Самодельный ИБП

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

С гальванической развязкой, низковольтного, маломощного и с КПД 98%, я не умею. Во всяком случае пока. Даже те, что на материнках, имеют потерь явно более 2%, правда, там и выходное напряжение менее 1В, так что их разработчики реально круты.
Вот смотрите. Допустим, мы повышаем с 12 до 24В. Выходной выпрямительный диод, с прямым падением 0,5В нам даст потери 2,1%. Да, я помню, есть диоды с меньшим прямым, но у них и обратное порядка 18В. А чтобы обратное, хотя бы 40В - с прямым 0,5 поди еще найди. Не в каждом деревенском супермаркете продается. Значит, синхронный выпрямитель.
Вот и условия вырисовываются некоторые.
1. Синхронный выпрямитель;
2. Режим неразрывных токов (головная боль при изменяемой мощности нагрузки), но вытекает из п. 1.
Из п. 2 вытекает, что нужен дроссель с большой индуктивностью (малые нагрузки) и большим допустимым током (большие нагрузки), но такой дроссель будет иметь плохой КПД.
Фиг с ними, с неразрывными? Тогда начинает болеть голова от управления вторым ключом, тем, что до дросселя и на землю - его нельзя держать открытым все Toff.
Плюнуть на прямоходы и попробовать обратноход? Ему достаточно одного ключа в синхронном выпрямителе, но у него КПД никогда не радовал.
В общем, нет у меня идей, как получить 98%.

 

ТИ даёт рассчитывать и повышайки. Там бывает КПД и до 98% вроде- домой приду- кину ссыли.
tps40210 for example
LM5122
http://webench.ti.com/webench5/power/webench5.cgi?lang_chosen=en_US&VinMin=11&VinMax=14&O1V=28&O1I=2.0&op_TA=30
А вот на 24В 7А с 11 до 16В входа:
http://webench.ti.com/webench5/power/webench5.cgi?lang_chosen=en_US&VinMin=11&VinMax=14&O1V=28&O1I=2.0&op_TA=30
Обращаем внимание на гигантскую площадь footprint (вырастает с 600-1100мм² до 3600) и отсутствие в библиотеке некоторых деталей.
Вот эталонный дизайн
http://webench.ti.com/webench5/power/webench5.cgi?base_pn=TPS40210-Q1&Flavor=None&AppType=None&topology=Boost&optFactor=3&VinMin=11&VinMax=14&O1I=2&O1V=28&op_TA=30&application=SWITCHER
(регимся бесплатно)
площадь footprint- 600мм², BOM cost- 6,3$
Вот КПД:

Вложил 1 из вариантов.

 

Вот раскладка потерь повышайки на 40210:
30. Cin Pd 734.897 μW Power Input capacitor power dissipation
31. Cout Pd 261.949 mW Power Output capacitor power dissipation
32. Coutx Pd 0.0 W Power Output capacitor_x power loss
33. Diode Pd 3.36 W Power Diode power dissipation
34. IC Pd 213.735 mW Power IC power dissipation
35. L Pd 592.489 mW Power Inductor power dissipation
36. M1 Pd 556.486 mW Power M1 MOSFET total power dissipation
37. M1 PdCond 423.195 mW Power M1 MOSFET conduction losses
38. M1 PdSw 133.291 mW Power M1 MOSFET switching losses
39. Rfb Pd 11.901 mW Power Rfb Power Dissipation
40. Total Pd 4.746 W Power Total Power Dissipation
Хорошо видно, ЧТО ещё земляне не научились эффективно делать (выпрямлять диодами)...

 

А вот вариант с заменой диода на ФЕТ ТИ оценивает, как понижение КПД с 97 до 96%:
31. Cin Pd 601.171 mW Power Input capacitor power dissipation
32. Cout Pd 137.912 mW Power Output capacitor power dissipation
33. Coutx Pd 0.0 W Power Output capacitor_x power loss
34. IC Pd 639.32 mW Power IC power dissipation
35. L Pd 289.594 mW Power Inductor power dissipation
36. M1 Pd 1.792 W Power MOSFET power dissipation
37. M1 Pd 1.792 W Power MOSFET power dissipation
38. M1 PdCond 328.754 mW Power M1 MOSFET conduction losses
39. M1 PdSw 1.463 W Power M1 MOSFET switching losses
40. M2 Pd 1.103 W Power MOSFET power dissipation
41. M2 PdCond 160.129 mW Power M2 MOSFET conduction losses
42. M2 PdQrr 39.512 mW Power Synchronous Boost High Side Reverse Recovery
43. M2 Pdbody 903.136 mW Power Power dissipation through lower FET
44. Total Pd 5.586 W Power Total Power Dissipation
Так что диод или ФЕТ- разница невелика.

