Jump to content
    

Из 15В получить 1200В (100Ватт примерно) с хорошим КПД и минимальным весом

Добрый день,

ищу правильную топологию для получения из 14-16В входных примерно 1100-1500В выходных со средним током около 0.1А на конденсаторую нагрузку. Более точно, конденсатор емкости 0.2uF (может 0.5uF) надо зарядить примерно с нуля (если 0.5uF то с 700-800В) до примерно 1100-1500В за время около 1 мс. Входное питание до 15В/15А, можно потреблять неравномерно, но желательно иметь суммарно хороший КПД и вес радиаторов мосфетов тоже играет роль.

Склоняюсь к полному мосту на повышающий трансформатор 1:100 на частоте 300-500кГц. Причины - вес электроники вроде в любой схеме почти одинаковый, и все будет определяться весом трансформатора.

С трансформатором: если взять феррит с сечением магнитопровода 0.1кв.см, и работать на 300-500кГц, то даже при насыщении 0.2Т можно иметь 4В на виток и намотав в один слой на каком-нибудь торе 400 витков вторичной обмотки и сделав поверх медной лентой первичную обмотку все должно быть очень легким. (Исхожу из стандартной формулки F(КГц)*B(Т)*S(кв.см)>1.6*Un(напряжение на одном витке) )

Если же взять прямоходную схему мне надо или частоту в два раза выше взять, или трансформатор с два раза большим сечением магнитопровода, а это - дополнительный вес.

Если же обратноходный, то вроде с такими выходными напряжениями сложно диод подобрать, или я что-то не понимаю.

И еще. Если все-таки прямохдный или полномостовый.

Хочется задрать частоту до максимума. Если гипотетически запланировать 1МГц, то из-за скин эффекта провод должен быть около 0.2мм сечением и магнитопровод около 3мм диаметра, но тонких (по сечению, 3х3мм) и больших (по внешнему диаметру, от 30мм) вроде не бывает, хотя ферриты типа 29мм внешнего и 19мм внутреннего кольца весом 13 грамм ( https://www.mouser.de/ProductDetail/Fair-Rite/5943001001?qs=Ca1fAiqt1apDcPF%2BgKyTvA%3D%3D  номер в каталоге mouser.de 5943001001 ) найти можно и с обеими обмотками все это добро не больше 30 грамм весить будет.

Покритикуйте, пожалуйста, мои рассуждения, может я где-то совсем не в ту сторону смотрю?

Спасибо!

ИИВ

Share this post


Link to post
Share on other sites

Какой-то слишком поверхностный расчёт, Вы до этого ИИП делали? 

Для таких таймингов ток потребуется до 0,4А, но кратковременно (кстати, как часто надо будет заряжать? мож и радиаторы не нужны)

На 1500 на кольце уже опасненько мотать без секционирования и разнесения обмоток.

LLC будет иметь хороший КПД + нечувствителен к КЗ.

Если делать ОХ - то можно обойтись 1й обмоткой, вот только КПД под вопросом, нужно считать исходя из реально имеющихся компонентов.

Edited by ChristinaChadzynski

Share this post


Link to post
Share on other sites

4 hours ago, ChristinaChadzynski said:

Какой-то слишком поверхностный расчёт, Вы до этого ИИП делали? 

Спасибо за ответ!!! Когда-то делал, правда не высокочастотные, высоковольтные и без требований к весу, но всегда тут на форуме консультировался 🙂

4 hours ago, ChristinaChadzynski said:

Для таких таймингов ток потребуется до 0,4А, но кратковременно (кстати, как часто надо будет заряжать? мож и радиаторы не нужны)

выходной-то? Да, конечно, может и больше даже, но не постоянно же, а в начале, когда конденсатор не заряжен, а потом ток падает.

Заряжать надо каждую миллисекунду. То есть зарядил, бац, разрядил на антенну за сотню наносекунд, подождал 3 микросекунды, и снова надо заряжать. Поэтому пытаюсь угадать что лучше по весу, или на трансформаторе, или на ключах с радиаторами, или еще как.

Про LLC - думал, но ведь вес индукторов и конденсатора - тоже вроде не нулевой, а в полномостовой схеме - только трансформатор нужен, и весить будет меньше, разве я не прав?

4 hours ago, ChristinaChadzynski said:

На 1500 на кольце уже опасненько мотать без секционирования и разнесения обмоток.

так в один слой же вроде лезет, если брать тонкий провод (всяко из-за скин эффекта на 500кГц толстый не возьмешь), и после этого поверх вторичной обмотки залить хороший и толстый слой изолятора и потом лентой положить 5 витков первичной.

На больших трансформаторах, выходные до 10КВольт, но правда на частоты около 10-20кГц. Я часто так делал, но там килограммовые трансформаторы в масле были, а тут надо чем меньше, тем лучше, но точно не больше 100 грамм на все (полный БП с разводкой, изолятором и сопутствующей плиской).

