Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przetwornica rezonansowa z regulowanym napięciem na mikrokontrolerze stm32F103

_lazor_ 06 Cze 2017 14:59 8118 11
  • Od długiego czasu zastanawiałem się czy postawienie przetwornicy rezonansowej na mikrokontrolerze jest możliwa i jeśli tak to jaką jakość urządzenia można uzyskać. Jako że nadarzyła się chwila przerwy w pracy postanowiłem to sprawdzić. Dla zaoszczędzenia czasu i środków postanowiłem złożyć układ w pająku mając świadomość tego, że wszystko mogło się z tego powodu rozjechać.

    https://easyeda.com/editor#from=elektroda,id=9e09ef941af54c7d9021fe496fa8ed1d

    Schemat bazuje na konstrukcji falownika półmostkowego z obwodem rezonansowym, sterownik do mosfetów L6384E zapewnia minimalizację przewodów sterujących, gdyż wymaga jednego pinu do sterowania.
    ADC do pomiaru napięcia na wyjściu przetwornicy zrealizowałem na MCP3001 który może zapewnić do 200ksps, jednak ja ustawiłem taktowanie zegara SPI na 1Mhz co zapewniło około 100ksps wystarczające by regulować obwód rezonansowy (45kHz).

    Sam program, którego niestety źródła nie zamieszczę ponieważ algorytm sterowania nie należy do mnie, nie jest on też opisany w literaturze (a przynajmniej ja go nigdzie nie znalazłem), a ja jedynie zaadaptowałem go pod mikrokontroler.
    Samo sterowanie polega na wykorzystaniu timera oraz "ręcznym" machaniu GPIO oraz zaimplementowaniu członów P i I do sterowania pętlą sprzężenia zwrotnego.

    Przetwornica rezonansowa z regulowanym napięciem na mikrokontrolerze stm32F103

    Po dość długim czasie udało mi się w końcu zamknąć pętlę sprzężenia zwrotnego. Wyniki wstępnych pomiarów były rewelacyjne. Nastawiona wartość w mikrokontrolerze trzymała się co do 10mV względem multimetra (na zdjęciu powyżej, napięcie na multimerze jest napięciem na wejściu ADC, napięcie nastawione w mikrokontrolerze 1V). Jednak dokładniejszy pomiar oscyloskopem pokazuje że tętnienia w układzie są na poziomie 200mV, co jak na konstrukcje w pająku uważam za zadowalające.
    Przetwornica rezonansowa z regulowanym napięciem na mikrokontrolerze stm32F103

    Sam układ rezonansowy działa bez zarzutów, a klucze w ogóle się nie grzeją chociaż przełączają prąd o wartości 4A w amplitudzie: (1V/1A)




    Przetwornica rezonansowa z regulowanym napięciem na mikrokontrolerze stm32F103

    Wstępnie postanowiłem zrobić charakterystykę podczas załączania obciążenia. obciążeniem była 12V/50W żarówka zasilana 4.80V (co daje w dużym przybliżeniu 18-20W). Charakterystyka jest moim zdaniem trochę za delikatna z czego wynika, że muszę wyregulować sterowanie PI w programie.
    Przetwornica rezonansowa z regulowanym napięciem na mikrokontrolerze stm32F103

