Полная схемотехника активного ККМ и зарядного устройства для ИБП 3 кВт

в 20:02, , рубрики: diy или сделай сам, IGBT, on-line, зарядное устройство, ЗУ, ИБП, ККМ, Корректор мощности, Производство и разработка электроники, Электроника для начинающих, метки: ,

Часть 1
Часть 2
Часть 3
Часть 4.1
Часть 4.2
Часть 5
Часть 6

Как обычно небольшая лирика… Товарищи! Те, кто берут и публикуют мои статьи, материалы и прочие ништяки — указывайте пожалуйста настоящего автора и первоисточник: R4ABI.ru

Думаю все прекрасно понимают, что я могу банально продавать свои проекты или сделать скачку за монеты и все это купят, но не хочется это делать. Мне хочется давать народу хорошие, разжеванные проекты и учебные материалы, которые вы не найдете ни где больше, а тем более не получите помощь в сборке и консультации многочасовые. Я выкладываю исходники всех файлов совершенно безвозмездно и предлагаю несколько вариантов с целью экономии ваших же средств!

За все свои старания я не требую никакой благодарности, мне достаточно, что вы читаете и вам нравятся мои статейки мой труд)) Но будьте добры — не воруйте материал и не присваивайте им свое авторство! Чтобы мне не писали админы сторонних сайтов и не просили удалить меня мои же статьи, заявляя что не я автор, а Василий Петрович Залупкин, который настоящий автор и опубликовал эти статьи именно у него на сайте! И пофигу, что на 2 месяца позже…

Надеюсь те, кто так поступал меня услышат и будут более честны, даже не со мной, а с собой. Спасибо за внимание!))

После публикации статей №5 и №6 из своего цикла по ИБП я решил проверить их в «железе». Стоит вспомнить, что все статьи в цикле адаптированные под самостоятельную сборку варианты моих коммерческих проектов, поэтому давать голую без подтверждения считаю кощунственным. Могу сказать сразу — результат оказался в разы хуже ожидаемых! Необходимо переработать!

Так же прошу обратить внимание, что в данной статье я уже выкладываю схему полностью готового устройства! В него пошли: активный корректор мощности + силовая плата зарядного устройства + плата управления зарядного устройства + схема дежурного питания (из части 3).

Еще очень важный момент: все кто уже купили у меня КИТ наборы для сборки ИБП получили именно этот вариант схемотехники! Так, что не переживаем — вы получили лучший продукт!

Схемотехника мощного зарядного устройства с активным корректором коэффициента мощности

Стоит отметить, что вариант из части 5 и части 6 является так же рабочим и имеет место быть как минимум потому, что он получился дешевле на 20%, а это однако повод!

Не буду томить и сразу покажу конечный вариант схемотехники, который у меня получился и соответствует всем заявленным ранее требованиям, а главное стабильно проработал у меня под 110-120% нагрузкой в течение 3-х недель. Поэтому с чистой совестью представляю вам конечный вариант:

Полная схемотехника активного ККМ и зарядного устройства для ИБП 3 кВт - 1

Рисунок 1 — Схема реализации дежурного питания, знакомая по части 3

Полная схемотехника активного ККМ и зарядного устройства для ИБП 3 кВт - 2

Рисунок 2 — Плата управления с генератором, драйверами и защитами

Полная схемотехника активного ККМ и зарядного устройства для ИБП 3 кВт - 3

Рисунок 3 — Силовая часть зарядного устройства

Полная схемотехника активного ККМ и зарядного устройства для ИБП 3 кВт - 4

Рисунок 4 — Схема активного корректора коэффициента мощности

Полная схемотехника активного ККМ и зарядного устройства для ИБП 3 кВт - 5

Рисунок 5 — Единая плата, вместившая в себя все описанные выше части, габариты вышли 300х200 мм с толщиной меди 105 мкм (Резонит такое сделает)

Полная схемотехника активного ККМ и зарядного устройства для ИБП 3 кВт - 6

Рисунок 6 — Немного наглядности, верхний слой (Top Layer)

Скачать проект устройства в Altium Designer 15

Описание проблем и методы их решения

И так собрал я корректор мощности (далее ККМ) по схеме из даташита на базе L6561, результат данного решения меня очень обрадовал. Хоть я раньше и собирал на ней схемки, но на мощностях до 500 Вт, поэтому был приятно удивлен, что и в варианте на 3000 Вт контроллер показал себя отлично! Но вы прекрасно понимаете — если я что-то переделывал, то на выходе получилось гавно устройство с неудовлетворительными характеристиками, а я такое совсем не люблю! В чем же беда:

1) Теоретический расчет выходной емкости (электролита) оказался далек от реальности. Поэтому было решено увеличить емкость с 220 мкФ до 440 мкФ.

