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.

Zasilacz impulsowy ze stabilizacją rezystancji

Jatsekku2 19 Sep 2016 01:53 1095 19
Tespol
  • #1
    Jatsekku2
    Level 12  
    Witam!
    Staram się zaprojektować układ, który stabilizowałby parametry wyjściowe w trybie stałej mocy (ew. stałego prądu) oraz stałej rezystancji. W jednym przypadku steruje grzałką o niewielkim współczynniku temperaturowym. Chciałbym wtedy utrzymywać stałą wydzielaną na tej grzałce moc. Ten sam układ miałby w drugim trybie pracy sterować inna grzałką o znacznym współczynniku temperaturowym gdzie chciałbym utrzymywać stałą temperaturę, poprzez utrzymywanie stałej rezystancji grzałki (w grę nie wchodzą dodatkowe czujniki temperatury).
    Wymyśliłem sobie to tak, że wykorzystam TL494 i na jego nóżkę feedback dołączę multiplekser analogowy. Do pierwszego kanału multipleksera podłączę sygnał z układu ASC712 mierzącego wartość prądu (stabilizacja prądowa),
    do drugiego wejścia multipleksera podłączę sygnał z układu AD633 (mnożnik analogowy).
    Natomiast do wejść układu AD633 podłączę sygnały z ASC712(czujnik halla pracujący jako przetwornik prąd - napięcie) oraz informacje o napięciu z dzielnika napięciowego. W takiej konfiguracji miałbym już pętlę sprzężenia zwrotnego, jednak samą regulację musiałbym zadawać z mikrokontrolera albo przez DAC albo przez PWM + układ całkujący.
    Stąd moje pytanie czy zna ktoś może układ pokroju TL494 umożliwiający zadanie wartości "docelowej" poprzez SPI albo I2C ?
    A może ma ktoś pomysł jak to lepiej zrealizować?
    Z góry odrzuciłem możliwość wykorzystania dwóch przetworników ADC i realizację wszystkiego z poziomu mikrokontrolera ze względu na wysokie ceny szybkich i dokładnych przetworników ADC oraz ze względu na znaczące opóźnienia takiej aplikacji.

    Z góry dziękuję bardzo za wszelkie sugestie i wskazówki :)
    Kamery 3D Time of Flight - zastosowania w przemyśle. Darmowe szkolenie 16.12.2021r. g. 10.00 Zarejestruj się
  • Tespol
  • #2
    JacekCz
    Level 38  
    Grzałka (nie piszesz jaka) to dość bezwładny element i nakierowanie się na wartości średnie zmniejsza wymogi szybkościowe. To tak w związku z prośbą o sugestię.
  • Tespol
  • #3
    atom1477
    Level 43  
    ASC712 też nie jest na tyle szybki i dokładny żeby być lepszym rozwiązaniem niż pomiar za pomocą ADC i uC.
    Przy grzałce o małym współczynniku temperaturowym w ogóle nie szedł bym w stabilizację mocy tylko w stabilizację prądu albo napięcia (przy stałej rezystancji da to stałą moc).
  • #4
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Z góry odrzuciłem możliwość wykorzystania dwóch przetworników ADC i realizację wszystkiego z poziomu mikrokontrolera ze względu na wysokie ceny szybkich i dokładnych przetworników ADC oraz ze względu na znaczące opóźnienia takiej aplikacji.
    Grzałki (zazwyczaj) nie są szybkie, poza tym gdyby regulator miał by działać naprawdę szybko nie stosował byś PWM-a, w tym przypadku cyfrowy regulator może mieć sens.

    ASC712 jest wygodny w użyciu ale ma spore szumy, co wymaga filtracji.
  • #6
    Rzuuf
    Level 43  
    Najczęściej spotykane grzałki mają element grzejny z Kanthalu lub Baildonalu, których współczynnik temperaturowy jest dość niski: 11.4...17.2 x 10⁻⁶/°K, czyli przy zmianie temperatury o 1000 stopni oporność się zmieni o 1,1 ... 1,7%.
    Pomysł z wykorzystaniem grzałki jako czujnikiem temperatury jest niedobry ...
    Lepiej jest kontrolować parametry zasilania: napięcie, prąd lub moc, lub użyć osobnego czujnika temperatury.
  • #8
    atom1477
    Level 43  
    Rzuuf wrote:
    Pomysł z wykorzystaniem grzałki jako czujnikiem temperatury jest niedobry ...

