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

Inverting buck/boost converter, duże wahania napięcia

11 Lut 2013 14:28 2820 11
  • Poziom 11  
    Witam.

    Zrobiłem przetwornicę buck/boost converter do zasilania wzmacniaczy operacyjnych i widzę, że przy obciążeniu 15mA napięcie "przysiada" o 3-4V.

    Inverting buck/boost converter, duże wahania napięcia

    Domyślam się, że coś nie tak jest w sprzężeniu zwrotnym, napięcie na kolektorze optocouplera zwiększa się o 20mV, a napięcie spada na wyjściu. Tak powinno być, a NE555 powinien zwiększyć wypełnienie impulsów, żeby wyrównać napięcie, niestety tak się nie dzieje. :cry:.

    Ma ktoś pomysł, jak rozwiązać ten problem?
  • Poziom 28  
    Czy ten spadek postępuje liniowo? To znaczy: czy napięcie wyjściowe maleje w miarę zwiększania obciążenia już od zera mA, czy do pewnej wartości prądu jest w przybliżeniu stabilne, a powyżej zaczyna maleć?
    Pytanie stąd, że owszem, może to być winą sprzężenia zwrotnego: za małe wzmocnienie w pętli, osiągnięcie kresu regulacji, ale równie dobrze przyczyną może być np. nasycanie rdzenia.
    Cytat:
    napięcie na kolektorze optocouplera zwiększa się o 20mV

    A konkretnie - w okolicach ilu wolt się waha?
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Domyślam się, że coś nie tak jest w sprzężeniu zwrotnym, napięcie na kolektorze optocouplera zwiększa się o 20mV, a napięcie spada na wyjściu. Tak powinno być, a NE555 powinien zwiększyć wypełnienie impulsów, żeby wyrównać napięcie, niestety tak się nie dzieje. :cry:.
    Może zwiększa wypełnienie, tylko za słabo jeśli tak jest, to można zwiększyć wzmocnienie regulatora, dodając szeregowo z diodą transoptora diodę Zenera.

    R10 na pewno pogarsza rezystancję wyjściową, choć prawdopodobnie stanowi on prymitywne zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem prądu.
  • Poziom 11  
    fotonn napisał:
    Czy ten spadek postępuje liniowo? To znaczy: czy napięcie wyjściowe maleje w miarę zwiększania obciążenia już od zera mA, czy do pewnej wartości prądu jest w przybliżeniu stabilne, a powyżej zaczyna maleć?
    Pytanie stąd, że owszem, może to być winą sprzężenia zwrotnego: za małe wzmocnienie w pętli, osiągnięcie kresu regulacji, ale równie dobrze przyczyną może być np. nasycanie rdzenia.
    Cytat:
    napięcie na kolektorze optocouplera zwiększa się o 20mV

    A konkretnie - w okolicach ilu wolt się waha?


    Napięcie wejściowe to 5,5V na wyjściu jest wtedy -12,5V(bez obciążenia) na kolektorze optocouplera mam 117mV.

    Pod obciążeniem(3,3K) napięcie na wyjściu spada do -9,94V na kolektorze optocouplera jest wtedy 130mV.

    Pod obciążeniem(820Ohm) napięcie na wyjściu spada do -7,22V na kolektorze optocouplera jest wtedy 160mV.

    Bez sprzężenia zwrotnego na wyjściu jest -29V.

    Cytat:
    Może zwiększa wypełnienie, tylko za słabo jeśli tak jest, to można zwiększyć wzmocnienie regulatora, dodając szeregowo z diodą transoptora diodę Zenera.

    R10 na pewno pogarsza rezystancję wyjściową, choć prawdopodobnie stanowi on prymitywne zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem prądu


    R10 zastosowałem w celu zmniejszenia prądu. Symulacja układu pokazywała że w piku do cewki wpływało 2,2A a po zastosowaniu rezystora jest około 1,1A.
    Zamiast IRF9530 zastosowałem Si4835BDY(SMD), który jest dosyć malutki w przypadku zwarcia bez rezystora R10 mógł by się szybko uszkodzić. Układ ma być praktyczny i tani więc zastosowałem rezystor 4,7Ohm(7W), który miałem pod ręką.

