Jump to content

Аналоговый тракт для БП с цифровым управлением


Recommended Posts

Появился у меня трансформатор ТСА-270 (искал конечно ТС-180 - но как назло поблизости не оказалось) и решил я наконец сделать себе блок питания с возможностью регулировки напряжения и тока

подобный блок у меня есть, но он на основе импульсного бп + импульсный преобразователь + крутилки...

при использовании выявил что на малых напряжениях питания до 10 вольт есть значительные пульсации в нагрузке, плюс крутилки многооборотные все равно не удобны - ибо крутить их приходится много, но точно выставить все равно надо прицеливаться

с учетом этого решил попробовать сделать БП с цифровым управлением по току и напряжению.. в качестве источников напряжения будут применены либо встроенные DAC для STM32, либо внешние MCP4725 (такие идут обычно как модули для ардуино) - схемы ШИМ применять не хочу (все равно будут пульсации от частоты шим)

 

соответственно долго перебирал схемы (и сейчас пытаюсь смотреть) и приглянулась мне схема из https://avr.ru/ready/contr/power/power но там управление идет P-канальным полевиком

сейчас перерисовал немного схему, получилось так

по подключениям:

IN_PWR1, IN_GND1 - от диодного моста и конденсаторного фильтра трансформатора

OUT_PWR1, OUT_GND1 - выход блока питания

U_Ofs1 - задаваемое смещение, регулирует напряжение на выходе

U_Ofs_Sens1 - корректирующее напряжение, компенсирует падение напряжения на шунте БП, это напряжение увеличивает напряжение на выходе БП таким образом чтобы напряжение на выходе было равно заданному при изменении тока нагрузки

I_Ofs1 - задаваемое смещение, регулирует максимальный ток нагрузки

I_Sens1 - усиленное в 10 раз значение тока на шунте, будет использовано для отображения тока нагрузки микроконтроллером

U_Sens1 - напряжение на нагрузке, делитель 1 к 10, будет использовано для отображения тока нагрузки микроконтроллером

в базовой схеме используются LM358, но с двуполярным напряжением питания (насколько здесь достаточно обычных ОУ или  нужны  rail-to-rail мне не понятно, по идее rail-to-rail используют для того чтобы эффективно усиливать потенциалы близкие к земле, тут же двуполярное питание должно эту проблему снимать, так как усиливать придется напряжения далеко от потенциалов питания ОУ и обычных операционников должно быть достаточно)

по использованию ОУ все как в базовой схеме:

U1.2 - усиливает падение напряжения на шунте в 10 раз при работе с двуполярным питанием, на выходе мы получаем ИНВЕРТИРОВАННОЕ значение напряжения. потом делитель R2, R7, R11 делит это напряжение на 10 и подает на инвертирующий вход 2 усилителя ошибки по напряжению U1.1, это напряжение сравнения как бы уменьшено от выходного на напряжение падения на шунте, то есть при напряжении на выходе 10 вольт (вместе с шунтом, относительно GNDANALOG) и токе 1А значение напряжения на инвертирующем выводе будет 0.9 вольта, и при заданном на прямом входе 3 U1.1 напряжении 1 вольт - выходное напряжение ОУ будет еще подниматься - увеличивая таким образом напряжение на выходе до тех пор пока напряжение на выходе относительно OUT_GND1 не станет равно 10 вольтам (соотношение напряжения управления к выходному 1 к 10)

U2.1 - усиливает напряжение на шунте, не инвертируя его, в 10 раз, подает на U2.2 который осуществляет регулирование тока, при превышении тока над заданным на выходе U2.2 появляется отрицательное напряжение, через D1 ток базы Q3 снижается и он закрывается, D2 защищает базу Q3 от отрицательного напряжения регулирования 

 

теперь вопросы:

