Господа, помогите новенькому подобрать оптимальную топологию для портативного преобразователя для зарядки батареи конденсаторов от батареи 24в. Идея в том, чтобы запитать силовой блок студийных ламп-вспышек от батареи. Несколько вспышек подключается к общему накопителю. Такой вариант имеет свои плюсы и минусы в сравнении с отдельными светильниками, но я к нему привык и хотел бы использовать в батарейном варианте.

Хотелось бы уложиться в минимальные габариты (т.е. минимум алюминия, феррита и меди) с минимальными трудозатратами. Надежность и повторяемость не особо важны, т.к. устройство единичное и в сугубо личных целях.

На данный момент общая ёмкость накопителя 10 000 мкФ при напряжении 450В. Не ахти какие параметры, всего-то килоджоуль, но уже возникли проблемы. На пробу сделал два преобразователя: один классический токовый пуш-пулл на UC3846, другой - обратноход на UC3845.

Как и ожидалось, ни тот, ни другой нормально не работают на к.з. - пуш-пулл заряжает ёмкость "иголками", обратноход не вылезает из CCM. Всё это (обратноход в особенности, из-за зазора организованного прокладкой) жутко звенит, да так, что аж управлялку (вспышечную) на ардуине временами глючит.

Лет 25 назад, когда я немного занимался преобразователями, о резонансных топологиях говорили, но в живую с ними дела не имел, а силовые полевики тогда видели только в строчниках импортных телевизоров. С тех пор, много воды утекло, но судя по глобальной теме про электроудочки на Радиокоте, резонансники так и остались экзотикой и уделом профессионалов. Кто-нибудь может показать не секретную статейку о принципах построения резонансных ZVS/ZVC пуш-пулов? Аппнотов по LLC / phase shift [полу-] мостам в сети валом, а вот именно по пушам как-то не очень.

Так же очень интересно мнение Thickman-а по поводу применения стандартных flyback QR контроллеров типа L6565, NCP1207для целей подобных моей (в свете экспериментов с переподвывертами). В них, если я правильно понимаю, есть тайм-аут по ZCD, несколько микросекунд, чего в моем случае явно недостаточно для граничного режима.

Дружище, обратноходы для таких дел не годятся, а годятся схемы различных "варылок". Типа косого или суперфиксера - эти схемы отлично работают на КЗ, это их нормальный режим. Резонансом тут тоже не спасёшься.

Я немного смотрел в эту сторону, но большинство варилок делается всё-таки из расчета ~200 вольт в первичной цепи. В моем случае там на порядок меньшее напряжение. Соответственно, я получу громадный ток, постоянные сработки ограничения тока и зарядку "иголками" (что собственно, я и наблюдаю в случае классического PWM пуш-пулла). Это ведет к мизерному коэффициенту заполнения и никакущему использованию трансформатора (а заодно и немалого дросселя в прямоходе).

Поэтому обратноход в гарантированно граничном режиме для меня выглядит более привлекательно. Хотя возможно я и заблуждаюсь. Потому и спрашиваю.

Да и не нужно мне кВт дури (пока). Получить бы ватт 200-300 без особого тепловыделения - было бы замечательно. Будет нужно больше - добавлю фаз или параллельных блоков.

Ещё раз поясняю: обратноход гарантированно не работает на КЗ. Только прямоход. Однотактный, НЕ пуш-пулл. Если пуш-пулл, то нужен непременно ням-контроль, думается, к такому подвигу ты ещё не готов.

Если тебе так сильно нужен непременно обратноход, делай блокинг-генератор на биполяре. Таких схем в журнале Радио штук 500 было в года оные.

Смелое утверждение. А почитать хотя бы темы в этом разделе?
И ещё. У нас принято уважительное обращение к собеседнику на "вы". Думал, уже было время заметить.

я думаю вам от электротранспорта такой блок подойдет - "Блок МП24-600 служит для предварительного заряда батареи конденсаторов в звене постоянного тока"

К контролю намагничивания я действительно еще не готов. Кроме того, был всегда уверен, что прямоход - это разновидность buck (понижающего) преобразователя, с передаточной характеристикой что-то вроде D x Ктр х Uвх. Т.е. это источник напряжения, и на к.з. ему работать, без схемотехнических ухищрений, тяжело.

