Импульсные преобразователи.
Импульсные преобразователи. Разберемся как они работают. Много в Инете написано во круг них, но не очень понятно. Давайте сообща разберемся и научимся создавать нужные нам девайсы. Как не задашь вопрос в поисковике, все одно и то-же. И все повторяется. Я немного хочу обобщить прочитанный материал и испытанный на своих подделках.
Добавлено через 2 часа 19 минут Представим постоянный ток. Имеем нагрузку - ток, напряжение и на выходе мощность. Мощность определяет энергию в единицу времени. За секунду 1А х 1В =1Вт равен энергии 1Джоуль. Для преобразователя всегда есть потери, то есть КПД. Его всегда надо учитывать при расчете индуктивности. Мощность деленная на ожидаемый КПД это главный критерий расчета (для вычисления тока через дроссель, ключ). Так-же надо учитывать потери напряжения на выпрямительном диоде, на ключе. Вроде бы определились с начальными данными для расчета. В импульсных БП мы имеем либо переменное напряжение, либо частоту прямоугольных импульсов, которые отличаются скважностью. Длительностью включения + выключению = периоду Т=1/F . Нам надо перенести мощность с лева на право, лево источник, право нагрузка. Мощность = мощность нагрузки/КПД. Первое определение. Добавлено через 16 минут Рассмотрим наш период. Представим его без времени переключения. 1/2 запас энергии в дросселе (при наименьшем напряжении питания) и 1/2 питания нагрузки. Другими словами, полпериода дроссель замкнут ключем для запаса энергии, полпериода отдача. Отсюда главный вывод, за 1/2 периода дроссель должен накопить всю энергию за период . Следовательно ток через дроссель идет удвоенный току нагрузки для Step-Down (с учетом КПД) и удвоенный входной с учетом выходной мощности/КПД при Step-Up and Inverter. (это примерные данные, на вскидку, но почти точные, когда начнем вычислять и сравнивать.) Для наглядности, слева на право перекидываем энергию маленькой ложечкой, и чем выше частота, тем меньше ложечка. (энергия/частота). При повышении входного напряжения длительность импульса включения уменьшается, выключения увеличивается (шим делает свое дело). Примерно все выглядит так - на выходе имеем мощность 10Вт, 10В 1А . Входное напряжение 5В. Получается Step-Up, кпд=0.9. Ток в дросселе равен 0,9 2*(11.1/5)=4.4А. ( это приблизительно, на самом деле есть формула, я ее подглядел калькуляторе, но об этом позже) При Step-Down, входное 10В, выходное 5В,А 2*(10Вт/5В)=4А берется просто удвоенный ток. Спрашивайте, если не понятно, исправляйте, если я не прав. |
Итак, имеем 10Вт на нагрузке, или энергии10 Джоулей в секунду справа и безграничный источник энергии слева. Каждую секунду берем большой ложкой 10Дж слева и кидаем в нагрузку, и так далее. Если у нас высокая частота, ложка уменьшается. Допустим частота 40кГц, тогда каждый период надо брать 10/40000=0,00025Дж. Такую энергию и должен запасать дроссель. Чем выше частота, тем меньше энергии запасает дроссель и меньше его размеры. Период равен 1/40000=0,000025с. Ток через дроссель равен 2*0,00025Дж/10В *0,000025с=2А. 2 в числителе это удвоенный ток, так как длительность равна 1/2 периода (пол периода запасаем) или 0,0000125с. 0,00025/10В*0,0000125=2А.
Добавлено через 21 минуту Вот и подошли к главной фигуре, к дросселю. При подачи напряжения на дроссель в первый момент ток равен нулю и со временем начинает увеличиваться. За время 1/2 периода ток должен достигнуть 2 величины , в нашем примере 2А. Если индуктивность больше расчетной, за это время ток не достигнет 2А, и на нагрузке просядет напряжение. Надо уменьшать частоту преобразования, либо уменьшать индуктивность дросселя, или увеличить длительность включения (но не останется время для отдачи энергии в нагрузку). Если меньше расчетной, ток будет превышен, энергии запасено больше и превышение напряжения на нагрузке. Надо либо увеличить частоту преобразования, увеличить индуктивность, или уменьшить время включения (что шим и делает). L=U*t/I U-напряжение на дросселе, t- время включения I- ток в дросселе L=10В*0,0000125с/2А=0,0000625Гн=62.5мкГн. Для нашего примера дроссель равен 62.5мкГн, но это приблизительно для понятия, так как напряжение на дросселе будет меньше. Добавлено через 16 минут Вот Goga65 нужен понижающий преобразователь Step-Down. Можно сообща его рассчитать и составить схему, если кому интересно. Нужны данные, входное минимальное и максимальное напряжение, выходное напряжение и ток. |
Вложений: 1
Цитата:
Давай попробуем, по крайней мере мне это интересно:)! |
Цитата:
При Step-Down, входное 10В, выходное 5В,А 2*(10Вт/5В)=4А берется просто удвоенный ток. Добавлено через 16 минут Сергей, на панели 50Вт, 62В, 1.42А. Это максимальные данные. Когда солнце уменьшается, падает напряжение и ток? Или ток стабилен? Я не в теме по панелям. Ты хочешь сразу понижать с СБ, или они будут заряжать акб, потом на преобразование? |
62х1,42 ну никак не 50Вт.
