Как сделать выпрямитель для гальваники из сварочного аппарата
Многие хотели бы делать гальванику в домашних условиях, например, в своем гараже, но купить выпрямитель тока, предназначенный для промышленного использования, зачастую, просто, невозможно. Его цена будет пропорциональна стоимости нескольких таких гаражей, да и его габариты не подойдут для столь небольшого помещения. Но, как говорится, голь на выдумки хитра, поэтому народные умельцы решили сделать выпрямитель для гальваники из сварочного трансформатора.
Сначала необходимо приобрести, собственно, сам сварочный аппарат, подключаемый к сети в 220 вольт. Откроем секрет: такой аппарат можно купить на любом промышленном рынке, развале или барахолке по вполне сходной цене в пару тысяч рублей. Чаще всего сварочный аппарат представляет собой однофазный трансформатор в железном корпусе с выведенными наружу клеймами. Хочется добавить, что конструкция, когда первичная и вторичная обмотки расположены в разных частях, наиболее удобна для переделки. Когда вторичная обмотка намотана поверх первичной уменьшаются габариты трансформатора. Такой вариант встречается чаще. Но у нас не этот случай.
Затем приобретаем диоды, вольтметр на 20 вольт и амперметр на 100 ампер. Диоды должны быть мощными и вкрученные в алюминевые радиаторы. Включаем трансформатор в сеть и меряем напряжение на вторичной обмотке, которая идет к сварочному электроду. Напряжение может колебаться от 60 до 100 Вольт. Чаще всего оно около 80 Вольт. Добавим, что для многих гальванических процессов хватает напряжение в 15 Вольт. Главное, ток! Затем считаем количество витков все в той же вторичной обмотке. Наш будущий выпрямитель электрического тока должен иметь в среднем количество витков равное, примерно, 80. Теперь считаем, сколько витков необходимо для напряжения в 15 Вольт. Это, примерно, виток на Вольт, соответственно, витков потребуется 15.
На том же рынке приобретаем плоский и широкий провод и перематываем трансформатор. Такой провод не только обеспечит наш выпрямитель нужным напряжением, но и снабдит его большим запасом регулируемой мощности. Регулировка будет механическая, что гораздо дешевле, чем регулирование на тиристорах в промышленных выпрямителях. При намотке провода при каждом витке делаем лепесток с отверстием, итого, 15 лепестков. В дальнейшем, мы сможем подключаться к любому из них. Перекручивая провод от клеймы вниз и вверх, мы обеспечиваем регулировку мощности нашего агрегата.
Далее собираем диодный мост и подключаем его к выпрямителю. Затем подключаем вольтметр и амперметр. После того, как все собрано, необходимо убедиться, что все клеймы хорошо затянуты, так как некачественное соединение может вызвать нагрев, что повлечет за собой отжиг провода или лепестка.
Собранный таким образом выпрямитель подходит для нескольких гальванических процессов: никелирования, меднения, цинкования, анодирования и т.д. Согласитесь, весьма неплохо? Конструкция размещается в металлическом ящике и обязательно заземляется. И в конце хотелось бы добавить: не пытайтесь применять для нашего опыта регулируемые сварочные аппараты. У них очень высокое напряжение и покрытия получаются некачественные.
Гальваника. Рецепт электролита и работа с блоком питания. Часть 2
Этот электролит я называю электролитом гладкого меднения. Методика его приготовления такая же, как любого сернокислого электролита и об этом я писала в предыдущей статье. Во всех моих рецептах количество серной кислоты указано в расчете на использование автомобильного аккумуляторного электролита.
Плюсы данного электролита:
1) Хорошее, ровное, досточно блестящее покрытие.
2) Хорошая скорость закрытия и наращивания меди (экономит элетричество).
3) Отлично поддается любой полировке.
1) Достаточно чувствителен к силе тока.
2) Покрытие не слишком пластично, при попытке изменить форму может дать трещины.
При достаточном количестве тиомочевины и правильно выбранной силе тока должен получиться вот такой листик, гладкий, но имеющий на поверхности тонкую матовую пленку.
Пленка быстро убирается любой полировальной пастой
Любые работы с электролитом ОБЯЗАТЕЛЬНО, ВСЕГДА, БЕЗ ИСКЛЮЧЕНИЙ проводятся в перчатках, очках и фартуке. Сейчас буду пугать!
