Power Electronics

инфа позаимствована с рыболовного сайта http://cotlev.borda.ru/?1-2-0-00000026- ... 1173570117



Преобразователь 12V/230V (200W).


Преобразователь PDA200W способен из бортового напряжения 12V производить напряжение 230V/50Hz, которое

можно использовать для питания устройств переменного тока мощностью до 200Вт.

ВВЕДЕНИЕ
Высокий КПД – 90%, и электронная защита – вот самые важные особенности этого преобразователя.
Созданный по самой современной технологии, преобразователь PDA200W имеет высокую производительность,

надежность и безопасность в эксплуатации при очень маленьких габаритах. Он очень удобен для применения в

автомобиле, на кемпинге и при отдыхе на природе.
Технические данные этого компактного 200W преобразователя PDA200W показаны в таблице 1.

Технические данные:
Входное напряжение: 10,5 - 15V
Входной ток:
При 13,6V/150W: …12A
Выходная мощность: …150W
Пиковая мощность (не более 5 мин.): …200W
Выходное напряжение: …230V (eff)

Функции защиты:
- Сигнализация минимального напряжения (11V)
- Автоматическая защита и выключение при достижении (10,5V)
- Защита от перегрева
- Защита от перегрузки
- Защита от короткого замыкания

Габаритные размеры (LxBxH): 154x73x42 мм
Масса: 490г.

Высокий КПД преобразователя (до 90 %) достигается применением обедненного феррита и импульсной техники.
При этом преобразование происходит на частоте около 45КГц, с последующим электронным преобразованием в

стабилизированное выходное напряжение 50Гц.
Применение импульсной техники и современных технологий не только позволили собрать преобразователь

PDA200W в габаритах 154x73x42мм, но и добиться высокой надежности.
Его выходное напряжение стабилизировано и поддерживается неизменным при различных нагрузочных

характеристиках, а так же снижении напряжения источника питания до 11V. Преобразователь поддерживает

стабильное напряжение на выходе вплоть до достижения 10,5V, когда срабатывает автоматика защиты, которая

отключает источник питания для предотвращения полной разрядки АКБ.
Также имеется защита от перегрузки и короткого замыкания при ремонте и эксплуатации.
Шнур питания длиной 1,2м. На его конце подключен штекер для подключения к прикуривателю автомобиля, а

для подключения нагрузок используется сетевая евро-розетка.
При подключении нагрузки, питающее напряжение медленно возрастает, защищая таким образом от случайного

поражения током при прикосновении к выходным контактам.
Теперь перейдем к схеме.

РАБОТА СХЕМЫ
На рис.1 показана большая схема преобразователя которая тем не менее в собранном состоянии дает

миниатюрный прибор.
Интегральная микросхема IC2 (ШИМ) в сочетании с мощными транзисторами Q1 – Q4 а также импульсным

трансформатором T1, образуют повышающий преобразователь. Этой частью схемы производится

трансформация напряжения 12V в выходное постоянное напряжение величиной приблизительно 340V, которое

заряжает конденсатор C26.
Применение микросхемы ШИМ (IC2) типа SG3525 (KA3525) которая содержит все важные компоненты, которые

требуются для создания импульсного источника питания, дало возможность создать очень компактный

преобразователь.
Сопротивлением R10 на выводе 6 (IC2), а также цепью R9 и C4 устанавливается частота задающего генератора

и соответственно частота преобразования.
С данными номиналами тактовая частота составляет около 45КГц. Ширина импульса выходного сигнала

устанавливается сопротивлениями R6 – R9 а также конденсатором C3 и обеспечивает постоянство нагрузки на

выходе преобразователя.
Напряжение питания IC2 берется непосредственно от источника питания 12V и подается на вывод 15

микросхемы. Внутренний источник опорного напряжения выдает на вывод 16 микросхемы стабилизированное

напряжение 5,1V, которое может использоваться как для стабилизации внутренних цепей, так и внешних.
Управляющие выходы IC2 выводы 11 и 14 через сопротивления R1 – R4 управляют непосредственно

