Zasilacz impulsowy z własnym sterowaniem - pytania do projektu

Witam,
Ostatnio postawiłem sobie wyzwanie zbudowania od zera zasilacza laboratoryjnego o mocy <200W z płynną regulacją napięcia do 30V. Prosiłbym o ewentualne uwagi do projektu i pomoc w kilku dalej poruszonych problemach. Wymagany jest możliwie mały rozmiar i waga i przewidziana jest możliwość zasilania z dowolnego napięcia DC do dajmy 50V (chociaż przewiduje głównie zasilanie z 12V – stary zasilacz Xboxa). Z racji potrzeby podwyższania / obniżania napięcia wybrałem opcję z przetwornicą impulsową. Przeczytałem już dość dużo materiału na temat wszelkich rodzajów przetwornic i wybór padł na przetwornice Buck-boost. Rozumiem zasadę jej działania, nawet uruchomiłem mały układzik na płytce stykowej i działał. Problem sprawdza się do 2 rzeczy:
- wybór dławika
- sposób sterowania przetwornicą

Chciałbym na samym początku zaznaczyć, że projekt wykonuje głównie dla wiedzy i doświadczenia, a nie dla samego zasilacza (ale chce przy okazji zrobić cos użytecznego). Postanowiłem więc, że nie wykorzystam żadnego gotowego scalaka do sterowania przetwornicą. Z racji tego wymogu chciałbym ograniczyć się z częstotliwością do max 50kHz. Przejrzałem ofertę dławików na pewnym serwisie aukcyjnym i z racji stosunkowo niskiej częstotliwości padło na:

Dławik toroidalny proszkowy DTP-33 100uH 25A.

Z wykonanych obliczeń zakładając zasilanie 12V obliczyłem max czas ładowania cewki:
Ton[max] = L*I/Uzas = 208,(3)us

Oraz chcąc wykorzystywać cewkę na max, i zakładając wyjście 30V:
Toff[min] = Uzas*Ton[max]/Uwy[max] = 83,(3)us

Zaokrąglając do gory Ton+Toff = 300us co odpowiada częstotliwości 3,(3)kHz, która to jest częstotliwością minimalną zapewniającą poprawne działanie przetwornicy.

Maksymalna energia gromadzona w cewce 100uH 25A to:
E[max] = 0.5*L*I^2 = 31250uJ

Stąd maksymalna moc przenoszona przez cewkę dla minimalnej częstotliwości to:
P[max] = E * f[min] = 105W

Zwiększając częstotliwość 10krotnie czyli do około 35kHz można zwiększyć moc na 190% tej wartości czyli około 200W. Jest to oczywiście przypadek dla największej mocy gdyż napięcie wyjściowe jest najwyższe (cewka najszybciej się rozładowuje). Dla niższych napięć wyjściowych moc przetwornicy będzie mniejsza, jednak zakładając że dla całego zakresu napięć, prąd ma być ograniczony do tej samej wartości, to nie stanowi to problemu. Analityczne obliczenia pokazują że wraz ze spadkiem napięcia wyjściowego spada moc, ale w tempie mniejszym od kwadratu tej różnicy (P = U*I), przez co maksymalne prądy rosną wraz ze spadkiem napięcia wyjściowego.

Teraz następuje moje pierwsze precyzyjne pytanie: czy te przemyślenia i obliczenia są prawidłowe? Wiedzę tą zaczerpnąłem z materiałów dostępnych na jednym z portali elektronicznych, jednak nie wiem czy dobrze interpretuje to co jest tam napisane.


Kolejnym problemem jest sterowanie przetwornicą. Z teorii im dłuższy czas kluczowania tym większa energia przekazywana jest do cewki, czyli energia przekazywana na wyjście (a co za tym idzie napięcie) jest wprost proporcjonalna do wypełnienia impulsu PWM sterującego kluczem. Wykonałem prosty generator PWM sterowany napięciem, z którego udało mi się uzyskać w miarę ładny przebieg o f=39kHz. Jest to układ analogiczny do tego:

http://www.ti.com/lit/ug/slau508/slau508.pdf

Jednak aktualnie nie mam żadnego komparatora i do realizacji tego układu użyłem samych opampów tl081. Czy po zmianie na komparatory przebiegi będą ok? Przy 50kHz piła nie przypominała już piły. Tu wrzucam link do zdjęć przebiegów ściągniętych oscyloskopem:

http://imgur.com/a/FMHlK

Piła i sam PWM są takie sobie, czas narastania i opadania zbocza w PWM są na poziomie:
-narastanie 1,5us
-opadanie 1us
Do tego widać że same zbocza są przesunięte względem piły o ładny kawałek czasu (długa reakcja komparatora).

Prosiłbym o jakieś sugestie jakie opampy i komparatory użyć aby móc wyciągać ładne i ostre PWM o f=100kHz, bo widzę że TL081 w rolach komparatora i opampa słabo sobie radzą. Chyba że zastosowanie komparatora, który jest komparatorem, a nie opampem poprawi sytuacje? A może jest jakiś inny łatwy sposób na zrobienie generatora PWM sterowanego napięciem?

Ogólnie układ ten w miarę działa, więc przejdę dalej. Wzmacniacz błędu, będzie sumatorem napięć (tez na opampie - jakiś nisko szumowy?) który będzie sumować napięcia dodatnie referencyjne (zadane przez np. mikro kontroler lub potencjometr) oraz to na wyjściu układu, które to jest ujemne. Dodatkowo ujemne napięcie przejdzie sobie przez filtr dolnoprzepustowy, który je ładnie wygładzi. Wyjście wzmacniacza błędu będzie sterować już bezpośrednio generatorem PWM.