При смешивании электролита очень желательно надеть респиратор или хотя бы влажную марлевую повязку во избежание попадания пыли медного купороса в дыхательные пути.
Гальваническую ванну лучше всего поставить на большой лист пластика. Рядом обязательно должна быть миска с водой. Вынимаем изделие, прополаскиваем в воде и прямо так, в миске, несем к раковине. Не стоит капать кислотой на ламинат.
Даже небольшая ванночка (1-2 л) должна находиться в хорошо проветриваемом помещении. Подоконник отлично подойдет.
Пожалуйста, всегда будьте внимательны и осторожны. Помните, что вы работаете с опасными реактивами.
Ну, и в завершение, несколько слов о работе с блоком питания. Иногда люди жалуются, что изготовив по моему рецепту электролит электрохимической полировки, не получают блестящего изделия. Или что при использовании электролита матового меднения структура меди на поверхности получается крупитчатой и осыпается. Это все — ошибки в работе с блоком питания.
Самое главное — у нас должен быть блок питания с вольтметром и амперметром.
Итак, начинаем: сначала мы наш листочек покрыли графитовым лаком в 3 слоя (не экономьте на лаке) и обратили внимание на то, что проволочная намотка на черешке листа тоже покрыта лаком.
Погружаем листочек в ванну и выставляем на БП 0,8-0,9 вольт. Ждем пока на амперметре на появится 0.13-0,15 Ампер и повышаем вольтаж до 1,1 Вольт. Опять ждем, пока на амперметре не покажется 0,35 А. Теперь повышаем вольтаж до рабочей величины.
А вот эту саму рабочую величину мы определяем эмпирически. Например, на достаточно крупный березовый лист, опущенный в электролит гладкого меднения нужно подать около 1,6 Вольт.
За полностью закрытым листом внимательно следим.
Изделие блестящее по краям, но матовое в центре — прибавить силу тока. Наоборот: изделие, блестящее в центре, но матовое по краям — силу тока убавить.
При чрезмерной силе тока изделие начинает «пригорать» по краям. На кончиках листьев возникают утолщения и наплывы меди.
Можно использовать этот эффект в декоративных целях, например при изготовлении шапочек для бусин, меднении кристаллов или лэмпворка и т.д. Можно, добившись нужного эффекта, убавить силу тока, чтобы эти наплывы покрылись слоем гладкой меди, для дальнейшей полировки.
А теперь скажите мне, пожалуйста, какая тема вас больше всего интересует (чтобы я знала, о чем писать следующую статью):
Настало время сложить все в кучу и нарисовать схему и плату. 
Файлы в формате Eagle 6.4 в аттаче.
Схема: 
Плата: 
Схема и плата в значительно большем разрешении есть в аттаче.
Что получилось на выходе:
— максимальный ток: 25А
— максимальное напряжение на нагрузке — 7В
— частоты преобразования: расчетные — 740/500/220 кГц, реальные
660/500/240кГц.
— пороговые токи 7А и 15А
Описание схемы
Функционально схема состоит из следующих частей:
— Контроллер преобразователя
— Силовой каскад
— Схема выбора режима стабилизации и датчики
— Схема управления частотой преобразования
— Схема питания
— Реверс
В качестве контроллера преобразователя используется LM2745. Это один из представителей довольно большого семейства чипов фирмы TI для синхронных преобразователей и под нашу задачу подошел по нескольким причинам — схема управления по напряжению, наличие трекинга, простое управление частотой преобразования, широкий диапазон рабочих частот, доступность и удобный но компактный корпус. Из особенностей включения можно отметить, разве что, «заглушенный» ограничитель тока (резистор с 7-й ножки на землю). Так же замечу, что схема управления по напряжению при таком варианте включения значительно удобнее схемы управления по току (и ее вариациям), поскольку контроллер генерирует нарастающий сигнал для ШИМ самостоятельно. Другой плюс для нашего случая — одна петля обратной связи, что упрощает компенсацию. С точки зрения традиционного применения усилитель ошибки несколько «перекомпенсирован» и полоса частот заужена. Это снижает быстродействие преобразователя, но повышает его устойчивость в широком диапазоне напряжений и токов.
