Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

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

Regulowane ograniczenie prądowe - weryfikacja schematu

macgyver96 21 Cze 2017 20:09 435 13
  • #1 21 Cze 2017 20:09
    macgyver96
    Poziom 15  

    Witam, buduję aktualnie zasilacz warsztatowy i nie mogłem znaleźć sprawdzonego i działającego schematu ograniczenia prądowego tak więc zaprojektowałem własne. Proszę o weryfikację czy taki układ będzie działać poprawnie oraz czy można go jeszcze jakoś poprawić.

    Ważną wskazówką byłaby również pomoc przy doborze op ampa jeśli lm358 z jakiegoś powodu się nie nada.

    Regulowane ograniczenie prądowe - weryfikacja schematu

  • #2 21 Cze 2017 20:39
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Jakim napięciem to zasilisz?
    LM358 nie nada sie do układu w którym ma wzmacniać sygnały bliskie dodatniego zasilania.
    Co chciałeś osiągnąć stosując dwa wzmacniacze? I dlaczego oba pracujące w otwartej pętli?

  • #3 21 Cze 2017 21:12
    macgyver96
    Poziom 15  

    Przeanalizowałem raz jeszcze swój układ i rzeczywiście gafę zrobiłem bo w tym układzie ogranicznik działałby dwustanowo. Pozostawiając op amp sterujący mosfetem w układzie komparatora powinien on działać cyfrowo tzn na granicy zadziałania bez histerezy pojawiałby się przebieg prostokątny który powinien odpowiednio kluczować tranzystor, czy moje rozumowanie jest poprawne czy lepiej nie kombinować i zrobić liniowe? Dołączam poprawiony schemat. Regulowane ograniczenie prądowe - weryfikacja schematu


    #edit
    Czy ten op amp się nada?
    Link

  • Pomocny post
    #4 22 Cze 2017 11:13
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    macgyver96 napisał:
    Przeanalizowałem raz jeszcze swój układ i rzeczywiście gafę zrobiłem bo w tym układzie ogranicznik działałby dwustanowo.
    Nie działał by wcale bo pierwszy wzmacniacz wzmocnił by 100000x więc układ zaczął by oscylować już poniżej 1mA
    macgyver96 napisał:
    Pozostawiając op amp sterujący mosfetem w układzie komparatora powinien on działać cyfrowo tzn na granicy zadziałania bez histerezy pojawiałby się przebieg prostokątny który powinien odpowiednio kluczować tranzystor, czy moje rozumowanie jest poprawne czy lepiej nie kombinować i zrobić liniowe?
    Łatwo zrobić układ który będzie oscylował, ale żeby oscylował i jednocześnie regulował na zadaną wartość już nie tak łatwo, to trzeba by specjalnie zaprojektować uwzględniając opóźnienia w układzie. Zazwyczaj układy które "same" zaczęły oscylować oscylują na wysokiej częstotliwości i z maksymalną amplitudą nie regulując niczego.

    Żeby obciążenie nie dostawało impulsów z całkowicie załączonego tranzystora w układzie impulsowego ogranicznika prądu powinien sie znaleźć element ograniczający szybkość narastania prądu - cewka, ale na razie zostawmy ten temat.
    Można zaprojektować liniowe można i impulsowe, liniowe prostsze szybsze i dokładniejsze ale ma spore straty mocy przy ograniczaniu.

    Dwa wzmacniacze w pętli nie zadziałają od tak, jeden z nich musi mieć kompensację częstotliwościową, ale jeśli nie masz bezwzględnej potrzeby użycia dwóch użyj jednego. Poza tym wzmacniacz różnicowy wymaga bardzo precyzyjnych rezystorów żeby nie wprowadził dodatkowego offsetu. W układzie na jednym wzmacniaczu napięcie odniesienia będzie względem plusa.
    Poniżej schemat z symulacji tranzystor oczywiście inny bo ten ma niewłaściwą obudowę
    Regulowane ograniczenie prądowe - weryfikacja schematu


    macgyver96 napisał:
    Czy ten op amp się nada?
    Link
    Nie przecież to to samo co LM358, jeśli chcesz tani i popularny daj TL072 o ile napięcie będzie wystarczające do jego zasilenia. Jeśli szukasz optymalnego weź coś o mniejszym offsecie. Nic nie napisałeś w jakim zakresie napięć i prądów to ma działać jaka dokładność itp.