на кз ему работать немного хуже чем обратноходу - каже Кз из вторички в первичку вылезет. а вот с режимом намагничивания сердечника - ему сильно легче чем обратноходу ибо он таки трансформатор, а обратноход - дросель.

а почему вы не хотите сначала заряжать до 24в свой кондер понижающим баком, а потом обратноходом выгонять на высокое? много железа?

Я попробовал. Без бака, просто резистором. Толку не много, особо теплоты на этом не сэкономишь. Вот если бы вольт до 200, это было бы дело. Я задумываюсь о таком каскаде, но наоборот - пушем поднять напряжение до 450-500 вольт, а затем баком заряжать конденсаторы постоянным током. Вроде звучит неплохо, но на феррита и меди выходит много. Габариты растут. С SMD монтажем у меня пока не особо срастается, но двигаюсь в этом направлении.

У обратнохода есть шанс работать в граничном режиме, можно взять готовый контроллер L6565 и подобное или сгородить самому. Тогда к.з. остается во вторичке и никуда не вылезает. У прямохода такого шанса нет. Можно, конечно, попытаться сделать контроль тока через выходной дроссель, но это уже будет извращение, по сути это получится обратноход с разнесенными магнитными элементами.

В чем проблема обратноходу в current mode работать на КЗ? Насколько я знаю, большинство схем заряда конденсаторов фотовспышки построены именно по этой топологии.

видимо проблема в том что надо контролировать что ток во вторичке закончился - разрядилася индуктивность транса. хотя это вроде должнл быть элементом защиты контроллера полюбому.

А какая в этом необходимость? В режиме прерывистых токов ток во вторичке заканчивается до конца периода, а в следующем периоде дроссель "заряжается" с нуля по первичной обмотке.

Например, каскадный преобразователь "питаемый током пуш-пул" — любой готовый понижающий стабилизатор и нерегулируемый пуш-пул, в пределе — источник тока на токовом компараторе и полумосте на синхронном драйвере затворов питает тактуемый от него пуш-пул на паре драйверов затвора, всё можно собрать за сутки на коленке.

Что про такой вариант страница 31?

С управлением по току на UC3845 это источник тока, управляемый напряжением.


ПМСМ, для потерпевшего это слишком сложно - он ведь думает, что трансформатор жужжит из-за неправильных прокладок в зазоре.

Андрей_К, не знаю, поможет ли Вам сказанное ниже.
Три года назад я стал постоянно использовать вот такой принцип ограничения тока зарядки - цитата с места рождения (пост №17,№35 http://electrotransport.ru/ussr/index.php?topic=18745.0) -
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
"..очень хотелось бы , чтобы узел работал следующим образом -...начнём с конца - аккумулятор заряжен , напряжение на выходе БП ЗУ равно напряжению аккумулятора ....( ток через Rш равен нулю , напряжение на выходе БП определено делителем R3,R4....)...Если к БП ЗУ подключить разряженный аккумулятор , напряжение на Rш повысит потенциал делителя R3,R4 ...это приведёт к уменьшению напряжения на выходе БП ЗУ и к снижению тока зарядки ....По мере зарядки аккумулятора ток зарядки будет снижаться , а напряжение на выходе повышаться...Процесс закончится тем , что ток зарядки станет равен нулю , а напряжение на выходе БП ЗУ станет равным напряжению заряженного аккумулятора ( определяется делителем R3,R4...).Заметьте - TL431 и оптрон включены штатно..., а добавить шунт , для введения функции ограничения тока в заводской БП - нет проблем..."
---------
Как поведёт себя на КЗ - честно скажу - не проверял... Но можно это обсудить и выслушать возражения... Если заинтересует - есть подробности по расчёту величины шунта. Из моей практики - его сопротивление ниже 0,05 Ом для тока более 5А. По сути - это стабилизатор тока..., но конечное напряжение равно напряжению стабилизации ...( какая топология ЗУ - без разници...).

Если ёмкость конденсатора > 100 мкФ (пальцем в небо), при КЗ Rш просто испарится.

