Прочитал вот в этой книге Switchmode Power Supply Handbook (3rd edition), что для построения регулируемых источников питания (с регулируемым выходным напряжением), наиболее оптимальна топология Flyback. В данной книге приведении пример расчета трансформатора такого ИБП, с диапазоном регулировки от 0 до 60В.

Есть необходимость в построении ИБП с регулировкой от 0 до 500В, мощностью 200-300Вт. Подскажите плз, действительно ли эта топология оптимальна для подобных ИБП, есть ли у кого опыт реализации по этой топологии регулируемого ИБП? Какие есть альтернативные варианты/топологии ?

Ниже привожу главы из книги, посвященные этому вопросу.

Нет, регулируемые от нуля БП строятся по схеме ассиметричного (смещённого) моста.

Третья страница

Нет, это совсем не то. Вообще, такое здесь уже обсуждалось, например вот:

http://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...st&p=996157

Это обычный обратнаходовый полумостовой преобразователь. Работать будет, только необходимо грамотно рассчитать и исполнить. Схема возбуждения должна иметь отдельное питание. На малых напряжениях будет большая пила. Транзисторы хорошо защищены от выбросов ЭДС.

Одно совершенно ясно: без переключения поддиапазонов ничего толкового не получится.
И 300 ватт для флая многовато. Хотя по гибкости, широте диапазона это топология действительно хороша..

Вам необходим двухкаскадный источник. Входной каскад - непосредственный преобразователь напряжения с ограничением тока. Выходной - не регулируемый конвертор.

А почему нужно переключение поддиапазаонов? Как можно его организовать?


Вы имеете ввиду отдельный БП схемы управления?

Немного запутался, Microwatt говорит о необходимости переключения диапазонов, Парус говорит, что работать будет...

Какие есть особенности для 500В?

КакоЙ у Вас ток при низких напряжениях?

На низких напряжениях ИБП использоваться скорее всего не будет (ниже 100В), но возможность опуститься нужно иметь. Ток, думаю, будет 0.1-0.5А.



Если не затруднит, поподробнее плз.

сейчас, что нибудь подберу.

Гляньте пока это
epa.susu.ac.ru/assets/files/PromElectronika/Glava10_Pt.pdf


Какое входное напряжение?

Посмотрите здесь непосредственные понижающие преобразователи.
Высокочастотные транзисторные преобразователи 1988.djvu

Появятся вопросы, задавайте.

FLyback можно сделать, хотя и не оптимально по массогабаритам, зато просто в наладке и работает в широком диапазоне.
Вспомогательный источник питания для схемы управления нужен отдельный.
Тут еще важно грамотно сделать датчик напряжения для обратной связи через оптрон.
Скорее всего, для него понадобится еще один БП (или развязанный выход первого вспомогательного).

Кстати, если задача разовая, можно переделать блок АТХ от компа, перемотав вторичную обмотку транса и дроссель, заменив выходные диоды и кондеры .
В нем уже есть вспомогательный источник, так что надо будет заблокировать цепи защиты при неправильных выходных напряжениях и сделать регулируемую цепь ОС.

У меня такой БП регулируется от 2,5 до 15В, причем нижний предел у Вас так и останется 2,5В.

Вы ток мерили? Компьютерный блок питания рассчитан на свой диапазон напряжений.

Ток порядка 15А был при 3В и при 12В. Возможно, мне повезло с конкретным типом блока.
Но я не вижу причин, по которым полумостовой блок при внешнем питании схемы управления не выдаст ток при каком-то вых. напряжении.
Благодаря дросселю это для него все равно, что работать при разных токах и номинальном напряжении, а современные БП АТХ работают начиная от 0 нагрузки.

Наверное, сам блок был рассчитан изначально на большую мощность, то есть имеет хороший запас. Ибо надо очень постараться, чтобы предотвратить перекосы в двухтактном преобразователе, обеспечивая регулировку выходного напряжения в широком диапазоне. Тем более, если он собран на чём-то вроде 494-ой. Мне так кажется.
Я бы, возможно, тоже делал бы авторский вариант двухкаскадным. Из-за недостатка опыта. Только наоборот, первый каскад сделал бы двухтактным нерегулируемым типа того же полумоста. 315В -> 500В с гальванической развязкой. А второй - обычный степ-даун, с лёгкой реализацией ОС без всяких оптронов. Если регулировать до нуля, всё-таки, не нужно, то получилось бы, наверное, довольно просто. Но избыточно, конечно.

