Jump to content

    
iiv

Как правильно усилить блок питания для кратковременной нагрузки и для резервного сохранения?

Recommended Posts

Добрый день,

 

хочу разработать промежуточный блок между блоком питания и потребителями, чтобы этот блок демпфировал потребление и позволил работать как резервное питание.

То есть потребитель в среднем потребляет 100Ватт, но так, что большую часть времени он потребляет только 10Ватт, а короткими порциями может потреблять до 5КДж (хоть даже за секунду), и также 5КДж запасенной энергии хватит для резервируемого питания, если питание выключилось, то успеть сохранить данные и отмонтировать диски.

Потребитель можно унифицировать на 16В, меанвелловский БП на 240Ватт можно выгнать на 16Вольт выходного.

Вроде 5КДж набрать суперконденсаторами - сейчас не проблема, если взять 6 банок по 2.7В и 350Ф. И ток порядка 300А для таких суперконденсаторов тоже разрешен.

Волнует момент, что большое потребление (5КВатт) идет очень часто, мне желательно 10 раз в секунду на 2-3 миллисекунды включать такую мощность, то есть где-то по 10Дж 10 раз в секунду закачивать в нагрузку. Как я понимаю, срок жизни суперконденсаторов - существенно меньше миллиона перезарядов, что уже за день работы все будет плохо.

Я пробовал вообще отказаться от такого блока (резервное питание сделать отдельно) и поставил на пробу серию 240Ваттных меанвеллов (20 штук знакомый дал проверить), но даже у них при включении нагрузки на 2-3мс около 20милисекунд после идет чехарда с питанием.

 

Скажите, пожалуйста, а как такую задачу решают, или обычно такие задачи в индустрии не возникают и разумного решения нет?

 

Спасибо!

 

ИИВ

Share this post


Link to post
Share on other sites

Как-то килоджоули и киловатты сведите к одному мерилу.
И циклограмму представьте яснее. 5 кВт в течении секунды - одно, а "порциями 10 Дж по миллисекунде" - немного другое.
Стороннему читателю трудно вникнуть в задачу во всей ее полноте.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Спасибо большое за ответ.

У нагрузки есть 4 модуля:

1. линукс борда с обвесом, потребляет примерно 30 ватт, при пропадании питания надо, чтобы она хотя бы 20-30 секунд проработала, у неё на входе dc-dc из диапазона 8-17В (при сильной необходимости могу поменять DC-DC на больший диапазон)

2. Аналоговый потребитель, постоянно хочет 4-5А, питается от напряжения 16-60В, боится шумов по питанию, желательно питать 16В, иначе все, что выше будет в тепло рассеиваться.

3. Питание 100кГц полномостового преобразователя. Включается на 2-3 милисекунды примерно каждые 0.1 -0.2 секунды. Мне очень желательно сделать этот блок как можно мощнее, так как он должен передать 10-20 Дж, и если я смогу это делать быстрее, то будет лучше.

4. Ещё один блок примерно 100кГц полномостового преобразователя. Включается на 5 секунд примерно каждую минуту или две. Мне также желательно сделать этот блок как можно мощнее, чтобы передать 5-10кДж, и если я смогу это сделать меньше, чем за 5 секунд, будет очень хорошо.

 

Все блоки работают впараллель. У блоков 3 и 4 входное напряжение могу выбрать любое, но так как там схема электронный трансформатор, мне не желательно, чтобы это напряжение сильно менялось. Но где-то 5% в блоке 3 и 30% в блоке 4 запас по напряжению есть

 

На данный момент наблюдаю, что все эти блоки всреднем потребляют около 100Ватт, но даже со всеми озвученными выше величинами среднее потребление не должно превысить 200Ватт.

 

Также очень бы не хотелось разрабатывать сетевой блок питания AC-DC под эту задачу, а использовать что-то стандартное, типа хорошего меанвелла, и, желательно не на 5кВатт.

Share this post


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

Если эти 16 В нужны нагрузке стабилизированными, тогда нужен БП 5 кВт, питаемый от батареи конденсаторов, питаемой БП 150 Вт.

Спасибо plain, за комментарий!

 

Не, флуктуации возможны, и, при 350Ф * 6 штук как раз этих флуктуаций хватит. Главное, чтобы промеж моменов высокого потребления помех не было, и, понятно, хотелось бы 5КВаттный БП в аппаратуру не ставить.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Для более простого понимания, позвольте пожалуйста резюмировать проблему: если у меня есть на входе моей аппаратуры сетевой блок питания с выходными 16В, а за ним теоретический конденсатор с номиналом 16В и 50Ф, то все мои модули нагрузки бы смогли бы успешно от этой конструкции питаться, но на конденсаторе бы

Раз в минуту падало бы напряжение примерно на 30%,

И примерно десять раз в секунду бы падало на 6 миливольт.

