Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Wykresy Bodego dla aktywnego obciążenia

Drako1988 20 Feb 2016 12:41 1356 3
  • #1
    Drako1988
    Level 20  
    Witam

    Ostatnio projektując aktywne obciążenie, natknąłem się na problem wyznaczenia stabilności układu za pomocą wykresów Bodego. Układ jaki projektuję to:
    Wykresy Bodego dla aktywnego obciążenia
    Problem polega na tym, że sygnał wyjściowy, czyli na rezystorze pomiarowym R4 zawsze będzie mniejszy od sygnału wejściowego, który zmieniać można w zakresie 0-2V co odpowiada Prądowi 0 - 18,6A. Dla takiego przypadku na wykresach wzmocnienie zawsze mam poniżej 1 czyli wynikało by z tego, że układ jest zawsze niestabilny (jeżeli dobrze rozumiem teorię sprzężenia zwrotnego) co nie jest prawdą. Chyba, że układ może być również stabilny jeżeli faza w zakresie częstotliwości pracy układu jest prawidłowa pomimo tego, że wzmocnienie jest poniżej 1. Naczytałem się już tyle ot tej stabilności, że się pogubiłem troszkę. Wszelkie sugestie będą pomocne bo utkwiłem troszkę w martwym punkcie. W załączniku dodaję symulowany układ dla Multisima v13.
  • Helpful post
    #2
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Problem polega na tym, że sygnał wyjściowy, czyli na rezystorze pomiarowym R4 zawsze będzie mniejszy od sygnału wejściowego, który zmieniać można w zakresie 0-2V co odpowiada Prądowi 0 - 18,6A.

    Zdaje mi sie że próbujesz pominąć jeden stopień wzmocnienia, U3 też jest w pętli i nie możeswz go pominać, szczególnie że właśnie przesunięcie fazy wprowadzane przez ten stopień cześto bywa przyczyną wzbudzenia.

    Quote:
    Dla takiego przypadku na wykresach wzmocnienie zawsze mam poniżej 1 czyli wynikało by z tego, że układ jest zawsze niestabilny (jeżeli dobrze rozumiem teorię sprzężenia zwrotnego) co nie jest prawdą.
    Jeśli było by zawsze <1 to był by zawsze stabilny ale parametry stabilizacji miał by fatalne.
    Quote:

    Chyba, że układ może być również stabilny jeżeli faza w zakresie częstotliwości pracy układu jest prawidłowa pomimo tego, że wzmocnienie jest poniżej 1.
    W teorii układ będzie stabilny jesli faza przy wzmocnieniu 1 jest rózna od 180°, w praktyce trzeba mieć jakiś margines fazy i wzmocnienia żeby nie pracować na granicy niestabilności.

    Zauważ że układwtórnika z Q2 i Q5 jest mocno nieliniowy przy przejściu strefy martwej pomiędzy przewodzeniem jednego i drugiego tranzystora, analiza małosygnałowa moze mieć z tym problem.
    Quote:

    Naczytałem się już tyle ot tej stabilności, że się pogubiłem troszkę. Wszelkie sugestie będą pomocne bo utkwiłem troszkę w martwym punkcie.
    Zauważ że stabilność układu z zamkniętą prtlą bada sie na podstawie wykresów Bodego układu o otwartej pętli, żeby "rozewrzeć" pętle dla AC możesz użyć filtru dolnoprzepustowego o bardzo niskiej częstotliwości granicznej, albo włączyć źródło szeregowo - szukaj w google "loop gain measuremt simulation".
  • #3
    Drako1988
    Level 20  
    Witam

    Obecnie z układu usunąłem wszelkie dodatkowe elementy RC, i pozostał pierwotny układ beż dodatkowych kompensacji. Dodałem filtr LC w pętli sprzężenia, i podłączyłem sygnał AC na wejście odwracające. W tej chwili mam charakterystyki, które wyglądają dobrze (w sensie przypominają charakterystyki fazowo-amplitudowe).
    Wykresy Bodego dla aktywnego obciążenia
    Poniżej wynik symulacji:
    Wykresy Bodego dla aktywnego obciążenia

    Charakterystyka amplitudowa ma zakres pasma do około 60kHz, zapas fazy dla tego punktu to nieco ponad 100° więc układ powinien być bezwzględnie stabilny. Analizując te wykresy dalej, zauważamy, że dla częstotliwości bliskich DC, przesunięcie fazy wynosi 180°. Jeśli dobrze rozumuję, to oznacza to, że w układzie występować będą dzwonienie i przerzuty.

