طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

[hamedhamidi]

من میخوام یک منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت طراحی کنم . از اونجا که کار خودم تعمیرات اینورتر های کیلو وات بالا (تا 2 مگا وات) و منابع تغذیه هست و علاقه شدیدی به طراحی دارم بعد از مدت ها الان وقت پیدا کردم که این کار تحقیقاتی رو شروع کنم.قبلا هم فعالیت تعمیراتی در این زمینه خیلی زیاد داشتم ولی دوس دارم خودم بتونم در مواقعی که لازمه طراحی هم بکنم. از اساتید گرامی مخصوصا آقای جبراییلی که من همیشه مزاحم ایشون هستم خواهش میکنم در این زمینه راهنمایی بفرمایند.
مرحله اول یکسوسازی ورودی هست که من اومدم از یک پل 3 فاز 35 آمپر برای این منظور استفاده کردم .برای شارژ اولیه خازن ها از یک مقاومت 10 وات 50 اهم استفاده کردم و بعد از اتصال برق ورودی بعد از 3 ثانیه با یک رله این مقاومت رو بای پس میکنم و مجموعه یکسوساز ورودیم کامل میشه.
محاسبه مقدار ظرفیت خازن ورودی رو طوری انتخاب میکنم که تحت بار کامل حداکثر افت ولتاژ خازن در یک دوره تناوب برابر 10 درصد ولتاژ ورودی باشه.
رابطه افت ولتاژ توی سینوسی تک فاز بصورت I/2fc=vrpp هست اما این رابطه رو برای 3 فاز نمی دونم
البته اینو از توی شبیه سازی توی اورکد میشه محاسبه کرد ولی دوس دارم فرمولشم بدونم
پس اولین سوال اینکه که:
1- رابطه افت ولتاژ برای یکسوساز 3 فاز به چه صورت هست؟
میرسیم به طراحی هسته.
خوب توان لازم برای این مجموعه میشه 20A *400v=8kw تا جایی که میدونم برای این توان باید از فول بریج استفاده کرد.
حالا میمونه طراحی فرکانس کاری مناسب و مقدار ابعاد هسته و سیم پیچ اولیه و ثانویه و توپولوژی مدار
میخوایم مرحله به مرحله پیش بریم.
2- بهترین فرکانسی که توی این محدوده توان میشه کار کرد چه مقدار هست؟
اینو از این جهت پرسیدم که قطعات موجود در بازار ما رو محدود خواهد کرد.پس سوال بعدی به این صورت هست که:
3- بهتره ماسفت کار کنم یا IGBT ?
میخواییم مقدار جریان و ولتاژ سوییچ رو محاسبه کنیم.
همون طور که حساب کردیم توان خروجی 8 کیلو وات هست.فرض میکنیم 20 درصد اتلاف توان در منبع تغذیه داشته باشیم. پس توان کشیده شده از ورودی برابر است با 8*1.2=9.6 کیلووات
فرض میکنیم 10 کیلو وات توان از ورودی منبع تغذیه کشیده بشه.
مقدار ولتاژ دی سی شده ورودی برابر است با 1.4*380=530 ولت فرض میکنیم 550 ولت
حالا از روی توان مقدار جریان ورودی رو محاسبه میکنیم
i=10kw/550 که برابر میشه با 18 آمپر.فرض میکنیم همون 20 آمپر
خوب میرسیم به انتخاب سوییچ مناسب برای این مجموعه.
باید سوییچی انتخاب کنییم که بتونه 550 ولت و جریان 20 آمپر رو تحمل کنه
4- سوییچی که بتونه تو این شرایط بصورت پایدار کار کنه باید چه ولتاژ و جریانی داشته باشه؟ یا بهتره بپرسم که نواحی SOA برای این سوییچ با توجه به فرکانس کاری که سوالشو تو مرحله 2 پرسیدم چطور تعیین میشن؟
3- برای این مقدار جریان بهتره از یک ماسفت(یا IGBT) یا مجموعه ای از ماسفت(یا igbt)های موازی استفاده کرد؟