С охлаждением - там рядом вентилятор, и из-за конструкционных особенностей, низковольтная часть будет на алюминиевой плате, на которой есть немного свободного места. Транс - в воздухе, а выпрямительные диоды - на нем навесным.

Управление наверное буду на плиске делать, так как надо очень быстро отключать и включать, а плиску можно на другие дела тоже подписать. Режим работы всегда более-менее один и тот же, то есть можно даже как-то затабулировать длину периодов и без обратной связи или обратную связь постфактум делать. Тогда можно менять частоту в зависимости от того, как заряжен конденсатор нагрузки (это который от 0 до 1200Вольт).

4 hours ago, ChristinaChadzynski said:

Если делать ОХ - то можно обойтись 1й обмоткой, вот только КПД под вопросом, нужно считать исходя из реально имеющихся компонентов.

Сомневаюсь, что одна обмотка - хорошая идея. Из-за 1:70 у первичной обмотки надо большой ток гонять (3-50А), а на вторичной иметь что-то маленькое около 0.05-0.7А. Если работать на больших частотах (а иначе феррит огромный будет) надо первичную обмотку очень широкой лентой делать, а вторичную - тонюсеньким проводом.

Как я говорил, при 500КГц вроде при сечении феррита 0.1кв.см и намагниченности на феррите до 0.1Т (по идее и 0.3Т можно), надобно всего-то 500*0.1*0.1/1.6 =3 вольта на виток, а если 0.3Т разрешить, то и 10 вольт на виток можно. Я не прав?

Share this post


Link to post
Share on other sites

В 12.04.2024 в 22:43, iiv сказал:

Если же обратноходный, то вроде с такими выходными напряжениями сложно диод подобрать, или я что-то не понимаю.

И еще. Если все-таки прямохдный или полномостовый.

Диоды можно последовательно включить. Обратноходовый вам как раз и даст ток которым надо заряжать конденсатор. Ну и в общем встает вопрос про помехи, потому что 0.2мкФ и будут выходным фильтрующим конденсатором

Share this post


Link to post
Share on other sites

2 hours ago, HardEgor said:

Диоды можно последовательно включить. Обратноходовый вам как раз и даст ток которым надо заряжать конденсатор

согласен. Но индуктор будет на пол-кило, или шуметь адски.

2 hours ago, HardEgor said:

Ну и в общем встает вопрос про помехи, потому что 0.2мкФ и будут выходным фильтрующим конденсатором

вот этого я как раз и боюсь, все разы когда я делал обратноходный на высокие напряжения от киловольта, у меня он довольно сильно шумел (и горел), но это не означает, что я умею их делать, и, скорей всего у меня просто не все было учтено, поэтому я пришел сюда посоветоваться.

Share this post


Link to post
Share on other sites

В 13.04.2024 в 04:11, iiv сказал:

вот этого я как раз и боюсь, все разы когда я делал обратноходный на высокие напряжения от киловольта, у меня он довольно сильно шумел (и горел), но это не означает, что я умею их делать, и, скорей всего у меня просто не все было учтено, поэтому я пришел сюда посоветоваться.

Ну тогда вам наверное будет проще сделать банальный умножитель, там и конденсаторы будут сразу в комплекте.

Либо как вариант обратноход на 100 вольт и остальное умножитель. И непонятно нужна ли развязка.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Step-up с ДШ на карбиде кремния до 550-750 В, затем умножитель с ними же.

Можно ограничиться 275-375 В в ущерб КПД. Но Step-up, он же активный ККМ, здесь вне конкуренции.

Edited by A.V.Avtomat

Share this post


Link to post
Share on other sites

Да, 1 кГц 1500 В 200 нФ это 225 Вт = 15 В · 15 А, но лишь в среднем, потому что при заряде от нуля потребляемый ток тоже растёт линейно от нуля, поэтому предельный будет вдвое больше, 30 А — если АКБ такой вариант устраивает, тогда каскадный питаемый током мост, на такое напряжение максимум 100 кГц, на выходе двухполупериодный удвоитель, т.е. два диода и два 400 нФ.

Технически это три синхронных полумостовых драйвера затвора, на первом понижающий стабилизатор на вдвое большей частоте, Кзап которого растёт линейно от нуля, а на двух других мост.

Соответственно, предельный Кзап задаёт Ктр, т.е. если 90%, тогда Ктр = 750 В / (15 В · 0,9) = 56, дроссель 2,2 мкГн — если IHLP6767, то это 17 г.

Трансформатор такой же высоты 7 мм — если мотать проводами, то можно собрать кольцо из двух PLT22/16/2.5, третью расколоть пополам и сделать боковины, либо сточить центральный керн у E22/6/16, что сложнее, а если мотать печатными обмотками, то это две 8-слойных МПП на штатном комлекте E22/6/16+PLT22/16/2.5, но зависит от производителя МПП, какую толщину меди даст во внутренних слоях. И на такую мощность нужно два таких трансформатора, каждый будет порядка 15 г.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Огромное спасибо за очень подробный совет!!!

