Stratny regulator napięcia 3F - sterowanie

Czy mógłbyś zamieścić pełen schemat? Łatwiej byłoby analizować.
Czy jeden układ sterujący załącza trzy tranzystory? W znanych mi prostych układach każda faza ma swój układ progowy załączający tyrystor zwierający do masy. Może tu tkwi problem?
Wg. mnie układ sterujący ma zbyt małą histerezę i się wzbudza. Tl431 ma duże wzmocnienie i przez to bardzo stromą charakterystykę oraz jest szybki. Dla częstości występujących w obwodzie mocy jest on stanowczo za szybki a histereza pewnie jest rzędu 0.1 V lub mniej. Musisz zapewnić histerezę co najmniej 0.5 V co w twoim kładzie będzie bardzo trudne. Poza tym w zasilaczach gdzie stosuje się TL 431 jako napięcie odniesienia dodawane są przy nim kondensatory - jakieś pF. Może dając jakieś nF zgodnie z datasheet'em spowolnisz go???
Przy dużych prądach ujawniają się spadki napięć na przewodach co dodatkowo wpływa na "wariowanie" układu. Fabryczne regulatory mają czysto napięciowe wejście "SENSE". Dzięki temu unika się spadków napięć na przewodach. Ważne jest również zapewnienie bardzo dobrej masy. Jej odpowiednie poprowadzenie i wpięcie się masą układu sterującego w odpowiednim miejscu.
Dla tyrystorów powyższe problemy nie występują, bo choćby układ sterujący się wzbudził, to i tak tyrystor ma to gdzieś. On się wyłączy dopiero jak jego prąd spadnie poniżej progu podtrzymania.
Transoptor liniowy (817) też może robić zamieszanie.

Osobiście próbowałbym zrobić układ sterujący na sterowniku zasilaczy impulsowych czyli PWM ale "odwrócony", bo układ równoległy a nie szeregowy. Taki stareńki TL494 (ew. TL497) kupisz lub wydłubiesz ze starego zasilacza. Ma w sobie większość potrzebnych elementów. Np. napięcie odniesienia. Trzeba tylko dobrać fazy tak aby przy wzroście napięcia a przez to i zmniejszeniu wsp. wypełnienia na wyjściu TL494 reszta układu zwiększała wypełnienie czyli "bardziej zwierała" do masy. Częstotliwość zegara układu TL494 powinna być ok 5kHz. Łatwo też byłoby zastosować transoptory bo na wyjściu TL 'a jest prostokąt.
Proponowany układ sterowania ma również inną zaletę. Można przenieść wydzielanie traconej mocy z tranzystorów na dołączone w drenach rezystory mocy. Same tranzystory nie grzały by się prawie wcale i nie zmieniały charakterystyki, a rezystory łatwiej chłodzić i są odporniejsze na przegrzania.

Super! Gratulacje. Jestem pełen podziwu dla Twojej konsekwentnej pracy.
Czyli moje uwagi na temat dodania kondensatorów do TL431 były już musztardą po obiedzie?
Ważne że układ się nie wzbudza i pracuje poprawnie.
Art.B napisał:

Quote:

Jeśli chodzi o problem rezystorów mocy w szereg z drenami, to nie jest to koniecznie, i tak większość mocy wydziela się na rezystancji cewek alternatora i grzeje olej w silniku...

Ciekawa obserwacja. W zasadzie tak powinno być. Prawdopodobnie uzwojenia są celowo "przewymiarowane" (dużo zwojów) aby ich rezystancja i indukcyjność zwiększała impedancję wewnętrzną prądnicy.
Wniosek: Mój pomysł z dokładaniem rezystorów mija się z celem...
Art.B napisał:

Quote:

Co ciekawe taki alternator niezależnie od przyłączonego obciążenia pobiera z silnika taką samą moc, a nadwyżka nad mocą wykorzystaną idzie na grzanie oleju.

A to już jest tzw. "oczywista oczywistość"
Układy równoległe tak mają...

Nie jestem zaskoczony większą dokładnością regulacji napięcia ani brakiem "szarpania napięciem" przy małych RPM. To wynik możliwości wyłączenia tranzystorów. Z tyrystorami tak sie już łatwo nie da.
Stabilność napięcia przysłuży się na 100% aku. Nie będzie on tak "szarpany" co powinno przedłużyć jego żywotność.

