Jump to content

    

Источник мощности

Добрый день.

В качестве хобби задумал разработать источник постоянной мощности 0-60Вт (значение задаётся микроконтроллером). В качестве нагрузки резистивный нагреватель от 0.2 до 2 Ом. В качестве источника одна банка Li-po 2,5 - 4,2В с максимальной токоотдачей 30А. Напряжение на нагрузке по форме может быть любым, но должно быть безопасным для человека (<36В?). В приоритете высокий КПД, простота и габариты.

В силовой технике к сожалению опыта мало, так что обращаюсь за подсказками. Топологию выбрал на основе урезанного sepic, так как в нём ток от источника имеет наименьшие пульсации, иначе 60Вт на нагрузку не выдать. Урезать можно за счёт того что постоянное напряжение нам на выходе не нужно, соответственно выкидываем всё лишнее. Накидал модель:

power.thumb.png.211ffd6e2553f73ec52d725b3b090963.png

По принципу работы: на первом этапе запасаем энергию в индуктивности, в нагрузку разряжается конденсатор, на втором этапе энергию из индуктивности и источника тратим на заряд конденсатора через нагрузку. По хорошему переключать нужно не по току как на схеме, а по достижению заданной мощности +/- дельта (если пренебречь потерями в индуктивности, конденсаторе и ключе). И добавить защиту от перегрева, разряда акб, отсутствия нагрузки

И собственно вопрос, на чём и как это сделать лучше?

Можно постараться сделать управляющую логику на микроконтроллере с ацп. Вышеприведённая схема работает на ~50КГц, значит получать значения тока и напряжения с ацп нужно наверное не реже 5МГц, соответственно цикл программы должен успевать всё это обрабатывать. Простым микроконтроллером не обойдёшься.

Второй вариант это реализовать всю логику на аналоге. Для получения значения мощности использовать аналоговый умножитель, например max4210 или AD633, переключение реализовать на триггере шмитта, защиты реализовать на компараторах enable драйвера мосфета. Но в этом случае схема разрастается.

Готовых контроллеров под такую задачу я не знаю. Каким образом задачу реализовали бы Вы?

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 hours ago, maxis said:

постоянное напряжение нам на выходе не нужно

Нужно, потому что не 50 герц, а 50 килогерц. Неизвестная индуктивность до нагрузки.

Edited by perfect

Share this post


Link to post
Share on other sites

Об этом не думал. Нагрузка будет в 1-2см от платы, сама нагрузка - витков пять проволоки нихрома без сердечника диаметром несколько мм. По прикидкам 0.1-0.2мкГ.  Можно в схеме использовать большую индуктивность если такая имеется в продаже на нужный ток не сильно больших габаритов, тогда частота будет меньше.

Edited by maxis

Share this post


Link to post
Share on other sites

Довольно странный SEPIC. Такое впечатление, что не контроллер искать нужно, а разобраться с основными топологиями импульсных источников. С тем, как работает у них силовой контур, откуда и куда текут токи.
 Схема работать не будет.
 Попробуйте прямоход. Но так вот , с налету, "на готовой микросхеме" тоже не получится. Вы не программист случайно?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Так Вы напишите почему работать не будет? Модель работает, в ней действительно не учтена индуктивная составляющая нагрузки, думаю как обойти этот момент. Прямоход не подходит так как ограничен максимальный ток батареи.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 час назад, maxis сказал:

Модель работает

Вы постройте траекторию переключения транзистора в координатах Vds - Id и наложите ее на график SOA из даташита. Тогда можно будет говорить, что модель "работает".

Share this post


Link to post
Share on other sites
19 hours ago, maxis said:

В качестве хобби задумал разработать

 

19 hours ago, maxis said:

Каким образом задачу реализовали бы Вы?

Я бы начал с анализа процессов в нагрузке. Что вы получаете на своем сопротивлении

 

13 hours ago, maxis said:

Нагрузка будет в 1-2см от платы, сама нагрузка - витков пять проволоки нихрома без сердечника диаметром несколько мм.

Нагреватель?

Температурные процессы очень инертны, поэтому точно не надо:

19 hours ago, maxis said:

 схема работает на ~50КГц, значит получать значения тока и напряжения с ацп нужно наверное не реже 5МГц

Теперь про батарею и нагрузку

Вы хотите 60 Вт Батарея дает 30А * 2,5В(мин) = 75 Вт - т.е. точно вытянет.

Не хотите превышать 30 А в батарее: 4,2В/0,2Ом= 21 - не превышаете.

Таким образом задача решается непосредственной коммутацией. Подключаете батарею к нагрузке, на довольно длительные времена (десятки - сотни милисекунд) по такому закону, что бы за некоторое среднее время 1-2 (определяется нагрузкой) ваша мощность была постоянной. Релейное регулирование, в большинстве случаев достаточно.

Решается выбором ключа, с соответствующей обвязкой (про индуктивность вам заметили - но стоит еще теорию покапать) и самым вшивым микроконтроллеров (может драйвер ключа понадобится)  - без сложных схем преобразователей.

