Здравствуйте форумчане.
Задача следующего характера - максимально возможный КПД для преобразователя SEPIC. Передаваемая мощность 100-200 ватт. вход 20-100в выход 40-60в - частота и выходное напряжение задаются контроллером.
Частота будет задаваться в диапазоне 50-250кГц.
Есть следующие вопросы:
- какой сердечник лучше всего подходит для данной топологии
- насколько может быть удалены витки от сердечника в плане эффективности и целесообразности
- сколько жильным проводом желательно мотать , а так же насколько критична емкость между витками
- какая скважность наиболее оптимальна для максимального КПД

Изначально делал на снятых с одного прибора кольцах диаметром 45мм

-не очень понятно зачем переменная частота обязательно. Это какой же контроллер намерены применить?
-сердечник никогда не выбирают по топологии, его выбирают по мощности.
-скважность (коэффициент заполнения) никак не связана с КПД, она определяется отношением входного и выходного напряжения, точнее, их значениями, не просто отношением.
- отношение по входу 5 и по выходу 1.5. Общее 7.5 крат. Многовато и вообще и , особенно, натощак, когда нет опыта проектирования импульсных стабилизаторов никакого. Неплохо 2-4 было бы.
-во сколько жил мотать расчетом определяется. Когда будут понятны максимальные токи и частоты.
- емкости межвитковые - я никогда во внимание не принимал. Может, кто-то поправит.
- "кольцо 45мм, найденное в придорожной канаве" - слишком малоинформативно. Можно, конечно, надеяться что это сендаст, но чаще чугун или глина.
- максимально возможный КПД - 100% на идеальных компонентах. На реальных -90 сделаете - уже очень хорошо.
- удалять витки от зазоров иногда немного помогает. Но если нет понимания когда, где и насколько удалить, то лучше не делать этого.
Выход , кажется, один - почитать что-нибудь про SEPIC

1. для удобства моделирования лучше разборный Е. В дальнейшем конструктив дросселя (или дросселей, как сделаете) также зависит от конструктива всего узла.
2. Вы, надеюсь, не на стержнях мотать собрались? А на замкнутых сердечниках за пределы окна магнитопровода не выйти.
3. Скин-эффект несущественен до 50кГц. Дальше число жил определяется частотой, удобством намотки, крепкостью каркаса и чем только не ещё, хоть наличием провода
4. Скважность определяется не коэффициентом полезного действия, а соотношением вход/выход

Вопрос был по выбору типа сердечника - кольцо ,броневой или ш образный сердечники.
Контроллер - AVR так как алгоритм определения скважности относительно сложный. И просьба - не кидать помидорами, выбор этот сделан не случайно.
В большинстве случаев будет только максимум повышение напряжения в 2 раза.
Сердечник , который использовался, судя по всему MnZn .
Сейчас достигнуто 86% КПД на большем диапазоне преобразований напряжений при примерно 50W мощности. Потери на транзисторах и на диоде восномном .
Я имел ввиду удалены - в смысле на каком расстоянии. Так как чем ближе к магнитопроводу - тем они эффективней я так понял.


Еще хотел бы узнать насколько существенно заполнение катушкой магнитной цепи?
Точнее - на какой часть этой цепи находится катушка, и как это связанно с эффективностью такого дросселя.

Это с каких пор скважность AVRами определяют? (ищет помидор.... берет сразу три)
Вы саму задачу в состоянии озвучить сразу? Вот вдруг выясняется. что повышать нужно в два раза максимум. А понижать?
В источниках- не бывает "в большинстве случаев". Если хоть раз нужно повысить втрое, то на три и рассчитываем как статический режим.
Максимум что можно делать AVRом - задавать выходное напряжение (ЦАП). Дальше источник должен сам все делать - повышать-понижать, стабилизировать, защищаться от кз и перегрузок.
Броневой тут имеется в виду "горшок"?. Очень непопулярный магнитопровод. Удельные параметры так себе, а греется медь сильно, закрыта.
Хороши PQ , ELP с точки зения минимума меди. Можно и простой Ш. Кольца - не те напряжения, заморитесь мотать много витков на большие и дорогие сердечники. Там "вата" внутри, а не ферромагнетик.
С расстояниями витков пока не грустите авансом. Скелетную схему продумывать нужно, рассчитывать.

Защита от перегрева , кз , а так же превышения тока через ключ реализовано аппаратно и имеет приоритет относительно контроллера. Напряжение и ток измеряются как по входу, так и по выходу. Вариант с созданием PWM посредством компаратора - нестабилен на больших токах , а также невозможностью сделать кратчайшие дорожки от измерительного шунта.
Вход - ветряк. Выход - инвертор с функцией реверса (это когда отдавать энергию в 220)
Напряжение на входе меняется медленно. Напряжение на выходе зависит от мощности на входе. В зависимости от напряжения на входе нужно снимать с него определенную мощность ни больше , ни меньше. Выходная нагрузка изменяется линейно относительно напряжения.
Для таких токов и частот не такое уж и большое количество витков.

