Лабораторный Бп, Управляемый Мк

[abcd]

Всем привет! Вот уже неделю изучаю данную тему, мысли не дают покоя, решил проконсультироваться с опытными людьми. Для начала немного предыстории...

Электроникой занимался в детстве, с появлением ПК увлечения все были связаны с программированием. Сейчас уже стал дядькой и у самого есть ребенок, и тут в общем в один прекрасный день понял, что должно быть в жизни хобби ) тема электроники очень приятна душе Да и образование - инженер получил ...

И решил первое, что сделать - регулируемый стабилизированный БП. То, что неприменно пригодится, для последующих поделок. Повторять чужую схему не хотелось, хочу познать все сам, в этом и смысл для меня. Пересмотрел штук 30 различных схем (по сути схожих), выделил для себя спецификацию:

- напряжение от 0...20 В

- ток от 0-5А

- управление - цифровое с МК, т.е. задал кнопочками 5.3 вольта - будь добр столько и выдать

Резисторные крутилки не хотелось бы, иначе купил бы наверное китайский ширпотреб, на дворе 21 век ) МК стоят копейки, почему бы их и не применить, решил я ...

В качестве первичного источника питания решил взять китайский импульсный, самые популярные здесь модели, 5, 12, 24 вольта. В основном пишут, что применяют для светодиодных лент. Стоит недорого, компактный. Посмотрел цены на трансформаторы - перехотелось сразу )))

Заказал импульсный БП на 24В 10А, с запасом так сказать.

Из этого критерия выходит, что на выходе максимум смогу получить 20В для четности. 20 / 4 = 5В удобное напряжение для регулировки с МК.

По той же причине решил ток выбрать 5А ... Меньше не хотелось бы ) вроде как мощность позволяет да и удобно считать на МК.

А обсудить мне хотелось бы аналоговую часть. Выбрал класическую схему на ОУ с ООС в качестве стабилизатора / регулятора напряжения. Пока всю схему проектировал в Proteus, к сожалению все детали пока еще в пути, физически не могу "пощупать" схему.

Далее хотелось бы обсудить с опытными людьми, правильно ли я мыслю, поправить где я не прав, думаю пригодится всем новичкам.

Схема получилась сразу рабочая, примерно треть деталей я добавил для "стабилизации", а так же некоторые только потому, что так делают все на большинстве схем ) Правда нигде не встречал описания, для чего ... Далее излагаю свой поток мыслей, по каждой детали и ее роли в схеме...

1. Используем ОУ с ООС. "Фишка" такого подключения ОУ является то, что охваченный вот такой вот отрицательной обратной связью ОУ будет стараться делать так, чтобы потенциалы на обоих входах были одинаковые. Плюс ОУ сам по себе еще и усиливает сигнал с нужным нам коэффициентом.

По схеме за эту часть отвечает U1:A, первая половинка выбранного мною LM358N за его доступность и популярность среди любительских схем.

Идея такая: подавая эталонное напряжение 5 вольт (оно может быть взято хоть откуда, малой мощностью и т.д., но главное чтоб стабилизированное), с коэффициентом 4 на выходе будет 20 вольт (учитывая что питать будем ОУ от 24В). Тут линейная зависимость. Как раз используя ШИМ от МК, можно подавать на вход от 0 до 5 вольт, а на выходе получать от 0 до 20.

Коэффициент считается по формуле: 1+ Rоос/Rвх, где в моей схеме:

Rоос = R3 = 30К

Rвх = R4 = 10K

Тут вопрос возникает у меня, несколько раз в подобных схемах эта парочка резисторов называется "делителем напряжения", что в какой то части можно было бы так и назвать) а сам ОУ тут включен как компаратор якобы. Как бы на один вход подается эталонное напряжение, а на другой через делитель - то что нам нужно. Откуда такая дезинфа? Либо если так можно назвать, то почему ...

Тут я еще воткнул конденсатор на 1nf, ибо так делают все. Краем глаза где-то читал, что при обрыве одного из входов, ОУ будет работать как интегратор, и на выходе мы не получим неожиданное Uпит. Поправьте меня...

2. Вторая идея: нам нужна мощность на выходе, большой ток и тд. Тут в дело вступает мощный "силовой" как его называют транзистор, включенный по схеме эммитерного повторителя (простое такое подключение как мне показалось, даже никакие резюки не нужны и считать ничего не нужно )

Работает в такой схеме он так: какое напряжение на базу подаем (за вычетом 0.6В падающий на переходе) такое на выходе и получаем. Верно? Поправьте если есть неточности в моих рассуждениях.

Самый популярный мощный биполярный транзистор npn у нас 2n3055, я хотел сначала на нем сделать, но выглядит он как старинные советские транзюки - не модно. Под радиатор дырки сверлить нужно дополнительно.. А готовых радиаторов и не найти толком ... И спустя схем 10 я наткнулся на TIP3055, как я понял некое подобие заменителя ) в модном корпусе ) А по цене, 2 "типа" как один "2n".

