3 kW isolerad AC/DC omvandlare

[jesse]

Utan att ha gjort någon research alls än så funderar jag på hur svårt det kan vara att bygga en 2.5 - 3.5 kW isolerad AC/DC-omvandlare? (Läs: batteriladdare)
Vad jag vill ha:

utspänning från 24 till 99 volt DC.
Spänninggstyrd variabel strömbegränsning från 0.5 A till 30-35A ut.

Jag är någorlunda insatt i oisolerade DC/DC omvandlare med ganska bra effekt och kan räkna på sådana, men rudis på isolerade dito.

Handlar det bara om att dimensionera, eller kommer det konstruktionsmässigt att bli svårt att genomföra om man inte är expert?
Någon som har tips, länkar?

[Icecap]

Om du redan "kan" DC-DC omvandlare är det väl "bara" att ta en nätdel som ger 100V och 35A, sedan stega ner den DC-spänning.

[NULL]

Jag kan nog inte hjälpa dig, mer än konkritisera kraven.
Tänkte du linjär eller switchat?
Laddningsförfarandet är ju bestämt av batterikemin, så det är nog inga problem, har du krav på verkningsgrad e.dyl?
Är det för eget hobbybruk eller försäljning till konsument?

[rikkitikkitavi]

Enklast är nog att köpa hem ett knippe servernätdelar från ebajs ( finns fina 12V och många amp), stacka fyra st ( bryt chassi -sekundär jord) och bygg en 48V - diverse output tex genom push pullomvandlare( varv prim/sek = 1/2 )

Då har du både compliance mot nätisolering och aktiv PFC vilket du behöver för 3,5kW output.

[blueint]

Får du lust att bygga så är det i stort sett en transformator som klarar 10 - 1000 kHz och använder optokopplare eller signaltransformator för återkopplingen som behövs. Kika på någon av de isolerade topologier som finns.

Alternativt så plockar du en nätdel som har kraft nog och modifierar denna. Den bör klara konstantspänning som minst och helst också konstantström.

[psynoise]

Utan några speciella krav är det såklart en baggis. Men när krav på utformning, kylning, livslängd, kostnad, verkningsgrad finns kan det bli ett långt projekt. Dock är inget svårt utan saker och ting tar bara en himla massa tid att designa .

[jesse]

oj, orkar inte sätta mig in i svaren i kväll. Får försöka hinna med i morgon kväll.

Men kortfattat:

"hobby" - dvs- laddare för eget bruk. Klart att jag skulle kunna sälja några om jag lyckas med en bra konstruktion.
Men Nätisoleringen måste ju ändå vara inom godkända normer.

krav:

Satte inte upp några siffror, men det ska vara någorlunda acceptabla siffror. Givetvis switchat, gärna minst 85% effektivitet. Sådant vill man ju optimera så gott det går, så säg att om det blir 78% kan jag väl acceptera det, men kommer jag upp emot 88% blir jag glad. Jag har redan en äldre modell med dålig verkningsgrad (omkring 70%) och gammaldags teknik, så sämre vill jag inte ha.

"Laddkurvor" etc. kan vi lämna så länge. Nu handlar det om själva power-hårdvaran. Utspänningen ska kunna följa lasten , dvs kunna gå så lågt som ett maximalt urladdat batteri kan bli. I mitt fall ca 65 volt (glöm 24V som jag sade tidigare). Max ca 100 volt.

Jag tänker mig likriktning direkt på AC-sidan (ingen 50 Hz transformator alltså), switchning och isolering i samma steg, likriktning på andra sidan och feedback tillbaks. Jag vet att det finns diverse grundkonstruktioner, men har dålig koll på vilka som har bäst effektivitet vid så höga effekter och strömmar som det är frågan om. Det bör väl dock inte vara någon raketforskning då vanliga motorstyrningar lätt klarar flera hundra ampere.

