Возникла задача преобразовать постоянное 1600В в постоянное 500В. Выходная мощность 25кВт. Развязка необязательна. Но есть требование, чтобы при аварийной ситуации (например, пробой транзистора) высоковольтное напряжение не попало в нагрузку.

Можно сказать, что решений на первый взгляд не получается... Может быть, уважаемое сообщество подбросит идею? Какие решения вообще существуют в высоковольтной мощной технике?

Мотор-генератор не подойдёт?

Видимо, это единственное решение с практической точки зрения. Уже думал про это

Я думаю, понижающий можно сваять.
За основу взять FF200R33KF2C.
Там два ключа один использовать как диод.
Частота килогерц эдак 5.
Нагрузку защищаем тиристором и предохранителем.

тиристор в плане короткозамыкателя?

Да

Вообще - думал над чоппером. Но думается, что двойной запас по классу транзистора маловат...

Почему маловат ?
На 600В не гнушаемся приборы 12 класса применять, а тут что за комплексы ...

Что за источник 1600В, есть ли возможность его расщепить на два по 800 относительно земли ?

Тралея промышленного электровоза

Еще вариант. Повышающий над плюсом питания. Каскоднный ключ на 2 полевиках на 1200 - 1500В. Фильтр нагрузки разделен на две части медленным диодом и вход зашунтирован защитным диодом в обратном направлении. Диод повышающего преобразователя к нагрузке подключен через предохранитель.
Такая схема защитит как от пробоя транзисторов так и от пробоя диода повышающего преобразователя.
При пробое транзисторов нагрузку защитит диод обратным включением, а при пробое диода сгорит предохранитель при попытке переполюсовки входного фильтра нагрузки. Если эту часть сделать на неполярных конденсаторах и на болшее напряжение, чем 1600В, то предохранитель можно не ставить. Защищать будет медленный разделительный диод. Недостатки схемы, конечно, - каскодная схема ключа и диоды на суммарное напряжение -> 1600+500 В. Все это имеет смысл сделать в виде многофазного преобразователя.

Немного непонятно, как включена цепь диода бустера. Не могли бы набросать схему. Можно от руки в пейнте и в личку для ускорения времени.

Высокое напряжение обычно последовательными включениями преобразовывают.

Но не понятно, в чём тут вообще проблема — решений ведь достаточно. Цена не устраивает, или размеры, или что-то другое?

Если решений предостаточно, предложите хоть одно

Пока непонятно, что Вам надо — просто понизить напряжение N раз, или стабилизатор.

Просто понизить с 1600В до 500. Колебания плюс 15 минус 10 процентов допускаются. Должны быть приняты меры по недопущению попадания высокого напряжения, например, при выходе из строя какого-то элемента преобразователя.

Например, 2-фазный резонансный инвертирующий делитель на 3 на переключаемых конденсаторах.

Наверное, большая емкость конденсаторов понадобится?

Зависит от их допустимого перегрева, т.е. надо просто набрать нужное ESR.

В среднем, каждый из 3-х плавающих конденсаторов цепи одной фазы можно набрать, например, из таких 3-х плёночных конденсаторов, как Kemet C4AE 8 мкФ 700 В.

На выходной конденсатор, соответственно, надо 9 шт. таких же.

Можете собрать низковольтный макетик, управление ведь примитивнейшее:

1) Проверяете напряжения на всех конденсаторах; если они не в норме, то останавливаете преобразователь;

2) Включаете верхний (заряжающий) ключ, плавающие конденсаторы резонансно подзаряжаются, и в конце ток становится в ноль;

3) Выключаете этот ключ;

4) Проверяете напряжения на всех конденсаторах; если они не в норме, то останавливаете преобразователь;

5) Включаете 3 нижних ключа, каждый из которых резонансно разряжает свой плавающий конденсатор на выходной конденсатор, и в конце ток снова в нуле;

6) Выключаете эти ключи.

Соответственно, ключи второй фазы работают в противофазе к этим.

Ещё одна добавка — дополнительные схемы для начального (медленного) заряда всех конденсаторов до рабочих уровней.

Преимущество схемы, что можно применять тугие транзисторы и диоды. Потери на переключение также могут быть сведены к нулю.

Просто никогда с резонансниками не сталкивался - не доводилось в мощной технике с ними дела иметь.
Как я понимаю, схема - нечто вроде этого?

Да, только это обычный, дросселей ведь нет...

Вот это для понимания процессов: Нажмите для просмотра прикрепленного файла
А это пример понижающего на 2,5 МВт: Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Для инвертирующего детали надо соответственно переставить...

Спасибо, похоже, как раз то, что нужно!

Ещё один весьма простой вариант — 3-фазный непрерывный трансформатор:

Входное делится на 3 небольшим делителем, зашунтированным небольшими ёмкостями.

Каждая фаза представляет из себя однотактный модулятор — 3 ключа и трансформатор с 3-мя одинаковыми первичными обмотками.

Ключи включаются одновременно и каждый из них подключает свою первичку к своему уровню делителя.

Фазы работают с перекрытием, т.е. Кзап у каждой фазы одинаковый и составляет чуть больше 1/3.

