Товарищи!

Задали на работе задачку. Нужно сделать DC/DC-преобразователь с такими характеристиками:
1. Uвх = 44...48 (typ)...52 В;
2. Uвых = 12...60(!) В;
3. Pвых = 500 Вт;
4. Вход и выход гальванически развязаны, Uиз не меньше 2 кВ;
5. Защита от КЗ и перенапряжения по выходу;
6. Защита от помех по выходу (воздушная линия), грозозащита.

В общем, нужно сделать нечто нетривиальное, особенно если учесть, что при номинальном входном напряжении в 48 В нужно иметь возможность дать на выходе 60 В...

Опыта маловато, но очень нужно. Подскажите, в какую сторону копать, чтобы сделать хотя бы первые шаги в верном направлении!

Спасибо!

Как первый шаг порекомендую хорошенько полистать этот раздел форума на предмет поиска нужных идей.
Не книжки же советовать...
Определитесь с топологией. Для этого понадобятся дополнительные исходные данные: требуемый КПД, габариты, условия работы.

Спасибо за ответ, уважаемый Herz!

Я был бы рад найти такой специализированный DC/DC-контроллер, который мог бы справиться с задачей изолированного преобразования 48 -> 48 на 400...500 Вт, фиг с ним, с повышением... Начитался теории немножко, но не могу выбрать из многообразия топологий - тут опыт нужен.

Кстати, верно ли я понимаю, что flyback (обратноходовый преобразователь) позволяет получать на выходе напряжение как меньше, так и больше входного? Не мой ли это случай?

Нет, не Ваш. Требуемая мощность не позволит..

Спасибо, уважаемый wla! А что тогда мой вариант? Может, посмотреть в сторону полного мостового преобразователя? Из того, что я встречал, для них существует множество специализированных контроллеров с требуемыми по заданию защитой от перенапряжений, КЗ... вопрос только об обратной связи. Или меня снова понесло не туда?

Кстати, из условий работы:
КПД не шибко заботит, на первом месте - надёжность, устойчивость к грозозащите (ЖД-тематика). Формат - евромеханика (под отдельный крейт, 3U или 6U, ширина - сколько надо) или корпус для монтажа на DIN-рейку. Условия работы не лабораторные - низкие и высокие температуры, иногда высокая влажность, иногда - вибрации... самое главное - устойчивость к грозе, конечно. Как всё это совместить - ума не приложу.

Уважаемый, а сколько времени руководство отвело вам на создание такого БП? планируется ли запуск в производство или это так, НИИОКР закрыть и всё...

Планируется создание рабочего модуля с возможностью дальнейшего производства. Поэтому я и хотел бы применить по-максимуму готовые решения, быть может, даже блоки типа Лямбды. Только для этого явно придётся менять ТЗ - такая "универсальность" на пользу не пойдёт.

По времени - к пятнице надо представить обоснованный эскизный проект. Дальше - детализация на месяц-два. На больший срок не задумывался.

Понимаю, что выглядит это диковато - без опыта в такую область соваться противопоказано. Но всё же...

Моё личное мнение-руководство неадекватно оценивает сроки. Сроки очень сжатые и для специалиста, если речь идет не о макете а о комплекте доков для стартовой (или опытной) партии.

По ТЗ-есть замечание. КПД очень важен, так как максТокр высокая и непонятны условия охлаждения.

Я бы в такой ситуации смотрел бы на мостовую топологию, и искал бы способ организовать много звенную грозозащиту-например, "слизал" бы у телефонистов с воздушных линий.

Ситуация простая: для приёма меня на работу в эту организацию мне нужен успешный проект, хотя бы на уровне прототипа. Выбирать не приходится - дома сидят трое пока что не голодных (но к тому идёт) детей.

Жёстких сроков никто не ставил - это прежде всего интересует меня. ТЗ пока весьма расплывчатый, сейчас мне нужно набрать как можно больше информации для того, чтобы в эту пятницу отсечь все маловыполнимые требования и сформировать нечто реализуемое. Скорее всего, придётся отказаться от повышения напряжения. Скорее всего, удастся уломать на 2 или 3 базовых модуля для разных диапазонов (при сохранении единого конструктива). Предстоит подробно выяснить всё о предполагаемых нагрузках - сейчас я не вижу логики в том, что было сказано в первый раз.

