Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Ładowarka Lion 500W 18s12p

13 Sie 2019 13:44 210 13
  • Poziom 14  
    Witam.

    Przymierzam się do zaprojektowania ładowarki o mocy około 500W. Napięcie wyjściowe jakie chce osiągnąć to 75.6V. Ładowarka ma ładować pakiet ~216 ogniw Lion. Zakres wartości prądu wyjściowego: <0.3A-6.8A>Nie jestem ekspertem w dziedzinie układów zasilania o takich mocach. Czy do do tego celu najlepiej nadaje się przetwornica w topologii half-bridge na mosfetach? Na co powinienem zwrócić uwagę?
  • Poziom 14  
    Moim celem jest zaprojektowanie od zera takiej ładowarki, mógłbym kupić gotową bo mam fundusze ale nie byłoby takiej frajdy.
  • Poziom 14  
    Ok. widzę, że nikt nie zna tej tematyki. Może chociaż ktoś mógłby podać mi link do odpowiednich norm obowiązujących takie przetwornice?
  • Poziom 31  
    Jeden z kolegów obecnych również na tym forum też się przymierza do budowy ładowarki pakietu 10s5p o napięciu końcowym 42V i prądzie przynajmniej 8A. Podpytam go czy zechce się podzielić swoimi pomysłami.
    Z moich doświadczeń z budową i naprawą różnej maści przetwornic wynika, że najlepiej na początku skupić się na odpowiednim transformatorze. Idąc w takie moce słusznie jest dążyć do wysokich częstotliwości dla zmniejszenia wymiarów i wagi rdzenia. Ja niestety mam zbyt małą wiedzę w zakresie materiałów i ich parametrów. Warto rozebrać na początek parę transformatorów z fabrycznych zasilaczy, choćby komputerowych i zaznajomić się z tym jak są nawijane. Następnie rozejrzeć się za półprzewodnikami (diodami i tranzystorami kluczującymi) zdolnymi pracować z danymi prądami i napięciami. Później kontroler zdolny pracować w trybie CC/CV. Być może słusznym rozwiązaniem okaże się budowa zasilacza z oddzielną przetwornicą stand-by dla zasilenia logiki.
  • Poziom 14  
    Ok, z tym że idąc w coraz wyższe częstotliwości zwiększamy straty a co za tym idzie sprawność przetwornicy. Przeanalizowałem literaturę i podjąłem decyzję, że pierwszy prototyp będzie wyposażony w aktywne PFC. Aktualnie jestem na etapie projektowania tego modułu. Jutro zacznę od analizy dostępnych układów na rynku i przymierzę się do policzenia minimalnej indukcyjności dławika. Z tego co widzę będzie to proces składający się z wielu iteracji powtarzanych w kółko. Zastanawia mnie jeszcze po co zwiększać napięcie na wyjściu tego PFC bo w niektórych rozwiązaniach pojawiają się napięcia rzędu 500V ?. Co do nawiajania itd to chyba się orientuje a przynajmniej czytałem już kiedyś na ten temat. Chętnie wymienię się informacjami z Twoim kolegą. Dzięki
  • Pomocny post
    Poziom 31  
    Pisząc o wysokich częstotliwościach myślałem o okolicach 100kHz. Oczywiście straty są zawsze i to różnorakiego rodzaju-trzeba wypracować jakiś kompromis. Nie ma też moim zdaniem co szaleć z napięciami bo wysokie napięcie to droższe elementy, większe przerwy pomiędzy ścieżkami, wyższe Rds tranzystorów. W typowych zasilaczach, z którymi miałem styczność napięcie na kondensatorze za APFC to z reguły 400-420V. Ja bym w ogóle na tym etapie z APFC zrezygnował. Jakkolwiek jest ono wymagane w fabrycznych konstrukcjach powyżej pewnej mocy to w amatorskim zastosowaniu chyba nie ma sensu komplikować niepotrzebnie układu. A już zdecydowanie odradzam używanie kontrolerów przetwornic, które stanowią swoiste COMBO z sterownikiem APFC.
  • Poziom 14  
    Niby nie trzeba stosować PFC ale to już 500W i sprawność 60% a 90% to jest już spora różnica mocy wejściowych. Czemu odradzasz taki gotowy układ do sterowania kluczy? Jaki układ polecasz jako kontroler CC-CV?
  • Pomocny post
    Poziom 37  
    Prościej może być wykorzystać rdzeń z ATX-a, przewinąć na wyższe napięcie wyjściowe i dać sobie spokój z aktywnym PFC przynajmniej na tym etapie.

    Zrobić normalny half-bridge zasilany prosto z sieci a ewentualne APFC dać jako osobną płytkę. Fabryczne zasilacze się tak wykonuje(wadliwe wykonanie jednego obwodu nie powoduje zezłomowania całości) więc nie widzę problemu aby tak postąpić.

    W przypadku typowego half-bridge zwykle mamy 325V podzielone na dwa kondensatory o napięciu znamionowym 200V. Ja widywałem w APFC jakieś 350-400V. Jeżeli damy 500V to będzie po 250V i trzeba będzie wstawić 350V bądź 400V bo na 300V za bardzo nie ma.

    A jeszcze innym rozwiązaniem może być fabryczny zasilacz połączony z przetwornicą boost. Albo możemy też żywcem wykorzystać trafo z ATX-a bez przewijania.

    Mardok2 napisał:
    Niby nie trzeba stosować PFC ale to już 500W i sprawność 60% a 90% to jest już spora różnica mocy wejściowych. Czemu odradzasz taki gotowy układ do sterowania kluczy? Jaki układ polecasz jako kontroler CC-CV?


