Всем привет,

скажите, пожалуйста, делаю ли буст (или ККМ) без конечного диода и конденсатора воткнутый в многоступенчатый умножитель?

Например, хотелось бы питать этот буст 220АС, использовать 1.5кВ мосфет, так чтобы получать переменных около 1кВ, а потом длиннючим умножителем (20 ступеней) выводить все это в 20кВ обойдясь совсем без трансформатора. На какой выходной ток можно расчитывать. Управлять бустом можно очень точно, не поглумлюсь для управления поставить плиску, чтобы быть очень аккуратным.

Делают ли так, глупа ли идея, есть ли подводные камни, вдруг кто знает, посоветуйте, пожалуйста!

Спасибо

ИИВ

у Вас умножитель не правильно сконфигурирован:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла


из-за потерь в диодах кратность умножения не равна числу ступеней, больше 12-15 нет смысла делать


это лишнее, задача решается и обычным ШИМ-контроллером

Делали тут ИП Рентгеновской установки, ... больше 10 уже нет смысла ИМХО...

в общем да, в среднем процентов 10 теряется на каждом каскаде, вот и можно прикинуть

ага, простите, пожалуйста, описался, спасибо, что заметили!


вот когда частота входящего напряжения одна и та же, это действительно так, сам пробовал умножители до 40 ступеней, и на выходе где-то с 30 ступени напряжение более не увеличивалось и было примерно равно тому, что в идеале должно быть с 17-ой ступени.

Но у меня как раз идея в том, чтобы менять частоту - вначале давать высокую частоту, так как надо зарядидть мало емкостей, а потом понижать частоту. У меня нагрузка - ВВ конденсатор, который должен зарядиться, а потом, в некоторый момент разрядиться, и все по-новой.

В этом случае есть надежда, что зарядка всей системы будет происходить за N тактов, где N - число ступеней умножителя, а потери на диодах составят только десятки вольт.

Поправьте, меня пожалуйста, если я не прав!

6-8 ступеней разумно. Но не более 10. КПД никакой будет.
Ничего особо ценного Вы этим варьированием частоты не получите, кроме дополнительных проблем.
Работайте по уставу, по классике. Соберете, посмотрите, потом будет поле для экспериментов.
Однако, будьте предельно внимательны. Если нет допуска выше 1000В - стоит крепко подумать о жизни, прежде чем включать такую схему.

В общем виде это зависит от входного напряжения, тока, емкости, частоты.
Ну и от характеристик диодов и конденсаторов.
Так, что может быть и 10 и 20 и 30. Лично я больше 34 секций не использовал.

Чуток поэкспериментировал, смотрите картинку.

Собрал управление на МК, пока без сильных и заумных способов управления по нагрузке. Ключевые номиналы, входное питание 35В, мосфет на 1500В от СТМа, дроссель на торе TX36/23/10-3C90 c 29 витками 1мм провода (1.7мГн), умножитель из 20 ступеней на 0.12мкФ 1кВ керамике и каких-то довольно шустрых диодах (нашлись в закромах Родины) со скоростью переключения около 50нс и пиковым током 150мА. На выходе пока нагрузки не было, если не считать делитель на 2ГОма.

Что получилось:

1. можно работать в большом диапазоне частот от 1 до 1200кГц даже от МК и, при необходимости, измерять им напряжения в критических участках цепи,
2. на выходе с 20ой ступени получались напряжения от 4кВ (200-800кГц 50% ШИМ) до 10кВ (5кГц 50% ШИМ), ШИМы с меньшим или большим значениями только слегка меняли значения пикового напряжения,
3. при измерении напряжения на первой ступени и на 20ой, напряжение отличалось в 20 раз (в пределах измерения), что говорит о том, что умножитель на 20 ступеней может функционировать качественно и с минимальными потерями

Что не понятно:

без нагрузки не смог получить на выходе меньше 4кВ, при напряжении питания 35В как только не игрался с частотой и ШИМом... Это эквивалентно тому, что на первый конденсатор умножителя идет пульсирующее напряжение [0, 200]В. Если я на вход вместо 35В подам 320В, то получаемое пульсирующее непряжение в 1800В похерит все мои номиналы... Вдруг кто может что-то посоветовать, скажите, пожалуйста, в чем может быть причина таких высоких пульсаций, и как сделать так, чтобы пульсации были меньше (хочется при напряжении питания в 320В или 220VAC иметь пульсации около 900В).

