avatar_Паяка

Вопросы по ШИМ-контроллерам (DC-DC, AC-DC)

Автор Паяка, 23 Июнь 2018 в 13:07

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Паяка

ШИМ-контроллеры в электротранспорте применяются широко: в драйверах светодиодных фар, зарядных устройствах, преобразователях высокого напряжения тяговой батареи в подходящее для бортового оборудования. Чтобы важные полезные сведения не терялись в других темах, загромождая их, предлагаю обсуждать теорию и практику применения ШИМ-контроллеров (кроме BLDC) здесь.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

Серик

#1

Паяка

#2
Цитата: AlexVel от 23 Июнь 2018 в 14:14а можно поподробнее для чайников - как перемотать трансформатор

Хороший вопрос. Думаю, ему тоже место в теме про ШИМ и импульсные преобразователи. Трансформатор для перемотки ещё разобрать надо, не сломав хрупкий феррит. Для этого требуется разъединить половинки магнитопровода. Чаще всего помогает варка трансформатора в чистой кипящей воде, (я так делаю), некоторые замачивают в ацетоне, в герметичной банке или пакете. Пакет не советую, т.к. современные пакеты пористые, будут испарения и даже утечки. И ацетон создаёт больше риска нарушить лак первичной обмотки, которую мы предполагаем оставить как была.

Хотя и тут не так просто. Первичная обмотка часто разделена на половины, первая из которых в глубине каркаса, а вторая поверх вторичной.

Когда варим трансформатор в старой ненужной кастрюле, обязательно обеспечиваем, чтобы он был полностью погружён в воду, и никакой частью, особенно магнитопроводом, не касался дна и стенок. Я кладу для этого на дно сложенную в несколько раз тряпку, некоторые подвешивают на проволоку, леску и т.п.

Вынимаем бережно из кипятка горячий трансформатор, и пытаемся аккуратно разъединить половины. Разумеется, жёлтый спецскотч мы сняли ещё до варки. Необходимы перчатки, причём не промокающие кухонные прихватки, а что-то вроде спилковых перчаток сварщика. И кладём остывать разъединённые половинки на сложенную в несколько слоёв тряпку, дабы исключить соприкосновение со столом или иной поверхностью, за счёт чего резкий перепад температуры может вызвать трещину магнитопровода.

Не теряем прокладки, если они есть между половинками для обеспечения требуемого зазора, для однотактного силового трансформатора и дросселя его соблюдение важно.

Если сердечник всё же треснул, не смертельно, можно склеить. Я пользуюсь медицинским клеем БФ-6, некоторые коллеги - цианоакрилат (циакрин, суперклей). Главное, чтобы клей был термостойким, потому каучуковый (Момент, Феникс) - не лучший вариант, а, например, теплопроводящий клей-компаунд или даже силиконовый "моторный" герметик годится.

Позже дополню.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

Паяка

#3
По просьбе уважаемого коллеги добавляю важную информацию.

Если сердечник сломался, то после склейки он всё же меняет свои характеристики из за введённого дополнительного зазора (трещины), и индуктивность намотки тоже изменится в меньшую сторону. Это надо иметь ввиду. И следует контролировать индуктивность первичной обмотки, и принимать меры, если отклонения достаточно велики.

Импульсный блок питания - сложная, точно рассчитанная и тонко настроенная система, нарушение любого из немалого числа ключевых параметров которой с высокой вероятностью ведёт к опасной аварии. Потому настоятельно рекомендую любые вмешательства в работающие от сети ИИП делать только при осознанной уверенности в том, что именно делаем.

На самом деле, ИИП даже ещё "страшнее", чем может показаться человеку несведущему. Дело в том, что на  накопительном конденсаторе вовсе не 220, а 311 вольт постоянного тока. А в других точках схемы может быть и все 800, иногда и того выше, вследствие ЭДС самоиндукции в обмотках. И все эти цепи отнюдь не слаботочные, для электротравмы или пожара их мощность вполне достаточна.


