Convertitore dc - dc

[dani6]

Salve tutti, innanzitutto complimenti per il forum, sono qui per chiedervi il vostro parere in merito ad un problema che sto cercando di risolvere.
Vorrei ultimare un sistema che mi sono costruito per diletto che consente di prelevare energia da un campo magnetico. A questo punto del lavoro mi trovo ad avere, come uscita del sistema, un generatore di tensione il cui valore varia moltissimo al variare del carico (V1).

Quando il carico e' massimo (100 W circa) mi trovo ad avere 22 V in c.c. in uscita, mentre quando il circuito e' aperto, l'uscita e' pari a 51 V in c.c.

Dovrei interfacciare questo generatore con un inverter c.c. - c.a., (ingresso 24 V con tolleranza circa 20 %, uscita 230 V in c.a. 50Hz). Quindi mi servirebbe avere una tensione V2 che al variare del carico non esca dall'intervallo 20 V - 28 V.

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Scarto subito l'ipotesi di utilizzare un regolatore lineare LDO perché dissiperebbe 10 W circa quando il sistema deve erogare la potenza massima.
La prima soluzione che mi viene in mente è quella di utilizzare uno zener da 28 V, in modo da limitare la tensione V2 a 28 V.

La seconda soluzione che mi viene in mente sarebbe quella di avere un MOS di potenza che rimanga in lineare fintanto che V1 < 28 V, mentre, quando invece V1 supera i 28 V, vada in saturazione e "assorba la tensione in eccesso". In questo modo il dispositivo non sarebbe sottoposto a potenze elevate perché quando la tensione Vds è rilevante, la corrente che lo attraversa è bassa. In questo caso però non ho idee su come pilotare il MOS per la regolazione.

Qualcuno di voi ha idee, commenti sulle mie proposte o magari riferimenti a schemi elettrici per risolvere questo tipo di problemi?

[Candy]

O sfrutti un inverter che abbia un range di tensione d'ingresso molto ampio, oppure ti limiti a convertire energia finché il range di tensione in ingresso è compatibile.
Altri sistemi di regolazione sarebbero dissipativi. Una unitile conversione in calore per ottenere a valle pressapoco la stessa energia.

[dani6]

Bé un MOS in lineare dissiperebbe davvero poco, si parla di 20mOhm di resistenza di canale. Anche la limitazione a Zener di fatto non influirebbe negativamente sulla fase di funzionamento a corrente elevata, ma non capisco cosa potrebbe innescare quando la tensione V2 viene limitata.

[Candy]

un MOS in lineare dissiperebbe davvero poco, si parla di 20 mOhm di resistenza di canale

Non ne sarei tanto sicuro. Anche per la storia dello zener. Non sono un gatto, e non mi dilungo. Secondo me hai gli strumenti per controllare da solo le tue affermazioni.

[dani6]

Stiamo mettendo in dubbio il fatto che un pmos tipo (IRF5210) come interruttore abbia prestazioni scarse?
In ogni caso questa soluzione richiederebbe un pilotaggio intelligente della tensione di gate, che ora come ora non so implementare.

Nessun suggerimento in merito ad altre soluzioni circuitali?
Di inverter wide input range non ne ho trovati a prezzi "accessibili"

[Pixy]

ciao dani
Non è che uno mette in dubbio che un MOS come interruttore abbia prestazioni scarse.
il problema, da quanto ho capito, è diverso,

se il generatore magnetico fornisce più energia di quella che richiede il carico, da qualche parte questa energia si deve dissipare.