Мостовой вариант мне так же кажется наиболее удобным после модульного (взять нечто монолитное готовое для интеграции на плату). В мостовом преобразователе встают вопросы с трансформатором - мотать или делать PCB-транс... если мотать ещё когда-то пробовал, то с PCB не имел дела.

Многозвенная защита будет, это точно. На стативе будет модуль мощной защиты, быть может в 2 звена, и ещё что-нибудь на плате - TVS, синфазные дроссели.

http://www.linear.com/
http://www.ti.com/
У них можно решения посмотреть (в смысле микросхемы и application notes).
Однозначно импульсный, мост или полумост (хотя 0,5кВт довольно много для полумоста).
По ключам посмотреть по фирмам, которые делают IGBT и MOSFET, может у них найти схемные решения.
Выходное питание должно восстанавливаться после устранения перегрузки, после разряда молнии?
Как быстро должно восстанавливаться питание. Учитывая специфику СЦБ: индикация аварии, управление и
мониторинг по линиям связи?
А посмотрите что делают французы из шнайдер-электрик.

Критерий успешности проекта вам озвучили? ЖД конечно серьезная организация, но конкретные люди, очевидно, не хотят ни за что отвечать в ситуации с вами. я бы поостерегся так начинать по многим причинам.

Без подробного и понятного обеим сторонам ТЗ даже на форум не хожу спрашивать, это я про себя. Как говориться "дьявол в деталях".

Я из расплывчатости ТЗ и предложил мост, если и не оптимальный, то явно проходной вариант. Если вдруг получившийся транс будет переграваться в конструктиве(а времени-то у вас мало!) то можно быстро разбить его на 2шт и решить проблему. Делать ли РСВ-транс тут нужны какие-то веские основания, без них начинать с этого я бы не стал.

www.st.com добавлю)

Спасибо, буду посмотреть!


Контора сама по себе нормальная, "девочки проверенные, все большевички с 17го года" =) Вопрос в том, окажусь я в ней или нет. Надо проявить рвение и толк хоть какой-то.

ТЗ буду уточнять, это неизбежно. Складывается ощущение, что они для начала выдали все хотелки, какие у них были - а дальше как пойдёт.

Вопро по поводу разбивки: надо ли будет как-то это дело балансировать? Идея о том, что проще сделать 2 по 250, чем один по 500, меня посещала.


А что на этих сайтах искать? Что должно быть в параметрическом поиске? Ведь сами драйверы не имеют непосредственного отношения к выходной мощности, как я понял.

Выдали все хотелки-это я называю неквалифицированным заказчиком. Перед вами, следовательно, процесс создания и согласований ТЗ, направление правильное, правда по опыту либо очень долгое, либо заканчивается ничем. Объяснение простое-если люди не знают точно, что хотят, то где это для них взять? ТЗ-документ о достигнутом консенсусе)))

Минвел разбивает моточные на 2 а то и на 4, в мощных мостах замечено такое. Соотношения мощности(куб) и охлаждения(квадрат) вы кажется понимаете. Первички последовательно-вторички параллельно.

А что искать на сайтах никто не скажет точно, так как найти-уже полдела) Производители ИС частенько выкладывают примеры применения своих ИС-полурабочие схемы, так называемые application notes. Паровозиком к ИС часто предлагают и application notes с ней же, иногда даже вплоть до деталировки - part namber. Если точно знать, что хочется(ТЗ, да) то за дкнь-два можно сделать самостоятельный обзор и потом выбрать по применимости, доступности в покупке, цене реализации и тд. себе направление реализации.

В заказчике не сомневаюсь - ребята от сохи, понимают железо - своими руками трогали. Их можно понять - подсовывают им человека и говорят - дайте ему задание. Кто ж откажется!

C ограниченно работающими AN сталкивался, но куда деться - придётся их использовать.

Кстати, может кто-то готов посоветовать готовые монолитные варианты, к примеру, 200-300-500 Вт изолированные преобразователи 48 -> 12, 48 -> 24, 48 -> 48? Чтобы ориентироваться на реальные образцы. Поиском нашёл некоторое количество, но все они либо жутко дорогие (500$ и выше), либо труднодоставаемые. По опыту доверяю Traco и Lambda, но у них доступного тоже пока не нашёл.