Jakbyś znalazł czas i wenę to spróbuj TL494. Wynik regulacji nie będzie lepszy, ale taki układ będzie bardziej stabilny i chyba jednak prostszy.

Ten TL5001 powinien być OK. W zasadzie nadaje się każdy sterownik zasilacza impulsowego ze sprzężeniem napięciowym. Pisałem o "staruszkach", bo są tanie i łatwo dostępne. Jednak nowsze układy wymagają mniej elementów zewnętrznych i są szybsze. To ostatnie nie zawsze, a szczególnie w tej sytuacji, jest zaletą...
Duże częstotliwości i bardzo strome zbocza są "miłe dla oka" i podnoszą sprawność układu zwierającego do masy. Jednak nic na tej sprawności nie zyskujemy... a narażamy się na ryzyko większych przepięć. Sprawdź swój układ od tej strony. 100V napięcia granicznego tranzystorów, nawet w układzie równoległym, nie jest żadnym szaleństwem.
A co będzie jak spali się bezpiecznik przy aku ??? Przydałyby się dwójniki RC przy drenach tranzystorów.
Z tymi diodami BAT42 też ostrożnie. Raz, że spowodują rozładowanie pojemności bramki tylko przez półprzewodniki (czy nie za duże prądy?), dwa zwiększą i tak olbrzymią stromość narastania napięcia na drenach tranzystorów. Przemyśl to jeszcze, proszę.
Z niecierpliwością czekam na wyniki prób z TL5001.

A tak sobie byślę, zupełnie teoretycznie: co by było jakby ten układ stratny przerobić na bezstratny ? Koncepcja taka: To co wychodzi z alternatora dać na mostek diodowy. Bez obciążenia otrzymamy pewnie coś między 20 a 100V DC w zależności od obrotów. Dalej z tego DC przetwornica "w dół" do akumulatora.
Miało by to sens, czy coś pominąłem ?
Wada oczywista to komplikacja układu.
Ale niewątpliwa zaleta to mniejsze straty i mniejsze obciążenie mechaniczne silnika.

To jakie w konkretnym przypadku będzie napięcie bez obciążenia jest bardzo istotne! Wg. mnie będzie to ok. 200V DC, a przy zrzucie obciążenia może być jeszcze więcej.
To pierwszy problem z regulatorem szeregowym. Elementy (diody, kondensatory i tranzystor szeregowy) muszą być na spore napięcia.
To jak się zachowa alternator obciążony pojemnościowo jest kolejną niewiadomą. Jakieś rezonanse własne i szpile napięcia?
Przez spadek napięcia na tranzystorze szeregowym będą problemy z utrzymaniem ładowania dla niskich RPM.
Ilość ciepła wydzielana w regulatorze może okazać się większa niż dla układu równoległego... Przecież sprawność typowych regulatorów szeregowych (chodzi o straty na samym regulatorze) nie przekracza 90%. Przy 300W prądnicy taki regulator byłby niezłą grzałką.
Znalezienie i kupienie tranzystora na 200V i prądy ponad 30A nie będzie proste ani tanie.
Jednak najważniejsze wg. mnie będą problemy z niezawodnością elementów - przepięcia.
Ogólnie skórka nie warta wyprawki...

Hm, parę razy mierzyłem AC na odłączonym (albo całkiem padniętym na przerwę) regulatorze i przy prawie maks RPM nie przekraczało 70V. Pytanie tylko czy czasem multimetr nie kłamał z powodu częstotliwości wyższej niż 50 Hz
Dlatego mówiłem tych 100V. Faktycznie, wymagania dla elementu mocy w tej przetwornicy step-down robią się dość konkretne.
Z drugiej strony zawsze mnie denerwuje myśl nędznej sprawności alternatora motocyklowego.