Это напряжение ХХ и ток КЗ. А вот 43х1,17=50,3Вт как раз то что нам нужно и это есть входные параметры преобразователя. На выходе обычный АКБ на 12В. Значит максимум КПД преобразования нужно считать в районе 13В. То есть мы должны поддерживать такую скважность, чтобы соблюдались входные параметры, а на выходе уже что получится... Добавлено через 5 минут Valeriy, ану глянь, ничё я там не напутал с редактированием? |
Цитата:
|
Цитата:
Добавлено через 39 минут Цитата:
и второй вариант - у нас идет "согласованый " отбор мощности 43в 1,17А - туча закрывает СБ и ток падает до 10%.... Постараюсь обьяснить задачу к DC-DC: У нас есть СБ -у нее хх=60в и КЗ=1,3А и рабочее (согласованое) напряжение 43в и 1,1А (примерно) - в идеальном согласовании батарея при отборе тока 1,1А поддерживает напряжение 43в(это и есть ее мощность) и с этих входных параметров нам нужно получить напряжение для заряда АКБ(мене например 28,8в),но по мере заряда АКБ "отбираемый ток от СБ будет уменьшаться,а напряжение на СБ будет увеличиваться к напряжению ХХ... т.е. дисишка должна работать в диапазоне напряжения 40-65в. |
Ну вот и появились понятные параметры. Uмакс=60В, Uмин=40В, мощность=50Вт, напряжение выхода 14В (3.5А) и 28В (1.78А).
PS А напрямую акб к батарее будет максимальный ток 1.1А, так? |
Цитата:
Но 13Вх1,1А=14,3Вт А вот 43Вх1,1А=50,3Вт Но вот если напряжение начнёт увеличиваться, то тока в 1,1А уже не будет и как следствие мощности в 50Вт тоже не будет. Добавлено через 6 минут Цитата:
Пусть хоть снег хоть тучи. Есть 43В пошёл заряд, но 43В должно оставаться неизменым. Вышло солнышко, увеличился ток, но 43В должны быть как вкопанны. АКБ зарядился? Нужно уменьшить ток до Нуля? Игорь, ты представляешь себе сколько это заморочек? Я даже алгоритм в башке сложить не могу, поэтому тупо прицеплю баластный регулятор и пусть гасит лишнее... |
Давайте посчитаем. , Uмин=40В, мощность=50Вт, напряжение выхода 28В, ток 1.78А.
Uмакс=60В Vsat (насыщение биполярного, падение) =1В по даташиту на транзистор Vf падение на диоде 0.4В Vin минимальное входное напряжение 40В Vout выходное напяжение 28В Iout выходной ток 1.78А f частота в кГц 50кГц Ток дросселя Ipk=2*Iout =2*1.78= 3,56А Определим коэффициент заполнения Ton/T=(Vout+Vf)/(Vin-Vsat)=(28+0.4)/(40-1)=28.4/39=0.728 Максимальный коэффициент заполнения= Выходное напряжение, В / Минимальное входное напряжение, В Найдем время включения ключа Ton(мкс)=(Ton/T)*(1000/f)) 1000 для перевода мкс Ton =0.728*20=14,56мкс Найдем индуктивность дросселя мГн L=(Vin-Vsat-Vout)*Ton/Ipk L=11*14.56/3.56=45мГн И так, надо намотать дроссель L=45мГн, чтобы легко пропускал 4А тока, подобрать транзистор ключа и нарисовать схему. |
Вложений: 2
Можно применить МС34063, занизив до 40В стабилитроном, а ключ взять не менее 65В. Можно к этой схеме и добавить Р-канальный мосфет с драйвером, типа на рисунке.