Это не значит, что надо убояться и отступить, но значит, что ничего нельзя делать на авось, особенно если собираемся создавать прибор, который после основательных испытаний будет какое-то время работать без нашего присмотра.

Тема импульсных преобразователей и, в частности, сетевых ИИП очень обширна, потому освещать ключевые моменты смогу постепенно, изредка и понемногу, когда буду находить время. Будет прекрасно, если коллеги включатся в дискуссию и добавят от себя то, что мной упущено.

Итак, сейчас обсуждаем силовой трансформатор. Он состоит из магнитопровода, характеризующегося материалом, формой, габаритами, каркаса, обмоток, межобмоточной изоляции. Нередко присутствует короткозамкнутый виток-экран из фольги, находящийся вокруг всего трансформатора, и ни в коем случае не внутри каркаса для снижения помех. Этот виток заземлён, причём определённым образом, в строго определённую точку ИИП, и если через конденсатор, то строго определённого (Y) типа.

Примем, что мы переделываем имеющийся блок питания. То есть, мы аккуратно выпаяли силовой трансформатор, сняли экран Фарадея (короткозамкнутый виток из фольги), жёлтый спецскотч, разъединили половины сердечника, (скорее всего, они Ш-образные) и добрались до каркаса с обмотками.

Первым делом, нам необходимо знать цоколёвку трансформатора, т.е. расположение и полярность, то есть направление каждой из обмоток, её начало и конец. Не ленимся всё зарисовывать, фотографировать, сверяться со схемами, если они есть. И если пользуемся схемой из Сети, надо убедиться, что она именно от ИИП той модификации, что у нас в руках.

Самой верхней обмоткой, которую мы начнём сматывать, окажется, скорее всего, увы, не вторичная, а половина первичной или, реже, обмотка самопитания ШИМ-контроллера.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

Vova_n

Цитата: WERAS от 15 Июль 2018 в 16:51Владимир,когда мы сможем увидеть этот?
Уже скоро, на днях буду собирать и испытывать.
Цитата: WERAS от 15 Июль 2018 в 17:09Допустим другой феррит
Естественно мои данные являются актуальными для аналогичного феррита, ссылку на БП с али экспресс я дал на тот же БП от того же производителя по этому для перемотки транса эти данные верны.
Про заполнение не совсем понял.. у меня всё вошло нормально первый слой если память не изменяет 18,5 витков влезло, дальше изоляция вторичка, далее изоляция выравнивающий слой картона вторая часть первички, изоляция и обмотка самопитания.
Зазор на центральном керне заводской 0,7-0,8мм. Если вы купили сердечник без зазора, то сначала делайте расчёт в программе она выдаст вам зазор и индуктивность, далее два варианта или точить сердечник или лучше сделать равномерный зазор введя подкладки с боков феррита.
Люди пишут, что величина такого зазора равна 1/2 расчётного, другие пишут, что величину подбирают контролируя индуктивность первичной обмотки и подгоняют её согласно расчётам.
Последнее считаю наиболее верным.

Паяка

Схема типичного хорошего ИИП на TL494. Впоследствии прокомментирую важные моменты.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

Паяка

Итак, вечная тема TL494. Посмотрим, как можно доработать вот эту схему от ув. [user]WERAS[/user].

Для регулировки коэффициента заполнения ШИМ микросхема предоставляет нам два встроенных усилителя ошибки, из них второй (выводы 15-16) заглушен правильно: неинвертирующий (+) вход на землю (общая шина контроллера), инвертирующий (-) - на опорные 5В. Благодаря чему, этот операционный усилитель, находясь в режиме компаратора, зафиксирован в состоянии низкого уровня на выходе, и никак не влияет на работу контроллера и схемы.