транзисторами выходного каскада Q1 – Q4.
Управление мощными транзисторами происходит так, что в первой фазе открытыми являются транзисторы Q1 и

Q2, а в следующей фазе Q3 и Q4. Таким образом, верхний и нижний выводы трансформатора поочередно

соединяются с "землей".
На вторичной обмотке трансформатора T1 имеются 2 обмотки. Верхняя обмотка с присоединенными диодами

D16 до D19 является основной рабочей, а нижняя является вспомогательной, необходимой для питания

устройств во второй части схемы.
Прежде чем мы приступим к рассмотрению дальнейшего преобразования вторичных напряжений, мы хотим

рассмотреть работу компараторов схемы защиты IC1.
Эталонным напряжением для обеих компараторов микросхемы IC1 служит напряжение 5,1V получаемое от

встроенного в микросхему IC2 стабилизатора. Через фильтр нижних частот R37/C28 эталонное напряжение

поступает на выводы 2 и 5 микросхемы.
Резисторным делителем R15/R11 устанавливается порог переключения для акустического зуммера SU1.

Конденсатор C29 предотвращает срабатывание зуммера при кратковременных скачках напряжения. С помощью

сопротивлений R14 и R20 устанавливается напряжение гистерезиса. Переключение схемы происходит при

превышении опорного напряжения 5,1V на выводе 3, что приводит к активации зуммера на выводе 1

микросхемы.
О втором компараторе IC1 в сочетании с внешними элементами R16 – R18 и C12 реализован второй порог

переключения.
Если входное напряжение на сопротивлениях R16 – R18 достигнет 10,5V, то выход 7 компаратора переключится

с низкого, на высокий уровень. Это приводит к тому, что на выводе 1 IC2 исчезает сигнал управления, и первая

ступень преобразования выключается.
COMP-выход вывод 9 IC2 показывает это рабочее состояние переключением уровня с низкого на высокий. И

сигналом через D7 достигается защелкивание триггера. Если это произошло не по причине низкого входного

напряжения, то необходимо выключить и снова включить преобразователь.
Этим мы завершаем описание первичной схемы преобразования, и обращаемся к формирователю вторичного

напряжения.

(Продолжение следует..)

Я бы не сказал, что технология уж очень современная. Подобное решение достаточно часто использовалось в различных UPS-ах, по крайней мере, с середины 80-х. Управление высоковольтным инвертором очень напоминает то, которое использовалось в ЭРСТ.
К сожалению, преобразователь выдаёт не синусоидальное, а прямоугольное напряжение с паузой. Для примера, UPS Леотон, имеющий подобную силовую схему, выдаёт синусоиду.

Да этому инвертору годков 10-15. На момент написания описания было современно.
Все со временем устаревает.
А синус с простенькой схемкой не получишь. Хотя применение
процессора значительно упрощает "синусическую" задачу.

В Леотоне обошлись без процессора. Повышающий преобразователь получает, в качестве задания, выпрямленную синусоиду, которая генерируется генератором с мостом Вина. В результате на высокой стороне эту выпрямленную синусоиду и получаем, которую потом коммутируем высоковольтным низкочастотным преобразователем. Схема управления содержит ШИ-преобразователь и 6 операционников, в 2-х корпусах. С контроллером меньше не получилось бы

В прошлом веке, без процессора и без контроллера,
делал синус для питания 400 герцовых вентиляторов описанным Вами способом.
Но как не крути, а за процессорами, в данном вопросе, будущее.

Подобное изделие, но не старше года уже поюзал. Вроде около 200Вт, по габариту - бутылка, выход даже не посмотрел - обеспечивает в поле компьютерное место. Одно НО. Прикуриватель не расчитан на такого потребителя длительно - провода, переходные клеммы, да и само гнездо. При разборке найдена странная, коротящая, шайба из припоя - стёк! Кстати аналогичное от понтовых компрессоров.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Для получения синуса часто, и думаю чаще, используют другое решение. Структура примерно та же, но повышающий преобразователь делает постоянное стабильное напряжение около 350 вольт. А на выходе не низкочастотный коммутатор полуволн, а ВЧ инвертор, он и делает синус.
При этом не нужно формировать задающий синус и для управления повышающим ПН достаточно одного типового ШИМ-контроллера. А для инвертора есть например специально заточеные под это модули IRAMS10UP60B, непосредственно стыкуются с простеньким процем, недорогие и оч. удобные конструктивно.
При таком построении каждый узел выполняет обычную стандартную функцию, и можно использовать т.н. "готовые решения".
И в этом случае с процем гораздо проще, тем более с учётом, что в принципе он может выполнить и все функции ШИМ-контроллера в повышающем ПН.