  • #5 22 Cze 2017 13:48
    macgyver96
    Poziom 15  

    Napiecie zasilające nie powinno wahać się bardziej niż +/-0,5V od 24V, są to dwa atx'y w szeregu. Ograniczenie prądowe musi być regulowane w przedziale powiedzmy 50mA do 5A. Nie musi być jakoś szczególnie precyzyjne, choc wiadomo że chciałoby się zrobić jak najprecyzyjniejsze.

    Praktycznie taki sam układ wykonałem tyle że bez napięcia odniesienia i na lm358, działał w zasadzie jak chciał dlatego tym razem proszę o porady.

    Spróbuję go wykonać może najpierw na breadbordzie i jakby coś dam znać co z tego wyszło.

  • #6 22 Cze 2017 17:16
    krzysiek_krm
    Poziom 29  

    Witam,
    pozwolę sobie na kilka uwag.

    Jeżeli chcesz zrobić układ ograniczenia prądu działający jak źródło prądowe, może to być dosyć trudne ze względu na wspomniane już problemy z kompensacją częstotliwościową układu z zamkniętym sprzężeniem zwrotnym.

    Ja bym to zrobił nieco inaczej.
    Układ "po lewej stronie" powinien być normalnym komparatorem, używanie wzmacniacza operacyjnego jako komparatora jest możliwe ale komparatory mają lepsze charakterystyki. Sygnałem z tego komparatora możesz wysterować przerzutnik, albo monostabilny z ustawionym jakimś czasem wyłączenia, albo bistabilny, który należy jakoś intencjonalnie skasować.

    Druga sprawa to wzmacniacz różnicowy.
    Robienie go "na piechotę" jest nieco iluzoryczne. Żeby uzyskać przyzwoite tłumienie sygnału wspólnego należy używać rezystorów o niezwykle wyśrubowanych tolerancjach, albo w ogóle nie są produkowane, albo kosztują bajońskie sumy. Zdecydowanie lepiej użyć dedykowanego układu pod tytułem "current sensor amplifier", gotowe układy mają bardzo duże tłumienie sygnału wspólnego, dobre parametry częstotliwościowe, itd. Produkują je Texas, Linear, Analog Devices, itd, nie są wcale drogie.

    Pozdrawiam

  • #7 22 Cze 2017 18:04
    macgyver96
    Poziom 15  

    Jeśli jest potrzebna osobna kompensacja częstotliwościowa to nie bardzo rozumiem w takim razie co producent LA6324 który zaproponowałem miał na myśli w pierwszym punkcie pisząc "no phase compensation required", z tego co mi wiadomo to kompensacja częstotliwościowa polega właśnie na przesunięciu fazowym co by wzmacniacz nie mógł się wzbudzić chyba że mylę pojęcia bo szczerze powiem że wchodzę już w nowe dla mnie wody.

    Co do bardziej skomplikowanych źródeł prądowych to rozważałem mikroprocesorowy zasilacz i użyć dedykowanego układu typu INA219 lub INA260 który odwalałby całą "pomiarową czarną robotę". Ale najpierw chce złożyć coś bez mikrokontrolera a po douczeniu jak powinien być zaprojektowany układ dopiero stworzyć coś bardziej skomplikowanego i o wyższej sprawności.

    Apropos stosowania komparatora to nie urządza mnie taki sposób bo po przekroczeniu progu zadziałania napięcie wyjściowe zostałoby całkowicie odcięte do czasu resetu gdyby skorzystać z przerzutnika RS a taka funkcja jest zaszyta w zasilaczach ATX których używam i mam wyprowadzone linie PS_ON z przełącznikiem ściągającym do masy.

    Nie sądziłem nawet że z pozoru proste źródło prądowe może być takim wyzwaniem, szczególnie w kwestii doboru wzmacniacza operacyjnego i jego warunków pracy. Mogą Panowie polecić jakieś dobrze napisane kompendium/poradnik dotyczące tematu op-ampów niekoniecznie w ojczystym języku?

