Стабилизатор с плавающим напряжением или электронный трансформатор.

[Olegoff]

Здравствуйте уважаемые форумчане.
Столкнулся с такой проблемой.Мне необходим преобразователь напряжения (повышающий или понижающий) с постоянной величиной "трансформации".Т.е. что бы Uвых - Uвх = const.
Долго ломал голову и вот пришел к такому решению.
Если на микросхеме LM358 собрать дифференциальный усилитель и на прямой вход подать напряжение с выхода стабилизатора,а на инверсный вход напряжение со входа стабилизатора,то на выходе получим их разность. Далее подаем это напряжение на вход FB стабилизатора через делитель.В данном случае 2,4к/2,4к.Таким образом при любом входном напряжении(допустимом конечно)на выходе получим Uвх +1,2v.
Изменяя параметры делителя можно установить требуемую разность входного и выходного напряжений.(условно - коэффициент трансформации).
Не уверен, будет-ли работать данная схема?
И какие номиналы резисторов лучше подобрать для обвязки LM358?

[Tartak]

А в чем смысл данной затеи? Для чего это нужно?

[Olegoff]

Tartak,спасибо,что откликнулись на мою тему.
Зачем это нужно? Не хотел грузить всеми проблемами в первом посте.Хотя понимаю,что чем подробнее описана задача,тем быстрее она решается.
Основная моя задача касается активного балансира на конденсаторах для последовательно соединенных аккумуляторов.
Китайцы выпускают подобные,но почему-то только для двух банок или для двух последовательно соединенных аккумуляторов.
Но это уже отдельная тема,которую я собираюсь здесь открыть и выложить все мои наработки (ведь истина рождается в споре).
Как видно из схемы при замыкании реле "Заряд" конденсаторы заряжаются каждый от своей банки.Затем реле "Заряд" отключается и включается реле "Баланс".При этом заряды конденсаторов уравниваются.Затем реле "Баланс" отключается и снова включается реле "Заряд",но при этом уже происходит следующее.Если напряжение батареи меньше чем на конденсаторе,то она заряжается,а конденсатор разряжается.Если напряжение батареи больше чем на конденсаторе,то наоборот.И так по циклу идет перенос заряда.
Но чем меньше разность потенциалов на банках,тем медленнее идет балансировка.
Поэтому я и хочу немного повысить напряжение при обмене зарядами между банками,при этом сохранив пропорциональность зарядов.Я думаю из второй схемы все понятно.
Конечно все это будет работать не на релюшках,а на полевых транзисторах.А там как раз без повышения напряжения не обойтись,т.к.на каждом ключе стоит так называемый паразитный диод.
Ну вот как-то так,для начала.

[Tartak]

Здравствуйте, Olegoff. Как по мне, то абсолютно побоку что

чем меньше разность потенциалов на банках,тем медленнее идет балансировка.

на небольшой дисбаланс можно забить. Кроме того в первой схеме точность балансировки практически не зависит от параметров схемы, только от времени балансировки.
Вы же предлагаете включить в схему дополнительные преобразователи, которым нужно питание. + на выходе таких преобразователей напряжение будет всегда выше чем на банках, а значит - одна ячейка будет всё время подзаряжаться за счёт другой, и наоборот - другая за счёт первой. КПД любого преобразователя не 100%, КПД аккумулятора и подавно. А значит такой балансир постепенно высадит батарею. + теперь точность балансировки будет определятся точностью подбора компонентов схемы.

Конечно все это будет работать не на релюшках,а на полевых транзисторах.А там как раз без повышения напряжения не обойтись,т.к.на каждом ключе стоит так называемый паразитный диод.

Обычно, схемы где ключами выступают полевики строят так чтобы в закрытом состоянии паразитные диоды были обратно смещённые или выключены из схемы вообще, а в  открытом состоянии - зашунтированы сопротивлением канала полевика. Иными словами, никак не влияли на роботу схемы. Так что повышать напряжение необязательно.

[Владимир]

Olegoff,

- для каких типов аккумуляторов есть  ПРАКТИЧЕСКАЯ целесообразность выполнения балансировки напряжения отдельных банок батареи и в чем эта целесообразность заключается (желательно указать количественные значения параметров, которые улучшаются благодаря балансировке);

- уточните:  балансировку напряжений на банках аккумуляторной батареи предполагается  выполнять под нагрузкой этой батареи, или при отключенной нагрузке.

[Olegoff]

Обычно, схемы где ключами выступают полевики строят так чтобы в закрытом состоянии паразитные диоды были обратно смещённые или выключены из схемы вообще, а в  открытом состоянии - зашунтированы сопротивлением канала полевика.

Вот схема коммутации конденсаторов.Как можно избавиться от от паразитных диодов?(ключ двунаправленный)
Я так подозреваю,что никак.

[Olegoff]

- для каких типов аккумуляторов есть  ПРАКТИЧЕСКАЯ целесообразность выполнения балансировки напряжения отдельных банок батареи и в чем эта целесообразность заключается (желательно указать количественные значения параметров, которые улучшаются благодаря балансировке);

Все типы литиевых аккумуляторов требуют балансировки(обычно при заряде).
Моя цель чуть другая.Т.к. фактическая емкость отдельных аккумуляторов разная (+/- 1А*час при емкости в 20 А*час) то получается,что емкость батареи равна емкости минимальной банки.Со временем емкость каждой банки ухудшается неравномерно.И коэффициент использования всей батареи падает.
Моя цель заключается в перераспределении заряда банок между собой для максимального использования запасенной энергии.
Про КПД и прочее я в курсе.Даже если выиграется  от 5 до 10 %,то это лишние 2 - 5 километров пробега велосипеда.
Пока батарея новая - выигрыш минимален.А вот со временем разбег банок по емкости будет увеличиваться.И если отдельная банка потеряла к примеру 30% емкости,то выкинуть ее все же жалко,ведь стоимость ее от 1000 рублей и выше.

- уточните:  балансировку напряжений на банках аккумуляторной батареи предполагается  выполнять под нагрузкой этой батареи, или при отключенной нагрузке.

Владимир,я понимаю к чему вы ведете.Под нагрузкой банки просаживаются по разному,т.к. внутреннее сопротивление разное.Потому считаю даже целесообразным то,что заряд будет перетекать из менее заряженной банки в более заряженную.Ведь в итоге нам необходимо ехать.А толку если заряд в банке есть,а при нагрузке она просаживается.Пока такая просадка не критична лишний заряд в такой банке не помешает.По паспорту Rвнутр=1,1милиома.При токе нагрузки 10А просадка напряжения составит всего 11 миливольт.(многокомпонентная литиевая батарея).
А вообще можно предусмотреть два режима и под нагрузкой и на холостом ходу.Но это все потом.
Сразу все не предусмотришь.
Сейчас вот главный затык в ключах.На релюхах делал макетку,все работает отлично.Но тарахтит и надежности никакой.

[Tartak]

Вот схема коммутации конденсаторов.Как можно избавиться от от паразитных диодов?(ключ двунаправленный)
Я так подозреваю,что никак.

Я не говорил что от них можно избавиться. Я говорил что схему надо строить так чтобы они никак не влияли на роботу схемы. В вашей последней схеме именно так и есть.
P.S. количество оптопар и резисторов в этой схеме можно уменьшить вдвое без потери функционала.

P.P.S. немного смущают фарадные конденсаторы в схеме. Вас нет?

[Olegoff]

В вашей последней схеме именно так и есть.

К сожалению все не так просто.Ведь на каждом диоде в прямом направлении идет падение напряжения до 0,5 вольт,кажется.А т.к. их два в каждой цепи(заряда-разряда и балансировки),то потери получаются не сопоставимы с "жизнью".Или я в чем-то ошибаюсь?

P.P.S. немного смущают фарадные конденсаторы в схеме

Меня нет.Конденсаторы постоянно заряжены и только каждый раз немного дозаряжаются или подразряжаются.Учитывая все внутренние сопротивления цепи (0,09ом) при разности потенциалов на банках 0,3 - 0,4 вольта ток заряда - разряда составит в пике 3 - 5 ампер.И от емкости не зависит.Можно хлть по 100фарад ставить.А вот на перенос заряда за один цикл это да.
Можно применить обычные кондеры но с частотой переключения до мегагерца или ионисторы на герцах или долях герца.Второе мне кажется выгоднее.
P.S. Я вообщем-то и завел тему что бы подискутировать.Может я что-то недопонимаю.

