Digitální regulovatelný zdroj

[misocko]

Existuju high side switche. Ci uz s integrovanym mosfetom alebo len IO kde mosfet pridas. Pohladaj
Tak ako si to predstavujes, to fungovat nemoze. Musel by si mat oddelene napajanie pre G mosfetu.

[DanielK]

Koukal jsem na ty high side switche. Seřadil jsem je od nejměnšího odporu v sepnutém stavu, a pár jich náhodně vybral. Zjistil jsem, že v dataseetech se psalo: u některých bylo malé VCC, minimální VCC, R při vypnutém stavu, nevhodné pro proměnné VCC. Takže zůstanu u toho relé.

Ještě mám dotaz ohledně těch zemí, v čem je problém pokud se špatně rozdělí?

[Andrej152]

ako tu citam co sa riesi ohladom zdroja neda mi to napisat

tiez pracujem na takom zdroji, a velmi som sa inspiroval tymto tu :

https://www.eevblog.com/forum/projects/ ... u-0-50v3a/

presnejesie jeho druhym navrhom kde je spinany predregulator a linearny mosfetovy zdroj na jednej doske

viacmenej vystupnu cast schemy som si "okopiroval" a upravil aby mi sedela, spinany predregulator som nepouzil ale pouzil som dva mostiky a tiaky kde spinam odbocky tak ako napr rigolacky trojkanalovy zdroj. zatial som v stadiu polovicne osadenych dps, kedy sa k tomu opet dostanem to neviem..

[balki]

Nová stránka, to sa tu dejú veci

Ale k veci...

Tak spínání výstupu pomocí mosfetu vzdávám, strávil jsem dost času v simulátorech bez úspěchu. Cracknutá verze multisimu se chová spíš jako náhodný generátor čísel. A v TINA-TI se nenachází optočlen. Fukční stav se mi podařilo navodit, problémem je pokud napětí klesne cca pod 5V, spínání tranzistoru přestává úplně fungovat.

Nič nie je stratené, všetko vyriešime.
Čo sa týka Multisimu, nie je to také zlé. Má svoje muchy, ale jednoduché lineárne obvody fungujú skvele. Asi to bude tým crackom

Ten Mosfet sa samozrejme dá použiť v oboch vodivostiach. S P-FET to ide tiež, ale chce to trochu komplikovanejšie riešenie. Tých riešení je niekoľko.
- Najjednoduchšie riešenie odpájania záťaže je s použitím N-FET. Riadenie cez MCU bude triviálne. Zopínať budeš minus pol zdroja na zem. Fungovať to v princípe bude rovnako ako s P-fetom.
- Ak chceš nutne P-FET, potom sa to dá tiež a to mnohými spôsobmi ale nikdy to nebude tak jednoduché ako s P-FET. Jedno riešenie je využiť -5V zdroj a cez zopár tranzistorov to riadiť. Ak chceš môžem ti to nakresliť.
- Obe verzie s P/N fetom sa budú správať rovnako. Obe budú fungovať ale pri N bude na kladnej svorke zdroja napätie. Ak nič nebude na sekundári uzemnené, nič sa nestane ak niekto na + svorku niečo pripojí.
- Obe verzie s P/N fetom majú samozrejme aj svoje principiálne nevýhody. Tá najvážnejšia je, ak niekto na výstup zdroja pripojí externé napätie väčšie ako 30V. Vtedy sa uplatní vnútorná dioda fetu a zrazu je z nevodivého prvku dokonale vodivý. Ak sa ale nepredpokladá, že na výstup niekto pripojí zdroj, riešiť to nemusíš a je hotovo. Mnohé drahé zdroje to tiež neriešia.
- Ak to chceš mať úplne dokonalé aj tieto problémy sa dajú tiež vyriešiť. Najjednoduchšie je použiť relé, ale to je historická záležitosť. Existuje však jedno zapojenie s dvomi MOS-fetmi ktoré umožňuje zopínať na akomkoľvek potenciáli AC prúd s minimálnym úbytkom, daným len Rds_on fetmi. Ak chceš nakreslím ti aj to.
- Načo sa ale trápiť vecami ktoré "nikdy" nenastanú, myslím tým, či je vôbec nutné tam nejaké vypínanie mať. Ja som zdrojov postavil už mnoho a 98% prípadov som to nepotreboval. Skôr by som sa zamyslel ako pri vypnutí zdroja (to sa urobí elektronicky nastavením U na 0V) dosiahnuť na výstupe okamžite 0V. Myslím tým prípad kedy napájaš veľmi veľkú kapacitu. Vtedy ak vypneš elektronicky (ale aj cez tie fety) na výstupe bude stále napätie a to zo záťaže. Nie že by som ťa na to nahováral, ale niektoré profi zdroje majú aj takúto možnosť. Oni pri vypnutí výstupu, skratnú cez malú impedanciu + a - svorku fetom aby vybili prípadnú kapacitu záťaže. To len pre info. Osobne túto funkciu veľmi nemám rád.
- A nakoniec tie zeme. Áno je to dosť dôležité najmä aby si si analógovými zemnými slučkami , cez ktoré tečú rôzne rušivé prúdy, nerozhodil digitálnu časť a to MCU ktoré je veľmi citlivé. Robí sa to fyzickým oddelením oboch zemí a následným spojením v jednom bode. Cez tento zemný bod samozrejme prúd prechádza a to napájací ale nedôjde k uzavretej slučke výstupného prúdu, ktorý by mohol vyvolať rušenie a tým výpadok programu.