Многофазный вполне позволяет. Плюс, в отличие от топологий с трансформаторами, у него оптом одно моточное. Плюс распределение тепла. Синхронный выпрямитель тоже имеется.

Из ТЗ следует, что мощность одинакова. Следовательно, самый тяжёлый режим схемы будет при нижнем выходном, и тяжелее всего будет входному конденсатору, что лечится только многофазностью.

Теоретически, можно даже к пятнице на паре-тройке каких-нибудь LM3488 успеть собрать макетик.

Сейчас много предлагается силовых модулей. И Линеар, и IXYS...
На 500 Вт по входу наверняка придется и корректор мощности делать?
Я бы предложил многофазник на модулях. И по выходу и по входу уберет все пульсации... А если пару резервных каналов придумать, то и надежность выще будет...
А вообще удивляет, что Вы у Минвела и Аймтека не подобрали готовый... Всяко, лучше не сделаете сходу, да и дешевле не будет...

Господа, давайте уже читать исходные) ато совсем неинтересно становится. охх
ну, или, хотя бы заголовок темы DC/DC -))

мне вот не довелось пока делать бортового(низковольтного) питания, поэтому могу только общие соображения предлагать, ибо нет пока практики.

Кажется, задачка в один проход не решаема. Для трансформаторных однотактных схем слишком большой диапазон регулировки (около 6).
Возможно, оптимально разделить это на две.
1. нерегулируемый пушпул дает гальваническую развязку и 27вольт промежуточной шины.
2. бакбуст (возможно, двухфазный) повышает-понижает 27 до 12-60вольт.
КПД плох, но это по условиям мало кого волнует. Было бы куда и чем сбросить ватт 70-80 тепла.
Можно попробовать сделать пушпул "слегка регулируемым", скажем в пределах 20-40 вольт на промежуточной шине, смотря какое выходное на данный момент требуется.
В любом случае, задачка непростая. 500 ватт при 12 вольтах это за 40 ампер, одно только это выпрямить...
Может, в ТЗ чегой-то напутали? Не во всем диапазоне выходов нужно полные 500 ватт?

Маловероятно, что требуется везде одинаковая мощность, скорее всего это мощность в точке Umax*Imax, что неплохо было бы уточнить и зафиксировать в ТЗ. Мне только один раз попалось ТЗ, где Заказчик думал про постоянную мощность и то после наводящих вопросов для пояснения его хотелок быстренько согласился на прямоугольную область выходных токов-напряжений.

Я когда-то давно делал универсальный ИБП — универсальный вход, с защитой от переполюсовки аккумулятор на 6, 12 или 24 В, и от нуля программируемые ток и напряжение на выходе. Поэтому ничуть не удивился этому случаю. Сертификация, производство и сопровождение одного прибора, или десятка — это две большие разницы для любой конторы. Вот они и выкручиваются такими способами.

Да, понятно.
Но источник программируемый какими-то перемычками и непрерывно обеспечивающий такой широкий выходной диапазон очень отличаются по сложности. Из ТЗ непонятно нужно ли постоянно в процессе работы менять выходное.
А исходные данные все и определяют. Неверно истолкованное может привести к 10-кратным затратам.

Товарищи, всем огромное спасибо за Ваши ответы! Все Вы очень помогли мне!

Уточню детали:
1. Регулировка делается один раз при установке, причём ручками - на другом конце кабеля стоит человек с мультиметром и по рации говорит, нужно больше или меньше. После того, как достигнуто нужное значение, напряжение не меняется в процессе эксплуатации. Предполагается, что ввод будет осуществляться кнопками "Больше" - "Меньше" с отображением на цифровом индикаторе или через АРМ ШН.
2. Я ещё сам не понял, как быть с нагрузками. Длинный кабель сам по себе нехилая нагрузка, да ещё на таких токах. Тут придётся допросить заказчика с пристрастием.
3. Самое главное - надёжность, в т.ч. от грозы, потому что для ЖД техники это наипервейшая проблема. Ну, ещё монтажники... но с ними мы как-нибудь конструктивно справимся =)


Не могли бы Вы уточнить, какие именно модули у указанных производителей Вы имели в виду! Если Вас не затруднит, конечно =)
Про корректор мощности пока речи не было, но думаю, что на железной дороге не привыкли экономить, так что с тем же КПД вопрос только в отводе тепла.
Про использование готовых модулей уже говорил - если кто-то подскажет нечто релевантное, так я буду безумно рад!