PS: шим на выходе с МК осциллографом проверял - все в порядке, левых всплесков или выбросов - нет, после МК стоит мосфет-драйвер TC4421 (два последовательно, так как купил, по глупости, инвертирующий).

Спасибо всем откликавшимся, и заранее спасибо тем, кто откликнется!

С уважением

ИИВ

ну не знаю, делели умножитель на 18, кпд порядка 60%, но это преобразователя в целом, 30В->45кВ 25Вт

на сколько я понимаю, у меня хорошо умножитель работает только из-за очень больших номиналов конденсаторов (0.12мкФ на 1кВ, это 60мДж энергии в 2220 корпусе!!!) и реально шустных диодов (50нс). Причем все компоненты получились какими-то очень бюджетными - конденсаторы по 23цента, диоды по 10центов, правда цены там + доставка и разтаможка, но все равно, одна палка умножителя в 20 евро обошлась

А вот с бустом я пока недоразобрался о чем и вопрошаю, кто знает, помогите, пожалуйста!

подключайте нагрузку... кстати, Вы изначально ее не определили

не, с нагрузкой все становится в порядке, но мой вопрос заключается в том, что если без нагрузки у меня на первой ступени получается 200В вместо 70В, которые я максимум хотел бы там видеть, то как только я воткну эту схему в 220VAC, то на тот же мосфет и первую ступень умножителя попадет 2-3кВ, и оно все сгорит, а мне этого бы не хотелось бы. Что я здесь не понимаю, посоветуйте, пожалуйста!

без нагрузки выброс на дросселе практически ничем не ограничивается (вернее ограничивается паразитными составляющими), поэтому она нужна, ну хоть 2-5% от номинальной

Спасибо, Вам stells, я предполагал такую засаду... Интересно, если у меня нет вообще нагрузки, возможно можно выбрать такую высокую частоту, что в дроссель не будет заходить достаточно энергии, чтобы по получаемый с него бесконечно большой выброс не сглаживался бы первым конденсатором умножителя? Попробовал поднять частоту до 2МГц, (дальше побоялся, мог бы до 8МГц) но ничего хорошего не получил.

Похоже мне потребуется очень быстрый АЦП, чтобы оценивать на сколько успело все зарядиться, или, при старте, включаться только когда входное напряжение после выпрямления меньше 100В, смотреть на поведение нагрузки, и, только если нагрузка потребляет хорошо, включаться дальнше на полную...

В любом случае,падение выходного напряжения надо смотреть по максимальной нагрузкой, т.к. оно зависит от тока нагрузки. При этом надо контролировать пульсации на конденсаторах иначе это может быть причиной отказа.

50 нс это не достаточно для в.в. столбов для работы на таких частотах. Ну и опять, смотреть надо при максимальной нагрузке.
О какой мощности идет речь?

P.S. На какое напряжение ваши 150 мА диоды?

я пропустил этот момент... быстрый АЦП скорее всего не нужен, т.к. процесс заряда до номинального напряжения конденсаторов Вашего умножителя (0,12мкФ) составит единицы/десятки миллисекунд.
т.е. выходное напряжение Вы можете контролировать на высокоомном делителе медленным АЦП контроллера и при достижении им номинального значения отключать ШИМ. дальше работа в релейном режиме для поддержания выходного напряжения в заданном диапазоне до момента разряда

Уважаемые stells и gte,

огромное Вам спасибо, что помогаете советами!

То, что на фото - пока времянка, для того, чтобы убедиться, что вообще так можно, поэтому диоды только на 150мА и 2кВ.

То, что хочется сделать на основе этого стенда, систему с 24кВ выходом около 1кВ мощности. Хотелось бы использовать те же конденсаторы (0.12мкФ, 1кВ), но другие диоды (тоже 50нс, но уже на 4А), которые вот-вот должны ко мне приехать.