В смысле "вата" внутри?

Да уж... Строить на AVR-е ШИМ контроллер это похоже на чудо. Дело в том, что у микроконтроллера существует некое время выполнения одной команды и оно довольно ощутимое, а этих команд будет как минимум с десяток. Также необходимо учитывать время преобразования АЦП, время реакции на прерывание. Для формирования рабочего импульса и ОС по напряжению с некоторой натяжкой пойдет, а что делать, когда возникла ситуация перегрузки по току? Надо принимать экстренное решение о защите силовых компонентов, а контроллер еще не пытается это сделать. Он шагает по коду своей программы честно выполняя инструкции... Последствия могут быть непоправимыми. В таком случае, чем хуже сделан трансформатор и больше в нем паразитной индуктивности рассеяния, тем будет лучше для ключей и выпрямительных диодов.

Эм-м-м, может я ошибаюсь, но скорее всего вы знаете о МК только по наслышке. О каком времени выполнения команды в МК вы говорите? даже при тактовой 16Мгц одна команда выполняется примерно за 60нс, вы считаете что это много? ШИМ на современных контроллерах вообще не требует участия процессора. Время реации на прерывание тоже сотни нс - ерунда.
И почему коэффициент заполнения не связан с КПД, если от него зависят потери в реактивных/полупроводниковых элементах?

Я вас не пытаюсь переубедить. Это мое мнение, основанное на личном опыте.

А почему именно SEPIC, почему не пуш-пул.
И зачем менять частоту?

Строить источник питания, которым управляет микроконтроллер - это как организм человека, в котором сердцем управляет мозг.

Опрос портов - один такт
Распределение входных сигналов по переменным - десяток тактов
Решение на вывод команд - десяток тактов
Вывод команд - ещё такт

И представьте, с ОС пришёл сигнал в МК, и когда тот выдаст результат? Что успеет поменяться за это время? Как вы говорите, 60нс туда, 60нс - сюда, а транзистор ждать не будет, прям щас ему сгореть или потерпеть ещё чуток. И вообще, 60нс - огромное время. Аварийная ситуация приводит к отказу за гораздо меньшее время.
Конечно, можно и на 100-мегагерцовом DSP замутить схему ШИМ-контроллера, а надо? Если есть готовые крохотные интегральные решения.

Так у современных ШИМ-контроллеров реакция ШИМ-компаратора колеблется от 50 до 150 нс, а у старых 3842, вообще, до 300 нс, а все мы делаем преобразователи на 100-200 кГц. И ничего страшного не происходит. Дело видимо не в наносекундах
Если нужно, то можно
To ТС Да, поддерживаю вопрос про переменную частоту. Зачем?

Полно схем на специализированных микросхемах без ОС, без встроенной защиты от КЗ и т.п. Чем же МК хуже?

Хотите сказать, что на AVR микроконтроллере вы сможете обеспечить реакцию на управляющий сигнал в 300 нс?

Контролер работает на 20MHz . Формирование PWM происходит не програмным путем, а аппаратным. Соответственно пока формируется PWM у контроллера полно времени на измерение параметров и корректировку PWM .
Вопрос кому нужна реакция даже 1мкс если входная емкость и выходная достаточно большая (470uF 200V) чтобы за такой промежуток времени сильно изменился потенциал . Тем более если вы внимательно читали нагрузка не может резко меняться , по параметрам она схожа с сопротивлением.
У прибора допустимы пульсации выходного напряжения до 5%.
Работаю я на ассемблере, поэтому скорости я думаю будет вполне хватать. И еще раз повторюсь при зависании контроллера - ничего не произойдет, так как это SEPIC. А время реакции на перегрузку на ключе - порядка 60нс(путь от измерителя тока до затвора транзиторов).

Представитель TI на каком-то семинаре в КОМПЭЛе лет 5 назад обещал и лучше, а дискретность ШИМ - 150 пикосекунд! К сожалению не принял тогда всерьёз. Пока остаётся вопрос цены.

Тема всплывает уже раз десятый. Дежурный вопрос - на чем строится управление промышленных приводов?

Давайте этот вопрос рассматривать разумно. Вы не станете применять дорогой и быстродействующий микроконтроллер в схеме источника питания,
цена которого в десятки раз будет превышать стоимость специализированного ШИМ контроллера. Не существует такой задачи, где данная замена стала бы необходима.
Скорее этот вопрос интересен в исследовательских целях.

Мне же все таки больше нужны рекомендании по дросселям для топологии SEPIC.

Покажите промышленный привод, реализованный на AVR-е.



Поищите в литературе рекомендации расчетов по схеме Кука.