С разделением полностью согласен - уже писалось выше, что это даст выигрыш по теплу. Да и по габаритам должно быть удобнее.
С повышением, наверное, придётся на время расстаться - хотелка очень уж мохнатая выходит. Если запросто это не решается теми средствами, что предоставляет нам промышленность, то пока отодвинем её в сторону.


А нельзя ли поподробнее - хотя бы на уровне концепции и мат.части?

Товарищи, а что Вы скажете про PCB-транформаторы? Стоит ли вообще эту тему будировать? Выглядит достаточно технологичным, но бывают ли они на 250 или даже 500 Вт?

А Вы позвоните производителям МПП - они же делают и PCB-транформаторы и спросите, согласны они сделать изоляцию 2 кВ? А то ить может сюрприз получиться. И еще неплохо бы определиться с этими самыми 2 кВ - это постоянное, амплитудное, действующее? А то ить может еще один сюрприз получиться.
Кстати, если регулировка выхода нужна для того, чтобы скомпенсировать падение напряжения на проводах, не проще ли поставить еще один DC-DC преобразователь рядом с нагрузкой? А в линию давать 60 В без всяких затей. По-буржуински это называется Point-of-Load.

Не могли бы Вы кратенько пояснить, в чём разница? Или пнуть в нужную сторону - где почитать неслуху.


Это предстоит уточнить. Я сразу подумал, что лучше вообще передавать переменку высокого напряжения (насколько позволяет кабель), а преобразовывать на месте. Вопрос в том, насколько вообще возможно устанавливать нечто непосредственно на объектах в большом удалении от станции, где всё это трудно контролировать (придётся ещё интерфейсный кабель где-то раздобыть).

Механизмы стрелочного перевода, например, ставят где угодно, в том числе и в очень труднодоступных местах, и совсем не всегда на станциях. И управляют ими дистанционно ...

Про стрелочный привод предлагаю не говорить - это отдельная непростая тема. Управление и питание стрелочного привода - это специальный раздел. К моей задаче он не относится.

Если 2 кВ это действующее значение переменного напряжения, то амплитудное будет в корень из двух раз больше. Т.е. если изоляцию испытали на 2 кВ постоянного напряжения, то 2 кВ действующего переменного ее может пробить. И переменное напряжение той же амплитуды, что и постоянное, для изоляции опаснее.
А еще есть микросекундные импульсы большой энергии - это так наукоемко называют разряды молнии. В бытовой аппаратуре допускаются перенапряжения второй категории - а у Вас какой?
Еще есть помехоэмиссия. Кабель, подключенный к выходу импульсного источника питания, будет что-то излучать. А сколько допускается и в каком диапазоне частот?
Вообще, заказчик должен был назвать ГОСТы, по которым это будет испытываться. А иначе это выглядит не как ТЗ, а как вежливый отлуп.

Решать задачу без условия очень трудно. А главное - бессмысленно.
Вырисовывается удаленное питание некоторого объекта с фантастическим регулированием при помощи скороходов с депешами "добавить-убавить".
Большинство практических задач уже много раз решались. Если неизвестны решения, то хотя бы грамотно вникнуть в условия задачи нужно, чтобы внятно задать вопрос тем, кто уже с подобным сталкивался.
Что там за секретный семафор со свистком в конце кабеля и каковы требования к его питанию? Наверняка там ничего не нужно убавить-прибавить, а только стабилизировать. И 500 ватт сразу могут переполовиниться, если увидеть задачу так, как она есть, без надуманных заранее способов ее решения с усложнением и запутыванием сути.
И про кабель сразу выкладывайте - длина и погонное сопротивление. Если его еще предстоит искать, то расстояние хоть укажите. Нужно определить решаемо ли оно все вообще.