Kolejną ważną rzeczą którą należy rozważyć to sam klucz. I tutaj kolejne konkretne pytanie: co wybrać do kluczowania takiej przetwornicy? Doczytałem w kilku miejscach ze najlepszy jest n-ch MOSFET. Powinien być na napięcie wyższe niż możliwa różnica napięć między zasilaniem a wyjściem i utrzymać prądy równe maksymalnemu cewki (u mnie to 25A) oraz częstotliwość działania przetwornicy. Czy jest jeszcze jakiś parametr na który należy zwrócić uwagę w wyborze MOSFETa? Czy zwykły opamp jest w stanie go wysterować? (z tego co mi wiadomo to sterowanie odbywa się poprzez napięcie, więc chyba nie będzie problemu?).
Oczywiście należy też dobrać odpowiednią diodę. Schottky powinien mieć napięcie wyższe niż suma napięć we i wy oraz wytrzymać maksymalny prąd obciążenia?

I ostatnia chyba już sprawa… Filtrowanie, zabezpieczenia i dodatkowy osprzęt. Czy warto dodać coś gdzieś, czy trzeba coś dodać? Jak zabezpieczyć się przed przepięciami? Z tą wiedzą u mnie krucho i ciężko mi coś konkretnego znaleźć. Jedyne co z filtrowania przychodzi mi do głowy to kondensatory na wejściu i wyjściu. Czy gdzieś należy dodać jakieś inne elementy jak dławiki filtry itp.?


Na tą chwilę to chyba już wszystko co miałem do napisania i zapytania. Liczę na jakieś opinie, porady i odpowiedzi na moje pytania.

Pozdrawiam
Tomek

Patrząc na schemat PWM-a to w takim układzie powinny być zastosowane wzmacniacze operacyjne, które potrafią pracować z pojedynczym zasilaniem, a TL081 powinien być zasilany symetrycznie i praca z niesymetrycznym zasilaniem może powodować problemy. Przykładowo LM358, LM324 pracują poprawnie z pojedynczym zasilaniem i dla próby można je zastosować.

Z tych które podałeś, oba mają niski slew rate 0,3 - 0,4 V/us i pracują na małych częstotliwościach. Przejrzałem sklepy i ciężko znaleźć jakiś w miarę tani opamp do tego celu, jest okropnie mała dostępność do nich, a jak już jakiś znajdę poniżej 10zł/szt to w sklepie który sprzedaje w wielokrotnościach po 10 albo 25szt ;/

Z tego też powodu postanowiłem pokombinować z opampami na symetryczne zasilanie. Na razie nadal bawię się tl081, ale już zamówiłem opampy NE5532P (10MHz i 9V/us) oraz komparatory LM311 (200ns reakcja) więc w porównaniu z 2x tl081 powinno dać się wyciągnąć nawet te 500kHz jakie są w materiale który wrzuciłem wyżej.

Problem z zasilaniem symetrycznym rozwiązałem w banalny sposób: zasilanie 12V -> stabilizator 7805 -> icl7660. I oto mam symetryczne +/-5V (choć nie do końca bo jest spadek 0,8V na iclu). Referencją powinno być GND, ale aby móc skompensować tę nie-symetrię napięć powodującą niesymetryczny trójkąt dałem trymer biegający po napięciach od +5 do -4,2V. Co prawda amplituda trójkąta nie jest symetryczna względem 0V, ale to i tak nie ma znaczenia, bo sygnał idzie na komparator razem z sygnałem ze wzmacniacza błędu, który sam już się zajmie doborem odpowiedniego napięcia tak aby PWM działał jak trzeba. Udało mi się wycisnąć w miarę ładne 50kHz, wyżej już zaczynają pojawiać się duże oscylacje na końcach ramp.



Także czekam na razie na dostawę elementów i odpowiedzi / rady do pozostałych moich pytań

EDIT:
Swoja drogą - te zaostrzone czubki sygnału trójkątnego skąd mogą się brać? Występują nawet dla niższych częstotliwości ;/ Możliwe że to jakaś cecha kondensatora? Do testów używam MKT 10nF.

Nie rozumiem dlaczego chcesz budować kontroler PWM "na piechotę", skoro są setki wyspecjalizowanych układów na rynku, a gdybyś narzekał na cenę (10-20zł), to są jeszcze starsze uniwersalne układy jak TL494 w cenie poniżej 2zł, tylko ze musiał byś dobudować driver który dostarczy odpowiednio dużego prądu do bramki MOSFET'a

Jakoś dziwnie to liczysz, przecież chcesz mieć stałą częstotliwość, a liczysz jakby to miało pracować w BCM (boundary conduction mode) ze zmienną częstotliwością.

Na pewno musisz dodać zabezpieczenie nadprądowe, a filtry LC jeśli chcesz obniżyć poziomy tętnień i zakłóceń.

Zniekształcenia przebiegu trójkątnego w twoim układzie - podejrzewam że słabe odsprzęganie zasilania, albo napięcie referencyjne "skacze" podczas zmiany stanu komparatora.

Nie chce używać gotowych scalaków, bo chce się czegoś nauczyć. Zobaczyć praktycznie jak to wszystko działa, jakie można napotkać błędy i jak sobie z nimi radzić. Kupie gotowca i podłącze według dokumentacji i tyle było z mojej nauki Ostatnio próbuje nabyć trochę praktycznej wiedzy, której na moich studiach niemal w ogóle nie ma, wszędzie właśnie każe się nam wciskać gotowe scalaki albo mikrokontrolery, a jak przychodzi co do czego to leżymy na elektronicznych banałach..

Co do częstotliwości - tak chce stałą. Liczę tylko minimalną, aby nie nasycać rdzenia i wyciągnąć z niego wszystko co się da. Żadnej regulacji nie będzie, po prostu dla danej cewki wyliczam minimalną, potem liczę maksymalną moc, a potem znając zależność że zwiększając fmin 10-krotnie moc rośnie do 190%.

Co do filtrów - rozumiem że na wyjściu wystarczy sam kondensator LOW-ESR, a na wejściu dać jakiś LC?