В нашем случае с СБ нельзя применить ни драйвер верхнего плеча, ни трансформатор для управления N-канальным мосфетом. По мере уменьшения мощности СБ шим будет увеличивать коэффициент заполнения до максимума, 98% и так каждый период, пока на нагрузке не достигнет 28В и не отключит МС, работая с перерывами. Далее новый цикл. То есть дроссель не будет до конца отдавать энергию и новую не запасать. Станет перемычкой. Батарея будет на прямую сообщаться с СБ импульсами с 98% временем включения. Через ключ ток будет ограничен током СБ и нет надобности в защите по току. |
Valeriy, почитал, посмотрел и чё то мне кажется, что если это дело включить на СБ, то напряжение на входе слёту ухнется до напряжения АКБ.
Нельзя делать обратную связь по выходу... |
Цитата:
|
Стабилизировал напряжение по входу,
результат прекрасный, можно вручную корректировать, когда точка ММ плавает влево-вправо в основном от температуры СБ, ещё процентов 5 тока можно наловить. Устанавливал вручную коэффициент заполнения, в районе 85% -- это на все случаи жизни, на пару процентов можно двигать туда-сюда, подстраиваясь под температуру СБ и степень разряженности-заряженности АБ. В любом случае выигрыш, как минимум 10 % по току, кроме совсем знойных дней, в мороз на разряженный аккумулятор получал до 30 % , ожидаю в особо суровый мороз при ярком солнце и отражённом от снега свете более 40 % , зимой проверю вживе. точка ММ после 10 -- 15 % от номинальной засветки почти не зависит от засветки, а лишь от температуры СБ. Имхо, в большинстве случаев следящий МППТ просто не нужен ! Схема со слежением по входному напряжению -- она же готовый шикарный балластный регулятор. При использовании в качестве источника опорного напряжения любого стабилизатора с включённым впослед диодом получаю отличную следилку с учётом температуры. Следящий контроллер по сути не обязателен. |
Цитата:
Какие 85% скважности? 983, ознакомьтесь с тех условием http://windpower-russia.ru/showpost....73&postcount=3 |
Цитата:
|
ну, значит около 330% по току
( по отношению к подключению АБ влоб) и это будет гдето 30% скважности. Рассчитывать эти значения особого смысла нет, их проще и быстрее уточнить опытным путём. -- всё равно при рассчётах не учтёшь все мелкие нюансы. |
Цитата:
[Скважность] = [Период следования импульсов (T), с] / [Длительность импульса (L), с] [Коэффициент заполнения] = [Длительность импульса (L), с] / [Период следования импульсов (T), с] Я это к чему, чтобы не гадать о чем говорят. Добавлено через 35 минут Сергей, на входе у нас стоит конденсатор, который не дает сильно проседать напряжению и сглаживает пульсацию двойного тока. На выходе мощная нагрузка, которая уменьшается с зарядом акб. Сильно не задирать напряжение, допустим 27.4В, (поставить переменный резистор в обратной связи для точной настройки). А вот ток ключа контролировать на каждом цикле. Тогда больше расчетной мощности не взять и не посадим СБ. А при полной зарядке напряжение не превысит заданного. Должно работать. |
Вложений: 2
Сергей, тебе бы застабилитронитьбы СБ, тогда и деталей больше подходящих. Когда Step-Down заработает, оно просядет и на стабилитроны закроются. Это подключена половинка от генератора на 24В с Перкинса 3 диода в параллель (половинка). Греется хорошо, надо обдувать (или воду нагревать ;-). Но при работе и вместе с Step-Down они и работать не будут, но транзисторы защитят.
|
Вложений: 1
Вот тут описаны особенности и программа для расчёта обратноходового ИБП на известных микросхемах VIPer.
|
Цитата:
|
Цитата:
. |
Вложений: 2
К стати, в LM2576 и LM2596 применена защита по току в каждом цикле, о чем я и говорил. Больше мощности не возьмет. Будет кидать в акб строго, сколько мы ему отмерим. И обратная связь только по выходу. Пока вырисовывается схема на МС34063, как самой простой и дешевой. Тут создал эксельку для подсчета дросселя и прочего. Ограничитель по току подцепить к штатному через дополнительный транзистор. Схема почти как я и рисовал, но позже нарисую полностью. Параметрический стабилизатор на МС и ключ на биполярном. Первый попавшийся 2N6488 56р.
|
Цитата:
|
Вложений: 1
Сергей, есть такая микросхема, LM2576HVT-ADJ, это как я делал Step-Down и как у Гоги65, только на макс напряжение 63В. Напряжение можно регулировать, а ток максимальный 3А. Защита по току и перегреву. Минимум деталей. Индуктивность 100мкГн и ток нагрузки будет от 0.7-3А. Если сможешь купить ее, то это самое то. КПД не менее 77%.
|
Вложений: 1
Немного теории. Различают два режима работы таких схем: непрерывного тока и прерывного (прерывистого) тока через дроссель.
На верхнем рисунке показан режим прерывистого тока, на нижнем - непрерывного. Для непрерывного режима определена величина максимального тока через дроссель (I max) и минимального тока через дроссель (I min). Для прерывного режима I min равно нулю. |
Режим прерывного тока
Силовой ключ (биполярный / полевой транзистор) открывается при нулевом токе через дроссель и диоды выходного выпрямителя, так что отсутствуют коммутационные потери при открытии, а также потери, связанные с временем рассасывания (запирания) диодов. Силовой ключ закрывается при большем токе через дроссель, чем в режиме непрерывного тока, так что коммутационные потери при закрытии будут больше. Суммарный ток через дроссель в некоторые моменты становится равным нулю, то есть дроссель полностью размагничивается. Нужен дроссель меньшей индуктивности. Большая пульсация тока (I max - I min) через дроссель. Больший диапазон изменения индукции в дросселе и, соответственно, потери на перемагничивание, при условии, что используется тот же магнитопровод. Но с другой стороны, так как нужен дроссель меньшей индуктивности, можно использовать меньший магнитопровод, а потери увеличиваются с увеличением размера магнитопровода. Большая пульсация выходного напряжения при одинаковой емкости выходного конденсатора. Добавлено через 9 минут Режим непрерывного тока Силовой ключ (биполярный / полевой транзистор) открывается при ненулевом токе через дроссель и открытых диодах выходного выпрямителя, что увеличивает коммутативные потери при открытии ключа. Силовой ключ закрывается при меньшем токе через дроссель, что уменьшает коммутационные потери при закрытии. Дроссель всегда в некоторой степени намагничен, суммарный ток никогда не равен нулю. Нужен дроссель большей индуктивности. Большая пульсация тока (I max - I min) через дроссель. Больший диапазон изменения индукции в дросселе и, соответственно, потери на перемагничивание, при условии, что используется тот же магнитопровод. Меньшая пульсация выходного напряжения при одинаковой емкости выходного конденсатора. Если источник питания работает на переменную нагрузку, то при маленьком токе нагрузки он обязательно перейдет в режим прерывистого тока. Добавлено через 38 минут В посте http://windpower-russia.ru/showpost....3&postcount=23 я привел иконки расчетов дросселей для прерывного режима. Коэффициент заполнения при максимально возможной для прерывного режима силе тока нагрузки равен отношению выходного напряжения к входному (из закона сохранения энергии). Дроссель рассчитан на максимальный ток. Если постепенно увеличивать индуктивность дросселя (при этом сохранять рабочий ток), он будет больше времени подключен к источнику, пока не выберет все время все отведенное шимом. А что дальше, ведь коэффициент заполнения под 100%? А дальше дроссель не успевает отдать энергию, шим не получает сигнал обратной связи на отключение и выдает импульсы с максимальной длительностью. Дроссель подмагничивается и уменьшает индукцию. Теперь наш Step-Down перешел в режим непрерывных токов. И чем больше будет индуктивность, тем больше потерь иужасных звуков будет издавать дроссель. Что и было у Сергея. |
Всем:hi:
в соседней теме я писал про блок питания HP DPS-1200GB A http://windpower-russia.ru/showpost....&postcount=295 уж прошло 2,5года, как я отдал знакомому спецу сидящему на этой теме, и наличие приборного парка. Он все над ним цокал языком, цацка заморская супер, и молился на его. Мне надоело ждать, я решил забрать. Сегодня я радостно запрыгал, запустил в On-LIne таки эту цацку! Хотя я почтой кидал спецу возможные варианты запуска, подобных блоков, о все они не подходили. Вобщем кому может пригодиться, нужно соединить ногу 31 и 34 через 90 Ом. Лампа 55ватт на 12 вольт работает, на входе 40вольт от аккумуляторов 3шт. Буду эксперементировать с выходным напряжением, если совсем коротить31и34 , старта нет, если больше чем 90 Ом напряжение на выходе выше, но пока не знаю какой ток будет терпеть, до сброса в защиту. М |
Вложений: 1
Сделал 1 эксельку для расчета тока через ключ (дроссель) и минимальную индуктивность дросселя (точно по коэффициенту заполнения) для понижающего преобразователя (Step-Down). Индуктивность можно повышать, но не более, чем для коэффициента заполнения 0.8, чтобы дроссель работал в режиме прерывистого тока.
|
Valeriy, там в табличке указана минимальная индуктивность.
