¿Cómo construir un convertidor DC-DC de modo conmutado de alta potencia (4kW)?

Lamentablemente, lo que está pidiendo no es práctico para un diseño único. Es posible que alguien le ofrezca un diseño de bricolaje completo, pero su especificación general es tan alta que le resultaría difícil construirla a menos que ya sea un experto en tales asuntos. Más sobre eso a continuación, pero su probabilidad más probable de éxito es buscar unidades excedentes de alta calidad que se adapten a sus necesidades exactamente o que puedan adaptarse con relativa facilidad.

Si lo hace usted mismo, un error podría llevar a la destrucción de dispositivos electrónicos (por ejemplo, los principales conmutadores MOSFET) que representan la mayor parte de su presupuesto.

95% de eficiencia a 2 kW significa 100 vatios de pérdidas totales. A una salida de 65 A, solo para pérdidas resistivas menores a 100 vatios se requiere I ^ 2.R < = 100 o resistencia a estar por debajo de 20 miliohmios. Esto incluye resistencia de devanado, pistas, resistencia de conector y más. Esto es factible pero con gran dificultad. Pero, eso no deja ningún margen para ninguna otra pérdida.

A 28 V, la pérdida de rectificación de 0.5 voltios resultará en pérdidas de 0.5 / 28 ~ 1.8%. Un diodo Shottky grande PUEDE bajar a 0.5V en esa aplicación, pero probablemente caiga un voltaje mayor, así que pierda incluso más de 1.8%. La rectificación síncrona es casi la única opción superior, pero incluso para igualar un rendimiento Schottky de 0.5 V requiere una resistencia real en su interruptor síncrono de R = V / I = 0.5 / 65 = aproximadamente 7 miliohms. Una vez más, eso es factible, pero requiere partes con especificaciones superiores y grandes cantidades de habilidad y cuidado.

Y las baterías de calidad razonable (presumiblemente de ciclo profundo y presumiblemente clasificadas para algunas horas de operación a este nivel de potencia) le costarán mucho más que el presupuesto de su inversor.

En general, un enfoque más realista es ganar algo de experiencia comprando el mejor equipo excedente que puede obtener para su presupuesto y ver qué tan bien funciona, e investigar dónde están las principales pérdidas y qué se puede hacer para reducirlos Debería poder comprar equipo excedente por mucho menos de lo que puede construir usted mismo. Si usted es capaz de construir algo como esto y comprender adecuadamente lo que debe hacerse, entonces puede comprar equipo excedente que haya sido dañado y reconstruirlo o repararlo. Si eso suena demasiado difícil, entonces hacerlo tú mismo desde el principio puede ser más difícil.

Diseñar una fuente de alimentación no es una tarea trivial. He pasado más de 10 años en el empleo de empresas profesionales que realizan este tipo de trabajo.

Algunos pensamientos:

1. Lado de entrada: eso es una gran potencia que extraerás de la red eléctrica. Estimo que necesitarás al menos un servicio de 20A. También necesitará un alto filtrado de EMI para evitar contaminar la red eléctrica con el ruido de conmutación del convertidor. No se olvide de la limitación de irrupción, supresión de sobretensiones, dimensionamiento de fusibles y circuitos de descarga del condensador X.

2. PFC: la mayoría de los diseños necesitan algún tipo de corrección del factor de potencia para garantizar que la corriente sinusoidal se extraiga de la red eléctrica. Lo más probable es que necesite un PFC multifase para manejar este tipo de corriente de manera efectiva.

3. Convertidor CC / CC: Definitivamente necesitará una topología de conmutación suave para lograr cualquier tipo de eficiencia razonable en el lado primario. Busque en el convertidor de puente completo de transición de voltaje cero, también conocido como puente completo de cambio de fase (Intersil, Texas Instruments y otros hacen los controladores para este tipo de topología) y busque MOSFETS realmente resistentes (he usado IRFPS40N50Ls para diseños de 3kW ). Necesitará material de núcleo de transformador realmente bueno (considere Ferroxcube o Nicera) para mantener bajas las pérdidas. Es posible que desee considerar incluso ejecutar dos convertidores de 2kW y sumar las corrientes en el lado secundario con un circuito de intercambio de corriente.

4. Rectificación: No existe una manera eficiente de corregir este voltaje tan alto. No podrá aprovechar la rectificación síncrona (en mi opinión), por lo que tendrá poder de combustión en los diodos Schottky.

5. Administración térmica: debe asegurarse de que sus dispositivos magnéticos y de conmutación se encuentren en sus áreas de operación seguras, y diseñar disipadores térmicos / instalar ventiladores para garantizar que todos se mantengan fuera de cualquier posible condición de embalamiento térmico.

6. Protecciones: Sobretensión, sobrecorriente, sobretemperatura, cortocircuito, sobrecarga de línea, ESD, EFT ... todo lo que necesita para proteger contra el diseño.

7. Normativa / Seguridad: deberá asegurarse de cumplir con los creepages y las condiciones correctas, de que su corriente táctil es segura, de que todos los dispositivos magnéticos y de tren de potencia críticos no hacen que la fuente de alimentación se vuelva insegura durante cualquier evento anormal, que su gestión térmica es mantener las piezas dentro de sus áreas operativas seguras, que está utilizando piezas aprobadas por el regulador para funciones críticas para la seguridad (tapas X y Y, MOV, optoaisladores, etc.)

¿Estás seguro de que realmente quieres probar y diseñar tal cosa por ti mismo? Hay libros por ahí que explican cómo diseñar, pero hacerse competente es el trabajo de una vida en sí mismo.

Uniría cuatro fuentes de alimentación de computadora de > 1000W, y agregaría un PIC o (inserte el microcontrolador favorito aquí) para controlar las cosas de CC / CV. Una fuente de alimentación de computadora puede ejecutar apague el DC de alto voltaje , y se puede ajustar modificando el circuito de comentarios . Un microcontrolador podría modificar las resistencias de realimentación usando un potenciómetro digital y podría monitorear la corriente a través de un sensor de corriente de efecto Hall. Sin embargo, la eficiencia del 95% será casi imposible de lograr.

Para una potencia muy alta, es muy posible lograr una eficiencia del 98-99% con el motor-generador. Puede ser para niveles de potencia de pocos KW. También es posible un 90%. Con un buen motor-generador y algo de masa giratoria, puede obtener un diseño muy limpio y seguro.

No lo harás por unos cientos de $ La entrada de 200 VCC estaría bien para la mayoría de las unidades SMPS de red de entrada universal (si no confunde el circuito de PFC), por lo que podría tener suerte con una unidad excedente.