Нужен необычный БП, 500W 100V с МАКСИМАЛЬНЫМ кпд Опции

[XVR]

Господа, требуется помощь клуба

Нужно разработать AC/DC из 220V в 100V/15V/12V/5V (4 выходных гальванически развязанных напряжения). Практически вся мощьность будет потребляться по 100V выходу. Есть один подводный камень - весь БП вместе с нагрузками расположен в герметически закрытом корпусе с радиатором. Радиатор может быть весьма большим, но любое активное охлаждение (например вентилятор) исключены.

Мне видится PFC и phase shifted мост с ZVS (или аналогичной) структурой.

Есть еще один подводный камень - нагрузка на 100V канал не постоянна, и описывается формулой K*W, кде K - целое число от 0 до 6, а W мощность в диапазоне 50-80W. K и W известны системе управления БП. (Нагрузка находится в одном приборе с БП и информация о ней доступна при необходимости)

Нагрузки по остальным каналам находятся в пределах 0-10W

Вопрос - возможно ли это вообще сделать, и если да - то на какой элементной базе?

[sup-sup]

Первое пришло в голову - прямоход с активным сбросом + синхронный выпрямитель. Это самые минимальные потери. Много контроллеров понаделали. Много информации имеется. NS, TI. Fairchild - по-моему наилучший выбор по этому поводу. И полевики у них хорошие.

Сообщение отредактировал sup-sup - Apr 7 2007, 22:40

[XVR]

Первое пришло в голову - корректор мощности + прямоход с активным сбросом + синхронный выпрямитель

Это хорошо, но нуждается в уточнениях:

Что приделать к PFC для уменьшения потерь? (например UC3855A)
Не будет ли мост с phase shifted FB более эффективным (UC3875/9 или UCC3895)
Ну и синхронный выпрямитель в данном случае явный overkill (100V и 5A явно не те токи и напряжения, что бы имело смысл заморачиваться с ним)

Может кто то сталкивался с подобной задачей и может что-то посоветовать из опыта?

[Валентиныч]

Нужно разработать AC/DC из 220V в 100V/15V/12V/5V (4 выходных гальванически развязанных напряжения). Практически вся мощьность будет потребляться по 100V выходу. Есть один подводный камень - весь БП вместе с нагрузками расположен в герметически закрытом корпусе с радиатором. Радиатор может быть весьма большим, но любое активное охлаждение (например вентилятор) исключены.

А поконкретнее требования к пульсациям, стабильности и пр. ...?

[XVR]

А поконкретнее требования к пульсациям, стабильности и пр. ...?

По 100В каналу требования не критичны, вполне устроят 5% стабильности (по всем напрявлениям), и пульсации до 1V p-p. (Эти требования можно еще ослабить, но тогда придется пересмотреть остальную часть схемы)

Что касается остальных каналов, то там вообще что получится Допустимо до 10% и более стабильности, пульсации правда желательно иметь поменьше, по крайней мере до 0.1V p-p по 15В каналу, остальные как получится.

[sup-sup]

Сами же хотели "необычный" блок питания. Значит надо что-то придумывать. Опыт в некоторой степени мешать может при этом. Если не рассматрмвать пока конкретный контроллер, а только силовую часть, то есть где потери и присутствуют. На самом деле, 100V - это не так уж и много, так как на входе аж 300V и "те же" полевики. Какой Вам нужен КПД? Если 95% - это 25 Вт тепла куда-то надо деть. Хотелось бы поменьше. Где потери? Кроме "основных" ключей. На выходном диодном выпрямителе будет, как минимум, 5 Вт тепла. На PFC (полевик, диод, дроссель)- тоже будет что-то. На входном мостике потери несколько Вт. Еще трансформатор, дроссель, конденсаторы. За каждый Ватт можно побороться. Способ вроде один - уменьшать потери проводимости ключенй и потери переключения этих же ключей, а также оптимизировать размещение необходимых ключей по схеме. Брать"хорошие" конденсаторы и феррит. Хороший вариант - отказаться совсем от диодов, пользуясь тем, что полевиков новых навалом теперь с все уменьшающимся зарядом переключения. Насчет резонансных явлений думаю, что их можно использовать не как основной вариант, чтобы там циркулировали основные мощности, а только для отлавливания и возврата потерь из-за паразитных явлений типа рассеяния обмоток трансформатора, иначе появляются дополнительные потери. Вариант Active Clamp Reset Forward - очень хороший в этом смысле. И для выходного синхронника управление упрощает. Трансформатору легче. А если их взять два штуки таких преобразователя и включить "последовательно" - один для положительной полуволны 10мс, а другой для отрицательной, то не нужен и входной мостик - остаются одни полевики. Если их взять с некоторой "избыточностью", так чтобы можность управления не сильно возросла, так должен получиться неплохой КПД.

