Me gustaría construir un convertidor de CC a CC de modo conmutado que admita hasta 4000 W de potencia. Debería poder actuar como una fuente de alimentación CCCV, por lo tanto, suministre una corriente constante Imax hasta el punto en que se requiera el voltaje Vmax para tener esa corriente, y luego suministre un voltaje constante Vmax con una corriente decreciente.
Me gustaría que fuera modular, para poder intercambiar algunos componentes para cambiar el Imax y el Vmax. No quiero tener perillas para cambiar el Imax y el Vmax como en una fuente de alimentación de laboratorio de propósito general, ya que estos parámetros se cambiarán muy raramente, cuando cambie las configuraciones de la batería, tal vez cada pocos meses, y no quiero que el riesgo de que yo o alguien más gire accidentalmente las perillas y luego las conecte a las baterías con parámetros incorrectos, lo que podría matar baterías muy costosas; como quiero que esto admita hasta 4kW, puede imaginar que las baterías serán grandes. No, todavía no tengo baterías que admitan esa corriente, pero dentro de unos años podría tenerlas, por lo que quiero que este dispositivo se pueda ampliar fácilmente a medida que crece mi parque de baterías.
EDITAR: modifiqué mis expectativas, lo que espero que facilite la construcción:
La configuración que me gustaría tener:
Parámetros:
En el futuro, me gustaría poder instalar módulos para poder aceptar una entrada de voltaje diferente, por ejemplo, de paneles solares, por lo que un diseño que acepte un amplio rango de entrada de voltaje (por ejemplo, 100-400 V CC) sería una ventaja.
Estaría agradecido por algunos consejos básicos sobre cómo construir tal bestia, posiblemente usando algunos bloques listos para usar, pero no quiero comprar el dispositivo completo, ya que quiero que sea modular y ampliable (a menos que algún kit de bricolaje está disponible).
Podría tomar cuatro suministros CCCV chinos de 48 V (ajustables a 58,8 V) 15 A por menos de 200 $ cada uno y conectarlos en serie para hacer el trabajo, pero luego tengo "cajas negras" que si un solo componente en el interior frena, no tiene el esquema será difícil de arreglar. Por lo tanto, preferiría gastar incluso el doble en un diseño modular hecho por mí mismo, por lo que si algo se rompe, puedo cambiar fácilmente el elemento defectuoso y, si mis voltajes deseados cambian, puedo reconstruir parte del dispositivo sin comprar uno nuevo. uno.
Diseñar una fuente de alimentación no es una tarea trivial. Llevo más de 10 años al servicio de empresas profesionales que realizan este tipo de trabajos.
Algunos pensamientos:
Lado de entrada: esa es una gran potencia que extraerá de la red eléctrica. Calculo que necesitará al menos un servicio de 20A. También necesitará un filtro EMI fuerte para evitar contaminar la red eléctrica con el ruido de conmutación del convertidor. No se olvide de la limitación de irrupción, la supresión de sobretensiones, el tamaño de los fusibles y los circuitos de descarga del condensador X.
PFC: la mayoría de los diseños necesitan algún tipo de corrección del factor de potencia para garantizar que la corriente sinusoidal se extraiga de la red eléctrica. Lo más probable es que necesite un PFC multifásico para manejar este tipo de corriente de manera efectiva.
Convertidor CC/CC: definitivamente necesitará una topología de conmutación suave para lograr cualquier tipo de eficiencia razonable en el lado primario. Mire el convertidor de puente completo de transición de voltaje cero, también conocido como puente completo de cambio de fase (Intersil, Texas Instruments y otros fabrican controladores para este tipo de topología) y busque MOSFET realmente resistentes (he usado IRFPS40N50L para diseños de 3kW ). Necesitará un material de núcleo de transformador realmente bueno (considere Ferroxcube o Nicera) para mantener bajas las pérdidas. Es posible que desee incluso considerar ejecutar dos convertidores de 2kW y sumar las corrientes en el lado secundario con un circuito de distribución de corriente.
Rectificación: No existe una forma eficiente de rectificar un voltaje tan alto. No podrá aprovechar la rectificación síncrona (en mi opinión), por lo que estará quemando energía en diodos Schottky.
Gestión térmica: debe asegurarse de que sus dispositivos magnéticos y de conmutación estén todos en sus áreas de operación seguras, y diseñe disipadores de calor/instale ventiladores para asegurarse de que todos permanezcan fuera de cualquier posible condición de fuga térmica.
Protecciones: sobretensión, sobrecorriente, sobretemperatura, cortocircuito, sobretensión de línea, ESD, EFT... todas las cosas contra las que necesita diseñar una protección.
Reglamentario / Seguridad: deberá asegurarse de cumplir con las distancias de fuga y holguras adecuadas, que su corriente de toque sea segura, que todos los dispositivos magnéticos y del tren de potencia críticos no hagan que la fuente de alimentación se vuelva insegura durante un solo evento anormal, que su gestión térmica es mantener las piezas dentro de sus áreas de operación seguras, que está utilizando piezas aprobadas por normativas para funciones críticas para la seguridad (tapas X e Y, MOV, optoaisladores, etc.)
¿Estás seguro de que realmente quieres probar y diseñar algo así tú mismo? Hay libros por ahí que explican cómo diseñar, pero llegar a ser competente es el trabajo de una vida en sí mismo.
Lamentablemente, lo que está pidiendo no es práctico para un diseño único. Es posible que alguien le ofrezca un diseño completo de bricolaje, pero sus especificaciones generales son tan altas que le resultaría difícil construirlo a menos que ya sea un experto en estos asuntos. Más sobre eso a continuación, pero su probabilidad más probable de éxito es buscar unidades excedentes de alta calidad que se adapten exactamente a sus necesidades o que se puedan adaptar con relativa facilidad.
Si lo hace usted mismo, un error podría provocar la destrucción de componentes electrónicos (por ejemplo, interruptores MOSFET principales) que valen la mayor parte de su presupuesto.
95% de eficiencia a 2 kW significa 100 Watts de pérdidas totales. A una salida de 65 A, para que las pérdidas resistivas sean inferiores a 100 vatios, se requiere que I^2.R <= 100 o que la resistencia sea inferior a 20 miliohmios. Esto incluye la resistencia del devanado, las pistas, la resistencia del conector y más. Esto es factible pero con gran dificultad. Pero eso no deja margen para otras pérdidas.
Con una salida de 28 V, la pérdida de rectificación de 0,5 voltios por sí sola resultará en pérdidas de 0,5/28 ~= 1,8 %. Un diodo Shottky grande PUEDE bajar a 0,5 V en esa aplicación, pero probablemente caerá un voltaje mayor, por lo que perderá incluso más del 1,8%. La rectificación síncrona es la única opción superior, pero incluso para igualar un rendimiento Schottky de 0,5 V se requiere una resistencia de encendido genuina en su interruptor síncrono de R= V/I = 0,5/65 = aproximadamente 7 miliohmios. Nuevamente, eso es factible, pero requiere piezas de alta especificación y una gran cantidad de habilidad y cuidado.
Y las baterías de calidad razonable (presumiblemente de ciclo profundo y presumiblemente clasificadas para algunas horas de funcionamiento a este nivel de potencia) le costarán mucho más que el presupuesto de su inversor.
En general, un enfoque más realista es ganar algo de experiencia comprando el mejor equipo excedente que pueda obtener para su presupuesto y viendo qué tan bien funciona, e investigando dónde están las principales pérdidas y qué se puede hacer para reducirlas. Debería poder comprar equipos excedentes por mucho menos de lo que puede construir algo equivalente usted mismo. Si es capaz de construir algo como esto y comprende adecuadamente lo que debe hacerse, entonces podría comprar equipos sobrantes que se hayan dañado y reconstruirlos o repararlos. Si eso suena demasiado difícil, entonces hacerlo usted mismo desde el principio es probable que sea más difícil.
Ataría cuatro fuentes de alimentación de computadora de> 1000 W juntas y agregaría un PIC o (insertar-microcontrolador-favorito-aquí) para controlar las cosas de CC / CV. La fuente de alimentación de una computadora puede funcionar con CC de alto voltaje y puede ajustarse modificando el circuito de retroalimentación . Un microcontrolador podría modificar las resistencias de retroalimentación usando un potenciómetro digital y podría monitorear la corriente a través de un sensor de corriente de efecto Hall. Sin embargo, el 95% de eficiencia va a ser casi imposible de lograr.
Para potencias muy altas, es muy posible lograr una eficiencia del 98-99% con un motor-generador. Puede ser que para niveles de potencia de pocos KW, el 90% también sea posible. Con un buen motor-generador y algo de masa giratoria se puede obtener un diseño muy limpio y seguro.
No lo hará por unos pocos cientos de dólares. La entrada de 200 V CC estaría bien para la mayoría de las unidades SMPS de red eléctrica de entrada universal (si no confunde el circuito PFC), por lo que podría tener suerte con una unidad excedente.
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