¿Alimentación de un puente completo desde un convertidor Boost?

Question

He estado investigando sobre el diseño de un convertidor DC-DC de 3kW (Vin 12V de una batería, Vout 350VDC) y en realidad cableado un simple aislado Full-Bridge basado en convertidor DC-DC hace unos días la conversión de 12VDC a 140VDC. Sin embargo, me di cuenta de que era difícil variar la tensión de salida utilizando el ciclo de trabajo de los interruptores. Reduciendo el ciclo de trabajo del 50% al 25% sólo cambiaba el voltaje DC de salida en 10V más o menos.

En cambio, lo que funcionaba mucho mejor era variar la tensión de entrada al Full-Bridge. Así que se me ocurrió la idea: ¿por qué no alimentar el puente completo con un convertidor Boost? He visto un Buck-Converter alimentando un Full Bridge, como el circuito de abajo, pero nunca un Boost Converter alimentando un Full-Bridge. Buscando sobre el tema en la web no apareció ningún esquema o app. notas tampoco.

¿Es factible alimentar un convertidor de puente completo con un convertidor Boost y controlar la tensión de salida modulando/controlando el convertidor Boost en lugar de modular los interruptores del puente completo? No estoy muy familiarizado con el control (todavía) y preferiría no entrar en un diseño que sea un callejón sin salida. Si hubiera algún esquema o app. notes en la web, sabría que la topología funcionaría.

Yo podría ir con la topología Buck alimentado, pero entonces sólo estaría reduciendo mi fuente de 12V y luego aumentar de nuevo con mi Full-Bridge por lo que la solución lógica parece ser primero aumentar la 12V a 48V o así y luego conducir el Full-Bridge en el 50% de ciclo de trabajo fijo que a su vez impulsa un transformador de 48V a 240V de alta frecuencia (30-40KHz). A continuación, se rectifica y suaviza la tensión intensificada mediante unos tapones.

La razón principal por la que quiero retroalimentación en el circuito es que mi fuente de voltaje es una batería que variará de 10V a 14V. Sin un bucle de realimentación, esto causará bastantes variaciones en la tensión de salida.

Answer 1

Cuando se tiene una tensión de paso grande y una buena cantidad de potencia que transferir, un puente H completo es la mejor manera porque la relación de vueltas es la menos necesaria de todas las topologías. Así que pulgares para arriba para esa decisión.

Además, cuando se trata de este tipo de aplicación, controlar el nivel de CC y seguir con el control de onda cuadrada 50:50 no sólo es más sencillo sino más eficiente. He probado con PWM, pero he tenido problemas de resonancia (con pérdidas extremas y sobrecalentamiento) con el secundario de altas vueltas y he tenido que enviar los circuitos al cementerio. Así que, en mi opinión, el pulgar hacia arriba en el ciclo de trabajo fijo, variable método de CC para el control.

Así que, ¿aumentas 12V a 48V y reduces la relación de vueltas en 4:1 o vas directamente al control de 12V? Su relación de vueltas de un suministro de 12V se va a basar en una entrada primaria de 24Vp-p produciendo 700Vp-p con una relación de vueltas de alrededor de 30:1. Si utilizas un poco de resonancia capacitiva en tu bobinado de salida para maximizar la transferencia de voltaje, puede que encuentres que 25:1 es suficiente para voltajes de entrada tan bajos como 10V.

Mi conclusión es que me quedaría con el step-up completo del regulador buck de 12V porque es probable que sea más eficiente. Además, en condiciones de vacío, es posible que tenga que "bajar" a 2 o 3 V, lo que equivale a un 20% de 12 V. ¿Cómo conseguiría un 20% de 48 V con un regulador elevador? Se desconectaría y chisporrotearía y, con cargas muy ligeras, es posible que no pueda controlar la tensión lo suficientemente baja como para evitar que la CC de salida aumente significativamente por encima de 350 Vcc.

Answer 2

He diseñado productos para rangos de tensión y potencia similares. La respuesta a tu pregunta es: es absolutamente factible, pero en tu caso puede que no sea necesario.

La razón por la que no puedes regular el voltaje ajustando el ancho de pulso en tu transformador es el condensador en el secundario del transformador. No he trabajado todas las matemáticas, pero si pones una inductancia entre el devanado secundario y la tapa del filtro, creo que usted encontrará que el sistema regula exactamente como se esperaba. Verás que tu secundario ahora se parece mucho a un convertidor Buck estándar.

Ahora bien, hacer eso puede causar otros problemas. Las patadas de recuperación en los diodos secundarios pueden llegar a ser prohibitivamente altas, dependiendo de los diodos que estés usando. Eso es lo que me detuvo, pero yo estaba corriendo 8kW a 600 voltios, por lo que no puede tener ese problema.

Mi solución fue utilizar dos etapas, más o menos como describes: una etapa aisladora grande y tonta, seguida de una etapa reguladora. En mi caso, tenía más sentido que la etapa del transformador funcionara directamente con la baja tensión y que el regulador funcionara con la tensión más alta; tener dos etapas que tuvieran que funcionar con corrientes tan altas habría aumentado las pérdidas de forma significativa. Si sigues con la arquitectura de dos etapas, puede que también quieras tenerlo en cuenta.