Ayuda diseño convertidor BUCK

Buen día amigos, de antemano les agradezco todo el apoyo que puedan darme, soy nuevo en el foro.

Estoy desarrollando un convertidor BUCK, deseo alimentar un banco de baterías conectadas en serie, son 6 de a 12v cada una y mi convertidor debe dar máximo 76VDC, 5kW, 68A.

A la entrada del convertidor está la señal rectificada de la red, 120VAC, 60HZ, y es aquí donde me empiezan a salir las dudas, yo calculo que después del rectificador debería de haber alrededor de 169 VAC, en base a esto, calculando un ripple del 5% y máximo 6v me sale el calculo que deben ser alrededor de 94 kuF, con ripple del 10% y máximo 12v serian 47 kuF...no se si este dato sea correcto, los capacitores deberían soportar 200VDC en adelante...no encuentro capacitores comerciales de este tamaño, o son extremadamente caros.

Diodos Schottky de 200V 100A para el puente de diodos, 494-APT100S20BG, serian 4
Todo lo anterior para la parte del buffer y rectificación.

Para la parte conmutada los cálculos me dan lo siguiente:
  • Inductores de 100 uH, que soporten alrededor de 70A, no los encuentro comerciales así que los desarrollaré con núcleos de ferrita de Diámetro interno 19.05, Diámetro externo 31.75, Ancho 9.5, permeabilidad alrededor de 2000 y 11 vueltas, AWG 8, soportarían 50 A, pondría dos de estos en paralelo, la inductancia quedaría en 115 uH,
  • Capacitor de 94 uF, bajo ESR, material X5R, electrolíticos de aluminio, no encontré cerámicos ni se si sean necesarios
  • Diodos Schottky 200V 30A, 0.75V de caida, 511-STPS60SM200CW, serian 3 de estos, estaré dividiendo la carga entre 3 MOSFET, así que cada uno lleva un Schottky
  • MOSFET 78-SUG90090E-GE3 200V 100A, lo elegí por la velocidad de conmutación, amperaje y voltaje, serian 3 de estos para que puedan trabajar descansados...

Calculado para una eficiencia del 90%, frecuencia de conmutación de 22.5 kHz, pico de corriente máximo de 76A y ciclo de trabajo máximo de 51%

Adjunto la literatura en la cual me estoy basando para los cálculos, el circuito de como quedaría, los MOSFET serian manejados en paralelo por un solo driver IR2110, aun no desarrollo el circuito de control, quiero esperar a las observaciones que me puedan aportar para diseñar este circuito.

También adjunto la hoja de calculo que estoy utilizando, está basada en el pdf
 

Adjuntos

  • Calculation BUCK Converter.pdf
    203 KB · Visitas: 15
  • BuckConverter.pdf
    15.8 KB · Visitas: 12
  • Hoja de calculo.7z
    6.2 KB · Visitas: 12
Hola, esta interesante tu proyecto sobre todo por la gran potencia que se maneja, digo, 5KW es una pasada, no es imposible pero si es algo que se debe tener en cuenta para minimizar perdidas.

Me llama la atención el calculo de tu buck, hay ciertas normas que debes tomar en cuenta al momento de diseñar:

Frecuencia de operación.
A mayor frecuencia tendrás inductores mas pequeños y a menores frecuencias el inductor es mas grande. Es buena practica trabajar a frecuencias por encima de los 40KHz para evitar interferir en señales infrarrojas, veo que estas utilizando una frecuencia de 22.5KHz que es muy cercana al rango audible y no es aconsejable a menos que quieras escuchar un zumbido en tu fuente conmutada. Yo te aconsejo hacer pruebas entre 100KHz y 250Khz, tomando en cuenta que a mayor frecuencia también hay mas perdidas por conmutación en el Mosfet.

Sobre inductores
Lo bonito del diseño de potencia es que muchas veces si no es que la mayoría, te deberás enfrentar al diseño de inductores, y no me refiero a solo tomar un carrete y tirar vueltas a lo loco. Ten en cuenta que estas trabajando a altas frecuencias, lo que hace que existan perdidas y saturacion en las ferritas. Para ello deberás diseñar inductores de alta frecuencia con su correspondiente gap, te aconsejo diseñar con base en la geometría del núcleo. Aquí también como regla se cumple que a mayor inductor tienes un rizo de corriente mas grande, y a menor inductor un rizo mas pequeño.

Tu referencia de cálculos es correcta eso si deberás ajustar muchos valores cuando tengas armado un prototipo, y así compensar las perdidas.
 
Buen día amigos, de antemano les agradezco todo el apoyo que puedan darme, soy nuevo en el foro.

Estoy desarrollando un convertidor BUCK, deseo alimentar un banco de baterías conectadas en serie, son 6 de a 12v cada una y mi convertidor debe dar máximo 76VDC, 5kW, 68A.

A la entrada del convertidor está la señal rectificada de la red, 120VAC, 60HZ, y es aquí donde me empiezan a salir las dudas, yo calculo que después del rectificador debería de haber alrededor de 169 VAC, en base a esto, calculando un ripple del 5% y máximo 6v me sale el calculo que deben ser alrededor de 94 kuF, con ripple del 10% y máximo 12v serian 47 kuF...no se si este dato sea correcto, los capacitores deberían soportar 200VDC en adelante...no encuentro capacitores comerciales de este tamaño, o son extremadamente caros.

Diodos Schottky de 200V 100A para el puente de diodos, 494-APT100S20BG, serian 4
Todo lo anterior para la parte del buffer y rectificación.

Para la parte conmutada los cálculos me dan lo siguiente:
  • Inductores de 100 uH, que soporten alrededor de 70A, no los encuentro comerciales así que los desarrollaré con núcleos de ferrita de Diámetro interno 19.05, Diámetro externo 31.75, Ancho 9.5, permeabilidad alrededor de 2000 y 11 vueltas, AWG 8, soportarían 50 A, pondría dos de estos en paralelo, la inductancia quedaría en 115 uH,
  • Capacitor de 94 uF, bajo ESR, material X5R, electrolíticos de aluminio, no encontré cerámicos ni se si sean necesarios
  • Diodos Schottky 200V 30A, 0.75V de caida, 511-STPS60SM200CW, serian 3 de estos, estaré dividiendo la carga entre 3 MOSFET, así que cada uno lleva un Schottky
  • MOSFET 78-SUG90090E-GE3 200V 100A, lo elegí por la velocidad de conmutación, amperaje y voltaje, serian 3 de estos para que puedan trabajar descansados...

Calculado para una eficiencia del 90%, frecuencia de conmutación de 22.5 kHz, pico de corriente máximo de 76A y ciclo de trabajo máximo de 51%

Adjunto la literatura en la cual me estoy basando para los cálculos, el circuito de como quedaría, los MOSFET serian manejados en paralelo por un solo driver IR2110, aun no desarrollo el circuito de control, quiero esperar a las observaciones que me puedan aportar para diseñar este circuito.

También adjunto la hoja de calculo que estoy utilizando, está basada en el pdf


primero...referente a tus baterias debes entregar esppecificacion tecnica.. voltahe corruennte marca y modelo..segun eso podemos dar el segundo paso....
es de rippkey porcentajes pata aqui o alla.. creo que debes dejarlo a la teoria..
en la practica.... to tengo un pequeño carhador de 12v y solo trae un trafo y 4 diodos... condensadores??? bobinas?? ripley? porcentajes?? repito dejarlo en la teoria...

segunfo... objetivo.. solo deseas cargar las 6 baterias¿¿¿¿
tercero.. aplicacion?? uso de todo??
 
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