Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia

leonow32 08 Jul 2012 23:19 5677 19
  • #1
    leonow32

    Level 30  
    Buduję przetwornicę boost do sterowania lampą Nixie Z566M oraz neonówkami. Z 12V muszę wytworzyć 150V i utrzymać to napięcie na względnie stabilnym poziomie.

    Na schemacie obciążeniem jest neonówka z rezystorem, ale jeżeli jest sam rezystor to problem też występuje.

    Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia

    Sygnał sterujący tranzystor pochodzi z ATmegi, co działa bez problemu. Ma stałą częstotliwość 48kHz, a zmiana współczynnika wypełnienia powinna płynnie regulować napięcie na wyjściu. Jednak tak nie jest! Okazuje się, że istnieją pewne wartości wsp wypełniania, przy których napięcie nagle skacze ok. 20-40V, a potem pozostaje stałe mimo ciągłego zwiększania wypełnienia. Mniej więcej te progi to wartości 20%, 40%, 60% i 80%. Nie wiem skąd to się bierze i jak ulepszyć przetwornicę.



    Na pierwszym zdjęciu poniżej znajduje się sygnał podawany na bramkę tranzystora. Nie wiem skąd biorą się cztery "górki" w stanie niskim. Na oscyloskopie widzę, że kiedy wsp. wypełnienia jest zbyt duży, aby pomieścić te cztery górki, wtedy napięcie wyjściowe nagle wzrasta, a z czterech górek zostają trzy, co widać na obrazku po prawej.


    Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia

    Zrobiłem też zdjęcie napięcia na cewce. Wydaje się, jakby tranzystor otwierał się podczas tych górek i to pewnie powoduje te skoki napięcia wyjściowego, o których pisałem wcześniej, ale co powoduje te górki?

    Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia

    No i co tu robić? :) Przetwornica sama się zakłóca?
  • Helpful post
    #2
    jarek_lnx
    Level 43  
    Gorszej diody nie było?, niektórzy producenci podają dla 1N400X trr=30µs.
    Ten ostatni oscylogram to rezonans indukcyjności z pojemnością wyjściową tranzystora - normalne, może trochę zmieniać energię gromadzoną w cewce w każdym cyklu.
  • #3
    Robo24
    Level 11  
    Witam
    Uprzedzam iż nie wiem co z tego wyniknie ale spróbuj dołożyć diodę zaraz za cewką lub przełożyć istniejącą. Łopatologicznie rozumując zapobiegnie to rezonansowi, ale nie wiem jakie jeszcze pociągnie za sobą konsekwencję w działaniu układu.
    pozdrawiam Robert
  • #4
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Robercie, zmieni to zachowanie układu, bo tranzystor będzie zarówno ciągnął napięcie z cewki, jak i potem z kondensatora i odbiornika tej energii. Dioda musi być za tranzystorem w takiej przetwornicy ZAWSZE...

    @Leonow32...
    Szybka dioda zamiast tej prostowniczej i dodatkowo druga w kierunku zaporowym równolegle do tranzystora. Zmniejsz też indukcyjność do 470-680uH lub częstotliwość pracy do 22-30kHz. C1 mam nadzieję jest LowESR?

    Obacz ten układ:
    Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia
  • #5
    leonow32

    Level 30  
    Dziękuję za zainteresowanie tematem ;)

    Zmieniłem diodę na UF4004 (trr=50ns), kondensatory oczywiście są low ESR, zmniejszyłem częstotliwość do 30kHz.

    Skoki w sygnale sterującym udało się wyeliminować poprzez wstawienie dodatkowego tranzystora sterującego blisko mosfeta. Widocznie coś się indukowało w długim kabelku sterującym.

    Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia

    Chyba wykryłem, co powodowało te skoki napięcia i nieliniowość sterowania. Poniżej są przebiegi sygnału sterującego MOSFET (żółty) i napięcia na cewce (niebieski). Na cewce robią się jakieś oscylacje, a skok napięcia występował, kiedy wsp. wypełnienia zmienił się na tyle, że ostatnia szpilka napięcia nie mieściła się w czasie, kiedy sygnał sterujący był stanie niskim. Lepiej to wyjaśniają obrazki :D po lewej jest 7 szpilek niebieskich, a po prawej 6. Powoduje to zmianą napięcia wyjściowego o kilka-kilkanaście V.

    Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia

    Quote:
    Zmniejsz też indukcyjność do 470-680uH

    Nie mam takiej w swoich zbiorach, więc wziąłem 100uH. Wtedy sytuacja tak wygląda:
    Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia

    To właśnie tak ma działać czy coś jeszcze zmienić? ;) w jakiej książce/stronie jest to dobrze wytłumaczone?
  • #6
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Ty to składasz na płytce jakiejś, w pająku czy na stykówce?
    Cewka Ci dzwoni, co wpływa na pracę całego układu, kondensator filtracyjny na wyjściu stanowczo za mały. Powinien on mieć wartość o 1-2 rzędy większą. Wstaw elektrolit ze strony pierwotnej jakiegoś zasilacza ATX/...
    Kalkulator do przetwornic boost: http://www.ladyada.net/library/diyboostcalc.html
  • #8
    blue_17
    Level 32  
    Do przeliczenia przetwornicy polecam ten programik bardzo przydatny i też ostatnio interesowałem się tą tematyką :)

    http://www.ti.com/tool/powerstage-designer

    lub

    http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html#Aww

    Do wyboru do koloru w tym że w 2 linku od razu pokazane są wartości dostępnych cewek a w 1 po obliczeniu i kliknięciu na cewkę diodę lub kondensator mamy pokazane przebiegi

    Również zauważyłem że wypełnienie sygnału sterującego nie jest brane pod uwagę w projektowaniu

    Urgon mógłbyś wrzucić pliki z proteusa ?

    Ewentualnie czy ma znaczenie czy w takiej konstrukcji wykorzysta się NE555, jakiś specjalny układ do przetwornic czy procesor ? Bo wydaje mi się że w tym przypadku niema to znaczenia.
  • Helpful post
    #9
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Jeśli pobór prądu jest stały lub zmienia się nieznacznie, to i NE555 starczy. Albo mikroklocek. Wiele teraz ma kontrolery PWM do budowy przetwornic...
    Problem zaczyna się, jak chcesz stabilizację napięcia w funkcji obciążenia. Układ ze schematu i poniższego załącznika robi stabilizację przez pętlę sprzężenia zwrotnego napięciowego...
  • Helpful post
    #11
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Potencjometrem reguluje się napięcie wyjściowe. Gdy napięcie na kondensatorze osiągnie pożądaną wartość, ustalaną przez dzielnik napięcia, tranzystor zwiera pin CV do masy, co przesuwa próg komparatora w NE555 z 2/3Vcc do zera, co kończy impuls sterujący...
  • #14
    leonow32

    Level 30  
    W moim układzie głównym celem tej całej zabawy jest wyeliminowanie wszelkich NE555, MC34063 i innych tego typu scalaków, mimo że działają dobrze. Wszystko ma być sterowane z procesora, a przetwornica ma służyć do zegara Nixie. Wyszedłem z założenia, że skoro procesor przez 99% czasu nic nie robi, to niech zajmie się sterowaniem przetwornicy. Sygnał "ster" pochodzi z wyjścia PWM OC1A, a "ADC" to jak można zgadnąć sprzężenie zwrotne na przetwornik analogowo-cyfrowy :)