Nie chodzi o stan ustalony! Wtedy napięcia nie są bardzo wysokie. Najgorsze są stany nieustalone a szczególnie zrzut obciążenia. Nawet w alternatorach z regulowanym pradem wzbudzenia "uzyskiwano" ponad 100 V!
Indukcyjności własne a szczegolnie indukcyjności rozproszenia są miejscem gromadzenia energii, która "wyładowuje" się w momencie przerwania a nawet zmniejszenia przepływu prądu. Wzór U=dI/dt mówi sam za siebie...
W zasilaczach impulsowych mamy przecież następujące po sobie stany nieustalone. Do tego dochodzą zmiany obciążenia. Choćby wyłączenie żarówki...
Najlepiej byłoby pooglądać przebiegi napięć podczas jazdy na oscyloskopie. Co jednak jest dość trudne.
Nie ma co się "podniecać" sprawnością alternatora. Te 100..200W przy mocach silników nie jest tragedią.
Aby być bardziej papieski niż papież. Należało by zastosować dwa regulatory. Główny - szeregowy oraz pomocniczy równoległy na wejściu. Ten ostatni służyłby jako zabezpieczenie nadnapięciowe. Dodatkowo należałoby przezwoić stojan na trochę wyższe napięcia tak aby pokryć straty regulatora szeregowego dla niskich RPM.
Osobnym problemem byłby dławik przetwornicy step-down. Przy prądach rzędu 30A byłby to naprawdę "kawałek sprzętu" ...
Czyli co byśmy nie robili odbijamy się od ściany do ściany... Trzeba iść na kompromis!

Art.B Z prostowania synchronicznego wycofano się nie tylko ze względu na komplikację i koszty. Okazało się że alternator pracuje bardzo głośno, co w przypadku motocykla może ma mniejsze znaczenie ale jednak.

Przepięcia można "zjeść" warystorami / transilami / zenerkami. To taki odpowiedni małego równoległego regulatora
Racja, skórka nie warta wyprawki.

Z drugiej strony ciekawe jak ten 200 - 300 W grzejnik w misce olejowej wpływa na ogólny bilans cieplny. Zwłaszcza w tych "ciepłolubnych" sprzętach, chłodzonych powietrzem.

Tak. Przepięcia o dużej stromości i stosunkowo małej energii "zjada się" warystorami (itp.). Tylko to "zjadanie" jest czystą stratą... A co jak energia przepięcia będzie większa lub będzie ich cały szereg? Jaki duży musiałby być ten element tłumiący? Jaka jego niezawodność?
A te 200W to pan pikuś przy kilowatach mocy cieplnej ze spalania paliwa. Przecież sprawność energetyczna silnika 4T to jakieś 30-35%!

Poczekajmy na Art.B. Bardzo jestem ciekaw wyników jego doświadczeń.

Zdaję sobie sprawę, że wątek jest już trochę stary, jednak temat dla wielu (w tym i aktualnie dla mnie) zdarza się powracać a pozostał chyba niedokończony.
Czy kol. Art.B jeszcze zajmuje się zagadnieniem? Jestem niezmiernie ciekaw finału koncepcji regulatora na mosfetach a sam mam problem ze zwykłym tyrystorowym.

Witam
Ktoś może mi powiedzieć jak działa draiver tc4452 bo nie mogę nigdzie tego znaleść.

Nie rozumiem czego nie rozumiesz? Datasheet jest w necie. No problem.
Taktuj ten układ jak wzmacniacz cyfrowy nieodwracający fazy. Czyli to co na wejściu jest na wyjściu ale z obciążalnością wyjścia: praca ciągła 2.6A, Impuls - 13A.
Jest to typowy driver mosfetów i nie tylko z resztą.

Art.B wrote:

Mankament: statyczny pobór prądu w granicach 3mA.

Nie ma się co przejmować. Samorozładowanie aku jest większe.
Czy mógłbyś zedytować schemat? Trudno go analizować. Proszę.
Wejscie komparatora jest tylko przez kondensator. Tak ma być?
Czy robiłeś symulację w jakimś SPIECE'e ?

Czy masz już "pająka" i czy podłączałeś układ do alternatora?
Znajdę chwile to się zastanowię nad układem. Trzeba to na spokojnie przemyśleć.
Jakby się udało to uruchomić bardzo bym się cieszył. Jak zdążyłeś zauważyć jestem wielkim propagatorem Twojego regulatora.
Napisz jak sprawuje się "stara wersja". Może zachęci to większą liczbę ludzi do eksperymentów.

Art.B wrote:

Teraz odkopałem projekt, bo dzięki przeklętej grypie, siedząc na chorobowym, zacząłem odkopywać stare pomysły.

Kto by pomyślał, że grypa może pomóc w rozwoju "otwartego regulatora" do alternatora???