خوب منتظر جواب های استاد جبراییلی هستیم تا ادامه بدیم :applause:

[عباس جبراییلی]

پاسخ : طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

سلام--در ولتاژ ورودی سه فاز نیازی به استفاده از خازن نمیباشد زیرا ریپل ولتاژ بعد از یکسو سازی مقدار کمی خواهد بود که با طراحی مناسب تعداد دورها میتوان انرا جبران نمود. ولی در حالت کلی رابطه محاسبه خازن برابر است با جریان ضربدر زمان تقسیم بر ریپل ولتاژ و زمان در سه فاز بعد از یکسو سازی حدود 3 میلی ثانیه در نظر میگیریم زیرا فرکانس بعد از یکسو سازی 300 هرتز است --لذا پیشنهاد میشود از قرار دادن خازن بعد از یکسو ساز خود داری نمایید---رنج ولتاژ ورودی را باید مشخص نمایید --ولی فعلا انرا 20 درصد در نظر میگیریم یعنی %20+/-380 که میشود 456 ولت حداکثر و 304 ولت حداقل که دامنه متناظر با انها برابر است با 638.4 ولت و 425.6 ولت ---راندمان را هم 85 درصد در نظر میگیریم بنابراین توان ورودی بربار است با 8000 تقسیم بر 0.85 میشود 9411 وات---بهترین فرکانس را معمولا محیطی که قرار است دستگاه در انجا کار کند مشخص میکند زیرا ممکن است در کنار دستگاه ادوات دیگری وجود داشته باشند که به فرکانسهای خاصی حساسیت داشته باشند و فرکانس کاری شما در انها ایجاد نویز نماید لذا باید فرکانس کاری را طوری در نظر بگیرید که مضارب هارمونیکهای ان در ادوات جانبی ایجاد نویز نکند--ولی برای این رنج از توان فرکانس بین30 تا 50 کیلو هرتز مناسب است.--که ما انرا 40 کیلو در نظر میگیریم--همچنین ماسفت ها در ولتاژ 3 فاز خیلی گران بوده و در بازار ما کم پیدا لذا بهتراست از ای جی بی تی های فست استفاده نمایید--جریان ای جی بی تی را باید در حداقل ولتاژ ورودی محاسبه نمایید حداقل ولتاژ برابر بود با425.6 ولت و توان 9400 وات لذا تقسیم این دو بر هم 9411/425.6=22 امپر و حدود 0 1درصدبنابراین یک ایجی بی تی هم برای جریان معناطیس کنندگی به ان اضافه کرده که میشود 24 امپر که در دیوتی سایکل 80 درصد جریان به بیش از این خواهد رسید یعنی 24/0.8 =30 امپر دیوتی سایکل را شما نمیتوانید باتر از 90 درصد برسانید زیرا زمان سوییچها این اجازه را به شما نخواهد داد--و در توپولوزیهای رزونانسی اینمقدار به 80 درصد خواهد رسید.و 20 درصد هم ضریب اطمینان در نظر میگیریم که میشود 36 امپر لذا یک ای جی بی در نظر میگیریم که بتواند در دمای 80 درجه این جریان را بدهد برای امتخاب توپولوژی هم بهتر است که ببینیم این منبع چه باری را تغذیه خواهد کرد تا بر اساس ان توپواوژی را انتخاب نماییم--زیرا توپولوژیهای معمولی تلفات بسیاری خواهند داشت-.