    Wcale nie jest niedobry, bo jak sam napisałeś:
    Rzuuf wrote:
    Najczęściej spotykane grzałki mają element grzejny z Kanthalu lub Baildonalu, których współczynnik temperaturowy jest dość niski: 11.4...17.2 x 10⁻⁶/°K,

    Najczęściej ale nie zawsze.
    [quote+"Jatsekku2"]Ten sam układ miałby w drugim trybie pracy sterować inna grzałką o znacznym współczynniku temperaturowym gdzie chciałbym utrzymywać stałą temperaturę, poprzez utrzymywanie stałej rezystancji grzałki (w grę nie wchodzą dodatkowe czujniki temperatury).[/quote]
    Czyli Jatsekku2 wie co robi, i grzałkę jako czujnik chce użyć tylko wtedy gdy będzie to grzałka o dużym współczynniku cieplnym.
  • #9
    Rzuuf
    Level 43  
    atom1477 wrote:
    ...grzałkę jako czujnik chce użyć tylko wtedy gdy będzie to grzałka o dużym współczynniku cieplnym
    Praktycznie nie ma grzałek o DUŻYM współczynniku cieplnym! Materiały oporowe, jakie mogą być użyte do tych celów (rheotan, izabelin, konstantan, chromonikielina ...) są droższe niż Kanthal i mają jeszcze mniejsze współczynniki cieplne, zatem jeśli dokładność pomiaru oporności będzie 0,1% to dla Kanthalu błąd temperatury jest ok. 100°C!
    Duży współczynnik temperaturowy ma żelazo i miedź, ale drutów żelaznych ani miedzianych nie stosuje się do celów grzejnych z powodu niskiej dopuszczalnej temperatury i trwałości (utlenianie).
  • #11
    Rzuuf
    Level 43  
    atom1477 wrote:
    ... do grzałki idą tylko 2 przewody ...
    I jaki tam jest materiał grzałki? Wiesz coś pewnego na ten temat?
  • #12
    _jta_
    Electronics specialist
    Duży współczynnik temperaturowy ma włókno żarówki. Tylko raczej powinno być zamknięte w bańce, bo w powietrzu na gorąco błyskawicznie się utlenia. Jeśli autorowi pasuje ogrzewanie czegoś żarówką (z całą bańką), to oczywiście taki zasilacz by mu pasował. I pewnie trzeba by mierzyć opór żarówki jakimś układem mostkowym.
  • #13
    JacekCz
    Level 38  
    Rzuuf wrote:
    atom1477 wrote:
    ... do grzałki idą tylko 2 przewody ...
    I jaki tam jest materiał grzałki? Wiesz coś pewnego na ten temat?


    W akwarystyce są jakoweś grzałki "same się regulujące" ale nie zdobyłem szczegółów w sklepie ani nie miałem okazji demontować. Jest to o tyle ciekawe, że jak wiemy rybki "na surowo" nie lubią temperatury 280-300 st C jak cyna lutownicza.
    Moze tam jest jakiś półprzewodnik w szereg z drutem???
  • #14
    Rzuuf
    Level 43  
    JacekCz wrote:
    półprzewodnik w szereg z drutem???
    Np. "PTC" - to jest możliwe.
    Również sam element grzejny wykonany z materiału PTC jest "samoregulujacą się " grzałką, ale na temperaturę "samostabilizacji" nie mamy wpływu ...
  • #15
    _jta_
    Electronics specialist
    W akwarystyce są jakoweś grzałki "same się regulujące"

    Być może są wykonane z zawiesiny pyłu przewodzącego w izolatorze, który ma większy współczynnik rozszerzalności cieplnej od tego pyłu - na zimno poszczególne ziarnka pyłu stykają się i przewodzą prąd, a ogrzanie powoduje ich rozdzielenie. To całkiem dobrze działa i daje się wyprodukować tak, by rozdzielanie następowało w określonej temperaturze. Robi się w ten sposób również przewody, które się grzeją, jak jest zimno, żeby chronić przed zamarzaniem - np. owija się takim przewodem rurę wodociągową i gdy temperatura maleje i zbliża się do 0°C przewód zaczyna grzać.
  • #16
    Jatsekku2
    Level 12  
    Panowie, jeśli chodzi o kontrolę temperatury grzałki, bez zewnętrznych czujników - to idealnym przykładem są e-papierosy, tzw. boxy, gdzie stosuje się druty niklowe oraz tytanowe i poprzez monitorowanie ich rezystancji można utrzymywać zadaną temperaturę. Ogółem układy tego typu są układami inercyjnymi I rzędu, tylko nie za bardzo wiem jakie występują tam stałe czasowe. Oczywistym jest, że żeby kontrolować to w sensowny sposób muszę zapewnić dużą dokładność pomiaru. Jednak sama dokładność to jedno, tylko właśnie zastanawiam się jak z szybkością.
    Myślałem, że sterowanie analogowe będzie szybsze i zapewni dużą szybkość. Tylko czy gra jest warta świeczki? Może faktycznie wystarczającym będzie zastosowanie 16 bitowych przetworników ADC i sterowanie wszystkiego z procesora? W przypadku zasilaczy laboratoryjnych zawsze takie podejście jest odradzane...
    Problemem jest to, że gdybym chciał wykorzystać jakikolwiek kontroler PWM to muszę wprowadzić mu iloraz prądu i napięcia jako feedback, a nie tylko prąd lub napięcie. To zaś implikuje wykorzystanie analogowego układu dzielącego, a w tej dziedzinie moje doświadczenie jest mniejsze niż zero ;p
    A może ma ktoś jakiś pomysł jak wyliczyć stałą czasową układu z grzałką?
    Załóżmy, że grzałka w skrajnych warunkach będzie wydzielać 250W przy temperaturze np. 300 stopni, dla uproszczenia ośrodkiem w którym będzie działać będzie powietrze (docelowo będzie to środek o znacznie większej bezwładności cieplnej, ale lepiej "dmuchać na zimne" :) i nieco zaostrzyć warunki pracy)

    ASC712 mogę porzucić skoro jest aż tak nieoptymalnym rozwiązaniem.