    Niestety dla symulacji transient, układ ten się wzbudza (w rzeczywistości dla zbudowanego układu jest tak samo). Nie wiem, co powinienem dalej robić, w która stronę iść aby dobrze zrozumieć to zagadnienie. Kompensacje, które były pokazane we wcześniejszym poście, sprawiają, że układ pracuje stabilniej jednak dla małych wartości napięć wejściowych (np.: 0.01V) przerzuty wynoszą 350% co jest niedopuszczalne. Wraz ze wzrostem napięcia wejściowego, przerzuty te maleją do około 30%. W fizycznym układzie po zastosowaniu tych poprawek, układ potrafi się wzbudzić dla niskich napięć podłączonych do tranzystora Q1 i płynących przez niego prądów rzędu 1A. Tranzystor Q1 to w fizycznym układzie IRFP4332, który nie ma problemu z takimi prądami.

    Odpowiedź dla Vin=0,01V
    Wykresy Bodego dla aktywnego obciążenia

    Odpowiedź dla Vin=2V
    Wykresy Bodego dla aktywnego obciążenia

    Schemat z kompensacją:
    Wykresy Bodego dla aktywnego obciążenia

    Quote:
    Quote:
    Dla takiego przypadku na wykresach wzmocnienie zawsze mam poniżej 1 czyli wynikało by z tego, że układ jest zawsze niestabilny (jeżeli dobrze rozumiem teorię sprzężenia zwrotnego) co nie jest prawdą.

    Jeśli było by zawsze <1 to był by zawsze stabilny ale parametry stabilizacji miał by fatalne.

    Co mam rozumieć przez "parametry stabilizacji miał by fatalne"?

    Co do podłączenia "bode plottera" na wyjściu (rezystor R4), lub do wyjścia wzmacniacza U3. W przypadku podłączenia do R4, charakterystyka amplitudowa obniża się o 18dB dla całego zakresu, jest to więc gorszy przypadek i obecnie na tym wyniku bazuję.
  • Helpful post
    #4
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Charakterystyka amplitudowa ma zakres pasma do około 60kHz, zapas fazy dla tego punktu to nieco ponad 100° więc układ powinien być bezwzględnie stabilny.
    Tak, ale jak na taki skomplikowany układ który ma conajmniej cztery bieguny ta charakterystyka jest podejrzanie za prosta, sprawdź charatkerystyki bodego poszczególnych wzmacnaczy i stopnia wyjściowego oddzielnie, czy nie ma czegoś niezgodnego z oczekiwaniami (z parametrami katalogowymi). skąd to podbicie fazy powyżej 1kHz, który element za nie odpowiada jeśli brak kompensacji?

    Quote:
    Analizując te wykresy dalej, zauważamy, że dla częstotliwości bliskich DC, przesunięcie fazy wynosi 180°. Jeśli dobrze rozumuję, to oznacza to, że w układzie występować będą dzwonienie i przerzuty.
    180° dla DC oznacza że mamy ujemne sprzężenie zwrotne.
    Quote:

    Niestety dla symulacji transient, układ ten się wzbudza (w rzeczywistości dla zbudowanego układu jest tak samo).
    Rozdzielczość czasowa tej symulacji jest za mała żeby to analizować ale chyba mamy gasnące oscylacje


    Quote:
    Kompensacje, które były pokazane we wcześniejszym poście, sprawiają, że układ pracuje stabilniej jednak dla małych wartości napięć wejściowych (np.: 0.01V) przerzuty wynoszą 350% co jest niedopuszczalne. Wraz ze wzrostem napięcia wejściowego, przerzuty te maleją do około 30%.
    Skoro widać że ukłąd reaguje nieliniowo, zacznij od pozbycia sie nieliniowości, ten wtórnik komplemnetarny nadaje się do układów impulsowych, a nie do ciągłych układów regulacji, tak na szybko to mozesz go zastąpić źródłeł napieciowym sterowanym napięciem z rezystorem na wyjściu.
    EDIT: na szybko sprawdziłem w LTSpice jakie bzdury wypluje symulator z symulacji AC wtórnika komplementarnego w klasie C, w sumie jest to całkiem sensowna analiza małosygnałowa dla układu w który dla małych sygnałow nie działa wcale, mamy tylko -100dB dla 1Hz i różniczkowanie na pojemnościach Cbe którego brak w rzeczywistym układzie, gdy dla dużych sygnałow tranzystor przewodzi.

    Jak miały działać te kompensacje? pytam bo obwód C2 i R7 ma niewiele sensu na charakterystykach Bodego nie zauważysz jego działania (no chyba że po dużym powiększeniu)
    Quote:

    W fizyczym układzie po zastosowaniu tych poprawek, układ potrafi się wzbudzić dla niskich napięć podłączonych do tranzystora Q1 i płynących przez niego prądów rzędu 1A. Tranzystor Q1 to w fizycznym układzie IRFP4332, który nie ma problemu z takimi prądami.
    W fizycznym układzie napotkasz wszystkie problemy które były w symulacji plus kilka dodatkowych, najpierw zrób działającą symulację tak żeby było widać jak to trzeba skompensować.