Привествую уважаемых участников!
Был бы очень признателен за подсказку в решении следующей технической проблемы.
Я продумываю узел связи и регистратора характеристик, который должен будет находиться на борту судна.
Проблем с начинкой никаких нет, но есть одно требование, с которым у меня возникли проблемы.
Устройство должно иметь способность переживать пропадание питающего напряжения на время до 2 секунд без последствий для работоспособности.
Начинка устройства - цифровая; кушает она 5В и менее. Суммарная потребляемая мощность по
прикадкам составит около 15 Вт. Питание на узел приходит в виде 200В переменного тока с частотой 400 Гц.
Учитывая условия эскплуатации на борту судна, узел должен работать в промышленном диапазоне температуры.

В какую сторону я копал.
Взять два источника питания(ИП). Первый делает из 200 В переменного постоянку в вольт 20.
Второй ИП делает из этих 20В нужные 5В. Между этими двумя ИП вставить
много-много кондесаторов. Проблема в том, что по расчетам кол-во кондеров при заданных
параметрах потребления зашкаливает за сотни штук (чиповые танталы), что, разумеется, совсем не годится.

Думал на тему ионистра и аккумулятора.
Но подозреваю, что ставить аккумуляторную батарею внутрь - не сгодится, потому что вряд ли она на морозе долго проживет, да
и деградировать будет со временем. А узел должен работать без обслуживания хотя бы лет 5.

У кого-нибудь есть альтернативные идеи, на базе чего это можно реализовать?

Поскольку E=C*U^2, лучше наращивать напряжение батареи конденсаторов, а не ёмкость. У меня устройство, потребляющее около 4,5Вт, работает около 14с от 680мкФ 450В.

Абсолютно верно! И можно сделать 2 входа питания. Один поддерживается, второй пропадает. Ведь не все поголовно функции нужны при пропадании входного... Так глядишь и емкость можно будет подсократить...

Танталовые чипы - крайне несерьезно.
Уменьшайте потребление аппаратуры. Похоже, там резерв есть и немалый, раз это аппаратура-цифра.
Но даже если 20 ватт и 2 секунды, то запасти во входной емкости простыми электролитами 40 Дж - вполне реально.
Двухступенчатое преобразование всегда не просто плохо - отвратительно. Не стоит это решение даже рассматривать для данного случая.

Как готовое решение-купить мощный источник питания, ватт 900 , и брать от него необходимые Вам 15.
Хотя дешевле взять источник на 20 Вт и к конденсаторам сетевого фильтра подключить дополнительные ёмкости (около 1500uF)

Поставте прямо по 5В два маленьких последовательно включенных ультраконденсатора - фарад на десять (10Фх2,7В), с последовательным резистором для ограниечения тока заряда, зашунтированным в обратном направлении диодом шоттке, на две секунды хватит без проблем.

А здесь как раз придётся рассматривать именно его, потому что алюминиевые на –55°C есть только низковольтные, например на 63 В, так что первый понижающий стабилизатор исключит два зла — ударный ток и пульсаций, в результате чего этот ресурс будет исключён из основной работы и сберегаем только для аварийного случая, тем более что частота возникновения которого в ТЗ не указана, т.е. например авантюру NTC просчитать попросту невозможно.

P.S. Советующим суперконденсаторы — их нет ниже –40°C, так что нет предмета для обсуждения.

Их можно ведь и подогреть. И (или) конденсаторы.

если питается аппаратура от импульсного преобразователя, то ему как правило, все равно постоянка или выпрямленная переменка, если так- ставьте выпрямитель на входе ИБП, заряд конденсатора осуществляйте через резистор, отдачу в ИБП через диод, тогда и алюминиевых электролитов достаточно, вдобавок ИБП держит стабильные 5В на выходе при пониженных напряжениях на входе до например 0,6 от номинального напряжения на входе, поэтому в отличии конденсатора на 5В, который разряжается от 5 до например порога работы внутренностей 4-4,5В, конденсатор на входе "тянет" дольше и как говорили ранее, отношение энергии к габаритам у высоковольтных конденсаторов выше.


если это действительно так, то придется что-то изобретать...

У автора об отрицательной температуре сказано предельно конкретно: "на морозе". Без указания каких либо цифр. Поэтому, то, что нужно ниже –40°C, - пока лишь смелые догадки. С другой стороны, не вижу проблем соединить последовательно шесть конденсаторов по 63В.

https://industrial.panasonic.com/www-cgi/jv...4+ABA0000+5++WW
те что на -40 наверно и при -55 не лопнут, esr вырастет, емкость упадет здесь это не критично, лишь бы не пробивало...
-55 даже на 100В есть!