Силовой каскад
1.7Вт (причем максимум не на максимальном токе, а возле первой точки «перегиба» частоты).
Схема выбора режима стабилизации и датчики
Датчик тока сделан на униполярном ACS713, а датчик напряжения — просто делитель напряжения на резисторах. Никаких особенностей нет. Выходные напряжения с обоих датчиков «загнаны» в диапазон «менее 3.3В», для нормальной работы внешнего контроллера. В качестве переключателя используется широко распространенный аналоговый мультиплексер/демультиплексер 74LVC1G3157. Особенностей, естественно, никаких нет. По умолчанию (то есть со снятыми управляющими напряжениями) схема работает в режиме стабилизации напряжения, при этом выходное напряжение составляет около 50мв. Это вызвано протеканием тока, который должен заряжать конденсатор мягкого старта, через резистор входного делителя управляющего напряжения. По идее этого напряжения должно хватать для работы в режиме «загрузка под током», но это надо проверять.
Схема управления частотой преобразования
Изначально планировалось использовать одну «точку перегиба» и две частоты преобразования. Но потом на глаза попался компаратор LM393 (их там целое семейство LM393/339/2903/2901), который мне подходил из-за выхода с открытым коллектором. Поскольку в корпусе минимум два компаратора, то я решил этим воспользоваться и сделать две точки смены частоты. Одно из полезных последствий этого решения — путем выбора токов при которых меняется частота и самих частот удалось удержать необходимую для преобразователя индуктивность в пределах менее 1мкГн для всех сочетаний токов и выходных напряжений. Сама схема достаточно примитивная — выходное напряжение с датчика тока сравнивается с эталонным напряжением заданным делителем. Изначально (при нулевом токе на выходе) напряжения на делителе выше напряжения с датчика тока, поэтому оба компараторы имеют на выходе логический 0 (что выражается в открытых выходных транзисторах) и два из трех частотозадающих сопротивлений закорочены. Оставшееся сопротивление задает максимальную частоту работы преобразователя. Когда выходной ток растет и сигнал с датчика достигает первой «точки перегиба» нижний по схеме компаратор срабатывает (выходной транзистор закрывается) и подключает второй резистор в частотозадающую цепь. Это приводит к понижению частоты преобразования. Аналогичный процесс происходит и при достижении второй точки перегиба. Замечу, что схема управления частотой работает независимо от режима стабилизации и независимо от выходного напряжения.
Схема питания
По идее достаточно было одного напряжения питания для всей схемы (+5В), но, как я уже писал раньше, питание драйвера имеет смысл несколько повысить. С другой стороны, питание управляющих цепей имеет смысл максимально качественно отфильтровать (а поскольку рядом гуляют большие импульсные токи, это вдвойне актуально). Так что в итоге сложилась двухступенчатая схема питания — сначала входное напряжение понижаем до 6.5В (точнее, до 6.4) и питаем драйвер, затем с помощью маломощного стабилизатора понижаем до 5В и питаем все остальное.
Реверс
Замечания по разводке
Разводка оказалась едва ли не самой сложной частью проекта. Главных требований два — а) минимизировать (геометрически) пути прохождения больших пульсирующих токов и б) аккуратно разделить земли. На схеме нарисованы две земли — силовая и сигнальная, в реальности их четыре — силовая конфигурацией полигонов разделена на три — сильноточную и две слаботочные. В целом вся разводка как бы «обернута» вокруг центрального полигона силовой земли. Это позволило сократить пути больших токов до минимума вообще. Силовая «сильноточная» это весь центральный полигон. Первая слаботочная силовая земля, выведенная слева вверху, подводит питание ко всей слаботочной части и служит для связи драйвера с нижним транзистором. Вторая слаботочная силовая земля разведена справа и вниз, подводит питание к драйверу моста и служит для связи этого драйвера с нижними плечами моста. Блокировочные конденсаторы и конденсаторы выходного фильтра расположены максимально близко к источникам импульсных токов (транзисторам и индуктивности). Этому способствует и их форма/размер. Нижняя сторона платы содержит несколько полигонов, функциональной нагрузки, кроме отвода тепла, у большинства из них нет. Один из полигонов используется еще и для подвода питания к драйверу моста, так что или плата должна быть с металлизацией или разъем управления должен быть запаян с обеих сторон.
