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.

Rzadko zadawane pytania: Trzy sposoby na pętlę sprzężenia w przetwornicy

ghost666 13 Jan 2022 08:33 672 1
  • Rzadko zadawane pytania: Trzy sposoby na pętlę sprzężenia w przetwornicy
    Pytanie: Czy istnieje prosty sposób na dobór komponentów zewnętrznych do budowy przetwornic mocy i innych układów impulsowych?

    Odpowiedź: Istnieją trzy możliwości.

    Prawie każdy zasilacz, szczególnie taki, który zapewnia stabilizację napięcia, wyposażony jest w pętlę sterującą. Jest ona wykorzystywana po to, aby utrzymać stałą wartość napięcia wyjściowego. W projekcie zasilacza celem jest m.in. optymalizacja pętli sterowania tak, aby w przypadku wahań napięcia wejściowego lub stanów nieustalonych obciążenia na wyjściu układu, zminimalizować odchylenia stabilizowanego napięcia wyjściowego od zadanej wartości. Ważną zależnością jest tutaj wielkość kondensatorów wyjściowych w stosunku do szybkości odpowiedzi scalonego kontrolera przetwornicy impulsowej. Jeśli odpowiedź pętli jest bardzo szybka można zastosować mniejsze kondensatory wyjściowe, utrzymując nadal napięcie wyjściowe w dopuszczalnym zakresie. Tak więc optymalizacja szybkości odpowiedzi stabilizatora impulsowego prowadzi do obniżenia kosztów systemu i mniejszego zapotrzebowania na przestrzeń na PCB dla obwodu, z uwagi na możność użycia drobniejszych kondensatorów wyjściowych.

    W większości układów scalonych stabilizatorów impulsowych istnieje pin kompensacyjny do regulacji pętli sterowania, często nazywany ITH lub VC. Dzięki umiejętnemu doborowi pojemności i rezystancji dołączonej do pinu, do funkcji przenoszenia pętli sterowania można dodać bieguny i zera, aby zapewnić optymalną dynamikę i wysoką stabilność. Jednak jak dobierane są te elementy filtrujące?

    W tym celu można zastosować trzy podejścia.

    1) Obliczenia ręczne z danymi zaczerpniętymi z karty katalogowej:

    Pierwsza metoda stosuje wzory obliczeniowe z karty katalogowej układu scalonego przetwornicy impulsowej. Poniżej przedstawiono koncepcję stabilizacji pętli z wykorzystaniem jednego wybranego stopnia mocy. Rysunek 1 prezentuje układ scalony LTC3311 z pinem ITH i odpowiednimi komponentami kompensacyjnymi.

    Rzadko zadawane pytania: Trzy sposoby na pętlę sprzężenia w przetwornicy
    Rys.1. Układ scalony stabilizatora impulsowego LTC3311 z pinem ITH do regulacji prędkości i stabilności pętli sterowania.


    W karcie katalogowej scalonej przetwornicy można znaleźć cały opis procedury optymalizacji pętli kompensacyjnej. Częściowo wartości te są obliczane, ale także pozostaje spora doza testów i poprawek na działającym układzie. Cała ta procedura jest opisana w nocie aplikacyjnej AN-76 omawiającej optymalizację pętli kompensacji, do której kieruje również karta katalogowa.



    2) Za pomocą narzędzi do projektowania i symulacji:

    Drugim sposobem znalezienia odpowiedniego ustawienia funkcji przejścia jest użycie narzędzia do projektowania, takiego jak LTpowerCAD. Można je wykorzystać do obliczenia komponentów zewnętrznych. Takie podejście zapewnia dodatkowy wgląd w reakcję pętli sterowania. Rysunek 2 przedstawia interfejs użytkownika LTpowerCAD z graficzną reprezentacją pętli sterowania na wykresie Bodego oraz odpowiedź napięcia wyjściowego na przebiegi obciążenia w funkcji czasu. Wartości konfiguracji elementów ITH można wygodnie zmieniać, a dzięki samej metodzie znaleźć optymalne ustawienie dla konkretnej aplikacji.

    Rzadko zadawane pytania: Trzy sposoby na pętlę sprzężenia w przetwornicy
    Rys.2. LTpowerCAD zastosowany do doboru elementów kompensacji i optymalizacji pętli sterowania.


