Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Impulsowy stabilizator/regulator prądu 12V/10A

trolcio 26 Cze 2012 21:28 6953 13
  • #1 26 Cze 2012 21:28
    trolcio
    Poziom 11  

    Witam,

    poszukuję nieskomplikowanego rozwiązania układu, o następujących założeniach:

    - praca impulsowa (w celu zmniejszenia strat i tym samym ilości wydzielanego ciepła przez układ) lub PWM, hjeśli to jakaś różnica
    - praca w instalacji samochodowej 12V/14,8V
    - stabilizacja prądu, poprzez zmianę wartości napięcia dostarczonego do odbiornika, odbiornik rezystancyjny
    - możliwość regulacji wartości stabilizowanego prądu do 15A
    - na ogólnie dostępnych układach scalonych

    Próbowałem zbudować układ PWM na LM324 w taki sposób, że pierwsze dwa wzmacniacze to generator sinusa, trzeci to wzmacniacz sygnału prądu z bocznika, w tym przypadku amperomierza, czwarty wzmacniacz pracujący jako komparator porównuje napięcie z generatora sinus i wzmacniacza błędu (poprzez potencjometr) dając na swoim wyjściu sygnał PWM (ze złóżenia sinusa i napięcia stałego, wolnozmiennego), który to steruje mosfetem mocy. Układ na symulacji działał, w realu już nie. Zarzuciłem to rozwiązanie.

    Na LM2576T-ADJ układ działa, ale dławik straszne się grzeje przy prądzie 1A, chociaż układ jest do 3A, nie da się również do niego dołączyć tranzystora mocy w celu zwiększenia wydajności prądowej. Rozwiązanie zarzucone

    Myślałem o czymś na UC3842, ale z tego co wyczytałem to tryb pracy "current mode" to nie to o co mi chodzi (chyba)

    Mam dużą chęć powrócić do pierwszego rozwiązania, chyba, że tok mojego rozumowania jest błędny.

    Może ktoś już budował podobny układ. W internecie jak i na elektrodzie brak podobnego układu.

    pozdrawiam i z góry dziękuję za pomoc

    0 13
  • #2 26 Cze 2012 23:13
    Dar.El
    Poziom 40  

    Dławik musi być na odpowiedni prąd i mieć rdzeń z materiału dostosowanego do częstotliwości i zmian prądu w uzwojeniu. Wykonanie przetwornicy 12V/15A ze stabilizacją prądu nie będzie proste, wymagana jest duża wiedza i dokładność.

    0
  • #3 27 Cze 2012 06:29
    trolcio
    Poziom 11  

    Co do LM2576T-ADJ dławik ma mieć w/g dokumentacji 100uH i ma, ale co do materiału rdzenia nie jestem przekonany, że jest odpowiedni do częstotliwości pracy układu. Tak czy inaczej ze względu na małą wydajność samego scalaka nie chcę się nim dalej zajmować.

    Do eksperymentów z UC3842 używam dławika na rdzeniu toroidalnym wyjętego z zasilacza impulsowego o wydajności 20A zbudowanego właśnie na w/w scalaku, elementy odpowiedzialne za częstotliwość przetwornicy po prostu przelutowałem do swojego układu. Układ działa z dużą wydajnością, ale stabilizuje napięcie i chyba nie da się do zmusić do pracy ze stabilizacją prądu. Próbowałem co prawda na wejście Isense podać sygnał ze wzmacniacza sygnału prądu, a nie bezpośrednio z bocznika, ale wychodzi układowe "masło maślane", bo wewnątrz scalaka jest już przecież wzmacniacz błędu i układ w dalszym ciągu stabilizuje napięcie a nie prąd. Może warto bocznik włączyć od strony plusa zasilania, a nie masy i poprzez wzmacniacz podać sygnał na wejście Isense? Brak mi już pomysłów...

    Zasadniczo po krótkim namyśle doszedłem do wniosku, że trochę się rozpędziłem i układ wcale nie musi być impulsową przetwornicą DC/DC...chyba.

    Odbiornik jest czysto rezystancyjny, któremu wraz z upływem czasu stopniowo i dość powoli rośnie temperatura i tym samym apetyt na prąd od początkowych 8A do 35A po jakich 15min. Zależy mi na utrzymaniu średnio 10A, może 15A.

    Na wyjściu układu regulacyjnego może być czysty PWM, w niczym to nie będzie przecież przeszkadzało. Chodzi tylko i wyłącznie, aby "w miarę" stabilizowana była wartość średnia prądu, który pobiera odbiornik i o to aby wartość ograniczenia prądowego można było ustawiać za pomocą potencjometru.