In che senso ti sarebbe utile il MOS come interruttore ? dovresti implementare un convertitore dc-dc

Un limitatore lineare in serie che limiti la tensione o uno zener in parallelo che assorba la corrente in eccesso, dissiperanno la stessa energia in sovrappiù , il primo con una caduta di tensione per la corrente assorbita dal carico, il secondo con la tensione costante di 28 V per la corrente in eccesso che si deve assorbire

Ma dato che la tensione del generatore a volte è troppo bassa in entrata ( come hai specificato ), fossi in te scarterei il limitatore lineare, che ti abbatterebbe un altro po' di tensione ,e lascerei che sia uno zener a limitare la tensione, visto le basse potenze in gioco

altrimenti non saprei, perché la cosa diventerebbe molto più complicata e se mauro non si è dilungato, penso proprio che non possa farlo io

[dani6]

Ti ringrazio della risposta, sulla carta la proposta zener non dovrebbe creare molti problemi, tuttavia

- devo fare una taratura molto fine del circuito in modo da usare tutto il range dell'inverter e far intervenire il meno possibile il limitatore
- quando il generatore V1 raggiunge i 28V eroga 500mA mi ritrovo a dover dissipare sullo zener 14W, cosa che puo' risultare non ottima da gestire

L'altra soluzione che sto tentando (a mio avviso più stabile) è basata su un LT1170.

[Candy]

Un MOS in regione lineare è praticamente una resistenza variabile. A quale scopo? Dissipare calore. Cosa introdurrebbe nel circuito? Un regolazione di che tipo? L'errore sta nel pensare, come ti ho scritto, che tu possa pensare di limitare e regolare la tensione di lavoro dell'inverter, senza dissipare la restante potenza.

C'è poco da girarci attorno, o controlli la tensione di ingresso con altre tecniche, o adotti un inverter più performante per la tensione di ingresso, o butti via del calore, (inutilmente).

Fai come vuoi, ma il MOS in lineare ti fa solo da resistore variabile, e non ha certamente resistenza di 20 mOhm.

[dani6]

Non sono ancora d'accordo sul fatto che il MOS in lineare sia un problema, anche perché già lo utilizzo come interruttore per quell'uscita dissipa una potenza trascurabile (dovrebbe avere circa 60mOhm di resistenza di canale). Lo scopo di usare il MOS sarebbe quello di fargli assorbire la potenza in eccesso (fancendolo funzionare in saturazione), mentre quando V1 si trova sotto i 28V, farlo funzionare come interruttore chiuso.

Hai pero' colto nel segno nella seconda parte: se non voglio mettere un regolatore dc-dc, devo dissipare la potenza in eccesso (il che può risultare non semplice). Per minimizzare questa dissipazione devo sfruttare il più possibile il range di valori di ingresso ammissibili dall'inverter.

[BrunoValente]

Non sono ancora d'accordo sul fatto che il MOS in lineare sia un problema, anche perché già lo utilizzo come interruttore per quell'uscita dissipa una potenza trascurabile (dovrebbe avere circa 60mOhm di resistenza di canale). Lo scopo di usare il MOS sarebbe quello di fargli assorbire la potenza in eccesso (fancendolo funzionare in saturazione), mentre quando V1 si trova sotto i 28V, farlo funzionare come interruttore chiuso...

Ciao dani6,
forse non capisco bene cosa vuoi dire ma da quello che capisco mi pare non stia in piedi.
Se metti un mosfet in serie e se fintanto che i valori di tensione in uscita dal tuo generatore sono entro i limiti lo tieni chiuso (saturo), allora siamo d'accordo: la dissipazione in calore sul mosfet è trascurabile (Ron bassa).
Ma quando la tensione esce dai limiti cosa fai?
Se quando esce dei limiti apri il mosfet allora siamo ancora d'accordo, non dissipa ancora nulla, però il trasferimento di energia all'inverter cessa e non mi pare una soluzione furba.
Se invece intendi aprire il mosfet solo quando la tensione è troppo bassa e regolarne la resistenza DS quando è troppo alta in modo da ottenere la giusta caduta di tensione per rientrare nei limiti, allora non siamo più d'accordo: il mosfet, se regola, dissipa in calore tutta l'energia in eccesso.
Per non dissipare la soluzione c'è: occorre un regolatore switching.