Estoy planeando construir una fuente de alimentación de salida múltiple que permita voltajes de salida entre 0 - 30 V y corrientes por debajo de 5 A. La idea es que compraré una cantidad de bloques de alimentación de 30 V 5.3 A (desconozco si tienen salida flotante o tierra negativa) y cree un convertidor reductor-elevador aislado ajustable (controlado por un microcontrolador suministrado por 7805 por SMPS) y un postrregulador lineal de alta eficiencia y baja caída para eliminar cualquier ruido de conmutación restante. La razón por la que elijo la topología buck-boost es que los convertidores buck tienen cierta caída de voltaje, por lo que el bloque de alimentación de 30 V podría generar solo alrededor de 28 V después del segundo SMPS autoconstruido y 26 V después del regulador lineal, por lo que realmente necesito la capacidad de aumentar el voltaje. tanto arriba como abajo. Además, buck-boost permite usar ladrillos de alimentación de entrada de 24 V como entrada en un apuro con una salida completa de 0-30 V si tienen suficiente capacidad de corriente. También elijo construir etapas SMPS aisladas porque los convertidores reductores-elevadores convierten la tierra negativa en tierra positiva, lo que sería extraño en la salida, y quiero la capacidad de usar cualquier bloque de alimentación de 24-30 V, conectado a tierra (positivo o negativo) o no, y tener total libertad para conectar salidas en serie de cualquier manera, para crear, por ejemplo, una fuente de alimentación de dos lados.
Estoy tratando de encontrar un transformador de potencia de alta frecuencia con núcleo toroidal adecuado para mis usos. Las especificaciones que necesito son:
Creo que estas especificaciones son bastante extrañas. La mayoría de los transformadores de potencia tienen 120-230 V en la entrada y un voltaje mucho más bajo en la salida (pero quiero usar bloques de alimentación seguros en lugar de construir dispositivos que funcionen directamente entre 120-230 V). Algunos también están diseñados para frecuencias de 50-60 Hz únicamente. Además, la mayoría de los inductores son solo inductores, con un solo devanado.
Lo mejor que pude encontrar es un estrangulador de línea de alimentación de modo común toroidal. Especificaciones aquí . Parece prometedor porque la inductancia de 1 mH se mide a 10 kHz (aunque solo a 0,1 mA), y porque la resistencia de CC es muy baja, y porque la corriente nominal es de 7 amperios. Además, tiene el mismo número de vueltas en ambos devanados.
Sin embargo, este no parece ser un inductor diseñado específicamente para mis aplicaciones. Estoy preocupado por las siguientes propiedades:
¿Parece que este estrangulador podría usarse como un inductor aislado de dos devanados en un convertidor reductor-elevador que funciona entre 20 y 100 kHz?
De lo contrario, ¿cómo debo encontrar o construir un inductor de dos devanados / transformador 1: 1 adecuado?
El circuito es esencialmente el mismo que el circuito aquí: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Buckboost_conventions.svg
...pero con la excepción de que el inductor se reemplaza con un transformador 1:1, y el lado izquierdo del circuito está conectado al devanado primario, y el lado derecho del circuito está conectado al devanado secundario.
Puedo ver que es tentador usar un estrangulador de modo común de EMC. No lo haría porque la clasificación de corriente CC del estrangulador es muy baja debido a la saturación del núcleo y, a menudo, la ferrita tiene más pérdidas, lo que es bueno para EMC pero no como el inductor principal de un SMPS. Además, los estranguladores EMC de modo común tienen una inductancia de fuga significativa que generalmente no es deseable en topologías de conmutación dura.
Hmm, probablemente funcionaría. Las desventajas a tener en cuenta en los CMC son:
El dibujo es probablemente preciso en cuanto al número de vueltas. Entonces, cinco enciende el núcleo que sea. Es probable que sea una pieza de VAC, puede consultar su catálogo para encontrar un núcleo que se ajuste, probablemente VITROPERM 400 a 800, desafortunadamente no dan las dimensiones del núcleo, solo las dimensiones externas después del bobinado, por lo que es una suposición.
Dan impedancia CM y DM (en función de la atenuación a 100 ohmios), lo que sugiere LL ~ 0,93 µH. Tenga en cuenta que estos núcleos son, en última instancia, de metal laminado, por lo que muestran un efecto de piel: la región de <30 kHz es dominante en la inductancia; pero 30k-10M, el efecto de la piel se hace cargo, R ~ = X, y la impedancia aumenta más gradualmente (Z ~ sqrt (F)). Por lo tanto, tienden a tener grandes pérdidas en esta región; aún así, la impedancia general es bastante alta, simplemente podría ser lo suficientemente baja como para que no le importe.
