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

Zasilacz impulsowy ze stabilizacją rezystancji

Jatsekku2 19 Wrz 2016 01:53 852 19
  • #1 19 Wrz 2016 01:53
    Jatsekku2
    Poziom 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 :)

    0 19
  • #2 19 Wrz 2016 07:17
    JacekCz
    Poziom 36  

    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.

    0
  • #3 19 Wrz 2016 08:38
    atom1477
    Poziom 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).

    0
  • #4 20 Wrz 2016 11:31
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    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.

    0
  • #6 20 Wrz 2016 13:44
    Rzuuf
    Poziom 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.

    0
  • #8 20 Wrz 2016 15:17
    atom1477
    Poziom 43  

    Rzuuf napisał:
    Pomysł z wykorzystaniem grzałki jako czujnikiem temperatury jest niedobry ...

    Wcale nie jest niedobry, bo jak sam napisałeś:
    Rzuuf napisał:
    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.

    0
  • #9 20 Wrz 2016 17:39
    Rzuuf
    Poziom 43  

    atom1477 napisał:
    ...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).

    0
  • #10 20 Wrz 2016 18:27
    atom1477
    Poziom 43  

    Może niewiele ale trochę jednak takich grzałek jest.
    Np. stosuje się to w wielu lutownicach kolbowych gdzie do grzałki idą tylko 2 przewody.

    0
  • #11 20 Wrz 2016 19:22
    Rzuuf
    Poziom 43  

    atom1477 napisał:
    ... do grzałki idą tylko 2 przewody ...
    I jaki tam jest materiał grzałki? Wiesz coś pewnego na ten temat?

    0
  • #12 20 Wrz 2016 19:27
    _jta_
    Specjalista elektronik

    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.

    0
  • #13 20 Wrz 2016 19:34
    JacekCz
    Poziom 36  

    Rzuuf napisał:
    atom1477 napisał:
    ... 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???

    0
  • #14 20 Wrz 2016 19:39
    Rzuuf
    Poziom 43  

    JacekCz napisał:
    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 ...

    0
  • #15 20 Wrz 2016 21:08
    _jta_
    Specjalista elektronik

    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.

    0
  • #16 20 Wrz 2016 23:15
    Jatsekku2
    Poziom 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?

    0
  • #17 20 Wrz 2016 23:23
    Strumien swiadomosci swia
    Poziom 43  

    Jatsekku2 napisał:
    a w tej dziedzinie moje doświadczenie jest mniejsze niż zero ;p
    Jatsekku2 napisał:
    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 napisał:
    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.

    0
  • #18 21 Wrz 2016 08:42
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    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.

    Cytat:
    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.

    0
  • #19 21 Wrz 2016 09:32
    Rzuuf
    Poziom 43  

    Jatsekku2 napisał:
    ... 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 ...

    0
  • #20 21 Wrz 2016 10:27
    _jta_
    Specjalista elektronik

    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.

    0