Consigli topologia switching

[macubo]

Buon pomeriggio a tutti, devo realizzare una caricabatterie Pb e NiCd (circa 13-14V) con circa 90W di potenza massima d'uscita, rete AC di ingresso 90-260V, e sto valutando le seguenti topologie circuitali (implementazioni a switching):
-CCM flyback
-push-pull

Ho valutato il DCM per il flyback ma sono preoccupato per le alte correnti impulsive in termini di emissioni condotte. Avete suggerimenti in merito? Grazie a tutti, saluti

[IsidoroKZ]

Il CCM flyback e` complicato da controllare, a meno di non stringere molto la banda.

Sia il flyback che il pushpull applicano un elevato stress di tensione sui transistori, e forse potrebbe essere troppo per un uso offline.

Se oltre ad avere la tensione di ingresso da 90V a 260V vuoi anche che l'assorbimento sia sinusoidale avrai che la potenza istantanea di ingresso e` sinusoidale a frequenza dobbia. Va bene caricare con corrente variabile o deve essere corrente costante impostabile?

[macubo]

Intanto grazie delle risposte
confermo che il range esteso è specifica cliente. Vorrei evitare l'uso di un duplicatore.

Per il CCM flyback, penso che la presenza RHZ nella FDT controllo-uscita non sia un grosso problema, in quanto posso stringere la banda perché non ho specifiche sui transienti.

Ok il fatto che sia push-pull che flyback sono topologie non clampate, ma per questo livello di potenza, dispositivi da 800V al primario sono affidabili e discretamente economici. Avrei preferito topologie clampate, ma il driving MOS high-side mi comporta costi e complicazioni.

Il PFC non credo sia richiesto, si applicano solo le limitazioni sull'ampiezza delle armoniche come da 61000-3-2.

La caratteristica di carica è un CCCV, carica a corrente costante impostabile e limitazione di tensione.

comunque per ora mi interessava soltanto inquadrare la miglior topologia possibile per il power-plant.

Ciao

[thermidor]

Ho visto di passaggio che si parlava di Flyback, e ne approfitto per fare qualche domanda a gente più esperta di me.
Parlando di un DC/DC Flyback, in quale caso è consigliabile il funzionamento in modo continuo, e in quale quello discontinuo?

Sempre riferendosi ai due casi, che influenza può avere la corrente di ripple nei condensatori di uscita, cioè in uno dei due casi può essere maggiore e scaldare di più le capacità?

Mi riferisco ovviamente, a parità di potenza, alla differenza tra un modo e l' altro.

Grazie.

[AOX]

Ho fatto un paio di progetti simili, uno prima e uno dopo quello che chiedi.
Infatti uno è un 50W e uno è un 120W. Entrambi sono flyback (anche se sono un seguace dei mezzi ponte e ponti interi) con un solo integrato fatto appositamente della Fairchild (FSDM07652RBWDTU per il 50W e FSDM07652RBWDTU per il 120W) al quale ho aggiunto sul secondario il circuito di limitazione a corrente costante quando si supera la massima, sotto la quale lavora invece a tensione costante. L'uso è più adatto al caso delle batterie al piombo sigillate.
Il range di ingresso è esteso 90-265V, anche in tampone perenne.
Ti assicuro però che chi realizza il trasformatore va molto seguito, perché non è semplice avere un buon accoppiamento primario secondario per trasferire potenza. Questo si sente di più sul 12V rispetto al 24 V perché le correnti di secondario richiedono un filo di sezione maggiore (anche litz) che lascia più spazi vuoti e si riesce a distribuire meno bene. Inoltre il nucleo va traferrato e qui si apre un delicato argomento tra ferriti già traferrate e cartoncini inseriti alla meno peggio.
Se ti serve lo schema te lo posso dare. Tra i due ti consiglio il meno potente, anche perché bisogna fare attenzione a non esagerare con le correnti di carica che sono da valutare in base alla batteria e alla sua capacità nominale.

[macubo]

Grazie per le informazioni AOX, il trafo non è un problema, posso realizzare accoppiamenti quasi perfetti (induttanza dispersa inferiore all'1%). Per il 120W hai scelto DCM o CCM? Problemi in termini di EMI in fase di certificazione?

Su che efficienza @ full load ti attestavi a 230Vac?
Il requisito qui è superiore all'88%.

Ciao e grazie

[macubo]

Ho visto di passaggio che si parlava di Flyback, e ne approfitto per fare qualche domanda a gente più esperta di me.
Parlando di un DC/DC Flyback, in quale caso è consigliabile il funzionamento in modo continuo, e in quale quello discontinuo?