Касаемо выбора характеристик транзистора, здесь нужно как я понял учесть самое главное ток коллектора (сколько он через себя пропустить сможет в данном включении), рассеиваемая мощность, напряжение коллектор-эммитер...

Смысл регулятора на транзисторе в чем, если на вход подадим 24В, на выходе хотим 0.1 В или ближе к нулю, а ток 5А, то в силу физики природы, транзистор лишнее напряжение будет держать "в себе" и греться как печка ) 24*5 = 120ВТ вот столько будет выделять ). 2n3055 попаспорту это выдерживает, а вот TIP уже нет (90 вт если не ошибаюсь), и тут оказывается можно взять хоть 10 транзиторов и подключить их паралельно, тем самым повысив мощность. Я взял 2 штуки в надежде получить 90+90ВТ ) с запасом так сказать. Транзиторы должны лежать на одном радиаторе, чтоб грелись одинаково, чтоб их характеристики "плавали синхронно". Но как говориться - ничего идеального в этом мире нет, характеристики расходятся, тут на помощь приходят балансировочные (правильно я их назвал?) резисторы в цепи эммитера. Нужны мощные и низкоомные. С ними вроде как все у всех работает ))

Далее идея такая, если в цепь ООС воткнуть этот транзистор, то у нас выходит нужный нам регулятор ) Выход на ОУ (напряжение) конечно будет уже не столько сколько на надо (как мы считали с коэффициентом), оно уже и не важно для нас я так понял (т.к. там еще транзисторы по разному можно включать), а важно для нас то, что ОУ теперь будет пытаться чтобы на его инвертирующем входе был такой же потенциал (напряжение) как на + входе. А напряжение мы как раз снимаем с эмитера транзистора силового. Теперь ОУ у нас как следящая система, если сильнее нагрузили транзистор, он поддал жару на выходе, да так что на - его входе снова все как надо нам ) (как мы задали на + входе).

Вроде ничего сложного я так понял для себя ) Поправьте где я может не так рассуждаю, или есть что добавить.

3. Следующий этап. Нельзя мощным транзистором управлять напрямую с ОУ, тока не хватит. Тут идея такая: ставим последовательно "средний по мощности" транзистор. Управляем им меньшим током - он управляет силовым током побольше, и все счастливы. Сначала я использовал простую схему в связке BD139 (npn) и 3055. Еще такое включение называется "дарлингтоновский транзистор". Ну и вроде все нормально было, но с каждый схемой я смотрел и видел, как там используются еще несколько транзисторов, да и еще другой полярности. А еще не давало покоя, почему ОУ питают от 12 вольт скажем, а управлять могут выходом на 30 вольт, а по моей логике, в схеме включения транзистора как эмитерный повторитель, мы и должны подать на базу 30-0.6Вx2 ... Что в итоге: я поддался соблазну и воткнул pnp транзистор BD140, и еще один "мелкий" популярный 2n5551.

Что мне это дало? Ну вроде как на выходе ОУ теперь напряжение небольшое, вроде питай теперь его от 12 вольт или там 18 ... Приблизилась моя схема ко всем остальным клонированным схемам... Но не дает мне покоя, "а нафига?!", чем тебя не устроило ОУ+дарлингтон для ДАННОЙ моей задумки. Объясните?

Все резисторы между Б и Э транзисторов я воткнул ровным счетом как и ВСЕ, на симуляцию в протеусе это ничего не дало. Как я понял они нужны для правильного "закрытия" транзистора. Касаемо моей данной схемы, нужно ли оно? и для чего оно? опять неясно пока точно для меня ...

Далее воткнул диоды, на выходе парралельно нужен для того, чтоб если подключим индуктивную нагрузку, типа там моторчик или релюшка, чтобы у нас при отключении БП обратным напряжением накопленным в катушке не убило транзюки. Верная терминология? А диод на силовом транзисторе для чего теперь? Что-то еще читал, чтоб при выключении БП, напряжение на конденсаторе, не поперло по обратной схеме через транзистор. Правильно? Хотелось бы толковое разъяснение.

Резистор на выходе нужен чтоб разряжал конденсатор... Только поэтому?

4. МК у нас будем задавать нужное нам напряжение через ШИМ, тут чтобы из ШИМ получить примерное "постоянное напряжение", нужна интегрирующая цепочка из резистора и кондера. Почему я воткнул их два? Сделал как в половине схем ) Но удовлетворения не получил, для чего два... и почему, и какой номинал у конденсатора должен быть расчетный. Хочется знать!!! знание - сила.

МК так же работает как вольтметр. Показывает то, что на выходе. Тут я воткнул провод сразу на "-" вход ОУ. Считаю что сделал правильно, друг другу они мешать не должны, вход у ОУ высокоомный, у МК тоже вход как вход ) Протеус тоже говорит - я не против, симулирую верно. Почти во всех других схемах, используется как раз таки еще один резистивный "делитель напряжения" (который еще и подстроить надо!!!). Зачем? В данном случае, кто прав, кто нет.

5. МК еще будет показывать потребляемый ток и задавать ток максимальный (это в планах далее).