Jak uważasz ale podstawą w przetwornicach imho nie jest zbudowanie układu pwm od podstaw tylko dobór parametrów regulacji czy zaprojektowanie odp. transformatora/dławika.
Uwierz, nawet zgodnie z dokumentacją będziesz miał dość problemów.
BTW - masz oscyloskop? I nie licz na początku na 200W. Tzn. nie chcę Cię zniechęcać, ale raczej na pewno coś Ci nie wyjdzie i sporo kluczy/diod popalisz.

Z pewnością jeśli będę robić już jakieś przetwornice zasilane z sieci to na gotowych scalakach. Nie będę przecież za każdym razem projektować generatora PWM to jednorazowy wypad, potem raczej przeskoczę na gotowce, jak już będę wiedzieć dokładnie jak to działa. Testy będę oczywiście robić na małych mocach i z tańszymi elemetami, jak to wypali to uruchomię coś mocniejszego. Mam oscyloskop, generator funkcyjny, zasilacz z ogranicznikiem prądowym, także myślę że z tymi rzeczami nie będzie tak źle Dławiki i trafa kupuje gotowe w tej chwili, ale zacznę próbować nawijać coś samemu bo to pewnie o wiele taniej wychodzi - może trochę to aroganckie i może czegoś nie wiem, ale w tej materii nie wydaje mi się aby to była jakaś mega trudna rzecz

Na razie wykminiłem takie coś. Kluczem będzie MOSFET z kanałem typu N. Chociaż nie do końca jestem pewien czy to dobre rozwiązanie... Zaraz skrobnę jeszcze schemat przetwornicy całej



Da rade tak? Tylko tu dioda jest ze złej strony


Czy nie kombinować i użyc P mosfeta? Czy jakoś inaczej da rade zrobić z N? Bo nie trzymanie sie masy chyba nie jest ok

Quote:

Da rade tak?

Przemyśl dwie rzeczy, jak doprowadzisz napięcie wyjściowe do wzmacniacza błędu (masz tam nałożony przebieg prostokątny względem masy), czy lubisz słuchać radia, jeśli nie, to dobrze, kiedy włączysz przetwornicę radio zapewne przestanie działać.
Wyprowadzanie na zewnętrzne przewody przebiegów o szerokim paśmie zakłóceń zazwyczaj daje takie skutki.
Wzmacniacz błędu nie potrzebuje filtrów na wejściu, zresztą nic nie dadzą, a nawet zaszkodzą, potrzebujesz kompensacji częstotliwościowej pętli sprzężenia zwrotnego.

Quote:

...3,(3)kHz, która to jest częstotliwością minimalną zapewniającą poprawne działanie przetwornicy.

A wiesz co się stanie poniżej, czy ten sam problem może wystąpić przy 34kHz?

A swoją drogą: nie lepiej piłę zrobić na 555 tak żeby była piłą, bo tutaj to chyba wyjdzie trójkąt? I ten generator ma na pewno dobrze refy (mid) podpięte? Ten LM311 podejrzanie mi wygląda, musiałbym w noty spojrzeć, on nie ma jakiś chip enable'i albo innych wymysłów, że tak prosto to zadziała?
I konieczne poczytaj jak sterować MOSy, bo będzie Ci...tzn. im gorąco.

A ze sprzężeniem będziesz mieć faktycznie radośnie w zaproponowanym układzie (co nie znaczy, że to niewykonalne. Ale w przetwornicy nieizolowanej izolowany feedback to chyba trochę przerost formy nad treścią będzie, a w sumie to rozwiązanie pierwsze mi się tu nasuwa).

Odpowiadając na pytanie, jak będzie poniżej to rdzeń cewki będzie się nasycać (strata czasu i energii -> mocy), i/lub cewka będzie rozładowywać się do zera i przez jakiś czas będzie bezczynna (kolejna strata mocy maksymalnej). Przy 34kHz tych problemów nie powinno być.

Dobrze myślę ? A co do kompensacji mógłbyś mi lekko wyjaśnić o co dokładniej chodzi? Chyba nie o kondensator miedzy wyjściem a wejsciem odwracającym opampa?



EDIT:
o 555 myślałem ale aktualnie nie miałem żadnego na stanie, choć już zamówiłem i powinny być jutro (o ile sklep wysłał w końcu paczkę..). Z mosfetami jedyne czego się doczytałem to wymagane jest sterowanie push-pull o dużej wydajności prądowej, żeby zdążały się przełączać. A ze sprzężeniem o co dokładnie chodzi? Nie potrafię tego zrozumieć wogóle :/

Quote:

Odpowiadając na pytanie, jak będzie poniżej to rdzeń cewki będzie się nasycać (strata czasu i energii -> mocy), i/lub cewka będzie rozładowywać się do zera i przez jakiś czas będzie bezczynna (kolejna strata mocy maksymalnej). Przy 34kHz tych problemów nie powinno być.

Zgadza się, poza tym że przy 34kHz, też jest możliwa praca z nieciągłym prądem cewki, przy małych prądach obciążenia.

Quote:

A co do kompensacji mógłbyś mi lekko wyjaśnić o co dokładniej chodzi? Chyba nie o kondensator miedzy wyjściem a wejsciem odwracającym opampa?

Chcesz zamakać pętlę sprzężenia zwrotnego wzmacniaczem o dużym wzmocnieniu, elementy w pętli sprzężenia zwrotnego dają przesuniecie fazy jeśli przesunięcie fazy osiągnie 180° przy wzmocnieniu >1 to układ się wzbudzi, są dwie możliwości rozwiązania problemu, jeśli nie zależy ci na tym żeby zasilacz szybko reagował na zmiany obciążenia, to po prostu zwiększasz kondensator o którym wspomniałeś aż układ przestanie się wzbudzać, jeśli chciał byś zrobić to porządnie, przyda się ta "niepraktyczna" wiedza ze studiów, trzeba policzyć transmitancję pętli sprzężenia zwrotnego z uwzględnieniem takich szczegółów jak ESR kondensatorów, do tego trzeba dobrać kompensacje.
Pomiędzy podejściem analitycznym, a eksperymentalnym jest taka różnica że w pierwszym rosnącemu przesunięciu fazy można przeciwdziałać, w drugim trzeba zastosować metodę dominującego bieguna, obciąć pasmo do zakresu w którym pozostałe elementy nie wprowadzają znaczących przesunięć fazy.