- какие косяки есть в данной схеме, насколько они исправимы

- D2 реально защитит Q3 или нужно делать по другому

- есть ли в каких нить симуляторах возможность подгрузить готовую схему из diptrace (схема нарисована в нем), и какой симулятор лучше использовать ? (аналоговые схемы это к сожалению не мои обычные схемы, мне цифры привычнее)

 

image.png.a0e5a3a986f9eecc38ebd67905547f06.png

 

Edited by ВитГо
ошибки на схеме, орфография
Link to comment
Share on other sites

Правило Парето (80/20 - необходимость режима/% случаев его применимости) для Вашего монструозного БП превышено минимум на пару порядков (99,8/0,2). 

https://forum.cxem.net/index.php?/blogs/entry/493-лабораторный-ип-необходимая-достаточность/

Цитата

Урежьте осетра 

- и всё получится.

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

осталось понять что же все таки превышено.... :-( статью ссылку на которую вы привели я читал еще с месяц назад.. никаких параметров по типу 50 вольт 5 ампер мне и не нужно...

 

я вообще нигде не писал ни про максимальный ток ни про максимальное напряжение... меня интересует только насколько приведенная схема регулирования параметров выхода бп при помощи микроконтроллера работоспособна или в ней уже есть какие то очевидные ошибки...

 

если же вопрос нужности и сложности встал в микропроцессорном управлении - то ОК, ставьте многооборотные резисторы между +5 вольт и GNDANALOG, средние точки на U_Ofs1 и I_Ofs1 - и крутите - будет вам аналоговое управление крутилками без всяких микроконтроллеров

 

p.s. а самый лучший бп - это мост с конденсаторами, это давно известно...

Edited by ВитГо
Link to comment
Share on other sites

Вебинар «Новые тенденции сетевых технологий: Ethernet по одной витой паре» (09.12.2021)

Приглашаем 9 декабря всех желающих посетить вебинар, посвященный технологии Ethernet и её новому стандарту 10BASE-T1S/L. Стандарт 802.3cg описывает передачу данных на скорости до 10 Мбит в секунду по одной витой паре. На вебинаре будут рассмотрены и другие новшества, которые недавно вошли в семейство технологий Ethernet: SyncE, PTP, TSN. Не останется в стороне и высокоскоростной 25G+ Ethernet от Microchip.

Подробнее

Если "крутилки" чётко стабилизируют выходное напряжение, то и управление с МК должно работать так же чётко. Если же такого нет, то хоть 8-ядерный "Пентиум" ставьте - толку не будет.

Инуми словами, первичен аналоговый канал стабилизации. А чем им управлять - дело сто двадцать пятое.

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

DC/DC-преобразователи Mornsun со склада Компэл

В сложный период для рынка электронных компонентов, когда производители увеличивают сроки поставки продукции, со склада Компэл можно приобрести широкий ассортимент DC/DC-преобразователей производства компании Mornsun. На складе представлены наиболее популярные семейства изолированных и неизолированных DC/DC-преобразователей новых поколений R3 и R4, а также предыдущего, но по-прежнему востребованного поколения R2.

Подробнее

Новые компоненты STMicroelectronics для учета электроэнергии

Внедрение автоматизированных систем контроля и учета всех видов энергоресурсов, невозможно без инструментов, позволяющих помимо измерения параметров, преобразовывать их для обработки цифровыми интеллектуальными системами. Микросхемы STPM32, STPM33 и STPM34 STMicroelectronics являются наиболее точными и высокопроизводительными представителями своего семейства и способны максимально точно измерять параметры электросети в системах электроснабжения переменного тока, а также осуществлять их первичную обработку. Рассмотрим подробнее их преимущества и средства разработки.

Подробнее

Какой такой "негатив"???

Я веду речь только о том, что "котлеты - отдельно, мухи - отдельно".

Сначала отладьте аналоговый канал на "крутилках", а уже потом лепите к нему цифровое управление.