Art.B wrote:

Pomyślałem, że stworzenie takiego opensourceowego projektu regulatora mogłoby ludziom dać ciekawą alternatywę dla wyboru pomiędzy bardzo drogim Shindengenem a chińszczyzną.

Nie należę do "potrzebujących regulatora" , ale chętnie przyczynię się do rozwijania tego projektu. Właśnie dlatego, że jest "open source".
Po za tym jest wg. mnie bliski ideałowi, co mi się bardzo podoba.

Art.B wrote:

Swoją drogą ciekawi mnie czemu dotąd nikt nie bawił się w reverse engineering mosfeowych regulatorów shindengena.

Nie wiem, ale nawet po niektórych wypowiedziach z tego tematu można sądzić iż:
1. Mało jest motocyklistów z problematycznymi regulatorami będących na odpowiednim poziomie wiedzy i samozaparcia.
2. Części ludzi, szczególnie sprzedawców chińszczyzny, nie jest to na rękę.
3. Open source zawsze będzie miał przeciwników, bo bije w interesy producentów i sprzedawców.
A teraz analiza Twojego układu. Robię ją aby zrozumieć ideę i wykryć ew. błędy. Moje i Twoje.
Wg. noty aplikacyjnej TL5001 jest standardowo (!) przystosowany do pracy w układach przetwornic dławikowych obniżających napięcie (buck converter) z tranzystorem MOSFET typu P (!) jako kluczem. Rodzi to już pewne problemy w analizie, bo stan wyjścia jest odwrócony w fazie w stosunku do otwarcia klucza przetwornicy.
Ja jego pracę rozumiem tak:
Gdy napięcie wyjściowe przetwornicy jest poniżej znamionowego to na wejściu FB jest poniżej 1V (dzielnik) i układ zwiększa czas otwarcia klucza przez wydłużenie stanu NISKIEGO na wyjściu (OUT).
Ponieważ TC4452 jest wzmacniaczem nieodwracającym, więc MOSFETy mocy (IRFB4110) większość czasu będą otwarte, czyli uzwojenia alternatora nie będą długo zwierane, czyli napięcie wyjściowe alternatora będzie rosło.
Dla napięć wyjściowych alternatora większych od ustalonego progu sytuacja będzie odwrotna. TL5001 zmniejszy wypełnienie. Alternator będzie długo zwierany i napięcie wyjściowe spadnie.
Na razie OK.
Nie podoba mi się Twój układ "odwracania fazy napięcia mierzonego". Po co dawać zenerkę?
Czy nie lepiej:
1. Wywalić diodę zenera.
2. Przerobić dzielnik aby dawał ten 1 V dla tych powiedzmy 14V
3. Użyć TC4451 czyli wzmacniacz odwracający lub zanegować wyjście TL5001 w inny sposób.

Wstawienie diody zenera prawdopodobnie wynika, z błędu w rozumowaniu:

Art.B wrote:

Po przemyśleniu widzę, że ten dzielnik R7/R8 da zbyt dużą histerezę. TL5001 ma 100% wypełnienia dla 0,7V, 0% dla 1,3V. Aby uzyskać sensowną stabilizację na wyjściu trzeba będzie zatem zrzucić 12V na zenerce D7 i dalej dopiero dzielnik R7 i R8 po np. 20k. Da to zamknięte dreny dla V<13,4V i całkowicie otwarte dla V>14,6V.

W tym co napisałeś wyżej nie uwzględniasz w ogóle wzmocnienia wzmacniacza błędu! Te napięcia tyczą się generatora przebiegu "piłowego" (trojkątnego) z którym wzmocniony (max 80 dB !!!) przez wzmacniacz błędu sygnał jest porównywany. Mało tego to wzmocnienie trzeba mocno ograniczyć i skompensować częstotliwościowo.
W tym pliku jest sposób liczenia kompensacji wzmacniacza błędu: http://www.ti.com/lit/pdf/slvu002

Z opisów wynika, że do DT powinien być podłączony rezystor i ew. kondensator softstartu. Ty dałeś kondensator bez rezystora. Dlaczego?
Wg datasheet :
RDT = (Rt + 1250)*[ D*(V osc max – V osc min)+ V osc min]
RDT= (220k+1250)*[1*(1.3 - 0.7) +0.7] ~= 221k
Wg. mnie powinieneś dać rezystor 220k i nie dawać żadnego kondensatora. Sofstart jest nam niepotrzebny.