[DanielK]

Obvykle hledám chybu nejdříve u sebe, ale když jsem nakreslil do Tiny i Multisimu stejný obvod a výstupní hodnoty byly jiné, tak jsem ztratil důvěru.

řešení s N-FET je mi jasné, ale přináší to pár komplikací. V případě, že budu chcít ke zdroji dodat ještě jeden malý zdroj s pevným napětím, který bude na stejné zemi. Nastane problém při odpojení zátěže. Na + svoce se bude proti druhému zdroji nacházet rozdíl těch dvou napětí.

Pokud to nakreslíš budu rád.

U mého prvního zdroje jsem žádné vypínání zátěže neměl, vytáhl jem svorku pokaždé, když jsem chtěl regulovat napětí. Pak jsem tam přidělal páčkový vypínač (3A) to byl neskutečný pokrok. Jenže po pár letech se to projevilo na kontaktech, tak jsem tam dal relé Finder proklemovaný 2x spínací kontakt, úbytek napětí na kontaktech na zdroj amaterského použití super. Taky chci možnost, aby se to samo vyplo, pokud se přehřeje poddimenzovaný chladič.

Jak to tedy provést s tou zemí u těch DAC a ADC převodníků, má tam být zem "digitální" nebo "analogová"?

Začal jsem kreslit. Zatím nic moc, chce to ješte péči.

[balki]

Každý simulátor má svoje špecifiká, NI je ale klasika a ak máš obvod korektne (matematicky) správne nakreslený bude dávať správne výsledky. Simulátor celý obvod prekladá do diferenciálnych rovníc, modely prvkov nahrádza matematickým popisom a tam môže urobiť problém. Preto používaj len overené modely alebo virtuálne prvky.

V tom prípade by sa ti hodilo skôr to skratovanie výstupu ako u profi zdrojov, a nie úplný open.

Ale pre úplnosť prikladám spínanie toho P mosu. Len kvôli tebe som opäť zapol Multisim, aby si videl, ako to aj tam funguje

[balki]

Ešte som ti na rýchlo nakreslil ten "dokonalý" AC switch ktorý tvoj výstup úplne odpojí. Potom tam už môžeš na výstup zapojiť hoci čo a nič sa nestane.
Upravil som ti to z môjho projektu kde to používam tiež, ale v za iným účelom.

No a k tým zemiam, to je na dlhšie. Najskôr si ich v schémach správne pomenuj (tak ako ja na obrázku) a potom ich na doske kresli osobitne. Neskôr ich spojíš v jednom bode.

Doplnil som ti náhľad ako som to urobil ja v mojom projekte. Použil som v schéme prvok NetTie a tým som prepojil AGND a DGND. V PCB ti DRC nebude vyhadzovať problém. Dá sa to ale aj inými spôsobmi. Robil som to aj inak, ale toto je pekné aj v schéme lebo jasne vidieť delenie zeme.

[pajky]

Cau, nejaky takyto zdros sme tu riesili 2ja, skus pohladat, jedna tema je moja a jedna neviem, balky si mozno bude pamatat.
Neviem ci je tam co hladas, ale mozes kuk.
Ja uz asi a to kaslem, neni cas a kupil som celkom slusne zdroje..
Tam pri pripojenom kondiku a vypnuti vystupu kondik vybije. A to je tak 60 000u/40v.. Ked sa pozabudnem. Neviem ci mu to robi dobre, resp je na to stavany..

Balky, vidim ze si profik, preco neskusis/nedas nejaky zdroj?
Ak su v tom prachy, tak jasne... Know how je tvoje..