  • #8 22 Cze 2017 19:35
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    macgyver96 napisał:
    Jeśli jest potrzebna osobna kompensacja częstotliwościowa to nie bardzo rozumiem w takim razie co producent LA6324 który zaproponowałem miał na myśli w pierwszym punkcie pisząc "no phase compensation required", z tego co mi wiadomo to kompensacja częstotliwościowa polega właśnie na przesunięciu fazowym co by wzmacniacz nie mógł się wzbudzić chyba że mylę pojęcia bo szczerze powiem że wchodzę już w nowe dla mnie wody.
    Producent pisze że wzmacniacz jest wewnętrznie skompensowany, czyli możesz go połączyć jako wtórnik i się nie wzbudzi, ale jak umieścisz w pętli dodatkowe elementy przesuwające fazę wewnętrzna kompensacja może nie wystarczyć.

    W teorii sprawa kompensacji jest skomplikowana i opiera się na analizie zespolonej, na dodatek o działaniu układu decydują reaktancje pasożytnicze nie zawsze podawane w katalogach, pomiary pętli sprżężenia zwrotnego wymagaja drogiego sprzętu, od biedy można sobie poradzić oscyloskopem a i ten nie wszyscy mają, więc ani sama teoria ani sama praktyka nie wystarczą żeby ogarnąć temat.

    Często można przyjąć kilka uproszczeń.

    W poście #4 masz układ z kompensacją, trochę na wyczucie (oparte na własnym doświadczeniu), wyszedłem z założenia że ograniczając pasmo pętli do 16kHz (1kΩ,10nF) przesunięcie fazy wprowadzane przez układ z FETem nie będzie przeszkadzać, jeśli masz oscyloskop możesz obejrzeć odpowiedź impulsową i zoptymalizować układ zmniejszając pojemność i skracając czas ustalania.

    macgyver96 napisał:
    Co do bardziej skomplikowanych źródeł prądowych to rozważałem mikroprocesorowy zasilacz i użyć dedykowanego układu typu INA219 lub INA260 który odwalałby całą "pomiarową czarną robotę". Ale najpierw chce złożyć coś bez mikrokontrolera a po douczeniu jak powinien być zaprojektowany układ dopiero stworzyć coś bardziej skomplikowanego i o wyższej sprawności.
    Prosty układ analogowy łatwiej uczynić szybszym, od skomplikowanego cyfrowego.

    krzysiek_krm napisał:
    Jeżeli chcesz zrobić układ ograniczenia prądu działający jak źródło prądowe, może to być dosyć trudne ze względu na wspomniane już problemy z kompensacją częstotliwościową układu z zamkniętym sprzężeniem zwrotnym.
    Trudne jest jak sie robi pierwszy raz i jak sie nie ma doświadczenia, ja robiłem źródło prądowe na wzmacniaczu operacyjnym z czasem ustalania rzędu kilkudziesięciu ns więc wiem gdzie "czają się" pułapki.


    krzysiek_krm napisał:
    Ja bym to zrobił nieco inaczej.
    Układ "po lewej stronie" powinien być normalnym komparatorem, używanie wzmacniacza operacyjnego jako komparatora jest możliwe ale komparatory mają lepsze charakterystyki. Sygnałem z tego komparatora możesz wysterować przerzutnik, albo monostabilny z ustawionym jakimś czasem wyłączenia, albo bistabilny, który należy jakoś intencjonalnie skasować.
    To jeszcze nie jest kompletny schemat.





    krzysiek_krm napisał:
    Druga sprawa to wzmacniacz różnicowy.
    Robienie go "na piechotę" jest nieco iluzoryczne. Żeby uzyskać przyzwoite tłumienie sygnału wspólnego należy używać rezystorów o niezwykle wyśrubowanych tolerancjach, albo w ogóle nie są produkowane, albo kosztują bajońskie sumy. Zdecydowanie lepiej użyć dedykowanego układu pod tytułem "current sensor amplifier", gotowe układy mają bardzo duże tłumienie sygnału wspólnego, dobre parametry częstotliwościowe, itd. Produkują je Texas, Linear, Analog Devices, itd, nie są wcale drogie.
    A jeszcze lepiej w ogóle pominąć ten układ.

    macgyver96 napisał:
    Nie sądziłem nawet że z pozoru proste źródło prądowe może być takim wyzwaniem, szczególnie w kwestii doboru wzmacniacza operacyjnego i jego warunków pracy. Mogą Panowie polecić jakieś dobrze napisane kompendium/poradnik dotyczące tematu op-ampów niekoniecznie w ojczystym języku?