Oprócz grubych książek akademickich o teorii sterowania, na temat kompensacji częstotliwościowej można też przeczytać w notach aplikacyjnych uniwersalnych scalonych kontrolerów do przetwornic.

Co ze sprzężeniem? chcesz doprowadzić napięcie wyjściowe do wzmacniacza błędu, napięcie to jest różnicą dwóch napięć które względem masy mają nałożony przebieg prostokątny, napięcie odniesienia jest względem masy, więc musisz to jakoś sprowadzić do wspólnego potencjału, sposoby są dwa, wzmacniacz różnicowy jeśli będzie miał wystarczający CMRR, albo sprzężenie z izolacja galwaniczną, to się da zrobić ale nie warto, bo nie pozbędziemy się podstawowej wady - wysokiego poziomu generowanych zakłóceń, musisz zmienić układ wyjściowy.

W przetwornicy nieizolowanej pomiędzy wejściem a wyjściem któryś punkt powinien być wspólny, w twoim układzie rozwiązania są dwa, ale jedno jest wygodniejsze, które i dlaczego?

LM311 nie ma wyjścia push-pull więc tak siego nie łączy.
Ten driver MOSFET'a to tylko do wytwarzania dymu się nadaje.

alagner A co to za różnica piła czy trójkąt, moim zdaniem lepiej trójkąt, poza tym z 555 będzie piła wykładnicza, a nie liniowa jak tutaj.

A takie rozwiązanie sterowania mosfetem da rade?


Na razie dorwałem książkę: "Power Supply Cookbook" - Marty Brown.
Czeka mnie trochę lektury :/

Co do punktu wspólnego to zapewne GND. Ja tylko kombinowałem ze względu na brak P-mosfetów, żeby użyć tego z kanałem N, ale widzę że to głupi pomysł.

Quote:

Ja tylko kombinowałem ze względu na brak P-mosfetów

Gdzie brak w sklepach czy u ciebie w szufladzie?

Quote:

żeby użyć tego z kanałem N, ale widzę że to głupi pomysł.

Pomysł nie jest głupi, ale wykonanie było nieprzemyślane, high-side z bootstrapem miało by sens.

Quote:

A takie rozwiązanie sterowania mosfetem da rade?

Poprawne, ale używając MOSFET'a w ten sposób nie będziesz miał wspólnej masy, gdyby w układzie wyjściowym który narysowałeś poprzednio dać diodę po stronie drenu, układ generował by mniej zakłóceń ale pomiar napięcia wyjściowego i tak był by względem napięcia wejściowego.

Aaaa to już wiem o co chodzi z tymi zakłóceniami. Wyżej dopisałem ze na schemacie dioda jest ze złej strony (ze powinna być własnie po stronie drenu) i nie mogłem zrozumieć skąd te zakłócenia . Nie będę kombinować i zamówię mosfety z kanałem P (oczywiście brak w szufladzie). Z racji chęci sterowania sygnałem 0-Uwe będę musiał wtedy ograniczyć napięcie wejściowe do maksymalnego napięcia bramka-źródło czyli zwykle do 20V, a bezpieczniej nawet niżej - i zabezpieczyć jakimś zenerem <20V? Nic więcej w kwestii prawidłowych napięć na mosfecie (oprocz tego i zródło-dren)? A ze sterowaniem jakby wzmacniacz błędu szedł na bramkę AND razem z generatorem PWM o stałym wypełnieniu wyliczonym z założeń przetwornicy (zrealizowane na 555) to dalej byłby problem z sprzężeniem? bo to wtedy interpretacja sygnału ze wzmacniacz błędu "jest jako dyskretna" w przeciwieństwie do wcześniejszego zamysłu?

Z p-mosfetem oczywiście klucz będzie już na zasilaniu:
Link

Dla pewności zapytam - przetwornicą zaporową można swobodnie obniżać i podwyższać napięcie stosując tylko 1 klucz? Tylko napięcie będzie odwrócone? Czy ma to jakieś negatywne skutki że odwrócone napięcie będę poźniej traktować jako GND, a GND jako to napięcie ze zmienionym znakiem? Czy lepiej zastosować coś takiego:
Link

?? Ta opcją chyba jest wydajniejsza jeśli chodzi o moc? Ale bardziej skomplikowana jeśli chodzi o sterowanie? Chociaż opcja z bramką AND bardzo by upraszczała to zadanie.

Quote:

Aaaa to już wiem o co chodzi z tymi zakłóceniami. Wyżej dopisałem ze na schemacie dioda jest ze złej strony (ze powinna być własnie po stronie drenu) i nie mogłem zrozumieć skąd te zakłócenia Razz.

Twój tekst jest sprzeczny ze schematem, odpowiadający nie są nieomylni, konsekwencje łatwe do przewidzenia.

Quote:

Z racji chęci sterowania sygnałem 0-Uwe będę musiał wtedy ograniczyć napięcie wejściowe do maksymalnego napięcia bramka-źródło czyli zwykle do 20V, a bezpieczniej nawet niżej - i zabezpieczyć jakimś zenerem <20V?

Można byle nie zepsuć szybkości przełączania rezystorem ograniczającym prąd diody Zenera.

Quote:

A ze sterowaniem jakby wzmacniacz błędu szedł na bramkę AND razem z generatorem PWM o stałym wypełnieniu wyliczonym z założeń przetwornicy (zrealizowane na 555) to dalej byłby problem z sprzężeniem? bo to wtedy interpretacja sygnału ze wzmacniacz błędu "jest jako dyskretna" w przeciwieństwie do wcześniejszego zamysłu?

