Power Electronics
https://valvol.ru/

Зарядка конденсатора от аккумулятора
https://valvol.ru/topic2578.html		 Страница 1 из 2
Автор:  valvol [ 24-04, 21:50 ]
Заголовок сообщения:  Зарядка конденсатора от аккумулятора
euthon писал(а):
Собственно я хотел попросить помощи в выборе топологии ИИП предназначенного для быстрого заряда конденсатора до 450 вольт. Ёмкость конденсатора 0.01 Ф, первичный источник питания - батарея 24В способная отдать порядка 50-60 ампер.
Автор:  valvol [ 24-04, 22:03 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
euthon писал(а):
Собственно я хотел попросить помощи в выборе топологии ИИП

Для этой цели можно использовать любой преобразователь. Но наиболее привлекательными мне представляются обратноходовый (Flyback) и резонансный LLC (в последнее время я его всем предлагаю). LLC интересен пониженными требованиями к диодам выходного выпрямителя.
Решение некоторых проблем, связанных с зарядкой конденсатора рассматривалось в теме Обратноход на киловатт.
Автор:  euthon [ 25-04, 03:58 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
Думаю нужно немного уточнить требования к источнику и сказать, что уже было сделано / опробовано.

Итак, нужно зарядить конденсаторы фотовспышки общей ёмкостью 10000мкФ до 450 вольт от аккумулятора 24В. При этом хочется получить максимально возможный КПД устройства и таким образом сэкономить на количестве потребных батареек и массе алюминия в радиаторах. Поскольку устройство нужно будет переносить, габариты блока тоже важны. Пока ориентируюсь на среднюю мощность источника порядка 300 ватт (точнее 300 Дж/сек), но больше - лучше.

Традиционно, начал с обратнохода. Для снижения пикового тока транзистора выбрал коэффициент заполнения в районе 0.7, граничный режим, намотал трансформатор на ETD44. Получил индуктивность рассеяния около 200нГн, так себе, но жить можно. Из-за высокого отраженного напряжения (порядка 75В) фиксирующую обмотку применить не получилось, и при ~400В на выходе транзистору IRFP4568 (Uds max = 150В) приходится немного поработать стабилитроном. Проблема возникла там, где совсем не ждал. Контроллер L6565, который я применил, напрочь отказался детектировать размагничивание трансформатора, если это самое размагничивание происходит быстрее, чем за 4.5 микросекунды. Хотя по документации должен работать вплоть до 3.5 мкс. Возможно мне попался такой экземпляр, но другого под рукой нет. Если пересчитать вторичку под большее время размагничивания, то нужно либо уменьшить Кзап и увеличить пиковый ток транзистора (что плохо), либо снизить частоту и перейти на сердечник ETD49, что еще хуже. Поэтому обратноход мне разонравился.

Схемка обратнохода (модели L6565 у меня нет, поэтому нарисована UC-шка с кривым детектором размагничивания):
Автор:  euthon [ 25-04, 04:20 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
Валентин,

LLC - это как раз то, что я пытаюсь изобразить в настоящий момент. Но, как я понимаю, с этой топологией не все гладко. Непосредственно после старта, преобразователю придется работать на КЗ. Пытаясь спасти транзисторы от перегрузки по току контроллер изрядно задерёт частоту. При этом ток через транзисторы, конечно, уменьшится, но выключатся они будут весьма жестко, и реактивный ток через паразитные диоды будет весьма способствовать нагреванию алюминия (и входных электролитов). Я это вижу примерно так:



Посему возникла мысль сделать каскад буст -> LLC. Примерно как это делается в обычных сетевых блоках питания с ККМ. Тогда LLC будет включаться на "пониженном" напряжении, и по мере заряда конденсатора буст будет подымать питание для LLC. Понятно, что общего КПД это не улучшит, но даст возможность применить имеющиеся контроллеры без каких-либо извращений. Кто что думает по этому поводу?
Автор:  valvol [ 25-04, 08:18 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
euthon писал(а):
При этом ток через транзисторы, конечно, уменьшится, но выключатся они будут весьма жестко

При повышенной частоте, транзисторы LLC преобразователя всё равно выключаются мягко, в режиме ZVS. Но потери при этом конечно возрастают. (за счёт увеличения частоты коммутации и циркуляции реактивного тока)
Если не сложно, то выкладывайте сами модели.
Автор:  euthon [ 25-04, 09:47 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
Как-то я привык, что под ZVS имеется в виду режим, когда ток транзистора течет в "обратную сторону." Как при включении транзистора в LLC. При выключении (выше резонанса, в режиме ограничения тока) это явно не так. Соответственно, симулятор рисует полуторакиловаттные пики.

