Zasilacz sterowany cyfrowo a zabezpieczenie pradowe - rozwazania

Witam,
Jako ze wlasnie buduje taki uklad chcialbym zaproponowac dyskusje na powyzszy temat, a dokladniej:
Zalozenia:
1) Zasilacz sterowany cyfrowo przez DAC czy PWM z przyleglosciami
2) pomiar napiecia i pradu przez odzielne ADC z odpowiednimi wzmacniaczami operacyjnymi.
3) zabezpieczenie pradowe - i tu pojawia sie interesujacy mnie problem - analogowe czy cyfrowe ?
3a) Dlaczego cyfrowe - poniewaz nie trzeba dobudowywac dodatkowego ukladu, mikrokontroler dokonujacy pomiaru pradu rozwiazuje problem, jak wykryje odpowiednia wartosc pradu redukuje napiecia do bezpiecznego poziomu. Ale nasuwaja sie uwagi:
- szybkosc reakcji, jezeli bedzie to w petli to moze sie zdazyc ze jakas procedura "zajmie" procesor czy ADC/DAC na zbyt dlugo i przeciazenie spowoduje uszkodzenia. Sadze ze mialo by to sens ale na przerwaniach, odczyt pradu i ustawienie napiecia powiedzmy co kilkadziesiat ms tak dobrane aby "przezyl" to element mocy/wykonawczy.
3b) Analogowe - niestety wymaga dodatkowego ukladu ale szybkoscia reakcji bedzie przwyzszala cyfrowa no i "marnujemy" zasoby mikrokontrolera.
Inne sugestie ? Zapraszam do rozmowy.
Pozdrawiam

0 22

Fajnie jakbyś napisał jakieś założenia co do parametrów tego zasilacza. Napięcie wejściowe, wyjściowe, moc, izolacja, ogólna topologia (liniowy, impulsowy).
Moim zdaniem mikrokontroler może zostać użyty co najwyżej jako interfejs w zasilaczu. Czyli może służyć do zadawania wartości żądanego napięcia wyjściowego oraz ograniczenia prądowego, wyświetlać zmierzone / zadane wartości napięcia, prądu itp. Cała kontrola powinna być zrobiona analogowo z uwagi na odpowiedź częstotliwościową układu regulacji tego zasilacza.

0

Pierw trzeba zrobić inne założenia do projektu by w ogóle można było mówić o sterowaniu.
Jaka topologia?
Jaka częstotliwość pracy kluczy?
Jaka moc zasilacza?
Jakie napięcie i prąd na wyjściu?
Jakie napięcie zasilania?
Z separacją czy bez separacji?

Jak już wie się czego się chce to można rozmawiać o sterowaniu, bo metod sterowania też jest mnóstwo i zależą od wielu czynników (kilka podałem powyżej).

0

Witam,
Narazie sa to rozwazania teoretyczne powstale przy przebudowie mojego obecnego zasilacza, bedzie on raczej linjowy 0-30V/5A. Moze dla uproszczenia problemu skupmy sie na zasilaczu linjowym o podobnym zakresie.
Moze wezmy czysto teoretyczny uklad w postaci:
1) trafo + prostownik dajace 35-40V/5A
2) uklad LM338 sterowany PWM + wzm. operacyjny + offset (lub LM317 pomijamy prady wyjsciowe narazie) - bezposrednio podlaczony do wyjscia +
3) rezystor do pomiaru pradu powiedzmy 0.1ohm miedzy wyjscie - a GND zasilacza
4) mikrokontroler mierzy napiecia miedzy wyjsciami + a - oraz napiecia na rezystorze 0.1ohm
Pozdrawiam

0

Zasilacz liniowy jednak wymaga sterowania analogowego, ponieważ odpowiedź układu sterowania musi być bardzo szybka i musi być bardzo odporna na wzbudzanie się.

Na Twoim miejscu wykorzystałbym mikrokontroler w takim zasilaczu do innych celów niż sterowania. Np. Komunikacja z PC, obsługa wyświetlaczy, pomiar napięcia i prądów (niezależnie od pętli sprzężenia zwrotnego).
Jeśli chcesz sterować koniecznie mikrokontrolerem, to wepnij się do rozwiązania analogowego mikrokontrolerem poprzez, dla przykładu transoptorem lub programowywalnym rezystorem.

