Проектування 12 В -> 0,1 В 100-500А DCDC


9

Мені потрібно побудувати джерело живлення 0,1V@100-500A - і мені цікаво, який найкращий спосіб підійти до цього завдання? Я думаю, тут не дуже конкретні IC підходять для таких DCDC ... Повинна бути стабілізована в струмі, 10% пульсації в порядку, ніяких вимог щодо частоти перемикання ...

Яка приблизна оцінка розміру / кількості компонентів, які нам завжди потрібні в DCDC (індуктори / ковпачки / кількість каналів) для такого блоку живлення?

Це для нагрівання металевих смуг, які мають дуже низький опір. 20мм ^ 2 мідних з'єднань - це не проблема.

Деякі думки:

Навіть мій провід AWG4 дав би мені 0,8 мОм на метр ... Якщо я розміщую DCDC безпосередньо поруч із споживачем, я можу мати приблизно 0,2м з'єднання та опір 0,16мОм ... Але якщо я хочу мати регулятор комутації, мені знадобиться багато FET та індукторів ... На щастя, у мене вже є купа N-FET 5mOhm, так що я можу запустити 20-30 з них паралельно, і купу індукторів 1uH з якихось 1,5 мм ^ 2 дроту, який я також можу запустити паралельно (все це із партії пошкоджених материнських плат ПК) ... Питання в тому, який найбільш реалістичний спосіб керування всіма цими речами - я думаю про те, щоб мікроконтролер керував усіма цими FET (використовуючи прості дискретні схеми водіння) та зворотний зв'язок через на борту 1 msps ADC .. Цікаво, що повинно бути частотою перемикання, враховуючи, що індуктори лише 1uH?


Коментарі Баунті : Все ще хочеться почути думки про DCDC спосіб, без трансформаторів. Компактний DCDC може поміститися прямо у вакуумній камері, що неможливо для трансформатора. І так, завдання полягає в нагріванні вольфрамової фольги різної геометрії у вакуумі (до деяких 1000С).


5
@ 100 до 500 Ампер? Я використовую такі джерела живлення, чи розумієте ви, наскільки важка робота з подачею на. Це більше, ніж ваш результат у 5 разів. Для цього розроблені промислові джерела живлення, вони дуже дорогі і часто потребують водяного охолодження.
Кортук

2
Lemme Guess - ви будуєте зварника?
Коннор Вольф

1
@ Назва факту Ні, зварювальникам потрібно більше 50 Вт потужності :-) Це для нагрівання крихітних смужок металу до контрольованої температури.
BarsMonster

Ви можете розглянути можливість використання трансформатора струму і регулювання струму замість напруги. Як вказував Кортук, резистор струму не працює. Або це повинно бути рівно 0,1 В?
Майк Десимоне,

Я не можу придумати компактний постійний / постійний струм, що робить 500А, і ні в якому разі не є більш компактним, ніж тороїдальний трансформатор.
Федеріко Руссо

Відповіді:


5

Якщо для обігріву, я думаю, змінного струму так само добре, як і постійного струму. Я побудував би тороїдальний трансформатор із лише 1 вторинною обмоткою (залежно від вхідної напруги). Для досягнення високого струму розмістіть паралельно кілька вторинних обмоток і переконайтесь, що їх довжина проводу точно така ж.

редагувати
Ви можете зробити вихідну змінну напруги / струму, подаючи вхід трансформатора від змінної:

змінний

редагуйте 2 (перегляньте ваше цифрове регулювання)
Я про це думав деякий час, і, думаю, найкращою ідеєю є не в першу чергу перемикати сильний струм. Будь-які інші компоненти, крім самих металевих смуг, і з'єднання з ними призведуть до втрат принаймні на сотні Вт.
Можливо, ми все-таки можемо використовувати наш трансформатор і робити перемикання на первинному боці, тоді нам не доведеться турбуватися про перемикачі опору на мільйони. Я б використовував постійну напругу на первинному трансформаторі, подрібненому MOSFET. Робочий цикл визначатиме струм вторинного.

редагувати 3 (об'єднати з іншою відповіддю за пропозицією КВ)

Перше, на що слід звернути увагу - це вакуум . Це означає, що все охолодження доведеться проходити через провідність через стінку вакуумної камери, оскільки ваші температури не будуть досить високими, щоб втратити багато тепла через випромінювання, і, звичайно, у вакуумі немає конвекції. Це також проблема тепла, що розсіюється в навантаженні (металева фольга).

Перехід від 12 В постійного струму - це високе замовлення. Стандартним способом переходу від більш високої напруги та нижчого струму до більш низької напруги при більш високому струмі, звичайно, є SMPS . Навіть при низькій 66-відсотковій ефективності живлення на 12 В потрібно буде поставити лише 6,25 А (на 75 Вт). Шматок пирога, здається. Однак струм котушки знаходиться в діапазоні вихідного струму, при цьому піки піднімаються вище. Існують силові котушки, які можуть працювати з 100A , але вони мають таку низьку індуктивність, що їм потрібно дуже швидке перемикання , що спричиняє дуже великі втрати комутації в MOSFET. А тут ще й потужність, втрачена внаслідок випромінювання, чого може бути багато . Звичайні діоди Шоттлі також відсутні, тому вам знадобиться синхронне випрямлення за допомогою MOSFET.

Якщо говорити про синхронну випрямлення: це також варіант живлення змінного струму. У вас буде кілька перепадів напруги, хоч і низьких, тому вам доведеться починати з напруги трохи вище, ніж 0,1 В. Ефективність теж не буде високою, хоча навіть додаткове падіння 100mV призведе до втрати лише 50 Вт, тому я вважаю, що це прийнятно. Класичний діодний випрямляч вимикається через великі втрати потужності, і ось звідки надходить синхронний випрямлення . Ви отримаєте випрямлений синус, який найближчий до діючого джерела постійного струму. (Навіть не думайте про конденсатори для згладжування струмів 500А!)

Для вимірювання струму можна скористатися парою цих резисторів від Isabellenhütte.

Поточний резистор

(Незважаючи на кілька крапель паразитичної напруги, жоден з них не підходить для вимірювання струму, оскільки ми не маємо контролю над включеними опорами.) 0,1 мΩпоточний сенсорний резистор заданий для 200А, тому вам знадобиться паралельно їх ряд. Потужність в резисторах низька, вони задаються на 5 Вт максимум, але розраховують на кратну потужність для паразитарних опорів. Найкраще було б зварювати якомога більше і монтувати на металеву стінку вакуумної камери.
Якщо ви використовуєте три 0,1мΩТеоретично резистори паралельно теоретично у вас буде 17mV при 500A. Це не так багато, але на практиці це може бути вище, як 25 або 30мВ, через опір паразитів. При 100А це буде від 5 до 6мВ. Інструментальний підсилювач допоможе вам довести це до рівня , який легше Шей подрібнювач працювати.

Решта - у регуляторі зворотного зв’язку, який фактично є підсилювачем класу D , після вимірювання струму усереднюється низькочастотним фільтром.
Не використовуйте занадто високу частоту рубання; це лише збільшить розсіювання комутації в MOSFET, і крім того, нагрівання повільне, тому вам не знадобиться перемикання на півмісекунди.

Сантехніка: Вам знадобиться акумулятор з паралельних MOSFET, який я б паяв якомога більше на мідних прутках, щоб максимально зменшити паразитичний опір.


І якщо я хочу регулювати струм, мені доведеться відрегулювати вхідну напругу через ще один DCDC? Чутливий струм - ще одна цікава проблема такого діапазону ...
BarsMonster

@BarsMonster - можливо, ви можете відчути струм індуктивно або за допомогою датчика ефекту Холла, який використовується в поточному зонді - можливі ширини смуги в кілогерцах. Це звучить як робота, де може бути бажане поточне регулювання (до значення, встановленого досвідом оператора). Або навіть використовувати датчик температури для регулювання струму вгору та вниз в межах допустимого діапазону.
Кріс Страттон

Мені потрібне цифрове регулювання - металеві смужки досить малі, і повільна людина не зможе зменшити струм, перш ніж вона випарується :-) Те саме для зондування температури - такі дрібні речі матимуть дуже швидкі градієнти температури ..
BarsMonster

@BarsMonster, ми робимо це на своїй роботі і використовуємо трансформатор і випрямляч з водяним охолодженням. Ми точно знаємо, що трансформатор дає як підсилення, і ми використовуємо джерело, кероване струмом. Це не просте завдання. У нас є водяні охолоджені лінії до нитки, але вони не створюють проблем, оскільки ми використовуємо механізм управління струмом.
Кортук

2

Починати зі зварювальника може бути дуже хорошою ідеєю. Це величезна кількість струму за більшістю стандартів. Зварювальник має запас сил (як зазначаєте), а перемотування трансформатора зварника може бути таким же простим, як і все, що ви можете зробити. Гм. Подряпайте це, напевно. Зварювач буде "вольт за обороти", і вам потрібно щонайменше 5 обертів на вольт (вихід 0,2 В, щоб дозволити 50% втрат по дорозі. Можливо, трохи більше, ніж це.

Візьміть сучасний напівпровідниковий зварювальник. Порахуйте повороти на вторинному АБО, зробіть один виток на вторинному (може бути "не надто важким, щоб знайти спосіб цього зробити") і подивіться, що таке вольт на оборот. Якщо у вас <~ = 0,5 В / оборот, у вас може бути стартер. Якщо так, це можливо набагато простіше, ніж більшість альтернатив.


1

Я бачу, що ви починаєте з 12 В постійного струму, тому ви не можете просто використовувати трансформатор. Стівен має рацію в тому, що вихід може бути змінного струму, якщо він призначений лише для обігріву. Це повинен зробити тороїдальний трансформатор пристойного розміру. Первинний приводиться в рух мостом H від напруги 12В, а вторинний використовується безпосередньо як вихідний струм змінного струму.

Не очікуйте супер ефективності. Характеристики трансформатора будуть ключовими. Це потрібно буде розробити для високого струму та низької напруги.


Ну .... Виготовлення трансформатора за допомогою дроту AWG4 (і, мабуть, навіть більше, якщо нам знадобиться не лише 1 петля)? Це буде величезно ...
BarsMonster

0

Чи можливо переглянути ваші вимоги до дизайну та використовувати інший (бі-) метал для нагрівального елемента? Ніхромний провід - це пара Ом на метр, і він доступний у багатьох датчиках. Я використовую шматок 16 калібру з трансформатором, який дає мені 30А змінного струму на 2 В або близько того, тож 60 Вт, такий самий балпарк, як ви говорите. Можливо, ви могли б використовувати інший метод, щоб виконати те саме завдання. Нагрівайте річ або прямо, або опосередковано, щоб нагріти ваш інший предмет.


Ніхром нормально лише для низьких температур, в моєму випадку температура буде 1000С і вище. При температурі 1000 ° С ніхром окислятиметься / випаровується залежно від умов.
BarsMonster

так що ваш елемент - це що? Вольфрам? Здається, вам належить якась цікава робота просто підключення великих провідників до елемента, не розплавляючи точку з'єднання. Температура плавлення міді трохи нижче 1100С.
shortted.neuron

Так, вольфрам. Це буде справді цікаво :-)
BarsMonster
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.