Diseño de 12V - 0.1V 100-500A DCDC

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Necesito crear una fuente de alimentación de 0.1V@100-500A, y me pregunto cuál es la mejor manera de abordar esta tarea. Supongo que aquí no hay muchos IC específicos adecuados para dicho DCDC ... Deben estar estabilizados en la corriente, la ondulación del 10% está bien, no hay requisitos para cambiar la frecuencia ...

¿Cuál es la estimación aproximada del tamaño / cantidad de componentes que siempre necesitamos en DCDC (inductores / tapas / número de canales) para dicha fuente de alimentación?

Esto es para calentar bandas metálicas, que tienen una resistencia muy baja. Las conexiones de cobre de 20 mm ^ 2 no son un problema.

Algunos pensamientos:

Incluso mi cable AWG4 me daría 0.8mOhm por metro ... Si coloco el DCDC justo al lado del consumidor, puedo tener como 0.2m conexiones y 0.16mOhm resistencia ... Pero si quiero tener un regulador de conmutación, Necesitaré muchos FETs & inductores ... Afortunadamente, ya tengo un grupo de 5mOhm N-FET, por lo que puedo correr 20-30 de ellos en paralelo, y un montón de inductores de 1uH de un cable de 1.5mm ^ 2 que también puedo correr en paralelo (todos esto de un lote de placas madre de PC dañadas) ... La pregunta es cuál es la forma más realista de manejar todas estas cosas: estoy pensando en tener un microcontrolador que conduzca todos estos FET (utilizando circuitos de conducción discretos simples) y comentarios a través del ADC de 1 msps incorporado. . Me pregunto qué debería ser la frecuencia de conmutación dado que los inductores son solo 1uH?

Bounty comments : Todavía quiero escuchar sus pensamientos sobre DCDC, sin transformadores. El DCDC compacto podría caber dentro de la cámara de vacío, lo cual es imposible para el transformador. Y sí, la tarea es calentar una lámina de tungsteno de diferente geometría al vacío (hasta unos 1000C).

    
pregunta BarsMonster

4 respuestas

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Si es para calefacción, supongo que la CA es tan buena como la CC. Yo construiría un transformador toroidal con solo 1 devanado secundario (dependiendo del voltaje de entrada). Para lograr la corriente alta, coloque varios devanados secundarios en paralelo y asegúrese de que la longitud de su cable sea exactamente la misma.

editar
Puede hacer que la variable de corriente / voltaje de salida alimente la entrada del transformador desde una variable:

edit2(conrespectoasuregulacióndigital)
Heestadopensandoenestoporuntiempoycreoquelamejorideaesnotenerquecambiarlacorrientealtaenprimerlugar.Cualquierotrocomponentequenosealastirasdemetalylasconexionesaellascausaránpérdidasdealmenoscientosdevatios.
Talvezaúnpodamosusarnuestrotransformador,yhacerelcambioenelladoprimario,entoncesnotendremosquepreocuparnosporlasresistenciasdetransicióninferioresamiliohmios.YousaríaunvoltajedeCCenelprimariodeltransformador,cortadoporunMOSFET.Elciclodetrabajodeterminarálacorrientesecundaria.

edit3(fusionarconotrarespuestasegúnlasugerenciadeKV)

  

Loprimeroquehayquetenerencuentaeselvacío.Estosignificaquetodoelenfriamientotendráquepasarporconducciónatravésdelapareddesucámaradevacío,yaquesustemperaturasnoseránlosuficientementealtascomoparaperdermuchocaloratravésdelaradiación,yporsupuestonohayconvecciónenunavacío.Estotambiénesunproblemaparaelcalordisipadoenlacarga(laláminametálica).

Irdesde12VDCesunatareadifícil.Laformaestándardepasardeunvoltajemásaltoyunacorrientemásbajaaunvoltajemásbajoaunacorrientemásaltaes,porsupuesto,unSMPS.Inclusoconunabajaeficienciadel66%,elsuministrode12Vsolotendríaqueentregar6.25A(para75W).Unpedazodepastel,parece.Sinembargo,lacorrientedelabobinaestáenelrangodelacorrientedesalida,conpicosmásaltos.Haybobinasdealimentaciónquepueden manejar 100A , pero tienen una inductancia tan baja que necesitan muy conmutación rápida , lo que provoca muy altas pérdidas de conmutación en los MOSFET. Y luego está también el poder perdido como radiación, que puede ser mucho . Los diodos Schottly normales también están fuera, por lo que necesitará rectificación síncrona utilizando MOSFET.