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

Карбид кремния позволяет повысить КПД и удельную мощность ИБП с двойным преобразованием

Построение источников бесперебойного питания с двойным преобразованием, широко используемых в современных хранилищах данных, на базе карбид-кремниевых MOSFETs производства Wolfspeed позволяет уменьшить мощность потерь в них до 40%, а также значительно снизить занимаемый ими объем и стоимость комплектующих.

Подробнее

вот наконец то мы и пришли к первому сообщению темы (или вернулись?) аналоговый канал выше... пока только нарисовал... спрашиваю мнения перед тем как начать собирать (сейчас попробую в микрокапе смоделировать)

Link to comment
Share on other sites

7 часов назад, ВитГо сказал:

теперь вопросы:

- какие косяки есть в данной схеме, насколько они исправимы

- D2 реально защитит Q3 или нужно делать по другому

Первое, что не советую делать, это брать схему выходного каскада от ПиДБП. Коэф. усиления трех транзисторов превышает все разумные пределы, тут уж емкостью 10мкФ на выходе не отделаетесь. Возбуждения будут присутствовать всегда. Не понятно, какие ОУ применяются?  Зачем два усилителя с шунта? Схема компенсации падения на нем делается иначе, на диф. цепочке ОУ регулятора напряжения.

От чего D2 должен защищать Q3?

4 часа назад, Falconist сказал:

Сначала отладьте аналоговый канал на "крутилках", а уже потом лепите к нему цифровое управление.

Вот тут все совершенно верно. Если блок питания будет нормально работать от входных напряжений с переменных резисторов, то ему никакой разницы нет, что формирует эти напряжения управления, цап или шим. Т.е. схему управления может и с avr сайта взять, а вот сам стабилизатор лучше собрать другой.

Link to comment
Share on other sites

начал делать симуляцию тракта коррекции падения напряжения на шунте, раньше LTSpice не пользовался, так что сильно не взыщите

с делителем что то не могу  сообразить, наверное ночь уже :-)

V1, V2 - напряжение питания ОУ

V3 напряжение источника

V4 - регулирующее напряжение (1 к 10 от источника)

image.png.b37115a5f4daaa2aa1ff5cceb535f6f6.png

 

VoltageCorrector.asc

Edited by ВитГо
Link to comment
Share on other sites

4 часа назад, Хатуль_мадан сказал:

Первое, что не советую делать, это брать схему выходного каскада от ПиДБП

вот и мне она не нравится.. что сделать вместо нее ? 

4 часа назад, Хатуль_мадан сказал:

Зачем два усилителя с шунта?

напряжение регулирования от 0 до 5 вольт... следовательно один усилитель шунта для коррекции падения напряжения (см сообщением выше), а второй для усилителя ошибки тока, только он будет сравнивать образцовое напряжение от 0 до 5 вольт от ЦАП с напряжением полученным от усилителя падения напряжения на шунте, на расчетный ток от 0 до 5 ампер (в зависимости от сопротивления шунта), выходное напряжение усилителя тока будет от 0 до 5 вольт (для шунта 0.1 ома с усилением в 10 раз).. ну на деле мне вряд ли нужен такой ток, 2-3 ампер думаю будет более чем достаточно, но теоретические пределы определил пока именно так.

4 часа назад, Хатуль_мадан сказал:

Если блок питания будет нормально работать от входных напряжений с переменных резисторов, то ему никакой разницы нет, что формирует эти напряжения управления, цап или шим

вот и я о том же, потому и предложил обсудить только аналоговый тракт... но поскольку входные данные здесь важны (например объясняет зачем второй усилитель шунта) то и пояснил где этот тракт будет применен...

Edited by ВитГо
Link to comment
Share on other sites

31 минуту назад, ВитГо сказал:

вот и мне она не нравится.. что сделать вместо нее ? 

Ну есть тут на форуме несколько неплохих вариантов, от Владимир65 например: "Мой блок питания"

или от boris_ka в соседней ветке. Смотрите схемы, чтобы регулировки были от общего провода.