Общие замечания и комплектующие
В качестве первых (ближайших к источникам пульсаций) конденсаторов использованы конденсаторы с реверсной геометрией 0612. Выбор не случаен — такое решение позволяет минимизировать паразитные индуктивности и максимально сократить пути прохождения токов с наиболее широкой полосой.
Входной электролит обязателен (иначе неслабые пульсации потребляемого тока будут «лезть» обратно в блок питания и не факт, что он с ними справится, не говоря уже о том, что вся схема превратится в передатчик в широком диапазоне. Электролит следует подбирать с малым ESR и большими допустимыми токами пульсаций, иначе он будет сильно греться и быстро выйдет из строя. В идеале сюда лучше поставить полимерные конденсаторы, но подходящих конденсаторов в SMD исполнении я не нашел, а ставить выводные не захотел. Если будет возможность поставить полимерные, то подойдут даже с емкостью в несколько раз меньшей (220мкф должно хватить).
В качестве разъемов питания и выхода выбраны 4-х контактные разъемы типа MiniFit. Этот тип разъемов всем известен по компьютерным блокам питания. Разводка входа использована аналогичной одному из выходов ATX (если память не изменяет, то дополнительного питания процессора, но тут надо быть внимательным, 4-х контактных выходов обычно два и земля-питание у них разведены противоположным образом).
Разъем управления — обычный рядный разъем с шагом 2.54мм.
Светодиоды на плате нужны больше для отладки, так что при желании их можно не ставить (как и соответствующие резисторы). Входные сигналы управления могут управляться как контроллером с 5В питанием, так и 3.3В. Как я уже писал выше, выходные сигналы подогнаны для работы с 3.3В микроконтроллером (в реальности они не превышают 3В), поэтому на контроллере с 5В питанием вся шкала АЦП использоваться не будет.
Выходной фильтр разделен на две части — до датчика тока и после. Это сделано из соображений удобства разводки, а не по каким-то более замысловатым соображениям.
Резисторы и конденсаторы в маломощных цепях — любые 0603 нужного номинала. Конденсатор в цепи подкачки драйвера (С1 на схеме, на плате обозначен как 1uFx50V) рекомендуется подобрать на максимальное напряжение какое удастся найти, но никак не менее 25В. Блокировочные конденсаторы по силовому питанию (47мкф) и в выходных фильтрах можно поставить чуть меньше (22мкф должны подойти), но, опять-таки, с рабочим напряжением побольше.
Индуктивность XAL1580-102 на 1мкГн. Вместо нее можно поставить IHLP5050 нужного номинала («в лоб» на футпринт для XAL1580 они не станут, но IHLP5050 есть в списке корпусов, так что перед печатью фотошаблона или отправкой на производство просто выберите нужный корпус из списка в редакторе плат Eagle).
Диоды — любые Шотки с напряжением хотя бы 30В и током хотя бы 1А (ну и подходящим футпринтом, конечно).
Транзисторам в преобразователе замены, увы, я не знаю.
К транзисторам в мосте требование только одно — минимальное сопротивление в открытом состоянии (ну и напряжения сток-исток и затвор-исток не менее 15В), поэтому можно попытаться выбрать другие. Футпринт под LFPAK достаточно универсален, большинство вариаций на тему Power-SO8 должны становиться без проблем. Впрочем, как и в случае с индуктивностью, в списке корпусов можно найти много всего разного, например, PQFN5x6.
Драйвер полумоста можно заменить на NCP5351 без переделки платы и без заметного ухудшения характеристик.
Вместо LM2745 можно применить LM2748 (у них даже даташит один на двоих). Должен подойти еще LM2746 и, возможно, LM2742 (это надо проверять). С небольшой переделкой схемы (добавлением внешней опоры) подойдет еще LM2744.
Плата сделана с использованием двухстороннего FR4 толщиной 1mm и толщиной меди 70 мкм (покупался на ebay). Размер платы подогнан так, что бы две такие платы влезали на заготовку размером 100х160мм. Не исключено, что подойдет и обычная 35 мкм фольга, но я этого не проверял. Наличие маски на плате обязательно.