    Zastanawiam się właśnie nad tym rozwiązaniem z diodą Zenera ale musiał bym iść do sklepu. Dlatego będę się jeszcze starał jakoś poprawić aktualny układ, czy wina może być po stronie rezystora R7 ?
  • Poziom 43  
    Cytat:
    na kolektorze optocouplera mam 117mV.

    Po polsku to się nazywa transoptor. Te stokilkadziesiąt mV to może być nasycony tranzystor a w 555 też nie wszystko działa przy takim napięciu.
    Układ pracuje na granicy możliwości regulacji

    Cytat:
    R10 zastosowałem w celu zmniejszenia prądu. Symulacja układu pokazywała że w piku do cewki wpływało 2,2A a po zastosowaniu rezystora jest około 1,1A.
    Źle dobrany dławik, lepiej zwiększ indukcyjność.
    Ciekawe jak bardzo spadła sprawność po dodaniu R10.
  • Poziom 11  
    Cytat:
    Po polsku to się nazywa transoptor.


    To fakt, nazwę skopiowałem z pdf.

    Cytat:
    Te stokilkadziesiąt mV to może być nasycony tranzystor a w 555 też nie wszystko działa przy takim napięciu.
    Układ pracuje na granicy możliwości regulacji


    Z tego co wiem to układ 555 po prostu zmniejsza wypełnienie sygnału prostokątnego aż na nóżce "Control voltage" będzie 0V, wtedy na wyjściu jest stan niski. Oczywiście że transoptor musi być nasycony i napięcie nigdy nie będzie miało 0V.

    Cytat:
    Źle dobrany dławik, lepiej zwiększ indukcyjność.
    Ciekawe jak bardzo spadła sprawność po dodaniu R10.


    Układ ma być prosty i jest prosty. R10 działa tak samo jak ogranicznik prądowy na tranzystorach. Nie będę tym układem zasilał żarówki, tylko wzmacniacz operacyjny. Poza tym chroni tranzystor Q1 przed uszkodzeniem w przypadku zwarcia na wyjściu przetwornicy.

    Wymyśliłem prostsze sprzężenie zwrotne, zamiast diody Zenera ja akurat wstawiłem kilka ledów zaporowo z zasilania, które są podłączone do 555 i rezystora R6

    Inverting buck/boost converter, duże wahania napięcia

    Wszystko działa i napięcie jest stabilne pod obciążeniem, nawet z moim "prymitywnym zabezpieczeniem" :D.

    Pozdrawiam i dzięki za podpowiedź.
  • Poziom 28  
    Cytat:
    Z tego co wiem to układ 555 po prostu zmniejsza wypełnienie sygnału prostokątnego aż na nóżce "Control voltage" będzie 0V, wtedy na wyjściu jest stan niski.

    Teoretycznie prawdziwe, praktycznie prawdziwe jest 0V, ale zmniejszanie wypełnienia nie jest monotoniczne do samego końca, czyli 0%.
    Jest granica, o której napisał jarek_lnx. Tą granicą jest napięcie nasycenia tranzystora schowanego pod nóżką "discharge" wewnątrz NE555 oraz napięcia niezrównoważenia jego komparatorów. Stąd masz te miliwolty na nóżce "control". Wokół nich przeładowuje się kondensator.
    Cytat:
    Oczywiście że transoptor musi być nasycony i napięcie nigdy nie będzie miało 0V.

    No właśnie, niekoniecznie. Może pracować w liniowym zakresie lub klasie A, jak kto woli.
    Zakres przeładowywania kondensatora przy NE555, bez udziału R6 to 1/3 do 2/3 napięcia zasilania, czyli całe kilka wolt. R6 modyfikuje go w górę.
    Zdegradowałeś ten zakres do miliwolt - ok. - ale jakbyś zrobił to z "podkładem" rzędu właśnie całych woltów, układ działałby lepiej.
    Cytat:
    Wymyśliłem prostsze sprzężenie zwrotne, zamiast diody Zenera ja akurat wstawiłem kilka ledów zaporowo z zasilania, które są podłączone do 555 i rezystora R6

    Bo ja wiem, czy prostsze?
    Kilka LED-ów zamiast jednej zenerki. Poza tym, czy to będzie stabilne temperaturowo?
    Zamiast diod, swobodnie mogłeś użyć rezystora.
  • Poziom 11  
    Cytat:

    Bo ja wiem, czy prostsze?
    Kilka LED-ów zamiast jednej zenerki. Poza tym, czy to będzie stabilne temperaturowo?
    Zamiast diod, swobodnie mogłeś użyć rezystora.