[Tartak]

К сожалению все не так просто.Ведь на каждом диоде в прямом направлении идет падение напряжения до 0,5 вольт,кажется.А т.к. их два в каждой цепи(заряда-разряда и балансировки),то потери получаются не сопоставимы с "жизнью".Или я в чем-то ошибаюсь?

В открытом полевике паразитный диод шунтируется сопротивлением канала. А в закрытом состоянии, в приведённой вами схеме, по два паразитных диода включены встречно последовательно (т.е. один из них полюбому закрыт). Вот и получается что влияние этих диодов на роботу схемы минимальное и им можно пренебречь.

[Olegoff]

Уважаемый Tartak, к сожалению не могу с вами согласиться

влияние этих диодов на роботу схемы минимальное и им можно пренебречь.

Смотрите сами.
В момент заряда конденсатора от батареи ток проходит через открытый транзистор VT1 (0,013 ом). Затем ток идет через паразитный диод транзистора VT2 (минимум 0,3 вольта падения напряжения). Далее сопротивление конденсатора (0,03 ом). Через конденсатор ток проходит через паразитный диод транзистора VT4 (это еще раз падение напряжения минимум на 0,3 вольта). И затем ток проходит через открытый ключ VT3 (0,040 ом) к батарее с внутренним сопротивлением 0,0011 ом.
Как видим общее сопротивление цепи(без диодов) равно 0,0541 ом.(в теории).И здесь действительно падением напряжения можно пренебречь.При среднем токе в цепи равном 2 ампера падение напряжения составит 0,1 вольт.(2,4% от 4,2 вольт).
А вот падение напряжения на двух диодах равно 0,6 вольт минимум.(14% от 4,2 вольт.)
Получается,что при переносе заряда от батареи к конденсатору теряется минимум 0,7 вольт.
Соответственно это же происходит при выравнивании потенциалов конденсаторов(см.схемы ранее). И при обратном процессе  - разряде конденсатора на батарею.
Исходя из этого я понимаю,что нет способа замены реле электронными ключами.(именно для данной задачи).

[Владимир]

я понимаю,что нет способа замены реле электронными ключами.(именно для данной задачи).

Если очень хочется, то можно так, например:

                                                       Герметичные силовые контакты (ГЕРСИКОНЫ)

  Герсиконы типа КМГ-12 выпускаются на номинальный ток 6,3 А, включаемый ток до 180 А, отключаемый ток 63 А, максимальная мощность двигателя, который может запускаться в режиме АС-3 при напряжении 380 В, равна 3 кВт при частоте включения до 1200 в час.

  Механическая и коммутационная износостойкость при мощности двигателя 1,8 кВт составляет 10⁷ циклов.

  При постоянном токе 1 А и напряжении 220 В коммутационная износостойкость достигает 3‧10⁶ циклов. Время срабатывания не более 20 мс. Как показали исследования, максимальный ток герсиконов может быть доведен до 100 А при напряжении 380 В.

  Высокая надежность и простота конструкции делают герсиконы весьма перспективными для применения в коммутационных электрических аппаратах.

[Olegoff]

Да,Владимир,спасибо. Но это слишком дорого.
Ну что делать?Против природы не попрешь....Но мы пойдем другим путём...

[Владимир]

Во! Начинаете искать вариант, когда продолжение использования подсевшей банки  до полного "бобик сдох" не выходит себе дороже, чем замена банки.

А когда таких вариантов отнюдь не один - это уже инженерный подход.

Удачи! И - Булева алгебра Вам в помощь для сведения к минимуму количества силовых коммутирующих элементов.

[Olegoff]

Удачи! И - Булева алгебра Вам в помощь

Спасибо Владимир за пожелания.
"Пока "Бобик не сдох" надо его использовать.
P.S. Продолжение следует.