Проектирование 12 В -> 0,1 В 100-500 А DCDC

Мне нужно построить источник питания 0,1 В @ 100-500 А - и мне интересно, как лучше решить эту задачу? Полагаю, здесь не так много специфических микросхем, подходящих для таких DCDC ... Должен быть стабилизирован по току, пульсация 10% в порядке, никаких требований по частоте переключения ...

Какова грубая оценка размера / количества компонентов, которые нам всегда нужны в DCDC (индуктивности / пробки / количество каналов) для такого блока питания?

Это для нагрева металлических полос, которые имеют очень низкое сопротивление. 20 мм ^ 2 медных соединений не проблема.

Некоторые мысли:

Даже мой провод AWG4 даст мне 0,8 мОм на метр ... Если я расположу DCDC рядом с потребителем, у меня может быть как 0,2 м соединения и сопротивление 0,16 мОм ... Но если я хочу иметь импульсный регулятор, мне понадобится много полевых транзисторов и индукторов ... К счастью, у меня уже есть группа N-полевых транзисторов на 5 мОм, поэтому я могу подключить 20-30 из них параллельно, и кучу индукторов 1 мкГн из какого-то провода 1,5 мм ^ 2, который я также могу использовать параллельно (все это из партии поврежденных материнских плат ПК) ... Вопрос в том, что является наиболее реалистичным способом управления всеми этими вещами - я думаю о том, чтобы микроконтроллер управлял всеми этими полевыми транзисторами (используя простые схемы дискретного управления) и осуществлял обратную связь через встроенный 1 мсек АЦП .. Интересно, какая должна быть частота переключения, учитывая, что индуктивность составляет всего 1 мкГн?

Комментарии Баунти : Все еще хочу услышать мысли о DCDC, без трансформаторов. Компактный DCDC может поместиться прямо внутри вакуумной камеры, что невозможно для трансформатора. И да, задача состоит в том, чтобы нагреть вольфрамовую фольгу различной геометрии в вакууме (примерно до 1000С).

Если это для отопления, я думаю, что переменный ток так же хорош, как постоянный ток. Я бы построил тороидальный трансформатор только с 1 вторичной обмоткой (в зависимости от входного напряжения). Для достижения высокого тока установите несколько вторичных обмоток параллельно и убедитесь, что длина их проводов одинакова.

править
Вы можете сделать для выходного напряжения / тока переменной путем подачи вход трансформатора от Variac:

править 2 (ваше цифровое регулирование)
Я думал об этом некоторое время, и я думаю, что лучшая идея - не переключать высокий ток в первую очередь. Любые другие компоненты, кроме самих металлических полос и соединений с ними, вызовут потери как минимум в сотни ватт.
Возможно, мы все еще сможем использовать наш трансформатор и выполнить переключение на первичной стороне, тогда нам не придется беспокоиться о переходных сопротивлениях менее миллиом. Я бы использовал постоянное напряжение на первичной обмотке трансформатора, прерывая полевой МОП-транзистор. Рабочий цикл будет определять ток вторичной обмотки.

изменить 3 (объединить с другим ответом по предложению К.В.)

Первое, на что стоит обратить внимание - это вакуум . Это означает, что все охлаждение должно проходить через стенку вакуумной камеры через проводимость , поскольку ваши температуры не будут достаточно высокими, чтобы терять много тепла за счет излучения, и, конечно, в вакууме нет конвекции. Это также проблема для тепла, рассеиваемого в нагрузке (металлическая фольга).

Переход от 12 В постоянного тока - высокий заказ. Стандартный способ перехода от более высокого напряжения и более низкого тока к более низкому напряжению при более высоком токе - это, конечно, SMPS . Даже при низком КПД в 66% для питания 12 В потребуется всего 6,25 А (для 75 Вт). Кажется, кусок пирога. Тем не менее, ток катушки находится в диапазоне выходного тока с пиками, увеличивающимися. Существуют силовые катушки, которые могут выдерживать 100 А , но они имеют такую ​​низкую индуктивность, что им требуется очень быстрое переключение , которое вызывает очень высокие потери на переключение в полевых МОП-транзисторах. И затем есть также мощность, потерянная как радиация, которая может быть много . Нормальные диоды Шоттли также отсутствуют, поэтому вам потребуется синхронное выпрямление используя МОП-транзисторы.

Говоря о синхронном выпрямлении: это также вариант для источника переменного тока. У вас будет несколько падений напряжения, пусть и низких, поэтому вам придется начинать с напряжения, немного превышающего 0,1 В. Эффективность также не будет высокой, хотя даже дополнительное падение на 100 мВ приведет к потере только 50 Вт, поэтому я думаю, что это приемлемо. Классический диодный выпрямитель отсутствует из-за больших потерь мощности, и именно здесь начинается синхронное выпрямление . Вы получите выпрямленный синус, который ближе всего подходит к надлежащему источнику постоянного тока. (Даже не думайте о конденсаторах, чтобы сгладить токи 500А!)

Для измерения тока вы можете использовать пару этих сенсорных резисторов от Isabellenhütte.

$\Omega$
$\Omega$ поможет вам довести это до уровня, с которым будет легче работать с ШИМ-прерывателем.

Остальное находится в регуляторе обратной связи, который на самом деле является усилителем класса D , после того как измеренный ток усредняется с помощью фильтра нижних частот.
Не используйте слишком высокую частоту измельчения; это только увеличит рассеяние при переключении в полевых МОП-транзисторах, и, кроме того, нагрев медленный, поэтому вам не понадобится переключение менее миллисекунды.

Сантехника: Вам понадобится батарея параллельных МОП-транзисторов, которую я бы припаял как можно больше на медных стержнях, чтобы максимально снизить паразитные сопротивления.

Начать со сварщика может быть очень хорошей идеей. Это огромное количество тока по большинству стандартов. Сварщик может сэкономить энергию (как вы заметили), и перемотка сварочного трансформатора может быть такой же простой, как и все, что вы можете сделать. Um. Поцарапайте это, вероятно. У сварщика будет «вольт на витки», и вам нужно как минимум 5 витков на вольт (выход 0,2 В, чтобы обеспечить 50% потерь по пути. Может быть, немного больше, чем это.

Возьмите современный полупроводниковый сварщик. Подсчитайте количество включенных вторичных ИЛИ поместите один включенный вторичный (вероятно, «не слишком сложно найти способ сделать это») и посмотрите, что такое вольт за ход. Если у вас <~ = 0,5 В / ход, у вас может быть стартер. Если это так, то это возможно намного проще, чем большинство альтернатив.

Я вижу, вы начинаете с 12 В постоянного тока, поэтому вы не можете просто использовать трансформатор. Стивен прав в том, что выходной сигнал может быть переменным, если он используется только для отопления. Приличный размер тороидального трансформатора должен это сделать. Первичная цепь приводится в действие H-мостом от 12 В, а вторичная используется непосредственно как выход переменного тока с высоким током.

Не ожидайте супер эффективности. Характеристики трансформатора будут ключевыми. Он должен быть рассчитан на высокий ток и низкое напряжение на выходе.

Можно ли пересмотреть ваши требования к дизайну и использовать другой (би) металл для нагревательного элемента? Нихромовая проволока составляет пару Ом на метр и доступна во многих калибрах. Я использую кусок 16-го калибра с трансформатором, который дает мне 30 А переменного тока при 2 В или около того, так что это 60 Вт, то же самое, что вы говорите. Возможно, вы могли бы использовать другой метод для выполнения той же задачи. Нагрейте вещь или прямо, или косвенно, чтобы нагреть ваш другой объект.