Моделька для LLC моста. Поскольку я далёк от совершенства в моделировании, то возможна некоторая кривизна.
https://drive.google.com/file/d/0BzMYhnHbr9o3b3lnOXlVb3VXWWc/view?usp=sharing

Трансформатор планируется ETD39, первичка - 6 витков, зазор - 1мм. Хотя здесь возникает вопрос. Нужен ли вообще зазор? Мне же не требуется стабилизация выходного напряжения, соответственно LLC как таковой, с его двумя резонансами, мне не требуется. Может на кольце без зазора намотать?

Что-то моделька каскада буст -> LLC у меня не срастается.
Автор:  valvol [ 25-04, 10:13 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
euthon писал(а):
Как-то я привык, что под ZVS имеется в виду режим, когда ток транзистора течет в "обратную сторону."

ZVS это когда транзистор коммутируется при нулевом напряжении. Необходимое условие можно создать различными способами. Например, закоротить транзистор открытым встречно-параллельным диодом (требуется ток текущий в "обратную сторону") или разряженным конденсатором. В данном случае, транзистор шунтируется при запирании собственной выходной ёмкостью, что сильно снижает потери коммутации. В принципе, в помощь этой ёмкости, можно добавить внешнюю ёмкость и снизить потери выключения до минимума. Однако при этом надо гарантировать, что эта более массивная ёмкость будет разряжена обратно текущим током при включении транзистора. В противном случае появятся потери включения. Короче, сами собой появляются только проблемы, а за хорошее надо побороться.
Автор:  Трибун [ 25-04, 11:52 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
Заряд конденсатора на примере рассматривался в справочнике Конева по ВИП - мост с обязательным контролем симметрии перемагничивания, т.к. каждый следующий такт значительно отличается от предыдущего.
Так же эта проблема успешно решалась в блоках электронного зажигания. Лично делал несколько БЭЗ на базе схемы Карасева - ВИП обратноход с параметрической стабилизацией. У меня самым устойчивым во всех планах был его первый вариант на П210. Например http://www.chipinfo.ru/literature/radio ... 33-35.html В более поздних вариантах для умощнения он перешел на кремний и повысил частоту, они работали менее стабильно, но скорее из-за поведения коммутатора нагрузки, чем из-за самого ВИП. Схема проста, как молоток, не боится КЗ.
Автор:  euthon [ 25-04, 12:43 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
Трибун писал(а):
...каждый следующий такт значительно отличается от предыдущего.


В симуляторе вроде проблем с эти не видно, я даже модельку сердечника пририсовал. Ёмкость большая, заряжается медленно и печально, думаю резонансного конденсатора последовательно с первичкой хватит для компенсации некоторой ассиметрии тока.

Трибун писал(а):
Схема проста, как молоток, не боится КЗ.

Простой обратноход я уже пробовал. На мощности 300 ватт при токе ключа более 50 А он простым никак не получается. Нужно или придумать как избавиться от индуктивности рассеяния (транс на порошковом кольце я пробовал), или как рекуперировать энергию из этой индуктивности. Иначе ключ будет работать стабилитроном со всеми вытекающими, о чём подробно описано на 40-ка страницах соседней темы.

valvol,
По трансформатору не подскажите? Стоит ли в моём случае делать зазор? Я не вижу необходимости в получении некоего определенного М = Lmag / Ls. Напряжение на выходе стабилизировать я не планирую. Но может есть ещё какой-то смысл в уменьшении Lmag, просто я его не вижу.
Автор:  valvol [ 25-04, 13:10 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
euthon писал(а):
Я не вижу необходимости в получении некоего определенного М = Lmag / Ls. Напряжение на выходе стабилизировать я не планирую. Но может есть ещё какой-то смысл в уменьшении Lmag, просто я его не вижу.

