Понижающий преобразователь с большим диапазоном входного напряжения

[Vishv 0]

Доброго времени суток, уважаемые!

Возможно я запутался в трех соснах и мой вопрос выеденного яйца не стоит...

Задача в целом:

1. Источником питания является трехфазный генератор на постоянных магнитах. Диапазон возможных скоростей вращения от 0 до хх об.мин.

При этом диапазон выходного напряжения (естественно выпрямленного) от 0 до 300 В на холостом ходу и от 0 до 60 В при максимальной нагрузке.

2. От этого генератора необходимо поддерживать в работоспособном состоянии свинцовый аккумулятор 12 В. Максимальный ток заряда не превышает 2 А.

 

Собственно задача манипулирования аккумулятором вопросов не вызывает.

 

Я предполагаю после генератора поставить понижающий преобразователь (step-down) на выходное напряжение 17-18 В и далее цепи манипулирования аккумулятором.

Преобразователь выполняется на UC3843, драйвере верхнего ключа и высоковольтном FET-N.

 

И вот здесь я запутался с выбором дросселя...

1. Непонятно какую задать пульсацию тока при расчете дросселя на максимальным токе (имеется в виду CCM режим работы дросселя).

2. При расчете дросселя для работы в CCM режиме при минимальной нагрузке (0.05 А) габариты дросселя получаются очень большие.

3. Если использовать CCM-DCM режим, то где лучше назначать границу смены режимов.

4. Как оценить пульсации на выходе преобразователя при работе в DCM режиме.

 

Может быть я неправильно выбрал топологию преобразователя.

Если у кого-то есть материалы по работе преобразователя в DCM режиме, я буду очень признателен за ссылки.

Также я буду признателен за любые Ваши советы и замечания.

[sup-sup 0]

Индуктивность дросселя менее важна. Будет работать спокойно при L=100-1000uH. Частота (?) , допустим, 100 кГц. Вполне реализуемо.

Дроссель должен держать (не насыщаться) вольт-микросекунды (где-то 5ms*100V=500V*us) и ток (пиковый зависит как раз от режима, но 3 или 4 ампера не такая большая разница. Еще, нужно намотать дроссель с минимальной межвитковой емкостью (секционирование или хотя бы по два-три слоя желтой ленты) чтобы включение было 'помягче'.

Edited February 1, 2016 by sup-sup

[NeonS 0]

Вам будет проще решить проблему, применив flyback, а не buck: при входном напряжении 300В duty cycle будет всего 5-6%, с полным набором проблем неустойчивой работы. К тому же гальваническое отделение от генератора всегда здоровее. Кроме того, Вы не указали минимальное входное напряжение, при котором остается требование работы зарядного устройства.

[SmartRed 0]

Есть решения заточенные под фотовольтанику и широкий входной диапазон напряжений.

Например - sm72485. sm72485.pdf

Диапазон и мощность не ваши, но по образу и подобию слепить можно.

[perfect 0]

Преобразователь выполняется на UC3843, драйвере верхнего ключа и высоковольтном FET-N.

Можно без драйвера верхнего ключа:

[Vishv 0]

Прошу прощения, что не все параметры указал.

В дополнение к первому посту:

1. Предполагается, что рабочая частота преобразователя будет 100-200 кГц

2. Устройство должно начинать работать при напряжении генератора 18-19 В.

3. Комбинации входного напряжения и тока нагрузки (в установившемся режиме) могут быть любые.

4. Нагрузка может изменяться от х.х. до полной и обратно при любом входном напряжении.

Вам будет проще решить проблему, применив flyback, а не buck

Я рассматривал такую возможность, однако не увидел никаких преимуществ, кроме того flyback сложнее с точки зрения производства.

Можно без драйвера верхнего ключа:

Я знаю это решение, однако в моем случае оно не работает (п2 выше)

2 sup_sup:

Не могли бы Вы как-то разъяснить приведенные Вами цифры

[Hexel 0]

я так понял фотовольтайки будут включены последовательно? а рассматривается вариант их включения в параллель, через развязывающие диоды? тогда самое оно buck в помощь

 

или так - если при нагрузке напряжение составит 60В, подвесьте балласт, чтобы это напряжение поддерживалось постоянно, это сильно упростит задачу.

 

EDIT

 

в качестве балласта взять TVS диоды вольт на 80, чтобы немного просадить батарею, но не переводить слишком много энергии. и чтоб не сильно грелись.

[perfect 0]

Так тут не фотовольтаики, похоже на мотоблок к которому нужно подключить аккумулятор, ну или привод к генератору от ветряка например.

[sup-sup 0]

2 sup_sup:

Не могли бы Вы как-то разъяснить приведенные Вами цифры

Это я совсем приблизительно. Как обычно, когда какой-то макет делаешь, на пальцах прикинуть, а там видно будет :-)

Если считать площадь импульса по вторичке, то 13V*10us=130V*us всего - но скорее всего, надо иметь запас на то, что скважность не будет (произвольной) расчетной, в динамике. Например, если при U=300V импульс прямого хода будет 1us - это уже 300V*us. Это возможно в динамике - ограничение тока должно быть 3-4A, в CCM нарастание тока медленное, без кратного запаса, дроссель будет насыщаться при переходных режимах. Если большей частью стационарный режим, то и ладно. Поэтому я бы сделал какой-нибудь, но с запасом, а там видно будет. Величину индуктивности не задирать - ничего плохого от DCM не вижу. Пульсации можно отфильтровать LC, если одного конденсатора мало. Например, при индуктивности 1mH изменение тока за 1us при импульсе 300V будет всего 300mA - слишком мало, а дроссель будет большой. Ради небольшого уменьшения пульсаций? 100-300uH, по-моему, приемлемо.

То есть, предложение выбирать дроссель методом научного тыка.

Кстати, я использвал для высоковольтного buck LM5021 - для него обвеса поменьше (много, что надо, уже внутри, но можно и отключить, если не надо) и ток, особенно, стартовый меньше. Верхнего ключа нет, нагрузка привязана к высокому напряжению, как у светодиодного драйвера без развязки.

Edited February 2, 2016 by sup-sup

[Starichok51 0]

Например, если при U=300V импульс прямого хода будет 1us - это уже 300V*us.

не будет там 1us на прямом ходе.

при 1 us на выходе будет 300 * 1 / 10 = 30 Вольт.

а при 13 Вольтах на выходе, ну пусть при 15, прямой ход будет 15 / 300 * 10 = 0,5 us.

а микровольтсекунд там будет максимум 15 * (10 - 0,5) = 142,5 V*us.

поэтому не надо рассказывать сказки про 300, и тем более, про 500 V*us...