Ja by som navrhol nieco lacne a vysoko vykonne na lacnych suciastkach. Samozrejme vramci ceny sa to az tak neda, ale..

No a jasne, jeden projekt komplet tu bol v clankoch zverejneny, ale cena..

[DanielK]

Díky za ty schémata, zkoušel jsem ten NI ještě jednou a cyba je na mém přijímači (ve mě), bouhužel jsem si to neukládal, takže nevím, kde jsem celou dobu dělal chybu

Rozdělil jsem ty země, ale nejsm si jistý u těch převodníků, respektive u toho AD se nabízí VSS připojit k DGND, vstupy jsou Vin+ a Vin-, který je připojený k AGND
Ale u DA je zem pouze jedna a to VSS. Píšeš že by to mohlo dělat problém MCU, tak předpokládám, že ta zem by měla být DGND. Je to tak?

[balki]

S tým NI by som predpokladal, že si mal zlý model a na ňom ti to skapalo.

Zeme sú skoro dobre. Opraviť treba:
- Analógová referencia je v princípe analógová a teda musí mať aj analógovú zem.
- Ďalej všetky zdroje slúžiace na napájane analógových regulačných obvodov tiež musia mať svoju analógovú zem. Tzn. určite -5V.
- Zdroj +5V napája oba obvody kvôli jednoduchosti, tzn. že je tam teraz určitá nerozhodnosť. Riešením v tomto prípade musí byť kompromis. Potup pri určovaní príčin rušenia:
Obvykle MCU má chaotické nízkofrekvenčné odbery, na ktorých je namodulovaná VF zložka či už z CLK alebo digitálnych zberníc. Preto takéto obvod by nebolo dobré pripájať na AGND, pretože by práve toto rušenie mohlo spôsobiť zmeny meraných veličín v časti AGND. Ďalej vetva +5V v AGND napája len OZ, teda prvky ktoré majú obvykle ustálené odbery. A teda je rozumné aby si zdroj +5V nechal na DGND a z jeho výstupu oddelil vetvu pre napájanie analógových obvodov. Túto vetvu teraz treba zbaviť rušenia a to sa urobí PI článkom (C-L-C). Výsledkom bude čiastočne odrušené napájanie citlivých anal. obvodov.
- Ďalej je tu tiež určitá nejednoznačnosť z pohľadu určenia polohy jednoduchého (nesymetrického) DAC nakoľko má len jenu zem. Tu nám opäť pomôže zhodnotenie vplyvov rušenia. Už z princípu DAC napája Vref ktorá je analógová a teda mal by byť tiež AGND. Ak ho pripojíme na AGND, rušenie so zbernice I2C nám môže rušiť analog. merania. Tu treba tiež urobiť kompromis, a zhodnotiť, že rušenie dátovej linky má spektrum mnohonásobne vyššie ako analógová spätná väzba. Ďalej amplitúda takéhoto rušenia má len malú hodnotu preto sa jedná len o krátkodobé zápisy, celý čas budú DAC v nečinnosti. A ešte je tu fakt, že I2C ktorá pôjde vo vnútornej vrstve bude veľmi slabým zdrojom rušenia. Preto sa s týmto riešením dá uspokojiť.

Takýto postup riešenia problémov s delením zeme sa dá rovnako uplatniť pri akomkoľvek projekte. Vždy je nutné správne vyhodnotiť zdroje a účinky rušenia z oboch smerov a vytvoriť kompromis, ktorý ušetrí peniaze pri rovnakých výsledných parametroch

Pri zložitých projektoch sa tejto nejednoznačnosti vývojár vždy vyhne a od samého začiatku sa projekt rieši s dvomi ale aj 4 rôznymi zemami. Potom sa na DPS optimalizuje ich poloha a správne zemnenie. Ale pri takto jednoduchom zdroji sa dá pokojne s kompromisom uspokojiť.

[StefanST]

Zvážiť aj doplnenie "výkonovej" zeme, kadiaľ tečie vysoký prúd, či už pulzujúci do kond. C1, C2, alebo ustálený z výstupu zdroja.
Alternatívne, zakresliť do schémy zápornú napájaciu vetvu (tie 3 kúsky hrubej čiary čo tam je) neprerušovane od mínusového vstupu napájania cez mínus-póly kondenzátorov C1,2 na mínusový výstup zdroja. S prizemnením k AGND pravdepodobne na výstupe zdroja.

[DanielK]

Doplnil jsem rozdělení zemí a kladného napájení.

Ten C-L-C filtr by měl být na jakou frekvenci?

