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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Von 12V-20V auf 48V/42A, wie?


Autor: Mark (Gast)
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Hallo!

Ich habe 12V-20V zur Verfügung und muss auf 48V und 42A. Die Quelle hat 
meist 16V. Und ist bei 130A abgeregelt.

Das heist um bei 16V noch Vollast zu können muss der Converter 
mindestens 94% Wirkungsgrad haben. Die Quelle (Brenstoffzelle) kann 
absolut nicht mehr als 130A, ka warum aber ist so vorgegeben.

Ob 42A oder 41A ist nicht so genau, ca 2kW müssen raus.

Nur wie soll man das realisieren? Dachte an einen Boost converter, doch 
bei der Berechnung kam ich auf eine Drossel wo man sich ankot.t.

Also was tun?

MFG

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Uiuiui... Großes Projekt. Jemanden fragen der sowas schonmal gebaut hat?
Oder mit viel Versuch&Irrtum selber rangehen?

Als Startpunkt:
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html

Vollbrücken-Gegentaktwandler ?

Autor: Fralla (Gast)
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Hi!

Boost ist bei deinen Spannungsverhälnissen schon der richtige Anmsatz. 
Nimmt viele kleine Boost Converter (zb 2xkW) dann muss die Drossel nur 
mehr halb so viel Strom können, und damit ein viertel der Energie 
Speichern, also 50% reduktion des gesammt Enerigiespeicherbedarfs was 
sich in der Kergröße bemerkbar macht. Bei 4x500W sparst du so 75% 
Energiespeicherbedarf ein und damit auch Kermaterial. Die 4 Booster noch 
Phasenverschieben und die Ein/Ausgangselkos werden kleiner, etwaige EMV 
Filter auch. Bei deinen Spannungen fährt man im 4-Phasen design meist 
bei d=0.75% herum, also bei der maximalen Rippleauslöschung -> passt 
(glück).

Kurz: Google nach interleaved Boost oder multiphase Boost.
So ein Converter mit 94% ist zu realisieren aber eben nicht für einen 
Anfänger.

Nebenbei: maximale Leistungsabgabe bei 16V: 16V*130A=2080W
Vollast 48*42A=2016W
also brauchst du 97% Wirkungsgrad, wird hart wenn hartgeschaltet ;)

MFG

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Welches Vorwissen hast du denn?
Brauchst du eine galvanische Trennung?
Sonst:Hartschaltender Boostwandler.

Um ne Drossel wirst du nicht rumkommen.
Um ne Synchrongleichrichtung auch nicht.
Zweiphasig wär sinvoll um den Ausgangs-ripple in Grenzen zu halten.
94% sind sportlich, aber machbar, uns selbst dann musst du noch 120W 
Abwärme loswerden.

Bei Zweiphasig: je ein ETD54 mit 5 Windungen bei einer Schaltfrequenz 
von 100kHz. Als Material z.B. N87.
Wenn du noch kleiner werden willst, musst du die Schaltfrequenz erhöhen.

Niederohmige Fets für die Ströme gibts Zuhauf (2mOhm bei 75V als SMD)

Autor: Fralla (Gast)
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Achja: Galvanische Trennung ist wohl nicht erforderlich (da du an einen 
Boost dachtest)

MFG

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Hmm überschlagen wir mal:
48V Sekundär. Durch den Brückengleichrichter alleine fallen ca. 2V ab, 
das heisst Du hast schon mal am sekundären Gleichrichter einen Verlust 
von 2/48 also etwa 4%. Weiter hast Du natürlich Verluste an den 
Siebelkos, am Übertrager (Ohmsche und magnetische) und an der Vollbrücke 
die nur 130A schalten muss.
Sportlich.
Ich denke Du musst dich von dem einen oder anderen Ampere sekundär 
verabschieden, sonst wird das nix.
Und ein Boost Konverter ist zwar der einfachste Ansatz, aber nicht in 
der Leistungsklasse.

Autor: Fralla (Gast)
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Und von Synchrongleichrichtung geh ich aus, ist notwendig sost wird das 
mit den 94% nichts.
edit: Wie von Andreas schon angedeutet.

MFG

Autor: MaWin (Gast)
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> Boost ist bei deinen Spannungsverhälnissen schon der richtige Anmsatz.

Sicher nicht bei dieser Leistung.

Der Kern wird ja nur halb ausgenutzt.

Also ein Flusswandler.

Wie allerdings ein "94%" effektiver 2kW Wandler jemandem gelingen soll, 
der nicht mal 12V*130A < 48V*41A rechnen kann, ist mit schleierhaft. Der 
sollte noch mal ein paar Runden in der Grundschule nachsitzen und sich

> Also was tun?

mit einfacheren Jobs beschäftigen.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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MaWin schrieb:
>
> Wie allerdings ein "94%" effektiver 2kW Wandler jemandem gelingen soll,
> der nicht mal 12V*130A < 48V*41A rechnen kann, ist mit schleierhaft.

der TE rechnet mit 16V, da:
"Das heist um bei 16V noch Vollast zu können muss der Converter
mindestens 94% Wirkungsgrad haben"


>  Der
> sollte noch mal ein paar Runden in der Grundschule nachsitzen

Oder Du lernst lesen. Ist eigentlich Grundschulstoff.