 

При мощностях 10-30 Вт обычная тонкая медь сгодится.
Но может разработчикам лень (дорого, непривычно) считать и применять схемы ZCS, ZVS и миллиомные полевики с "лёгкими" затворами (GaN).

При выходном напряжении 48В и токе 4А PowerEsim после недолгой оптимизации насчитал потери преобразователя на обычных кремниевых полевиках с простым выходным диодом:
Active Clamp DC-DC [Pd = 10.26 W / 92.73%]
И тот симулятор не привязан к конкретным производителям, может и TL494 предлагать поставить.

Неизолированные потому что.

у меня основные потери во вх. кондёре 50мкФ 0,23 Ом были, пока не запараллелил их 10 шт.

 

Так 92.73% =/= 98%. За 90+% можно побороться. И при выходном 48В - да, будет получше, чем при выходном 24В. Прямое падение на диоде вырастет в 1,2 раза, а выходное напряжение в 2 раза. Соответственно потери на диоде упадут с 2,1 до 1,25%. А если сразу в 310 - то можно потери на диоде и не учитывать Даже диод с падением 1В даст всего 0,32%. Динамические чуток добавятся, но можно из карбида кремния взять.

 

Тогда трансы с высоким Ктр и Ls мимо вторички излучают помехи и потери.
Входные кондёры синхронно кипят от десятки-амперных импульсов "в ногу".

 

фтопку такое. Панас SVP и то даёт 1,6мкФ*Ом на 25...35В, про ТДК плёночные с 5 миллиОм*мкФ молчим...

 

и с гальв. развязкой не особо мудрить...

 

Ну, это уже классика - двойной бустер...

 

Это авто-компоновщик симулятора из базы традиционных компонентов берёт.

При нарезке из полученной высокой постоянки синуса ~230В и нагрузке с Y фильтрами - на акках будет половина сетевого напряжения.
Учтите всевозможные глюки в цепях стабилизации U выходного.
От выбросов напряжения при останове холодильника они тоже могут быть.

МАП пинают даже за то, что у них 20В утечки через защитные RC цепочки контактов реле набегают.

 

Схожие мысли "бродят по Европе" (носятся в воздухе) но с хреноватым КПД 70-85%.
https://radiokot.ru/circuit/power/converter/59/

Тут пролетал уже с Efficiency is more than 90% at full power
http://danyk.cz/dcdc_en.html
но слишком толстые транзюки нужны по напряж. и току.
Можёт всё-таки полумост?

 

Резонансный.

 

Полумост хорошо. Но токи в два раза больше. Резонансный лишнее усложнение. Грамотно просчитанный мост. Сердечник ferroxcube. Потери распределить равомерно (попытаться). На перемагничивание изменением реактивного тока за счет Вм. Потери в меди. Потери в фетах. Подбираем Rds on, Qg. Имхо.

 

Пролетал тут один мост на 3кВт 48В от @ibolm11, сгорел 2 раза вроде. Несмотря на current-mode контроллер.
Возможно потому, что не имел аппаратной конденсаторной защиты от зависания контроллера, драйверов, слишком длинных импульсов и протекания аварийной постоянки сквозь первичку транса.
Гляньте ещё на драйвер HIP6602, он до сих пор работает в "мамках" 2003 года, есть в продаже и имеет функцию "Adaptive shoot-through protection is integrated to prevent both MOSFETs from conducting simultaneously."

4-40 полумостов параллельно тогда.
Получим автосимметрирование сердечника транса с минимизацией потерь феррита, погоняйте прогу расчёта трансов ExcellentIT с разными топологиями, если не верите.

Зато экономия в динамич. потерях.