35 минут назад, ВитГо сказал:

выходное напряжение усилителя тока будет от 0 до 5 вольт (для шунта 0.1 ома с усилением в 10 раз)

Во сколько раз поднимаете усиление, во столько же раз падает скорость реакции (полоса пропускания), так что сильно увлекаться не надо. А разве с одного токового усилителя нельзя снять сигнал для разных целей? Попозже поищу схемку с компенсацией сопротивления шунта, может и другие помогут.

Link to comment
Share on other sites

нарисовал модель ограничителя тока

ток устанавливается V5, соотношение 1 к 1 (1 вольт на 1 ампер)

на схеме входное напряжение 20 вольт, при заданном напряжении регулирования 2 вольта (то есть на выходе нужно 20 вольт, падение напряжение 0.2 вольта, выход U2 положителен - разрешает дальнейшее увеличение напряжения)

одновременно, заданный ток 1 ампер (V5=1в), выход U4 отрицателен - выходное напряжение велико, нужно закрыть ключ

 

image.png.a283910faa19207b636f95d914e18a4b.png

CVCorrector.asc

27 минут назад, Хатуль_мадан сказал:

во столько же раз падает скорость реакции (полоса пропускания),

в 10 раз... нужно искать быстродействующие усилители, насколько быстродействующие ? я думал что для БП подходят обычные LM358, у них вроде частота до 1 мгц... для постоянного тока разве надо быстрее ?

27 минут назад, Хатуль_мадан сказал:

А разве с одного токового усилителя нельзя снять сигнал для разных целей

просто нужно 2 сигнала  в зеркальной полярности.. что быстрее:

- усилить один раз в 10 раз для усилителя ошибки по току и потом инвертировать для коррекции падения напряжения на шунте

или

-одновременно усиливать в 10 раз, только в одном случае с инверсией, а в другом нет (как раз это и реализовано)

 

но я готов рассмотреть любые другие варианты (я не знаю как в LTSpice моделировать переходные процессы, может кто присоединится позже и расскажет какие настройки делать)

 

27 минут назад, Хатуль_мадан сказал:

Смотрите схемы, чтобы регулировки были от общего провода

пойду смотреть

Edited by ВитГо
Link to comment
Share on other sites

9 часов назад, ВитГо сказал:

как раз это и реализовано

на входе 19.8В, а на входе компаратора по напряжению 1.8В .

Для начала лучше так сделать -

14 часов назад, Хатуль_мадан сказал:

Схема компенсации падения на нем делается иначе, на диф. цепочке ОУ регулятора напряжения.

Хотя б ,чтоб сравнить можно было с Вашим вариантом .

CVCorrector.asc

Link to comment
Share on other sites

4 минуты назад, dodik сказал:

на входе 19.8В, а на входе компаратора по напряжению 1.8В .

гм...

1) 20 вольт на 10.1 омах нагрузки дадут ток 2 ампера

2) 2 ампера это падение напряжения на 0.2 вольта 

3) значит на нагрузке у нас не 20 вольт, а 19.8, для этого нужно увеличить полученное выходное напряжение на 0.2 вольта - для этого мы 19.8 \ 10 и получаем 1.98 вольта (а у меня действительно фигня какая то, запутался уже в делениях вычитаниях)

Вы правы, я ошибся !!

исправляю

Link to comment
Share on other sites

3 минуты назад, dodik сказал:

посмотрите этот вариант

у меня при открытии пишет что не знает lm358, я так и не понял где искать модель и куда ее скопировать.. вернее я нашел какую то модель типа аналог op295, но там расширение .cir и куда ее надо положить я так и не понял :-(

Link to comment
Share on other sites

lm358 тоже не все модели работают . Приходится подбирать . И двигаться мелкими ступеньками . Работающий ОУ можно и среди AD найти .   cir-ми - я не пользуюсь .  Может и пользовался раз другой - но как не помню )  Без них проще .