Нагрузка у меня как всегда - конденсатор (50нФ, 30кВ) который вначале заряжается, а потом ключом разряжается (хочется иметь систему до 24кВ, но реально использовать ее не выше 18кВ).

Полевик больше 1500В не нашел, тот, что есть 4А (12А в пике), но можно привезди 8А (24А в пике).

Как я понимаю, при качании 1кВатт, мой конденсатор в 0.12мкФ будет заряжаться за 60мкС, и для его контроля мне нужен АЦП раз в 10 быстрее... или ставить в начале какую-то очень не децкую керамику на 10мкФ 1кВ, тогда действительно, время зарядки будет растягиваться на милисекунду, и по нему можно будет все регулировать.

Спасибо

ИИВ

симульните, станет более понятно

саму схему (симметриксом), или феррит на предмет запасания энергии на разных режимах (Максвеллом от Ансиса) или лучше и то и другое? То же думал над этим... похоже, только одно и осталось.

схему... мне еще непонятно, что такое 1кВт, который Вы хотите получить? это в импульсе?

не, 1кВт - среднее потребление нагрузки, которое вначале, когда конденсатор нагрузки разряжен, может быть сколько схема сможет дать, а под конец зарядки - уже серьезно меньше 1кВт.

На аналогичной схеме с трансформатором, правда с меньшей средней мощностью, у меня получалось, что в момент начала зарядки конденсатора система потребляла 200Вт, а к концу зарядки - всего-то 10Вт, средняя мощность потребления составляла 60Вт, а на выходе средняя мощность была около 20Вт. Сейчас дополнительно на источник наложено ограничение, что это бензиновый или дизельный генератор, с пиковой 5кВт мощностью, то есть потребление надо максимально сгладить.

Понятно, что на том стенде, что на фотографии я больше 100Вт нагрузки цеплять побоюсь

непонятно... когда конденсатор разряжен, выходная мощность равна 0. под конец зарядки - "серьезно меньше 1кВт". так в какой момент Вы рассчитываете получить 1кВт?
симулируйте

не бойтесь, подключайте хоть 100кВт, просто на выходе будет 0

Займитесь анализом схемы.
Вот Вам графики для 20 секций, 120n, однофазный.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
До 16 мс нагрузка 2 ГОм, от 16мс до 24 мс 400 МОм, на 24 мс импульс к.з. длительностью 15 мкс, далее 400 МОм, после 30 мс нагрузка выключена.
На входе УН синус 600В, 100 кГц
На входе УН 40 Ом и на верхнем графике мощность на нем.
На выходе умножителя стоит резистор 340 Ом, на втором сверху графике пиковая мощность на нем, далее его ток, далее напряжение на выходе УН.
Со временами коммутаций нагрузки немного не рассчитал.




Не совсем так. Сгорят диоды и/или разлетятся конденсаторы.

да, Вы правы

пс: кстати, поскольку дроссель все-равно мотать, то может сделать его двухобмоточным и выбрать топологию флая? там нет передачи энергии в нагрузку на прямом ходу в режиме КЗ, а то мало ли ключ "залипнет"

Следующим шагом, с учетом мощности, будет резонансный мостовой преобразователь и круг замкнется.

Именно вариант буст с дросселем + длинный умножитель (20-30 ступеней) я и хотел сравнить с вариантом полный мост с коротким умножителем (2-3 ступени).

1.Первым шагом я бы сделал прикидки оптимального количества секций умножения с учетом высоковольтных столбов (требуемых токов) и высоковольтных конденсаторов (требуемых емкостей).
2. Источник должен иметь достаточный запас по напряжению что бы обеспечивать достаточный зарядный ток в течении всего цикла.

Если Вы используете накопление энергии (в дросселе), то можно думать о зарядке с более или менее постоянной мощностью.
Если резонансный мост, то, на мой взгляд, оптимальней зарядка с постоянным током. Так как Силовые транзисторы ограничены не только по мощности, но и по току. Столбы умножителя так же ограничены по току, конденсаторы по пульсациям.