Zastosowanie układu o dwustanowej regulacji napewno pogorszy parametry stabilizacji, niestety nie gwarantuje to stabilności, układ taki też może się wzbudzać.
Zresztą pisałeś że chcesz się czegoś nauczyć, tu możesz się nauczyć jak nie należy robić przetwornic.

Quote:

Dla pewności zapytam - przetwornicą zaporową można swobodnie obniżać i podwyższać napięcie stosując tylko 1 klucz?

O jakiej przetwornicy zaporowej piszesz, ja pod tą nazwą znam układ z izolacja galwaniczną, choć w zasadzie mówi to zasadzie działania nie o budowie układu.

Quote:

Czy ma to jakieś negatywne skutki że odwrócone napięcie będę poźniej traktować jako GND, a GND jako to napięcie ze zmienionym znakiem?

Dopóki nie będziesz potrzebował wspólnej masy to nie.

Quote:

?? Ta opcją chyba jest wydajniejsza jeśli chodzi o moc? Ale bardziej skomplikowana jeśli chodzi o sterowanie?

Moc - nie ma powodu żeby była większa, układ ma tylko więcej kluczy które załączamy jednocześnie.

Kapnąłem się po wrzuceniu obrazka, i zmieniłem tylko opis, wiem że sam sobie jestem winien

Pisze o przetwornicy takiej jak na schemacie (to moja poprawiona wersja z mosfetem P). Chyba już tutaj wszystko jest jak należy?


Swoją drogą przyszły do mnie opampy NE5532 i komparatory LM311. Udało mi się osiągnąć ładną piłę na 75kHz na płytce stykowej Jednak i tak zjechałem do 50kHz, z powodu chęci zastosowania cewek na taką częstotliwość. Piła i PWM wychodzi pięknie, podciągam wyjście komparatora rezystorem 2k (finalnie pewnie użyje jakiegoś 200 - 500ohm aby zmniejszyć rise time). Najwidoczniej wspominane wcześniej zaostrzone czubki pochodziły od samych tl081. Dla ciekawskich wrzucam screena:


Na weekend powinienem mieć trochę więcej czasu, więc mam zamiar wykonać pierwszy prototyp całości na pcb

Quote:

Pisze o przetwornicy takiej jak na schemacie (to moja poprawiona wersja z mosfetem P). Chyba już tutaj wszystko jest jak należy?

W tak prostym schemacie niewiele błędów można zrobić, jest dobry, choć kondensator na wejściu mógł by sie przydać.

Quote:

Udało mi się osiągnąć ładną piłę na 75kHz na płytce stykowej Jednak i tak zjechałem do 50kHz, z powodu chęci zastosowania cewek na taką częstotliwość.

Cewki na 50kHz a co to takiego? straty w rdzeniu zależą od częstotliwości i indukcji nie ma tu sztywnych reguł że do 50kHz dobrze, a powyżej źle, lepsze firmy udostępniają pełne dane i można sobie policzyć.

Wspomniałeś że chcesz użyć DTP-33 100uH 25A, to dławik z rdzeniem proszkowym, polecam przeczytać Link
Wspomnę tylko ze znajdziesz tam informacje dlaczego twój dławik przy 25A nie będzie miał 100uH.

Quote:

Piła i PWM wychodzi pięknie, podciągam wyjście komparatora rezystorem 2k (finalnie pewnie użyje jakiegoś 200 - 500ohm aby zmniejszyć rise time).

A jaki jest teraz? decydujące będzie jak zbudujesz driver MOSFET'a

Quote:

Na weekend powinienem mieć trochę więcej czasu, więc mam zamiar wykonać pierwszy prototyp całości na pcb

A masz kompletny schemat?
Prowadzenie ścieżek w części mocy to dosyć krytyczna sprawa, zrób to porządnie.

Zdaję sobie sprawę z tego że przy dużym prądzie indukcyjność spadnie. Co do częstotliwości to wybrałem na początku 50kHz z powodu takiego, że te rdzenie najlepiej stosować na 1 - 50kHz (wyczytanie na stronie producenta). Dodatkowo myślę nawet nad zmniejszeniem tej częstotliwości jeszcze niżej, gdyż cewki nawinięte są 1 grubym drutem (chyba 1 albo 1,2mm średnicy), przez co naskórkowość będzie dawać o sobie znać. Na razie mam problem z driverem mosfeta zbudowałem go analogicznie do schematu wrzuconego kilka postów wcześniej. Wyjście pwm obciążam rezystorem 100R i wszystko jest ok. Amplituda sygnału to 12V. Jednak podłączając P-mosfeta, na wyjściu nie ma nic... Używam irf5305. Nie mam pojęcia o co chodzi, jedyny pomysł to złe połączenie mosfeta - w dokumentacji nie ma nigdzie jakiejkolwiek informacji na temat konfiguracji nóżek. Znalazłem info w kilku miejscach że jest to po kolei od lewej G D S. Ale w takiej konfiguracji nie działa (innych nie sprawdzałem doświadczalnie szkoda mi marnować kasy na mosfety).

EDIT:
Chyba dotknąłem go paluchem i odszedł w zaświaty mosfetów. Wziąłem kolejny, tym razem w rękawiczkach ESD przez pesetę ESD i przypięty opaską do uziemienia i działa mosfet obciążony halogenem 12V 20W, beż zadnego radiatorka leciutko się nagrzewa, na oko do 30*C Martwią mnie tylko te poszarpane przebiegi. Skad się bierze ten okropny pik napięcia wstecznego? Przyznam że mam małe doświadczenie z mosfetami i nie umiem zinterpretować tego zjawiska :/

Quote:

Zdaję sobie sprawę z tego że przy dużym prądzie indukcyjność spadnie.

Z moich wyliczeń wynika że ok 4x.

Quote:

Dodatkowo myślę nawet nad zmniejszeniem tej częstotliwości jeszcze niżej,

Jak się będzie grzać to zmniejszaj.