Толстая фольга, отсутствие термопереходов на многих полигонах, наличие массивных деталей, достаточно плотный монтаж и выбор футпринтов — все это делает сборку обычным паяльником если не невозможной, то, как минимум, крайне неудобной и чреватой перегревом деталей. Поэтому настоятельно рекомендуется пайка в печке или, как минимум, на с использованием подогрева (стол для прогрева или, хотя бы фен). Впрочем, разъемы все равно приходится паять именно таким способом даже при использовании печки.
Типа итоги
Схема работает и, в принципе, делает то и так, как задумывалось изначально. Тем не менее, есть несколько моментов, из-за которых решение мне не очень нравится. Во-первых, 20-25, максимум 30А — предел для такого типа схем. Дальше нужно переходить к многофазным контроллерам, а это, хотя и вполне подходящий вариант, резко усложнит схему. Не столько с точки зрения схемотехники (тут, как раз, все просто), сколько с чисто конструктивной точки зрения. Вероятно более перспективным с этой точки зрения будет использование полумостового или полномостового DC-DC преобразователя с синхронным выпрямлением и квазирезонансным или резонансным режимом работы. В такой схеме с большими токами работает только непосредственно выпрямитель, причем режим работы транзисторов в выпрямителе близок к ZCV, что дает возможность довольно просто получать значительные токи. Впрочем, это тема для отдельного копания вглубь и вширь…
Ну и на закуску несколько фоток: 
Комментарии ( 171 )
Что получилось на выходе:
— максимальный ток: 25А
Тем не менее, есть несколько моментов, из-за которых решение мне не очень нравится. Во-первых, 20-25, максимум 30А — предел для такого типа схем.
6А (в зависимости от емкости) макс. ток нагрузки… Эт их что, 10 шт. нужно? О_о И как в таком случае дороги разводить? Просто с силовой электроникой работать еще не приходилось (в смысле делать с нуля)…
[/off]
12.5A на фазу или трехфазник с
17.5A на фазу будет проще и в подборе комплектухи и в разводке. Правда, без четырехслойной платы с ними дело иметь крайне сложно — много пересекающихся широких шин, двух слоев маловато.
P.S. напряжение на выходе какое?
До 5В, потому с многофазником туговато — там обычно до 2..2,5В, если брать готовый контроллер… + его еще достать…
Мне бы с 2-мя слоями хоть разобраться — как правильно распараллелить дороги… Пока неспешно ковыряю 20-ти амперник (5В) с кучей перемычек/переходов и самопальными пистонами под ноги кондерам…
ЗЫЖ а плата все равно зач0тная. 1 ^_^
Мне бы с 2-мя слоями хоть разобраться — как правильно распараллелить дороги…
зачем так сложно,
берёте МОТ,
срезаете вторичку,
убираете прокладки и кольцо,
продеваете кабель в пару витков, можно с ответвлениями на несколько напряжений
и собственно можно получать 500Ампер и больше, мой домашний выдаёт до 1КА на 2, кажется, вольтах, для контактной сварки\гальваники\газогенератов… в домашних условиях то что доктор прописал
свой домашний мне фоткать лень, так что фото из интернета, это простейший вариант
стабилизация тока — нет, этож трансформатор
стабилизации напряжения — нет, но оно не особо плавает
реверс — нет
выходные напряжения — любые, зависит от того сколько тока хотите брать, поскольку кабель на выдерживающий несколько сотен Ампер весьма толстенький
выходные токи — сотни Ампер, опять же смотря что надо
длительность импульса — чем запитаете такой и будет, 220в 50Герц как базовый вариант
А как осуществляется, и осуществляется ли вообще ограничение напряжения в режиме стабилизации тока?
Да, именно так. Если есть делать контроллер, то можно реализовать калибровку, скажем, подключить резистор 1Ом на выход источника, снять напряжения с датчиков в обоих режимах, затем выставить (например тупо перебором) напряжение на выходе 1В и получить чувствительность датчика. Дальше режимы можно задавать сугубо параметрически.
В описании указано, что все сигналы подогнаны к диапазону «до 3В». У регулировки тока есть небольшая «мертвая зона» в начале (около 0.3В), вызванная тем, что на выходе микросхемы датчика тока имеется около 0.5В даже при отсутствии тока через датчик.