Между нами, девочками. Что является источником, что приёмником?

Мюллер говорил что-то вроде: "Когда я слышу слово "демократия" мне хочется схватиться за пистолет! "
Вот и мне тоже , когда я очередной раз слышу "можно переделать блок АТХ от компа,..."
Кондеры, трансы, микрухи... Вы порядок величин хоть чувствуете? Меж 12 вольтами и 500 разница не в 42 раза, много больше.
Чтобы получить стабилизированные 500 вольт на выходе какое напряжение придется выпрямить? И чем это сделать? И в какой бакалейной лавке купить "кандеры" вольт на 650 хотя бы, да еще влезающие в плату АТХ?

Просматривается вариант сделать источник вольт на 200 с защитой от КЗ и далее регулировать бустом 200...500. Хотя, это тоже не бросовая задача, но вроде реализуемая. В одну ступень - вряд ли.

Пока вырисовывается 2 варианта:
1. Схема ассиметричного (смещённого) моста он же обратнаходовый полумостовой преобразователь.
,
Microwatt предложил переключение диапазонов, но пока не ясно как его реализовать и нужно ли оно.


2. Двухступенчатый преобразователь. Первая ступень нерегулируемое повышение до 500В с ограничением тока, вторая ступень - регулируемый step-down.
Однозначно нужен внешний БП для питания цепей управления.

Лучше сначала понизить напряжение до 0...200В, затем неуправляемым повышающим конвертором получить
0...500В.

Т.е. управляемый от 0 до 200В, и не управляемый, прямопропорциональный 200->500В?
Почему так лучше? Схемотехника проще? Надежность? В приведенных Вами ссылках ответа не нашел

Логически продолжая эту тему, можно взять готовый блок питания 0-60В, и повышать до 500В...

Да и как себя будет вести повышающий конвертор при низких входных напряжениях, до 10В например. Да и схемотехнику его я не представляю себе. Может какую схемку приблизительную укажите или четкое название топологии

Ща набросаю.

Примерно так.

Чем лучше? Не понял. У повышающего, вроде, и КПД похуже получается...

Насчёт ограничения тока не уверен и также насчёт внешнего БП. Если есть первая нерегулируемая ступень, то дополнительной низковольтной обмоткой всё решается для цепей управления.

Если уж есть ограничение тока, то регулировку выхода сделать очень просто. Чаще бывает стабилизатор напряжения но без ограничения тока.
И вообще-то, проблемы всегда с повышением напряжения, а не понижением. Нерационально делать 600 вольт и понижать до 500. Куда проще сделать около 200 стабильное, защищенное и повышать до 500 регулируемым бустером. Можно, наверное, обойтись даже 600-вольтовыми ключами-диодами.
А про внешний служебный источник непонятно. Кажется, проблемы вовсе нет... Первый стабилизирующий каскад может иметь служебную обмотку.

Здесь противоречие какое-то. Зачем же повышать, если это проблематично? Проще сразу получить 500В (ну, 520 - 550В) нерегулируемым полумостом (или даже железным автотрансформатором из АС, если габариты не критичны) и тоько потом возиться со стабилизацией. И понижать.

Зачем стабилизирующий? Или предполагается, что сеть гуляет очень широко?

Тут просто всмотреться в блок-схему. Поскольку она объяснена словами, то каждый понимает как придется.

Получить 500 вольт сразу - ну, предложите как. С железного трансформатора это будет где-то от 500 до 900, в зависимости от напряжения в сети и степени нагрузки. И трансформатор такой и даже к нему выпрямитель - определенные проблемы.
Понижать с такого напряжения еще большие проблемы. Степ-даун - вообще не топология с точки зрения надежности. Другие топологии потребуют ключей на киловольта полтора-два.
Сделать же из сети стабилизированный источник на 200 вольт еще как-то просматривается, хотя, все, что выше 100 вольт по выходу - определенные проблемы тоже. А дальше , с 200 вольт, сделать 200-500 бустером - относительно просто. Но он будет защищен от перегрузок и коротких замыканий первым стабилизатором, двухсотвольтовым.
Там же удобно взять служебное питание. В стабилизированном источнике оно всегда где-то на вспомогательной обмотке легко получается.