    Sprawą równie ważną są oczywiście straty w układzie regulacyjnym, przypominam, że odbiornik może chcieć pobrać 35A, chociaż wydaje mi się, że po zastosowaniu regulatora, taka sytuacja nie będzie miała już miejsca, bo pobór prądu silnie zależy od temperatury odbiornika, a ta ze względu na zastosowanie ograniczenia prądowego nie powinna rosnąć na tyle aby układ pobierał 35A.

    0
  • #4 27 Cze 2012 17:57
    Dar.El
    Poziom 40  

    Jeżeli odbiornik może mieć przerywany prąd, to PWM jak najbardziej do tego się nada. Ale gdy chcesz do PWM zrobić sprzężenie zwrotne do stabilizacji prądu, to niestety łatwo nie będzie.

    0
  • #5 27 Cze 2012 21:32
    trolcio
    Poziom 11  

    Ze stabilizacją sygnału prądu, zmodulowanego PWM próbowałem radzić sobie włączając kondensator za wzmacniaczem sygnału prądu, na boczniku ze względu na małą wartość rezystancji nie ma to najmniejszego sensu. Pomimo tego układ nie działa, tzn. albo tranzystor otwiera się na stałe albo w ogóle nie przewodzi.

    Częstotliwość kluczowania PWM dobrałem w/g własnego widzimisię na ok 100Hz, może tutaj jest cały pies pogrzebany? Kondensator filtrujący PWM to 1uF. Układ z założenia nie musi super szybko "dochodzić" do nastawionej wartości prądu, może nawet lekko "pływać".

    Przerysuję układ w obecnej konfiguracji i wrzucę do wątku, może będzie łatwiej coś wymyślić.


    Oto obiecany schemat układu, na symulacji układ działa poprawnie, po zmontowaniu zachowuje się tak jak napisałem w poprzednim poście.

    (Schemat poprawiony)
    Impulsowy stabilizator/regulator prądu 12V/10A

    0
  • #6 28 Cze 2012 21:54
    Dar.El
    Poziom 40  

    Masz zrobione dodatnie sprzężenie zwrotne, więc tak działa. Zamień połączenia nr 9 i 10 na wejściu wzmacniacza operacyjnego.

    0
  • #7 29 Cze 2012 05:45
    trolcio
    Poziom 11  

    Faktycznie, na schemacie są zamienione wejścia wzmacniacza, ale na układzie połączenie jest dobre. Rysowałem z pamięci i stąd ten błąd. Pomimo tego układ nie działa tak jak powinien.

    Mam jeszcze kilka pytań odnośnie samego zasilania i sterowania zastosowanym HEXFETem. Nie mam dużego doświadczenia z tranzystorami mocy i zastanawiam się, czy rezystor 10ohm w obwodzie bramki to dobra wartość i czy 1k do szybszego zamykania bramki jest potrzebny i czy jego wartość też jest dobra?

    Z dokumentacji wynika, że dla 50V i 40A obciążenia, przy napięciu Ugs=10V rezystor bramkowy powinien mieć wartość Rg=4,7ohm. U mnie wartość Ugs będzie większa (12-15V) dlatego też zwiększyłem wartość rezystora, chociaż w/g noty katalogowej tranzystor otwiera się w pełni już przy 5V.

    Brak konieczności zastosowania rezystora ściągającego do masy tłumaczę sobie tym, że komparator i tak przecież w momencie wyłączenia tranzystora będzie zwierał bramkę do masy i wydaje mi się, że bramka będzie rozładowywana szybciej przez rezystor 10Ohm i komparator niż przez rezystor 1k.

    Nie testowałem jeszcze układu na dużych prądach (jak na razie tylko do 3A), a już teraz tranzystor lekko się nagrzewa, zastanawiam się czy przy pełnym obciążeniu wszystko będzie w porządku? Na co zwracać uwagę w przypadku problemów z silnym grzaniem się tranzystora? Czy zwiększenie częstotliwości przełączania tranzystora może ewentualnie pomóc, czy nie ma to większego znaczenia?

    0
  • #8 29 Cze 2012 08:02
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Pomimo tego układ nie działa tak jak powinien.


    Najpierw przemyśl jak powinien działać, bo jest zbudowane trochę nielogicznie, czy sygnał w pętli sprzężenia zwrotnego powinien być sieczką z napięcia zasilania i sygnału z czujnika prądu w stosunku zależnym od wypełnienia?
    Czy kondensator 100n na wyjściu WO (wyjście o impedancji poniżej 1Ω) ma jakiś sens (w teorii nie w praktyce powoduje wzbudzenia).
    Czy potrzebny Ci jest modulator PWM o charakterystyce nieliniowej (arcus sinus)?
    Zasilasz to niesymetrycznie?