[hamedhamidi]

پاسخ : طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

سلام.کاربرد مدار شارژ مجموعه 20 تا باتری بک پ هست که بصورت سری بسته شده.
1-در مورد خازن ورودی این مورد رو من خودم از توی درایوهای AC یاد گرفتم .توی درایوها از این خازن ها استفاده میکنن تا هم در مد ریجنریتیو بشه ولتاژ برگشت شده از موتور رو دریافت کرد و هم اینکه یک ولتاژ ثابت و بدون اسپایک داشت که موقع سوییچ کردن آی جی بی تی ها تاثیر روی خط ورودی نداشته باشیم. البته خود این خازن ها مشکلاتی هم ایجاد میکنن و بدترینش همینی هست که شما فرمودین یعنی ایجاد هارمونیک بالا به دلیل ایجاد جریان های شارژ لحظه ای که مقدار پیک بالایی دارند و از طرفی افزایش مقدار نرخ جریان یکسو ساز ورودی. من هم خودم حقیقتش تا حالا ندیده بودم که جایی منبع تغذیه بدون خازن باشه ولی خوب قطعن تجربه شما توی منابع تغذیه سند هست.ولی یک سوال برام پیش اومد و اینکه بدون وجود این خازن موقعی که سوییچ ها خاموش میشن انرژی ذخیره شده توی هسته مغناطیسی شده به کجا بر خواهد گشت؟؟ تا جایی که من میدونم این انرژی بصورت لحظه ای از بین نمیره و باید به یک صورتی دمپ بشه که با وجود خازن وقتی سوییچ خاموش بشه از طریق دیودهای معکوس موازی با سوییچ که بصورت ذاتی هم وجود دارند بر میگردن روی خازن ورودی .حالا اگه خازن تو ورودی نباشه با توجه به وجود پل یکسو ساز در ورودی که امکان برگشت جریان به خط رو مسدود میکنه این انرژی ذخیره شده کجا خواهد رفت؟
2- نکته بعد این است که من میخوام با مدار کنترلیم که یک میکروکنترلر هست ولتاژ خروجی رو بصورت متغیر داشته باشم و بتونم اونو بین 20 تا 400 ولت کنترل کنم چون ممکنه بخاطر شرایط موجود تعداد باتری ها نتغیر باشن و این اصلا دست من نیس.یعنی من باید بتونم بین یک تا بیست باتری رو شارژ کنم.خوب این شرایط جدیدی رو به مدار من از لحاظ توپولوژی یا سخت افزار اعمال میکنه یا نه؟
3- در مورد انتخاب آی جی بی تی آمپرش و فرکانس کاریش مشخص شد اما ولتاژش مشخص نشد.آیا همن مقدار ماکزیمم ولتاژی که شما فرمودین 634 ولت کافی هست یا نه؟ استاندارها در مورد آی جی بی تی ها ولتاژ های 600 و 800 و 900 و 1200 ولتی هستن توی این رنج.کدومشونو انتخاب کنم؟
این توضیح رو هم بدم که همون طور که قبلان هم در مورد پروژه های دیگه از شما راهنمایی خوایتم من قبلن از خازن در ورودی استفاده میکردم و وقتی شکل موج ولتاژ سوییچ ها رو توی اسکوپ توی بارهای شدید میگرفتم میدیدمکه این برگشت ولتاژ از هسته موقع خاموش شدن سوییچ باعث افزایش ولتاژ خازن میشد که وقتی توی بارهای شدید دستگاه خاموش میشد به علت همون افزایش ناگهانی ولتاژ خازن (که ناشی از جریان برگشتی زیاد از هسته بود) ولتاژ سوییچ ها هم درجا بالا میرفت و میترکیدن که این مشکل رو با کاهش جریان خروجی و سپس خاموش کردن سیستم برطرف میکردم ولی حالا میخوام نظر شما رو در مورد این موضوع بدون و اینکه واسه همین موضوع ولتاژ سوییچ چقدر باشه بهتره؟
4- من با بحث توپولوژی خیلی مشکل دارم مخصوصن این توپولوژی های رزونانسی. اگه میشه چند تا داکیومنت در این مورد معرفی کنین که اطلاعاتمو یکم در مورد ارتقا بدم و راهنمایی بفرمایید که من الان تو این کاربرد چه توپولوژی استفاده کنم بهتره
5- در مورد انتخای آی جی بی تی و ارتباط اون با فرکانس کاری راهنمایی بفرمایید. تا جایی که میدونم کافیه که مجموع زمان روشن شدن و زمان صعود و زمان نزول و زمان خاموش شدن باید یک دهم دوره تناوب حفرکانس کاری باشه. نرخ جریان و ولتاژ رو هم محاسبه کردیم. فرمودین که اینها رو هم باید توی دمای حداکثر 80 درجه لحاظ کنم.مورد دیگه ای هم هست یا نه؟

ممنونم استاد که وقت میذارین.

