Step-down měnič s širokým rozsahem proudů

[kybler]

Zdravím všechny,
rád bych si tu ověřil jednu teorii, než to začnu bastlit:
Chci postavit step-down měnič ze síťovýho napětí na cca 170V, s proudem téměř od nuly až do 30A. Velkej proud nebude problém, tlumivka 0,2mH na velkým práškovým jádru to zvládne. Problém je s malým proudem, kdy by obvodem tekly krátký proudový špičky a způsobovaly rušení. Tlumivka 2mH/30A (například) by vycházela neúměrně velká, dalo by se to vyřešit dimenzováním např. na 8A s tím, že při větších proudech by se nechala přesytit a druhá 0,2mH s ní v sérii by tu práci odvedla? Díky.

[Milan]

Přesycená tlumivka neznamená,že není v jádře naakumulována energie,právě naopak,je jí tam maximum dané vnějšími obvody,které se po rozepnutí spínače přelije do výstupu. Takže to ti asi nepomůže. Krátkých pulzů při malých odběrech z hlediska rušení ,pokud to bude regulační obvod vůbec stíhat, bych se nebál - rušení způsobují především hrany pulzů a ty tam budou stejně a při velkých proudech to bude mnohem horší.Obával bych se spíše,že by ty pulzy musely být tak krátké,že to regulační obvod nedokáže - já bych asi prvním nástřelem pro velmi malé proudy ( třeba do 100 mA) hledal řešení v připojení dodatečné zátěže ,aby proud nemohl klesnout pod minimální realizovatelnou ( uřiditelnou) hodnotu - a nebo upravit regulační smyčku tak,že při malých proudech bude "klopýtat",tj.vynechávat pulzy,což je ostatně častý jev u mnoha měničů. Jinak na 30A výst.proudu budou v měniči špičkové proudy obrovské, takže návrh desky,kondenzátorů,spínače atd. bude na hodně experimentů,o problémech s rušením raději nemluvit. Přeji hezkou zábavu .

Pozn. Nevím,co to bude mít za zátěž,ale brát to přímo ze sítě ,no nevím,ve špičce třeba 50A,asi bude problém sehnat vůbec kondenzátory za usměrňovač sítě,které tyhle proudy zvládnou. Pokud to
zátěž/požadovaný výkon umožní,určitě bych hledal jiný typ měniče a s trafem.

[kybler]

Abych to ještě víc zkomplikoval - bude to pracovat ve střídavým obvodu, takže žádný elyty tam nebudou moci být, má to být něco jako elektronický autotrafo, je požadavek na okamžitou změnu výstupního napětí a to mechanický autotrafo prostě nedá. Proto zbývá filtrovat to pouze tlumivkama, taktovací kmitočet nastavit co nejvýše (100kHz+) a doufat, že ten zbytek několika uF svitkáče poberou.
Mám za to, že tlumivka na malý proud se při velkým rychle nabije a přesytí, proud v obvodu prudce vzroste, až se začne nabíjet ta na velký proud. Pokud nedojde v následující mezeře k jejímu vybití pod 8A, první tlumivka bude stále přesycená a bude se uplatňovat jen její reálnej odpor. OK?

[Milan]

Myslím,že se s tou tlumivkou mýlíš, ta energie i při přesycení stále v jádře je a uvolní se.Podívej se na křivky magn.materálů. Stoupá proud,tím H a B,až se to dostane do nasycení,což ale znamená jen to,že
při změně H se již B nemění a tudíž se to tváří jako by indukčnost zmizela ( pro malé změny ΔI je ΔB rovno nule ). Když to ale vypneš,vrací se to po křivce ( bez remanence stejné) zpět a najednou tu máš znovu jakoby indukčnost a uvolňuje se energie. Přesycením magn.pole tlumivky "nezmizí",to by odporovalo zákonu zachování energie , energie v jádře byla, a najednou z boží vůle není...??

No možná ti začínám po druhém čtení rozumět, ten proud malou tlumivkou nesmí klesnout tak,aby se "odsytila",takže její energie se v daném cyklu neuplatní, takhle možná ano,ale jak se to bude chovat na hranici ? To už je počítání a přemýšlení tak nejméně na doktorát zvěd .