Мне кажется, Вы слегка преувеличиваете. Если железный трансформатор допустим, то выходное напряжение его будет меняться в тех же пределах, что и входное. В относительных величинах, конечно. То есть, при дрейфе сети +/- 20% это будет 500 - 700В. Немало, да. Но терпимо, имхо. Какие проблемы с выпрямителем на 50Гц?
А если выходное напряжение трансформатора зависит от нагрузки, то он просто намотан плохо. Но не думаю, что тяжело найти хороший тор на 200-300Вт.

А почему? Я как раз считал его одним из самых надёжных. Проблема при пробое ключа, конечно, существует. Но она решаема. И ключ, как Вы понимаете, не нужен ахти какой. А это тоже в пользу надёжности.

Кто видел поворотный автотрансформатор?

И можно ли испечь феррита для такого трёхфахного на десятки килогерц?
Ну, механическая регулировка, так лабораторные источники тоже - ручкой грубо, точно.

Увы. если бы это было все так.
1.41 на выпрямителе все портит. Реально в диапазоне сети 175-250 у меня свой практический стандарт на фильтре (1 мкф на ватт) 210-350 вольт.
А если еще хорошо намотанный 50-Гц добавить ( серии ТН, ТА) , то и того хуже из-за падения в обмотках, проверено.
Увеличивать фильтр по емкости тоже не путь. Там такие импульсные токи получаются, что железо 50Гц не работает, все идет в нагрев обмоток.

В общем думал делать по этой схеме:



Почему:
1. Схема однокаскадная
2. Проще система управления (нежели для двухкаскадной)
3. Широко распространенная схема, легко посчитать трансформатор
4. Повторяемость выше, меньше катушек, есть возможность подняться до 1000В в перспективе
5. Хорошая совместимость с импульсными нагрузками, т.к. энергия дросселя отдается в нагрузку при разомкнутом ключе.

Однако выходит, что для этой схемы есть граничные режимы по выходному напряжению, а именно: регулировка до 0 не осуществима, в предложенном в книге варианте только до 10В. Напряжения выше 310В на нем не получить.

Почему:
Limiting values are found where the secondary turns are so low (or output voltages so high) that the flyback voltage as referred to the primary exceeds the supply voltage. At this point
the flyback energy will be returned to the supply through D1 and D2, and energy transfer
is lost. A further limiting value will be found where the secondary turns are so large (or
output voltages so low) that the converter moves into the incomplete energy transfer mode
(continuous mode) where the effective DC current component can cause core saturation.

Перевод из Google:
Предельные значения находились там, где количество витков вторичной обмотки настолько низки (или выходное напряжение настолько высока), что
обратного хода напряжение, о котором говорится в первичном превышает напряжения питания. В этот момент
обратного хода энергии будет возвращен к сети через D1 и D2, и передача энергии
теряется. Еще предельное значение будет там, где количество витков вторичной обмотки настолько велики (или
выходного напряжения так низко), что преобразователь переходит в режим неполной передачи энергии
(непрерывный режим), где эффективный компонент постоянного тока может вызвать насыщения сердечника.

C двухкаскадными вариантами еще не определился, какой лучше.

Вот еще рассматриваю что-то из этого:

Вы рассмотрели "косой флай".
- Однокаскадность - еще не значит "проще управление".
- довольно редкая топология.
- повторяемость... заведомо хуже. "Катушка"-то тут одна, но требует тщательного изготовления.
- отдача при разомкнутом ключе тут ни при чем. Совместимость с импульсными нагрузками - тоже. Как раз у прямохода она куда лучше.