    Nie jest to aż takie wyzwanie, a na problem doboru wzmacniacza natkniesz sie przy każdym układzie z jego wykorzystaniem, wzmacniacz ma wiele parametrów i trzeba rozumieć co one znaczą. W twoim schemacie przekroczyłeś zakres dopuszczalnych napięć wejściowych, tranzystory wejściowe w LM358 sie zatkają i wzmacniacz nie bedzie wzmacniał

    Literatura o wzmacniaczach:
    Op Amp Applications Handbook, Edited by Walt Jung,
    http://www.analog.com/en/education/education-library/op-amp-applications-handbook.html
    Popularna jest też "Op Amps for Everyone" od Texas Instruments

    Niewyczerpanym źródłem mało znanych aplikacji wzmacniaczy operacyjnych jest bardzo stara, ale bardzo dobrze napisana książka (z czasów kiedy nie było układów scalonych monolitycznych)
    "Applications Manual for Computing Amplifiers for Modeling, Measuring, Manipulating & Much Else" do znalezienia na stronach Analog Devices

  • #9 23 Cze 2017 22:00
    macgyver96
    Poziom 15  

    Serdecznie dziękuję za sporą dawkę informacji i rozjaśnienie tematu, mam teraz mozolne zadanie domowe - w wolnym czasie przestudiować wyżej wspomnianą książkę :)

    Na szybkości skleciłem zaproponowany układ w ltspice, tranzystor oczywiście inny lecz nie ma to większego znaczenia. Oscylogramy kompletnie mnie zaskoczyły, dlaczego prąd płynie przez odbiornik gdy napięcie bramki jest +24V? W zasadzie to wg symulatora prąd praktycznie się nie zmienia bo o jakieś 0,5A.

    Regulowane ograniczenie prądowe - weryfikacja schematu
    Regulowane ograniczenie prądowe - weryfikacja schematu

  • Pomocny post
    #10 23 Cze 2017 23:09
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    macgyver96 napisał:
    Na szybkości skleciłem zaproponowany układ w ltspice, tranzystor oczywiście inny lecz nie ma to większego znaczenia
    A sposób włączenia tranzystora też bez znaczenia?
    Podajesz na wejście napięcie odpowiadające prądowi 480A - bez sensu.

    Mój schemat też z LTSPICE-a u mnie działa
    ponizej odpowiedź na skokową zmianę prądu.
    Regulowane ograniczenie prądowe - weryfikacja schematu
    a tu bez kompensacji
    Regulowane ograniczenie prądowe - weryfikacja schematu
    W tym drugim przypadku w praktycznym układzie pewnie margines fazy będzie inny, więc symulacja może sporo różnić się od rzeczywistego układu, ale zjawiska pozostaną te same więc można sobie sprawdzić jak zmiana parametrów wpływa na działanie układu.

  • #11 24 Cze 2017 20:59
    macgyver96
    Poziom 15  

    Aż wstyd, piątkowy wieczór to nie jest najlepsza pora na wymagające skupienia zadania, rzeczywiście wszystko działa jak należy, ostatecznie wygrzebałem MCP6074 i według zdobytej wiedzy powinien się nadać tylko problemem jest jego zasilanie no i zakres napięć wejściowych a nie wiem czy zabawa z dzielnikami przyniesie założony rezultat. Oprócz niego posiadam AZ324 ,D4558 ale z tego co się zorientowałem wszystkie z nich są podobne do lm358 no i nie mają wejść rail-to-rail co jest tu krytyczne.

    jarek_lnx napisał:
    Podajesz na wejście napięcie odpowiadające prądowi 480A - bez sensu.
    Wystarczyło poprawnie połączyć mosfeta, napięcie jest w końcu mierzone względem jakiegoś punktu - tutaj masy tak więc jeden efekt - dwa rozwiązania bo ja podawałem dodatnie napięcie względem masy a Pan ujemne względem szyny dodatniej także suma summarum wyszło na to samo.

