[Flood 13]

Всем доброго здоровья!

Есть несколько вопросов по максимально эффективной реализации неизолированного преобразователя DC-DC 20V 5A (ноутбучное питание) -> 12V 5A (не менее 5A постоянно, 8A максимум).

 

Самый главный - какую предельную эффективность преобразования можно получить? Возможно ли получить, скажем, 98%?

Какие схемы преобразования можно рассмотреть, и где возникают основные потери?

Главная проблема даже не в самих потерях, а в нагреве - при 100Вт передаваемой мощности даже при оптимистических 95% это 5Вт тепловыделения. Интересно, можно ли достичь хотя бы 2Вт, а также максимально растащить тепловыделение из одной точки (в случае полностью интегрированного преобразователя) в несколько (контроллер + транзисторы + катушка).

Можно ли достичь повышения эффективности путем использования двухфазного преобразователя, работающего на меньшем токе и меньшей частоте?

[borodach 16]

Если вы - джедай 80лвл, то 98% можно. Но если вы интересуетесь, где возникают потери, то можете рассчитывать на 90%. Потому что всё что выше - это "вылизывание" схемы, новички этим не занимаются и обычно довольствуются половинным результатом (заработало - круто)

[HardEgor 71]

48 минут назад, Flood сказал:

Интересно, можно ли достичь хотя бы 2Вт, а также максимально растащить тепловыделение из одной точки (в случае полностью интегрированного преобразователя) в несколько (контроллер + транзисторы + катушка).

Можно ли достичь повышения эффективности путем использования двухфазного преобразователя, работающего на меньшем токе и меньшей частоте?

Так вам  наверное проще большой радиатор приделать, что бы тепло эффективнее рассеивалось.

Ну и основная проблема - высокий КПД будет только при определенной потребляемой мощности. Посмотрите на графики преобразователей в даташитах Linear/Analog Devices/TI

[Plain 185]

1 час назад, Flood сказал:

где возникают основные потери?

Частота, транзисторы и дроссель — соответственно, частоту поменьше, дроссель покрупнее. Ну и, как уже сказали выше, для КПД нужна ЧИМ, т.е. на холостом ходу частота должна быть ноль.

[byRAM 24]

Если Вы сможете на изолированном DC/DC получить КПД=98%, то Вам надо Нобелевскую премию вручить 

[eddddy 15]

45 минут назад, byRAM сказал:

Если Вы сможете на изолированном DC/DC получить КПД=98%, то Вам надо Нобелевскую премию вручить 

Не то, что бы легко и просто, но достижимо вполне.

За выплатой денежной части премии к Вам записываться?

[byRAM 24]

13 минут назад, eddddy сказал:

Не то, что бы легко и просто, но достижимо вполне.

За выплатой денежной части премии к Вам записываться?

За премией в Осло езжайте.

98% во всём диапазоне выходных токов планируете получить?

[Flood 13]

1 hour ago, byRAM said:

Если Вы сможете на изолированном DC/DC получить КПД=98%, то Вам надо Нобелевскую премию вручить 

Неизолированный, специально это указал, чтобы не уводить обсуждение в сторону 

2 hours ago, borodach said:

Если вы - джедай 80лвл, то 98% можно. Но если вы интересуетесь, где возникают потери, то можете рассчитывать на 90%. Потому что всё что выше - это "вылизывание" схемы, новички этим не занимаются и обычно довольствуются половинным результатом (заработало - круто)

Ну это ок, но в какую сторону смотреть, кроме командировки на Татуин?

Мб подскажите аппнот или пример, где джедаи получили 98% в сравнимых условиях и даже что-то написали насчёт того, как им это удалось?

На всякий случай уточню ещё раз, что источник не изолированный.

[byRAM 24]

10 минут назад, Flood сказал:

Неизолированный, специально это указал, чтобы не уводить обсуждение в сторону 

Тогда извиняюсь, был невнимателен, когда читал с телефона.

Посмотрите четырёхфазники у Linear Technology.

[Flood 13]

2 hours ago, Plain said:

Частота, транзисторы и дроссель — соответственно, частоту поменьше, дроссель покрупнее. Ну и, как уже сказали выше, для КПД нужна ЧИМ, т.е. на холостом ходу частота должна быть ноль.

