Условие обсуждения:

1. Напряжение на входе - высокое. Порядка 400В.
2. Напряжение выхода - 5В.
3. Максимальный ток - 1А.
4. Гальваническая развязка.

Главное требование - максимальный КПД. Все остальное моловажно.


Есть желание определиться с топологией для такого случая.

Причем очень хочется ыидеть обоснования. Веские причины, а не пристрастия уважаемых участников форума.

Добрый день!
Какова цена?

Цена - не критрий. Легко можно положить и 1000р. Запитываться будет дорогое устройство.

А 100% КПД за любые деньги не сделать

Боюсь это не тот случай, но тем не менее...
Если входное напряжение переменное - то можно использовать емкостной баллас для понижения напряжения на входе преобразователя до 30-50В (или даже менее). Далее - какой-нибудь высокоэффективный DC/DC преобразователь. При такой топологии минимизируются потери в ключевых элементах, снижается влияние паразитных емкостей, упрощается конструкция трансформатора.. Необходимо только параллельно входу преобразователя ставить ограничитель стабилитрона).

Добрый день!
А зачем очень высокий кпд при питании от сети?

Я нигде не упомянул про питание от сети.

Питание НЕ от сети. Запитывается устройство по очень длинным проводам.
Напряжение питания - постоянное.

А что бы не греть питаемое устройство.

ИМХО, можно попробовать флайбак, но не на TOP, а на 384(...), транзистор подобрать - есть тошибовские - дорогие, но довольно крутые, например, 2SK1275. Если поможет - можно попробовать резистор датчика тока сделать совсем маленьким, сигнал с него усиливать, правда, питать усилитель - геморрой получается Транс - попробовать найти в наличии или под заказ у кого-нить Ёпкосовский хвалёный новый N97. Работать с небольшими отраженными напряжениями (с относительно большим коэффициентом транс-ции) - меньше провода на первичке, меньше её ёмкость. Ну и индуктивность рассеяния снижать, снижать и ещё раз снижать - чтобы не греть снаббер. ШИМ-контроллер можно взять другой - поддерживающий работу в критическом режиме(не в дисконтинусе), например TDA4605 или что-нибудь поновее(где-то недавно тут упоминался)

Я бы проанализировал основные потери при таком раскладе.
Во-первых, потери на перезаряд паразитной емкости транса/ключа - при высоком входе они будут очень существенны.
Во-вторых, потери на выходном диоде - низкое напряжение.
Поэтому желательна схема с ZVS (или флай с включением в нуле напряжений, или эктив клэмп форвард), и желателен синхронник.
На флае реально получить КПД в 88-89%, на эктив клэмпе - 91-92%.

Тоже вариант, однако каковы потери на клэмпирующем ключе?

Да ни хрена там потерь нет, там же токма ток намагничивания бегает... Он может быть маленьким-маленьким, вопрос только в его высоковольтности....

Значит получается, что если использовать flyback в квазирезонансном режиме, с синхронноым self drive выпрямлением, то это почти идеальная топология.

При таком ванрианте потери есть только на сопротивлении датчика тока, на перезаряд емкости затвора и на паразитные емкости трансформатора.

Кстати вопрос: если в active clamp через клэмпирующий ключ бегает ток, то как это нет потерь ? Откуда же он берется, если не от входного питания в конечном счете?

Все-таки, для того, чтобы миллиметровать КПД нужно знать средний ток потребления и раскладку этого тока по времени. Нужно знать на каких токах нагрузки устройство работает в основном. А также пиковые токи. И диапазон входного напряжения.
...
Ток, бегающий через ключ active clamp - очень хороший ток. Сначала он бежит заряжать конденсатор энергией, накопившейся в индуктивностях рассеяния и намагничивания, а потом бежит обратно разряжать этот конденсатор через трансформатор сразу в нагрузку. Это самый лучший вариант, так как в остальных топологиях эта энергия или пропадает совсем - как в RCD снаббере или через диоды возвращается в первичную цепь - как в несимметричном мосте, а потом ее надо опять в нагрузку передавать.

Флай с ZVS и Self-drive синхронник на нем не сочетаются в принципе Если уж синхронник, то с внешним управлением, на специальном чипаке или на датчике тока.
Даже в этом случае флай будет проигрывать форварду. Потери в трансе, потери на канале ключа, потери от индуктивности рассеяния - все это существенно и непреодолимо, можно только оптимизировать, но флай такая топология, что все параметры у него завязаны друг на друга, и вытягивая в одном месте, проигрываешь в другом. Топология слабо подходящая для получения высоких КПД, у нее другие призвания...

Из обратноходовых в квазирезонансном режиме подойдет UCC28600 + синхронник под управлением 'датчика' тока. И самый недорогой.
Из прямоходовых с active clamp + синхронник надо повыбирать из TI UCC2891 или NS LM5026.
Надо бы промакетировать несколько, хотя бы два, варианта.
При этом, в обратноходовом 'все просто', так как это готовое решение, которого нет на 5W для прямохода с active clamp. Это интересная работа. За основу можно взять схему N9 на UCC2891 из последнего эскиза. Если удастся получить КПД выше, чем на обратноходовом, то можно применять. Насколько выше - зависит от применения. Критерием КПД можно взять время работы от аккумулятора в штатном режиме.

В эктив клэмп форварде прекрасно работает селф-драйв синхронник, не надо туда прикручивать никаких драйверов!

Это я про обратноходовой сказал про управление током. А в active clamp при 5В на выходе и не слишком большом диапазоне входного напряжения, согласен, ничего больше не надо, кроме самих полевиков.

Кстати, и при большом диапазоне питающих напряжений легко все управляется, там простенькая цепочка из кондера, пары диодов и стабилитрона на гейты добавляется, и все..
И даже при 12В выходе селф-драйв работает замечательно - в этом случае драйвим через эммитерные повторители от выходного нарпяжения.

На сколько я понимаю и в флае с квазирезонансным режимом селфдрайв работает абсолютно как в форварде.

Ничего подобного! Если на флае селф-драйв, то флай работает в континусе, и перед включением транзистора на первичке напряжение на нем всегда будет Vin+Vrefl, т.е. ни о каком ZVS и речи быть не может. Напряжение на вторичке коротится открытым каналом синхронника, напруга на ней всегда равно выходному, соответственно, и на первичке напруга не может быть иной, чем Vin+Vrefl...

Да, действительно. Был невнимателен.

Значит нужно найти микросхему для форварда, с ZVC и с питанием от высокого напряжения.
Если знаете, посоветуйте.

У TI: UCC3580 и UCC3894.
Кстати, если на выходе эктив-клэмпа селф-драйв синхронник, то можно для питания чипака сделать такую изящную штучку - питать его оттрансформированной суммой входного напряжения и напряжения демпфирования - эта сумма относительно постоянна. Т.е. питать чипак с дополнительной обмотки через удвоитель напряжения.

То есть, с помощью двух конденсаторов и двух диодов. Но это верно только для узкого диапазона входных напряжений. Внизу и вверху напряжение такого выпрямителя будет стремительно расти. Нужно это учесть при установке режима контроллера. UCC3894 поновее будет и цена почему то меньше.

Тут важно правильно задать диапазон D - что бы максимальное значение напруге на силовом ключе достигалось при самом низком, и при самом высоком входе. Это полезно и для оптимизации силового ключа. В результате график зависимости максимального напряжения на ключе (то ись Vin+Vclamp) принимает "вогнутую" форму с минимум где то ближе к области низких входов (при увеличении D за 50% Vclamp начинает расти очень быстро)