Понижение постоянного напряжения без потери мощности

mattheus

Нужно запитать постоянным током устройство 12В/0.1А (1.2 Ватта) от источника постоянного тока 1000В/0.002А (2 Ватта). Трансформатор не подходит, т.к. постоянное напряжение. Делитель тоже не подходит, т.к. не хватит мощности. Нужно понизить напряжение в 100 раз, при этом повысив ток в 100 раз на постоянном токе. Есть некий запас по мощности (0.8 ватта) который можно потратить на потери на преобразователе.
Подскажите кто что знает, в каком направлении смотреть?

PS: Ситуация такая, что поменять источник питания нельзя, поэтому не надо меня уговаривать найти другой, не париться и т.п. Я потому сюда и обратился за помощью, что условия очень жесткие.

PS2: В принципе подойдет и вариант преобразования в переменный ток -> трансформатор -> преобразование в постоянный ток, но нужна схема, в которой потери будут столь низкими, что запаса в 0.8 ватта хватит чтобы перекрыть потери преобразователя.

Реклама

Думаю что надо смотреть в сторону прямоходовых преобразователей (можно однотактных). Только транзистор подобрать под нужное напряжение да трансформатор посчитать.

Реклама

wws63

Преобразователь наподобии как в БП компьютера. Правда транзисторы уж больно должны быть высоковольтные

wws63 писал(а):Правда транзисторы уж больно должны быть высоковольтные

"Больно высокочастотные" - это десятки или сотни мегагерц. А тут надо два - три десятка килогерц.

Реклама

mattheus

Я вот думаю над чем: можно ли поставить конденсатор достаточно большой емкости на 1000 вольт, и заряжать его от источника тока 1000В/0.002А (столько сколько нужно), а потом переключить его на нагрузку и разряжать через резистор, а в это время другой конденсатор будет заряжаться от источника. И так их попеременно менять. Конденсатор как большая емкость для заряда, который мы потом "медленно" спускаем на нагрузку, пока заряжается второй конденсатор?
Вопросы:
1) Можно ли добиться постоянного напряжения и тока на выходе (ведь конденсатор разряжается не линейно)?
2) Как сделать схему переключения?
3) Нужно чтобы конденсатор, который заряжается от источника тока не заряжался слишком быстро и не делал "провалов" в напряжении или токе по входу.
Смысл моих изысканий в том, чтобы не терять мощность (конденсатор сколько взял, столько отдал).
В размышлениях есть ошибки? Что, если конденсатор заряжать и разряжать очень короткими порциями, чтобы он только до 12 вольт и успевал зарядиться? Можно такое реализовать?

Реклама

Imate

в таком случае ионистор возьми

Реклама

mattheus

в таком случае ионистр возьми

Я знаю про ионисторы. Вопрос был: в принципе такое возможно реализовать? Насколько сложно? Как сделать схему переключения? Стараться ли заряжать конденсатор (ионистор) до 12 вольт и потом разряжать через стабилитрон (быстро переключая конденсаторы) или заряжать его по полной, а потом долго разряжать? Как добиться 12В/0.1А на выходе отбирая со входа не более 1000В/0.002А, причем на входе уже есть постоянное напряжение, а на выходе оно должно получиться (или очень близкое к постоянному).

PS: Ведь схема управления переключением конденсаторов тоже будет что-то потреблять, а запас по мощности небольшой (0.8 Ватта)?

wws63

SeregaT писал(а):
wws63 писал(а):Правда транзисторы уж больно должны быть высоковольтные
"Больно высокочастотные" - это десятки или сотни мегагерц. А тут надо два - три десятка килогерц.

Внимательней прочитайте пост

wws63 писал(а):Внимательней прочитайте пост

Гы гы

А вообще, на такое напряжение транзисторов полно, а если делать прямоход, то с перенапряжением думаю проблем не будет.

alex_

Господа, в голове родилась идея: понижение постоянного напряжения с помощью конденсатора в импульсном режиме. Суть идеи заключается при небольших токах выжать максимальное КПД. В моём случае входное напряжение 12 В требуется на выходе получить 3,3 или 5 В для питания схемы с микроконтроллером. Экономия нужна потому что питаться приходиться автономно от аккумулятора. Пробовал собрать преобразователь на 34063 но при небольших токах 10-15 мА КПД составляет порядка 60%, если питание 5 В то лучше не париться поставить 7805 простота схемы побеждает над экономичностью(проигрышь совсем незначительный), а если 3,3 то есть ещё смысл задуматься. Минимально упрощённая схема выглядит так:

Суть схемы в том что бы, импульсами держать напряжение на конденсаторе в заданных пределах например 5 +-0,5В. Использовать ШИМ или же просто операционник в режиме компаратора: напряжение достигло требуемого значения закрыть транзистор, напряжение упало открыть транзистор.
Вопрос в следующем: у кого нибудь была подобная идея если да то имеет ли смысл её воплощать в жизнь? По логике КПД должен быть явно больше чем у 34063 особенно на малых токах, но в просторах интернета я пока не нашёл данного подобия(может плохо искал)

vlasovzloy

устройство допускает первоначальный провал тока при зарядке конденсатора? если да, можно схему флайбак с двумя или тремя последовательно соединенными 800 вольтовыми мосфет типа 4n80

еще вариант LNK304-306 последовательно 2 идентичных блока. каждую зашунтировать от пробоя стабилитронами на 600 вольт

Alek Lem

А какой будет ток зарядки конденсатора - вы считали ?