    APFC nie jest od sprawności a od tego aby Power Factor był możliwie bliski 1.

    W Half-Bridge typowo siedzi TL494 i jest to popularny wybór.
  • Poziom 14  
    A moim zdaniem jest, może z tym, że sprawność spadnie do 60 % przesadziłem ale prąd RMS na wejściu będzie wyższy a więc i straty będą większe na elementach/przewodach. Po drugie co z zakłóceniami? Czy jak zrobię typowy Half bridge i podepnę go bez filtra i pfc do sieci to nie wpłynie to negatywnie na inne urządzenia w moim domu? Pomysł z rdzeniem ATX ok. Mówisz o samym rdzeniu czy przeróbce całego zasilacza ATX? Zasilacz ATX i przetwornica brzmi nieźle... pomyślę nad tym.
  • Poziom 37  
    Mardok2 napisał:
    A moim zdaniem jest, może z tym, że sprawność spadnie do 60 % przesadziłem ale prąd RMS na wejściu będzie wyższy a więc i straty będą większe na elementach/przewodach. Po drugie co z zakłóceniami? Czy jak zrobię typowy Half bridge i podepnę go bez filtra i pfc do sieci to nie wpłynie to negatywnie na inne urządzenia w moim domu? Pomysł z rdzeniem ATX ok. Mówisz o samym rdzeniu czy przeróbce całego zasilacza ATX?


    Jeżeli ma kolega śmieciowego ATX-a z pasywnym PFC to można wstawić tymczasowo ten fabryczny dławik.
    Aktywne PFC można dorobić później, jak już cała przetwornica będzie normalnie pracować.

    Można przerobić ATX-a. Przewinąć trafo, wymienić diody po wtórnej, wstawić kondensatory( i inne elementy) na wyższe napięcie i poprzestawiać zabezpieczenia i sprzężenia zwrotne.

    Albo można bazować na ATX-ie czyli wykorzystać elementy.
    Tranzystory kluczujące, transformator główny (po przewinięciu) oraz sterujący i inną drobnicę.
    Można nawet przepiłować płytkę na pół i zostawić sobie jedynie część pierwotną a wtórną dorobić.

    Jeszcze dorzucę schematy różnych zasilaczy dużej mocy.
    60V 40A czyli 2.4kW Dwutranzystorowy forward
    http://danyk.cz/reg60v_en.html
    Przetwornica Forward 350W jednotranzystorowa
    http://danyk.cz/iz350_en.html
    Jeżeli nie jest wymagana dobra regulacja napięcia i nie ma potrzeby ograniczenia prądu. Typowy półmostek.
    http://danyk.cz/iz_2_35_en.html
  • Poziom 21  
    Ja bym poszedł w jakieś LLC (np. UCC25600) plus po stronie wtórnej kontroler ładowania nawet na jakimś uC (np. STM32G0)
  • Poziom 14  
    Przemyślałem sprawę i jako, że to będzie moja pierwsza konstrukcja tego typu to zacznę od układu opartego o tl494 i topologię półmostka bez pfc. Schematów jest dużo więc jest na czym się wzorować. Jak się to uda uruchomić to wtedy pomyślę nad bardziej skomplikowanymi układami i zarazem ciekawszymi(APFC, LLC). Tak jak sugerował kolega wyżej zacznę od projektu głównego transformatora.

    Na tym etapie przyjmuje arbitralnie częstotliwość pracy przetwornicy równą f=80kHz. Napięcie wejściowe po mostku i kondensatorach: Vin=<250, 360>V, Vout =75.6V, Iout=<0.3, 6.8> A. Jak będę miał chwile to dorzucę jakieś obliczenia i schemat wstępny.
  • Poziom 14  
    Dorzucam schemat half bridge. Posiłkuję się stroną http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps_e/hgw_smps_e.html>

    Ładowarka Lion 500W 18s12p













    Poniżej dotychczasowe obliczenia i wyniki:

    Materiał rdzenia : 3C90 - posiada dobre parametry dla czestotliwości z zakresu 20-200kHz.

    Rdzeń ETD39

    Zakładam, że sprawność przetwornicy wyniesie minimum η=80%
    Moc wejściowa przetwornicy Pwej= Pwyj/0.8 = 625W

    Prąd wejściowy Iwej = Pwej/(Umaks/2) = 3.47A

    Przekładnia transformatora : N2/N1 > 2(Vout/Vin)* 0.95 => N1/N2<1.74 (Tego nie rozumiem, na stronie przyjmują 1.54)

    Bpp dla 3C90 przyjmuję 200mT,
    Ae =125 mm²,
    Uwemax=180V
    Liczba zwojów na uzwojeniu pierwotnym: N1=Uwemax/(2*f*Bpp*Ae)=45 zwojów.

    N2 =45/1.7 =26.5

    Dla 3.47A po stronie pierwotnej powinienem uzyć drutu o przekroju : 1.2 mm², po stronie wtórnej 2.3mm².
    Z tego co wyczytałem przy 80kHz należy brać już pod uwagę zjawisko naskórkowości. W tym celu uzwojenie pierwotne wykonam z 6 drutów o srednicy 0.50mm. A uzwojenie wtórne z 12 o tej samej średnicy.

    Kalkulator dr Schmidta, poleca rdzeń ETD54 , N1=20 i N2=13. Zastanawiam się czy uda mi się zmieścić te 70 zwojów drutu na tym rdzeniu(ETD39), akurat taki mam w domu. Czy moja analiza jest poprawna? Czy są jakieś lepsze materiały z ktorych można wykonać taki rdzeń? i jak sprawdzić czy tyle drutu zmieści mi się w oknie transformatora.