Я думаю, по совокупности, Вам будет оптимальней использовать несколько обратноходовых источников в параллель.
Можете взять схемотехнику и трансформаторы (сплиты) от телевизоров и поставить несколько параллельно через диоды.
Будет очень дешево и надежно, так как выход одного канала вообще никак не скажется при резервировании +1.
Плюс очень сильно сэкономите на разработке.


Забыл попросить. Вот здесь собраны многие производители высоковольтных конденсаторов, столбов, резисторов и т.п.
Если есть какая то дополнительная информация включая цены прошу добавить.

Основная идея почему я захотел уйти от полного моста в сторону буста вот в чем: у меня на входе в систему переменный ток 50Гц, который выпремляется до полупостоянного 100Гц. Так как мне надо заряжать конденсатор нагрузки не чаще 100 раз в секунду (обычно даже 20 раз в секунду достаточно), я хотел начинать зарядку слабым напряжением в момент когда в сети 0, в этом случае, система работает совсем в щадящем режиме, а потом, по наростанию напряжения на входе, поднимать и выходное напряжение. В этом случае есть надежда не пробить номиналы столбов и мосфета, а также не делать больших пульсаций на конденсаторах.

Как я понимаю, с полномостовой схемой у меня такое не пройдет, так как + и питание p-мосфетов у меня должно будет гулять 100 раз в секунду, и это может как-то не хорошо сказаться на работе системы.

По номиналам - что нарыл - добавлю, я последнее время пристрастился покупать через Арроу, у них пересылка только 24 бакса, в результате, тот же AVX с 120нФ 1кВ удалось достать по 23 цента + копейки за пересылку + растаможка

Все перегрузочные токи ограничивать все равно надо. Кроме того, постоянная времени зарядки на 100 кГц получилась более 20 мс. И это при хороших токах зарядки. В такой схеме вам придется номиналы емкостей еще увеличивать в несколько раз.
Время сократится, но и токи вырастут. Для 100 импульсов в секунду Вам надо иметь менее 10 мс.
И я думаю, что MLCC 2220 Вам не обойтись, не выдержат они. Смотрите их параметры, считайте потери в них. Кроме того, почитайте описания на мюратовские конденсаторы, там много полезного.

Очень хорошие MLCC на 10 кВ конденсаторы есть у некоторых фирм, но цены не гуманные. Я смотрел под источники в габарите 19" 1U. Попробую посмотреть последовательное соединение из 2-3 кВ.

Позвольте мне, пожалуйста, задать Вам еще один для меня пока еще очень актуальный вопрос!

Если в дросселе максимально запасаемое количество энергии будет примерно равно энергии, запасаемой в каждом конденсаторе умножителя, например, при моих конденсаторах в 0.12мкФ на 1кВ, я возьму дроссель, в котором запасается 0.05Дж до насыщения, например, T200-2 от micrometals, и выведу это все на 50кГц, то смогу ли я работать и на не сильно высокой частоте, и на довольно большой мощности, чтобы и конденсаторы не горели и любой сильный всплеск с индуктора ими гасился?

Заранее прошу прощение, если мой вопрос очень глуп, тогда, просто на меня за это не обижайтесь, пожалуйста!

С уважением

ИИВ

Вам точно на этот вопрос никто без расчетов не ответит, а не точно скажу, что конденсаторы не выдержат и сделать практически пригодный вариант на такой мощности маловероятно.

Не касаясь дросселя, посмотрите графики, что я привел. Для вашего умножителя емкостей 0.12мкФ очень мало.
Посмотрите Dissipation Factor (D.F.), он не такой маленький, что бы не учитывать потери в этих конденсаторах.

Кроме того, оптимальная схемотехника преобразователей для разных мощностей более менее известна (и здесь поиском можете найти), а высоковольтный ее вариант может только снизить пороги мощности.

Ну и для Вашей мощности я бы сказал, что 50 кГц это достаточно высокая частота.

Я полностью согласен с Вашим утверждением, если рассматривать использование умножителя классическим способом. Я, правда хотел делать немного не так. Умножитель заряжается минимум за N-тактов, где N - число его ступеней, а, если, в параллель умножителю поставить ВВ конденсатор, то ток зарядки в первые такты будет в N-x раз меньше тока зарядки в последний такт, где х - коэффициент, зависящий от соотношения емкостей у умножителе и внешней емкости.