Вход (-), он же нога 2, первого усилителя ошибки подключен к делителю R13R14, в средней точке которого установлено напряжение 5V/2 = 2.5В. Кроме того, туда же подаётся управляющий сигнал в виде тока смещения с микроконтроллера.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

Паяка

На неинвертирующий вход (нога 1) подаётся напряжение с делителя R18R17, равное четверти выходного. В итоге, контроллер будет поддерживать коэффициент заполнения ШИМ такой, чтобы напряжения на ножках 1 и 2 были равны.

Если к входу управления с МК ничего не подключено, (высокоимпедансное состояние Hi-Z, вывод МК в режиме входа), на выходе ИИП будет 2.5*4 = 10В.

Если на выходе МК низкий логический уровень, всё зависит от того, как он реализован. Биполярный выходной каскад, если только он не снабжён специальными средствами "дотягивания" до нуля, (характерными для операционных усилителей, тех же LM324 и LM358, но не логических схем), даст на выходе порядка 0.5 вольта, что приведёт к 2 вольтам на выходе ИИП. Но современные МК имеют выходы на полевых транзисторах, и таковой успешно просадит делитель со 100-килоомными плечами в ноль. Потому можно считать, что при логическом 0 на выходе МК силовой преобразователь заглушен.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

Паяка

#8
Прежде чем смотреть, что будет при высоком логическом уровне, убедимся в диапазоне входных напряжений усилителей ошибки, обратившись к справочному листку.

Итак, несмотря на то, что на выходе усилителей ошибки напряжение может быть лишь до 5 вольт, на входах допускается от -0.3 до Uпит-2. Напряжение питания контроллера у нас 12 вольт с дежурки, потому на входы можно подавать от -0.3 до 10В.

При логической единице 3.3В стабилизация или ограничение выходного напряжения будет на уровне 13,2В, при 5В соответственно 20В. Ток и мощность в данном ИИП никак не ограничиваются, потому вся устойчивость и безопасность работы системы зависит от АКБ и микроконтроллера, включающего, выключающего и регулирующего ШИМ-модуляцию в зависимости от параметров напряжения на батарее.

Если АКБ будет брать слишком большие ток и мощность, силовые элементы преобразователя этому не порадуются. В отличие от, например, однотактных ИИП (обратноходов и прямоходов), на UC384x, NCP120x и т.д., отслеживающих ток первичного ключа (current mode control), а также квазирезонансных контроллеров, следящих за намагниченностью сердечника дроссель-трансформатора, классика на TL494 нуждается в нормировании тока, мощности и/или нагрева.

Потому, боюсь, без дополнительного контроля тока, хотя бы защиты "режимом икоты", классика TL494 для моргалки с адаптивной ОС только по напряжению не подходит, в отличие от упомянутых однотактных, а также более сложных двухтактных ИИП.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

Паяка

Например в этой, широчайше распространённой схеме надёжного ИИП, защитная ОС по току реализована как раз режимом "икоты".

При превышении выходного тока, вызванное им падение напряжения на защитном шунте J1J2 превышает напряжение в средней точке делителя R35R36, равное 45 милливольтам, перебрасывает компаратор на втором усилителе ошибки в высокий уровень, тем самым заглушая преобразователь на некоторое время. ИИП "икает". 45мВ будет на одномиллиомном шунте при токе 45А. Это пиковый ток, при котором срабатывает защита.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

WERAS

 Всем доброго вечера! Спасибо Паяка! Один вопрос. Обычно на комповском Б/п  выходом трансе во вторичке до диодов стоит RCцепочка-Везде! Как понимаю будет лучше его убрать и поставить как у вас на выходных диодах, так! Интересно если  в таком плане выбросы гасятся лучше,то получается китайцы просто  зажали 1 резюк и кондер и вся экономика производителя?