Hablando de rectificación síncrona: esta es también una opción para una fuente de alimentación de CA. Tendrá algunas caídas de voltaje, aunque sean bajas, por lo que tendrá que comenzar con un voltaje un poco más alto que el de 0.1V. La eficiencia tampoco será alta, aunque incluso una caída adicional de 100 mV causará una pérdida de solo 50 W, por lo que creo que esto es aceptable. Un rectificador de diodo clásico está fuera debido a las altas pérdidas de potencia, y ahí es donde entra la rectificación síncrona . Obtendrá un seno rectificado, que es lo más cerca que puede estar de una fuente de CC adecuada. . (¡Ni siquiera piense sobre los condensadores para suavizar las corrientes de 500A!)

Para medir la corriente puede usar un par de estas resistencias sensoriales de Isabellenhütte.

(A pesar de varias caídas de voltaje parásitas, ninguna de ellas es adecuada para la medición de corriente, ya que no tenemos control sobre las resistencias involucradas). La resistencia de detección de corriente de 0,1 m \ $ \ Omega \ $ está especificada para 200A, por lo que necesitará varios de ellos en paralelo. La potencia en las resistencias es baja, están especificadas a un máximo de 5W, pero cuente con un múltiplo de las resistencias parasitarias. Lo mejor sería soldar lo más posible y montarlo en una pared metálica de su cámara de vacío.
Si usa tres resistencias de 0.1m \ $ \ Omega \ $ en paralelo, en teoría, tendrá 17mV a 500A. Eso no es mucho, pero en la práctica el valor puede ser más alto, como 25 o 30 mV, debido a las resistencias parasitarias. A 100A será de 5 a 6mV. Un amplificador de instrumentación lo ayudará a llevar esto a un nivel que sea más fácil para que el chopper PWM funcione.

El resto está en el regulador de realimentación, que en realidad es un amplificador de clase D , luego de que la corriente medida se promedia mediante un filtro de paso bajo. No uses una frecuencia de corte demasiado alta; solo aumentará la disipación de conmutación en los MOSFET, y además el calor es lento, por lo que no necesitará una conmutación de menos de milisegundos.

Fontanería: Necesitará una batería de MOSFET paralelos, que soldaría tanto como sea posible en barras de cobre, para reducir las resistencias parásitas tanto como sea posible.

    
respondido por el stevenvh
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Comenzar con un soldador puede ser una muy buena idea. Eso es una inmensa cantidad de corriente por la mayoría de los estándares. Un soldador tiene energía de sobra (como se nota) y un rebobinado de un transformador de soldador puede ser tan fácil como cualquier cosa que pueda hacer. Um Rascar eso, probablemente. La soldadora tendrá "voltios por vuelta" y usted necesita al menos 5 vueltas por voltio (0.2V de salida para permitir una pérdida del 50% en el camino. Tal vez un poco más que eso.

Tomar soldador moderno basado en semiconductores. El contador cuenta con secundario O con un segundo en secundario (es probable que no sea difícil encontrar una manera de hacer esto) y vea qué voltios por turno es. Si tiene < ~ = 0.5 V / turno puede tener un motor de arranque . Si es así, es mucho más fácil que la mayoría de las alternativas.

    
respondido por el Russell McMahon
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Veo que empiezas con 12V DC, por lo que no puedes usar un transformador. Steven tiene razón en que la salida puede ser de CA si es solo para calefacción. Un transformador toroidal de tamaño decente debería hacerlo. El primario está controlado por un puente H desde 12 V, y el secundario se usa directamente como salida de CA de alta corriente.

No esperes super eficiencia. Las características del transformador serán clave. Tendrá que ser diseñado para la salida de alta corriente y baja tensión.

    
respondido por el Olin Lathrop
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¿Es posible reconsiderar sus requisitos de diseño y usar un (bi) metal diferente para el elemento de calefacción? El cable de nicrom es un par de ohmios por metro, y está disponible en muchos medidores. Utilizo una pieza de calibre 16 con un transformador que me da 30A AC a 2v o menos, así que eso es 60W, el mismo campo de juego del que habla. Quizás podrías usar un método diferente para realizar la misma tarea. Calienta la cosa directamente o indirectamente para calentar tu otro objeto.

    
respondido por el shorted.neuron

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