Корабельная аппаратура. При минус 40 это какой-то летучий голландец вмерзший в лед навечно.
Пугать 63 вольтами себя не нужно, иначе источник сетевой для мороза вообще невозможно сделать.
В конце-концов, можно на мороз и начхать. Это не тепло. Часто мороз записан потому что у производителя нет испытательного оборудования ниже какой-то температуры. Когда очень хочется, но ничего нет - ставят обыкновенные компоненты на мороз даже в весьма ответственной аппаратуре.
Попался как-то отчет NASA по такому случаю. Им нужно было при минус 180 что-то соорудить. Понятно, что ни один изготовитель под этим не подпишется. Взяли партию обычных микросхем и провели тест, поливая жидким азотом. Ничего, немного параметры поуходили, но вполне терпимо. На том и полетели, по-видимому.

Вообще, по температуре в ТЗ указано -55, но цифровая часть у меня "официально" по даташитам на цифровые схемы держать -40. Однако испытания на -55 все равно обязательно будут.
Всем большое спасибо за идеи! Если я правильно понял, оптимальное решение такое: первый ИП делает из AC 200 вольт напряжение DC ~50..60 вольт, второй - из этих 60 нужные всему остальному 5В, а между ИП вставить необходимое кол-во мощных электролитов на 63В. Верно?

Неверно!
Делайте прямо из 200 вольт свои 5. Всякое двойное преобразование сильно усложнит задачу и ничего положительного не добавит.
Грамотно сделанный сетевой источник удержит выходное напряжение при разряде входных конденсаторов до половины напряжения. Это 75% энергии. Источник должен иметь по входу 220 накопительные конденсаторы достаточной емкости.
Мороз, пусковые токи можно рассматривать как второстепенное. То уже вылизывание блох, а не принципиальный подход.
В конце-концов делают источники и по 5 киловатт, как-то с пусковыми токами справляются и на мороз тоже делают. Утверждать что нет в природе морозоустойчивых источников со входным напряжением выше 63вольт - явно противоречит реальности.
Всякие решения с ионисторами, аккумуляторами настолько добавят хлопот, что выигрыша аппаратного не будет. Это только умозрительно можно ионисторов последовательно натолкать. Будут проблемы со стабилизацией выходного, с разравниванием их заряда и еще куча.

Ну и работайте над снижением мощности.

Егоров, спасибо большое!
В таком случае, что посоветуете:
1) модуль питания АС_200/DC_5, у которого бы была возможность подключить доп. емкость на вход (есть ли такие на рынке?...)
либо
2) поставить на АС200 выпрямительный мост, после него кондеры и модуль DC_200/DC_5 ?

Просто хотелось бы использовать готовый модуль питания из ассортимента Александер Электрик или Ирбис, ну или буржуйский подошел бы какой-нибудь на худой конец.
Разрабатывать что-то свое нет ресурсов.

Для варианта с одним БП и последовательно соединёнными низковольтными конденсаторами Вам потребуется решить проблемы их балансировки и пускового тока. Для варианта с высоковольтными конденсаторами, т.е. которые на –40°C, неизвестна успешность их приёмки.

Ну и, получите всё-таки подпись заказчика под интервалами аварий.

Да все источники переменного тока прекрасно работают от постоянного.
В данном случае нужно просто перед источником сделать свой выпрямитель, батарею конденсаторов и некое пусковое устройство для их постепенной зарядки. Больше 200-300мкФ есть проблемы с искрением розеток, броском тока в диодах моста и т.п.
Решают обычно пусковым резистором и после заряда накопителльных конденсаторов до какого-то уровня шунтируют его контактами реле. В сварочниках, например.
Есть, конечно, способы и поизящнее, но это полноразмерная разработка источника. Вам же нужно малой кровью обойтись.

Только не кондеры, а конденсаторы и не DC_200, а DC_300. Надеюсь, догадываетесь - почему.

а еще лучше 400В. как правильно соединить последовательно несколько конденсаторов надеюсь найдете.


поставщики готовых источников говорят, что бывают те, которые не работают.
диоды или реле?- думаю лучше заряжать через резистор, отдавать через диод, меньше размеры и контакты не залипают. при высоких напряжениях падение на диоде не сказывается, при ваших токах диод какой то особенный тоже не надо.
схема вроде вот этого (не глядя на номиналы):

Кстати, очень хорошая мелочь, из тех перышек, которые таки ломают хребет верблюду.