Гиратор (толкает в плечо), проснитесь, это "будущее" уже проехали не позднее чем вчера.

Тоже можно. В этом случае до ВЧ инвертора можно поставить значительную ёмкость, что благоприятно сказывается при работе преобразователя на реактивную (активно-индуктивную) нагрузку. Но в ВЧ преобразователе уже необходимо ставить более дорогие IGBT транзисторы, иначе, с MOSFET-ами, общий КПД врядли поднимется выше 75%.

Есть у меня идея одна, демонстрирую на поведенческой моделе:


Только для того, чтоб её сделать в железе необходимо сделать генератор синусойды на напряжение 5,76В (можно на 6, от стабилььной напруги поделю потом) ток 100мкА

valvol
Да, такой вариант в т.ч. терпит гораздо более "тяжёлую" нагрузку. И чем мощнее релиз, тем он предпочтительнее.
Насчёт такого подхода к "что ставить" не согласен. Тут всё определяется мощностью, точнее зависимостью от неё соотношения цена/потери для igbt и мосфетов. Для напряжений 400-600 вольт условная граница это примерно 400-500 ватт. На меньшей мощности выгоднее мосфеты, на большей igbt. Причём в основном дело в статических потерях, потому не так важно, НЧ инвертор или ВЧ. Разумеется, речь об "обычном" диапазоне частот скажем до 100 кГц.

Лучше посмотреть на модели силового инвертора и при малой
нагрузке. Формирование спадающей части синусоиды оченно
интересная задачка.

Дело и в динамических потерях, которые возникают при запирании паразитных диодов и при перезарядке выходных ёмкостей транзисторов (для IGBT это ёмкость раз в 15-20 меньше чем для MOSFET). Например, при моделировании преобразователя (IRF840, мощность500ва) на графиках мощности наблюдаются иголочки амплитудой 25КВт (для IGBT IRG4RC10UD на порядок меньше).
При этом общие потнри, для MOSFET, больше в 2...3 раза (при 25 гр.С). Ситуация ухудшится при прогреве.
В принципе для маломощных и дешёвых преобразователей (где КПД не главный аргумент) пойдут и MOSFET.

Да, конешно. И по-моему медленный внутренний диод мосфета в таких высоковольтных инверторах лучше вообще не использовать даже на малой мощности. Надо ставить внешний быстрый и принимать меры, чтобы работал именно он, ну и есть другие возможности, например дроссель выходного фильтра двухобмоточный, верхний и нижний ключи работают каждый на свою обмотку, или даже отдельные дроссели. Имел в виду, что это разумеется, просто не стал вдаваться в подробности.
Обратите внимание, igbt на токи менее примерно 16А вообще большая редкость, именно потому, что на меньших токах мосфеты эффективнее практически в любых применениях.

Разумеется, положение не безвыходное, но все эти меры удорожают и усложняют конструкцию, и в какой-то момент времени возникает мысль - "А не проще ли использовать IGBT?".

У IR куча подобных IGBT. Например тот же IRG4RC10U на 8.5А!
Область преимущества MOSFET не низкие токи, а низкие напряжения. Например в повышающей ступени преобразователя MOSFET будут более эффетивны, чем IGBT.

А я накопал вот это
http://imgdb.ru/view.php?i=rzcm6xxy_85138
Интересно послушать заключение специалистов по этому поводу
Возникла необходимость соорудить аппарат на 3kW.До сих пор пользовались: мультик прямоугольный, транс мощняцкий и 2\10 кт827.Необходимо запитать силовую электроустановку в полевых условиях.Потребляет она 2.6kW.Кто что думает по этому?