У меня имеется переменный ток (50Гц) на входе, выпрямленный до 100Гц пульсирующего. Тогда я стартовый в момент (около 0В после выпрямляющих диодов) я буду заряжать бустову индуктивность малым напряжением до необходимой мне величины и вгонять всю полученную энергию бустовой индуктивности в первый такт, потом у меня повысится входное напряжение, и я быстрее буду заряжать бустову индуктивность, но и мне надо будет больше энергии для второго такта и тд... Есть подозрение, что мне необходимо будет сделать всего-то 20-30 переключений втечение 10 милисекунд, что эквивалентно 2-3кГц. Правда последние переключения будут иметь характерную частоту около 30кГц, а первые - возможно даже около 1кГц. Конденсаторы не успеют при таких частотах сильно рассеять энергию, дроссель не успеет прогреться...

Навесным образом на низких напряжениях (3кВ на выходе) у меня это уже работает, сейчас дело до правильного феррита...

Возможно медленно отрабатывает ОС, поэтому напряжение без нагрузки и ползет вверх.


А каким образом Вы будете снимать сигнал ошибки если на контроллер будете подавать импульсное значение ОС ?

Я, все же, советую заняться моделированием Вашей схемы и посмотреть какие процессы в нем происходят при его работе в разных режимах.
На тех графиках, что я привел, постоянная времени около 30 мс, что составит заметно больше 20 тактов при частоте 50 кГц.

Преогромное Всем спасибо. Действительно, за 20 пульсов зарядить не удается, просчитался я сильно... Предварительная симуляция (с фиксированным ШИМ и частотой) дает мне возможность зарядить мой конденсатор за 10мс, не выходя за 100кГц что собственно мне и надо Как я понимаю, оптимизация по частоте и ШИМу должна уменьшить все это раза в полтора и, позволить большую часть времени работать на более низких частотах. Симметриксовский проект лежит в соседнем форуме по адресу http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=95551

Попробовал подстройку частоты и ШИМа заимплементировать на Атмеге, похоже подстройка затянится на годы Реально пока получилось за несколько секунд учесть одно новое измерение, хотя их у меня примерно 1000 раз в секунду можно сделать. Чешу репу как рядом прикрутить нормальный SBC, на котором это делать, или один раз откалибровать на нормальном компе, залить прошивку и забыть...

Если есть желание, могу рассказать как подстравивать буду, хоть с сорсами, хоть без, если конечно, никто стибаться не будет. Аналогичная подстройка была проверенна на полном мосте (там подстроечных параметров меньше) и на подстройке таблицы впрыска ДВС (там чуток по-сложнее, но и процессор не Атмега была).

Вы внимательно посмотрите режимы работы всех деталей, а то взрываться начнут.
Вот например, нарастание напряжения на разных секциях.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Даже средняя секция на 10 мс дает очень мало.

да, Вы правы, у меня при плохом управлении несколько кВ и на мосфете, и на индукторе может возникнуть, поэтому мне просто необходимо найти правильные режимы работы. Плата для экспериментов уже делается, на навесной как-то боязно пробовать. Хочу сделать макет, когда делается по несколько (5-10) пульсов в ШИМе, измеряются всевозможные токи и температуры, сохраняется все на персоналке, и так - несколько раз. Результаты после сравниваются с тем, что от симметрикса получилось, если все совпало - ок, нет - начинаем искать баги. Я аналогично поступал с полномостовой схемой, после этого у меня перестали гореть мосфеты и диоды в умножителе.

Я, как раз, не о транзисторе. Я о диодах и конденсаторах. У конденсаторов есть ограничение по реактивной мощности, по пульсациям, по пиковым токам. Для расчетов лучше подобрать более реальные модели компонентов.
Если у Вас горели диоды на 50 Вт, то на киловатте все будет много хуже. Лучше граничные режимы посчитать аккуратнее. Или взять для макета с заведомым запасом.