¿Funcionaría esta topología de impulso aislado?

He estado tratando de crear un convertidor CC/CC aislado para el equilibrio de celdas, pero parece que no puedo obtener la topología del todo bien.

En la topología que se muestra en la imagen, la celda está a la izquierda y la batería a la derecha.

El MOSFET con la etiqueta "C1" corta el inductor, aumentando su corriente. Luego se apaga y la corriente del inductor obliga al diodo a conducir, cargando así el capacitor y aumentando la corriente en el primario del transformador.

Cuando el MOSFET se apague nuevamente, el capacitor tomaría la corriente decreciente del transformador. Dado que la corriente en el transformador siempre sube y baja (pero siempre con la misma polaridad), esto crearía un flujo magnético en el núcleo del transformador y transferiría energía al devanado secundario, cargando la batería principal.

El FET con la etiqueta "BoostON" solo se encendería cuando el convertidor esté encendido y siempre estaría conduciendo. Cuando el convertidor detiene la transferencia de energía entre la celda y la batería, este transistor se apagaría. Esto es para evitar cortocircuitar la celda a través del transformador y el diodo de refuerzo cuando el convertidor no está funcionando.

Entonces, ¿hay fallas en esta topología? ¿Hay alguna razón por la cual esto fallaría por completo, o realmente funcionaría según lo previsto?

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Información extra:

Este es solo un convertidor elevador típico con un transformador adicional y un diodo en el lado secundario. El círculo más grande en el transformador indica el lado primario. El transformador utilizado sería este , con una relación de giro de 1:4. El objetivo es implementar el control de corriente PI/PID para obtener una corriente de inductor promedio de 3 A. La razón por la que quiero evitar la típica topología de retorno es por los problemas de control que pueden surgir. La frecuencia de conmutación será de 30 kHz y el inductor utilizado estará entre 70 y 90 uH (calculado para la topología de refuerzo normal). El valor de capacitancia en la imagen es aleatorio. Las simulaciones muestran que el circuito debería funcionar según lo previsto.

Respuestas (3)

Su topología se parece mucho a una fuente de alimentación de PC estándar con PFC activo. Una etapa de refuerzo seguida de una etapa de convertidor descendente aislada. Excepto eso:

  • el inductor en serie con el primario del transformador... eso se ve un poco raro... cual es el proposito?

  • el FET en serie con la "etapa principal" (el transformador aislado) es de tipo N en su diseño, que coincide con la topología típica, pero el suyo está conectado en forma de "colector común" a la polaridad + del "condensador a granel intermedio" . Esto lo obligaría a implementar un circuito de conducción de polaridad N del lado alto en el bloque de control PWM primario... Esto normalmente se hace de una manera diferente: el N-FET está conectado como un interruptor del lado bajo (emisor común) y es impulsado por un controlador PWM IC que también usa el "-" de la tapa a granel como un terreno común con el emisor del FET... ¿De qué voltajes estamos hablando en el lado primario?

Según las marcas finales del devanado del transformador, su convertidor sería un convertidor "directo". Eso es más típico que "un flyback aislado" (que a veces se usa para SMPS de baja potencia y tiene sus propias trampas, por ejemplo, el FET primario debe hacer frente a picos de voltaje más altos si la memoria sirve).

Ah, el inductor es para simular la inductancia del devanado. El MOSFET en serie no cambiará, solo se usa para abrir el circuito cuando el convertidor no está funcionando.
En ese caso, tengo que estar de acuerdo con los demás que han señalado que un transformador no pasará CC :-)
Entonces, ¿debería poner el segundo mosfet en una topología de retorno típica después del impulso? ¿Sería posible controlar ambos mosfets con el mismo controlador PI?
De alguna manera necesitas alternar la corriente a través del transformador. Al menos enciéndalo / apáguelo en alguna frecuencia de radio usando un controlador PWM. El escenario principal (el que tiene el transformador) puede ser una versión "hacia adelante" o "retroceso"; tú eliges, cada uno usa reglas de diseño ligeramente diferentes. En las fuentes de alimentación de PC, el PFC es una etapa de "impulso" (retroceso de un solo devanado) y la etapa principal suele ser de avance con dos devanados. Google "SMPS adelante vs flyback". Un enlace específico: onsemi.com/pub_link/Collateral/SMPSRM-D.PDF
Por cierto, necesita dos controladores PWM separados porque, en principio, habrá dos bucles de regulación. Es un hecho que en las fuentes de alimentación equipadas con PFC, la etapa PFC y la etapa principal = directa a menudo ejecutan ambas etapas sincronizadas en un borde particular, como un truco inteligente para aliviar el condensador principal principal de alguna corriente de ondulación, pero cada etapa necesita un circuito de retroalimentación separado para controlar su respectivo ciclo de trabajo PWM. También hay fuentes de alimentación que usan un controlador PFC para impulsar un "convertidor flyback completamente aislado de una sola etapa", generalmente para una potencia más pequeña (menos de 200 W o menos).

No. Generará un voltaje de CC reforzado en un lado del transformador. Los transformadores solo pasan voltaje de CA, por lo que el lado aislado realmente no acumulará ningún voltaje significativo, aparte de tal vez un pico transitorio al encenderse.

No, obviamente su circuito no funcionará porque el secundario del transformador tiene que entregar CC. No puede hacer eso. Necesita un puente rectificador o un transformador con derivación central y dos diodos para una salida de CC. Y los diodos tienen que ser del tipo de recuperación rápida, los de 50/60 Hz no funcionarán.

La simulación muestra exactamente los mismos resultados para un puente rectificador completo en la salida y un solo diodo. En la versión puente rectificador, 2 de los diodos nunca conducen. Tenga en cuenta que la corriente nunca cambia de dirección en este convertidor, muy parecido a la topología fly-back, que tampoco necesita un puente rectificador en la salida.
¿Su simulación incluye la saturación del núcleo del transformador? La razón por la que funciona para un diseño fly-back estándar es que el transformador incluye la bobina (transformador con espacio de aire en el núcleo), lo que significa que el transformador se satura por diseño . En su configuración, los dos elementos están separados.
Tendrá un componente de CC en la salida del impulso de la primera etapa. Por lo tanto, habrá un aumento constante de voltios-segundo en el primario del transformador y está garantizado que lo saturará.
Exactamente. Pero eso no es tan fácil de ver como la saturación proveniente de CC en el secundario. El circuito no funcionará de esa manera porque el OP está usando un transformador estándar y no el transformador flyback especial requerido para esto.
@Janka Esto no funcionaría incluso si hubiera un inductor acoplado con huecos (transformador flyback). Los transformadores Flyback están diseñados para almacenar energía, pero no se saturan.
Tiene razón, estaba usando un transformador ideal, tan pronto como incluí la inductancia de fuga y la resistencia del devanado, el circuito dejó de funcionar. Entonces, ¿no tengo suerte con esta topología? ¿Hay algo que se pueda hacer para que funcione?
@John D: Ah, tienes razón. Me confundí acerca de lo que significa conducir a la saturación en la configuración real. Un transformador flyback sería impulsado hasta la saturación (como una bobina simple) por el devanado primario, luego disminuiría el campo nuevamente a través del devanado secundario.
¿Funcionaría esta topología de impulso aislado?
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