    W praktyce taki układ może zadziałać jak liniowy wzmacniacz sygnału sinusoidalenego (po zamianie pin 9 z 10), choć ze względu na duże wzmocnienie i przesunięcia fazy w pętli sprzężenia zwrotnego najpewniej się wzbudzi.

    Rezystory przy bramce FET'a to najmniej krytyczny fragment

    Cytat:
    Czy zwiększenie częstotliwości przełączania tranzystora może ewentualnie pomóc, czy nie ma to większego znaczenia?

    Zwiększenie częstotliwości zwiększy straty mocy.

    0
  • #9 29 Cze 2012 09:03
    lechoo
    Poziom 39  

    Rezystor czujnika prądu powinien być w źródle tranzystora. Dobry przykład realizacji takiego źródła prądowego jest podany w tym wątku:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2158519.html
    Oczywiścje należy użyć elementów wykonawczych odpowiednio większej mocy.

    Przy okazji - naprawdę wierzysz w cuda, że ten generator HHO który zamontowałeś w samochodzie zmniejszy Ci spalanie?

    0
  • #10 29 Cze 2012 10:32
    trolcio
    Poziom 11  

    Ad. 1 :
    Rzecz jasna, z założenia sygnał w pętli sprzężenia zwrotnego nie powinien być "poszatkowany" tak jak PWM. Nie wziąłem pod uwagę niskiej impedancji wyjściowej wzmacniacza operacyjnego stosując najprostszy z możliwych zabiegów - wstawiając kondensator w celu wygładzenia sygnału.

    Przychodzą mi do głowy dwa rozwiązania:

    1. Kondensator wygładzający przenieść z nogi 14 na nogę 9,
    2. Dobudować układ separujący na tranzystorze w konfiguracji wspólny emiter w celu uzyskania dużej impedancji wyjściowej i dopiero za tym układem dać kondensator wygładzający i potencjometr regulujący wartość sprzężenia zwrotnego.


    Ad. 2:
    Wzmacniacze zasilane są niesymetrycznie, pojedynczym napięciem 5V.

    Modulator PWM o charakterystyce nieliniowej... układ z generatorem sinus i komparatorem to najprostszy jaki przychodzi mi do głowy.

    Co do generatora to ma tą zaletę, że całość zbudowana jest na jednym tylko układzie scalonym, ale jeżeli nieliniowa charakterystyka całego układu może stwarzać problemy podczas regulacji, to potrzebne będzie inne rozwiązanie, ale moja wiedza się kończy się na zastosowaniu dwóch przebiegów: sinusoidalnego i trójkątnego w celu uzyskania liniowej modulacji PWM, nie wiem natomiast, na który przebieg i w jaki sposób wpływać, aby układ regulacji miał charakterystykę liniową.

    Dodano po 24 [minuty]:

    Odp. do kolegi lechoo:

    Generator HHO, ma szanse ograniczyć spalanie, ale tak jak wszystkie układy wymaga odpowiedniego sterowania, w taki sposób, aby energia potrzebna do zasilania układu nie była większa od zysku otrzymanego w wyniku poprawienia warunków spalania.

    Zgadza się, w zwinięty w spiralę kawałek drutu wsadzony do wody, który pobiera max. 2-3A rzeczywiście nie wierzę, ale z drugiej strony gaz HHO, jest bardzo dobrym źródłem energii dla silników cieplnych.

    Stąd po zbudowaniu generatora płytowego o dużej powierzchni pojawił się problem regulacji jego wydajności. Ilość wytwarzanego gazu przy 10A nie jest mniejsza niż podczas pracy na rozgrzanym generatorze pobierającym 35A.

    Spróbować myślę, że warto, bo koszt układu jest niewielki, a oszczędności mogą być wymierne, zwłaszcza, gdy posiada się więcej niż jeden samochód.

    Odnoście bocznika: jakoś zawsze byłem przyzwyczajony do bezpośredniego podłączania źródła tranzystora bezpośrednio do szyny masy, wydaje mi się, że Rdson=0,012ohm nie powinna robić żadnej różnicy przy pomiarze, sprawdzę.

    Dziękuję również za schemat na UC3843, w przypadku niepowodzeń z układem na LM324 dostosuję ten z UC3843. Uważam jednak, że dopracowanie swojego układu przyniesie więcej satysfakcji i będzie lepszą nauką niż wykorzystanie gotowca.

    0
  • #11 29 Cze 2012 17:30
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Rzecz jasna, z założenia sygnał w pętli sprzężenia zwrotnego nie powinien być "poszatkowany" tak jak PWM.
    Większym problemem jest to że sygnał z bocznika rzędu 100mV jest siekany na przemian z 12V - napięcie po uśrednieniu będzie zależne głównie od wypełnienia, trochę od napięcia zasilania, zależność od prądu będzie niezauważalnie mała.