Quote:

gdyż cewki nawinięte są 1 grubym drutem (chyba 1 albo 1,2mm średnicy),

Taka cienizna na 25A, nie chce mi się wierzyc.

Quote:

przez co naskórkowość będzie dawać o sobie znać.

Zauważ że składowa zmienna jest niewielka ok 10x mniejsza od składowej stałej, naskórkowość może nie być dużym problemem.

Quote:

Martwią mnie tylko te poszarpane przebiegi. Skad się bierze ten okropny pik napięcia wstecznego?

Z indukcyjności przewodu, można by ją nawet wyliczyć z częstotliwości rezonansu z pojemnością wyjściową tranzystora.

I tak zapewne do 25A nie dojadę nigdy Zmierzyłem drut suwmiarką, ma 1,8mm jednak. Ten rezonans na razie zignoruje, bo całość jest na stykowym pająku Dziś kończę schemat i na dobranoc zaprojektuje pcb, jutro myślę że pierwsze uruchomienie będzie co do prowadzenia ścieżek mocy to jakie są zasady? Jest może gdzieś jakieś info dokładne na temat projektowania pcb przy wyższych częstotliwościach? Z tym też nie miałem styczności do tej pory ;/ Póki co znalazłem taki artykuł:

http://elektronikab2b.pl/technika/14495-jak-p...h-z-ukladami-analogowo-cyfrowymi#.UxEBQvl5NyY

Quote:

I tak zapewne do 25A nie dojadę nigdy Zmierzyłem drut suwmiarką, ma 1,8mm jednak.

Napisałeś że się chcesz czegoś nauczyć, więc nie chodzi tu o 25A w dławiku, ale o to żeby zrozumieć jakie są ograniczenia i co się dzieje.

Quote:

co do prowadzenia ścieżek mocy to jakie są zasady?

Jak najkrótsze połączenia i trzeba pamiętać że na ścieżkach są spadki napięcia, więc należy projektować tak żeby nie przeszkadzały w poprawnym działaniu układu, te krytyczne skracać maksymalnie te mniej ważne można wydłużyć.
Przykładowo: patrz aby spadek napięcia na masie nie wchodził do feedbacku, albo długie ścieżki do kondensatora nie pogarszały jakości filtracji.

Quote:

Jest może gdzieś jakieś info dokładne na temat projektowania pcb przy wyższych częstotliwościach?

Noty aplikacyjne kontrolerów do przetwornic zawierają bardzo wiele użytecznych wskazówek, oraz zalecanych layout'ów, na elektrodzie jest wiele tematów o nie działających / źle działających przetwornicach z powodu złego prowadzenia ścieżek, wraz z późniejszym procesem poprawiania.

Na razie skrobnąłem takie coś:



Czy kontrola napięcia i prądu ma szanse działać? Wyszedł z tego taki impulsowy zasilacz laboratoryjny

W końcu mam chwilę żeby się przyjrzeć.
Generator piły:
Nie obcina ci wierzchołków? bo z oscylogramów nie bardzo widać, minimalne rekomendowane napięcie zasilania dla NE5532 jest dwukrotnie wyższe niż u ciebie, a katalogowy zakres napięć wejściowych i wyjściowych jest 2-3V od szyn zasilania, przy 5V zostaje bardzo mało.

Dlaczego w generatorze piły nie użyłeś komparatora w roli komparatora? NE5532 ma na wejściu diody zabezpieczające i prąd płynący pomiędzy wejściami (-) i (+) będzie wpływał na napięcie w punkcie mid.

"Generator PWM":
Tranzystor T1 robi to samo co tranzystor wewnętrzny komparatora, można się go pozbyć, R8 nie potrzebny, C2 bez sensu jeśli ograniczamy szybkość przełączania rezystorem R7 to nie ma sensu jej zwiększać C2.

"Przetwornica": Po co dajesz L2, uniemożliwi szybkie zadziałanie D2.

"Wzmacniacz błędu": Dodatnie sprzężenie zwrotne to na pewno nie jest to co chciałeś zrobić. Wzmacniacz który nie jest rail-to-rail i ma zasilanie niesymetryczne nie może "porównywać" niczego z blisko masy (IC4A) ani tym bardziej poniżej masy (IC4B)

IC4B ma za małe wzmocnienie żeby mógł skutecznie stabilizować prąd.

Hmm.. ja znalazłem że dla ne5532 minimalne to właśnie +/-5V. W sumie mogę zrobić 9V bo zasilać chcę z V>=12V, a wypadałoby mieć zawsze to samo napięcie przy różnych wejściach więc padło na stabilizator, a zje on około 2V. Poza tym napięcie chciałbym odwrócić na icl7660 a u niego max to 10V.

W generatorze nie użyłem komparatora bo chciałem całość zmieścić na jednym scalaku a ne5532 ma w sobie 2 opampy. Jednak postaram się zrobić to z komparatorem.

Co do tranzystora T1 to wiem, włożyłem go tylko po to aby móc sterować wyższym napięciem niż to zasilające komparator. Ale chyba zasilę komparator prosto z Vcc. Swoja droga - dodawać mu tutaj też zasilanie ujemne?

Z L2 to tak sobie poleciałem nieco z inwencją gdzieś mi się "obiło o oczy" że dławik w tym miejscu ograniczy udar prądowy przy ładowaniu kondensatora, a ów prąd potrafi wywalić diode schottky.

Fakt, niechcący wyszło mi dodatnie sprzężenie. Na początku wygodniej mi było odwrócić "do góry nogami" oznaczenia opampa, potem jednak powróciłem do normalnej konfiguracji zapominając o zamianie + z -

Co do wzmocnienia - rozumiem żeby zmniejszyć R14 i R15 na dajmy 10k?

EDIT:
Zrobiłem teraz wersję z komparatorem. Oto wynik:

Quote:

Hmm.. ja znalazłem że dla ne5532 minimalne to właśnie +/-5V.