Повторю, и в моём случае, и здесь, людям без лишних слов нужен походный разводной ключ, простая универсальная затычка, ТЗ на которую предельно ясное, исчерпывающее и стандартное для подобных контор, и к пятнице вполне было бы подготовить то, и только то, единственно насчёт чего договаривались с потенциальным нанимателем, а именно, накидать схему, но видно не судьба, если даже на прочитать собственную тему нет времени.

Может и так. Тогда все это вообще неинтересно.

Очень уж большой диапазон регулировки напряжения. Придётся хорошие брать запасы на максимальные величины,плюс еще запас на температурные диапазоны(как я понял в условиях работы на улице).
Я бы разбил на три-четыре модуля - входы параллельно, выходы последовательно.
Т.е. два модуля на фиксированное напряжение, а два - с регулировкой.
Можно еще рассмотреть вариант с переключаемыми отводами трансформатора и потом регулировкой уже меньшего диапазона.
И вообще как я почитал про заказчиков - схему им таки не важна, важно понять что ты сможешь нарисовать её. Тогда можно нарисовать любую подходящую. Всё-равно такая разработка с таким ТЗ будет иметь как минимум 4 итерации с полной переработкой схемы на каждой итерации, потому что ТЗ будет бесконечно уточняться.

Товарищи, смиряюсь с Вашим справедливым упрёком и прошу прощения за длительное молчание - возникли проблемы с доступом в сеть.

Со всеми замечаниями согласен, ещё раз повторю: завтра на встрече с заказчиком предстоит поговорить по душам. Уточню все детали, какие только всплыли в ходе этого обсуждения и какие пришли мне на ум. На встречу пойду не с пустыми руками - подберу несколько готовых моноблоков и накидаю мостовую схему, чтобы было с чего начать.

У меня не сложилось впечатления, что заказчику нужно просто увидеть нечто на бумажке. Вполне возможно, что это просто проверка, что называется, на вшивость, но мне показалось, что от меня хотят именно реального результата. Разделяю скепсис собравшихся здесь многоуважаемых профессионалов. Но мне деваться некуда: партия сказала "Надо" - комсомол ответил "Есть!". Ведь все когда-то начинают делать нечто, с чем раньше не имели дела. Опускать руки заранее - не выход.

Хотел бы спросить многоуважаемого Plain: не могли бы Вы подсказать хотя бы тезисно, как Вы решали Вашу задачу?

А Вы не боитесь что товарисч Plain вполне может оказаться Вашим завтрашним собесеником. Во всяком случае студенты здесь частенько находили своих экзаменаторов.
Я к тому, что столько широкое и открытое обсуждение рисковано.

Не боюсь. С удовольствием учусь у тех, кто может сказать что-то дельное. Среди моих студентов таких пока не попадалось. А если тов. Plain окажется моим работодателем - ну, значит, судьба моя такая. Хоть будет знать, что я пытался =)

Не мой это конёк - преобразовательная электроника. Но ведь учиться никогда не поздно! Было бы желание. Или нет? (С)

Присмотритесь повнимательнее, а не ищет ли заказчик "пожарника". От такого заказчика стоит уходить ещё не начав с ним работать. Иначе на Вас повесят невыполненный заказ, который неделали год, а Вы несделали за месяц.

Ребят, хорош о заказчике - я ничем не рискую, к тому же у него работает мой друг, и веьма доволен - никогда не кидали там людей. Никчему этот оффтоп.

Чем особенно отпугивает flyback полкиловаттный?

Готов полюбить его всем сердцем, если Вы подскажете, на чём примерно его можно сделать! И чем в лучшую сторону он отличается от мостового в приложении к моей задаче?

Извините, не рад бы сбивал вас с толку, известно, что мощные обратноходы не популярны. Я тоже спрашиваю.

любой развязанный преобразователь позволяет это. И прямоходовая, и обратноходовая топология.


А чего вы спрашиваете? Возьмите ручку-листик или эксель и посчитайте основные параметры. Вам для этого даже какой-то определённый шим-контроллер не нужен. Задайтесь начальными данными и посчитайте силовую часть. Трансформатор с обвязкой.