так и поведёт:

кстати, а зачем же вы в качестве зазора прокладку используете? Ей место в водопроводном кране, а в обратноходе зазор требуется сами знаете из какой материи, и прекрасно знаете, в каком месте

Oxygen Power, почему испарится? При увеличении тока напряжение на шунте будет расти, а на управляющем электроде TL431 будет стремиться к порогу 2,5 Вольта, а напряжение на выходе БП будет стремиться к нулю... Ток ограничится... От чего шунту -то испаряться???

Как бы да, но в чем отличие от пуш-пулла на 3846 с управлением по току? Вроде пуш-пулл это просто два прямохода на общем трансформаторе.

Снова вы правы. Было бы это просто - сплошь и рядом использовалось бы. А так во всех вспышках стоят обратноходы, подозреваю, что именно по причине простоты. В том виде, что нарисовано на стр. 36 опять потребуются могучие снабберы или какие-то фиксирующие обмотки. Т.е. просто точно не получится. Хочется чего-то простого. Потому и прошу помощь зала. Сложно я и сам смогу.
Кроме того, уважаемый гуру наверное знает, что трансформатор с зазором организованным прокладками гадит сильно больше транса с таким же зазором сделанным спиливанием центрального керна, но, почему-то издевается над новичком. Про экран из витка фольги я знаю.

Я же не занимаюсь разработкой ИИП профессионально. Был под рукой подходящий по габариту сердечник - на нем и намотал. А зазора в нем не было. Все равно - макет. Вообще хочу заметить, что купить (поштучно, не партию) требуемые сердечники - проблематично. Сейчас у меня под рукой только ETD34 c зазором есть. В теории, пары таких (в обратноход) мне должно хватить.

Про каскадный питаемый током пуш-пулл я слышал, но как-то не подумал, что понижающий преобразователь можно легко организовать на контроллере полумоста. На куче рассыпухи делать не хочется. Еще вопрос в тему. Нужно ли будет как-то регулировать перекрытие транзисторов пуш-пулла? Или просто переключать их синхронно и инерционности транзисторов хватит?

кто знает, может потраченные у точильного станка 5 минут спасли бы ситуацию... и не фонило бы на бедную ардуинку...
но тогда мы и не общались бы с вами в этой теме

Когда-то, на волне удочко-строительства я именно так и делал.

Может поделитесь чутка мыслями на эту тему, если не секретно? Интересует требуемая перекрышка транзисторов пуша, т.к. спец контроллер под данную топологию (LM5041) приобрести затруднительно, а кучу рассыпухи в приемлимые габариты у меня уместить не получится.


Да не - фон убрать не самая большая проблема. Если бы всё устраивало - заказал бы пару тройку нормальных сердечников, да и делов-то. Трудности всё-таки в достижении граничного режима, а не в трансе.

Принцип управления для однотактных и двухтактных схем одинаковый. Соответственно проблема работы с малым коэффициентом заполнения присутствует в обоих случаях. Есть ли эта проблема в Ваших двух случаях неизвестно, но оба преобразователя работают неустойчиво - это факт.

Я бы сделал так:
http://ivobarbi.com/PDF/artigosCongresso/99/00573330.pdf

Интересно. Бустер с трансформаторным выходом. По сути, опуская детали, в статье предлагается двухтактный обратноходовой преобразователь с разделенными мухами и котлетами. Т.е. накапливаем энергию в дросселях, а повышаем напряжение трансформатором, вместо мухокотлетного дроссель-транса традиционного обратнохода. Но. Предположим, во вторичке к.з. Первичка трансформатора будет тоже представлять из себя практически короткое замыкание (плюс-минус Ls). Дросселям будет некуда разряжаться, они будут "накапливать" ток, и через пару-тройку тактов сработает ограничение тока (не даром авторы трансформатор тока там нарисовали), дальше передача энергии во вторичную цепь будет идти "иголками", как и в обычном пуше. Разве нет? Как пишут сами авторы, в такой топологии режим DCM не возможен, а именно он и нужен, чтобы разнести во времени накопление энергии и её передачу во вторичную цепь.