Паяка

#11
[user]WERAS[/user], пожалуйста! Лично мне больше нравится отдельная снабберная цепочка для каждого диода. Особенно с учётом того, что в компьютере максимум потребления по 5 и 3.3В, то есть, линиям, где особого перенапряжения на диодах нет. А в ЗУ вся мощь по 12-вольтовой линии, ещё и "разогнанной" по напряжению до 15В и даже выше. Не поскупиться на снабберы каждому диоду резонно, тем более, что диодов всего 2.
А китайцы в ATX БП, думаю, экономят не столько дешёвые детальки, сколько место на плате, ими занимаемое.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

Паяка

Схема, чтобы не листать
Далее, к выводам 5 и 6 подключаются соответственно времязадающие конденсатор и резистор. В рассматриваемой схеме это C13 1500 пФ = 1.5 нФ и R16 18 кОм. Постоянная времени состоящей из них цепочки равна их произведению 27 мкс, что определяет частоту задающего генератора 37 кГц. Т.к. ИИП двухтактный, выходная частота будет равняться половине опорной, 18,5 кГц. Она лежит в обычном классическом диапазоне для таких блоков питания.

Теперь подходим к интересным и важным моментам. Конденсатор C12 нужен для частотной компенсации первого усилителя ошибки. Будучи включенным между выходом и инвертирующим входом, он создаёт отрицательную обратную связь по высокой частоте, превращая усилитель в активный фильтр низких частот, что нужно для сглаживания характеристики обратной связи ИИП по напряжению. Обычно в таких ИИП ставится конденсатор на 10 нанофарад (маркировка 103), однако в некоторых случаях его номинал повышается вплоть до 10 нФ = 0.1 мкФ (маркировка 104).

Резистор со звёздочкой последовательно с C12 нужен для снижения добротности образующейся колебательной системы, чтобы переходные процессы в ОС были затухающими, и по возможности апериодическими. Это важно для стабильности работы преобразователя, и особенно для снижения пульсаций на выходе (для моргалки неактуально). Типичный диапазон номиналов этого резистора - от 27 до 47 килоом, в данном случае должен подойти от 10 до 51 кОм, скорее 10.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

Паяка

#13
[spoiler="Эталонная" схема][/spoiler]
Рассмотрим пример более грамотной компенсации рабочей ОС по напряжению, снова из моего (и не только) любимого ИИП. Первой её стадией является низкодобротная цепь R31C19R29, где конденсатор включен параллельно части верхнего плеча делителя. В нижнем плече стоит подстроечный резистор VR1 и ограничитель диапазона подстройки R30, и конденсатор C15 параллельно им. Наряду с уже рассмотренной RC-цепью в обратной связи усилителя ошибки, в общей сложности получается 3 ступени фильтрации. Это необходимо скорее для снижения пульсаций выходного напряжения и устойчивой работы на холостом ходу, которая в случае моргалки, управляемой от МК с отдельным питанием, неактуальна.

Итак, схему управляемого преобразователя от ув. коллеги [user]WERAS[/user] можно считать адекватной в качестве управляемой силовой части моргалки, при использовании резистора со звёздочкой от 10 до 51 кОм, (скорее от 10к до 22к), со следующими замечаниями. Не помешает установить по снабберной цепочке на каждый из диодов выходного выпрямителя. И категорически рекомендуется устроить регулировку или ограничение тока, иначе, в отличие от ИИП с токовым управлением, мы имеем все шансы получить светошумодымовой эффект.

ОС по току можно сделать, например, используя сниппет из схемы Бережка-Авто. На сдвоенном ОУ LM358 сделаны усилитель сигнала шунта и усилитель ошибки, внешний по отношению к TL494 и подключаемый по схеме монтажного ИЛИ к выходам встроенных усилителей ШИМ-контроллера и входу компаратора ошибки.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

Паяка

[user]WERAS[/user], ОС по напряжению (на ногу 1) толком не скомпенсирована. Зато в дежурке огромный запас мощности! :-)

Вот пример хорошей компенсации ОС. 