Мощный обратноходовый невыгоден размером сердечника, ведь всю энергию запасать нужно. Прямоходовый здесь выглядит логичнее. Но всё равно, для однотактного многовато, имхо... Хотя будь тут Гиратор, он обязательно упомянул бы косой мост. Я Вам рекомендовать его не стану по одной причине - сам никогда не делал.
Если бы мне пришлось решать эту задачку, я бы, пожалуй, выбрал двойное преобразование: применил бы свой любимый нерегулируемый пуш-пулл (благо - входное напряжение невелико), а перед ним - step-down. Слишком "лобовое" решение, но для вступительного экзамена, думаю, приемлемо. И не столь требовательно к опыту.
И забудьте пока про PCB-трансформаторы. Это ещё не Ваш уровень. Да и задача другая: построить работающую модель, а не выпустить КД на крупную серию изделий, где технологичность важна. Так ведь?

Да, прямоходовой конвертор 500 ватт как-то смотрится, даже однотранзисторный, но в таком диапазоне стабилизаций эта топология не потянет. Ту нужно двойное преобразование. Или не нужно, но ТЗ никто не разбирал, похоже. Списали из справочника Стеля.

Диапазон стабилизации хороший у обратноходового,
размеры трансформатора меньше у прямоходового,
если нужно гальванически отделить, вся энергия пропускается через ключи,
ключей последовательно меньше у однотактного обратнохода и пуш-пулла, входное напряжение не высокое, но однотактный обратноходовый часть периода откатывает сердечник, значит в рабочее время ток ключа должен быть больше,
у step up не вся энергия пропускается через ключ, step up мог бы помочь покрыть часть диапазона.
Step up плюс ... пуш-пулл, оба регулируемые.

На такой случай, прямо-таки пограничный какой-то, получается куча вариантов, которые все мимо своих нормальных классических ниш.

Прошу прощения за нубство, не могли бы Вы пояснить, зачем нужно двойное преобразование? Входное напряжение более-менее стабильное - 48 В +/- 10%. Зачем и насколько его уменьшать при помощи Step-down? Чтобы уменьшить напряжение и увеличить токи в первичке?

Прикинул тут в уме, и оказалось, что если не применять разбивку на 2 блока по 250 Вт, сечение провода во вторичной получается ок. 3 мм... это ж не провод, а брусок!

От PCB-трансов пожалуй что откажусь - мал ещё.

Двойное преобразование нужно не для стабилизации входного.
Выходное не получить в таком широком диапазоне без двойного преобразования с промежуточной полустабилизированной шиной.
Брусок в 3мм ТЗ-датели просто не видят. Бумага терпит все.
Поскольку денег на алюминий и времени на размышления нет, записываем, что самолет должен быть чугунным. И сертифицировать чугун не нужно, сэкономим.
Нехай конструкторы зарплату отработают.

Вот тут не понял... мне нужно из входного стабильного сделать - что? Промежуточное стабильное (какое?) или промежуточное регулируемое (в каких предположительно пределах?)

Чтобы пуш-пулл не делать регулируемым. Иначе есть риск загнать его сердечник в насыщение.
Впрочем, если входное стабильно, можно было бы попробовать... Но проще вряд ли получится.

Понятно, спасибо!

Меня вот сильно беспокоит тот факт, что даже без учёта повышения выходного напряжения диапазон регулировки получается очень широким. Фильтр для выпрямления и сглаживания нужно будет делать явно не из одного только дросселя и конденсатора.

Ещё думаю над тем, из чего делать обратную связь. Традиционная схема на опто-транзисторе подойдёт?

Обратноходовый, однако, хороший трансформатор импедансов, в смысле, что можно считать выходной ток и напряжение исходя из постоянной максимальной мощности. А пуш-пулл?

Да считать-то все легко, и обратноходовики, и прочее, как писать на С++ или эскизный проект "Титаника".
Ну, насчитали 60-80 ампер, распечатали на принтере. А дальше что?
Их же придется в реальности коммутировать и выпрямлять. Стоило бы над этим подумать. Особенно, если больше 5 ампер ничего никогда коммутировать не приходилось.
А тут думают об оптроне и красивом лейбле. Как вроде нельзя вместо глубоких размышлений почитать даташит на РС817А.