Действительно, для штатной работы нам достаточно балкера (накопительного конденсатора) который в 20-ваттном источнике есть.
А буферные конденсаторы можно неспешно зарядить через резистор и быстро подключить через диод. Тем самым проблема заряда большой емкости снимется. Правда, заряжаться буфер будет не до амплитудного значения, но все это можно просчитать.

Не работающие от постоянного источники диковинка. Либо совсем радиолюбительские с однополупериодным выпрямлением, либо с музейным трансформатором 50Гц. Правда, есть еще кое-какие проблемы с ККМ, но вряд ли 20-ваттник кто-то с ККМ делает.

Так с этого и надо было начать...
Сколько же Вам нужно таких источников в месяц? Когда определитесь с цифрой, и это будет не 10 шт., то советую через дилеров сделать запрос у изготовителей и спросить, сколько будет стоить... И это всяко будет дешевле, чем делать что-то свое не имея ни опыта, ни технологий....

Тогда встает вопрос какие-же высоковольтные конденсаторы применены в этих БП с приемкой....

Если сеть отключается быстро, то всё прекрасно. А если сеть потускнела, а потом неизвестно, вернулась в норму, а если потом совсем отключилась, тогда буфер разрядился и на 2 секунды уже не хватит. Тогда с буферного конденсатора должно быть нечто с порогом не пол вольта, а 100 вольт, например. Тогда нужно знать что за устройство следит за тем в норме ли сеть, на каком уровне, в смысле, его порог? Установка этого уровня зависит от диапазона входного питания, при котором источник обеспечивает норму на своём выходе. Если справляется, то лишние сбои вряд-ли нужны. Тогда узнать порог и последовательно с диодом поставить соответствующий динистор. Его функция - открыться после подачи сигнала сбой сети, то есть, чуть ниже уровня подачи этого сигнала. ?

Примерно так?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

"Потускнела" сеть?
Вот и прекрасно, две секунды после этого работаем, а дальше считаем, что ее вообще нет.
Тусклости и туманности, не оговоренные в ТЗ, нам не нужны.

Ну, тогда без динистора.

Каких этих?

У "Александер Электрик" только одна модель, и то простой выпрямитель, из бумаг к которому только филькина грамота для врагов, то бишь одна страничка рекламы, но судя по размеру, набрали плёночными.

У Vicor фактически тоже только выпрямитель (ККМ с выходом 48 В), т.е. с морозоусточивыми алюминиевыми он совместим, хотя как изделие коряга.

Мысль проста - человек делает прибор под ВП, питание 200В, значит будет блок питания с ВП, импульсный с конденсаторами на входе на больше 200В, что-же там стоит? Понятно что не вскроешь - не узнаешь, но как-то же они выкрутились. Если стоит пленка, тогда не придумывать лишнего и в резервную батарею набирать параллельно пленку.

Плёночные дороже алюминиевых в 15 раз, но даже если это и устраивает заказчика, требуемая ёмкость, а значит и сумма, сильно зависит от входного диапазона БП. В случае с "Александер Электрик", например, в этом смысле потребуется чемодан конденсаторов, ну и кейс рублей, соответственно.

Хочу предостеречь от включения конденсаторов последовательно. В реальном случае нет никакой гарантии, что напряжение распределится между ними равномерно. Там где это приходится делать шунтируют конденсаторы большими резисторами, кооторые меньше хотя бы в 10 раз сопротивления утечки конденсаторов.

А кислотные аккумуляторы не смогут работать при –55°C ?

По поводу набора конденсаторов в батарею - можно посмотреть что пишет EPCOS в документе
Aluminium Electrolytic Capacitors, стр.27-29, ну и вообще.

извините, не помню, скорее всего эта причина, запомнил для себя что желательно уточнять возможность работы от DC.
резисторы параллельно конденсаторам все равно как правило ставят- чтобы разрядить емкости за 20-30с из соображений электробезопасноти, так что уравниваем токи утечки без проблем.


спасибо, хороший документик, смотрим стр. 30 и верх стр. 32 и делаем вывод -40С конденсаторы для задачи накопления емкости при -55 вполне подойдут.

Там, где это приходится делать, об этом помнят. И всё получается равномерно.

Спасибо за уведомление. Теперь я спокоен за тех кто там