Co Ty na moje przemyślenia? A może jeszcze ktoś się wypowie?

Jak popełniłem jakiś błąd w analizie, to walcie prosto z mostu.

PS.
Pomijając powyższe, mam obawy o wielką, a i tak minimalną dla TL5001 (ok 20kHz), częstotliwość kluczowania. Uzwojenia mają sporą indukcyjność i "nie są chętne" szybkim zmianom prądu. Mogą się "odwdzięczać" przepięciami.
To tylko przypuszczenia. Ty robiłeś próby wcześniejszego układu samowzbudnego więc masz informacje praktyczne. Jednak warto się nad tym zastanowić.

Art.B wrote:

Od Tl5001 lepszy byłby jakiś driver z wyjściem totem pole i TC4451.

Nie wiem dlaczego akurat totem pole, ale większość sterowników uniwersalnych do przetwornic takie wyjście ma. Różnią się tylko wydajnościa prądową i rodzajem tranzystorów: bipolar lub MOSFET.
Dlatego już dawno proponowałem stareńki, ale tani TL494.
Nie chciałem Cię zbijać z pomysłu użycia TI5001, choć on sie wg. mnie do Twojej konstrukcji nie nadaje ze względu na bardzo wysokie częstotliwości PWM. One sa dobre ze względu na sprawność przetwornicy, ale przy sterowniem alternatora ta cecha jest niekorzystna.
Układów sterujących przetwornicami jest mnóstwo. Proponowałbym jakiś bardzo uniwersalny z pełnym zakresem sterownia wypełnieniem tzn od 0 do 100%. Chodzi o to aby nie "szarpać" IRFami gdy nie jest to potrzebne - mała RPM silnika. TL494 tego warunku nie spełnia ale inne układy tak.

Art.B wrote:

układ pracuje bez wyjściowego filtra LC, przy częstotliwości na wejściu z przedziału 50-750Hz, więc nie można się sugerować analogią do przetwornic step-down, dla których tl5001 został zaprojektowany.

Trochę nie rozumiem o co Ci chodzi?
Co to za częstotliwości? Czyżby próby Twojego układu samowzbudnego wykazały tak niską częstotliwość przełączania?
Przecież pisałeś:

Art.B wrote:

Układ pracuje w zakresie od 1kHz do 25kHz w zależności od obrotów i obciążenia.

Jak pisałem wyżej, próby należy zacząć od ok 5kHz PWM
Z kompensacją też nie powinno być problemów. Przecież nie potrzebujemy jakiejś super niskiej amplitudy (mV) tętnień napięcia wyjściowego alternatora.
Tu jednak chyba przesadzasz w drugą stronę:

Art.B wrote:

-w przypadku stałonapięciowym wzmocnienie wzmacniacza błędu na poziomie -5dB byłoby ok. (14,2V-> 0%PWM, 13,8V->100%PWM), tu dobór wartości rezystorów w dzielniku i pętli sprzężenia zwrotnego jest oczywisty.

A tego trochę nie rozumiem.

Art.B wrote:

- wzmocnienie napięciowe końcówki mocy wzg. wyjścia wzmacniacza błędu jest dość wysokie i wynosi ok.35,5dB - 60V/V (60-0/1,4-0,6)

Czyżbyś się wciąż odnosił do TL5001 ???

Hej!
Pozwoliłem sobie wykonać układ wg schematu Art.B załączonego do postu z 3 sierpnia 2012, opisanego jako działający prototyp. Po uruchomieniu pojazdu napięcie ładowania rośnie od 14,8v do 16v przy którym wyłączyłem silnik by nie spalić sterownika silnika. Regulacja potencjometrem nic nie daje. Gdyby po latach przeczytał to autor to poproszę o jakieś sugestie, może na odręcznym schemacie jest błąd. Będę wdzięczny za porady także od innych.

@dziesiaty1 A zwarłeś wyjścia na nogach 7 i 6 układu TC4452? Bramkę mosfeta żeby go włączyć trzeba naładować, a żeby wyłączyć rozładować - proste?
http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21987a.pdf

Hej!
Zastosowałem TC4452 w obudowie TO-220 z 5 nóżkami.