Autor: Mark (Gast)
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Mehrphasig höhrt sich interessant an, bei einer Vollbrücke bruch ich 
wieder eine Drossel, wenn auch deutlich kleiner. Bei einem 4-Phasen 
design brauch ich 8 Fets, bei der Vollbrücke 4 Fets + 4Dioden, oder 4 
Fets + 2Dioden (Mittelanzapfung)

Ich hab Sperrwandler (Quasi-Resonant) Netzteile, PFC Stufen gebaut, 
jedoch das höchste der Gefühle waren 350W.

Problem wird wohl die Regelung, die vorher genenten Teile hab ich nach 
den Datenblättern der PWM-Controller gebaut. Gibts was für 4 Phasen und 
Synchrongleichrichtung?

MFG

Autor: Fralla (Gast)
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>Sicher nicht bei dieser Leistung.
http://www.roallivingenergy.com/pdf/RHPS194.pdf
Du weist es besser als so mancher.

Autor: Mark (Gast)
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Also mal danke an alle die Sinvoll geantwortet haben!

@Mawin: Deine Beiträge kannst du dir sparen, scheinst einfach keine 
Kompetenz in diesem Bereich zu haben. Sobald irgendwas im kW Bereich im 
spiel ist Vollbrücke schreien, ist so typisch.

Ich werd mal Drosseln für einen 4Phasen Boost Wanlder dimmensionieren 
und hoffe ihr könnt mir sagen ob das die richtige Richtung ist.

MFG

Autor: Fralla (Gast)
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@Mark: Ich geb dir recht, denn Vollbrücke bei mehreren kW klar steht auf 
jedem schönen Plakat auf welchen Topologien gelistet sind... oder auf 
der Schmidt-Walter Seite.

Kommt ja ganz auf die Anwendung an zb: ich mal mal einen Rectifier 
genbaut 3kW@48VDC. Der hatte 2 Halbbrücken Flußwandler. Bei Light-Load 
wurde einer abschgeschaltet, machte eine sehr glatte 
Wirkungsgradkennlinier (>94.5% von 20% bis 90% Last, klar nichts 
besoderes) jedoch mit einer Vollbrücke (bei gleicher PFC, ohne SynGLR) 
in diesem Bereich unmöglich. Die Steigerung für höhere Leistungsdichte 
(Kerne kleiner, Elkos kleiner->Ripple)  war damals (2006, jetzt nur mehr 
Resonazwandler) ein 2Phasen interleaved Halbbrückenwandler 
(2-Switch-Forward) und diesen Parallel, also 4 Trafos mit 8 Fets. Dieses 
Design konnte keine Vollbrücke weder einzeln noch interleaved, in Sachen 
Wirkungsgrad, Integration schlagen.

Die könnten Helfen: http://www.coilcraft.com/pdfs/ser2900.pdf zb 
6.8µH/42A mit 100kHz getaktet.
sind für Serie teuer. Vl nachbauen (schwierig).
Aber diese Wicklungsform lässt sich gut Kühlen, dann noch den Ferrit auf 
einen zentralen Kühlkörper(zb aggregat) und ab gehts.


MFG

Autor: MaWin (Gast)
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> der TE rechnet mit 16V

Klar, und bei 12V dann eben 130% Wirkungsgrad.
Man sieht schon, daß die Vorgabe eher hypothetisch ist.

> Vollbrücke schreien

Stand da was von Vollbrücke ?

Gegentakt sicher, denn DIR waren die Drosseln zu gross,
dann sollte man halt auch beide Magnetisierungsrichtungen
ausnutzen. Auch 4 Drosseln wären nämlich in der Summe
genau so gross wie 1 und auch nur halb ausgenutzt. Der
einzige Vorteil ist, es ist dann halt teurer, zumindest
ein Vorteil für den Verkäufer. Na mach mal.

Autor: Mark (Gast)
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Was willst du? Bei 12V brauch ich keine Vollast mehr, also den scheiß 
mit 130% kannst dir Sparen.

Autor: Mark (Gast)
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Bin auf so 6µH für die Drosseln bei 100kHz und 15A Ripple gekommen. Mit 
der 4.7µH Drossel von Coilcraft (SER2915H-472KL) hat man dan 19A ripple, 
wird ja insgesammt kleiner. Spitzensrom ist ~44A, die Drossel hat bei 
48A noch 80% des L, passt oder?

Mosfet nehm ich einen 60V Optimos in TO-263-7 mit 1.6m oder 75V und 2.3m
macht 1.2 oder 1.7W statische Verlustleitung noch Schalverluste dazu 
sollte schon gehen. Klar ist das ideal gerechnet aber ein paar 2-3Watt 
gehen mit dem Gehäuse weg.

Doch ich hab keine Ahnung welchen Ausgangsko, um den ripple auf 200mV zu 
bekommen genügen ja 200µF doch der ESR ist ja das Problem. Was nimmt man 
da? Low ESR-Elkos? Folie? gemischt? Kerkos bei 50V wohl eher nicht, 
haben dannkaum ein C.

MFG

Autor: Andreas K. (derandi)
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Die Schaltverluste würd ich nochmal durchrechnen, die sind wichtig.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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