Да, сделать понижающий и от него запитать мост я как-то не подумал, а, похоже, это самое правильное.

Два вопроса вдогонку:
 

2 hours ago, Plain said:

на такое напряжение максимум 100 кГц

я подсознательно с такими напряжениями тоже боюсь выше, но вот почему? Вроде скин эффект на 500кГц еще не такой, ключи на 500кГц тоже есть и, по идее не сильно греться должны. Всякие Техасы лепят 3А DC-DC на 2.5МГц. Я не стибусь, я для себя хочу уяснить почему опасно выше 100кГц, подскажите, пожалуйста?

2 hours ago, Plain said:

И на такую мощность нужно два таких трансформатора

скажите, пожалуйста, может тогда стоит их на две фазы поставить (такой недомногофазник), ведь все синхронно, или толку особо нет, а ключей и диодов в два раза больше и вес соответственно?

Share this post


Link to post
Share on other sites

55 минут назад, iiv сказал:

сделать понижающий и от него запитать мост

Это не понижающий и мост, а каскадный (т.е. двухкаскадный) питаемый током мост, он же понижающий питаемый током мост — первый каскад создаёт ток, второй этот ток передаёт посредством трансформатора тока, конденсатор между ними отсутствует — это стандартная топология для ВВ, по причине преобладания паразитов, т.е. реактивной энергии, отсюда же и 100 кГц. На одном каскаде соответственно получается повышающий питаемый током мост, но он от нуля не работает, как и любой повышающий стабилизатор.

1 час назад, iiv сказал:

может тогда стоит их на две фазы поставить

Нет, трансформаторы по теплу считают, Вы посчитайте, и тоже получится два, да и в справочниках 100 Вт указано для E22, а так E32/6/20 одного достаточно, но он 10 мм высотой и по массе будет столько же.

Share this post


Link to post
Share on other sites

15 hours ago, iiv said:

Про LLC - думал, но ведь вес индукторов и конденсатора - тоже вроде не нулевой, а в полномостовой схеме - только трансформатор нужен, и весить будет меньше, разве я не прав?

Конденсатор там в разы меньше, чем в полумостовом, а габариты индуктора компенсируются уменьшением маг. элементов.

Чистый полумост потребует дроссель уже на выходе, заряжать ёмкость полным напряжением током, ограниченным лишь паразитами - так себе затея. 

15 hours ago, iiv said:

так в один слой же вроде лезет, если брать тонкий провод (всяко из-за скин эффекта на 500кГц толстый не возьмешь), и после этого поверх вторичной обмотки залить хороший и толстый слой изолятора и потом лентой положить 5 витков первичной.

500кГц и ёмкость обмотки / Qrr диодов... надо считать. Диоды скорей всего золотыми выйдут.

Средний ток там 0,3А - совсем тонкий не пойдёт, а 0,33мм*500вит = это 55мм вн. диаметр кольца.

15 hours ago, iiv said:

по идее и 0.3Т можно

только на постоянном токе)

11 hours ago, HardEgor said:

Либо как вариант обратноход на 100 вольт и остальное умножитель.

У умножителя КПД - 50% у одной ступени.

5 hours ago, Plain said:

два диода и два 400 нФ.

Не факт, что нагрузку можно разделять.

5 hours ago, Plain said:

каскадный питаемый током мост

Это как? Мощный ГЛИН на степ-дауне + нерегулируемый мост?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

9 часов назад, ChristinaChadzynski сказал:

Это как?

Источник тока и нерегулируемый мост — кстати, первое иногда линейным делают, а не импульсным.

Share this post


Link to post
Share on other sites

7 hours ago, Plain said:

сточник тока и нерегулируемый мост — кстати, первое иногда линейным делают, а не импульсным.

Источник постоянного тока работает на импульсный преобразователь? Там duty cycle 100% или как это возможно? Вы писалт про синхронную работу - то есть на выходе ШИМ-конвертера только дроссель, через который течёт ток меняющейся скважности?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Первый каскад — источник постоянного или пульсирующего тока, второй каскад — "электронный трансформатор" тока, т.е. Кзап=100%, за вычетом перепадов. Если оба каскада импульсные, то синхронизация между ними разумеется желательна, но не обязательна.

Share this post


Link to post
Share on other sites

11 часов назад, Plain сказал:

Первый каскад — источник постоянного или пульсирующего тока, второй каскад — "электронный трансформатор" тока, т.е. Кзап=100%, за вычетом перепадов. Если оба каскада импульсные, то синхронизация между ними разумеется желательна, но не обязательна.

Классное решение, мне даже в голову такое не пришло, хотя имел дело с трансформатором тока.

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.

×
×
  • Create New...