В режиме стабилизации тока ограничения на выходное напряжение нет.
я сейчас копаю в другом направлении, которое мне кажется более перспективным.
От желания попробовать такой вариант меня останавливает следующие соображения: на больших токах напряжение на электродах ванны тоже будет немалым. Промышленные источники тока на 100А описание которых я видел, обычно делаются на 8-10В, вероятно в любительских условиях оно будет примерно таким же, возможно несколько выше. Предположим, все-таки, что будет 8В. Тогда «коэффициент трансформации» составить всего 1.5, то есть источник питания должен выдавать всего в полтора раза меньший ток. Блок питания 12В 30А стоит немало, компьютерные блоки питания тоже очень не многие могут выдать больше 20А. Предположим, что это удалось обойти, скажем, запитать каждую фазу от отдельного канала +12В (компьютерные, как раз, обычно это умеют). Тем не менее, решение получается, как бы, совсем не дешевым. Абы какой блок питания тут не пойдет, нужен качественный киловатник или очень близкий к нему. Хотлайн говорит, что они стартуют со штуки гривен за какие-то неизвестные мне бренды. Предположим это тоже не проблема. Тут встают в полный рост проблемы связанные с жестким переключением — на полном ходу фазы будут в сумме неслабо так греться. Отвести в плату пару ватт не сложно, отвести десятка полтора ватт — проблематично, да и плата понадобится немалого размера. То есть можно, но я морально не готов загонять транзисторы в предельные температурные режимы. Да, я знаю, что на материнках именно так и делают из соображений экономии пары-тройки баксов на полевиках, но из-за низкого выходного напряжения там транзисторы в полумосте практически в равных условиях получаются. А в нашем случае так делать рискованно — при высоком выходном напряжении львиная доля потерь будет приходиться на верхнее полуплечо и при малейшем изменении в охлаждении рискуем сжечь транзисторы. Три транзистора ставить тоже не выгодно — заметно растут потери на переключение и драйверу тоже достается. Он и в моей схеме не в самом легком режима работает (на токах до примерно 17-20А это самая горячая деталь в схеме). Ладно, предположим и это как-то решилось, скажем, взяли не три фазы, а четыре и, в принципе, температурный режим обещает оставаться в норме. Давай попробуем глянуть, какие есть варианты решения:
— предложенный тобой ISL6308. три фазы со всеми вытекающими отсюда проблемами упомянутыми выше. Необходимость обрубать защиту по току из-за того, что она ограничивает выходное напряжение.
— ISL6558, который я уже несколько раз упоминал. Драйверов на борту нет, зато просто как угол дома, и защита и баланс токов делаются через Rdson, штатно, если не ошибаюсь умеет только 6В, но это достаточно просто обходится (+один диод на фазу). Раз драйвера внешние, то можно выбирать из нескольких вариантов, либо поставить в каждую фазу такую же связку драйвер+полевики как топике, либо поставить интегрированный DrMos (SIC780/SIC769/FDMF6807/FDMF6820 и еще куча других вариантов от других контор). Из мелких неудобств, разве что, отсутствие трекинга внешнего напряжения. Что, впрочем, легко решается (я знаю минимум два способа, если интересно — расскажу).
— Полностью интегрированный каскадируемый преобразователь, скажем, MP8620DQK. Все в одном флаконе, добавил индуктивность и несколько емкостей по питанию — фаза готова. Из минусов — для работы ему нужен сигнал с DCR индуктивности. Это сильно ограничивает выходное напряжение (конкретно у этой, если не ошибаюсь, всего 3.5В, у других похожих с этим слегка получше, но никак не выше 6В). Решить это тоже можно (источник тока управляемый напряжением + токовое зеркало, если интересно — расскажу подробнее), но схема одной фазы сильно усложняется.
— Использовать драйвер с удвоением фаз ISL6611. Увы, всего две фазы.
— Использовать отдельный удвоитель фаз в каскаде. Проблемы примерно те же, что и у интегрированного преобразователя (и у многих контроллеров, которые для всего используют сигнал с DCR) — низкое выходное.
