Machbarkeit eines Wechselstrom-Gleichstrom-Schaltnetzteils für sehr hohe Temperaturen

Ich bin an einem Produktdesign beteiligt (auf der mechanischen Seite, um klarzustellen, dass ich kein EE bin), bei dem wir ein sehr kompaktes AC-DC-Schaltnetzteil benötigen, das 90-300 VAC, 50-60 Hz und Ausgang 5 benötigt Watt bei 12 Volt. Aus maschinenbautechnischer Sicht wäre es von großem Vorteil, wenn dieses Netzteil diese Leistung im Dauerbetrieb (mehrere Stunden) bei bis zu 105 °C Umgebungstemperatur liefern könnte.

Um dies noch schwieriger zu machen, müsste unser Modul in einen Raum passen, der etwa 15 mm hoch, 25 mm breit und etwa 50 mm lang ist – also eine wirklich enge Passform. Die Versorgung muss zertifiziert werden, sodass Details wie Isolierung (3000 VAC) und Rauschen, die WLAN- und Bluetooth-Funkgeräte beeinträchtigen würden, kontrolliert werden müssen.

Was ich gerne wissen würde, ist, welche Art von Überlegungen in die Frage einfließen würden, ob die Entwicklung eines solchen Netzteils machbar ist. Mein begrenztes Verständnis ist beispielsweise, dass die Kondensatoren normalerweise die Komponenten sind, die die Temperaturbewertung und Zuverlässigkeit einschränken, aber es scheint auch, dass es bei Hochtemperatur-Keramik- und Tantalkondensatoren erhebliche Fortschritte gegeben hat, die eine solche Stromversorgung heute machbar machen würden (obwohl vielleicht relativ teuer).

Vielen Dank im Voraus für jede Perspektive, die Sie bereitstellen können.

Es sollte kein Problem sein, aber der Teufel steckt im Detail - welche Isolierung vom Wechselstrom benötigen Sie und welchen Wechselstrompegel hat der Eingang? Welchen Wechselspannungsbereich kann das Design erwarten? Gibt es auch eine Zwangsluftkühlung?
Idealerweise sollte an den meisten Orten der Welt eine Spannung von etwa 90 bis 300 VAC, 50-60 Hz funktionieren. Die Isolierung sollte für die Zertifizierung 3000 VAC betragen. Doppelt isoliert wäre schön. Und ja, wir können diese Komponente erzwingen, um die Oberfläche auf Umgebungstemperatur zu halten.
@ user2259745 Wenn Sie die Oberfläche zwangsweise auf Umgebungstemperatur kühlen können, warum sollte sie dann auf 105 Grad steigen? Ich versuche nur, mir ein vollständiges Bild zu machen.
Die Umgebungslufttemperatur beträgt 105 ° C, daher werden die Komponenten heißer.
Ah, ja, das kann ein Problem sein. Sie müssen entweder einen Großteil des Kreislaufs oder den Luftstrom überdimensionieren, um sie kühl genug zu halten. Ein 20-Grad-Anstieg in Ihrem Netzteil ist sehr einfach. Ganz zu schweigen vom Inneren des Treiberchips, selbst wenn seine Oberfläche "nur 115" ist, kann es innen 150 sein, dann fangen sie oft an, seltsame Dinge zu tun, die sie nicht tun sollten. Mit den richtigen Werkzeugen und Materialien könnte es jedoch machbar sein.

Antworten (3)

Wahrscheinlich keine strenge Anforderung - 105 ° C ist nicht so heiß, Sie können sogar leicht Elektrolyte bekommen, die für 125 ° C ausgelegt sind. Unter der Annahme (nur von Ihrem Tag), dass der Eingang Wechselstrom ist, benötigen Sie möglicherweise eine ziemlich große Elektrolytfilterkappe. Bei einer ausreichend hohen Schaltfrequenz können Sie möglicherweise MLCC-Kondensatoren an anderer Stelle in der Schaltung verwenden.

Die Größe könnte ein Problem sein - normalerweise kann eine hohe Effizienz (die Sie bei hohen Temperaturen wünschen) etwas mehr Größe erfordern, und 15 mm Höhe (einschließlich Gehäuse?) Ist eine ziemlich enge Einschränkung.

Erwarten Sie eine begrenztere Lebensdauer, wenn es für einen erheblichen Arbeitszyklus bei sehr hohen Temperaturen betrieben werden muss und eine Elektrolyse erforderlich ist. Die Temperaturbewertung für E-Caps bezieht sich auf eine Lebensdauer, die in Tausenden von Stunden gemessen wird, nicht in Dutzenden von Jahren, daher möchten wir normalerweise bei einer Durchschnittstemperatur arbeiten, die viel niedriger als die Nenntemperatur ist.

Ich habe gerade schnell nach Ideen zu Schaltungen gesucht und folgendes gefunden: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es verwendet den ziemlich angesehenen TNY267 von Power Integrations und sie haben Design-Tools auf ihrer Website - Sie können Zahlen wie Eingangsspannungsbereich und Ausgangsleistung und -spannung einstecken und es entwirft eine Schaltung für Sie. Es gibt noch viel zu tun, um es in den Umschlag zu bekommen, und ich würde empfehlen, dass Sie einen Berater usw. hinzuziehen, aber Sie sollten in der Lage sein, sich eine anständige Vorstellung über den Raumumschlag zu machen, indem Sie die selbst erstellte Stückliste von PI verwenden.

Ich denke auch, dass Sie möglicherweise einen Lieferanten suchen, der den Trenntransformator auch für Sie wickelt (das ist die Sache mit 140 Windungen und 8 Windungen im Diagramm).

.Der kleine Flyback wird viel Arbeit brauchen, um die Arbeit zu erledigen. Wie hoch wäre die Spitzenspannung des Schalters bei 300 VAC? Effizienz ist bei diesen hohen Umgebungstemperaturen wichtig. Wie viele Teile müssten Sie hinzufügen, um die Effizienz zu erhöhen? 90 %, also wäre die Selbsterwärmung kein Problem. Der Halbwellengleichrichter ist in einigen Ländern nicht legal. Es muss ein EMV-Filter vorhanden sein, um sicherzustellen, dass er die EMV besteht.
Wie ich bereits sagte, ist möglicherweise ein Berater erforderlich, um dies ordnungsgemäß zu erledigen. Wählen Sie also bitte nicht @Autistic aus.

Sie haben keine Eingangsspannung definiert, und da ich nicht glaube, dass Sie tatsächlich 220 VAC verwenden werden (weil Sie nur einen Wandmontageadapter verwenden können und weil er niemals zu Ihrer Größe passen würde, zumindest sicher und zuverlässig), lassen Sie uns mal sehen was ich machen würde.

Also erstens gibt es DCDC-ICs mit externen Komponenten. Sobald Sie einen Automobilgrad (125 Grad) haben, benötigen Sie nur noch ein effizientes Design von etwa 95%, dann ist die eigene Leistung sehr gering.

Es gibt auch Module. Die benötigen normalerweise weniger Komponenten. TI hat einen, den ich bewertet und sehr schön gefunden habe, obwohl ich mir bei der Temperatur nicht sicher bin.

Probleme: Was machst du mit den Drähten? Ohne Filter, der ziemlich groß sein kann, kann der Draht strahlen, Sie werden die Vorschriften nicht bestehen. Ist die Außenseite heißer als das Innere der Box? Ich habe einmal ein Design gesehen, bei dem Elektronik erhitzt wurde, anstatt durch das Gehäuse gekühlt zu werden. Möglicherweise benötigen Sie eine Wärmedämmung.

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