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

 

[Plain]

соответственно красивых фронтов при очень узком импульсе ждать не приходится

У Вас в ТЗ что — конкретно микроконтроллер, 200 кГц и некая красота прописаны?

Схема может или работать, или не работать. Ответьте однозначно.

[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

[SergCh]

а ещё интереснее сделать её изменяемой, и при неизменной длительности (а может и изменяемой) импульса регулировать Кзап.=t/T.

Поддержу! Не помню с кем именно с этого форума я разговаривал года два назад по поводу схемы изменения чатоты для UC3825.
Схема была реализована на uc3823, отлично показала себя и даже вопреки ожиданиям не слишком капризна в регулировке.
Правда в данном случае может быть обратноход подойдёт больше.

[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?

[Herz]

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.

ну каким боком тут Блэкфин и частота его работы? Вы на Си или Ассемблере будете конвертер реализовывать?
Если серьёзно, не для программиста это задача. Хотите её решить - забудьте про блекфины, армы и прочие меги...
Выберите специализированный контроллер, их сейчас множество и они не просто так для ассортименту разрабатывались...

[tg_v]

Управляющая программа будет на Си.

Если серьёзно, не для программиста это задача. Хотите её решить - забудьте про блекфины, армы и прочие меги...
Выберите специализированный контроллер, их сейчас множество и они не просто так для ассортименту разрабатывались...

Блэкфин - тоже пожелание заказчика, вообще он у него уже стоит в другом устройстве, но не все его ресурсы полностью задействованы и необходимо по максимуму использовать контроллер, например, для управления проектируемым преобразователем. В то же время это требование можно обсудить и наверно даже убедить заказчика в необходимости применения специализированного контроллера. Но у меня нет опыта применения таких контроллеров, посоветуйте, пожалуйста, какие, например, вы уже использовали?

[Microwatt]

Управляющая программа будет на Си.
Блэкфин - тоже пожелание заказчика, вообще он у него уже стоит в другом устройстве, но не все его ресурсы полностью задействованы и необходимо по максимуму использовать контроллер, например, для управления проектируемым преобразователем.

Опять тема о трудоустройстве контроллера? Источник - не его профессия. Программисты источники не разрабатывают.
Тому, кто требует 200кГц задайте вопрос: ему источник нужен или 200кГц? Поясните, что придется выбирать что-то одно, одновременно это не получится.
Прямоход тоже не получится, эта топология не для таких случаев. Это станет ясно с первых шагов его проектирования.

[Plain]

использовать контроллер, например, для управления проектируемым преобразователем

Для управления — пожалуйста, но никак не для создания. Тем более, что и для управления-то этот МК не приспособлен, на борту нет никакой аналоговой периферии.

Поскольку мощность постоянна, здесь оптимален двухключевой обратноходовый преобразователь на 50 кГц, а для управления им годится любой подходящий ЦАП.

[tg_v]

Поскольку мощность постоянна, здесь оптимален двухключевой обратноходовый преобразователь на 50 кГц, а для управления им годится любой подходящий ЦАП.

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

[Plain]

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

[Microwatt]

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

Лихачество это. Для 50 ватт вполне и однотранзисторный сойдет.

[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%.