Добрый день,

Возникла задача разработки компактного источника со входом 12/220 (что как минимум 8...16V/80...265V) и выходом 42V +/-0.1%; 2A, обязательно ограничение тока на уровне 2.1A.
Самая большая проблема - габариты, особенно высота, максимум по каждому измерению - 130x50x18
Требований ко стоимости нет, по КПД требования только исходя из отвода тепла - закрытый корпус, который, впрочем, можно (и наверняка прийдется) сделать радиатором
Вижу 3 пути решения проблемы:
1. Flyback 8...265V. Входной диапазон представляется нереальным? За исключением этого момента решение было бы отличным (с топологией для макс входного диапазона я прав?), темболее что изначально в ТЗ был какраз непрерывный диапазон по входу, на что заказчику было объяснено что при таких габаритах он не дружит со здравым смыслом.
2. Самый простой вариант 220->12 + DC-DC 12->42, тогда в качестве 220->12 можно использовать "что попало". Все бы хорошо но всунуть в такие габариты ДВА источниика ИМХО тоже малореально. Темболее что из готовых 220->12 на требуемую мощность не нашел ни одного подходящего по габаритам даже без учета второго источника (плохо искал?)
3. Flyback c переключаемой первичкой примерно как на картинке... Кроме всего прочего смущает висящий неиспользуемый полевик и плюс часть обмотки в режиме 12V

В устройстве будет микроконтроллер с отдельным питанием, который можно использовать в качестве дайвера блока питания (повесив датчик входного напряджения). Это даст возможность более гибкого управления ключем в варианте 1 (частота/скважность/ключевать по требованию) и коммутации первички в варианте 3.

Прошу помощи и идей по задаче, в особенности по первому варианту и если есть еще варианты о которых забыл.

погуглите Active clamp

Убейте ап стену того, кто сочинил такое техническое задание. Или, пусть и дальше торгует селедкой, не лезет в технику. Или Вы что-то в пересказе исходных данных напутали.
Источник со входом от 8 до 350 вольт существует в университетах, мелом на доске нарисован.
Источник со стабильностью 0.1% - там же.
85 ватт в указанных габаритах можно надуться с хорошим вентилятором, но за такие источники платят тоже хорошо.

Физически можно реализовать, наверное. Только ведь в таких случаях обычно и цену выставляют ....
Потому что понадобится более 20А пропускать и иметь допустимое напряжение на ключе вольт 400 или больше...
Пара низковольтный ключ- высоковольтный ключ - не пройдет, чем отключать низковольтный-то? разве что реле перебрасывать...


А ведь обычно в подобных случаях заказчик и по цене ориентируется на кетайцефф - сколько там дешевенький хлам на 80 кетайских ватт стоит? Делайте выводы...
Ну и габариты тоже веселые для такого случая, тоже с кетайцев слизаны? Не, даже веселее - 18 мм высота, это уже с платой и корпусом? Ну, ну...
Сто процентов уверен, что хотелось получить это в пластмассе

На чем-нибудь вроде этого: IRFPS43N50K
разве что... Баксов 10 на один ключ уже улетело И еще неизвестно, как во всем диапазоне он сможет... Трансформатор - отдельная песня... с толщиной миллиметров 10-12...и так чтобы не съел всю площадь... Забавно, но ради чего исследовать вопрос? ради одной штучки - однозначно не стоит...
И разв 30 больше рассеяния на всем омическом, из за скважности, чем в обычном блоке было бы... То есть с трансом тоже еще вопрос, как будет греться...

Вы не совсем правы. Во первых никто не просит от 8 до 250. Переключение можно сделать и в простейшем случае тумблером. По точности пожалуй да. Для двухтактника мощность не такая уж и большая. Да и переключение в нём сделать проще.

12V входного тоже АС? Чем фильтровать будете? Емкость не очень маленькая...

Microwatt во многом прав.
Если решать в лоб, то в принципе, если нет больших ограничений по стоимости, резанансная топология потянет такой диапазон регулирования, даже силовые элементы найти можно. Но как быть с электролитами?
Если на входе переменка, то при 8-16В нужна емкость несколько тыс. мкф. вольт на 25.
А при 80-265 - мкф 100 и вольт на 450.
Если Все усреднить, то 2000 мкф на 450В - размерчик будет великоват.
Хотя если фильтр перенести во вторичку, а на выходе поставить понижающий стабилизатор, то может и прокатить, заодно и 0.1% на выходе получить проще.
Вобщем, хочу обратить внимание на следующий момент.
У Вас удельная мощность более 700Вт на куб. дм. Это уже уровень нестандартных китайских источников, а специализированных. Есть ряд фирм, которые выпускают блоки с плотностью до 2000Вт на куд. дм.
Сейчас на память не помню, могу позже уточнить.
Но в любом случае, переключение входных напряжений лучше ввести, это сильно облегчит жизнь.
Если у Вас время терпит до осени, то я тут готовлю к выпуску линейку сетевых БП, старшая модель -75Вт - попадает в Ваши параметры (плотность 850 Вт на куб дм). Но в любом случее потребуются доработки.

Да ладно Вам! Кто там тумблером переключать будет? Тогда уж проще соответствующие источники с полки брать да переключать.
ORTODOX вот воспринял задачу всерьез. Да, если попыхтеть, то источник теоретически сделать можно. Однако, ради таких технических глупостей не стоит тратить часть жизни. К тому же, за бесплатно, как обычно представляют себе авторы подобных техзаданий.

Спасибо, изучаю...



Не нужно так о людях которых не знаете - я привык заказчиков уважать, а тех кто дает нестандартные сложные и хорошо оплачиваемые задачи - вдвойне. Не все же китайские трусы клонировать.



Как указал требований по стоимости нет, все хорошо понимают что и сама разработка и конечное устройство будут весьма дорогостоящими



Я имел ввиду оба высоковольтных ключа, на низкую и высокую, правда о сопротивлении высоковольтного ключа на подумал, на низкой напруге облом наверное выйдет. В любом случае от 3го варианта я почти отказался - как-то криво



Про цену писал выше, 18мм это да, но это габариты самого питальщика, от компонента до компонента/платы/ монтажа. На трансе можно 2-3 мм выиграть если монтировать его не на плату но это вообще бардак будет.
Изначально хотелось в пластмассе но уже утвердили алюминиевй корпус который и будет радиатором. Корпус законченого устройства в котором питальщик занимает половину (но не по высоте к сожалению).



За вариант по транзистору спасибо, транс думаю плоское кольцо и от того что оно нерационально использует объем никуда не деться.
Ради чего? Сколько там штучек проблема не моя, для меня задача сходу неподъемная но есть время деньги и желание, и это хороший случай проднять свой уровень в конкретной области - вот примерно ради чего ;-)



12 постоянки, автомобильный вариант, изначально не совсем четко указал сорри - 8...16V DC, 80...265V AC



С резонансной топологией у меня опыта нет вообще - могу не уложиться по времени на изучение и эксперименты...



C двумя преобразованиями задача упрощается за одним исключением - всунуть два преобразователя в указаный объем. Боюсь неполучится хотя еще не доконца изучил этот вопроc. Если получится то так и буду делать.
Переключение входных допустимо только в виде отдельных входов и кроме двух преобразований нормаьного решения с переключением невижу... Про блоки от 2КВт/дм интересно, уточните плз если не сложно. Думаю речь идет о бОльших габаритах/мощностях - там это прощще, но всерано интересно

так погодите, это источник просто с ДВУМЯ входами.? 12 и 220 вольт?
Со старта читалось так, что это непрерывный диапазон от 8 до 350 вольт, такого уж точно не упомнят местные старожилы.... А раздельные входы..
12-вольтовый можно запросто. 220-вольтовый...трансформатор можно сделать и 18 мм, но крайне нетехнологичен.
Алюминий-корпус значительно задачу упрощает, но объема хватит разве что для одного источника.
Вообще, нужно ориентироваться на 400-500 ватт в литре, если это еще и автомобиль. Климатика тяжелая.
Топология... Чтобы как-то использовать общие компоненты разумно сосредоточиться на 12/42. А от 220 стараться свести задачу к предыдущей - получить от сети около 12 и- на низковольтный стабилизатор.
Да, двойное преобразование плохо, но это, пожалуй единственный практический выход.
150х50х30 смотрится уже почти реально. Главный вопрос - это ощутимая серия или причуды богатого плейбоя?

А что, от 12 В тоже нужна гальваническая развязка?

В первом сообщении я указал что нужно два диапазона, и один сплошной это просто как вариант сменить одно зло на другое (два источника таком объеме на один но с широким диапазоном). Два входа - крайний случай



А чего на нем сосредотачиваться - например MAX668+FDB5800 по схеме из даташита... Завтра погоняю на макете.
Да и 220 задача сводится к утоптать в данный объем - даже стабилизации ненужно



Серию планируют небольшую (от 1тыс до нескольких)



Нет, не нужна. Как написано выше выше задача при двух источниках больше для технолога даже.... Развечто с допуском по 42V может напряг получиться но тоже ничего военного


Хотя один источник с непрерывным диапазоном таки заманчиво, нужно еще подумать ;-)

Мне нравится Ваш оптимизм. Если не секрет - как Вы собираетесь получить эти самые 0,1%? Это ж если, к примеру, погрешность по изменению входного напряжения, то нужно усиление в схеме управления порядка 10^3. А у Вас там по выходу делитель зверский - раз в 10, как мимнимум. Стало быть, остальная часть должна еще и делитель скомпенсировать.
Дополнительно интересно, как это будет на климатике, поелику некоторые части автомобиля по своим условиям работы находятся где-то недалеко от военной техники.