Výkonovou zem bude také nutné oddělit od ostatních resp od AGND?

[jenda23]

Spání výstupu FETem je blbost, použij relé. Sice relativně pomalé, ale to nemá sloužit pro ochrany. Navíc P FET vykazuje poměrně vysoký RDSon což by zdroji dalo značně měkký charakter, obzvlášť když zpětná vazba je před ním. Navíc mi chybí kompenzace proudového diferáku. Co se týče snímání proudu zkus uvažovat nad nízkým a vysokým rozsahem, tj dva bočníky přepínané multiplexerem, tak jak to mívají vyřešení kvalitnější zdroje. 10uF na výstupu je docela nášup, zkus to stáhnout na 2u2 aspoň. Jako rychlá ochrana před vysokým zpětným napětím se používá tyristorová ochrana na výstupu.

[balki]

DanielK

Útlm filtra by mal byť ideálne najväčší na rušiacej frekvencií. Nakoľko rušenie je spektrum harmonických, nepoužije sa obyčajný DP filter. Teoreticky s rastúcou frekv. útlm klesá, ale zas od nejakej frekvencií opäť pozvolna rastie cez MHz, kvôli reálnym prvkom. To ťa ale nemusí veľmi zaujímať.

Medzná frekvencia (ak sa vôbec tak dá nazvať) nie je kritická. Pokojne zvoľ fc=fr/10. Keď sa jedná len o rušenie z dát tie odstrániš dostatočne už pri fc10kHz, čiže 2x22uF a 33uH.

Prepojenie AGND a DGND cievkou 2.2mH nie je šťastné riešenie. Bod prepojenia vôbec nemusí byť cez nejaký komponent. Ak už, tak cez SMD tlmivku s nH. Bod spojenia použi zemný polygón v mieste napájacieho zdroja. DPS zvoľ aspoň 2 vrstvovú. (Prakticky, čím viac vrstiev tým lepšie.)

Ked si už použil filter pre 5VA použi rovnaký aj pre -5VA nech už je to úplné.

StefanST súhlasím, môže použiť aj toto pravidlo.

[JohnnyElektro]

Ja som si len vsimol 10k odpor posielujuci prud na kolektor ako jedina brana, a tam privedeny gate. Pri 10 V taky odpor dava 1mA. Je to v poriadku?

[balki]

JohnnyElektro napriek tomu, že to je veľmi jednoduché, je to úplne v poriadku.

- Tvoj prúd 1mA je len nič nehovoriace číslo, ktoré si dostal podielom čísel 10V/10k.
- Prúd rezistorom 10k je daný prúdovým zdrojom, ktorý tvorí NPN tranzistor a 1k rezistor. Tento zdroj má hodnotu približne 500uA. Čiže konštanta 10V tam nehrá žiadnu úlohu.
- Prúdový zdroj je zvolený úmyselne, nato aby sa riadiace napätie nemenilo v závislosti od vystaveného výstupného napätia zdroja. Čiže ak niekto nastaví Uout na 1V bude sa fet riadiť rovnako dobre ako pri 30V. Tým je zabezpečené ideálne DC spínanie. Ak by tam prúdový zdroj nebol, celé by sa to pokazilo. Riadiace napätie by plávalo a strata na NPN by bola veľká pri veľkom Uout. Ďalej by bolo treba chrániť Vgs proti prepätiu.
- Prúd DC do gate je vždy rovný 0. Fet je riadený poľom a je teda v princípe jedno aký prúd tečie rezistorom.
- FET je v statickom režime a teda jeho driver nemusí splňovať žiadne špecifické požiadavky na rýchlosť a riadiaci impulzný prúd. Ale aj pri takomto jednoduchom riadení, je čas zopnutia hlboko pod 1ms.
- Nakoľko je riadenie FETu viazané na výstup, zvolil som hodnotu 500uA nato aby takýto prúd vytvoril na 10k riadiace napätie 5V, ktoré dokonale postačuje na zopnutie fetu. Čiže, riadenie fetu (ktoré potrebuje 500uA) nebude veľmi vplývať na nastavený výstupný prúd. Ak by niekomu vadilo aj tak málo ako 500uA, vždy sa to dá bez problémov softvérovo nakalibrovať.

[DanielK]

Použití relé se tu už probíralo, v datasheetech jsem našel, že relé může mít odpor na kontektech až 100mΩ u dažších kusů byla hodnota až 30mΩ. PMOS SUD50P04 má odpor v sepnutém stavu max 11mΩ.

chybí kompenzace proudového diferáku

tím je myšlena kompenzace pro LMP8640?