Как померить ток? Закон ома!. Втыкаем мощный ОЧЕНЬ низкоомный резистор в выходную цепь, теперь весь ток бежит через него на нагрузку, и по падению напряжения на нем, можно уже ВОЛЬТМЕТРОМ померить напряжение, а зная сопротивление этого резистора - получаем ток!

Тут в схемах 50 на 50 выбирают сопротивление резистора (шунта как его еще можно назвать). Либо 0.01 Ом, что большой плюс (далее напишу почему), либо 0.1, 0.2, 0.33

В любом случае на этом резисторе падает напряжение, и на нагрузке мы получим не точно 20 вольт, а минус это падение. Это падение нигде не учитывается ни в каких схемах!

Если мы выбираем 0.01 Ом, то тут максимум падение при 5А будет 50мВ, вроде фигня ...

Но в большинстве схем выбирается 0.1 Ом, тут падение уже в полвольта! И опять ни в одной схеме никто этого не учитывает!! Два дня я обдумывал этот момент, ну не давал он мне покоя.... Резисторы на 0.1 Ом есть в продаже, на 0.01 фиг найдешь. Тут выручит либо 10 паралельных 0.1 ) либо, как я планирую, взять ШУНТ из китайского самого дешевого мультиметра, он как раз где-то на столько ...

Далее эти 50мВ нужно усилить, чтобы попасть в мою любимую шкалу 0-5 вольт, тут берем вторую половину ОУ и делаем на нем точно такой же усилитель, но с коэффициентом 100. Все красиво ) кратные числа, мне нравится.

Вроде все прекрасно, симулирую и вижу вот что:

если нагрузки нет, на выходе у ОУ с таким вот коэффициентом можно наблюдать 60 мВ !! Это как смещение прям, если это значение вычитать потом каждый раз - показания сходятся. Вроде читал я, что ОУ не идеальные и там такое вот есть, особенно если питать однополярным напряжением, то на выходе ноль не получить. Почему ни в одной схеме об этом не говорится, у всех все ровно показывает? Или это может глюк симуляции... Заметил единственное вот что, если резистор R24 на схеме начинать подбирать, то при таком вот номинале у меня это смещение пропадает на симуляции. Что это за чудеса?

В общем пока так... Схемку собрал за первый день... А сейчас вторую неделю посмотрев большое кол-во других схем, ломаю голову, хочу понять, что как есть) для чего дополнительные детали добавляют авторы и так далее.

Надеюсь кто-нибудь откликнется. Спасибо, что дочитали до конца!

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Владимир65]

Почитайте если не читали эти две темы PSL-3604 и PSL-2401 многое станет понятно.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[abcd]

Спасибо за ответ! Почитаю с удовольствием!

Изменено 16 января, 2015 пользователем abcd

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[granick]

abcd, пока в начале создания, не думали по использованию контроллера с выходами для управления полумотовой схемой,

тогда получается контроллером можно управлять напряжением посредством ШИМ, ограничение и защита по току и управление

всеми режимами с помощью энкодера с кнопкой. Получается дешевле управление (отсутствуют ОУ управления и регулирующие

транзисторы) и проще в настройках. "...Я так думаю..."

Удачи.

[Sergey-Ufa]

если нагрузки нет, на выходе у ОУ с таким вот коэффициентом можно наблюдать 60 мВ Или это может глюк симуляции... Заметил единственное вот что, если резистор R24 на схеме начинать подбирать, то при таком вот номинале у меня это смещение пропадает на симуляции

1. Абсолютного нуля на выходе реального ОУ с однополярным питанием вы не получите. Для LM358 Output Voltage−Low Limit 20 mV

2. У реального ОУ есть такие параметры, как напряжение и ток смещения. У ширпотребовского LM358 они весьма велики. Input Offset Voltage 7 mV, что при усилении 100 может дать смещение выхода до 700 mV Ток смещения Input Bias Current 250 nA при разности входных сопротивлений в вашей схеме 25 ком даст по входу еще 6 mV напряжения. В вашем случае симулятор посчитал, что эти напряжения разнополярны и при R24=26 ком они взаимно компенсируют друг друга. Но балансировку ОУ подобным образом не делают, так как входные токи сильно зависят от температуры. Наоборот, сопротивления на входах ОУ стараются делать одинаковыми, чтобы компенсировать входной ток, а балансировку производят по балансировочным выводам, если они есть, или подают на вход ОУ внешнее компенсирующее напряжение. Если хотите точно мерить ток, то применяйте прецизионный ОУ.

[abcd]

Этот момент теперь стал понятен! Не подскажите, а как в других схемах справляются с этой задачей? Я видел много схем, на том же LM358, измеряют ток, балансировочных выводов у данного ОУ нет, может где проглядел "внешнее компенсирующее напряжение" ?

[Sergey-Ufa]

Да никак не справляются. Балансировать ОУ внешним напряжением при однополярном питании и фактически заземленном входе невозможно. Просто игнорируют погрешность. При полной шкале 5 вольт смещение 60 мВ это всего 1% Хотите высокой точности - ставьте что-то типа AD8551