А какая же максимальная? Добавлено через 3 минуты Ага, разобрался, 56мкГ. А как сделать в табличке, что бы можно было изменять частоту и посмотреть как при этом изменяются другие параметры? |
Вложений: 1
Цитата:
|
В книгах, особенно в советских, все время фигурирует скважность. .Скважность S, величина безразмерная. В англоязычной документации, коэффициент заполнения D (Duty cycle), как правило, измеряется в процентах. Но это разные представления одного и того же. И, чтобы не было путаницы в вопросе, необходимо понимать что имеется ввиду. Скважность, это — отношение периода следования импульсов к длительности импульса, а коэффициент заполнения D (Duty cycle), это — отношение длительности импульса к периоду их следования, то есть, это — обратные величины. S=T/t=1/D D=1/S
Поскольку со скважностью, лично мне работать не удобно, трудно для понимания, будем пользоваться Коэффициент заполнения, далее D. D равен отношение длительности к периоду. D=Ton/T с/с выражается в % или в относительных единицах и находится в промежутке от 1 до 0, где T период = 1/f (f частота) в секундах, Ton длительность импульса в секундах, обычно меньше периода T. D нужен для общих расчетов, а Ton для конкретных. Ton=D*Т Ton=D/f. Все очень просто и понятно (для меня). Если весь период импульса представить стаканом, то полстакана воды будет иметь D=0.5/1=0.5. Четверть стакана D=0.25/1=0.25 Если период представить площадью, то D показывает процент заполнения этой площади. Добавлено через 51 минуту Пока рассматриваем понижающий, повышающий и инвертирующий импульсный преобразователь напряжения. Рассмотрим, как D связан с входным и выходным напряжением. Step-Down (Buck) понижающий Vout связана выражением Vout = D* Vin D = Vout / Vin Step-Up (Boost) повышающий Vout связана выражением Vout = Vin /(1- D) D = (Vout – Vin)/ Vou Inverter инвертирующий Vout связана выражением Vout = Vin* D /(1- D) При D больше 0.5 будет повышающим D = (Vout – Vin)/ Vou |
Вложений: 1
Как найти коэффициент заполнения мы определились. Это первое, что нам необходимо вычислить, при расчете. Далее надо найти ток. Вот с ним я помучился. Перелопатил Инет, прочел кучу статей, пересчитал все, и у всех по разному. Ток сильно зависит от времени включения.Чем оно меньше от периода, тем больше будет ток, ведь нужно успеть накопить в дросселе энергию за малое время. И сразу уменьшается индуктивность.И наоборот. Такое хитрое уравнение с двумя переменными. Остановился на буржуях. Я им больше доверяю. Они ввели такое понятие ton/toff, отношение времени включения к времени выключения. На этом отношении и находим ток, кроме понижающего, там все ясно, Ipk=2Iout удвоенному выходному току.
|
Вложений: 1
Сергей, вот такая схемка вырисовывается. Я ее еще не доделал, это набросок. На UC3843
|
Вложений: 1
Вот формулы, по которым можно рассчитать индуктивность дросселя и ток через него.
|
Валерчик ,входное должно быть не менее 60В,а лучше 65в.
|
Goga65,я заложил 65, просто не видно. Сплан не выводит графический файл, но печатает. Дома на большом мониторе захвачу. Мосфеты N-канал можно подобрать на любое напряжение, а ток микросхемы в районе 30мА, так что и со стабилизатором проблем не будет, 1.5Вт потеряем. Тут с трансами тока и драйвера придется чуть чуть скорректировать. Я собрал панельку с дорожками, чтобы вставлять микросхемы дип8, соберу генератор и подберу данные трансформатора тока и поиграюсь с трансом драйвера. Потом и схема созреет полная, чтобы печатку сделать.
|
Вложений: 2
Сделал 2 эксельки для подсчетов Повышающего и понижающего. В первой вкладке задаем напряжения и токи и все считает автоматом. Во вторых вкладках можно поиграть с коэф. заполнения, подставляя вручную. Чуть позже сделаю инвертирующий.
|
Вложений: 1
Сделал эксельку Inverter. Посмотрите, какие токи в нем. Поэтому он имеет самый низкий кпд.
|
Valeriy, а шо это значит инвертер?
Он шо там, плюс на минус меняет? |
Часовой пояс GMT +4, время: 07:18. |
Powered by vBulletin® Version 3.8.2
Copyright ©2000 - 2024, Jelsoft Enterprises Ltd. Перевод: zCarot
Copyright © 2010 Windpower Russia