    Istnieje takie powiedzenie Goethego, że: „Wszelka teoria jest szara”. W praktyce znajdą się dodatkowe składniki pasożytnicze, które należy uwzględnić i sprawdzić przed przejściem do masowej produkcji. Wyselekcjonowane już elementy kompensacji podłącza się do pinu ITH i wykonuje testy stanów nieustalonych obciążenia, aby zweryfikować, czy zmiana napięcia na VOUT mieści się w dopuszczalnym zakresie i czy przetwornica pracuje stabilnie.

    Ta symulacja sprawdza tylko jedną opcję konfiguracji kompensacji. Ustawienie można, wszakże zoptymalizować przy nieznacznie zmodyfikowanych wartościach. Aby się o tym przekonać wszystkie rodzaje prac trzeba przeprowadzić na realnym sprzęcie. Ponieważ elementy zewnętrzne muszą być zmienione pod nowe wartości, aby znaleźć optymalną kombinację komponentów kompensacyjnych potrzebne jest finalnie sporo pracy eksperymentalnej.

    3) Eleganckie podejście — użycie wstępnie skonfigurowanej sieci RC:

    Rysunek 3 pokazuje trzeci najbardziej elegancki sposób rozwiązania problemu uwzględniający zastosowanie elementów kompensacyjnych przy stabilizatorze impulsowym. Sugeruje on podjęcie zagadnienia za pomocą wstępnie skonfigurowanej sieci RC. LB013A firmy Analog Devices to mała płytka drukowana, na której zaimplementowana jest prosta, przełączalna i regulowana sieć RC. Całkowite wartości pojemności i rezystancji można zmieniać poprzez przestawianie małych przełączników i obracanie potencjometrów. Można dzięki temu zrezygnować z pracochłonnego lutowania elementów kompensacyjnych, a ustawienie kompensacji uda się zoptymalizować w czasie rzeczywistym, podczas testu przejściowego obciążenia. Płytka drukowana, taka jak LB013A jest łatwa do wykonania, ale można ją również kupić od Analog Devices.

    Rzadko zadawane pytania: Trzy sposoby na pętlę sprzężenia w przetwornicy
    Rys.3. Optymalizacja elementów pętli kompensacji z płytką LB013A firmy Analog Devices.


    Dzięki tym trzem metodom optymalizacji kompensacji pętli sprzężenia zwrotnego stabilizatora impulsowego możliwe jest zrównoważenie pracy dowolnego zasilacza opartego na przetwornicy.

    Źródło: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-193.html

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10778 posts with rating 9158, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • #2
    spec220
    Level 24  
    Można też stworzyć tzw. inteligentny elastyczny samo dopasowujący driver. Po prostu ustawiasz napięcie na pinie Vref. Bierzesz byle jaki dławik ze starego zasilacza (oczywiście w ramach rozsądku), albo kupujesz nowy o bardzo dużym wyborze OD- DO indukcyjności określonej przez producenta drivera, następnie z tabeli dobierasz wartość filtra pojemnościowego i to wszystko. Kolejnym Etapem jest określenie MAX wartości prądu, oraz odpowiednią wartość bocznika no i oczywiście podpięcie obciążenia znamionowego na wyjściu (80-90% w trakcie procesu kalibracji). Następnie wystarczy zewrzeć pin programujący do masy, a chip znajdujący się w driverze będzie symulować zewnętrzny układ LC dla parametrów wypełnienia klucza przy którym dany filtr osiągnie najwyższą sprawność... Utworzy tzw. tabelę dobroci i zapisze ją w pamięci. Po zakończonej pomyślnie operacji pin programujący można odłączyć od GND i dla bezpieczeństwa podpiąć do +UZ układu scalonego. (można też pozostawić w stanie NC, bo zapewne wewnątrz owy pin będzie podciągnięty jakimś rezystorem do zasilania logiki)

    Dobrej jakości drivery powinny programować się od kilkunastu KHz do kilku MHz, natomiast te tańsze będą mieć o wiele mniejszy zakres pracy kluczy oraz dobroć dopasowania zewnętrznego filtra LC...
    Dobierając wartość filtra zewnętrznego należy też wziąć pod uwagę same charakterystyki z których będzie wynikać dla jakiego prądu napięcia zasilania , czy też nap. wyjściowego driver zestroi największą sprawność... Można w takim przypadku zrobić mniejszą przetwornicę mniej sprawną, albo trochę większą bardziej sprawną, bądź przeznaczoną do większych obciążeń... Driver (co by nie zrobił użytkownik) zawsze ustali charakterystykę kluczowania, a jaka będzie sprawność takiej przetwornicy? w większej mierze będzie zależeć to od nas samych...