Czyli w sumie 10V a na schemacie zasiliłeś z 5V niesymetrycznego. Wzmacniacz będzie działał przy niższym, ale jakie są jego ograniczenia musisz sprawdzić, żeby wiedzieć że nie pracujesz na granicy, np. że amplituda piły nie jest ograniczona przez zakres napiec wyjściowych wzmacniacza.

Quote:

W sumie mogę zrobić 9V bo zasilać chcę z V>=12V, a wypadałoby mieć zawsze to samo napięcie przy różnych wejściach więc padło na stabilizator, a zje on około 2V. Poza tym napięcie chciałbym odwrócić na icl7660 a u niego max to 10V.

Wcześniej chciałeś użyć icl7660, teraz rysujesz schemat bez napięć ujemnych, jedno i drugie rozwiązanie można zrobić poprawnie, ale ja nie analizuję twoich chęci tylko schemat, napisałem ci dlaczego np. wzmacniacz błędu w takiej konfiguracji z takim zasilaniem działać nie może.

Quote:

W generatorze nie użyłem komparatora bo chciałem całość zmieścić na jednym scalaku a ne5532 ma w sobie 2 opampy. Jednak postaram się zrobić to z komparatorem.

Chciałeś robić "na piechotę" to rób porządnie.

Quote:

Co do tranzystora T1 to wiem, włożyłem go tylko po to aby móc sterować wyższym napięciem niż to zasilające komparator. Ale chyba zasilę komparator prosto z Vcc. Swoja droga - dodawać mu tutaj też zasilanie ujemne?

Nie był to błąd, ale zauważyłem że nie zajrzałeś do dokumentacji komparatora, bo gdybyś to zrobił wiedział byś że w środku już taki tranzystor jest i jego Uce nie jest ograniczone przez Vcc komparatora. A jakie widzisz powody żeby doprowadzić lub nie doprowadzać napięcia ujemnego?

Quote:

Z L2 to tak sobie poleciałem nieco z inwencją Razz gdzieś mi się "obiło o oczy" że dławik w tym miejscu ograniczy udar prądowy przy ładowaniu kondensatora, a ów prąd potrafi wywalić diodę schottky.

A skąd miał by się wznieść udar prądowy, prąd dławika głównego nie zmieni się skokowo, zastanów się jak zadział twoja modyfikacja, L2 ograniczy szybkość narastania kosztem spadku napięcia na niej, czyli wywoła przepięcie również na tranzystorze, po spaleniu tranzystora dioda Schottky'ego będzie zupełnie bezpieczna

Quote:

Co do wzmocnienia - rozumiem żeby zmniejszyć R14 i R15 na dajmy 10k?

To poprawi 10x, ale charakterystyka nadal nie będzie tak stroma żeby można to było nazwać stabilizacją prądu.

Wcześniej zrobiłem schemat z pojedynczym, teraz postanowiłem żeby zrobić to z icl7660. Zrobiłem teraz już generator z komparatorem, ale ograniczony jestem w takim przypadku do trzymania się napięć tylko dodatnich - bo komparator może mieć albo napięcie takie do jakiego podciągnięte jest jego wyjście rezystorem, albo ściąga do GND przez tranzystor, bo emiter tranzystora do napięcia ujemnego nie podepnę chyba, bo nie wyrobi ono prądowo?

To ze schematu wywalam tranzystory, zostaje tylko BD139 i BD140. Co do napięcia ujemnego - pewnie zawsze lepiej mu dać niż nie dać - z dokumentacji wynika że należałoby mu dać napięcie symetryczne, ale pilnować parametrów takich jak Vcc- , Vid , napięcia Vcc- do kolektora i do emitera (wynoszą one odpowiednio 50 i 30V - więc dla +/-9V wszystko jest ok).

Z tym dławikiem to był głupi i nieprzemyślany pomysł, już mi go wybiłeś z głowy

Co do wzmocnienia to jakie jest kryterium doboru takiego? Nie mam zielonego pojęcia jak to wyznaczyć, czy to bedzie x100 x1k x10k x100k. Jedyne co teraz nieco mąci mi w głowie to fakt, że w takim przypadku sterowanie będzie nieco kłopoliwe, będę musiał nastawiać ten parametr bardzo niskim napięciem. Jak to sensownie zrobić?

Quote:

Wcześniej zrobiłem schemat z pojedynczym, teraz postanowiłem żeby zrobić to z icl7660.

Tylko ze przy takiej zmianie cały schemat trzeba przeanalizować od nowa czy poziomy napiec się zgadzają, czy wszystkie bloczki będą ze sobą współpracować, jeśli zasilanie będzie pojedyncze to trzeba rozważyć gdzie potrzeba wspólnej masy.

Quote:

ograniczony jestem w takim przypadku do trzymania się napięć tylko dodatnich - bo komparator może mieć albo napięcie takie do jakiego podciągnięte jest jego wyjście rezystorem, albo ściąga do GND przez tranzystor, bo emiter tranzystora do napięcia ujemnego nie podepnę chyba, bo nie wyrobi ono prądowo?

Przypuszczenia są nic nie warte, ja zaglądam do datasheet i mogę to natychmiast zweryfikować - to nie prawda, w datasheet Texas'a masz nawet charakterystykę przejściową w takim układzie pracy.

Quote:

Co do napięcia ujemnego - pewnie zawsze lepiej mu dać niż nie dać - z dokumentacji wynika że należałoby mu dać napięcie symetryczne, ale pilnować parametrów takich jak Vcc- , Vid , napięcia Vcc- do kolektora i do emitera (wynoszą one odpowiednio 50 i 30V - więc dla +/-9V wszystko jest ok).

E tam, trzymaj się faktów, czy napięcia wejściowe schodzą poniżej GND? Jeśli nie ma potrzeby to lepiej nie dawać bo iCL7660 ma niewielką wydajność prądową i tylko napięcie od tego spadnie a zysku żadnego. Jakby generator piły dawał napięcie symetryczne względem masy, to była by potrzeba zasilać komparator symetrycznie.