[hamedhamidi]

پاسخ : طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

این آی جی بی تی چطوره؟
http://www.lsis.com/upload/products/...02Z_REV0.1.pdf

[عباس جبراییلی]

پاسخ : طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

در مورد ای جی بی تی باید ببنبد که سازنه انرا برای چه فرکانسی پیشنهاد داده است---در مورد خازن و برگشت ولتاژ شما باید یک فیلتر هم بعد از پل دیود قرار دهید که در طراحی و ساخت ان این مسائل حل خواهد شد و علت ان پیکهای ولتاژ هم از سوییچ کردن در زمانهای نادرست و چیدمان غلط قطعات میباشد---والا چنین مشکلاتی بوجود نخواهد امد--برای تغییر ولتاژ هم از 20 تا 400 ولت خازنهای خروجی زیادتر خواهد شد---ولتاژ ای جی بی تی هم میتواند حداقل 800 ولت باشد به شرطی که مدار بدرستی طراحی شود و اسپایک نداشته باشید--یعنی در حالتهای گذرا ---انتخاب ای جی بی تی و فرکانس کاری بحث مفصلی است که متاسفانه من نمیتوانم در این مورد کمکی نمایم زیرا برای هر ای جی بی تی محاسبات تغییر میکند و نیازمند شناسایی تکنولوژی ساخت-کاربرد-مشخصات فنی....و مطالب دیگری دارد که من بسته به نیازم به دنبال ان میروم زیر مستلزم زمان و وقت گذاشتن برای ان است--ولی برای کارهای جنرال شما میتوانید از سایت سازندگان ای جی بی تی قطعه مورد نیاز خود را پیدا کنید زیرابرخی از انها شما رادر پیدا کردن قطعه مورد نیاز کمک میکنند.

[hamedhamidi]

پاسخ : طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

4- من با بحث توپولوژی خیلی مشکل دارم مخصوصن این توپولوژی های رزونانسی. اگه میشه چند تا داکیومنت در این مورد معرفی کنین که اطلاعاتمو یکم در مورد ارتقا بدم و راهنمایی بفرمایید که من الان تو این کاربرد چه توپولوژی استفاده کنم بهتره

[hamedhamidi]

پاسخ : طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

بعد از این مسائل می رسیم به بحث طراحی هسته. ابعاد هسته تعداد دور سیم پیچ اولیه و ضخامت سیم آن و تعداد دور سیم پیچ ثانویه و ضخامت سیم پیچ آن.
نرم افزار خاصی رو برای این کار پیشنهاد میکنید یا منبع و مرجعی تا شروع کنیم

[hamedhamidi]

پاسخ : طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

منتظر راهنمایی شماییم آقای جبراییلی

[عباس جبراییلی]

پاسخ : طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

در مورد انتخاب هسته و محاسبات ان در تاپیک نحوه طراحی و ساخت منابع تغذیه و در حدود فکر میکنم پست شماره 51 توضیحات داده شده است.

[hamed8419215]