 

Далее исследуете поведение нагрузки и... Может стоит ввести не постоянную мощность, а термодатчик, может плохая динамика нагрева, может нужна все-же хитрая форма тока... вот только после этого стоит задуматься о построении преобразователя, но к этому моменту и требования у вас сформулируются более четкие.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 hour ago, ded2016 said:

... но стоит еще теорию покапать...

Вот это верно. Нужно её покапать. На мозги.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, wim said:

Вы постройте траекторию переключения транзистора в координатах Vds - Id и наложите ее на график SOA из даташита. Тогда можно будет говорить, что модель "работает".

Вот:

graf3.thumb.png.06577fef6ee37976b3dc14b182066e80.png

Почему ещё работать не должно?

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, ded2016 said:

Нагреватель?

Да, это было написано в первом посту.

2 hours ago, ded2016 said:

Температурные процессы очень инертны, поэтому точно не надо:

в габаритах ограничен, поэтому поставить очень большую индуктивность возможность нет.

2 hours ago, ded2016 said:

Таким образом задача решается непосредственной коммутацией. Подключаете батарею к нагрузке

60вт необходимо выдавать вне зависимости от того какое сопротивление нагрузки (в диапазоне 0.2-2 Ом). Если подключить нагрузку 2 Ом напрямую к батарее то максимум получим 10Вт на заряженной батареии и около 3 на разряженной, а нужно до 60.

Share this post


Link to post
Share on other sites
18 минут назад, maxis сказал:

Почему ещё работать не должно?

Я только про модель говорил - модель работает. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 hour ago, Herz said:

Вот это верно. Нужно её покапать. На мозги.

А по делу что-то можете сказать?

Share this post


Link to post
Share on other sites
22 часа назад, maxis сказал:

источник постоянной мощности 0-60Вт (значение задаётся микроконтроллером). В качестве нагрузки резистивный нагреватель от 0.2 до 2 Ом.

Готовых контроллеров под такую задачу я не знаю. Каким образом задачу реализовали бы Вы?

А у меня совсем смешной вопрос. Для куска проволоки в нагрузке важна средняя мощность. Так?

Тогда зачем преобразователь с  LC и LTC? Почему просто не поставить фильтр от  Li-po и в нагрузку подавать импульсы?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Just now, maxis said:

Да, это было написано в первом посту.

в габаритах ограничен, поэтому поставить очень большую индуктивность возможность нет.

60вт необходимо выдавать вне зависимости от того какое сопротивление нагрузки (в диапазоне 0.2-2 Ом). Если подключить нагрузку 2 Ом напрямую к батарее то максимум получим 10Вт на заряженной батареии и около 3 на разряженной, а нужно до 60.

Теперь яснее. Процессы в нагрузке - медленные, для чего знать процессору о каждом импульсе. Если, допустим пройдет 10 импульсов с мощностью в каждом 70 Вт (условно), а потом 10 с мощностью в 50 - средняя мощность будет все-равно 60 Вт, а на нагрузке при ваших частотах ничего не успеет поменяться за 1 импульс. Поэтому вам не нужно сверхбыстрое АЦП. Более того в преобразователе то же есть фильтр и его постоянная времени то же довольно высока и да же если вы будете менять каждый импульс его длительность, вы не получите мгновенной реакции системы, поэтому высокое быстродействие процессора, так же без необходимости. Скажу по своему опыту - задача для маленького 8-бит контроллера, на который можно еще навешать и индикацию и внешние интерфейсы и... он справиться.

Про топологию и частоты. На мой взгляд вы выбрали не самую простую топологию, для первого раза, но тут каждый сам волен решать. Частота - чем ниже, тем меньше разных проблем (про индуктивность проводов уже говорили, но и про ваш соленоид не забывайте, его индуктивность еще выше) придется решать, и поэтому выбор частоты по индуктивности ыильтра - не сильно обоснован. Поставьте 2 готовых дросселя последовательно и частоту можно снизить в 2 раза...

А вообще-то удачи - дерзайте!

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 minutes ago, iosifk said:

А у меня совсем смешной вопрос. Для куска проволоки в нагрузке важна средняя мощность. Так?

Тогда зачем преобразователь с  LC и LTC? Почему просто не поставить фильтр от  Li-po и в нагрузку подавать импульсы?

Да, важна средняя мощность.

По второму вопросу: так как источник только одна банка li-po, а нагрузка - кусок проволоки с сопротивлением от 0.2 до 2 ом. То есть сопротивление может быть любым из этого диапазона, и выдать необходимо заданную мощность от 0 до 60Вт. Режим работы - коротковременный, то есть пользователь устанавливает мощность, нажимает кнопку - в нагреватель в течении нескольких секунд передаётся заданная мощность. По отпусканию кнопки мощность подаваться перестаёт. Между следующим нажатием ещё как минимум пару секунд.

Так вот я не знаю как закачать от батареии 2.5В в сопротивление 2 Ом мощность 60Вт без использования индуктивностей или конденсаторов.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this