Quote:

Z tym dławikiem to był głupi i nieprzemyślany pomysł, już mi go wybiłeś z głowy

Próbuję cię przekonać żeby nie robić "na czuja", nie wymyślasz nic nowego i wszystkie twoje wątpliwości to problemy które ktoś już wcześniej rozwiązał, można też dojść do nich samodzielnie.

Quote:

Co do wzmocnienia to jakie jest kryterium doboru takiego? Nie mam zielonego pojęcia jak to wyznaczyć, czy to bedzie x100 x1k x10k x100k.

Trzeba przeanalizować jak zadziała układ z diodą, dioda ma charakterystykę wykładniczą, przy dziesięciokrotnej zmianie prądu na diodzie takiej jak 1N4148 napięcie zmienia się ok 100mV.

Załóżmy wzmocnienie wzmacniacza różnicowego x1, jeśli nastawimy napięcie na 30,0V, a ograniczenie prądowe na 3A na zwarciu, to przy 2A napięcie będzie 27V a przy 1A 29,7V, zmieniając nastawę ograniczenia prądowego możesz tą charakterystykę tylko przesunąć, wzmocnieniem możesz ją skalować, widać stąd że przy nastawach poniżej 2A ograniczenie prądowe uniemożliwia pracę stabilizatora napięcia.
Wiec warto zwiększyć wzmocnienie, ale wzmacniacz różnicowy ma jeszcze jedno ograniczenie - zakres napiec wejściowych, jeśli na wyjściu zasilacza będzie -30V a wzmocnienie będzie x1 to na wejściach wzmacniacza będzie -15V zdecydowanie za dużo dla wzmacniacza zasilanego z ±5V, można zmniejszyć wzmocnienie wzmacniacza różnicowego dziesięciokrotnie, albo zastosować inne rozwiązanie pomiaru prądu.

Hmm czyli icl7660 tylko do zasilania opampa.

Co do sterowania prądem to faktycznie, raczej odpuszczę sobie rozwiązanie z diodą. Wpadłem na pomysł, że można by dodać 1 komparator i generować sygnały pwm dla prądu i napięcia osobno i dać je na bramkę and. Oba sygnały PWM byłyby tworzone z tej samej piły, więc "wygrać" powinien ten z mniejszym wypełnieniem. Czy są jakieś lepsze sposoby na ten problem? Szukam i szukam i nie mogę niczego konkretnego znaleźć.

Quote:

Co do sterowania prądem to faktycznie, raczej odpuszczę sobie rozwiązanie z diodą.

To nie problem diody, tylko za małego wzmocnienia, o ile pętla regulacji napiecia ma swój wzmacniacz błędu o bardzo dużym wzmocnieniu, pętla stabilizacji prądu nie miała żadnego wzmacniacza. (jest wzmacniacz co nie wzmacnia).

Quote:

Wpadłem na pomysł, że można by dodać 1 komparator i generować sygnały pwm dla prądu i napięcia osobno i dać je na bramkę and. Oba sygnały PWM byłyby tworzone z tej samej piły, więc "wygrać" powinien ten z mniejszym wypełnieniem. Czy są jakieś lepsze sposoby na ten problem?

Problem jest inny i leży nie rozwiązany, a ty komplikujesz PWM?
Trzeba zrobić coś żeby napięcie z rezystora pomiaru prądu przenieść w zakres napięć dostępnych dla wzmacniaczy operacyjnych (o jednym rozwiązaniu już wspomniałem)

Quote:

Trzeba przeanalizować jak zadziała układ z diodą, dioda ma charakterystykę wykładniczą, przy dziesięciokrotnej zmianie prądu na diodzie takiej jak 1N4148 napięcie zmienia się ok 100mV.

Załóżmy wzmocnienie wzmacniacza różnicowego x1, jeśli nastawimy napięcie na 30,0V, a ograniczenie prądowe na 3A na zwarciu, to przy 2A napięcie będzie 27V a przy 1A 29,7V, zmieniając nastawę ograniczenia prądowego możesz tą charakterystykę tylko przesunąć, wzmocnieniem możesz ją skalować, widać stąd że przy nastawach poniżej 2A ograniczenie prądowe uniemożliwia pracę stabilizatora napięcia.
Wiec warto zwiększyć wzmocnienie, ale wzmacniacz różnicowy ma jeszcze jedno ograniczenie - zakres napiec wejściowych, jeśli na wyjściu zasilacza będzie -30V a wzmocnienie będzie x1 to na wejściach wzmacniacza będzie -15V zdecydowanie za dużo dla wzmacniacza zasilanego z ±5V, można zmniejszyć wzmocnienie wzmacniacza różnicowego dziesięciokrotnie, albo zastosować inne rozwiązanie pomiaru prądu.

jeszcze z ostatnim fragmentem z napięciami to rozumiem, ale pierwszą część kończącą się wnioskiem że nastawa poniżej 2A uniemożliwia pracę to nadal nie mogę zrozumieć o co chodzi.

Może dać rezystor próbkujący przy gnd? Wtedy będzie ok? Wtedy będzie zawsze 0V z jednej strony tegoż rezystora i zawsze jakieś ujemne napięcie z drugiej rzędu 1V dla 10A prądu. I oba końce rezystora wejdą na wzmacniacz operacyjny ze wzmocnieniem x5, przez co na wyjściu będzie 5V dla 10A prądu i to dopiero idzie na wzmacniacz operacyjny ten na który zadaję ograniczenie prądowe. Wtedy zmieni się pomiar napięcia, i będzie odnosić się już nie do GND ale do napięcia odkładającego się na rezystorze bocznikującym. Wzmocnienie w tym wzmacniaczu nadal pozostanie x10, więc -30V będzie na wejściu wzmacniacza dawało ~ -3V (tam powinno wyjśc nieco mniej bo 1/11 jest dzielnik).

To ma już szanse zadziałać? Zaraz machnę schemacik..



A i oczywiscie IC5 odwrotnie + i - :/