[Habesan]

t=65585

[kybler]

2habesan:
Ano, to bude to toho samýho zařízení, přístroj pro přesnou referenci 230V a impedanční smyčkou blízkou nule. U takhle složitýho projektu je lepší se poradit. Kontinuální proud do 10A, krátkodobý 30A. Na prvním stupni tenhle stepdown měnič, v druhým trafo, který to bude transformovat zpátky na 230V a pak z výstupu vzorek napětí do "komparátoru" s AC referencí, odkud se bude řídit ten první stupeň kterej v případě poklesu výstupního napětí z jakéhokoliv důvodu "přidá plyn".

2Milan:
Přesně tak, v jednom režimu se uplatňuje jedna, v druhým druhá, já jen, abych je nemusel přepínat a mohly tam bejt obě.

[Milan]

Dej vědět,jak ti to bude fungovat,já bych si tedy na to netroufl,kromě zvládnutí těch šílených proudů ještě regulační smyčku přes x nelineárních a různě fázi posouvajících prvků (měnič,trafo..) ... asi jsem už starej.

[mtajovsky]

Mě se zdá, že každý mluvíte o něčem jiném. Energie v přesycené tlumivce je, ale čemu to vadí? Problémem tématu je, že když proud poklesne pod určitou hodnotu, dostane se tlumivka do oblasti nespojitých proudů a její filtrační schopnost rapidně mizí. Řešení se dvěma tlumivkami může fungovat, ale s tím, že při přesycení tlumivky na malý proud stoupne výstupní zvlnění.

Regulace by neměla být nijak složitá, spínané regulátory (konstantního) proudu jsem použil v nabíječce akku a ve zdroji žhavícího proudu s jednoduchou proporcionální regulační smyčkou (čili sic jen v ss aplikacích) a nebyly žádné problémy.

[mtajovsky]

Mě se zdá, že každý mluvíte o něčem jiném. Energie v přesycené tlumivce je, ale čemu to vadí? Problémem tématu je, že když proud poklesne pod určitou hodnotu, dostane se tlumivka do oblasti nespojitých proudů a její filtrační schopnost rapidně mizí. Řešení se dvěma tlumivkami může fungovat, ale s tím, že při přesycení tlumivky na malý proud stoupne výstupní zvlnění.

Regulace by neměla být nijak složitá, spínané regulátory (konstantního) proudu jsem použil v nabíječce akku a ve zdroji žhavícího proudu s jednoduchou proporcionální regulační smyčkou (čili sic jen v ss aplikacích) a nebyly žádné problémy.

[Milan]

U měničů je hlavní funkcí tlumivky,pokud ji daný typ měniče používá, akumulace energie a její předání ve vhodném intervalu na výstup,nikoliv filtrace ( to až bude řešit odrušení,přijdou další tlumivky).
Co se týče regulační smyčky,pak u ss zdrojů by to problém být neměl,zde však kolega řeší stabilizaci -říká proudu - ve skutečnosti však chce mít fix 230V AC na výstupu při připojení jakékoliv zátěže,čili ideálně nulovou výstupní impedanci zdroje .
Tak teď si ovšem musíme říci,co to znamená v reálu připojení té zátěže a jaké,tj.včetně event.komplexních složek.Asi to nepřipojí za µs,možná ani za ms,záleží,čím to bude připínat. Bude-li to připínat relé,stykač či ručně,nedostane se pod jednotky ms při činné zátěži. To už je srovnatelné s částí periody sinusovky na výstupu,avšak mnohem delší než perioda měniče. Co bude měnič dělat v té "polovodivé" připínací době,ví jen pánbu,i kdyby byla regulační smyčka seberychlejší.Asi by tedy bylo vhodné to připojení resp.zátěž a parametry s tím spojené nějak upřesnit.
Možná by kolega mohl nahodit aspoň nějaké blokové schema,aby bylo vidět,jak vlastně ta sinusovka (tj.obě půlvlny) vznikne jak bude zapojeno to trafo na výstupu a jak regulační smyčka ,pokud to ovšem nechce třeba patentovat.Dojde-li ke skoku v zátěži třeba z 0 na 30A, pak bude trvat dost dlouho -více period měniče - ,než to měnič "dotáhne",neboť energie v dotčené tlumivce nemůže být neomezená. Po tuto dobu musí nutně dojít v poklesu napětí na výstupu (výst.impedance nebude nulová) - prostě proud tlumivkou se nemůže skokově změnit z nuly na třeba těch 30A ,spíše ale více viz funkce měniče a proudové pily.

[kybler]

Tak popořádku:
Má to bejt inštrument pro kalibraci revizních přístrojů (mft,cm,euro/instaltest,pu,...), při čem je nula velmi žádaná a těžko dosažitelná.
Zatím mám jen plánek výkonový části, bohužel to dělám pro firmu, takže přesný schéma nesmím, ale snad bude stačit slovy:
Na vstupu pí článek kvůli filtraci bordelu do sítě, následuje bipolární mosfetovej spínač, druhej bipolární spínač k zemi (nahrazuje diodu ve standartním stepdown měniči), pak ty slavný tlumivky a za nima kapacita přiměřený velikosti, aby to vyfiltrovalo taktovací kmitočet a příliš nehejbalo fází padesátky. Pak následuje 2kW toroidní autotrafo, který z těch cca 170V udělá zase 230V.

Jen ještě jeden dotaz k tlumivkám - neexistuje nějakej materiál nebo tvar jádra, aby BH diagram nebyl hokejka ale lámal se postupně, že by "u" klesalo tak nějak plynule v závislosti na proudu?

[Milan]

Tak to tedy bude velestroj ! Jestli tím "u" myslíš permeabilitu,tak to asi nenajdeš.Ale možná by ti jako inspirace pomohlo řešení podobného problému v "malém":
Jistá EN ( číslo už nevím) požaduje,aby proud zařízení odebíraný ze sítě
obsahoval méně než definované množství harmonických ( jsou tam nějaké kategorie podle použití zařízení ) ,aby se nemršila až tak moc síť. Pro řešení bylo potřeba,protože tam byl klasický spínaný zdroj,aby byla předřazena "železná" tlumivka .Měřením se ukázalo ,že je potřeba,aby měla při malých odběrech hodně velkou indukčnost ,ale při velkých proudech by stačila podstatně menší (souvislost se střídou v měniči). 2 tlumivky by se tam nevešly a jedna klasická by byla obrovská . Řešení - jedna tlumivka ,asi 6 plechů bez mezery střídavě (ty se při velkých proudech přesytí) ,ostatní s mezerou spočítanou na max.sycení. Ve výsledku se chovala tak,že při malých proudech pracovala jako ta tvá "pomocná",při velkých klasicky. Plechy skládat asi nebudeš vzhledem k těm kmitočtům , ale třeba s EI jádrem apod.už by se dalo nad něčím přemýšlet.

[kybler]

Takže pokládám teorii za potvrzenou, jdu do toho, ale že bych to udělal se třema? Dva železoprachy a jeden ferit bez mezery na ty úplně malý proudy/chod naprázdno? Ještě to pokoumu, mohlo by to bejt zajímavý.
Každopádně díky za po dlouhý době plodnou diskusi.

[Milan]

Jsi velký optimista,to je dobře,já úplný opak,ale vždycky to bohužel dopadlo ještě hůř než jsem si myslel... .

[kybler]

člověk to nesmí hned při prvním neúspěchu vzdát, náčrtků tu mám hned několik, když nevyjde jeden, zkusí se ten druhej, úplně na jiným principu. Kdyby po mě nechtěli proudy, že by to utáhlo žehličku, tak tam fláknu 2 velký elyty, udělám jeden velkej operák na +/-320V s výkonovým koncem, nakrmím to 5V AC referencí, zesílím a zpětná vazba udělá všechno za mě a ani nebude na ten krátkej impuls potřeba PWMka.

[Milan]

No tak možná ještě nějaké tipy pro inspiraci ,kdyby to nevyšlo :
- transduktor,
- upravený profi frekvenční měnič,
- profi zesilovače řádu kW + trafo,
- zesilovač třídy E .
Ať se ti daří.