Говорите, MAX668+FDB5800 по схеме из даташита?
Что меня на этом форуме держит - обильное присутствие смелых оптимистов. При депрессиях во времена кризисов очень помогает.
А вот серия от 1000шт -уже интересно, если это действительно так. В такую разработку есть смысл вглядеться серезнее.
Для справки: от Запорожья до Харькова 326км по железной дороге. Может будет полезно на каком-то этапе.

Выпускался такой телевизор – GRUNDIG P37 -549/12 , там использовался подобный источник питания(10-30V DC / 90-260AC). Одним словом, чтобы народу не отрываться от мыльных опер, вмонтировали UPS с внешней батареей (без зарядного устройства).
Топология источника- Flyback. Трансформатор общий (с гальванической развязкой), раздельные ключи и первичные обмотки, обмотка связи общая. Цепь питания DC коммутируется при помощи реле.

Еще есть такой принцип: эмиттерное управление высоковольтным биполярным ключом при помощи быстрого низковольтного(MOSFET) - ESBT topology.
Это просто на заметку, может пригодиться.

Я так понял, что 18-это высота. Если сможете сделать транс 220->12В с высотой около 14мм, тогда можно еще за чтото побороться, в противном случае такое задание не выполнимо.
По любому придется лепить 2а преобразования. Первый наверное полумост лучше, так как раскачка в первичке равна половине входнохо питания, а это уменьшение числа витков в первичке во столько же раз, что для Вас будет актуально. Второе преобразование это уже нужно смотреть по габаритам что туда влезет ( может пушпуль).
Ва не написали, нужно ли 12->42 развязка?

Тут еще мысля пришла, сделайте не развязанный 220->12, а затем 12->42 развязанный.

+1. Да и сердечник, наверное, поменьше сечением можно выбрать.




Не в этих габаритах, тут и думать нечего.


Тогда лишь бы одновременно не подключили.

Я предпологал, что высоковольтный транс будет громоздким и может быть проще поставить дроссель, а низковольтную часть сделать развязанной, хотя это может быть и не безопасно.

Да стартер уже и забыл о чем спрашивал. По-видимому, разработка не состоялась.

Вроде как тут и можно одновременно подключать - что будет-то?
Либо заблокируется источник 220->12, либо будет подзаряжать акумулятор.
Получится еще и бесперебойник - два в одном.
Логично, кстати.
Контроль тока аккумулятора отдельно - места не займет, это не проблема.

Надеюсь, неразрывный диапазон от 8 до 220 на самом деле не нужен...
Тогда бы логичнее развязать 220->12 , а поднимать до 48 степапом, для безопасности.

Если за высоту поторговаться немного - все может влезть...

Убить кой-кого может, ведь аккумулятор наверняка внешний.
А так - ничего...

Резонансный нестабилизированный преобразователь. Вернее два на одном кольце. Один - полумост от сети, другой - пуш-пул от 12 В. Вторичная обмотка на кольце одна, вольт на сто. С ней последовательно - резонансный контур небольшой добротности. Потом выпрямитель, и чоппер-стабилизатор. И усе. Работать это все может на 100-200 кГц, так шо с габаритами проблем не будет. Топикстартер жив?

Там, где исчезают проблемы с габаритами, вырастают проблемы с теплом...
Топикстартер... Та, скорее остался после такого проекта жив, но...
"Я о прошлом уже не мечтааааю
и мне прошлого больше не жаль... ".

Зачем так много? Это же витки, габариты... Здесь как раз на минимум заложиться надо, ИМХО. А так - да, вариант. Но не уверен, что самый компактный. Поскольку от 12В изоляции не нужно, тут бы просто степ-ап. Стабилизатор. А насчёт высоковольтного - так полумост нестабилизированный до двенадцати - тут лучшее решение. Поскольку до 48-и снижать или до 12-и, ему всё равно, зато стабилизацию один раз делать. Двойное преобразование получается только для высоковольтного - так и КПД здесь не так критично, и изоляция всё равно нужна.