Топология Кука все-таки отличается от SEPIC.

Сравните цены UC3895 и MSP430.

Хм... То, что Вы затеяли - контроллер заряда батарей от ветряка - давным- давно разработано, освоено и пройдено самодеятельным человечеством.
Стоило бы поинтересоваться именно этой стороной, выработать рациональное техническое задание. Возможно, пересмотреть само построение системы, выбор рабочего напряжения батарей, инвертора и т.д. С очень большой вероятностью тут и SEPIC вовсе не нужен.
Стоило бы поинтересоваться как вообще делают импульсные стабилизаторы, как это сделать с наименьшими затратами (это же разовый проект, как понимаю?).
А Вы встряли в третьестепенные проблемы. Как намотать идеальный дроссель, параметры которого пока неизвестны. Плюс, мостите сюда AWR, стремясь его и себя во что бы то ни стало трудоустроить. Ему тут просто делать нечего. Заведомо неработоспособное, нерациональное решение, хотя программисты тут будут бурно возражать. Тема начнет съезжать в десятый раз в сторону "микроскопом можно сделать все, и гвоздь забить тоже, нужен только микроскоп помощнее"
Нельзя ничего сказать о дросселе пока неизвестны ни амплитудные токи, ни индуктивности, ни частота.

Тут и сравнивать к сожалению нечего. Бегло посмотрел параметры MSP430F2619S-HT...
Время отклика встроенного компаратора 300нс, не считая задержек в программном коде. По быстродействию АЦП вообще все печально. Время преобразования 3,5 мкс.
При таких задержках вы не сможете построить хороший преобразователь.
Порт MSP430 не сможет работать на емкость затвора + емкость затвор-исток силового полевого транзистора. Возникнет необходимость в специализированном драйвере.
Жаль огорчать. Здесь нет никакой выгоды. Одни потери и расстройства.

В этой системе батарей вообще нет. Здесь энергия от ветряка идет через преобразователи в магистраль 220 через счетчик который крутит в другую сторону. Ориентировочная частота - 150кГц.
У меня не идеи - хорошо бы собрать. Оно работает и имеет относительно неплохой КПД, который хотелось бы повысить.
Выбор токов, индуктивности и частот - дело второе. Оно легко выясняется по ходу.

Мне нужно выяснить что более целесообразно намотка на 80% магнитной цепи у тороида, или на ш образном сердечнике с намоткой на 40% магнитной цепи.
На сколько критичен зазор магнитной цепи именно для топологии SEPIC на данных частотах .


А с чего вы взяли что контроллер будет управлять ключами непосредственно?)) А то что может быть драйвер на 3 ампера для весьма крутых фронтов связки ключей с большой емкостью, так же с защитой от прегрузки .И все это на аппаратном уровне и без участия контроллера .


Есть еще одна проблема - когда из за пульсаций в шунте и по земляному проводу на входе контроля тока той же UC3843 вылезают такие пульсации , что сбивают равномерность сигнала PWM . А если начать гасить эти пульсации - то ухудшается реакция на перегрузку.

Если вы обратили внимание, то ответ был дан другому участнику форума...
Что касается пульсаций, скорее всего резистор датчика тока имеет индуктивный характер, или проблемы в монтаже, или еще чего-нибудь не то и не так...

Индуктиный характер - да этот фактор имеет место быть. Увы но вереницы из резисторов резисторов 2512 сделать не получилось ввиду проблемности их заказа(на тот момент) номиналами порядка 0,1R . Да и было принято решение снимать с транзистора величену тока во избежание тех же паразитных индуктивностей. Так как сопротивление открытоно ключа сопоставимо с сопротивлением шунта - а это нехорошая вещь.

У преобразователя в 220 есть же какое-то рабочее входное напряжение? Подозреваю, что в Вашем случае - 48 вольт с допусками +-8.
Поскольку ветряк - очень динамичная система, там мощность меняется от нуля до "лишней", которую переварить разумный по мощности преобразователь не в силах, то буферная аккумуляторная батарея качественно меняет эффективность системы. Разравнивает мощность ветряка, прыгающую в течение секунд.
Ваши тревоги по поводу намотки супердросселя совершенно беспочвенны. Никто никогда не озаботился таким параметром, как процент магнитной цепи, охваченный намоткой. По крайней мере, в преобразователях такого рода. Не это ключевое звено в достижении хорошего КПД системы.