Mikrokontrolery niestety nie są czymś aż tak dobrym jak się wydaje na początku, też chciałem coś podobnego zrealizować, ale niestety przy układach energoelektronicznych, technologia analogowa >> technologia cyfrowa

0

Witam,
Wykonalem juz pare ukladow zasilaczy sterowanych i wszystko jest OK, moje zapytanie dotyczylo raczej sensownosci takiego podejscia jako ze nie widzialem tego typu rozwiazan w gotowych ukladach.
Pozdrawiam

0

_lazor_ napisał:

Mikrokontrolery niestety nie są czymś aż tak dobrym jak się wydaje na początku, też chciałem coś podobnego zrealizować, ale niestety przy układach energoelektronicznych, technologia analogowa >> technologia cyfrowa

Bzdura! Dobrze zaprojektowany system cyfrowy jest dużo lepszy niż jakikolwiek analogowy. Fakt, że Kolega nie potrafił sobie z tym poradzić, nie stanowi reguły. Zasilacz sterowany cyfrowo, wymaga trochę więcej wiedzy, ale na pewno ma wyższą sprawność i dynamikę (może znacznie lepiej reagować na zmiany obciążenia), łatwiej zrealizować ograniczenie prądowe. Lepszy też będzie, gdy potrzebujemy zasilacz symetryczny lub wielokanałowy.

viayner napisał:

1) Zasilacz sterowany cyfrowo przez DAC czy PWM z przyleglosciami
2) pomiar napiecia i pradu przez odzielne ADC z odpowiednimi wzmacniaczami operacyjnymi.
3) zabezpieczenie pradowe - i tu pojawia sie interesujacy mnie problem - analogowe czy cyfrowe ?

Ad.1. Jeżeli sterowany cyfrowo, to jest tam zestaw kluczy i PWM. DAC, to chyba tylko do ustawiania ograniczenia prądowego.
Ale później piszesz, że zasilacz liniowy (analogowy), więc trochę to przeczy sobie.
Jeżeli cyfrowy, to ograniczenie prądu masz już wbudowne w algorytm sterowania i jest "za darmo". Jeżeli liniowo, to trzeba to wszystko dokleić i oprogramować.
Ad.2. Jeżeli zasilacz jest impulsowy, to tak czy inaczej masz pomiar napięcia i prądu, ponieważ w oparciu o te 2 parametry sterujesz kluczami. Ograniczenia prądu, jak już pisałem, jest częścią algorytmu sterującego.
Jeżeli zasilacz analogowy, to pomiar napięcia i prądu jest głównie dla użytkownika. O ile napięcie pewnie będzie używane w pętli sprzężenia zwrotnego w celu utrzymania stałego napięcia (klasyka zasilacza o stałym napięciu), to przejście w tryb ograniczenia prądu wymaga dołożenia elementów i rozbudowania układu.
Ad.3. Jeżeli decydujesz się na zasilacz analogowy (liniowy), to dokładanie toru cyfrowego do realizacji pomiarów niewiele zmienia, ponieważ cała kontrola jest analogowa. Użycie DAC nie wpływa na funkcjonalność, a może wprowadzać dodatkowy błąd nieliniowości. W tej sytuacji ograniczenie prądu zrobiłbym również analogowo. Aby uzyskać sensowną rozdzielczość i dokładność nastawy, rozważyłbym 2 zakresy, albo 2 potencjometry: regulacja zgrubna i dokładna. Mam tak w jednym z zasilaczy i działa to bardzo dobrze.
Jeżeli zdecydujesz się na zasilacz impulsowy, to wtedy ograniczenie prądu jest częścią algorytmu sterującego i zależy od topologii układu i techniki pomiaru: rezystor szeregowy, prąd tranzystora, prąd cewki.

0

Marek_Skalski napisał:

_lazor_ napisał:

Mikrokontrolery niestety nie są czymś aż tak dobrym jak się wydaje na początku, też chciałem coś podobnego zrealizować, ale niestety przy układach energoelektronicznych, technologia analogowa >> technologia cyfrowa

Bzdura! Dobrze zaprojektowany system cyfrowy jest dużo lepszy niż jakikolwiek analogowy. Fakt, że Kolega nie potrafił sobie z tym poradzić, nie stanowi reguły. Zasilacz sterowany cyfrowo, wymaga trochę więcej wiedzy, ale na pewno ma wyższą sprawność i dynamikę (może znacznie lepiej reagować na zmiany obciążenia), łatwiej zrealizować ograniczenie prądowe. Lepszy też będzie, gdy potrzebujemy zasilacz symetryczny lub wielokanałowy.

