Convertidor Buck después del transformador de 50Hz

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Planeo diseñar una fuente de alimentación variable (1-50V, aislada), capaz de proporcionar una potencia de aproximadamente 50W. Por el bien de la eficiencia, la regulación lineal está fuera de discusión. Lo natural sería diseñar un suministro de CA-CC de retorno, pero hay una serie de problemas planteados:

  • El hecho de que sea variable complica las cosas: por ejemplo, el devanado aux no proporcionará un voltaje fijo. Además, ¿será adecuada la topología de retorno para una amplia gama de ciclos de trabajo?
  • No encontré ningún transformador de retorno disponible que fuera apropiado. O bien el voltaje de salida no es correcto, o la alimentación, o el voltaje aux , o no están en stock en ninguna parte. Así que ciertamente tendría que diseñar mi propio transformador, pero no me siento seguro con respecto a esta parte (ni con respecto a la elección central, el diseño ni la construcción de bricolaje de esta).
  • Incluso las otras partes del diseño de suministro de retorno de retorno parecen riesgosas: el amortiguador en el devanado primario (que parece consumir mucha energía, por cierto), la retroalimentación del optoacoplador (que parece requerir cierto ajuste), etc. ..

Por otro lado, me siento confiado en el diseño de un convertidor reductor DC-DC adecuado. Existen muchas herramientas de varios fabricantes para ayudarlos a diseñarlas (TI, tecnología lineal, ...), y parece que hay muchos menos parámetros que podrían llevar a un diseño que no funciona.

Por lo tanto, planeo usar un transformador toroidal simple (mucho más fácilmente disponible) para hacer el aislamiento y una reducción inicial de la tensión de CA, luego el puente de diodo + el capacitor de filtrado, y luego el DC-DC apropiado paso de conversión.

Aparte del hecho de que el transformador será mucho más grande (y más costoso) que para un diseño de retorno, ¿existen algunos inconvenientes de usar esta topología? Parece que nadie realmente hace esto, pero no se me ocurre ninguna razón que haga que esto sea una mala idea. La eficiencia todavía debería ser bastante alta, ¿verdad?

    
pregunta dim

2 respuestas

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Tu diseño es bueno. Está bien usar un transformador de aislamiento de 50 Hz y luego pasar a la etapa DC-DC. Sin embargo: debes cuidar las interferencias y el aislamiento. Esto puede no ser tan fácil si no tiene a mano una tecnología de PCB lo suficientemente buena.

No puede hacer su primer paso en un IC debido a los requisitos de alto voltaje / potencia. Puede usar un controlador Buck ya hecho (por ejemplo, LTC3810) y dos MOSFET de potencia pequeña clasificados para 80 V de funcionamiento. El LTC3810 puede regular su salida en el rango de 0,8 V a 50 V. Debe seleccionar la corrección de realimentación adecuada para ejecutar el regulador de conmutación en un rango de voltaje de salida tan grande.

Los beneficios adicionales de este diseño son: protección contra sobrecargas incorporada y arranque suave.

El problema es: necesita una buena tecnología de PCB para que este diseño funcione bien.

En cuanto al ruido de conmutación, es solo una cuestión de filtrado adecuado. He diseñado muchos circuitos analógicos y de RF muy sensibles, todos con reguladores de conmutación. Basta con filtrar la salida por uno o dos filtros LC de etapa con condensadores MLC e inductores de factor de baja calidad. Le sugiero que agregue un choke de modo común en la salida de su escenario DC-DC y otro - en su entrada.

El regulador lineal después de la conmutación no ayuda contra un ruido de conmutación, es un mito. Puede verificar las especificaciones de los reguladores lineales para la supresión de CA: es bastante bajo por encima de 0,5 MHz. Y estamos hablando de ruido / interferencia desde la frecuencia de conmutación hasta 100 MHz, al menos. Los componentes pasivos tan baratos (inductores, perlas de ferrita y MLCC) solucionan este problema.

El único inconveniente de usar un transformador de 50 Hz en comparación con el diseño de conmutación de retorno es: la capacidad entre la red eléctrica y su salida de CC es ~ 100 veces más grande con un transformador de 50 Hz. Puede causar problemas en las aplicaciones de RF.

Una vez más: su problema principal en este diseño es la tecnología de PCB (2 capas es el mínimo absoluto, 4 es bueno) y el diseño de diseño de PCB adecuado.

    
respondido por el Master
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El diseño de retroceso fuera de línea no es ciertamente el desafío más simple de la fuente de alimentación. Independientemente de lo que haga, también debe controlar la corriente de arranque y las resistencias que hacen la limitación están sujetas a MUCHA potencia durante esa fase. Así que prácticamente necesitas construirlos a través de resistencias de orificio. Además, debe tener en cuenta los condensadores X e Y, así como un thrysistor para evitar el limitador de corriente de arranque después de que se realice la precarga.

Con respecto al "voltaje no adecuado", el controlador de retorno puede ciertamente ajustar el voltaje a un nivel diferente al del voltaje "anunciado", puede que no sea tan eficiente. El voltaje del bobinado auxiliar no está regulado, por eso necesita un regulador lineal Y una abrazadera de voltaje para él. La retroalimentación del optoacoplador "sintonización" no es diferente de la sintonización de cualquier otro circuito de realimentación SMPS. Ciertamente las ecuaciones son un poco diferentes pero los principios son los mismos.

Es posible que tenga problemas con el negocio de "1 voltio", con un ciclo de trabajo aparte que tenga una variación de 50x en el voltaje de salida, es probable que se produzcan diversos problemas. Puede que no sea la peor idea usar el retorno para proporcionar 12 V y luego un circuito Sépico para ajustar eso al voltaje deseado, lo que mantiene el ciclo de trabajo algo sano.

    
respondido por el Barleyman

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