پاسخ : پاسخ : طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

سلام--در ولتاژ ورودی سه فاز نیازی به استفاده از خازن نمیباشد زیرا ریپل ولتاژ بعد از یکسو سازی مقدار کمی خواهد بود که با طراحی مناسب تعداد دورها میتوان انرا جبران نمود. ولی در حالت کلی رابطه محاسبه خازن برابر است با جریان ضربدر زمان تقسیم بر ریپل ولتاژ و زمان در سه فاز بعد از یکسو سازی حدود 3 میلی ثانیه در نظر میگیریم زیرا فرکانس بعد از یکسو سازی 300 هرتز است --لذا پیشنهاد میشود از قرار دادن خازن بعد از یکسو ساز خود داری نمایید---رنج ولتاژ ورودی را باید مشخص نمایید --ولی فعلا انرا 20 درصد در نظر میگیریم یعنی %20+/-380 که میشود 456 ولت حداکثر و 304 ولت حداقل که دامنه متناظر با انها برابر است با 638.4 ولت و 425.6 ولت ---راندمان را هم 85 درصد در نظر میگیریم بنابراین توان ورودی بربار است با 8000 تقسیم بر 0.85 میشود 9411 وات---بهترین فرکانس را معمولا محیطی که قرار است دستگاه در انجا کار کند مشخص میکند زیرا ممکن است در کنار دستگاه ادوات دیگری وجود داشته باشند که به فرکانسهای خاصی حساسیت داشته باشند و فرکانس کاری شما در انها ایجاد نویز نماید لذا باید فرکانس کاری را طوری در نظر بگیرید که مضارب هارمونیکهای ان در ادوات جانبی ایجاد نویز نکند--ولی برای این رنج از توان فرکانس بین30 تا 50 کیلو هرتز مناسب است.--که ما انرا 40 کیلو در نظر میگیریم--همچنین ماسفت ها در ولتاژ 3 فاز خیلی گران بوده و در بازار ما کم پیدا لذا بهتراست از ای جی بی تی های فست استفاده نمایید--جریان ای جی بی تی را باید در حداقل ولتاژ ورودی محاسبه نمایید حداقل ولتاژ برابر بود با425.6 ولت و توان 9400 وات لذا تقسیم این دو بر هم 9411/425.6=22 امپر و حدود 0 1درصدبنابراین یک ایجی بی تی هم برای جریان معناطیس کنندگی به ان اضافه کرده که میشود 24 امپر که در دیوتی سایکل 80 درصد جریان به بیش از این خواهد رسید یعنی 24/0.8 =30 امپر دیوتی سایکل را شما نمیتوانید باتر از 90 درصد برسانید زیرا زمان سوییچها این اجازه را به شما نخواهد داد--و در توپولوزیهای رزونانسی اینمقدار به 80 درصد خواهد رسید.و 20 درصد هم ضریب اطمینان در نظر میگیریم که میشود 36 امپر لذا یک ای جی بی در نظر میگیریم که بتواند در دمای 80 درجه این جریان را بدهد برای امتخاب توپولوژی هم بهتر است که ببینیم این منبع چه باری را تغذیه خواهد کرد تا بر اساس ان توپواوژی را انتخاب نماییم--زیرا توپولوژیهای معمولی تلفات بسیاری خواهند داشت-.

در کتاب الکترونیک قدرت هارت، ولتاژ خروجی پل تمام موج سه فاز رو به صورت زیر گفته:



که برای مقادیر گفته شده میشود 614 ولت و 410 ولت دی سی. البته اختلاف جزیی دارن (در حد 6 درصد).

[hamed8419215]