Не издеваюсь, а намекаю на необходимость вдумчивого осмысления радиолюбительской мифологии. В частности, по зазору - если предположить, что это магнитный экран, то по нему должен течь ток, создавая встречный магнитный поток. Экран этот - короткозамкнутый виток и, если его расположить между обмотками трансформатора ... ну Вы поняли. А снаружи этот виток никак себя не проявляет - ни повышенным нагревом, ни снижением КПД. При том, что в боковом керне проходит половина магнитного потока центрального керна. Это означает, что доля потока сердечника, проходящая через внешний экран настолько незначительна, что о ней можно забыть. Т.е. для того, чтобы зазор вносил существенный вклад в излучаемые помехи, магнитные силовые линии должны идти перпендикулярно зазору, а они к счастью идут параллельно ему. А экран на самом деле является электрическим, поэтому обычно соединяется с выводом трансформатора, имеющим постоянный потенциал.

Вам нужно управлять коэффициентом заполнения в зависимости от среднего тока нагрузки. В каком режиме работает силовая часть в данном случае не имеет значения. Гальваническая развязка, как я понимаю, не нужна. Следовательно, нужно организовать две обратные связи - по выходному напряжению (на всякий случай, чтобы не пробить конденсаторы) и по среднему току нагрузки. Как в типовых схемах включения TL494, чтоб было понятно. Есс-но, ОС по току должна иметь усиление больше, чем ОС по напряжению, но это уже детали.

wim,
Это зависит от точки зрения. У меня уже собраны два обычных пуш-пула (один похуже, второй малость оптимизирован по результатам тестирования первого), которые, в общем и целом, решают поставленную задачу. Дело в эффективности. Если постоянно срабатывает ограничение тока и из-за этого заряд емкости идет "иголками" - значит габарит трансформатора трансформатора используется неэффективно. К примеру, пусть мой пуш расчитан на 400 ватт. Но из-за ограничения тока нагрузки у него средний Кзап снижается до ~10% (на плечо). В результате на емкость преобразователь выдает только 80вт. А габариты имеет как полукиловаттный блок. Решая задачу в лоб я могу сделать "варылку", как предлагалось в первых постах. И она будет отдавать 500 Вт на конденсатор. Совсем без защиты от к.з. Ток будет ограничиваться батареей и потерями. Но КПД и габариты будут соответствующие. Потому я спрашиваю, есть ли топология, где выходной ток будет ограничен параметрически, а не схемой защиты. К примеру, как в ОХ в режиме DCM, который просто не отдаст мощи больше, чем её запасено в дроссель-трансе.

Да, ШИМ по напряжению мне скорее не нужен. Проще совсем выключить конвертер при достжении требуемого напряжения и перезапускать его по мере необходимости.

Так а что вы хотели, если делаете стабилизатор тока(например на 1А) для заряда конденсаторов, то выходное напряжение источника в процессе заряда будет плавно нарастать от нуля до 450В, соответственно и мощность отдаваемая источником плавно нарастать от нуля до 1А*450В. Естественным образом максимальная мощность стабилизатора должна быть 450 Вт. А если вдруг вы желаете заряжать побыстрее и ток заряда сделаете 10А, то и максимальную мощность получите в 4,5 кВт...

Обратноход вроде мощность стабилизирует. Накопил N миллиджоулей - отдал. Вначале заряда передаёт больше энергии за один импульс, но импульсы редкие т.к. долго ждет пока энергия сольётся в нагрузку. По мере роста выходного напряжения энергия одиночного импульса снижается, зато частота растет. Мощность примерно постоянна. Если гуру скажут, что это заблуждение - то пойду, наверное, очередной пуш на кВт паять. Может пуш на трех транзисторах (current-fed) спаяю.
В резонанснике ограничение выходного тока параметрическое, но как там с мощностью - без понятия в силу неграмотности. Прошу помощь зала.

Андрей_К, 450 Вт - не такая уж большая мощность... Не проще сделать ДВА любых одинаковых простейших БП по 200 Вт и включить их ПАРАЛЛЕЛЬНО?

В производстве - возможно проще. Я не настолько продвинутый любитель, чтобы вместить два трансформатора, две управлялки и т.п. в маленькие габариты. Просто 10 банок по 1000мкФ х 450В (вспышечных Low ESR) - это уже реально дофига объема. Если туда еще добавить пару ETD44 и батарейку, то это уже становится на грани портативности. Ко всякого рода прямоходам еще и дросселя прилагаются и все это становится уже стационарным.