Общие проблема всех этих подходов:
— Сложность разводки. В два слоя оно не вписывается никак, в четыре со скрипом. Но дома прототипчик на скорую руку уже сварганишь. Заказ таких плат обходится больше сотни (с доставкой), а угадать все с первого раза затруднительно, следовательно будет больше одного захода.
— Из-за низкого «коэффициента трансформации» токонагруженных цепей много, разводить такое сложно, а плата получается большой.
— Большинство из этих вариантов опирается на применение чипов в QFN корпусах. Само по себе не страшно (для меня, во всяком случае), но повторяемость конструкции ухудшится еще больше.
И все эти сложности — в угоду реверсным режимам
… типа продолжение…
Попробую объяснить почему я стал поглядывать в сторону прямого преобразования сетевого напряжения в выходной ток. Ну, понятное дело, минус блок питания. Второе, весьма существенное обстоятельство, для многих топологий хорошо проработаны мягкие режимы переключения, что позволяет снизить потери и повысить частоту, сделав конструкцию относительно небольшой. Третье, не менее существенное, транзисторы для таких преобразователей, как ни странно, гораздо доступнее. Для киловаттного преобразователя нужны отнюдь не рекордные транзисторы по току и сопротивлению канала в открытом состоянии, а такие транзисторы за последние лет пять достигли просто таки впечатляющих характеристик. Глянь, например, полный заряд затвора и времена переключения у IPP60R299CP. Вообще все инфинеоновские серии CoolMOS, особенно транзисторы с суффиксом CP заслуживают внимания. Похожие транзисторы есть и у других производителей. При этом они не нужны десятками, а цены на них вполне демократические. В четвертых, в большинстве случаев эти транзисторы идут в корпусах типа TO-220/247/262, с охлаждением которых особых сложностей не возникает. Ну и самое главное: «коэффициент трансформации» даже у каскадных топологий (типа той, что я постил недавно) легко получается 3 и больше (даже если на вторичной стороне использовать те же или аналогичные 25-30В полевики). У вариантов с одним каскадом так вообще от 30 и выше. Это значит, что токи там в такое же число раз меньше, что сильно упрощает разводку.
Другие соображения: если забить на флайбеки и прочие подобные топологии и использовать пуш-пулл, полумост или мост, а так же залезть, по возможности, повыше по частоте, то трансформатор получается достаточно компактным, а количество витков небольшим. Предварительный просчет показывает, что под эту задачу достаточно сердечников типа ETD39 или PQ3535, первичка около 60 витков (2х30), вторичка (вторички) 4-6 витков (2х2 — 2х3) для каскадной топологии и два витка (2х1) для однокаскадной. Из неприятных моментов — транс надо мотать, причем мотать либо литцендратом (который не так просто купить, особенно если не знать мест) либо медной лентой (что вполне может оказаться проще найти, да и транс будет лучше).
Сейчас я рассматриваю две топологии, которые мне кажутся наиболее перспективными — та, которую я постил и полный мост со сдвигом фаз. В первой мне нравится то, что а) все до единого транзисторы переключаются в мягком режиме; б) схема легко делается многофазной, правда фазы будут работать синхронно, но в данном случае на это можно забить, зато большие токи появятся только на самом выходе. Если для генерации ШИМ использовать токовое управление, то баланс фаз получается автоматически. Очень существенный момент: в этой схеме почти все транзисторы управляются «от земли», а для этого достаточно обычных low side драйверов, которые дают очень пристойные токи и доступны. Не нравится мне то, что схема не будет самой простой и часть логики придется делать на рассыпухе — имеющиеся контроллеры сюда не подходят, либо их применение не упрощает схему, либо и то и другое вместе.
Полный мост со сдвигом фаз между полумостами конструктивно значительно проще, во вторичке у него только синхронный выпрямитель. Проблема видится том, что сделать его многофазным затруднительно — канал управления один. Выпрямитель, даже синхронный, на 100А это головняк. Зато можно попробовать реализовать реверс изменением фаз переключения синхронного выпрямителя. Из минусов — необходимость в высоковольтном драйвере (даже двух), причем с небольшими задержками. Ну и пока я не знаю как в этой схеме реализовать мягкий режим переключения, а в жестком легко засрать эфир по самое небалуйся.