Степ-ап оно хорошо, но если повышать более, чем в 1.7-1.8 раза, то либо дроссель вырастает в автотрансформатор, либо возиться с устойчивостью при заполнении более 50%. Сходу с 12 до 60 не разогнать. Да и токи тут будут ампер 13-15 в однотактнике. Как и в сетевом , лучшее решение - нерегулируемый пуш-пул.
А стабилизатор пусть тянет дальше все по вопросам стабилизации.
Ну, все уже коллективно решили и просчитали. И 18 мм высоты теперь не страшно.
Стартера нету только. М-да, стартер сгинул, а тема живет....

Можно и в пять раз разогнать в обычном бусте. Принципиальное ограничение только одно - не попасть на другую ветвь регулировочной характеристики, там, где контроллер работает с коэффициентом заполнения близким к 100%. Это может произойти на старт-апе с полудохлым аккумулятором. Т.е. нужен контроллер с ограничением максимального коэффициента заполнения. Ну, например, UCC2807.
С автотрансформатором там другая проблема - у "обычного" буста входной ток непрерывный, а у автотрансформаторного будет скачок тока. Т.е., надо будет еще помехи по входу фильтровать. Опять же кой-какая индуктивность рассеивания появится.

Так дело же не только в принципиальной возможности контроллера выдавать заполнение 95%. При повышении в пять раз заполнение более 0.8. В разрядной цепи такие скачки токов и напряжений, столько ВЧ-гармоник, что КПД сильно падает. Да и шумит в электрическом смысле такая схема сильно.
На практике буст с хорошим КПД, повышающий более, чем в 2-3 раза вроде не встречался....
Да и почти панически боюсь проблем со слоп-компенсацией. Ни разу рассчитать ее на абсолютную устойчивость не удавалось. Все равно, в каком-то режиме начинается "рваный" ШИМ с субгармониками. Посему, стараюсь заполнение более 0.5 из головы сразу выбросить. Хотя, специализированные контроллеры с этим вроде работают.

Спасибо за заботу о моем здоровье ;-)
Не появлялся поскольку занят темой. Вариант с двумя входами уже не интересен, принципиальных проблем для себя не вижу, сейчас занимаюсь борьбой за габариты. Спасибо всем за советы.
Вариант с непрерывным диапазоном конкретно для себя признал неподъемным при таких габаритах, судить о принципиальной возможности не берусь, но возникли предложения по реализации данного варианта, так что если кто-то готов заняться возмездной разработкой - пришите. Для заказчика такой вариант гораздо более предпочтителен.

P.S. На каком-то этапе в ТЗ закралась ошибка - стабильность не 0.1% а 1%.

Ну, а в повышающем пуш-пуле? Тот же рваный ток только во входной цепи. Так он еще и больше выходного. Если уж совсем с непрерывным током - то надо преобразователь Чука, но там можно нарваться на всякие патентные пендинги. На самом деле, не так все страшно - когда смотришь буржуйские аппноты, иногда удивляешься, как затейливо они проложили силовые цепи на печатной плате. Но при ближайшем рассмотрении все очень просто - в обоих интервалах коммутации токи направлены в одну сторону, чтобы минимизировать изменение магнитного потока.

Странно, я вот по этому букварю считаю и всегда получается:
http://focus.ti.com/lit/ml/slup080/slup080.pdf

В книжке Семенова стр 43 предложена идея использовать КВ сердечник с печатными проводниками. Попробовать пачку гибких ПП. Ценник будет как у чугунного моста, но как вариант

Спасибо за ссылку. Все новое - хорошо забытое старое, кажется, я ее уже читал. Но освежу.
А "повышающий пуш-пул" что-то новенького. Пуш-пул он и есть пушпул по первичной обмотке. Процессы от коэффициента повышения совершенно не зависят, как это происходит в степ-ап.

Я имел в виду энергетику процесса. Вроде бы в пуш-пулле у ключей должны быть меньше коммутационные потери, потому что к ним прикладывается удвоенное входное напряжение, а в бусте - выходное (если в 5 раз повышать, то в 2.5 раза больше). Но ключей в пуш-пулле в два раза больше, стало быть переключаются они в два раза чаще. И к выходным диодам у пуш-пулла прикладывается напряжение в два раза больше, чем у буста - это если пуш-пулл работает с коэффициентом заполнения 100%, а если меньше - то и напряжение на диодах будет больше. Т.е., может не получиться использовать в пуш-пулле шоттки. А еще потери в трансе. Тут надо смотреть в каждом конкретном случае.
Что у пуш-пулла однозначно лучше - это динамические характеристки. Еще есть мнение, что за счет симметрии схемы могут быть меньше излучаемые помехи.