Sempre riferendosi ai due casi, che influenza può avere la corrente di ripple nei condensatori di uscita, cioè in uno dei due casi può essere maggiore e scaldare di più le capacità?

Mi riferisco ovviamente, a parità di potenza, alla differenza tra un modo e l' altro.

Grazie.

Il funzionamento DCM è pressochè sempre preferito, in quanto richiede induttanza primaria sempre inferiore al caso CCM, permettendo di scegliere meccaniche di trasformatore più piccole. Inoltre ha una risposta in frequenza del primo ordine (polo semplice), supponendo di parlare del current-mode, cosa che la totalità dei controllori moderni implementa. Questo permette, insieme alla minore induttanza primaria, risposte ai transienti di gran lunga migliore del CCM, anche perché in quest'ultimo caso la fastidiosa presenza del RHZ richiede forti limitazioni alla banda passante del sistema per garantire la stabilità.

Il CCM richiede quindi una induttanza primaria più grande, e quindi una meccanica tendenzialmente più grande per il trafo per ripararsi dalla saturazione, cosa che può essere parzialmente aggirata tramite opportuno gapping. In genere si può comunque dire che la power capability di un trafo CCM è comunque maggiore di quella di un trafo DCM.

Il DCM ha dalla sua che la commutazione degli switch (e del diodo secondario) avviene a zero corrente, cosa che permette di usare dispositivi più lenti. Di contro, l'implementazioni a pari potenza produrrà correnti di picco al primario e al secondario anche 4 volte maggiori (con tutte le problematiche EMI relative). Il DCM richiede anche per questo motivo, una capacità d'uscita più grande e di migliore qualità, in quanto la ripple current è molto elevata. Non è insolito inserire un LC a valle di questa capacità per filtrare gli spike di commutazione.

Il CCM richiede meno capacità d'uscita perché la ripple current è inferiore (il deltaI pk-pk è inferiore) e meno buona perché è più basso il valore di picco in assoluto della corrente secondaria.

Il CCM richiede per il diodo di secondario un dispositivo molto veloce, in quanto il passaggio in interdizione è di tipo hard, meglio schottky o qualche decina al massimo di ns per il relativo Trr.

Spero di non averti confuso.
Ciao

[AOX]

Errore nella mia precedente risposta: per il 120W l'integrato usato era FSCQ1265RTYDTU.

Su 50W avevo misurato un rendimento del 80% (@240V) nel modello a 12V e del 82% (@240V) nel modello a 24 V. Per il 120W i valori erano rispettivamente di 81% e 83%. Sono fuori dal tua specifica del 88% che è un valore di tutto rispetto per uno switching da rete. Le misure le avevo fatte misurando la corrente d'ingresso con la pinza e la tensione con la sonda differenziale e poi avevo fatto calcolare la potenza all'oscilloscopio. Il tutto a 240Vac il che è vantaggioso rispetto alla 230Vac o a maggior ragione rispetto alla 90V di ingresso. Il modello a 120W era un Quasi-Resonant Converter. Per le emissioni avevo fatto delle prove di condotte di precompliance in casa ed ero stato sotto la curva EN55022 Q.PEAK Classe B per il 120W mentre nel 50W, guarda caso, c'un lieve sforamento prima dei 20MHz. Al 120W gli avrà fatto bene il Quasi Resonant...
Comunque non ti invidio se ti chiedono di fare uno switching con i rendimenti così elevati...

[thermidor]

Spero di non averti confuso.
Ciao

No non mi hai confuso anzi ti ringrazio.
Il fatto è che ho ereditato un alimentatore i cui condensatori di uscita scaldano veramente tanto, quindi in pratica mi hai già risposto confermando quello che immaginavo.

Vorrei allora aggiungere qualche dato:
Vin= 18- 36V (24 V nominali)
Vo=5V
Iomax=7A
f=50kHz
Induttanza del primario 4uH
Rapporto spire 2:1

Mi trovo una corrente di picco al primario di (non ricordo esattamente) circa 21-25A, al secondario ovviamente il doppio, immagino che questo faccia scaldare un bel po' i condensatori di uscita.
Il rendimento, a spanne, mi pare che sia intorno al 60-65%, un po' poco, forse è proprio questo il problema.

Inserire una induttanza in uscita, mi pare di capire agevolerebbe il tutto, domanda: potrebbe avere dei problemi sulla stabilità, credo di no visto che dovrebbero solo esserci due poli reali in gioco (almeno credo, non è che me ne intenda molto di alimentatori).

Grazie.