Projetando 12V -> 0.1V 100-500A DCDC

Preciso construir uma fonte de alimentação 0.1V@100-500A - e me pergunto qual é a melhor maneira de abordar essa tarefa. Eu acho que aqui não há CI's muito específicos adequados para esse DCDC ... Deve ser estabilizado por corrente, 10% de ondulação é aceitável, sem requisitos de comutação de frequência ...

Qual é a estimativa aproximada para o tamanho / quantidade de componentes que sempre precisamos no DCDC (indutores / caps / número de canais) para esse PSU?

Isto é para aquecimento de faixas de metal com resistência muito baixa. 20 mm ^ 2 conexões de cobre não é um problema.

Alguns pensamentos:

Até meu fio AWG4 me daria 0,8 mOhm por metro ... Se eu colocar o DCDC ao lado do consumidor, posso ter conexões de 0,2 me resistência de 0,16 mOhm ... Mas se eu quiser ter um regulador de comutação, precisarei Muitos FETs e indutores ... Felizmente, eu já tenho muitos N-FETs de 5mOhm, para que eu possa executar 20-30 deles em paralelo, e vários indutores de 1uH em alguns fios de 1,5 mm ^ 2 que também posso executar em paralelo (tudo isso em um lote de placas-mãe de PC danificadas) ... A questão é qual é a maneira mais realista de conduzir todas essas coisas - estou pensando em ter um microcontrolador dirigindo todos esses FETs (usando circuitos simples e discretos) e feedback através onboard 1msps ADC .. Gostaria de saber o que deveria estar mudando de frequência, dado que os indutores são apenas 1uH?

Comentários de recompensa : Ainda quero ouvir pensamentos sobre o modo DCDC, sem transformadores. O DCDC compacto pode caber dentro da câmara de vácuo, o que é impossível para o transformador. E sim, a tarefa é aquecer folhas de tungstênio de diferentes geometrias no vácuo (até cerca de 1000 ° C).

Se for para aquecimento, acho que o AC é tão bom quanto o DC. Eu construiria um transformador toroidal com apenas 1 enrolamento secundário (dependendo da tensão de entrada). Para atingir a alta corrente, coloque vários enrolamentos secundários em paralelo e verifique se o comprimento do fio é exatamente o mesmo.

Você pode alterar a tensão / corrente de saída alimentando a entrada do transformador a partir de uma variável:

edit 2 (seu regulamento digital)
Estou pensando nisso há algum tempo e acho que a melhor ideia é não ter que mudar a corrente alta em primeiro lugar. Quaisquer outros componentes além das tiras de metal e as conexões com eles causarão, pelo menos, perdas de centenas de watts.
Talvez ainda possamos usar nosso transformador e fazer a comutação no lado primário, para que não tenhamos que nos preocupar com resistências de transição abaixo dos milionários. Eu usaria uma tensão DC no primário do transformador, cortada por um MOSFET. O ciclo de serviço determinará a corrente do secundário.

editar 3 (mesclar com outra resposta por sugestão da KV)

A primeira coisa a tomar nota é o vácuo . Isso significa que todo o resfriamento terá que passar por condução através da parede da sua câmara de vácuo, pois suas temperaturas não serão altas o suficiente para perder muito calor através da radiação e, é claro, não há convecção no vácuo. Esse também é um problema para o calor dissipado na carga (a folha de metal).

Indo de 12V DC é uma tarefa difícil. A maneira padrão de passar de uma tensão mais alta e uma corrente mais baixa para uma tensão mais baixa em uma corrente mais alta é, obviamente, um SMPS . Mesmo com uma baixa eficiência de 66%, a fonte de 12V precisaria fornecer apenas 6,25A (para 75W). Pedaço de bolo, ao que parece. No entanto, a corrente da bobina está na faixa da corrente de saída, com os picos aumentando. Existem bobinas de energia que podem suportar 100A , mas elas têm uma indutância tão baixa que precisam de comutação muito rápida , o que causa perdas de comutação muito altas nos MOSFETs. E também há a energia perdida como radiação, o que pode ser muito . Diodos Schottly normais também estão fora, então você precisará de retificação síncrona usando MOSFETs.

Falando sobre retificação síncrona: essa também é uma opção para uma fonte de alimentação CA. Você terá algumas quedas de tensão, por mais baixas que seja, portanto terá que começar com uma tensão um pouco maior que a 0.1V. A eficiência também não será alta, embora mesmo uma queda extra de 100mV cause apenas 50W de perda, então acho que isso é aceitável. Um retificador de diodo clássico sai devido às altas perdas de energia, e é aí que entra a retificação síncrona . Você obterá um seno retificado, que é o mais próximo que você conseguirá de uma fonte DC adequada. (Nem pense em capacitores para suavizar correntes de 500 A!)

Para medir a corrente, você pode usar alguns desses resistores sensoriais da Isabellenhütte.

$\Omega$
$\Omega$ ajudará você a elevar isso a um nível mais fácil para o chopper PWM trabalhar.

O restante fica no regulador de realimentação, que na verdade é um amplificador de classe D , depois que a corrente medida é calculada por um filtro passa-baixo.
Não use uma frequência de corte muito alta; isso apenas aumentará a dissipação da comutação nos MOSFETs e, além do calor ser lento, você não precisará de comutação abaixo de milissegundos.

Encanamento: você precisará de uma bateria de MOSFETs paralelos, que eu soldaria o máximo possível em barras de cobre, para reduzir ao máximo as resistências parasitas.

Começando com um soldador pode ser uma ideia muito boa. Essa é uma quantidade imensa de corrente para a maioria dos padrões. Um soldador tem energia de sobra (como você observa) e um retrocesso de um transformador de soldador pode ser tão fácil quanto qualquer coisa que você possa fazer. Hum. Arranhe isso, provavelmente. O soldador será "volt por turnos" e você precisará de pelo menos 5 turnos por volt (saída de 0,2V para permitir 50% de perda ao longo do caminho. Talvez um pouco mais do que isso.

Pegue um soldador moderno semicondutor. A contagem gira no secundário OU coloca um no secundário (passível de ser "não muito difícil de encontrar uma maneira de fazer isso) e veja o que é volts por turno. Se você tem <~ = 0,5 V / turno, pode ter uma partida. Nesse caso, é possível muito mais fácil do que a maioria das alternativas.

Vejo que você está começando com 12V DC, então não pode simplesmente usar um transformador. Steven está certo em que a saída pode ser CA se for apenas para aquecimento. Um transformador toroidal de tamanho decente deve fazê-lo. O primário é acionado por uma ponte H de 12V e o secundário é usado diretamente como a saída CA de alta corrente.

Não espere super eficiência. As características do transformador serão fundamentais. Ele precisará ser projetado para a saída de alta corrente e baixa tensão.

É possível reconsiderar seus requisitos de projeto e usar um metal (bi-) diferente para o elemento de aquecimento? O fio Nichrome é de alguns ohms por metro e está disponível em muitos medidores. Eu uso um pedaço de bitola 16 com um transformador que me dá 30A CA a 2v ou mais, então isso é 60W, o mesmo valor que você está falando. Talvez você possa usar um método diferente para realizar a mesma tarefa. Aqueça a coisa direta ou indiretamente para aquecer seu outro objeto.