Por el lado positivo, hay muy poca pérdida por histéresis de la que deba preocuparse; la pérdida aquí es esencialmente un proceso lineal, corrientes de Foucault en las capas finas, por lo que puede calcular las pérdidas a partir del gráfico de impedancia. Algo indirecto, pero representativo.
En cuanto al límite de frecuencia inferior, está determinado por la densidad de flujo máxima permitida y la pérdida de núcleo aceptable. Tenga en cuenta que, dado que Z ~ sqrt (F) en la región del efecto de piel, para un voltaje aplicado dado, es mejor operar a una frecuencia más alta para obtener una pérdida de núcleo más baja. Las frecuencias bajas pueden terminar con demasiada pérdida. Pero tampoco puede correr demasiado alto, porque LL dominará (a menos que cambie a una topología resonante para aprovechar esa inductancia). De todos modos, la densidad de flujo para estos materiales es de alrededor de 1,2 T (buena y alta: el triple de lo que obtendría en una ferrita del mismo tamaño), pero para el área del núcleo, necesita encontrar una hoja de datos y ver.
En cuanto al cable, claro, el efecto piel es una preocupación. Es un cable sólido, solo está destinado a la frecuencia de la red de CA, básicamente CC. Se calentará mucho más a 10 o 100 kHz, con corrientes similares. Tenga en cuenta que está solicitando 30 V 5 A CC, en una topología de media onda, por lo que la mitad del tiempo no fluye corriente y, por lo tanto, deben fluir 10 A durante el pulso. Habrá una corriente máxima adicional debido a la rampa de corriente, debido a las inductancias en serie.
En cuanto a la topología, como mencionaron otros, el "impulso de inversión aislado" (también conocido como flyback con un interruptor primario de lado alto) está completamente descartado. La discusión sobre la pérdida debería ser suficiente indicio de que esto es imposible. La permeabilidad de estos núcleos es extremadamente alta, lo que genera una corriente de saturación de 10 s de mA (probablemente 50-100 para este núcleo) y prácticamente no almacena energía.
Necesita un convertidor directo, preferiblemente una topología de puente completo. (Push-pull está fuera, sin agregar más devanados; medio puente daría como resultado la mitad del voltaje de salida. Del mismo modo, necesita un puente rectificador de onda completa en la salida, lo que cuesta una caída de voltaje adicional). Tales partes aún podrían usarse de esta manera -- aunque de nuevo, LL es un problema, y probablemente limita la salida de potencia máxima para convertidores de onda cuadrada como este. (1uH a 30kHz es 0.19Ω, o una caída de 1V a 5A, por lo que aún parece factible).
Si está dispuesto a enrollar sus propios transformadores, considere una construcción de par trenzado (reduce la inductancia de fuga; se puede reducir aún más usando mejores pares como el cuadrante en estrella o múltiples pares en paralelo). Los toroides de ferrita están fácilmente disponibles en los distribuidores habituales, y las piezas con mu ~ 2000 son típicas para la conversión de energía.
La densidad máxima de flujo de la figura, cerca de la saturación, es aceptable en las frecuencias más bajas (bajo 10s kHz), digamos Bmax = 0.3T. Bmax cae con la frecuencia, digamos que 0.2T aún debería estar bien a 100kHz, y quizás 0.1T a 300kHz, etc. (Quizás por encima de 200kHz, querrá buscar tipos de pérdida más bajos; a frecuencias más bajas, cualquier ferrita de potencia genérica servirá .) La densidad de flujo le dice cuánto, bueno, flujo, obtiene por sección transversal (Ae), por vuelta. El flujo es simplemente voltaje aplicado durante algún tiempo. Usar:
Y luego, obviamente, solo puede obtener tantas vueltas de tanto cable en un núcleo; 16 o 18 AWG (o sus equivalentes regionales) deberían funcionar, preferiblemente trenzados (litz) para lidiar con la corriente alterna; necesita suficiente área de bobinado (Aw) para que quepa todo ese cable. (¡No olvide contar dos veces, porque el primario y el secundario llevan corrientes iguales y opuestas!)
Si tiene el corazón puesto en el flyback, entonces necesita un núcleo con huecos. Se recomienda un inductor tipo carrete de ferrita o formas de ferrita (p. ej., ETD) con espacio de aire / calce generosos. Los toroides de hierro en polvo tienen demasiadas pérdidas para el flyback, en su mayor parte. (Puede ejecutar flyback con CCM profundo (fracción de ondulación <20%, digamos), pero el control es más difícil ya que los controladores de modo de corriente pico (detección del lado primario) como UC3842 no son adecuados).
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