Att bygga från färdiga prylar skulle väl kunna vara ett alternativ iofs. Men "bara ta en nätdel 100V 35A" ... ja, då kan jag ju köpa en färdig laddare direkt istället.
Stacka nätdelar känns inte helt övertygande heller. Skulle alltså behövas 8 st 12V@420W eller 4 st 24V@840W ...

Bra färdiga laddare går ju att köpa för 5000-8000 kr/st (?) , fast frakten blir saftig, sedan tillkommer moms, tull.

Som delmål kan det även vara intressant att bygga t.ex. en 1000 eller 1500W laddare. Lyckas jag med det så går de ju att parallellkoppla eller kanske utrustas med tåligare komponenter.

Får du lust att bygga så är det i stort sett en transformator som klarar 10 - 1000 kHz och använder optokopplare eller signaltransformator för återkopplingen som behövs. Kika på någon av de isolerade topologier som finns.

jo, jag får gräva ner mig i de olika varianterna. Ville bara höra mig för om någon med lite erfarenhet hade några tips (de olika topologiernas flaskhalsar, fördelar, nackdelar). Principen är ju enkel, men min känsla är att svårighetsgraden ökar i kubik med effekten man vill ha ut.

[gkar]

Jag skulle gissa på:
Varistor och CM spole + DM spole + kondingar.
Active PFC, annars klarar du inte harmonicskraven utan enorma spolar på inkommande.
Denna ger 400VDC ut.
H-brygga och continous mode switch in i en trafo.
FB via optokopplare och LT431.

Housekeepingmatningen skapar du med en separat trafo så slipper du extra lindningar och bootstrapping.
Kolla moderna IGBTer eller stora mosfetar, IXYS, ST, eller Infineon kanske?

Håll ner switchfrekvensen.
Övertemp, underspänning på inkommande och kortslutningsskydd på utgående.

[blueint]

Vad menar du med CM/DM spole ..?

[psynoise]

Gkar skrev från fas till utspänning där både common mode (CM) och differential mode (DM) induktorer kan behövas som EMC-filter. Se gärna Wikipedia

https://en.wikipedia.org/wiki/Choke_(el ... mode_choke

[jesse]

Jag tror jag ska börja med att studera lite olika grundläggande topologier.

Meeting emerging power conversion efficiency needs

[SvenW]

"Sök i allt blott sjelfva kärnan; Skal är allt, som bräcks."
Plåtklipp, järnpulver eller ferrit?
Att förstå sjelfva kärnan är också ett ställe att börja.

Man missleds ibland av reklam att tro att allt skall vara
så smått som möjligt och att högre switchfrevens alltid är bättre.
Tro inte på reklamen!!!

[rikkitikkitavi]

I princip samtliga förluster ökar med ökad frekvens.
Att flytta laddningar kräver ström, och att flytta dem snabbare kräver mer ström på kortare tid => mer förluster.

Ökad frekvens ger dock högre energitäthet iom komponenterna krymps.

[psynoise]

Med nollspänningsbrytning eller nollströmsbrytning skulle jag gissa på att för större omvandlare är det främst magnetikkomponenter som ger största delen effektförlust. Där kan det vara skineffekt och virvelströmmar som ställer till det med ökad frekvens.

[rikkitikkitavi]

Zcs och zvs gör bara att switchningsförlusterna ( flytta laddningar) minskar. Framledningsfall * ström har du oavsett. Det kostar kiselyta att få ner Rdson eller vce( ic) och det sker på bekostnad av genombrottsspänning men idag är tillverkarna duktiga att trixa till det. Tom högspänningsIBGT börjar bli snabba
Men visst underlättar det med ZCSk/ZVS, det är därför det finns switchade omvandlare inte mycket större än en steven King bok som klarar av ett par kW.

Resistiva förluster , värre pga skin och proximityeffekt uppstår i lindningarna och sedan är det ju magnetfältsberoende förluster i magnetmaterialet. Samt ströfältsförluster i ledande material runt omkring.