    Cytat:
    1. Kondensator wygładzający przenieść z nogi 14 na nogę 9,
    2. Dobudować układ separujący na tranzystorze w konfiguracji wspólny emiter w celu uzyskania dużej impedancji wyjściowej i dopiero za tym układem dać kondensator wygładzający i potencjometr regulujący wartość sprzężenia zwrotnego.

    Najprościej C4 podłączyć równolegle do R6, niestety cały fragment z IC1D jest do kitu bo mając niesymetryczne zasilanie i n.12 na masie, wzmacniacz musiał by dać ujemne napięcie na wyjściu, czego zrobić nie może. Ten generator sinusa przy takiej polaryzacji i niesymetrycznym zasilaniu też poprawnie działać nie będzie.

    Cytat:
    Modulator PWM o charakterystyce nieliniowej... układ z generatorem sinus i komparatorem to najprostszy jaki przychodzi mi do głowy.

    tylko że do tego nie używa się sinusa, klasyczne rozwiązanie jest z przebiegiem piłokształtnym albo trójkątnym i to jest liniowe.

    Słyszałeś o zupie z gwoździa? generator HHO działa na tej samej zasadzie, w tej sytuacji fakt że działa przestaje dziwić. HHO to jest to za co płacisz HHO to jest to czym się chwalisz, prawdziwe znaczenie ma "sterowik EFIE" który zmienia sygnały z czujników, tak aby silnik pracował na zubożonej mieszance, katalizator nie działa, wzrasta emisja NOx, ale spalanie spada.

    0
  • #12 29 Cze 2012 18:35
    trolcio
    Poziom 11  

    Taki ze mnie konstruktor, że pożal się boże... Dopiero jak ktoś mi pokaże palcem to widzę oczywiste błędy. Przyniosłem oscyloskop i teraz wszystko widać jak na dłoni, a symulacje można sobie miedzy bajki włożyć. Dopiero gdy rezystor bocznika włączyłem w obwód źródła tranzystora, kondensator wygładzający powędrował na nogę 9 to układ jakoś tam zaczął działać ale na zasilaniu symetrycznym. Prąd dość mocno pływa (myślę, że to skutek nieliniowej ch-ki modulatora PWM) i przy szybkiej zmianie nastawy cały układ się wzbudza i tranzystor przewodzi cały czas.

    A co do samego generatora to sam nabieram wątpliwości, bo trochę mało jest tego gazu jak na 120W pociągnięte z instalacji. Chyba gra nie warta jest świeczki, z resztą mam to już ze dwa lata na biurku i ani razu nie zamontowałem w samochodzie. Póki co koszt wykonania jest prawie zerowy, bo wszystko mam z odzysku. Posłucham się mądrzejszych i dam sobie spokój, a generator oddam innemu ciekawskiemu do zabawy.

    Najważniejsze, że układ regulacji po poprawkach zadziałał i to mnie w głównej mierze cieszy.

    Temat zamykam w najbliższym czasie, chyba, że ktoś ma jeszcze coś do dodania, może jak go uruchomić na zasilaniu niesymetrycznym?

    Układ w obecnej postaci najprawdopodobniej zostanie ożeniony z jakimś power LEDem, więc praca wszystkich na pewno nie pójdzie na marne.

    Zaangażowanym kolegom bardzo dziękuję za pomoc i wyrozumiałość.

    0
  • #13 29 Cze 2012 21:18
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Taki ze mnie konstruktor, że pożal się boże
    Trzeba zaczynać od przerabiania działających układów zaprojektowanych przez kogoś innego, budowanie własnych można zacząć, jak się osiągnie wyższy stopień zaawansowania.

    Cytat:
    Przyniosłem oscyloskop i teraz wszystko widać jak na dłoni,

    Ludzie z doświadczeniem od tego zaczynają, mam sporo doświadczenia, ale każdy układ testuję mając pewność że są w nim błędy (widoczne lub ukryte) dopiero po serii wymyślnych testów i zmian (co pozwala upewnić się że prawidłowo rozumiem jak działa) poprawiam wady, testuję po raz kolejny i dopiero wtedy uważam że coś zaprojektowałem. Amatorom wydaje się że wystarczy narysować schemat i liczyć na szczęście.

    Cytat:
    symulacje można sobie miedzy bajki włożyć
    Jak zrozumiesz dobrze działanie układów to i z symulacji można zrobić użytek (trzeba wiedzieć kiedy symulator "oszukuje").

    0