Ty tak na poważnie? Pokaż mi zasilacz pracujący z częstotliwością powyżej 200kHz sterowany tylko na mikrokontrolerze... Nawet głupie falowniki mają FPGA na pokładzie bo mikrokontroler nie wyrabia...
Mikrokontrolery są po prostu za wolne, a częstotliwość rzędu 20kHz to śmiech na sali.

0

Witam,
Panowie nie sprzeczajmy sie nie o to tu chodzi, nie bedziemy tez udowadniac ze programowana logika jest szybsza.
Chdzilo mi raczej dyskusje/wykazanie sensownosci uzycia do "pelnej" kontroli prostego zasilacza linjowego, cyfrowego ukladu programowalnego w stosunku do ukladow analogowych. Pozostanmy moze przy popularnych ukladach zasilaczy linjowych sterowanych z DAC'a.
Pozdrawiam

0

To jest fajny projekt pod rozważania
http://www.ianjohnston.com/index.php/projects...uilt-bench-power-supply?showall=1&limitstart=

Rozdzielczość 10mV, nie wiem tylko jaka dokładność,

0

viayner napisał:

Witam,
Narazie sa to rozwazania teoretyczne powstale przy przebudowie mojego obecnego zasilacza, bedzie on raczej linjowy 0-30V/5A. Moze dla uproszczenia problemu skupmy sie na zasilaczu linjowym o podobnym zakresie.
Moze wezmy czysto teoretyczny uklad w postaci:
1) trafo + prostownik dajace 35-40V/5A
2) uklad LM338 sterowany PWM + wzm. operacyjny + offset (lub LM317 pomijamy prady wyjsciowe narazie) - bezposrednio podlaczony do wyjscia +
3) rezystor do pomiaru pradu powiedzmy 0.1ohm miedzy wyjscie - a GND zasilacza
4) mikrokontroler mierzy napiecia miedzy wyjsciami + a - oraz napiecia na rezystorze 0.1ohm
Pozdrawiam

Ten LM338 to w jakiej wersji ?
Jak K to od razu zapomnij. One nie są produkowane już a to co jest to prawie na pewno podróbka.

Po za tym jak ma to mieć przyzwoitą moc to przyda się nieco tranzystorów mocy.Inaczej ilość strat bardzo szybko ograniczy dostępną moc.
Dla ułatwienia sobie życia albo zbuduj stabilizator na częściach dyskretnych albo kup nieśmiertelnego LM723 który zawiera wszystko co trzeba(napięcie odniesienia,komparator,ogranicznik prądu oraz tranzystor wyjściowy).
Przełączane uzwojenia to standard w tego typu zasilaczach bo przy niskich napięciach(czyli wysokiej różnicy napięć) dostępny prąd będzie bardzo niski(moc strat + wewnętrzne zabezpieczenia stabilizatorów).

W przypadku pomiaru prądu rób to przed regulatorem. Przy stabilizacji liniowej prąd wejściowy jest równy prądowi wyjściowemu(nie licząc paru mA pobieranych przez sam układ).

Do sterowania napięciem można by po prostu dać napięcie odniesienia podawane przez układ sterujący na wejście nieodwracające komparatora.Przy znanym dzielniku rezystancyjnym na wyjściu można spokojnie sterować tym wszystkim.
Ogranicznik prądu to albo "kradzież" sygnału sterującego (tak jak w 723) albo po prostu zmniejszenie napięcia odniesienia (tutaj też prościej będzie o ogranicznik typu foldback).

