¿Es posible un convertidor elevador de 24V-48V 40A?

Me gustaría producir un convertidor reductor/elevador que pueda convertir 24 V a 48 V con un máximo de 40 A. corriente de salida. Se utilizaría para controlar un motor DC, en concreto el motor DC MY1016Z3.
No puedo usar una fuente de 48V directamente porque es para una competencia que requiere que el voltaje de la batería sea de 24V.
He realizado algunas pruebas con el diseñador de etapa de potencia de Texas Instruments y, según él, a 20Khz PWM, necesitaría al menos un inductor de ~45 μH 100A que pueda obtener.
Usaría un convertidor buck boost de 4 interruptores para poder disminuir las pérdidas y también el voltaje de salida.

Solo quiero verificar que dicho convertidor sea posible con una eficiencia razonablemente alta.

También deberás comprobar detenidamente el resto de condiciones del concurso. La limitación del voltaje de la batería probablemente exista por una razón. Puede ser que detrás de ese límite haya una limitación general de voltajes en el sistema. Lo más probable es que se deba a consideraciones de seguridad.

Respuestas (2)

Mirando el motor que desea usar, no recomendaría hacer lo que ha planeado por varias razones:

  1. La eficiencia de conversión puede ser tan alta como 90-95%, pero una pérdida del 5% en la potencia que está hablando es mucho calor.
  2. El voltaje nominal del motor es de 24 V, si lo hace funcionar a 48 V para obtener más potencia/rpm, lo más probable es que se sobrecaliente el devanado. Es mejor cambiar el engranaje para adaptar su velocidad/par nominal a sus necesidades.
  3. Confiabilidad, si está planeando construir un vehículo, dicho regulador de impulso será la fuente de muchos posibles problemas en el futuro.
  4. Peso, nuevamente si estamos hablando de un vehículo, el peso adicional de su artilugio de refuerzo junto con todo el enfriamiento requerido, pesará su vehículo (tal vez más de lo que gana al sobrecargar su motor)

Si la eficiencia es su objetivo final, no recomendaría intentar aumentar el voltaje de la batería a ese nivel de potencia. ¿Ha considerado rebobinar los devanados del motor o adaptar el engranaje? Lo haría primero antes de analizar la solución propuesta. También si hablamos de vehículo (¡¡necesitas ahorrar peso!!)

Desafortunadamente, la competencia no permite modificar el motor. No creo que la calefacción sea un problema, ya que solo planeo usar el convertidor por un corto tiempo, como un nitro en un automóvil de gasolina. Solo estaría funcionando a su máxima potencia durante 5 segundos como máximo. Los eventos también son muy cortos, por lo que el regulador de impulso no necesitaría durar períodos prolongados de tiempo. También estimo que el controlador solo pesaría alrededor de 750 g, lo que no será muy significativo. Me preocupa más si el convertidor funcionaría con una potencia tan alta.
Por alguna razón, sentí la vibra de las carreras de resistencia en su publicación inicial, por lo que mi respuesta se centró en el rendimiento de eficiencia/peso del sistema. Con los nuevos conocimientos en mente y con el sobrecalentamiento del motor fuera de la ecuación, diría que es completamente factible. Lo más probable es que el convertidor funcione, pero querrá evaluar la influencia de la sobrecorriente cuando encienda las cosas. Precargaría un banco de condensadores que va de paralelo (24 voltios) a serie (48 voltios) para ayudar al convertidor en el arranque o algo así. ¡Es un esfuerzo muy valiente!
¡Muchas gracias por el consejo!

Es posible. Eso sí, necesitas una batería enorme. A continuación puede encontrar un diseño de impulso simple. Preste atención a la corriente de entrada. Hay MOSFET/IGBT y diodos que pueden manejar esta corriente disponibles en el mercado. Sin embargo, la disipación de calor puede ser un problema.

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huellas

Gracias por esto, estoy planeando que el convertidor solo funcione como un impulso rápido que dure unos 10 segundos como máximo. Estoy planeando reemplazar el diodo con un mosfet síncrono y usar 2 mosfet hy4008 en paralelo para cada interruptor. esto daría un rdson de 1.5mohm que a la corriente rms de entrada de alrededor de 80a, me daría 4.8w por mosfet y dado que se usan 2 juegos de 2 mosfet en un momento dado, 19.2w de pérdidas de mosfet a máxima potencia que yo Creo que estaría bien con un disipador de calor decente. Sin embargo, no estoy seguro de si este mosfet es ideal debido a la alta carga de la puerta.
¡NO confiaría solo en una simulación tan rápida para concluir que es posible! En esa simulación se ha dejado mucho fuera y se ha considerado ideal. Por ejemplo, no hay resistencia en serie en el cableado, la fuente de alimentación, el inductor y el diodo. En el simulador todo se ve bien y funciona. Entonces realmente lo construyes y todas esas resistencias y pérdidas "olvidadas" te morderán . Mire los diseños existentes para corrientes de 40 A, tenga en cuenta lo que se debe hacer para evitar tener pérdidas demasiado altas. ¡Es una trampa común en la que caen los principiantes!
Eso es absolutamente cierto. Este modelo no es una base para un diseño real. Esto es puramente para indicar la magnitud de la corriente y la potencia con la que estamos tratando. Sin embargo, es una indicación de que un concepto (es decir, 24/48 V con carga de 40 A) es factible.
@Krzych, ¡es tan amable de tu parte ir más allá y hacer una simulación rápida! ¡LTspice por la victoria! Una cosa que siempre me ha molestado cuando se trata de reguladores de voltaje de cualquier tipo, es que cuando se maneja una carga inductiva (un motor, por ejemplo) siempre tienes una especie de cortocircuito al arrancar. Y puede, si no se considera completamente, evitar que su suministro incluso comience. Pero no soy un experto, es solo algo que había notado. Ahora tengo mucho cuidado al diseñar todos mis sistemas con el voltaje de la batería como fuente de voltaje para todos los motores, de modo que evite los problemas de conversión de alta potencia.
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