тут ни траекториями переключения ни еще чем заморачиваться не пришлось. потери незначительны и все на 4-х двухваттных резисторах с запасом...
Ну. 8кВт я даже издали не видел. Через плечо заглядывал в 4-киловаттник, пока разрабатывали. Тоже косой мост, жесткий, на IGBT. загнали его на 50кгЦ.
Да, там RCD снабберы параллельно ключам ватт по 15 сеют. И все в конструкции вообще не для паяльника, а для молотка, медной шины и газовой горелки. Трансформатор без оправки в тисках не намотать.
Но ниче, работает, 150 ампер по выходу и КЗ держит.
Другая топология как-то даже не рассматривалась.
Насколько мог по литературе проследить - мощность наращивают многофазными и многоячеечными схемами. Но двухтактных - практически нет. С ростом мощности допекают в первую очередь токи. А полумост - заведомо двойной ток и проблемы с реактивностью конденсаторов. Пушпул на 300-400 вольт вообще как-то не мыслится, да и симметрировать сердечник очень сложно.

[Прохожий]

Да, тут ни траекториями переключения ни еще чем заморачиваться не пришлось. потери незначительны и все на 4-х двухваттных резисторах с запасом...
Ну. 8кВт я даже издали не видел. Через плечо заглядывал в 4-киловаттник, пока разрабатывали. Тоже косой мост, жесткий, на IGBT. загнали его на 50кгЦ.
Да, там RCD снабберы параллельно ключам ватт по 15 сеют. И все в конструкции вообще не для паяльника, а для молотка, медной шины и газовой горелки. Трансформатор без оправки в тисках не намотать.

А иначе в нашем деле никак...
8.5 кВт - это некий оптимум для элементарного блока при данном выходном напряжении. В смысле оптимума стоимости.

Насколько мог по литературе проследить - мощность наращивают многофазными и многоячеечными схемами.

Это факт. Мы так и делали.
4000А, 25 Вольт. 30 ячеек сдвинутых по фазе на 1/30 периода.
Ячейка - косой полумост.
Там есть хитрости, но они элементарны.
К стати, то, о чем я говорил выше про 8.5 кВт - элементарная ячейка аналогичного устройства на 250 кВт.

[Microwatt]

К стати, то, о чем я говорил выше про 8.5 кВт - элементарная ячейка аналогичного устройства на 250 кВт.

Да уж, плипорция явно не для журнальчика. Масштаб-с!
А проблема выравнивания мощностей? Или кто сколько сможет, то и отдает. А на всю катушку все включаются на предельной мощности?
Т.е. самые шустрые работают в режиме ограничения предельного тока, а самые ленивые - в петле ОС по напряжению?

[Прохожий]

Да уж, плипорция явно не для журнальчика. Масштаб-с!
А проблема выравнивания мощностей? Или кто сколько сможет, то и отдает. А на всю катушку все включаются на предельной мощности?

По большей части она надуманна. Особенно для наших применений.
Девайс, в основном, используется как источник тока.
Режим стабилизации напряжения нужен только, когда нагрузки практически уже нет.
При одинаковых компонентах система практически симметрична.
Тем более, что ОС фактически одна.
И девайс, не смотря на монстрообразие, рассматривается как единое целое, с гипертрофированным коммутатором.

Или кто сколько сможет, то и отдает. А на всю катушку все включаются на предельной мощности?
Т.е. самые шустрые работают в режиме ограничения предельного тока, а самые ленивые - в петле ОС по напряжению?

На переходе из режима источника напряжения в режим источника тока это неизбежно.
Как бы Вы не выравнивали мощности.
Если технология изготовления ячеек верна, то никаких дополнительных средств выравнивания не требуется.
Все хорошо и так.

Коллеги, посмотрите на название темы, там мощность 400Вт. А здесь уже обсуждаутся киловатты.

А в чем разница?
Или Вы считаете, что решение, прекрасно себя чувствующее на киловаттах, не будет работать на сотнях ватт?
Если позволите, выражу свое скромное мнение по поводу разных топологий.
1. Во всех источниках питания основной элемент - трансформатор.
И тот, кто не справился с технологией его изготовления, ищет обходные пути в виде актив клампов, квази резонансников, просто резонансников и прочих ненужных сущностей.
А надо всего-то получить минимальную индуктивность рассеяния и минимальную собственную емкость.
Неужели это сложно?
2. Далее следует выбор компонентов. Этот вопрос надо решать крайне тщательно.
В принципе, настоящих силовых приборов не так уж и много.
Очень много мусора.
3. Тщательная разработка как топологии ПП, так и объемного монтажа. Ну, это и так все знают.
Только почему-то не делают...
4. Минимум деталей в управляющей системе. И никаких МК. Только в качестве задатчиков параметров. Все виды защит - только аналоговые прямого действия.
Общие вопросы как бы изложил.
Теперь, если можно, так же скромное мнение по поводу распределения топологий по мощностям.
Мощности до 50...100 Вт. Широкий диапазон входных напряжений или трехфазная сеть - обратноход в прерывистом или критическом режиме.
Верхняя цифра может обсуждаться.
Мощности свыше 100 Вт при широком входном напряжении или трехфазной сети - прямоходный косой полумост.
Мощности выше 3 кВт для однофазной сети и выше 5...8 кВт для трехфазной сети - многофазный инвертор.
В принципе, вопрос про топологии источников питания закрыт. Обсуждать здесь можно только ньюансы.
К примеру, перед косым полумостом можно поставить PFC. Ну, это для особо пендитных.
При низких выходных напряжениях - синхронный выпрямитель на специальных полевиках.
И эта тенденция общемировая.
Число патентов в том же Пендостане, которые так или иначе посвящены многофазным системам, в период с 2000 года по настоящее время выросло в разы по отношению к тому, что было до этого.
А у нас в этом направлении вообще ничего не делается.
Все плодят моноблочных монстриков.

[NGK]

Если позволите, выражу свое скромное мнение по поводу разных топологий.
1. Во всех источниках питания основной элемент - трансформатор.
И тот, кто не справился с технологией его изготовления, ищет обходные пути в виде актив клампов, квази резонансников, просто резонансников и прочих ненужных сущностей.
А надо всего-то получить минимальную индуктивность рассеяния и минимальную собственную емкость.
Неужели это сложно?

Теперь, если можно, так же скромное мнение по поводу распределения топологий по мощностям.
Мощности до 50...100 Вт. Широкий диапазон входных напряжений или трехфазная сеть - обратноход в прерывистом или критическом режиме.
Верхняя цифра может обсуждаться.
Мощности свыше 100 Вт при широком входном напряжении или трехфазной сети - прямоходный косой полумост.
Мощности выше 3 кВт для однофазной сети и выше 5...8 кВт для трехфазной сети - многофазный инвертор.

Интересно Ваше мнение по поводу топологий.
Исходные данные: Диапазон мощностей 100 .. 500 Вт, входное напряжение "послеККМ-ные" 350 .. 450В, выходное напряжение промежуточная шина для всяких там цифровых систем 9 .. 15В, можно даже не сильно стабилизированное, лишь бы с медленными изменениями напряжения на шине. Медленными с т. з. многофазного понижающего с 0,3 .. 1,5МГц частотой преобразования.
Вопрос: топология и практически достижимый КПД?