0

Witam,
uklady podalem przykladowo (to co mam to oryginalne Ti oraz LT) chodzi mi o:
- mikrokontroller + PWM/DAC wytwarza napiecie do kontroli anlogowego ukladu wykonawczego dla uproszczenia podalem LMxxx moze byc OA + darlington itp.
- pomiar pradu tu pomiar przed stabilizatorem ma pewna wade, przewidywane napiecie w tym punkcie to co najmniej 40V wiec wymaga to zastosowania "wysokonapieciowych" wzm. operacyjnych, pomiar na wyjsciu mimo ze obarczony bledem nie wydaje sie tak zlym pomyslem.
- 723 sam stosowalem, stary ale nadal bardzo udany uklad.
Wracajac do tematu - sensownosc stosowania sprzezenia zwrotnego pradowego do zabezpieczenia przeciwzwarciowego.
Pozdrawiam

0

Witam,
układy zabezpieczeń prądowych i napięciowych (rozumiane jako ostatnia linia obrony) powinny być zrealizowane jako w miarę proste układy sprzętowe.
Ewentualnie, analogicznie jak w układach zasilanych ogniwami litowo - jonowymi, możesz programowo zabezpieczać na poziomie "roboczym" a sprzętowo na poziomie "ostatecznym".

Pozdrawiam

0

Jeżeli napięcie jest za duże to można po prostu dać dzielnik rezystancyjny do masy.Jeżeli znasz impedancję urządzeń pobierających napięcie z tego rezystora to bez problemu da radę zrobić precyzyjny odczyt.

Po za tym jeżeli napięcie zasilania przekroczy 40V to również pojawi się problem z częściami na wyższe napięcie.
Lm338 jak i Lm317 pracują tylko do 40V.Alternatywą jest TL783 (do 125v) albo lm317hvt (do 60V).
W moim zasilaczu tranzystory mocy dostają napięcie nawet 45V ale układ sterujący już tylko 35V z preregulatora.

0

Witam,
widze ze jest nadal pewne nieporozumienie, niepotrzebine podalem przyklady ukladow LMxxx i teraz sie one powtarzaja. Prosze o nich zapomniec.

Uklad (zasilacza linjowego) sklada sie z:
- transformator z prostownikiem
- zrodlo napieciowe sterowane z mikrokontrolera z wlasnym napieciem odniesienia - regulator napiecia
- zrodlo pradowe sterowane z mikrokontrolera z wlasnym napieciem odniesienia - regulator pradu i jednoczesnie proponowane zabezpieczenie pradowe
- wyjscie zasilacza.
A prosze o uwagi na temat zabezpieczenia pradowego: analogowe (tradycyjne np. rezystor na B-E i tranzystor blokujacy napiecie sterujace) vs. cyfrowe (sprzezenie zwrotne realizowane przez mikrokontroler na podstawie pomiaru pradu wyjsciowego, gdy za duzy obniza napiecie sterujace zrodlem napieciowym)
Pozdrawiam

0

Wiecie jak schować słonia do lodówki?
Otworzyć lodówkę i włożyć do niej słonia...

Przepraszam za ten żart, ale Twoje podejście do tego projektu przypomniał mi ten kawał.

Zabezpieczenie "ostateczne" prądowe jak to nazwał u góry krzysiek_krm, musi być realizowane analogowo. Dlaczego?

Trzeba znać trochę teorii automatyki do tego, układy cyfrowe są ułomne z powodu skończonej próbek (transformata Z) i układ jest w stanie zareagować tylko analizując te próbki. Oczywiście można posłużyć się szeregiem furiera i przeanalizować te próbki i "przewidywać przyszłość", ale to trochę bardziej skomplikowane i są specjalne rdzenie które tylko tym się zajmują. Coś takiego jest używane np w telekomunikacji w pewnej firmie, która miała pancerny telefon.

Tutaj niestety będziesz podejrzewam używać gołego procka bez FFT, więc musisz szykować się, że próbki będą przychodzić co 1-2us a między tymi czasami nie masz pojęcia co będzie się działo. I teraz masz dylemat, albo spory dławik na wyjściu który ograniczy narost prądu i pozwoli zareagować układowi, ale powodujący inne problemy lub modlić się że prąd zwarciowy nigdy nie będzie narastał tak szybko by różnica między jedną a drugą próbką była tak duża, że układ sterowania już najzwyczajniej w świecie nie będzie miał czego regulować.

Technologia analogowa z tym nie ma problemu, wręcz wprowadza się układy całkowania by układ sterowania nie reagował za gwałtownie (w przykłady układu cyfrowego też trzeba wprowadzić układ całkowania, by przypadkiem próbka nie trafiła na jakąś szpilkę...)