Мне теперь ясно, что SEPIC тут ,как топология, выбран неудачно. Тут не нужны уникальные качества SEPIC, тут куда эффективнее будет работать бакбуст. Сохранять единую "землю" совершенно необязательно.
Если Вы разберетесь с параметрами турбины, то может и буст на половину мощности будет работать отлично. Турбина 100 вольт выдает когда? На холостом ходу вразнос? А если ее посадить на мощный стабилитрон в 56 вольт что с ней будет? Будет отдавать ограниченную мощность? А закоротить генератор? Турбина остановится или генератор сгорит? Сопротивление линии от турбины до контроллера каково? И внутреннее сопротивление генератора? Вы вообще чувствуете аэродинамику конкретной турбины, как она ведет себя по скорости и мощности на различных ветрах? Что будет при механической недогрузке- перегрузке, где оптимум?
Ответы на эти вопросы у людей реализовавших подобные системы давно есть. Понимать систему нужно сначала на уровне закона Ома, выяснить стыковочные параметры, потом мостить контроллеры и прочую автоматику.

Если Вы задаете вопрос "насколько критичен зазор?", то это абсолютно точно говорит о том, что в импульсной силовой технике Вы просто не ориентируетесь. То же самое вокруг датчика тока. Это чисто Ваши, изобретенные Вами проблемы с батареями SMD 2010 и снижением скорости реакции. Или разводка неграмотная или трансформатор тока нужно ставить. Для 100-200 ватт тут нет особых сложностей, посложнее, когда люди с киловаттами работают, но работают же!
Поэтому, Вам могут помочь тут, помочь кардинально, но описывайте задачу исходную полностью и подробно, а не надуманные проблемы в самостоятельных попытках ее решить.

По дросселю вопрос закрыт. Нет ответа на Ваш вопрос. Может, кто-то и попытается дать ответ, но без габаритной мощности, токов и индуктивностей вряд ли это возможно.

Инвертор имеет входное напряжение от 40 до 120 вольт. Его входной ток растет линейно от нуля на 40V и до 5A на 120V . Предполагаемя задача следующая - на малых мощностях - сепик. На средних и больших - соединять ветряк с инвертором в обход преобразователя.
Самая главная задача - максимально эффективно ловить именно слабый ветер. В устройстве чуть позже будет измеритель количества оборотов и скорости ветра. Полагаясь на эти данные от ветряка будет забираться фиксированная мощность, наиболее рациональная для конкретной скорости ветра.
Тут еще дело в том что 95% времени ветряк еле крутится и нужно получать эту энергию от еле крутящегося ветряка. Ветряк будет выдавать 120 вольт только при сильном урогане с 30 метров в сек. Но в той местности где его будут использовать - такие ветра редкость.
SEPIC здесь нужен для как повышения напряжения так и для понижения.
Если закоротить генератор в ураган - то перегреются магниты или расплавится катушки. Обычно используют механическую защиту от сильных ветров.при ветре 5м/с выдает порядка 30 вольт под небольшой нагрузкой.
Есть у ветряков еще такая проблема как сила срыва - это когда винту необходимо преодолеть силу срыва генератора, чтобы была возможность вращаться.
Если есть есть вариант для данной задачи лучше сепика с кпд порядка 85+ то скажите какие именно.

Еще забыл уточнить - в ситеме в среднем будет порядка 4 турбин и пару солнечных панелей. И все эти мощности нужно суммировать.

немного прояснилось.
а напишите-ка в личку...
может, напрямую понимание быстрее будет.

У ветрогенератора кубическая зависимость мощности от скорости ветра. Нет смысла ловить слабый ветер - он не несёт какой-либо практической мощности.

оптимум работы для ветряка начинается метров с шести-семи, а на двух-трёх там практически пусто.

Про зависимость от скорости ветра весьма в курсе. Ветер выше 8м/сек бывает не часто. здесь задача снимать крохи но постоянно. А из этих крох как минимум питается электроника управления и некоторая часть уходит в сеть.

Как уже сказали выше, SEPIC здесь лишнее — достаточно, например, простого инвертирующего преобразователя, т.е. два ключа, стандартный полумостовой драйвер, обычный однообмоточный дроссель и стандартный ШИМ-контроллер, а всяким AVR — в сад зрительный зал, то бишь только управлять процессами, и не более.

Конструкция дросселя в целом определяется режимом тока, прерывный или непрерывный,— соответственно, требуется литцендрат или нет. Если это конструкция выходного дня, т.е. делается единственный экземпляр, то такое количество литцендрата ещё можно наковырять из металлолома.

Можете привести пример такого преобразователя? И как у него дела с КПД ?

Читайте внимательнее, потому что в теме нет никакого слонёнка, которому бы я поручил передать Вам мой пример и он его потерял.

Ох. это модное слово КПД... далось оно Вам.
Да у любого по топологии преобразователя будет весь мыслимый диапазон КПД, смотря для чего, как удачно он применен и как конструктивно выполнен.
Чудес на свете не бывает. Разумно ориентироваться для Вашего диапазона напряжений-мощностей на 0.9. А вот как хорошо испечете этот пирог - плюс минус три процента на умение.
БОльшие значения возможно достижимы, но стоимость такого улучшения уже слишком высока.