    Jako że układ w symulatorze sprawuje się nieźle to postaram się go przekuć w rzeczywistość, użyję TL072 tak jak zostało wcześniej zaproponowane, chyba że jest jakiś sposób na wykorzystanie MCP6074 który by był aż za nadto do tej aplikacji.

    Serdecznie dziękuję za rzetelną i nieocenioną pomoc, takich ludzi na elektrodzie z pewnością trzeba więcej :)

  • #12 24 Cze 2017 21:22
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    macgyver96 napisał:
    Aż wstyd, piątkowy wieczór to nie jest najlepsza pora na wymagające skupienia zadania, rzeczywiście wszystko działa jak należy, ostatecznie wygrzebałem MCP6074 i według zdobytej wiedzy powinien się nadać tylko problemem jest jego zasilanie no i zakres napięć wejściowych a nie wiem czy zabawa z dzielnikami przyniesie założony rezultat.

    Pobiera mało prądu zasilanie mozna diodą Zenera ograniczyć, albo innym TL431.

    W praktyce użycie MCP6074 mogło by wymagać dodatkowego bufora, bo jak każdy wzmacniacz rail-to-rail ma on dużą rezystancję wyjściową i przez to jest bardzo wrażliwy na obciążenia pojemnościowe, już 100pF może go zdestabilizować, TL072 ma na wyjściu wtórnik więc powinien być bardziej odporny.

    macgyver96 napisał:
    napięcie jest w końcu mierzone względem jakiegoś punktu - tutaj masy tak więc jeden efekt - dwa rozwiązania bo ja podawałem dodatnie napięcie względem masy a Pan ujemne względem szyny dodatniej także suma summarum wyszło na to samo.

    W symulacji wyjdzie na to samo w praktyce nie, w tym rozwiązaniu masą (potencjałem odniesienia) jest dodatni biegun zasilania i wszystkie napięcia powinny być w odmienieniu do tej masy.

  • #13 26 Cze 2017 19:17
    macgyver96
    Poziom 15  

    jarek_lnx napisał:
    w tym rozwiązaniu masą (potencjałem odniesienia) jest dodatni biegun zasilania
    Zgadza się, byłoby najlepiej żeby napięcie odniesienia pływało wraz z napięciem zasilającym co by te fluktuacje nie wpływały na ustawiony próg zadziałania lecz jak to elegancko wykonać, dzielnik musiałby być ogromny, myślałem może o dwóch helipotach do regulacji maksymalnego prądu i dzielniku na potencjometrze zwykłym na panel lecz tego rozwiązania eleganckim nazwać nie można a ustawienie maksymalnego progu byłoby trudne. W końcu wymagany zakres regulacji to względem masy 23,75V do 24V lub -0,25V do 0V względem dodatniej szyny.

  • #14 26 Cze 2017 19:41
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    macgyver96 napisał:
    Zgadza się, byłoby najlepiej żeby napięcie odniesienia pływało wraz z napięciem zasilającym co by te fluktuacje nie wpływały na ustawiony próg zadziałania lecz jak to elegancko wykonać, dzielnik musiałby być ogromny,
    Nie widzę problemu, jakąś diodę referencyjną np TL431 łączysz katodą do plusa i masz stabilne 2,5V względem plusa, dalej robisz dzielnik i potencjometr, "ogromnego" dzielnika nie ma się co bać, dajesz przykładowo 10kΩ i 100Ω i jest dzielnik przez 101 z którego będzie ok 25mV co przy zastosowaniu bocznika 50mΩ daje zakres regulacji 0,5A

    Jak chcesz możesz dołożyć drugi potencjometr (montażowy) żeby doregulować zakres do jakiejś okrągłej wartości, w takich układach potencjometr zazwyczaj łączy się z rezystorem żeby zakres regulacji potencjometru był ±10% założonej wartości rezystancji.

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