پاسخ : پاسخ : طراحی منبع تغذیه 20 آمپر 400 ولت

سلام.کاربرد مدار شارژ مجموعه 20 تا باتری بک پ هست که بصورت سری بسته شده.
1-در مورد خازن ورودی این مورد رو من خودم از توی درایوهای AC یاد گرفتم .توی درایوها از این خازن ها استفاده میکنن تا هم در مد ریجنریتیو بشه ولتاژ برگشت شده از موتور رو دریافت کرد و هم اینکه یک ولتاژ ثابت و بدون اسپایک داشت که موقع سوییچ کردن آی جی بی تی ها تاثیر روی خط ورودی نداشته باشیم. البته خود این خازن ها مشکلاتی هم ایجاد میکنن و بدترینش همینی هست که شما فرمودین یعنی ایجاد هارمونیک بالا به دلیل ایجاد جریان های شارژ لحظه ای که مقدار پیک بالایی دارند و از طرفی افزایش مقدار نرخ جریان یکسو ساز ورودی. من هم خودم حقیقتش تا حالا ندیده بودم که جایی منبع تغذیه بدون خازن باشه ولی خوب قطعن تجربه شما توی منابع تغذیه سند هست.ولی یک سوال برام پیش اومد و اینکه بدون وجود این خازن موقعی که سوییچ ها خاموش میشن انرژی ذخیره شده توی هسته مغناطیسی شده به کجا بر خواهد گشت؟؟ تا جایی که من میدونم این انرژی بصورت لحظه ای از بین نمیره و باید به یک صورتی دمپ بشه که با وجود خازن وقتی سوییچ خاموش بشه از طریق دیودهای معکوس موازی با سوییچ که بصورت ذاتی هم وجود دارند بر میگردن روی خازن ورودی .حالا اگه خازن تو ورودی نباشه با توجه به وجود پل یکسو ساز در ورودی که امکان برگشت جریان به خط رو مسدود میکنه این انرژی ذخیره شده کجا خواهد رفت؟
2- نکته بعد این است که من میخوام با مدار کنترلیم که یک میکروکنترلر هست ولتاژ خروجی رو بصورت متغیر داشته باشم و بتونم اونو بین 20 تا 400 ولت کنترل کنم چون ممکنه بخاطر شرایط موجود تعداد باتری ها نتغیر باشن و این اصلا دست من نیس.یعنی من باید بتونم بین یک تا بیست باتری رو شارژ کنم.خوب این شرایط جدیدی رو به مدار من از لحاظ توپولوژی یا سخت افزار اعمال میکنه یا نه؟
3- در مورد انتخاب آی جی بی تی آمپرش و فرکانس کاریش مشخص شد اما ولتاژش مشخص نشد.آیا همن مقدار ماکزیمم ولتاژی که شما فرمودین 634 ولت کافی هست یا نه؟ استاندارها در مورد آی جی بی تی ها ولتاژ های 600 و 800 و 900 و 1200 ولتی هستن توی این رنج.کدومشونو انتخاب کنم؟
این توضیح رو هم بدم که همون طور که قبلان هم در مورد پروژه های دیگه از شما راهنمایی خوایتم من قبلن از خازن در ورودی استفاده میکردم و وقتی شکل موج ولتاژ سوییچ ها رو توی اسکوپ توی بارهای شدید میگرفتم میدیدمکه این برگشت ولتاژ از هسته موقع خاموش شدن سوییچ باعث افزایش ولتاژ خازن میشد که وقتی توی بارهای شدید دستگاه خاموش میشد به علت همون افزایش ناگهانی ولتاژ خازن (که ناشی از جریان برگشتی زیاد از هسته بود) ولتاژ سوییچ ها هم درجا بالا میرفت و میترکیدن که این مشکل رو با کاهش جریان خروجی و سپس خاموش کردن سیستم برطرف میکردم ولی حالا میخوام نظر شما رو در مورد این موضوع بدون و اینکه واسه همین موضوع ولتاژ سوییچ چقدر باشه بهتره؟
4- من با بحث توپولوژی خیلی مشکل دارم مخصوصن این توپولوژی های رزونانسی. اگه میشه چند تا داکیومنت در این مورد معرفی کنین که اطلاعاتمو یکم در مورد ارتقا بدم و راهنمایی بفرمایید که من الان تو این کاربرد چه توپولوژی استفاده کنم بهتره
5- در مورد انتخای آی جی بی تی و ارتباط اون با فرکانس کاری راهنمایی بفرمایید. تا جایی که میدونم کافیه که مجموع زمان روشن شدن و زمان صعود و زمان نزول و زمان خاموش شدن باید یک دهم دوره تناوب حفرکانس کاری باشه. نرخ جریان و ولتاژ رو هم محاسبه کردیم. فرمودین که اینها رو هم باید توی دمای حداکثر 80 درجه لحاظ کنم.مورد دیگه ای هم هست یا نه؟

شرکت میکروسمی، یه App note داره به شماره APT0201 که داخل اون حداکثر فرکانس کاری یه IGBT رو در دمای کاری میشه حساب کرد.