Соответственно, все коммутации во всех элементах происходят при нуле тока. Если нужен ещё и нуль напряжения, то для этого надо добавить простые вспомогательные схемы.

Амплитуда на обмотках при размагничивании (т.е. и на ключах) может ограничиваться, например, диодами на соседние уровни делителя.

Помимо простоты управления, активные компоненты могут быть весьма тугими, в схеме отсутствуют дроссели, и ёмкости на входе и выходе также могут полностью отсутствовать.

Не очень нравится это решение, т.к большая мощность для трансформатора да еще и в однотакте...
С переключающимися конденсаторами выглядит привлекательнее. Сейчас как раз хочу промоделировать делитель на 3, подразобраться, что и как получится нагруженным.

У меня получилось, что в E70 влезает, а может и меньше.

А Вас не затруднит нарисовать это схематично? Я вот не понял, каким образом соединены первичные обмотки. И что значит небольшой делитель?


25 kW?

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Делитель условен, потенциалы его отводов и так постоянно зафиксированы одной из фаз.

Насчёт E70 — поясните, что не так.

После моделирования преобразователя с делением выяснилась неприятная особенность: при холостом ходе тиристоры низкого уровня не закрываются, что приводит к заряду выходной емкости до 1600В. Проблема, конечно, может быть решена либо путем контроля на уровне системы управления закрытого состояния тиристора, либо использованием полностью управляемых приборов, например, IGBT, что не очень хотелось бы в данном преобразователе...

Каким образом? Ведь на пути везде диоды, лишнему току неоткуда взяться.

Мне никак не удаётся проследить контуры токов через обмотки. Эта схема действительно работает от постоянного напряжения?

Не знаю. Этот? А как Вы определили габаритную мощность? Мне как-то не верится, что потянет.

Там не за чем следить. Как сказано выше, ключи включаются одновременно, т.е. собирают последовательно первичку и ток в ней один. Размах на каждом ограничен 2/3 Vin, т.е. годятся вполне обычные транзисторы.

Насчёт трансформаторов — это я грубо прикидывал, потери на каждом получались около 40 Вт.

Топология называется HFL (high-frequency link), соответствующих статей в сети хватает.

Проблема пройдена, когда учел в модели ток включения/удержания тиристора. Вопрос еще такой: может ли в схеме с делением осуществляться регулировка? Поигравшись со скважностью, я заметил некоторое изменение выходного напряжения, но вследствии дозированной резонансной передачи энергии, трудно уловить зависимость

Нет, регулировка здесь противопоказана. Да и задачи такой в ТЗ не было.

Поставьте отдельный регулятор на выходе.

Тем не менее, что-то не складывается. Выше Вы говорили, что ключи не включаются одновременно, а лишь работают с небольшим перекрытием. Но в любом случае можно представить себе ток через них и составную обмотку в только одном направлении. То есть, обычный однотакт-прямоход?

Хватает, ибо название это весьма общее. Хотелось конкретики. Ну да ладно, вроде ясно.

С перекрытием работают фазы. На рисунке показана одна фаза — всё, что в рамке.

Да, это обычный прямоход. Если выходные диоды заменить ключами, то преобразователь станет обратимым, т.е. будет трансформировать постоянный ток в обе стороны.

Поступило уточнение тз. Теперь уже требуется гальваническая развязка... Жаль, вариант с делением был очень привлекателен.
Хотелось бы обратиться к уважаемому Plain по поводу каскадных схем. Если есть возможность, поделиться информацией.

Вот ещё одна интересная бумага: Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Если заменить здесь ключи на вторички двух прямоходов из предыдущего варианта, то получится достаточно экономный понижающий.

Несколько реанимирую тему.
Прошлый заказчик обратился с просьбой оценить возможность создания еще одного преобразователя с постоянного 1600В на 500-550В. Требования те же: наличие гальванической развязки, возможность работать при холостом ходе... Только теперь выходная мощность 80 кВт!!! Правда, работа с ПВ 40%. Охлаждение - максимум принудительное воздушное...
Хотелось бы узнать, какой мощности реально можно изготовить импульсные трансформаторы для единичного производства, где их можно заказать. Может, кто реально сталкивался с такими мощными преобразователями. Особо надеюсь на внимание уважаемого Plainа к теме.
Спасибо

Извините, у меня таких задач не было, и моё участие более чем скромное. Могу лишь изложить то, каким способом я бы это решал.

Вся силовая техника строится на распараллеливании, поэтому просто выберите из доступного готовый сердечник с каркасом, купите их пачку и намотайте сами. Это не так страшно, как кажется. Десяток распространённых трансформаторов сделать/купить намного проще, дешевле и быстрее, чем один супертрансформатор. Плюс обычные детали и тоже оптом. Плюс отладить достаточно одну-две фазы.

Для минимизации потерь надо в т.ч. сокращать активные компоненты в цепи и увеличивать сечение, поэтому обычные однотактные преобразователи подходят лучше всего, т.е. практически всё то же самое, что было в теме выше.

Спасибо большое.
Распараллеливание - это и имелось в виду в моем сообщении.