Неверно понят перевод. То, что отраженное напряжение не может быть выше напряжения источника вовсе не означает, что выходное напряжение не может быть больше этого. До 310 вольт (а практически это не 310 а 210-230 вольт при пониженном в сети) работает это с коэффициентом трансформации 1:1. Домотайте вторичку и получите больше.
Все схемы из зоопарка ниже - из диссертаций, не из жизни.
Исключение только первая, буст с автотрансформатором. Одно время когда ксеноновые лампы пытались в фары ставить появилась эта схема с 12 вольт в 400 качать.
Схему 2 . например. вообще включить сложно. Там никогда не должно быть состояния когда оба ключа закрыты. Работа на грани фола.
Вам это все практически бесполезно.

Могли бы Вы этот момент лучше пояснить?
Про зоопарк хорошо подмечено

Похоже таки да, ограничения для flyback на верхний предел по напряжению нет. Вот нашел подтверждение тому в AN118


А вот топология предложенная Парус




Буду наверное делать Flyback.

Да не топология это. Вернее, это для 2-5 ватт годится. Чтобы при нуле на выходе все эти 5 ватт рассеять на регуляторе.
Эдак выпрямляйте сеть и ставьте реостат на киловатт. Та же эффективность будет.
С выходным флая Вы уже разобрались самостоятельно. Коэффициент трансформации играет большую роль.
Флай хорошо выглядит на картинке. И в жизни ватт до 150. А вот 300 ватт на нем... ну спаяйте, увидите, если на слово не верится.
Слишком большие импульсные токи требуют особого внимания к разводке. Сбоит это выше каких-то мощностей упорно.
Не говоря уже о плохом использовании ключей, диодов и конденсаторов, сложностей в намотке трансформатора.
Боюсь, что к Вашей задаче это плохо подойдет.
Подумайте, может, все-таки, можно регулировать не от нуля до 300, а 150-300. Это облегчит решение.

Схемы выше я привел как простейший образец построения, ясное дело даже на 50Вт без переделки их использовать нельзя, и выдают они 300В, а не 500.

Хорошо, пусть регулировка требуется от 200 до 500В, какая топология лучше? Я-то ради этого и тему поднял. Ассиметричный полумост из моего первого сообщения?

Для начала, следовало бы уточнить требования к источнику.
Например, если он выдаёт 10В, для указанной мощности выходной ток должен быть 20-30А, верно?
А если 5В - то 40-60А, так?


Мне тоже интересно, какое конкретно решение Вы могли бы предложить?
Вопрос совсем не праздный.

Да я уже раза три высказался, надоесть успел...
Что-то Вы далее косого флая (асимметричный полумост больше известен как "косой") двигаться не желаете.
Давайте завтра в личку, ICQ, е-мейл или как-то еще. Чтобы быстрее разговор и картинками обменяться.

500/12=41,6(6).

А как быть, скажем, с 12В тогда?

V000va, вопрос простой, как лапоть, а тема уже к 4-й странице катится.

Напоминаю ещё раз ссылку из сообщения №4 этой темы на подобную, обсуждавшуюся на форуме ранее:


Итак. Привожу сказанное к нынешним условиям.

Поскольку в ТЗ о первичном источнике ни слова, будем считать, что это бытовая электросеть.

Берёте любую подходящую топологию БП. Флайбэк здесь на пределе, но сгодится.

Рассчитываете его отражённое (выходное) на диапазон 20...120 вольт.

Далее, мотаете на его дросселе не одну, а 5 одинаковых вторичек, выпрямляете их отдельно, т.е. 5-ю диодами и 5-ю конденсаторами, и соединяете получившиеся выходы последовательно.

Итого, получили регулируемый от 100 до 600 вольт БП, т.е. плечо-источник моста (по терминологии из цитаты выше).

Соответственно, плечо-потребитель (по терминологии из той же цитаты) должно отсасывать обратно, т.е. на первичную сторону, 100 В и максимум 600 мА, т.е. максимальный ток нагрузки, насколько это вообще можно понять, исходя из 300 Вт/500 В, упомянутых в ТЗ.

Итого получается, что под это плечо годится, например, совсем примитивный флайбэк — 70 Вт, со входным 100 В и выходным 300 В (ну или сколько там вообще, на первичной стороне). Ещё раз обращаю внимание, что данный БП стабилизирует своё входное напряжение (100 вольт), его ОС заводится с его входа.