    Nie miałem akurat diody Zenera pod ręką więc użyłem ledów, rezystor odpada bo daje taki sam efekt jak wcześniejsze sprzężenie na transoptorze :cry:.

    Po prostu chciałem stabilne -12V, 45mA jak najmniejszym kosztem. Są układy jak TPS5430, które kosztują 19zł + wysyłka i oferują lepsze parametry. Ja chciałem wydać mniej i przy okazji czegoś się nauczyć :D.

    Cytat:
    No właśnie, niekoniecznie. Może pracować w liniowym zakresie lub klasie A, jak kto woli.
    Zakres przeładowywania kondensatora przy NE555, bez udziału R6 to 1/3 do 2/3 napięcia zasilania, czyli całe kilka wolt. R6 modyfikuje go w górę.
    Zdegradowałeś ten zakres do miliwolt - ok. - ale jakbyś zrobił to z "podkładem" rzędu właśnie całych woltów, układ działałby lepiej.


    Nie udało mi się tego osiągnąć, postanowiłem więc napisać post.

    Czyli wychodzi na to że R6 ma za dużą rezystancje ?
  • Pomocny post
    Poziom 28  
    Cytat:
    Czyli wychodzi na to że R6 ma za dużą rezystancje ?

    Nie o to chodziło.

    Okres generacji drgań na wyjściu NE555 jest ustalany przez czas narastania i opadania napięcia na kondensatorze podłączonym standardowo do wejść 2 i 6.
    Bez rezystora zewnętrznego napięcie to waha sę między 1/3 a 2/3 napięcia zasilania, przy czym prawie zawsze górna granica jest dwukrotnie wyższa od dolnej.
    Dlaczego "prawie zawsze"?
    Ma to związek z Ucesat tranzystora "discharge" wewnątrz NE555, ale o tym dalej.

    Tymczasem, podłączenie R6 ma na celu podnieść zarówno górną jak i dolną granicę zmian napięcia na pojemności C1, czyli ma za zadanie rozszerzyć zakres regulacji częstotliwości.
    Przy ustalonych wartościach R1, R2, R6 i C1, zakres ten zależy od rezystancji zastępczej Rce tranzystora transoptora.
    Przypuszczać można, że projektant nie po to rezystorem R6 zwiększał i tak duży zakres - rzędu paru wolt - aby w końcowym rozrachunku wykorzystać tylko "dolne" kilkaset miliwolt, dzięki nasycającemu się tranzystorowi transoptora.
    Chociaż, ostatecznie nawet w tych warunkach regulacja powinna działać.
    Dlaczego więc nie bardzo chce?
    Otóż, poprawnie sygnał sprzężenia zwrotnego powinien być odfiltrowany z tętnień wynikajacych z okresowego doładowywania i rozładowywania kondensatora C2.
    Nie za bardzo jednak, bo za duża stała czasowa filtru poskutkuje wahnięciami napięcia po gwałtownej zmianie obciążenia.
    W ogóle, to sama pojemność C2 powinna minmalizować tętnienia, stąd oprócz odpowiedniej liczby uF, liczy się ESR kondensatora(ów).