    Poza tym, sterowanie przetwornicy z NE555 lub MC34063 ustala napięcie wyjściowe na sztywno i zawsze będzie ono musiało być wyższe od napięcia zapłonu lampy. W przypadku procka, po zapłonie można by napięcie obniżyć aby było trochę wyższe od napięcia gaśnięcia, co rzekomo wydłuża czas życia lampy. A przynajmniej wtedy nie świecą druciki pomiędzy nóżkami a cyframi :D
  • Helpful post
    #15
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Zrób dzielnik napięcia i napisz algorytm zmieniający wypełnienie od zera wzwyż do uzyskania żądanego napięcia, a następnie w każdym cyklu pomiarowym regulujący to wypełnienie w górę lub w dół. Powinno sobie poradzić z zawyżaniem napięcia. Dalej możesz bawić się w dobieranie cewek i kondensatorów oraz częstotliwości. Użyj skryptu, który podlinkowałem by policzyć sobie indukcyjność dla zadanych napięć i maksymalnego poboru prądu...
  • Helpful post
    #16
    jarek_lnx
    Level 43  
    Możesz wytłumić te oscylacje.

    Metoda jest taka: równolegle do tranzystora (pomiędzy dren a źródło) dołączasz kondensatory (zaczynając od 220pF) obserwując oscylacje ustalasz wartość pojemności przy której częstotliwość oscylacji zmniejszy się dwukrotnie (co oznacza że twój kondensator ma wartość 3x większą od pojemności pasożytniczej w układzie ;) )
    Następnie liczysz reaktancję pojemności pasożytniczej Cp przy częstotliwości oscylacji fo (przed modyfikacją) Xc=1/(6.3*fo*Cp) do dobranego wcześniej kondensatora dodajesz szeregowo rezystor o wartości równej tej reaktancji.
  • #17
    leonow32

    Level 30  
    Strzał w dziesiątkę! Zrobiłem jak pisałeś i oscylacje zniknęły prawie do zera!!! Równolegle do tranzystora wstawiłem 270p i 2,2k Próbowałem zmieniać rezystor i kondensator na większy lub mniejszy niż wychodzi z obliczeń i minimalne oscylacje jakie udało się uzyskać są na poniższych obrazkach. Pewnie na gotowej płytce uda się je jeszcze lepiej wytłumić, bo obecnie mam plątaninę drucików :)

    Teraz mam liniową regulację w zakresie jaki mnie interesuje. Dziękuję bardzo wam wszystkim :)

    Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia Przetwornica boost i dziwne skoki napięcia

    ...a przy okazji - nie żałuję ani złotówki wydanej na oscyloskop :D
  • Helpful post
    #18
    jarek_lnx
    Level 43  
    Powinno się dać jeszcze lepiej wytłumić, choć nie wiem czy jest sens, obliczona w ten sposób wartość rezystancji powinna dać tłumienie krytyczne, a więc drgania powinny zaniknąć po jednym okresie, spodziewałem się większej pojemności skoro sam tranzystor ma katalogowo Coss 200pF.
    Musiałeś też mieć mniejszą indukcyjność niż 1mH (da się wyliczyć z częstotliwości oscylacji, jeśli mamy znaną pojemność).

    Bez oscyloskopu nie wiedział byś że taki problem jest, więc nie miał byś potrzeby posiadania oscyloskopu ;)
    (to dla tych co myślą "a ja nie mam i też dam rade")
  • #19
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Na płytce będzie lepiej. Zadbaj tylko o długości połączeń. Im krótsze tym lepiej. Swoją drogą ja bym się nie odważył budować przetwornicy na płytce stykowej. To proszenie się o problemy...

    Co do oscyloskopów, to są straszliwie użyteczne. Zwłaszcza w komplecie z generatorem funkcyjnym. Szkoda tylko, że ceny takiego sprzętu, nawet używanego, są u nas zaporowe dla amatorów...
  • #20
    Janek3636
    Level 10  
    Witam,
    Przeczytałem dokładnie wątek i rozwiązanie .... zastanawiam się jak przy kondensatorze 270p obliczony opornik to 2,2K .... sprawdzam i sprawdzam i ni jak mi nie wychodzi 2.2k ... mogę prosić o podpowiedź :)