    Któryś z kolegów wyżej wspomniał coś o regulacji cyfrowej - no okey, ale jakbym miał sterować elementem grzewczym średniej mocy w miarę bezstratnie bez wykorzystania PWM?
  • #17
    Strumien swiadomosci swia
    Level 43  
    Jatsekku2 wrote:
    a w tej dziedzinie moje doświadczenie jest mniejsze niż zero ;p
    Jatsekku2 wrote:
    A może ma ktoś jakiś pomysł jak wyliczyć stałą czasową układu z grzałką?


    Stała czasowa nie zależy wprost od grzałki a od odbiornika ciepła wraz z grzałką.
    Jatsekku2 wrote:
    Załóżmy, że grzałka w skrajnych warunkach będzie wydzielać 250W przy temperaturze np. 300 stopni, dla uproszczenia ośrodkiem w którym będzie działać będzie powietrze (docelowo będzie to środek o znacznie większej bezwładności cieplnej, ale lepiej "dmuchać na zimne" i nieco zaostrzyć warunki pracy)


    Kolego oblicz sobie stałą czasową obiektu o znane i szanowane metody i będziesz wiedział na czym stoisz.

    Dodano po 2 [minuty]:

    Po trzecie możesz zasilić układ stabilizowanym napięciem i do wyznaczenia mocy wystarczy ci pomiar prądu, lub stabilizowanym prądem i mierzysz napięcie.
  • #18
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Jednak sama dokładność to jedno, tylko właśnie zastanawiam się jak z szybkością.
    Myślałem, że sterowanie analogowe będzie szybsze i zapewni dużą szybkość. Tylko czy gra jest warta świeczki?
    Przykładem na to że da sie zrobić szybki układ stabilizacji temperatury może być anemometr z gorącym drutem układ stabilizuje rezystancję poprzez utrzymywanie równowagi mostka, ponieważ taka stabilizacja niweluje wpływ cieplnej stałej czasowej, taki miernik reaguje na zmiany przepływu w ciągu kilku mikrosekund.

    Quote:
    Może faktycznie wystarczającym będzie zastosowanie 16 bitowych przetworników ADC i sterowanie wszystkiego z procesora? W przypadku zasilaczy laboratoryjnych zawsze takie podejście jest odradzane...
    Zasilacz laboratoryjny powinien mieć najlepsze mozliwe parametry bo nie wiadomo jak wymagające obciązenia będziemy do niego podłączać, liniowy ma czas odpowiedzi liczony w µs, oraz bardzo niewielkie tętnienia i szumy na wyjściu (sporo ponizej 1mV), zasilacz impulsowy ne reguluje szybko bo pracuje impulsowo kilka-kilkanaście cykli musi upłynąć zanim wyreguluje napięcie co trwa setki us aż do kilku ms, tętnienia i zakłóecien na wyjściu też ma spore kilkadziesiąt - kilkaset mV, o ile cyfrowa regulacja w zasilaczu liniowym wymagała by szybkich i dokładnych ADC/DAC to w impulsowym wymagania już są mniejsze, co chcesz osiągnąć w twoim układzie z grzałką nie wiemy.
  • #19
    Rzuuf
    Level 43  
    Jatsekku2 wrote:
    ... idealnym przykładem są e-papierosy, tzw. boxy, gdzie stosuje się druty niklowe oraz tytanowe i poprzez monitorowanie ich rezystancji można utrzymywać zadaną temperaturę.

    Zarówno nikiel, jak i tytan mają współczynniki temperaturowe oporności kilkadziesiat razy wieksze, niż Kanthal, zatem idea pomiaru temperatury poprzez pomiar oporności grzałki może mieć tu sens, niemniej, poza e-papierosami nie spotkałem grzałek niklowych lub tytanowych ...
  • #20
    _jta_
    Electronics specialist
    Większość metali ma oporność właściwą z grubsza proporcjonalną to temperatury w °K (jakkolwiek dla wielu przy jakiejś temperaturze występuje szybki, albo nawet skokowy wzrost oporności); stopy takie, jak Kanthal, czy nawet chromonikielina, mają znacznie mniejszą zależność oporności od temperatury. Więc nie trzeba zbyt daleko szukać odpowiedniego materiału na grzałkę.
pcbway logo