Тк задача - не высокий КПД на всем диапазоне мощностей, а приемлемый уровень тепловыделения на средней и высокой мощности, то частота 0 скорее не актуальна. 
Частотой и дросселем при использовании обычных высокоинтегрированных конвертеров (со встроенными силовыми транзисторами) выше 95% не видел графиков, но всегда это устраивало.

Сейчас же прошу подсказки, куда посмотреть для поиска намного большей эффективности (на средней и высокой мощности). 
В частности, стоит ли копать в сторону двухфазности, даст ли это возможность работать на очень низкой частоте и тем самым поднять КПД, или увеличение числа переключающих элементов съест эффект от снижения частоты?

1 hour ago, byRAM said:

Если Вы сможете на изолированном DC/DC получить КПД=98%, то Вам надо Нобелевскую премию вручить 

https://www.eenewseurope.com/en/gan-dc-dc-converters-reach-98-efficiency/
Но это не мой случай, совсем другие мощности и напряжения 

[borodach 16]

Ну давайте так. Маститые именитые инженеры из всяких там Инфинеонов, Вольфспидов и прочих делают преобразовательные модули на 98-99%. Апноутов полно - пальцев перечислять не хватит. Условия несравнимые (там высоковольтка), но если дело принципа, то сферический DC/DC в вакууме с таким КПД - вот, вполне реален.

Но в любом случае, достижение высокого КПД - это тонкий баланс в списке потерь. Где-то надо что-то чуть-чуть ухудшить, чтобы в другом месте существенно выиграть. В вашем случае, к потерям, что указал Plain, добавятся ещё потери в монтаже - дорожки печатной платы тоже рассеивают, при большом токе. А полный список потерь очень длинный. Подводящие-отводящие провода. Демпферы-снабберы. Входные и выходные конденсаторы. Печатный монтаж и токовые шины. Сами контроллеры, узлы их запуска и питания.

Последнее - это мелочь, но UC3842 потребляет 15мА. При питании 15В это будет 0,2Вт. Если используете тугие ключи - к этим потерям добавятся потери на управление затвором. А у вас маломощный источник, и вот вам ухудшение КПД на полпроцента. Да там полпроцента. Да вот ещё там и там. С миру по нитке - голому рубашка. 

Хороший КПД можно достичь на любой топологии. Важно то, как вы отнесётесь к этому вылизыванию. Ну и про разумные пределы, объективные, не забываем. Надо ли это всё, или достаточно просто размазать тепло по плате и прилепить радиатор.

On 8/12/2023 at 3:43 PM, Flood said:

Можно ли достичь повышения эффективности путем использования двухфазного преобразователя, работающего на меньшем токе

Да, это работает.

[Plain 185]

26 минут назад, Flood сказал:

прошу подсказки, куда посмотреть

Вроде уже подсказали — любой однофазный контроллер, работающий на 100 кГц, к нему помощнее синхронный драйвер затвора, поскольку транзисторы порядка 1 мОм тугие, и дроссель примерно как PQ2617BHA-220K.

Из готового — SiC476 на 100 кГц вполне может дать 98%.

[eddddy 15]

2 часа назад, byRAM сказал:

За премией в Осло езжайте.

98% во всём диапазоне выходных токов планируете получить?

Нет нет, этого в Ваших условиях не было.

Изолированный, кпд 0,98. 

 

[Flood 13]

1 hour ago, Plain said:

Вроде уже подсказали — любой однофазный контроллер, работающий на 100 кГц, к нему помощнее синхронный драйвер затвора, поскольку транзисторы порядка 1 мОм тугие, и дроссель примерно как PQ2617BHA-220K.

Из готового — SiC476 на 100 кГц вполне может дать 98%.

Отлично, спасибо за конкретику!

Тугие - это про большую емкость (заряд) затвора?

На эти SIC4xx действительно засматривался, но не очень хорошо они у нас покупаются. 

[Plain 185]

12 часов назад, Flood сказал:

не очень хорошо они у нас покупаются

Из доступного, несложно и на пресловутой UC3842 сделать, вопрос целесообразности.

12 часов назад, Flood сказал:

это про большую емкость (заряд) затвора?

Да, и типовая проблема с монолитными преобразователями, что они заточены под малый Кзап, а потому транзисторы там разные — верхний хилый, но быстрый, нижний сильный, но тугой, а здесь наоборот, Кзап=60%, верхний работает дольше нижнего, поэтому драйвер верхнего должен быть мощным, чтобы минимизировать динамические потери, а в типовых контроллерах, например NCP1034, драйверы 2 А.