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 часа назад, iiv сказал:

передать 5-10кДж

Никак не лезет в 6 шт. 350 Ф, более реалистично 8 шт. 2...3 кФ — и проблема больше не в ёмкости, а в сопротивлении.

 

Срок службы определяется температурой и близостью напряжения к пределу, т.е. надо обдувать и не подходить близко к 2,5 В, тогда 2 года непрерывной работы вполне реальны.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Может, стоит посмотреть две литиевых "консервы" - 8-вольтовые сборки  40Ач аккумуляторов. Где-то каждая как том энциклопедии. Тяговые в электромобилях.
 Получится 4 литиевх аккумулятора последовательно , это 12-16 вольт. Ток же могут отдать кратковременно большой. Держать их в буфере вместо ионисторов.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Согласен с Егоровым... - сюда литиевый аккумулятор простится ( лучше - LiFePO4...., 5шт * 3,3Вольт =16,5 Вольт )... - большие разрядные токи ему не страшны, внутренне сопротивление очень низкое. Так как разряжаться будет не глубоко (от выбранной ёмкости конечно зависит...), то служить будет долго ...( больше 10-ти лет, полагаю) . И это лучше БП на 5Квт.

Share this post


Link to post
Share on other sites
18 hours ago, Plain said:

Никак не лезет в 6 шт. 350 Ф, более реалистично 8 шт. 2...3 кФ — и проблема больше не в ёмкости, а в сопротивлении.

 

Срок службы определяется температурой и близостью напряжения к пределу, т.е. надо обдувать и не подходить близко к 2,5 В, тогда 2 года непрерывной работы вполне реальны.

Спасибо большое! Не подозревал, что работать вблизи максимума напряжения нельзя, а про внутреннее сопротивление - да, верно, когда сам прикидывал - ошибся на порядок.

 

Спасибо большое всем за советы!

 

Ставить большую систему с LiFePo4 или литием пока не готов, я планировал послыть аппаратуру в США, и внутренняя большая батарейка может сильно усложнить логистику пересылки.

 

Похоже "рыбу урезать придется"... то есть запасать вместо 5-10кДж только около 1кДж, но заряжать не раз в минуту, а раз в 10 секунд.

 

Если таки остановиться на суперконденсаторах или не больших LiFePo4, иметь ток заряда 30-50А (на 16В), вроде все получается разумно.

 

Попутно возникает два вопроса, скажите, пожалуйста, как разумно сделать питание заряда конденсатора от маломощного сетевого блока питания, сам вижу такие варианты:

1. реле с 3-4 разными резисторами, с управлением от контроллера,

2. линейный ограничитель тока на линейном регуляторе (на 15А придется делать),

3. таки сделать какой-то импульсный понижающий, который бы заряжал вначале конденсатор перед стартом системы, а потом открывался на полную.

Подозреваю, что вариант 3 - наиболее правильный, но ведь на 10-15А его делать надо, скажите, пожалуйста, стоит ли делать несколько на 2-3А, или делать один на 15А?

 

И еще, скажите, пожалуйста, на какой ток принято рассчитывать балансиры между конденсаторами или литиевыми банками, есть ли какое-то простое эмпирическое правило?

 

Спасибо!

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ток балансировки должен приблизительно соответствовать разбросу емкостей. Т.е если заряд 10А, а разброс емкостей 5%, то достаточно 500 мА.
 Но это ток балансировки, а не шунта в ограничителе напряжения заряда

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 7/2/2020 at 3:07 PM, iiv said:

Спасибо большое за ответ.

У нагрузки есть 4 модуля:

1. линукс борда с обвесом, потребляет примерно 30 ватт, при пропадании питания надо, чтобы она хотя бы 20-30 секунд проработала, у неё на входе dc-dc из диапазона 8-17В (при сильной необходимости могу поменять DC-DC на больший диапазон)

2. Аналоговый потребитель, постоянно хочет 4-5А, питается от напряжения 16-60В, боится шумов по питанию, желательно питать 16В, иначе все, что выше будет в тепло рассеиваться.

3. Питание 100кГц полномостового преобразователя. Включается на 2-3 милисекунды примерно каждые 0.1 -0.2 секунды. Мне очень желательно сделать этот блок как можно мощнее, так как он должен передать 10-20 Дж, и если я смогу это делать быстрее, то будет лучше.

4. Ещё один блок примерно 100кГц полномостового преобразователя. Включается на 5 секунд примерно каждую минуту или две. Мне также желательно сделать этот блок как можно мощнее, чтобы передать 5-10кДж, и если я смогу это сделать меньше, чем за 5 секунд, будет очень хорошо.