Link to comment
Share on other sites

В 24.11.2021 в 15:51, ВитГо сказал:

Появился у меня трансформатор ТСА-270 (искал конечно ТС-180 - но как назло поблизости не оказалось)

Вот Вы решили собрать БП под имеющийся трансформатор, если не страдать "гигантизмом", то на нем вполне можно собрать пару стабилизаторов 3А на 30В и еще один для питания цифровых схемок, получится очень универсальный БП. Теперь надо определиться, сможете ли осилить разработку собственной схемы, или лучше воспользоваться уже готовыми проверенными схемами, типа простейший вариант, повторить  промышленные HY3002, HY3005 и подобные. Если не хочется, то определяемся со схемой включения регулирующего транзистора. Тут два варианта, по типу Шелестова (они же HY3002, HY3005 и подобные), или с регулировкой в плюсовом проводе, тут тоже два варианта: по схеме эмиттерного повторителя, или где регулировка совмещена с усилением тока (схемы с ОЭ типа ПиДБП). Эмиттерные повторители работают устойчивее и меньше проблем с возбуждениями. Поэтому, раз решили делать свое, да еще и с цифровым управлениям, лучше выходной каскад делать по проверенной схеме с ОК, я бы рекомендовал многократно собранную схему китайского набора, но немного ее изменив. Вот исходный вариант:

Спойлер

938691565_SCH30V3A.jpg.22a4292039514ae2f9eea20e1bed8572.jpg

Так же большая тема с обсуждением этого БП 30В 3А

Все бы хорошо, при всех плюсах,  некоторые моменты мне не нравятся, например, закорачивание выхода U2 при отключении питания, недостаточный ток ОУ через R15 на базу регулирующего транзистора, как следствие, сложно получить на выходе 30В без риска спалить ОУ. Подключать регулировки от МК надо к выходной клемме, но это приведет к влиянию цифровой схемы на замеры тока, хоть и к незначительному. В схеме отсутствует минимальная нагрузка холостого режима. Вот немного подкорректировал эти моменты и вроде все учел, может и не все (точно, забыл включить светодиод ограничения тока), но номиналы резисторов наверно придется еще подправить под конкретную конструкцию. Схема моего варианта:

Спойлер

BP_Rev_Cina_30V-3A.png.b366a709e6ffc200aaf869783c718d40.png

Позиционные обозначения пытался сохранить от исходного варианта. Цепочку измерения напряжения рисовать не стал, чтобы не загромождать и не пугать людей. Можно использовать просто делитель из двух резисторов (но в программе корректировать зависимость от измеренного тока), а можно собрать диф. вход и замерять непосредственно на клеммах БП. Из опыта могу сказать, установки напряжения и особенно тока ограничения, не нужны с большой дискретностью, достаточно десятых долей вольта, а ток 3А, 2А, 1А, 0.5А, 100мА, 50мА, 10мА чуть ли не галетником переключать. Вот измерения реальных значений лучше иметь пару знаков после запятой, а ток до десятых долей мА. Поэтому АЦП MCP3421 мне показались оптимальными в соотношении цена/качество. ОУ особо не выбирал, просто схематично, желательно применить быстрые с балансировкой смещения нуля. LM324 или LM358 точно испортят всю картину, не годятся, переходный процесс десятки миллисекунд при единичном усилении, проводил тест и выкладывал результаты. Мне кажется, MC34071 или подобные, будут оптимально в такой схеме. Шунт великоват немного при токе 3А, но зато с таким стабильнее ток. Если не использовать как стабилизатор тока, а только для ограничения тока защиты и от перегрузок, то можно уменьшить сопротивление раза в 3-4. Нагрев уменьшится. Пока все...