А ведь в этом основная "фишка" резонансного LLC преобразователя. По сравнению LC, он имеет более плавную передаточную характеристику, а соотношение М = Lmag / Ls определяет не зависящий от нагрузки коэффициент передачи на резонансной частоте. В принципе это свойство можно использовать для ограничения максимального напряжения на конденсаторе в аварийном режиме (не сработала пороговая схема, например).
Автор:  euthon [ 27-04, 03:11 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
Подскажите плиз по трансформатору для LLC. Если его мотать "традиционным" способом (т.е. обмотки рядом друг с другом), то высота окна для одной обмотки уменьшается примерно в два раза (по сравнению с нормальным трансформатором, когда обмотки мотаются одна поверх другой). Соответственно, увеличится количество слоёв обмотки (в моем случае получается 4 слоя вторички). В теории это должно сильно (или даже очень сильно) увеличить потери из-за эффекта близости. Есть ли какой-то способ с этим бороться? Поможет ли увеличение толщины межслойной изоляции (раз уж увеличение Ls мне только во благо)?
Автор:  valvol [ 27-04, 16:21 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
С одной стороны, увеличение индуктивности рассеяния способствует увеличению потерь от эффекта близости, а с другой стороны та же индуктивность рассеяния выполняет роль фильтра высших гармоник тока, которые эти потери вызывают.
Изменение толщины изоляции тут не поможет. Метод уменьшения потерь стандартный - использование более тонкого обмоточного материала (фольги или литца). На сайте лежит перевод отличной статьи на эту тему. Там приводится методика, позволяющая определить необходимую толщину.
Автор:  euthon [ 28-04, 12:23 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
Требуется дальнейшая помощь.
Намотал трансформатор на сердечнике ETD44, первичная обмотка - 6 витков, вторичная - 67. Индуктивность рассеяния получилась чуть больше, чем планировалось - 2.2 мкГн (вместо 1.5 мкГн).

Проблема в том, что при токе в первичной стороне около 35 ампер жутко греется провод в обоих обмотках (от 25 до 60 градусов за ~3 минуты). При том, что первичная обмотка, на мой взгляд, намотана вполне прилично - 22 провода по 0.5 мм, два слоя, частота преобразования около 90 кГц (частота резонанса - 73кГц). Повышенный нагрев меди - это нормально для резонансника?
Автор:  valvol [ 28-04, 13:17 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
euthon писал(а):
Повышенный нагрев меди - это нормально для резонансника?

Нет, это не нормально.
Для указанных параметров провода получается, что в первичной обмотке плотность тока более 8А на мм2. Это очень много. Такое можно допустить только при очень кратковременной работе или при очень интенсивном охлаждении. Надо увеличить сечение провода по крайней мере в 2 раза. Диаметр одной жилки также великоват. Желательно снизить, по крайней мере, в 3-5 раз.
Автор:  euthon [ 28-04, 14:22 ]
Заголовок сообщения:  Re: Зарядка конденсатора от аккумулятора
Проверил свои расчеты. Да, Вы абсолютно правы. Я по привычке посчитал трансформатор как для простого моста, а "неквадратность" тока и изрядную реактивную составляющую упустил из виду.

Получается, что требуемое количество меди я просто не смогу уместить в ETD44. Даже сейчас первичная обмотка занимает почти всю площадь окна в своей секции. Собственно вот он:

Для провода 0.2мм придётся взять ~250 жил - это малореально, я просто столько не облужу. Покупать литц не хочется - он не дешёвый и пока до Сахалина доедет и у меня и отпуск кончится и желание пропадёт.

Валентин, если можно, ещё пара возможно глупых вопросов.
Немногим ранее собрал обратноход на практически таком же трансформаторе. Тот же ETD44, 6 витков в первичке, провод 20 х 0.5мм, 38А пиковый ток, квазирезонанс (в среднем, частота около 60кГц). Греется, но несильно. Почему всё почти тоже самое, а потерь меньше?

Можно ли в обратноходе использовать фиксирующую обмотку (обычную, как в Вашей теме http://valvol.ru/viewtopic.php?p=25763) при К заполнения больше 0.5? Где-то читал, что нельзя, но причин для этого сходу не вижу (витки, конечно, придется пересчитать).
Страница 1 из 2 Часовой пояс: UTC + 4 часа
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
http://www.phpbb.com/