2) Дроссель ККМ рассчитанный на частоту 60 кГц оказался моим провалом… Частота ШИМа на выходе L6561 изменяется от 20 до 150 кГц и это никак не программируется. Я это попросту забыл учесть, что данный контроллер регулирует как ТМ, что это такое можно прочитать в ДШ на нее или на сайте Компэла.

3) IGBT ключ оказался не способен работать на таких частотах, после 80 кГц начинались жуткие потери на коммутацию/динамические по этому вариант один — применить мощный полевой транзистор и выбор пал на FCH35N60. Это ключ на 35А и 600В, способный работать до 200 кГц — выше не проверял.

4) Частота на которую необходимо рассчитывать дроссель я понял, только после проведения результатов, по даташиту этого не понять — просто потому, что данный контроллер позиционируется до 300 Вт. Частоту выбрал — 110 кГц.

5) Отдельным пунктом хотел бы указать, что мне удалось за счет повышения частоты и нового ключа уместить дроссель на одном единственном сердечнике из материала -52 с габаритами 57х35х25 мм!

И это проблемы только с ККМ! После их решения корректор обрел очень прилежный вид, в диапазоне 165-235В AC после диодного моста температура не поднимается выше 65 градусов. В диапазоне 85-280В AC температура так и не достигла более 115 градусов! Это победа!))


Полученные знания и опыта (лично для меня):

— Микросхема пригодна до мощностей примерно в 5-6 кВт, то есть для любого однофазного решения;
— Выходную емкость надо выбирать из расчета 125 мкФ на 1 кВт мощности;
— На обмотке контроле формы тока (ZDC) достаточно одного витка;
— В ККМ не место IGBT транзисторам

Работа над ошибками с зарядным устройством

Главная моя ошибка была — топология. Косой мост — самая обожаемая мною топология! Но увы я отказался от нее… Беда ее оказалась в том, что при длительной работе на номинальной нагрузке и в режиме перегруза КПД падало до ничтожных 80-82%! У меня была делема — КПД «косого моста» на нагрузках до 60-80% и редких переходах до 100% было около 92%, что меня радовало. Так же меня подкупает повторяемость данной топологии, но низкий КПД при длительной работе на 100-120% номинала напрягал. Да, в таком режиме ИБП работает оооочень редко, т.к. правилом хорошего тона считается нагруженный ИБП на 60-70%. Только учитывая свой опыт в коммерческих проектах я уяснил одного — надо делать так, чтобы даже полные дебил не смог убить устройство! После этого все стало очевидно — полный мост! (Н-мост).

Думаю тут все предельно понятно — мне пришлось по сути разработать новое устройство и обкатать его, именно поэтому выход статьи задержался.

Опыт, полученный мною от данной работы:

1) «Косой мост» применять можно, если вы не собираетесь насиловать ИБП и вам предстоит запитывать от него серверную стойку. То есть эксплуатировать в мягком режиме и без длительных перегрузов;
2) Н-мост применяем если вы неадекватный маньяк и просто горите желаением запитывать 24/7 от ИБП асинхронный двигатель на 3,3 кВт! Ну либо решили нон-стопом варить листы метала от 10 мм))) В общем топология для серьезных ребят!
3) Топологию необходимо под свои нужды и задачи выбирать
4) Смысл гальванической развязки в данных частях я не увидел
5) 48В допустимо для 3-4 кВт, но лучше поднять напряжение DC шины хотя бы до 96-120В (8-10 АКБ мелких по 17 или 27 А*ч), в идеале 240В (20 АКБ мелких по 12 А*ч)

Эпилог

На этом пожалуй все, изучаем новое решение, раскуриваем и задаем появившиеся вопросы — как обычно я постараюсь на них ответить и помочь!))

Так же новость для тех, кому не досталось КИТ наборов — новое поступление 50-ти комплектов состоится 25-26 февраля! Как и раньше вы можете приобрести: платы, прошитые и напаянные микроконтроллеры STM32, а также полный комплект с комплектующими и радиаторами!

Видео кстати уже отснято, осталось только обработать до более менее адекватного состояния)) Если будут желающие подсобить — пишите мне на почту или в ВК!

Автор: R4ABI

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля