Comments 31
Спасибо, интересно.
Непонятно, чем плох трансформатор, если все же такое же моточное в виде дросселя ставить придется.
дроссели можно спокойно наращивать последовательным соединением, сведя потери к уровню DC, и намного легче найти готовое фабричное изделие. Для трансформаторов все сложнее по этим характеристикам.
Трансформаторы мотают на заказ много где. Это может быть для мелких партий дороже, чем готовые, и их нужно ещё рассчитать. Зато можно обойтись одной стадией преобразования, и рассчитать трансформатор для себя, сразу с учётом высокой рабочей температуры.
И трансформаторы тоже никто не запрещает соединять последовательно или параллельно. Более того, можно первички включать последовательно, а вторички - параллельно, или наоборот.
параллельное соединение вилел на отладке Infinion, последовательное не встречал. Конечно можно рассчитать трансформатор, но это отдельная непростая задача, чтобы он влез в габариты трубы, имел достаточный теплоотвод и достимые потери. Вопрос не в потенциальной осуществимости, а какой путь проще - купить готовые дроссели, или рассчитывать/оптимизировать и проверять качество намотки трансофрматора. Или поставить дополнительный полумост, тем более первая стадия работает на 70 кГц, вторая - на 200 кГц, а с одной стадией частота тоже будет компромиссной.
Последовательно-параллельное я встречал в AC-DC-модулях на 20-40 кВт для автозарядных станций. Тут фотка была. Китайцы их в размер 2U впихивают. Из них 1U - это PFC, а второй 1U - это изолированный DC-DC.
Причём, чтобы меньше возиться с 800 V после PFC, их делят на 2 по 400 V конденсаторами. Типа как виртуальная средняя точка, но ей пользуются по-другому - ставят 2 силовых моста на 400 V вместо одного на 800. Низковольтные мосты можно раскачать на большей частоте.
я немного протупил, вместо последоватльного соединения трансофрматоров подумал о трансформаторе, нагруженном на другой трансформатор )). Да, последовательно/параллельно можно ставить (как на отладочных платах). Но есть такой момент, я бы вряд ли спроектировал трансформатор лучше, чем у того же Вьюрта. Те образцы которые я видел имели рабочую температуру до 125 градусов, т.е. вообще без запаса. А те же дроссели до 150 градусов. Все таки дроссель более простой компонент, ну и плюс донесу мысль, что у трансформаторов принципиально ток переременный и все сопутствующие с этим сложности, а у дросселей можно свести к потери к уровню близкому к DC.
Согласен, в проектировании трансформаторов есть определённая доля шаманства. Наверное, резонансную топологию схемотехники как раз и придумали, чтобы из хреновых трансформаторов выжимать высокий КПД)))
Тем более, что в трансформаторе потери вносят обе обмотки последовательно. И наличие трансформатора не исключает дроссель.
Интересно! Разрабатывал токойже источник 350-700В 1600Вт 120 градусов с гальванической развязкой диаметр корпуса 40 мм.
Вариант выходное напряжение 48В. С аналоговым управлением
второй напряжение 100В. С цифровым управлениеи
Все обошлось без мягкой коммутации.
можете раскрыть подробности? какая архитектура, частота работы, КПД на максимальной мощности, какие транзисторы ставили? как охлаждали? Транзисторы относительно высокотемпературеные компоненты, а вот контроллеры до 140 температура перехода, у DCDC чипов до 150. Поэтому я и хотел за КПД бороться. Была мысль использовать плату с аллюминиевым ядром, но не рискнул.
Схема: двухтрансформаторный преобразоввтель напряжения. Инвертор полумост.
Силовые ключи: SiC.
Выходной выпрямитель: SiC
Какие именно ключи и диоды использовал смотреть нужно. Да и вообщем то приходилось их менять в связи с санкциями. Особо больши проблем с инвертором не наблюдали. Много времени потратили на выпрямитель т.к. сначало заложили ультрофаст кремний. Оказалось что ультрофаст после 100 градусов превращался в обычный плохой диод.
Охлаждение ключей, диодов и силовых магнитных элементов через шасси. Самый теплонагруженный элемент выходной выпрямитель. Для охлаждения трансформатора также был придуман специальный конструктивный элемент. Т.к. диаметр прибора очень маленький.
Частота преобразования 140 кГц.
Вся что связано с управлением было применено обычная индустриальная компонентная база. Требование заказчика, для удешевления прибора. Когда проектировал у самого были сомнения что будет работать при полной мощности на 120 градусах окружающей среды.
Технических решений множество как схемотехнических так и конструктивных. Проектировали и дорабатывали прибор несколько лет. Первый образец только сборка занимала месяц. Последний образец можно собрать за два дня. Вообщем то и сейчас работаем над следующей версией.
Прочитал комментарии про дросселя и трансфоматоры. Знание конечно у коментаторов поверхностные. Что преподаватели в университете сказали то и транслируют. А как известно практический опыт у наших университетских преподавателей небольшой. Да и преподователей практически хороших больше нет. Вымерли с такой зп.
В трансформаторах протекает не только переменный ток но и постоянный. Например в трансформаторе с нулевой точкой выпрямителя.
Выполнение силового трансфоматора на лицендрате всегда ведет к ухудшению массогабаритных показателей. При этом существенного прироста кпд не наблюдается. Это уже давно доказано как теоретически (есть соответствующая литература) так и практически (также лично ставил эксперименты). Подчеркиваю речь идет именно о силовом трансформаторе и дросселе.
А на какую серию вы проектируете прибор на 120 градусов?
Штук 10, наверное. Очень небольшая. Выходной выпрямитель после трансформатора у вас не синхронный? Обычный диодный ? Оценивали КПД при 25 и 120 градусах? Моделировали схему в какой-нибудь программе?
В тз кпд не менее 92%. Но результатов эксперимента не помню. Основным положительным результатом была оабота источника в испытательном стенде. После того как он подтвердил свою работу на кпд никто внимание не обращал уже.
А после опытной эксплуатации первых образцов. От заказчика получили приятное сообщение. Источник получился самым надежным элементом системы. Что достаточно удивительно. По нашим расчетам средняя наработка на отаз порядка 200-400 часов получилась.
Схему моделировали. Ltspice. Потом делали, потом снова моделировали и так по кругу.
Для таких серий все моточные можно руками намотать.
Синхронный выпрямитель решение красивое но добавляет много сложностей. Кроме того все нужно считать каждый элемент снижает значительно расчетную надежность.
Еще потенциально в нашем случае получаются гальванические связи с выпрямителя на котором генерируется значительная помеха с платой управления. Диапазон входных напряжений большой + коммутационный выброс на диоде. Выбросы до 400В. Давить коммутационные выбросы крайне сложно. При таких температурах эффективность резисторов по рассеиваемой мощности невелика.
И еще добавлю. Дроссель и трансформатор можно с ходу спроектировать лучше чем у вирта и других производителей просто использую провод и изоляцию с большим температурным классом.
Точно. Самый нижний температурный лимит у изоляции провода. Чем он ниже, тем проще провод залудить.
высокотемпературный трансформатор никогда не проектировал, но могу допустить, что есть риск саморазогрева. Если теплоотвод недостаточный, то нагреве приводит к уменьшению индуктивности, что приводит к доп. росту и.т.д. Сталкивался с саморазогревом транзистора в схеме защиты при 100 градусах в другой задаче. А у трансформатора, как я понимаю, наибольшее тепловыделение внутри обмоток, откуда и тепло сложнее отвести.
При запуске источника обнаружилось, что центральная часть дросселя разогревается докрасна (диаметр медной проволоки 1.8 мм).
Это токи фуко в медной проволоке. Поскольку сердечника нет, все магнитное поле не уходит в сердечник, а распространено по всему пространству. В итоге, саму обмотку пронизывает достаточно большое переменное магнитное поле, которое греет медь токами фуко. В катушках с сердечниками такая проблема менее выражена, потому что поле в основном в сердечнике а рядом с сердечником поле меньше. Попробуйте взять тонкие медные проволочки, сделать из них подобие литцендрата сходного сечения. Проблема нагрева должна уйти.
Интересно! Прямо космос. А чем управляется весь этот набор транзисторов?
Единственный известный мне метод подавления резистивных ВЧ потерь в трансформаторе — это планарное исполнение.
Это вы про намотку плоским проводом? Ну вот, выше тоже литцендрат советуют. Я пользовался, помогает.
планарные трансформаторы есть, например, у Вьюрта https://www.we-online.com/en/components/products/WE-PLN. Либо плоская лента, как я понимаю, либо на печатных платах, штырьками обеспечивается переход между отедльными платами/слоями. Преимущество - стабильность параметров и низкое значение индуктивности рассеяения.
Управляется высокотемпературным STM32, таймеры позволяют синхронизивать друг друга. На одну стадия один контроллер.
На счет литцендрата был интересный опыт, участвовал в разработке 3 МГц генератора на 800 - 1000 Вт. И последовательно поставил три катушки:
первая из обычного многожильного провода,
вторая из литцендрата,
третья из монолитной медной проволоки.
Все примерно одного диаметра, больше всех грелась катушка из обычного многожильного провода, потом литцендрат, меньше всех одножильный. Я думаю, это связано, с междужильной емкостью. С ростом частоты путь тока проходит между границами жил литцендрата и в итоге эффективный путь/длина увеличивается. Но на 100-300 кГц литцендрат вроде как действительно хорошо работающее решение.
"Последовательно" - в пространстве или во времени? В смысле, сразу три в одну цепь, или сначала проверили одну, отпаяли, потом вторую... ?
сразу три подряд, последовательно в про-ве и по схеме (чтобы ток тек общий для всех), одновременно во времени.
А не рассматривали многофазный преобразователь?
Особенности разработки высокотемпературного источника питания