 

Все блоки работают впараллель. У блоков 3 и 4 входное напряжение могу выбрать любое, но так как там схема электронный трансформатор, мне не желательно, чтобы это напряжение сильно менялось. Но где-то 5% в блоке 3 и 30% в блоке 4 запас по напряжению есть

 

На данный момент наблюдаю, что все эти блоки всреднем потребляют около 100Ватт, но даже со всеми озвученными выше величинами среднее потребление не должно превысить 200Ватт.

 

Также очень бы не хотелось разрабатывать сетевой блок питания AC-DC под эту задачу, а использовать что-то стандартное, типа хорошего меанвелла, и, желательно не на 5кВатт.

 

5 hours ago, iiv said:

Похоже "рыбу урезать придется"... то есть запасать вместо 5-10кДж только около 1кДж, но заряжать не раз в минуту, а раз в 10 секунд.

 

Если таки остановиться на суперконденсаторах или не больших LiFePo4, иметь ток заряда 30-50А (на 16В), вроде все получается разумно.

 

Попутно возникает два вопроса, скажите, пожалуйста, как разумно сделать питание заряда конденсатора от маломощного сетевого блока питания, сам вижу такие варианты:

1. реле с 3-4 разными резисторами, с управлением от контроллера,

2. линейный ограничитель тока на линейном регуляторе (на 15А придется делать),

3. таки сделать какой-то импульсный понижающий, который бы заряжал вначале конденсатор перед стартом системы, а потом открывался на полную.

Подозреваю, что вариант 3 - наиболее правильный, но ведь на 10-15А его делать надо, скажите, пожалуйста, стоит ли делать несколько на 2-3А, или делать один на 15А?

 

iiv, я не спроста Вас цитировал ... Смотрите, как запутанно всё... Полагаете кто-то будет во всё это вникать, чтобы дать правильный ответ? Сильно вряд ли... Хоть бы структурную схему нарисовали... Пока понимаю лишь одно - ни один  из трёх Ваших крайних вариантов - не верный... Я не понял - при средней мощности путь 200 Ватт, откуда и зачем какие-то токи зарядки на 50 Ампер??? Есть аккумулятор или конденсатор правильной ёмкости, который заряжается не спеша, а в нужный момент быстро отдаёт столько энергии, сколько у него просят.... Большие токи зарядки ему зачем?

Edited by варп

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 часов назад, iiv сказал:

как разумно сделать питание заряда конденсатора от маломощного сетевого блока питания

Типовой лабораторный БП решает эту задачу. Логично её должны были бы решать и т.н. "CC+CV" стандартные БП (т.е. "светодиодные"), но если почитать бумажки на Mean Well серий HVG и HLG, там не всё так радужно — в таблице сказано, что ток КЗ постоянный, но в ней также сказано, что диапазон работы — до половины номинального напряжения, и на графике вторая половина тока тоже пунктиром, но не сказано, что это значит.

Share this post


Link to post
Share on other sites
21 hours ago, варп said:

Если таки остановиться на суперконденсаторах или не больших LiFePo4, иметь ток заряда импульсный ток потребления 30-50А (на 16В), вроде все получается разумно.

Спасибо варп, что заметили, я заговорился и не то написал, простите, пожалуйста, имелось ввиду конечно не ток заряда конденсатора, а ток, который он отдаст нагрузке.

 

Спасибо большое plain!!! Да, CC+CV - вроде в самый раз было бы, и я именно лабораторным БП пока батареи и суперконденсаторы заряжал, жалко, что Mean Well готового решения нет, сам не нашел, а Вы подтвердили мои опасения.

 

23 hours ago, Егоров said:

Ток балансировки должен приблизительно соответствовать разбросу емкостей. Т.е если заряд 10А, а разброс емкостей 5%, то достаточно 500 мА.
 Но это ток балансировки, а не шунта в ограничителе напряжения заряда

Спасибо большое Егоров! Скажите, пожалуйста, а как примерно оценить номинал шунта в ограничителе заряда, грубо говоря, пусть у меня гирлянда суперконденсаторов на 300-400Ф из 8 штук и заряжается от 16В БП (пусть я сам какой-то понижающий DC-DC сделаю на 10А, который после заряда будет отключаться и включать БП на прямую. То есть на каждой банке мне надо ограничивать напряжение на 2В, пиковый ток заряда 10А, скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что шунт на 10А надо брать?

Share this post


Link to post
Share on other sites
19 минут назад, iiv сказал:

жалко, что Mean Well готового решения нет, сам не нашел, а Вы подтвердили мои опасения

Я не подтверждал, нечем — в конторе все БП расхватали по объектам (ими подзаряжают аккумуляторы), а завоз новых в связи с нынешним бардаком не определён.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.