0

Witam,
wlasnie o takie odpowiedzi i uwagi mi chodzilo, jak napisalem w jednym z pierwszysch postow wlasnie o szybkosc reakcji sie obawialem w przypadku sterowania cyfrowego.
Dziekuje i Pozdrawiam

0

Taaa... jakby ktoś chciał to robić na atmega8 to faktycznie będzie miał takie problemy, Panowie, na rynku są kontrolery dedykowane do takich aplikacji. Mają komparatory i PGA zintegrowane z modułami PWM właśnie w celu uzyskania wysokiego poziomu bezpieczeństwa i pełnej kontroli. Ponadto, tor analogowy służy do kontroli pracy kluczy w trybie cycle-by-cycle. Czas reakcji jest liczony w ns, co w zupełności wystarcza do większości zastosowań. Przykłady to dsPIC33 z serii GS, albo STM32F334xx.
To "przewidywanie przyszłości" to zwykły feed forward, który jest tak samo znany jak feed back. Kluczem do stabilności jest dobry model obiektu i samego procesu. Dzięki temu można zredukować błąd serwa przynajmniej 10x.
A co do samego prądu wyjściowego, to będzie ograniczony ESR i pojemnością kondensatorów na wyjściu. Dla zasilacza 0-30V/5A, nie spodziewałbym się cudów.

0

Marek_Skalski napisał:

Taaa... jakby ktoś chciał to robić na atmega8 to faktycznie będzie miał takie problemy, Panowie, na rynku są kontrolery dedykowane do takich aplikacji. Mają komparatory i PGA zintegrowane z modułami PWM właśnie w celu uzyskania wysokiego poziomu bezpieczeństwa i pełnej kontroli. Ponadto, tor analogowy służy do kontroli pracy kluczy w trybie cycle-by-cycle. Czas reakcji jest liczony w ns, co w zupełności wystarcza do większości zastosowań. Przykłady to dsPIC33 z serii GS, albo STM32F334xx.
To "przewidywanie przyszłości" to zwykły feed forward, który jest tak samo znany jak feed back. Kluczem do stabilności jest dobry model obiektu i samego procesu. Dzięki temu można zredukować błąd serwa przynajmniej 10x.
A co do samego prądu wyjściowego, to będzie ograniczony ESR i pojemnością kondensatorów na wyjściu. Dla zasilacza 0-30V/5A, nie spodziewałbym się cudów.

Oczywiście, że są dostępne takie układy. Inna sprawa, czy autor ma na tyle duże doświadczenie, żeby taki cyfrowy regulator zrealizować, to nie jest w końcu takie znowu "hop - siup".
Wspominając o sprzętowych zabezpieczeniach bardziej miałem na myśli wprowadzenie bezpieczeństwa nadmiarowego. Kontrolery są złożonymi systemami, w sensie sprzętu i oprogramowania, zawsze coś może się zawiesić, zadziałać w sposób zupełnie nieprzewidziany, itd.
Sprzętowy układ zabezpieczający powinien być, rzecz jasna, możliwie prosty, aby uzyskać jak największą pewność prawidłowego działania.

0

Cóż pracuję bardzo dużo na stm32 serii od M0 do F7 i gwarantuje, że on się nie nadaje. Nawet klient u którego wykorzystuje te procki, nie używa ich do sterowania obwodem mocy, tylko do tego celu zaprzęgnięty jest FPGA, a procek tylko monitoruje i zbiera informacje.

Jedyny przypadek to sterowanie przez mikrokontroler kuchenki indukcyjnej, tam faktycznie wszystko stoi tylko na mikrokontrolerze + peryferia pomiarowe, ale projektowanie sprzętu dla AGD to nie ma nic wspólnego z dobrym projektem... Jakie kwiatki tam widziałem, to nawet początkujący elektronicy nie wymyślają

0

_lazor_ napisał:

Cóż pracuję bardzo dużo na stm32 serii od M0 do F7 i gwarantuje, że on się nie nadaje. Nawet klient u którego wykorzystuje te procki, nie używa ich do sterowania obwodem mocy, tylko do tego celu zaprzęgnięty jest FPGA, a procek tylko monitoruje i zbiera informacje.