Второй усилитель ошибки (ноги 15-16) здесь используется для защиты по току (режим "икоты"). Если это не нужно, можно оставить усилитель заглушенным, как у вас. Сделать на нём рабочий стабилизатор тока (наряду со стабилизатором/ ограничителем напряжения) проблематично, т.к. оба усилителя имеют один выход, на ногу 3, к тому же, специфический, однотактный. Зато можно подавать на эту ногу соответствующим образом обработанные сигналы обратной связи и управления с внешних узлов. (Как сделано в моём ЗУ, в ЛБП и ЗУ Старичка и его коллег).

Одна из ключевых вещей в понимании любых импульсных преобразователей и регуляторов - то, что регулируется не напряжение и не ток, а энергия во времени (мощность, переносимая электрическим зарядом), качаемая в реактивные элементы. То, как в выходной цепи эта энергия себя проявляет: напряжением, током, их соотношением, - и определяет характер обратных связей и характеристику источника.

Спойлер
Всё никак не возьмусь систематизировать и понятно оформить ключевые вопросы по популярным сетевым ИИП. Материалы и тут нужны, и коллеги с сайта мейкеров просят, всё некогда...

Добавлено 17 Сен. 2018 в 13:23

[user]WERAS[/user], в ближайшее время постараюсь изложить подробнее, а пока отмечу вот что, оно важно.

Обратная связь, обеспечивающая соблюдение уставки напряжения и/или тока, а также защита от перегрузки по току, или мощности, или перенапряжения, в преобразователе должна быть быстрой и максимально надёжной. Если замыкать петлю ОС через микроконтроллер, надо использовать его аппаратные средства: компараторы, логические ячейки, ОУ, схемы компенсации наклона/рампы, (есть в некоторых специализированных PIC и умных ШИМ-контроллерах от Microchip, и других производителей).

Но для программного регулирования совершенно необязательно замыкать петлю ОС через микроконтроллер! Можно сделать железную петлю ОС (что на Ваших схемах и сделано), и воздействовать на неё, прилагая напряжение/ток смещения, с ШИМ или резистивного АЦП. Это прекрасное общепризнанное решение. Но необходимости хорошей компенсации ОС это не отменяет.

В схеме на прекрасном 60-килогерцовом NCP1200 компенсация есть, а на схеме с TL494 она, боюсь, недостаточная, что может вылиться в неприятные моменты.

Спойлер
А в моём серийном ЗУ на плате питания имеются встроенная ОС стабилизации напряжения, защита от превышения тока, плюс управление с внешнего аппаратного задатчика тока, расположенного вместе с рабочим шунтом на плате управления, и регулируемого смещением с МК. Всего 2 рабочие ОС и одна защитная, каждая скомпенсирована соответствующим образом. Силовой ключ-прерыватель зарядного воздействия на мосфетах - это ещё один узел, также с МК управляемый.

Схемотехника преобразователей мощности - не ноу-хау и не секрет, так что постараюсь популярно описать ключевые моменты и выложить на форуме, это очень пригодится.
GT TF1 60V 20Ah Chilwee DZF

WERAS

Доброго дня Паяка! Вот еще один ЗУ из комповского и + к нему пристроен моргалка.

К нему что либо требуется по ОС и защите?

WERAS

Все вместе не лезут,продолжу по одному посту. В разделе тини 13 был ссылка на защиту

Она лучше тем,что есть отдельный ферритовый колечко? Так  комповском ведь то же из средне точки то же идет 2 витка на транс расскачки и средней точки низкой стороны берут на защиту.Его тоже многие делали и делали КЗ на выходе и работало.А у того товарища который полиз силовики при настройке защиты ,похоже что были проблемы с самим Б/П.

Добавлено 17 Сен 2018 в 15:31

А эту во обще обожают как супер от КЗ


Добавлено 17 Сен. 2018 в 15:34

А как же мне быть на Меге16  по ОС и защитой? Жалко же выбросить. Не нарисуете куда что лепить?

может разорвать 15 и 16 ногу и туда что либо?