    Paradoksalnie, w tym układzie owa niestabilność w pętli sprzężenia pomaga, jednakże niewystarczająco.
    O co chodzi?
    Spróbuję się wytłumaczyć:
    Zacznę od pozytywnych skutków.
    Prawdopodobnie jest tak, że kiedy trwa cykl magnesowania dławika, a napięcie na obciążonym wyjściu obniża się, maleje też prąd diody transoptora, co skutkuje zwiększeniem Rce jego tranzystora.
    To z kolei podwyższa próg, do którego musi ładować się C1, czyli wydłuża się impuls napięcia na wyjściu NE555 i w efekcie czas ładowania dławika.
    Dotąd więc ok. i o to by chodziło.
    Ok., ale pod warunkiem, że tak doładowywany dławik odda znakomitą większość zgromadzonej energii.
    Nie zrobi tego natomiast, jeśli podczas ładowania się nasyci, co poskutkuje zmarnowaniem części "niechcący" wydłużanego impulsu.
    Bo, zauważ, co stanie się, kiedy rosnące w czasie impulsu ładującego, napięcie na C1 dogoni wreszcie, również rosnące, napięcie "control".
    Skończy się wówczas impuls magnesujący dławik i ten odda - pod tytułem "SEM Samoindukcji" - zgromadzoną energię i doładuje C2.
    Teraz, co kiedy część energi, wskutek nasycenia rdzenia, "idzie w komin"?
    Ładowanie C2 kończy się stosunkowo szybko i równie szybko zaczyna się rozładowywanie.
    W tym czasie, dzięki nasyceniu tranystora "dischrge" wewnątrz NE555, rozłdowuje się C1.
    W dobrze "wycyrklowanym" układzie bez kontroli prądu dławika, rozładowywanie to, którego kresem powinno być osiągnięcie połowy napięcia "control", powinno trwać tylko odrobinkę dłużej niż przekazywanie energii z dławika do C2.
    Jak jest tutaj?
    Napiecie "control" masz na poziomie setki miliwolt, czyli C1 musiałby się rozładować do jakichś 50-60mV. Niestety napięcie Ucesat tranzysora "dischrge" nie ma chęci zejść tak nisko, tak szybko.
    Jak więc się dzieje, że układ się nie dławi na ładnych parę setek milisekund?
    Otóż, znów pomagają szybkie zmiany sygnału sprzężenia zwrotnego.
    Opisane wcześniej obniżanie napięcia na C2 nie zaczyna się dopiero w momencie rozpoczęcia magnesowania dławika. Ono zaczyna opadać jeszcze długo, długo przed rozpoczęciem tej fazy.
    I już wówczas wzrasta napięcie na n. 5 scalaka, sposobem wyżej opisanym. I to ten wzrost i wzrost progu wyzwalającego "dolny" komparator, nie rzaś rozładowanie C1 poniżej ustalonego progu tego wyzwalania, powoduje rozpoczęcie kolejnego impulsu magnesującego dławik.
    Trwa to jednak długo za długo, bo pojemność C2 jest o jeden przedrostek większa niż C1, a pobór prądu z obu nie proporcjonalny.

    Zastosowanie LED-ów, mających progowe napięcie przebicia, wprawdzie nie zwiększa energii przekazywanej poprzez pole magnetyczne w jednym cyklu, ale działa skutecznie dzięki skróceniu ostatniej z opisanych faz, czyli zwiększa ilość cykli w jednostce czasu, czyli zwiększa moc prztwornicy.

    Wniosek: nasyca się dławik.
    Przyczyna?
    Co napisał wcześniej jarek_lnx - ma za małą indukcyjność nominalną, wzglednie, jest ona dobra, ale przekroczony zostaje prąd dopuszczalny.

    Ale, jeśli to, co obecnie wyciągasz z układu, wystarcza, niech zostanie.


    A - byłbym zapomniał - rysunek:
    Inverting buck/boost converter, duże wahania napięcia
  • Poziom 11  
    Bardzo dziękuje za wyczerpującą odpowiedź, teraz rozumiem.

    Pod większym obciążeniem 555 musi zwiększyć wypełnienie, czyli na nóżce "Control" musi być większe napięcie i na skutek tego napięcie na wyjściu spada :D.
  • Poziom 28  
    No tak - wiedziałem, że za długie... :)
  • Poziom 11  
    Dzięki temu można zrozumieć jak wiele procesów zachodzi w ciągu kilku milisekund pracy takiej przetwornicy :).

    Postanowiłem trochę ulepszyć projekt, może komuś przyda się w przyszłości :D.

    Inverting buck/boost converter, duże wahania napięcia

    Wydaję się że powinno wszystko działać, jutro wy lutuje potrzebne elementy ze starego wzmacniacza i sprawdzę schemat.

    Mam pytanie czy mógł by Pan sprawdzić bardziej doświadczonym okiem czy coś jeszcze można poprawić w tym schemacie ?

    Z góry dziękuje.