Дело в том, что потерь в балластном сопротивлении всё равно не избежать. Вы не нарисовали резистор, но у вас транзистор с каким-то условно внутренним сопротивлением r открытого канала, которое вы предполагаете очень малым.

В пределе (т.е. при малых r и частых переключениях), мощность Pист, потребляемая от источника, будет определяться выражением:

Pист = E⋅I = E⋅(E - U)/r

где: E - ЭДС источника; I - ток через источник; U - напряжение на конденсаторе; r - сопротивление, через которое заряжается конденсатор (у вас - это внутреннее сопротивление транзистора).

Мощность, выделяемая на нагрузке R, в пределе находится по формуле: Pн= U/R².

Но дело даже не в потерях мощности, а в потерях энергии.

По сути, что вы делаете? Этими всеми манипуляциями, вы не сразу перекачиваете энергию с источника E в нагрузку R, а предварительно заливаете её в конденсатор C, как во временный резервуар, а потом с него же всё равно закачиваете эту энергию (но уже с потерями на r) в нагрузку R. Разница лишь в том, что теперь потери энергии возникают не в момент поступления её в нагрузку, а раньше - во время закачивания её в конденсатор.

Вопрос в том, сколько вы теряете энергии (а не мощности) в резисторе во время зарядки конденсатора? А ответ такой: при зарядке конденсатора через резистор в конденсатор поступает энергия U⋅C²/2 и ровно столько же энергии в виде тепла выделяется в резисторе, независимо от его сопротивления. Следовательно, источник совершает работу равную U⋅C², т.е. в два раза больше, чем поступило в конденсатор r. Дальше энергия конденсатора уже без потерь переходит в нагрузку. Так, система работает с кпд 50 % независимо от величины резистора r.

Кстати, то же касается и топикстартера, который хотел заряжать и разряжать конденсатор медленно. Он всё равно получил бы КПД не более 50 %.

B@R5uk

alex_ писал(а):Минимально упрощённая схема выглядит так:

Бред полный, а не схема, если вы хотели заставить её работать в импульсном режиме. Когда транзистор открыт, то он создаёт КЗ. Это вам не линейный регулятор.

alex_ писал(а):Суть схемы в том что бы, импульсами держать напряжение на конденсаторе в заданных пределах

Такое делается с помощью дросселя. Когда транзистор открыт, он накапливает энергию, когда закрыт — отдаёт в нагрузку. Или с помощью трансформатора. Познакомьтесь с принципами конструирования ИБП, прежде чем давать такие советы.

vlasovzloy

нашел драйвер верхнего и нижнего ключа на 1200 вольт http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/IR/co ... IR2213.htm
дальше искать мосфеты на 1200 или выше ну и схемку с трансформатором или дросселем расчитывать

alex_

alex_ писал(а):

B@R5uk писал(а):Бред полный, а не схема, если вы хотели заставить её работать в импульсном режиме. Когда транзистор открыт, то он создаёт КЗ. Это вам не линейный регулятор.

Ну почему же бред, есть подобные схемы и называются они преобразователь с переносом заряда, правда там используется 2 конденсатора а не один как у меня. Хотя я предполагал сделать что то вроде этого, в шпротеусе вполне нормально работает:

Спойлер

https://cloud.mail.ru/public/KRXD/oVeJuFxbV

alex_ писал(а):Суть схемы в том что бы, импульсами держать напряжение на конденсаторе в заданных пределах

B@R5uk писал(а):Такое делается с помощью дросселя. Когда транзистор открыт, он накапливает энергию, когда закрыт — отдаёт в нагрузку. Или с помощью трансформатора. Познакомьтесь с принципами конструирования ИБП, прежде чем давать такие советы.

Порывшись в сети и поковыряв 34063 я понял что на малых токах потребления использовать дроссель крайне не эффективно, конденсатор же даёт более высокий КПД.

UNikolai

Здравствуйте, тут уже, вроде, подробно объяснили почему у такой схемы будет маленький КПД, но я не пойму - почему
Ведь если взять 2 ионистора, один из которых заряжен до 4, а другой до 2, соединим их параллельно, то заряд перераспределится между ними равномерно, без потерь
Но если мы в эту схему добавляем резистор (условный сток-исток открытого транзистора в 1 ом), то почему-то на нем теряется куча энергии, не понимаю, объясните пожалуйста)

Ivanoff-iv

потому что без разницы от наличия резистора потери будут и будут одинаковы, просто выделятся в других местах - нагреют конденсаторы или в виде радиоволны от затухающих колебаний полетят...
посчитай суммарную энергию конденсаторов до и после соединения, разница энергий в любом случае хоть на чем-то да выделится

UNikolai

Хорошо, сегодня все сделаю с точными замерами, может действительно есть значительные потери

HochReiter

UNikolai, как можно соединить параллельно два ионистора/конденсатора без резистора? Сверхпроводящими проводами?

Ivanoff-iv

если вопрос по преобразованию энергии из 1000 В в 12 В, то я бы сделал простой понижающий DC/DC (генератор, ключ, диод, дроссель), только дроссель д.б. достаточно большой индуктивности и с маленькой паразитной емкостью...
диод тоже придется ставить высоковольтный, зато на транзисторе не будет лишнего напряжения

Добавлено after 2 minutes 50 seconds:
HochReiter, это в разделе "практика" не бывает сверпроводящих проводов...

Добавлено after 2 minutes 27 seconds:
UNikolai, зачем замеры? расчетов не достаточно?
ну или если очень хочется - проведи серию испытаний и измерь нагрев конденсаторов - основная энергия выделится на их внутреннем сопротивлении (ESR) ну и в месте контакта искра будет энергичная...