To co Wy tam, motyla noga, robicie, to znaczy na jakich częstotliwościach ?

Mówiąc poważnie, STM znam bardzo słabo, ale zrobiłem pewną liczbę cyfrowych regulatorów mocy na wspomnianym już dsPIC, w porywach pracują do 200 kHz, nie wydaje się żeby coś źle działało. Oczywiście nie jest to trywialne i trochę się trzeba nagimnastykować, ale wiadomo, nie ma lekko.

Przepraszam za to ględzenie trochę nie na temat, ale z jednej strony to ciekawe, z drugiej taka wiedza może się przydać autorowi tematu.

Pozdrawiam

0

Albo rozmawiamy o konkretnym zasilaczu, którego szkic Autor tematu już nakreślił, albo zastanawiamy się jak zrobić ograniczenia prądowe do najlepszego na świecie super zasilacza, chociaż jeszcze nie wiem do czego będzie służył. Pytania:
Czy to jest konstrukcja na własne potrzeby, która ma być funkcjonalna w podstawowym zakresie i względnie tania, czy jest to projekt komercyjny, który będzie jednym z elementów systemu bezpieczeństwa, albo używany w wymagającym sektorze, np. medycznym?
Jakiej dokładności i jakiej rozdzielczości oczekujemy od układów pomiarowych i regulatorów nastaw?
Jaki jest minimalny czas reakcji na przeciążenie? Żaden układ nie realizuje ograniczenia w czasie t=0, ponieważ prąd nigdy nie narasta jak skok jednostkowy.
Czy są jakieś wymagania dotyczące sprawności oraz temperatury użytkowania?
Jakie są kryteria oceny rozwiązań, które mają zostać zaimplementowane w tym konkretnym zasilaczu: dokładność, stabilność w funkcji obciążenia, dryft długoterminowy, niezawodność, możliwość łączenia z innymi urządzeniami (sterowanie, diagnostyka), czas opracowania, koszt produkcji...?
Przykłady, które podałem nie wyczerpują oferty rynku i możliwych rozwiązań. To, że Tobie się wydaje, że nie da się, to nie znaczy, że to prawda. W firmie, dla której pracuję, pośród wielu różnych rzeczy, projektujemy zasilacze do silników liniowych o mocy kilku kW, które pozycjonują wafle podczas naświetlania z dokładnością poniżej 1nm. Wszystko jest sterowane cyfrowo i do tego jeszcze dochodzi kwestia synchronizacji 3 różnych modułów: maski, obiektywu/lustra i wafla. I da się W oparciu o starego MIPSa i stare FPGA. Jestem pewien, że do zasilacza o którym tutaj rozmawiamy, nie jest potrzebna taka technologia i można to zrobić całkiem fajnie bez tony części analogowych.

0

krzysiek_krm napisał:

_lazor_ napisał:

Cóż pracuję bardzo dużo na stm32 serii od M0 do F7 i gwarantuje, że on się nie nadaje. Nawet klient u którego wykorzystuje te procki, nie używa ich do sterowania obwodem mocy, tylko do tego celu zaprzęgnięty jest FPGA, a procek tylko monitoruje i zbiera informacje.

To co Wy tam, motyla noga, robicie, to znaczy na jakich częstotliwościach ?

Mówiąc poważnie, STM znam bardzo słabo, ale zrobiłem pewną liczbę cyfrowych regulatorów mocy na wspomnianym już dsPIC, w porywach pracują do 200 kHz, nie wydaje się żeby coś źle działało. Oczywiście nie jest to trywialne i trochę się trzeba nagimnastykować, ale wiadomo, nie ma lekko.

Przepraszam za to ględzenie trochę nie na temat, ale z jednej strony to ciekawe, z drugiej taka wiedza może się przydać autorowi tematu.

Pozdrawiam

Oni dość mocno jadą z FFT i wolą używać FPGA niż MCU z przyczyny możliwości wykonywania wielu operacji jednocześnie przez FPGA a MCU jest do przesyłania danych, zarządzania bazą danych, obsługą wyświetlaczy itp.
A jednak FPGA jest układem analogowym, który może działać jako cyfrowy (dla przykładu syntezowanie mikrokontrolerów, ale również zastąpienie układów scalonych z dokładnością odtworzenia charakterystycznych bugów w układzie)

0