    Dla tych co by chcieli rozpocząć przygodę z przetwornicami ogólnie mam kilka porad wynikających z własnego doświadczenia:
    - Bezpieczeństwo. Nie oszczędza się na bezpieczeństwie. Transformatory separujące, separacja logiki od obwodu mocy (sprzęt też trzeba zabezpieczać!), kurs SEP, wiedza na temat elektrotechniki. Człowiek uszkodzony raczej niczego się więcej nie nauczy.
    - Zaczynajcie na niskich napięciach. Zasilacz laboratoryjny jest idealnym obwodem zasilającym pozwalającym zabezpieczyć układ przed niechcianymi zwarciami. Zwarcie na napięciu sieciowym jest bardzo niebezpieczne, a dodatkowo takie zwarcie spowoduje prawdopodobnie wymóg wymiany praktycznie wszystkich elementów sterowania.
    - Osprzęt pomiarowy. Niestety bez oscyloskopu nie za wiele da się tutaj zrobić, sondy prądowe są bardzo drogie, ale jeśli bada się prądy przemienne (jak w układzie rezonansowym) to można zbudować własny przekładnik prądowy bazujący z rdzeniu z nanopermu lub jeśli chcemy badać prąd stały zakupić przekładnik z firmy LEM.
    - Wiedza na temat pomiarów oscyloskopem. Nieumiejętne pomiary mogą spowodować zniszczenie układu i/lub oscyloskopu. Przede wszystkim trzeba pamiętać, że masa sondy oscyloskopu jest również na potencjale ziemi oraz masy poszczególnych sond nie są separowane!
    - Książki. Poważnie, żadne poradniki w internecie czy opisy urządzeń DIY nie zastąpią książek. Z autorów polecam H. Tunia oraz B. Winiarski.
    - Ćwiczenia. Niestety trzeba ćwiczyć by się nauczyć a ćwiczenia oznaczają porażki. Nawet w takim malutkim projekcie jak wyżej użyłem kilka sterowników, gdyż wyleciały w powietrze.

    Jeśli kogoś by zainteresował ten projekt i chciałby się dowiedzieć czegoś więcej to chętnie odpowiem na pytania.


    Fajne!
  • #2 06 Cze 2017 19:44
    Bojleros
    Poziom 14  

    Cześć,

    Link ze schematem niestety zdaje się nie działać.

    Możesz napisać coś więcej o tym gdzie i jak zrealizowałeś separację ? Czy masz jakieś zabezpieczenie prądowe ?

    Pozdrawiam,

  • #3 06 Cze 2017 20:34
    _lazor_
    Poziom 24  

    Prawdopodobnie trzeba się zalogować na easyeda by zobaczyć schemat, chociaż nie jestem pewny więc wrzucam schemat jako obraz
    Przetwornica rezonansowa z regulowanym napięciem na mikrokontrolerze stm32F103

    Ogólnie jest tutaj 3 potencjały:
    1. napięcie po stronie mikrokontrolera
    2. Obwód mocy (w tym stabilizatory 12V dla drivera oraz 5V dla ADUM1280)
    3. napięcie na wtórnym oraz zasilanie ADC 5V

    Aktualnie nie mam zabezpieczenia nad prądowego, ale bez problemu można użyć dodatkowego ADC + przekładnik prądowy by robić pomiar prądu i wrzucić to do sprzężenia zwrotnego.

  • #4 07 Cze 2017 12:38
    andre65
    Poziom 13  

    Czy wykonales testy odpornosciowe na przypadek uszkodzenia sie petli sprzezenia zwrotnego? Rozlacz je fizycznie i zobacz czy przetwornica dobrze zareaguje. Sprzet oraz oprogramowanie musi byc odporne na stany awaryjne tak dalece, jak sie tylko da. Lepiej, zeby napiecie wyjsciowe spadlo niz zeby mialo pojsc do gory.

    PS: sorki za brak polskich liter. Nie mam.

  • #5 07 Cze 2017 13:12
    _lazor_
    Poziom 24  

    Dobre spostrzeżenie, na wypadek awarii komunikacji z ADC zrobiłem wyłączenie się przetwornicy, ale gdy układ pomiarowy szlak trafi już nie za bardzo (faktycznie napięcie pójdzie pod niebiosa).

    Prawdopodobnie dopiszę kawałek kodu, który zareaguje gdy napięcie mierzone na wtórnym będzie równe 0V dłużej niż 3 cykle pomiaru, wtedy ma wyłączyć układ i wejść w tryb awaryjny.

  • #6 07 Cze 2017 13:21
    nukedman
    Poziom 12  

    A co jak np. powiesi Ci się mikrokontroler?

    Jakiś mimo wszystko hardware by się przydał - do monitorowania zbyt wysokiego napięcia i odłączenia kluczy, wykrycia zbyt dużego prądu po stronie pierwotnej, itp. Oparcie wszystkiego na jednym mikrokontrolerze, w dodatku po separacji to duże ryzyko.

  • #7 07 Cze 2017 13:34
    ^ToM^
    Poziom 28  

    _lazor_ napisał:
    Od długiego czasu zastanawiałem się czy postawienie przetwornicy rezonansowej na mikrokontrolerze jest możliwa i jeśli tak to jaką jakość urządzenia można uzyskać.