Ty proudové rozsahy by sloužily jen k měření proudu? pokud ano tak při 15bit AD převodníku s maximálně 1A na výstupu je krok 31uA pokud to dobře počítám. Pokud by to mělo sloužit i pro invertující vstup OZ, tak při 1mA je napětí pro OZ 2mV je to až příliž nízká hodnota?

DPS může být maximálně oboustraná, tak abych byl schopen vyrobit prototyp v domácích podmínkách.

[DanielK]

Zkoušel jsem simulovat analogovou část s použitím osciloskopu, a měli ste pravdu bez kompenzace to kmitá.
Jen je mi divné, že v ostatních podobných zapojeních mají tu kompenzaci desítky nebo stovky pF, mě to vychází na desítky nF, R15 a R21 jsem zvětšil na 1k, C18 mi vychází na 33n a C15 na 68n. Je to vpořádku nebo je někde chyba?

[DanielK]

kmitání jsem se zbavil (snad) vhodnou kombinací rezistrů a kondenzátorů, ale obvod má pokles napětí v CV režimu při odpojování a připojování zátěže (100R) o cca 60mV. Kde by mohl být problém?

VM1: Výstup zdroje před mosfetem
VM2: MCU pin ovládající odpojování zátěže
VM3: Napájecí napětí

[balki]

V každej regulovanej sústave je podmienka stability dôležitá.
Veľkosti hodnôt RC konštánt nie sú obmedzené. Všetko závisí od regulovanej sústavy a jej komponentov.
Obvykle pre DC zdroje je to, niekoľko pF až jednotky nF. U iných typov zdrojov to môže byť až stovky nF.

Stabilita zapojenia je len časť návrhu. To sa urobí obvykle veľmi ľahko - veľakrát aj skusmo.
Potom ostáva náročnejšia úloha, a to doladenie RC prvkov pre najrýchlejšiu zmenu parametra (U a I) - odozva na skokovú zmenu výstupného odporu, alebo úplne najhoršie prípady: odpojenie maximálnej záťaže a skrat na výstupe pri ľahkom zaťažení. Tieto Stavy budú vznikať veľmi často, preto im treba venovať pozornosť.

Hľadaný parameter je teda stabilita a druhý je prekmit (nábeh-dobeh) napätia a prúdu pri danej skokovej zmene.

Ako testovací signál sa používa úmyselne impulz, aby sa zistilo ako si zdroj vie poradiť s množstvom harmonických ktoré musí regulátor správne filtrovať. V tvojom prípade je vstupný parameter impulzná zmena výstupného odporu.
- Pre U použi 15V ako stred regulačnej výchylky a skokovo meň Rz.
- Pre I použi stred maximálneho prúdu 500mA.
- Pri týchto podmienkach musíš nájsť hodnoty RC prvkov také aby zdroj reagoval na tieto zmeny najrýchlejšie ako to ide a teda mal najmenšie prekmity U a I.
- Zistíš, že táto úloha nie je ľahká i keď vieš ktorý prvok má na čo vplyv. Vysoká rýchlosť pomáha pri znížení prekmitov ale zas je veľmi náchylný na rozkmitanie. Naopak veľmi utlmený regulátor má minimálne prekmity ale je zas veľmi pomalý.
- V simulátore urobíš všetko preto aby si s danými sim. modelmi získal najlepšie výsledky. Chce to samozrejme nejaké skúsenosti. Z praxe sa s tým netreba veľmi trápiť v simulátore, pretože v reále to je zas iné.

Horšie to je, ak nemáš v simulátore žiadne podobné modely. Potom ti ostáva jedine reálne meranie na prototype a na osciloskope nájsť správne hodnoty. Nie je to však žiadna veda len to chce prax.

K poslednému:
100R nie je veľká zmena prúdu, regulátor musí udržať výstupné napätie samozrejme na niekoľko mV. Regulačný opamp má veľký zisk, ktorý zaručí, že táto podmienka bude splnená. Ak to tak nie je, je obvykle problém s tým, že zle meriaš výstupné U, alebo sa mení pri zaťažení referenčné napätie. V simulátore to nerieš, zmeraj to v reálnom zapojení. Verím, že tam to bude dokonale fungovať. Ak nie, potom napíš, a veľmi rýchlo prídeme na problém.

Ešte dobrá rada:
V simulátore nerieš a nemodeluj výstupný mosfet a ani meranie prúdu a napätia. Regulátor U rieš s odpojeným regulátorom I a naopak. Ušetríš si veľa možných problémov. V reále daj snímanie napätia až za mosfet.