Итого, все моточные 1:1, два стандартных контроллера (или монолитных, типа TOP), все защиты в наличии, и полная, от нуля, регулировка и тока, и напряжения.

Если флайбэк под плечо-источник эргономически не проходит, его можно сделать, например, по каскадной схеме — например, готовый покупной БП, а к нему регулируемый понижающий стабилизатор, который питает током модулятор трансформатора, на вторичке которого всё те же N одинаковых обмоток и т.п.

Небольшое лирическое отступление.
На работе есть сетевой ИП с такими параметрами:
- выходное напряжение 0-500В;
- макс. выходная мощность 1500 Вт;
- макс. выходной ток 5А.

Наверное, и Автору темы следовало бы, во избежание непоняток, привести аналогичные параметры.
Однако, стоит всё же ограничиться минимально необходимым, ибо такой БП обойдётся весьма и весьма дорого во всех смыслах.

Microwatt, на первой странице была приведена схема флая-косого моста. в этом случае предел мощности будет уже значительно выше, чем 150 Ватт.

Хорошо, а чем этот предел определяется?
Косой мост ведь ничего не меняет в токах и напряжениях на трансформаторе, выпрямителе, фильтре.
Ключам по напряжению работать легче - да. Но можно и один ключ на 800-900 вольт взять, довести отраженное до сетевого.
Можно и более половины заполнение сделать, с напряжением на первичной обмотке выше сетевого, но что будет твориться на выпрямителе?

Мне кажется причина - в треугольном токе, слишком больших амплитудных значениях при росте мощности. А связываться с непрерывным режимом тока как-то не хочется. Для выхода вольт в 12 с Шоттки еще можно, наверное. А повыше - громадные иголки напряжения на диодах и туманные способы борьбы с ними.
Возможно, непрерывный режим тока во флае заслуживает отдельного обсуждения.

косой мост меняет поглощение (клампинг) паразитной энергии.
если в обычном флае при росте мощности рассеиваемая в клампере мощность переходит разумные пределы, то в косом мосте энергия рекуперируется в источник питания.
сравните обычные прямоход и косой мост-прямоход. на косом мосте-прямоходе получают киловатты в сварочниках.
а соотношение максимальных мощностей в косых мостах, я полагаю, что примерно такое же, как и для простых, одноключевых, прямохода и обратнохода.


Microwatt, это вы же на Радиокоте?
я там вам говорил, что там один чел получил с простого флая порядка 180 Ватт. но при этом резистор клампера ему пришлось поставить на свой, отдельный, радиатор.

Некто gyrator, на Шараге, показывал и "косой" братноход с киловаттами на выходе:

И вроде как в режиме непрерывного тока дроссельтрансформатора, и вроде как не со смертельными коммутационными потерями.
Что скажаете, уважаемый Starichok51, это согласуется с вашей концепцией клампинга-поглощения паразитной энергии?

вполне согласуется.

Если я правильно понял, то без того, чтобы никак?

Starichok51, с потерями в клампере- демпфере понятно. Да. в двухтранзистороном эта проблема снимается, но основные трудности не в индуктивности рассеивания.
Трудности в плохом использовании ключей и диодов по токам и напряжениям. В больших амплитудах токов.

Угу, в кота забредаю иногда...

я изложил одну проблему, которую я поставил на первое место.

Насколько я понял, по вашей концепции однотранзисторный обратноход не может "выдавать" киловаттную мощность без огненнокрасных клампер-резисторов?
Как же быть с этим
творением вышеупомянутого автора?
Микроватт прав в том, что использование ключа по току довольно вараварское, да и габариты
дроссельтрансформатора впечатляющие, но мощность-то выдаёт, и не 180 Вт.

Между делом, посчитайте необходимую ёмкость при малом выходном напряжении.

ramic,
во-первых, в симуляторе можно легко получить и киловатты.
во-вторых, в симуляторе элементы не сгорают при перегрузках.

и дело даже не в величине необходимой выходной емкости, а в RMS тока через выходную емкость.