[XVR]

Сами же хотели "необычный" блок питания. Значит надо что-то придумывать. Опыт в некоторой степени мешать может при этом. Если не рассматрмвать пока конкретный контроллер, а только силовую часть, то есть где потери и присутствуют. На самом деле, 100V - это не так уж и много, так как на входе аж 300V и "те же" полевики. Какой Вам нужен КПД?

Это собственно первый вопрос - я не очень представляю сколько тепла можно рассеять из закрытого ящика через радиатор без принудительного охлаждения. Желательно, что бы при этом внутренности ящика не сварились

Если 95% - это 25 Вт тепла куда-то надо деть. Хотелось бы поменьше. Где потери? Кроме "основных" ключей. На выходном диодном выпрямителе будет, как минимум, 5 Вт тепла. На PFC (полевик, диод, дроссель)- тоже будет что-то.

На PFC будет весьма порядочно

На входном мостике потери несколько Вт. Еще трансформатор, дроссель, конденсаторы. За каждый Ватт можно побороться. Способ вроде один - уменьшать потери проводимости ключенй и потери переключения этих же ключей,

Для этого надо взять ключи получше (с меньшим Rds и Qg), а для этого надо выбрать топологию, которая позволит взять Vds поменьше, например phase shifted мост (IMHO у форварда с active clump Vds будет в 2 раза больше)

а также оптимизировать размещение необходимых ключей по схеме. Брать"хорошие" конденсаторы и феррит. Хороший вариант - отказаться совсем от диодов, пользуясь тем, что полевиков новых навалом теперь с все уменьшающимся зарядом переключения.

Я думал уже в этом направлении, даже нашел топологию PFC без моста на входе, но у него потери в ключе оказались больше, чем в исходном мосте

Насчет резонансных явлений думаю, что их можно использовать не как основной вариант, чтобы там циркулировали основные мощности, а только для отлавливания и возврата потерь из-за паразитных явлений типа рассеяния обмоток трансформатора, иначе появляются дополнительные потери.

Я хотел их использовать в основном для снижения динамических потерь в ключах, почему то мне кажется, что они будут ощутимые (надо посчитать)

Вариант Active Clamp Reset Forward - очень хороший в этом смысле.

Это да, что есть то есть. Надо посчитать и сравнить потери в альтернативных топологиях, осталось только определиться со списком этих самых альтернативных топологий

И для выходного синхронника управление упрощает. Трансформатору легче. А если их взять два штуки таких преобразователя и включить "последовательно" - один для положительной полуволны 10мс, а другой для отрицательной, то не нужен и входной мостик - остаются одни полевики. Если их взять с некоторой "избыточностью", так чтобы можность управления не сильно возросла, так должен получиться неплохой КПД.

И очень 'неплохая' избыточность по стоимости Можно рассмотреть как крайний вариант

[sup-sup]

Если сравнить "классическую" цепочку потерь: мостик - PFC- инвертор, то при дублировании двух инверторов ("положительный" и "отрицательный") уходят из потерь и мостик и PFC, а отключенный в текущей полуволне инвертор имеет только потери на проводимость

[XVR]

Если сравнить "классическую" цепочку потерь: мостик - PFC- инвертор, то при дублировании двух инверторов ("положительный" и "отрицательный") уходят из потерь и мостик и PFC, а отключенный в текущей полуволне инвертор имеет только потери на проводимость

Не понял, с мостиком все понятно, а куда денутся потери от PFC?

[sup-sup]

Частично роль PFC могут выполнить инверторы. Электролитов на входе не будет - они "переходят" во вторичку. ШИМ модулировать и входным напряжением. Останутся промежутки в окрестности перехода сети через"0" - хуже чем в классическом повышающем PFC. Тут надо подумать. Возможно, нужен дополнительный корректор, работающий в этих промежутках, но на значительно меньшую мощность - так его КПД не повлияет сильно.
Контроллера нет нормального для всего этого одновременно. Можно попробовать TMS320F28x - там хороший PWM контроллер и на сайте Texas можно найти примеры, в том числе и импульсных источников питания.