Кгхм... вы хотите природу обмануть? Джоуль = Напряжение*Ток*время. Дроссель в обратноходе накапливает эту энергию, а потом отдает в нагрузку. Больше чем он может накопить, он не отдаст.

При КЗ конденсатор будет напрямую подключен к Rш. Вся накопленная энергия конденсатора устремится в этот резистор. Будет многократно превышена допустимая мгновенная мощность. Если этот резистор миниатюрный, для поверхностного монтажа, то будет достаточно одного раза замкнуть выходные клеммы источника питания...
Как выясняется, при ёмкости 10000 мкФ, никакой резистор в датчике тока не выживет.

Для зарядки ёмкости потребуется мощность от источника питания равная (C*U^2)/(2*t)
t - время зарядки в секундах
С - ёмкость конденсатора в Фарадах
U - напряжение на ёмкости в Вольтах.

В разумных пределах по времени зарядки хорошо подходит схема обратноходовика.

Частота импульсов ШИМ постоянна, меняется только длительность импульсов. Похоже, что Ваши преобразователи работают не просто неустойчиво, а в каком-то релейном режиме. ПМСМ, Вам надо не чудо-топологии искать, а разбираться со схемой управления. Потому что ООС будет всегда и ее всегда нужно будет настраивать.

Все верно, я же именно это и написал. Накопил дроссель свои L*I*I/2, выключили ключ, пошла перекачка энергии на выход. Обнулился ток диода на выходе - значит всё, можно начинать новый цикл. Когда напряжение на заряжаемом конденсаторе равно нулю дроссель отдаст всю накопленную энергию. При почти полностью заряженной ёмкости дроссель будет отдавать только часть накопленной энергии, т.к. диод будет закрываться раньше (напряжение-то на катоде выросло!), циклы будут короче и мощность будет примерно постоянна.


Бинго! Именно в этом моя проблема. Конденсаторы заряжают Ч/ШИМом. Я же не просто так упомянул в первом сообщении L6565, она именно так и работает. Обычно, кто пользовался фотовспышками, это не однократно слышал. Большинство недорогих батарейных вспышек, и даже некоторые дорогие, начинают зарядку чуть ли не с сотен герц и уходят на ультразвук в конце зарядки. Зачастую там дроссель-транс на опилках, вот и выбирают частоту пониже.

Oxygen Power, про "миниатюрный резистор, это Вы сказали, а не я...
Может мощность резистора (шунта) проще посчитать?
При токе зарядки 10 Ампер, на шунте (датчике тока) сопротивлением 0,01 Ом будет "падать" -
0,01 х 10 = 0,1Вольт...., или мощность 0,1В Х 10А = 1Вт... И это ни разу не проблема.
---
Андрей_К, часто два маломощных БП сделать гораздо проще, чем один мощный...

Потом сделал поправку, при кз 10000 мкФ разрушит практически "любой" резистор, если он не слишком большой. Рассмотрите ток разряда ёмкости на резистор датчика тока Iразряда = 450 В/0,1 Ом = 4500 А! Мгновенная мощность 450 В * 4500 А = 2025 кВт. В реальности это значение получится меньше, но всё-равно очень много.
Но не берите мои предостережения в голову. Каждый экспериментатор должен пройти на своём опыте.

Куда-то вас не туда понесло. Я не планировал коротить ёмкостя - это не шипко полезно. Кстати не все разрушается. Мгновенная мощность-то большая, но если её не хватает для мгновенного испарения материала, то некоторые резисторы выживают. Просто чернеют и дымят некоторое время. Я пробовал на 15 ом разряжать (только не пишите, что 15 ом не - кз. кто желает - пусть сам такую батарею отверткой замыкает). Тут нужно скорее об энергии импульса говорить.

Oxygen Power, Вы схему из поста #16 внимательно посмотрите и назначение шунта уясните... Про токи разрядки 4500 Ампер - это Ваши домыслы... Хотя бы путь "тока разрядки " на схеме укажите...
И НЕ течёт ток РАЗРЯДКИ через шунт..., через шунт течет ТОЛЬКО ток зарядки..., и он ОГРАНИЧЕН на нужном нам уровне..