Link to comment
Share on other sites

10 часов назад, Хатуль_мадан сказал:

Вот Вы решили собрать БП под имеющийся трансформатор, если не страдать "гигантизмом", то на нем вполне можно собрать пару стабилизаторов 3А на 30В и еще один для питания цифровых схемок, получится очень универсальный БП.

ну на счет 3 ампер при 30 вольтах - это скорее всего мой предел при таком напряжении, у меня, по крайней мере пока, таких нагрузок слава богу нет... :-) до 2 ампер с запасом умещаюсь

10 часов назад, Хатуль_мадан сказал:

я бы рекомендовал многократно собранную схему китайского набора, но немного ее изменив.

смотрел я эту и производные схемы, мне не понравилось то что например усилители по току на входе имеют резисторы выставленное напряжение с которых сравнивается с напряжением шунта - с прямым измеренным значением, что при шунте в 0.1 ома приводит к тому что даже при токе 3 ампера - измеренное  напряжение падения составит всего 0.3 вольта...

учитывая выходное напряжение ЦАП от 0 до 5 вольт все становится несколько печально...

и я понимаю что ничто не мешает поставить резистивный делитель на входе ОУ усилителя ограничения тока (наверное надо об этом подумать более усердно) в этом случае можно убрать один ОУ и наверное, как и говорилось мне выше - увеличить скорость реакции на изменение тока

image.png.c02d436b587a39ac3e1e079aba31dfe5.png

в принципе при разрешении ЦАП при питании 5 вольта около 0,001220703125 (на деле будет немного хуже) шаг изменения тока будет от 12.5 до 25 ма

 

image.png.483bbcc3500b116b3408b92e6584c741.png

кстати, посмотрел характеристики ЦАП, похоже я зря переживал, можно просто поставить делитель из резисторов, там ток до 20 ма на выходе

image.png.b64773d94646c0e78c3606a52dc45ee5.png

 

 

CVCorrector2.asc

Edited by ВитГо
Link to comment
Share on other sites

5 часов назад, ВитГо сказал:

что при шунте в 0.1 ома приводит к тому что даже при токе 3 ампера - измеренное  напряжение падения составит всего 0.3 вольта.

операционный усилитель может работать даже с микровольтами. поэтому 0,3 Вольта ему - это даже до фига.

5 часов назад, ВитГо сказал:

учитывая выходное напряжение ЦАП от 0 до 5 вольт все становится несколько печально

ничего печального - ставишь делитель и делишь до требуемых тебе 0,3 Вольта. и подаешь на усилитель ошибки.

весь мир так делает, а тебе не нравится ...

дополнительный усилитель с шунта носит свои погрешности и нестабильности, поэтому с усилителем всегда получится хуже, чем без усилителя.

усилитель с шунта нужен только для измерения тока микроконтроллером. для регулятора тока он вообще не нужен.

и для регулятора напряжения учет падения напряжения на шунте вообще не нужен.

шунт выносится "за скобки" - до общей точки схемы.

задающее напряжение подается относительно общей точки. а сколько упадет на шунте - регулятору напряжения по фигу.

и та же схема ПиДБП - наглядный пример правильного построения схемы и по току и по напряжению.

Мудрость приходит вместе с импотенцией...

Когда на русском форуме переходят на Вы, в реальной жизни начинают бить морду.

Link to comment
Share on other sites

18 минут назад, Starichok сказал:

0,3 Вольта

С большой (прописной) буквы пишутся обозначения в виде аббревиатур (0,3 В). Если оно написано полностью, то с малой (0,3 вольта). https://forum.cxem.net/index.php?/topic/235272-правила-написания-обозначений-единиц-измерений/

 

Я не раздаю рыбу. Я раздаю удочки.

ПРОСТОТА - ХУЖЕ ВОРОВСТВА!!!

Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...
 Share

  • Recently Browsing   0 members

    • No registered users viewing this page.
  • Сообщения


  • Термоклеевой пистолет

×
×
  • Create New...