Сообщение отредактировал sup-sup - Apr 8 2007, 12:12

[XVR]

Частично роль PFC могут выполнить инверторы.

Ага, теперь понял. Я смотрел на изолированные понижающие PFC, но то, что я видел было сделано на базе flyback преобразователя, а он на 500W не потянет. А на forward converter скорее всего не найдется готовых м/сх управления

Электролитов на входе не будет - они "переходят" во вторичку. ШИМ модулировать и входным напряжением. Останутся промежутки в окрестности перехода сети через"0" - хуже чем в классическом повышающем PFC. Тут надо подумать.

Можно сделать SEPIC или Cuk конвертор

Возможно, нужен дополнительный корректор, работающий в этих промежутках, но на значительно меньшую мощность - так его КПД не повлияет сильно.
Контроллера нет нормального для всего этого одновременно. Можно попробовать TMS320F28x - там хороший PWM контроллер и на сайте Texas можно найти примеры, в том числе и импульсных источников питания.

Посмотрел на TMS - по моему это черезчур для данного проекта, я все таки хочу нестандартный БП на максимально стандартных микросхемах. БП с применением DSP - это уже на класс выше, чем надо

Для начала хочется определиться с требуемым КПД, никто случайно не знает кокого либо пакета для термального моделирования?

[Lenel]

Господа, требуется помощь клуба :)

Нужно разработать AC/DC из 220V в 100V/15V/12V/5V (4 выходных гальванически развязанных напряжения). Практически вся мощьность будет потребляться по 100V выходу. Есть один подводный камень - весь БП вместе с нагрузками расположен в герметически закрытом корпусе с радиатором. Радиатор может быть весьма большим, но любое активное охлаждение (например вентилятор) исключены.

Мне видится PFC и phase shifted мост с ZVS (или аналогичной) структурой.

Есть еще один подводный камень - нагрузка на 100V канал не постоянна, и описывается формулой K*W, кде K - целое число от 0 до 6, а W мощность в диапазоне 50-80W. K и W известны системе управления БП. (Нагрузка находится в одном приборе с БП и информация о ней доступна при необходимости)

Нагрузки по остальным каналам находятся в пределах 0-10W

Вопрос - возможно ли это вообще сделать, и если да - то на какой элементной базе?

Добрый день!
Какой корпус то? Материал и внутренний объём?

[CDT]

Это собственно первый вопрос - я не очень представляю сколько тепла можно рассеять из закрытого ящика через радиатор без принудительного охлаждения. Желательно, что бы при этом внутренности ящика не сварились

Почти сколько угодно, если обеспечить передачу этого тепла изнутри на стенки корпуса или расположенный на корпусе радиатор, а за тем отвести его от корпуса.
Как самый древний вариант - заполнить внутренности трансформаторным маслом (не забывая, что при нагревании тела расширяются).

[XVR]

Добрый день!
Какой корпус то? Материал и внутренний объём?

Материал собственно корпуса может быть любым - например пластмасса или алюминий (первый вариант предпочтительней, т.к. дешевле, но возможен и второй вариант - если это поможет решить проблему охлаждения)



Внутренний объем около 3л (или более). Пока у меня есть только макет собственно прибора (его объем раза в 4 больше, я надеюсь, что окончательный вариант можно будет сделать покомпактнее)

Почти сколько угодно, если обеспечить передачу этого тепла изнутри на стенки корпуса или расположенный на корпусе радиатор, а за тем отвести его от корпуса.
Как самый древний вариант - заполнить внутренности трансформаторным маслом (не забывая, что при нагревании тела расширяются).

Это мысль! Только есть одно 'но' - там довольно много разъемов Придется их как то герметизировать.

[vvvvv]

....Как самый древний вариант - заполнить внутренности трансформаторным маслом (не забывая, что при нагревании тела.....

Он же сказал КАК САМЫЙ ДРЕВНИЙ способ заливать маслом.
А самый современный, использовать тепловые трубки.
Здесь же на форуме была целая тема по этому поводу :
http://electronix.ru/forum/index.php?showt...%E4%E4%E8%ED%E3
А вот ссылка, которая полностью решает Вашу проблему при использовании стандартной схемы без вентиляторов.
http://casemods.ru/section10/item214/