Diseño de 12V -> 0.1V 100-500A DCDC

Necesito construir una fuente de alimentación de 0.1V@100-500A, y me pregunto cuál es la mejor manera de abordar esta tarea. Supongo que aquí no hay circuitos integrados muy específicos adecuados para tales DCDC ... Debería estar estabilizado por corriente, 10% de ondulación está bien, no hay requisitos en la frecuencia de conmutación ...

¿Cuál es la estimación aproximada del tamaño / cantidad de componentes que siempre necesitamos en DCDC (inductores / tapas / número de canales) para dicha fuente de alimentación?

Esto es para calentar rayas de metal, que tienen muy baja resistencia. Las conexiones de cobre de 20 mm ^ 2 no son un problema.

Algunos pensamientos:

Incluso mi cable AWG4 me daría 0.8mOhm por metro ... Si coloco DCDC justo al lado del consumidor, puedo tener conexiones de 0.2m y resistencia de 0.16mOhm ... Pero si quiero tener un regulador de conmutación, necesitaré muchos FET e inductores ... Afortunadamente, ya tengo un montón de N-FET de 5 mOhm, por lo que puedo ejecutar 20-30 de ellos en paralelo, y un montón de inductores 1uH con un cable de 1,5 mm ^ 2 que también puedo ejecutar en paralelo (todo esto de un lote de placas madre de PC dañadas) ... La pregunta es cuál es la forma más realista de conducir todas estas cosas: estoy pensando en tener un microcontrolador que maneje todos estos FET (usando circuitos de conducción discretos simples) y comentarios a través de a bordo de 1 msps ADC. Me pregunto qué debería ser la frecuencia de conmutación, dado que los inductores son solo 1uH.

Comentarios de Bounty : Todavía quiero escuchar pensamientos sobre DCDC, sin transformadores. El DCDC compacto podría caber dentro de la cámara de vacío, lo que es imposible para el transformador. Y sí, la tarea es calentar láminas de tungsteno de geometría diferente en el vacío (hasta unos 1000C).

Si es para calentar, supongo que AC es tan bueno como DC. Construiría un transformador toroidal con solo 1 devanado secundario (dependiendo del voltaje de entrada). Para lograr la alta corriente, coloque varios devanados secundarios en paralelo y asegúrese de que su longitud de cable sea exactamente la misma.

editar
Puede hacer que la tensión / corriente de salida sea variable alimentando la entrada del transformador desde una variable:

edit 2 (re su regulación digital)
He estado pensando en esto por un tiempo y creo que la mejor idea es no tener que cambiar la corriente alta en primer lugar. Cualquier otro componente que no sean las tiras de metal y las conexiones a ellos causarán pérdidas de cientos de vatios al menos.
Tal vez aún podamos usar nuestro transformador y hacer la conmutación en el lado primario, entonces no tendremos que preocuparnos por las resistencias de transición por debajo de miliohmios. Usaría un voltaje de CC en el primario del transformador, cortado por un MOSFET. El ciclo de trabajo determinará la corriente del secundario.

editar 3 (fusionar con otra respuesta a sugerencia de KV)

Lo primero a tener en cuenta es el vacío . Significa que todo el enfriamiento tendrá que pasar por la conducción a través de la pared de su cámara de vacío, ya que sus temperaturas no serán lo suficientemente altas como para perder mucho calor a través de la radiación, y por supuesto no hay convección en el vacío. Esto también es un problema para el calor disipado en la carga (la lámina de metal).

Pasar de 12V DC es una tarea difícil. La forma estándar de pasar de un voltaje más alto y una corriente más baja a un voltaje más bajo a una corriente más alta es, por supuesto, un SMPS . Incluso con una baja eficiencia del 66%, el suministro de 12V solo necesitaría entregar 6.25A (para 75W). Pedazo de pastel, parece. Sin embargo, la corriente de la bobina está en el rango de la corriente de salida, con picos que aumentan. Hay bobinas de potencia que pueden manejar 100A , pero tienen una inductancia tan baja que necesitan una conmutación muy rápida , lo que provoca pérdidas de conmutación muy altas en los MOSFET. Y luego también está el poder perdido como radiación, que puede ser mucho . Los diodos Schottly normales también están fuera, por lo que necesitará una rectificación sincrónica usando MOSFETs.

Hablando de rectificación síncrona: esta también es una opción para una fuente de alimentación de CA. Tendrá algunas caídas de voltaje, por bajas que sean, por lo que tendrá que comenzar con un voltaje un poco más alto que 0.1V. La eficiencia tampoco será alta, aunque incluso una caída adicional de 100 mV causará una pérdida de solo 50 W, por lo que creo que esto es aceptable. Un rectificador de diodo clásico está fuera debido a las altas pérdidas de potencia, y ahí es donde entra la rectificación síncrona . Obtendrá un seno rectificado, que es lo más cerca que estará de una fuente de CC adecuada. (¡Ni siquiera piense en condensadores para suavizar las corrientes de 500A!)

Para medir la corriente puede usar un par de estas resistencias sensoriales de Isabellenhütte.

(A pesar de varias caídas de voltaje parásitas, ninguna de ellas es adecuada para la medición de corriente ya que no tenemos control sobre las resistencias involucradas). La resistencia de detección de corriente de 0.1m está especificada para 200A, por lo que necesitará varias en paralelo. La potencia en las resistencias es baja, se especifican a 5 W como máximo, pero cuentan con un múltiplo de eso para las resistencias parásitas. Lo mejor sería soldar tanto como sea posible y montarlo en una pared metálica de su cámara de vacío. Si utiliza tres resistencias de 0.1m en paralelo teóricamente, tendrá 17mV a 500A. Eso no es mucho, pero en la práctica el valor puede ser mayor, como 25 o 30 mV, debido a las resistencias parasitarias. A 100 A, será de 5 a 6 mV. Un amplificador de instrumentación$\Omega$
$\Omega$ le ayudará a llevar esto a un nivel que sea más fácil para que funcione el helicóptero PWM.

El resto está en el regulador de retroalimentación, que en realidad es un amplificador de clase D , después de que la corriente medida es promediada por un filtro de paso bajo.
No use una frecuencia de corte demasiado alta; solo aumentará la disipación de conmutación en los MOSFET, y además el calor es lento, por lo que no necesitará una conmutación de menos de milisegundos.

Plomería: necesitará una batería de MOSFET paralelos, que soldaría tanto como sea posible en barras de cobre, para reducir la resistencia parásita tanto como sea posible.

Comenzar con un soldador puede ser una muy buena idea. Esa es una inmensa cantidad de corriente para la mayoría de los estándares. Un soldador tiene energía de sobra (como observa) y un rebobinado de un transformador de soldador puede ser tan fácil como cualquier cosa que pueda hacer. Um. Rasca eso, probablemente. El soldador tendrá "voltios por vuelta" y necesitará al menos 5 vueltas por voltio (salida de 0.2V para permitir una pérdida del 50% en el camino. Quizás un poco más que eso.

Tome soldador moderno basado en semiconductores. Cuente las vueltas en la secundaria O coloque una vuelta en la secundaria (es probable que "no sea demasiado difícil encontrar una manera de hacer esto) y vea qué voltios por vuelta es. Si tiene <~ = 0.5 V / vuelta, puede tener un arrancador. Si es así, es posible mucho más fácil que la mayoría de las alternativas.

Veo que estás comenzando con 12V DC, por lo que no puedes usar un transformador. Steven tiene razón en que la salida puede ser AC si es solo para calefacción. Un transformador toroidal de tamaño decente debería hacerlo. El primario es impulsado por un puente H desde los 12V, y el secundario se usa directamente como la salida de CA de alta corriente.

No esperes super eficiencia. Las características del transformador serán clave. Deberá estar diseñado para la salida de alta corriente y baja tensión.

¿Es posible reconsiderar sus requisitos de diseño y utilizar un (bi-) metal diferente para el elemento calefactor? El cable de nicromo es un par de ohmios por metro, y está disponible en muchos medidores. Utilizo una pieza de calibre 16 con un transformador que me da 30 A de CA a 2 V más o menos, por lo que es 60 W, el mismo estadio del que estás hablando. Quizás podría usar un método diferente para realizar la misma tarea. Calienta la cosa directamente o indirectamente para calentar tu otro objeto.