Функция бланкирования продолжительностью в 3.5us (для L6565) предупреждает ложные включения. К слову, в контроллере L6562 нет такой функции, и при сильном звоне в клэмповой цепи этот контроллер безбожно сбоит.
Мне не доводилось заниматься ОХ-преобразователями с низковольтным входом, возможно, по этой причине я не вижу тех принципиальных препятствий, на которых споткнулись вы. Имеется ввиду обеспечение граничного режима работы. Касательно режима ZVS, если он нужен, – тоже не вижу особых проблем. При батарейном питании можно работать с большим заполнением, современные шестидесяти-стовольтовые ключи доступны и позволяют эффективно работать на больших токах. При Кзап>0,5 дополнительных мер для разворота тока в дроссельтрансе предпринимать не придётся, к тому же пиковый ток на первичной стороне будет меньше, поэтому хлопот с утилизацией энергии из Ls, пмсм, тоже будет поменьше. Правда, в результате получим бОльшую амплитуду тока на вторичной стороне, но это не особо критично для таких сильноповышающих преобразователей.

В ваших постах выше не рисуйте всяку ерунду в схемах. Если не понимаете этого, то и незачем обсуждать об энергии импульса.



Вы понимаете, о чём я намекал выше?

Так и напряжение на дросселе растет, пока не откроется диод и у дросселя не появится возможность сбросить накопленную энергию в емкость.
Вы беспокоитесь о размерах и весе зарядного устройства, а я и пытался сказать что чем быстрее вы хотите зарядить - тем больше будет пиковая отдаваемая мощность и тем больше будет дроссель/трансформатор при любой топологии преобразователя.

Oxygen Power, мне Ваши намёки - по барабану... И мне жаль, что принцип ограничения тока зарядки, который я уже давно использую, Вы так и не поняли....

Я немного не об этом. В описании сказано: "[в том случае, если] many ringing cycles need to be skipped that their amplitude becomes very small and they can no longer trigger the ZCD circuit. In that case the internal starter of the IC will be activated..." В даташите на аналогичную NCP1207 говорится о таймауте в 5 мкс с момента последнего ZCD. Посему, раз уж Вы мучили эти микросхемы, хотел спросить, а что они делают, если ZCD вообще не сработал? Ждут вечно или все-таки пытаются открыть транзистор через какое-то время? Я живу от больших дорог и линий в далеке, все детальки только почтой, вот и пытаюсь разведать побольше перед заказом.
Огромное спасибо за ответ. Я всё-таки хочу попробовать ОХ в квази-резонансном граничном режиме. До непрерывного режима я еще не дорос.



Я вообще не рисовал схем и не рассматривал реальное кз на емкостях.

Я за правильное схемотехническое построение. Если встречаются грубые ошибки стараюсь их показать. То, что вам по барабану, работать будет до первого замыкания на выходе источника питания, не зависимо от того по какой схеме собран преобразователь. Выйдет из строя не только резистор датчика тока. Выгорит TL431, да и оптопара скорее всего тоже.


Прошу прощения, это опять великий варп...

Конечно пытаются открыть транзистор. В даташите прописан период в 250-400-500us. Но размагничивание транса ловится без проблем, а сама функция помехоустойчива, не разделяю ваших опасений: However, to ensure high noise immunity, the triggering block must be armed first: prior to falling below 1.6V, the voltage on pin 5 must experience a positive-going edge exceeding 2.1 V

Спасибо. Опасений особых не было, уже заказал и L6565 и NCP1207, просто пока едут хочется спросить совета у монстров ИИП-строения. Есть еще некоторые опасения, что они не заведутся от 24-х вольт, но, думаю, все хорошо будет. Сначала попробую типовую схему, дальше буду посмотреть.

Да дело не в секретности, я уж подробностей и не помню. Но так, чтобы шибко компактным решение не получилось...


Как это? Откуда такие опасения?

Тормоз дорисовывать было лень, поэтому просто молотит вплоть до Кзап=100%:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла


Как-то двусмысленно звучит, будто сейчас, как и автор, не решаете задачи сразу и чем под руку подвернётся, а ждёте, пока некто нароет некий суперчип. "Лучше день потерять, потом за пять минут долететь. ©"

Вообще-то для стабилизации тока и напряжения существуют специально обученные микросхемы,
AP4313 например.