    Gratuluję zapału i eksperymentów. W mojej jednak skromnej ocenie, niczego nowego się tu nie wymyśli. Można sobie uprościć życie gdyż istnieją, gotowe, scalone sterowniki przetwornic rezonansowych, które prócz tego co Ty wykonałeś realizują jeszcze masę dodatkowych, przydatnych w praktyce funkcji (np. zabezpieczenia przeciążeniowe).

    Kilka referencji dla zainteresowanych:

    Link
    Link
    Link
    Link
    Link

  • #8 07 Cze 2017 14:34
    _lazor_
    Poziom 24  

    nukedman napisał:
    A co jak np. powiesi Ci się mikrokontroler?

    Jakiś mimo wszystko hardware by się przydał - do monitorowania zbyt wysokiego napięcia i odłączenia kluczy, wykrycia zbyt dużego prądu po stronie pierwotnej, itp. Oparcie wszystkiego na jednym mikrokontrolerze, w dodatku po separacji to duże ryzyko.


    zawieszenie się uC nie jest aż tak dużym problemem jakby się wydawało, chociaż zależy od rodzaju zawieszenia się. Ogólnie jeszcze nie rozważałem redundancji, jednak docelowo planuje sterowanie puścić przez światłowody, co drastycznie zmniejszy szansę zawieszenia się uC.

    ^ToM^ napisał:
    _lazor_ napisał:
    Od długiego czasu zastanawiałem się czy postawienie przetwornicy rezonansowej na mikrokontrolerze jest możliwa i jeśli tak to jaką jakość urządzenia można uzyskać.


    Gratuluję zapału i eksperymentów. W mojej jednak skromnej ocenie, niczego nowego się tu nie wymyśli. Można sobie uprościć życie gdyż istnieją, gotowe, scalone sterowniki przetwornic rezonansowych, które prócz tego co Ty wykonałeś realizują jeszcze masę dodatkowych, przydatnych w praktyce funkcji (np. zabezpieczenia przeciążeniowe).

    Kilka referencji dla zainteresowanych:

    Link
    Link
    Link
    Link
    Link



    Niestety, LLC jest dość tandetne i przy niskich obciążeniach sprawność spada nawet poniżej 70%. Wszystko przez to, że jest to bardziej układ quasi rezonansowy, który pracuje w indukcyjnej części przełączania kluczy... a to przysparza bardzo wielu kłopotów i strat.
    W tym algorytmie, pracuje się minimalnie na charakterystyce indukcyjnej dla zapewnienia ZVS w całym zakresie regulacji napięcia. Dodatkowo bez problemów osiągam regulację od 0V.

    Dodano po 37 [minuty]:

    Tak wygląda przebieg prądu podczas załączenia żarówki jako obciążenia:

    Link

  • #10 28 Cze 2017 11:13
    coolrob
    Poziom 14  

    Czy możesz zrobić test ze skokiem obciążenia ale z rezystorami? Jakimiś bezindukcyjnymi, połączonymi równolegle, krótkie przewody. 20% -> 80% Imax przykładowo. Bardzo jestem ciekawy odpowiedzi impulsowej tego układu.

  • #11 28 Cze 2017 11:36
    _lazor_
    Poziom 24  

    W pierwszym poście jest odpowiedź układu na obciążenie żarówką (ostatnie zdjęcie). Aktualnie układ jest w odstawce gdyż był to projekt typu "zapchaj dziurę" w firmie gdy byłem na waiting project. Cóż skleciłem to coś w ciągu 2 tygodni pracy, więc dlatego taki potworek.

    Będę rozwijał ten projekt i dopiero gdy uruchomię go pod napięcie sieciowe będę dobierać elementy pod konkretną moc wyjściową, aktualnie układ był błyskawicznym składakiem gdzie przewody na dławiku i trafo grzały się niemiłosiernie. Sam układ wygląda aktualnie dość karykaturalnie, bo jak można określić inaczej mosfety w obudowie TO220 spięte kostkami wago?

  • #12 28 Cze 2017 14:44
    coolrob
    Poziom 14  

    Nie chodziło mi o kostki Wago tylko właśnie o tą żarówkę...

 Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME