Digitální regulovatelný zdroj

Pomoc v oblasti výkonovej elektroniky (zdroje, nabíjačky, meniče a pod.)

Moderátori: mirosne, Moderátori

Charon
Okoloidúci
Okoloidúci
Príspevky: 46
Dátum registrácie: 22 Jún 2018, 13:15

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa Charon » 13 Jan 2021, 19:31

balki napísal:
09 Jan 2021, 15:48
...
Čiže:
a) vychádzať z ich vnútornej blokovej schémy a celé si to navrhnúť sám
b) alebo použiješ štandardné zapojenie dif. OZ s tým že k nemu ešte pridáš ďalší OZ aby si pridal zisk.
c) alebo si uvedomíš, že obe vyššie spomínané riešenia majú svoje nevýhody a učiníš rozhodnutie, že meranie nepotrebuješ na High-Side strane. Ak sa s tým vieš zmieriť (čo ti odporúčam) potom môžeš nízko-šumovo a jednoducho prúd merať na zemnom potenciály. Preto som ti už dávnejšie radil, aby si použil diferenčné meranie výstupného U, ktoré sa pri tomto meraní I javí ako ideálne riešenie.
Výběr kudy se dát mi připadá jednoznačný. Pokud se podívám na nabídnuté varianty tak za:
a) Stavět něco co je komerčně vyráběné je cesta do pekel. Jako odstrašující příklad si pamatuji stavbu OZ MAA501 z diskrétních součástek a následně naměřené parametry.
b) Lákavá cesta, tím spíš že jí mam nakreslenou jako předskokana toho co jsem prezentoval na analog-cast016_aa.png. Jenže už tehdy se mi nelíbilo mít na výstupu OZ 0,016mV až 80mV (pro proud odporem R2 = 1mA až 5A). Variantu na zvýšení napájení +5V na vyšší pomocí měniče jsem zavrhnul pro rušení a tak bych musel dát druhý OZ, oba dva by musely být lepší než OP07 a ještě bych se potýkal s rušením.
c) Tudy se chci dát, nevidím důvod proč trvat na měření proudu na High-Side straně. Zakresleno do analog-cast017.png
  • - vadilo by nechat zem AGND na výstupní svorce? Znamenalo by to negativum, že napájecí napětí se mění podle odebíraného proudu, tj. podle napětí na odporu R2. Těch max 0,5V by ale nemělo být problém. Za to by IC6 mohl mít „+“ na zemi (invertující zapojení OZ) a nevznikala by chyba v měření proudu v důsledku proudu přes odpory R33 a R35.
    - Asi je správnější umístit zem tak jak je zakreslena, tj. před R2. Odpory kolem IC6 jsem zvolil na základě požadovaného zesílení.
Popis změn mezi analog-cast016aa.png na analog-cast017.png:
1) Přesunut odpor R2 a změněna hodnota na 0,1 Ohm
2) AGND už není na výstupní svorce zdroje, zůstává na vstupní svorce analogové části
3) Zrušena odporová sít a IC6 pro měření proudu na High-Side straně
4) Měření proudu je realizované na Low-Side straně pomocí IC6

analog-cast017.png
analog-cast017.png
OP07 má podle katalogu Input Offset Voltage <= 0,17mV (typicky 0,06mV) což je srovnatelné s minimálním měřeným napětím na R2, pro 1mA na odporu je 0,1 mV. A tady vzniká další otázka, jaké katalogové parametry si hlídat a jaký odstup při návrhu s OZ pro měření v uvedeném zapojení dodržet. Činitel potlačení souhlasného signálu CMR je uváděné typicky 120dB (min 97dB pro +-13V napájení)

Zatim neřeším, že DA převodníky jsou 12bit a AD nejspíš budou 10bit. Jde mi o to co lze s OP07 realizovat v analogové části bez ohledu na převodníky.
0
Naposledy upravil/-a Charon v 14 Jan 2021, 15:20, upravené celkom 1 krát.

Používateľov profilový obrázok
balki
Zaslúžilý člen
Zaslúžilý člen
Príspevky: 1480
Dátum registrácie: 09 Jan 2007, 00:00
Bydlisko: Bratislava

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa balki » 13 Jan 2021, 19:51

DanielK
1. Problém v kompenzácií:
Kompenzačné kapacity máš úplne zle. Už keď vidím len prvú hodnotu R15 - 100R, tak viem, že to musí kmitať. Len to nevidíš, pretože pozeráš na výstup kde je nízka impedancia a ešte k tomu filter s výstupnou kapacitou.

Rada do budúcnosti:
Vždy musíš kontrolovať stabilitu kompenzácie na výstupe ERR_AMP. Pretože to je regulačná veličina podľa ktorej sa nastavuje výstup.

2. Prúdový mód zdroja (CC) je v princípe úplne iný ako CV. Z toho vyplýva že k návrhu takéhoto módu musí vývojár poznať rozdiely medzi nimi. Málokto tomuto dôsledku venuje pozornosť, pretože sa zameriavajú len na CV. Pri nedodržaní nastávajú problémy.
Z teórie obvodov vyplývajú niektoré odlišnosti:
A) Čiže ak má byť zdroj v tomto móde stabilný musí sa regulačný prvok správať ako vysoká impedancia.
B) Veľká výstupná kapacita na lineárnom zdroji spomaľuje reakciu spätnej väzby. To má za následok predĺženie časových prechodov (zvýšenie prekmitov) pri zmene výstupnej impedancie. Vždy je prechodový dej daný: tp=R*C konštantou, kde C je výst. kapacita.
C) Malý vnútorný odpor výstupného kondenzátora v prúdovom móde znižuje stabilitu zdroja.

Z tohto poznania vyplýva, že ako vývojár potrebuješ nájsť kompromis medzi Co-ESR(Co)-tp, tak aby zdroj bol za každých podmienok stabilný a mal malé prechodové amplitúdy, teda časy prechodov tp.

3. Ťažko mi je určiť tieto kompenzačné kapacity z hlavy. Ale ak ti mám pomôcť, vychádzal by som z týchto hodnôt:
R15: 4.7k - nikdy ho nemeň
R13: 0-1k - odporúčam 470R
R8: zatiaľ odpoj, potom sa pridá ak bude treba
R12: 1k-100K - kľúčový odpor, ten treba nájsť, začni na 10k
C15: kľúčový kapacitor, začni okolo 470pF, ideálne je ho mať čo najnižší.
C17: začni na s 1nF
C16: zrýchľuje spätnú väzbu ako derivačný člen, pozor na stabilitu. Nemal by byť väčší ako 1nF. Začni s 220pF.
0

Používateľov profilový obrázok
balki
Zaslúžilý člen
Zaslúžilý člen
Príspevky: 1480
Dátum registrácie: 09 Jan 2007, 00:00
Bydlisko: Bratislava

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa balki » 13 Jan 2021, 19:55

Charon
Rozhodol si sa dobre. Zajtra budem mať viac času pozriem sa na zapojenie ktoré si priložil.

Len narýchlo k OP07. Je to starý dobrý OZ, ale veľmi pomalý. Riešenie môže byť napr.: OP27.
0

Charon
Okoloidúci
Okoloidúci
Príspevky: 46
Dátum registrácie: 22 Jún 2018, 13:15

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa Charon » 14 Jan 2021, 13:06

Fajn balki, už se těším. OP27 je dobrý, jen jestli se musí dát všude nebo mohou jít někam i ty šuplíkový OP07.
0

Používateľov profilový obrázok
balki
Zaslúžilý člen
Zaslúžilý člen
Príspevky: 1480
Dátum registrácie: 09 Jan 2007, 00:00
Bydlisko: Bratislava

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa balki » 14 Jan 2021, 17:43

Charon

Tak že som si pozrel tú novú schému. Vyzerá to dobre, na zopár maličkostí.

- OP07 je veľmi pomalý opamp a preto sa do regulačnej slučky nehodí. Použi tam niečo ako OP27. Netvrdím že to s ním nepôjde, určite pôjde. Ale môžeš mať potom problémy. Operák OP07 je lacný a presný. Použiť ho môžeš všade tam kde je DC. Napríklad na buffer referencie, buffer meraných alebo regulačných veličín U a I.

- Zmenu Rshunt na 0.1R je ok, len potom treba mať na pamäti, že strata na ňom bude 2.5W. Samozrejme so stúpajúcou teplotou Rshunt bude trochu utekať výstupný prúd v CC mode. Pretože lacné výkonové rezistory majú dosť veľký temp. drift (ppm).

- Zisk prúdového OPAMP si použil 10 čo je ok, ale pokojne si mohol použiť aj 20. Potom by si shunt mohol mať polovičný a aj jeho stratu.

- Ďalej ako vidím si počítal že, Vref je 5V. To je zle, neviem čo ťa k tomu viedlo. Ja všade kde som prikladal schému som mal 2.5V. Napätie 5V je predsa napájanie, tam OZ nemôžu pracovať so vstupným signálom. Prepočítaj to na 2.5V pretože s takou hodnotou budeš predza porovnávať signály. Ak to urobíš na 2.5V potom Rshunt sa ti pri zisku 20 zníži na štvrtinu a to 0,025R. Čo je stále dobrá hodnota. Samozrejme zabudni na nejaké presné meranie 1mA. Už som písal, že by si potreboval prepínať shunty.

- Rezistor R7 si podľa potreby v reálne môžeš znížiť tak by boli trnazistory naplno otvorené keď treba.

- GND je správne tak ako si ju dal. Je to zem referencie aj OZ. Môže byť aj na výstupe ale to osobne neodporúčam. (I keď aj to je možné)

- kapacity C7 a C12 môžeš aj zvýšiť, vylepší sa pomer S/N. Potom odporúčam tieto signály posilniť bufferom pre vstup do ADC. Tam už môžeš pokojne použiť OP07, lebo sú to DC veličiny určené len na meranie a zobrazovanie, nie na riadenie.

- ostatné RC členy sa naladia na prototype.
0

Charon
Okoloidúci
Okoloidúci
Príspevky: 46
Dátum registrácie: 22 Jún 2018, 13:15

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa Charon » 14 Jan 2021, 21:12

@balki, díky, to zní nadějně. Rshunt rád stáhnu na 1/4 a ostatní upravím dle doporučení.

Na přepínání Rshunt bych se rád podíval, co to po obvodové stránce představuje.
Představa je, že stojí za to měřit a regulovat s nějakou přesností vztaženou k měřené hodnotě.To by vedlo na přepínání Rshunt. První myšlenka je mít Rshunt třeba 2,5 Ohm pro proudy kolem 1mA a k němu paralelně připojovat 0,0252525 Ohm pro proudy do 5A. To paralelní připojení dělat pomocí MOS tranzistoru. Samozřejmě, dodržet poměr přesně 1:100 (mít uvedené hodnoty odporu) je nereálný, spíš by šlo o to, aby byl poměr vždy stejný bez ohledu na teplotu a protékající proud. Další problém vidím jak zajistit, že se samotné přepnutí na výstupu neprojeví zhoupnutím při regulaci proudu, to jest v režimu prudového zdroje.

Je moje úvaha na přepínání Rshunt správná, nebo zcela mimo mísu?
0

Používateľov profilový obrázok
balki
Zaslúžilý člen
Zaslúžilý člen
Príspevky: 1480
Dátum registrácie: 09 Jan 2007, 00:00
Bydlisko: Bratislava

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa balki » 14 Jan 2021, 21:51

Charon

"Je moje úvaha na přepínání Rshunt správná, nebo zcela mimo mísu?"

Úvaha ako celok je dobrá, ale máš aj zbytočné obavy. Všetko sa dá pomerne jednoducho vyriešiť.
Zajtra ti napíšem viac, je to na dlhšie. Pretože pre toto riešenie treba upraviť niekoľko vecí aby to fungovalo spoľahlivo. Asi bude najlepšie keď ti to nakreslím, pretože sa nejedná len o tie shunty.
0

Charon
Okoloidúci
Okoloidúci
Príspevky: 46
Dátum registrácie: 22 Jún 2018, 13:15

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa Charon » 14 Jan 2021, 23:30

@balki, už se těším. Prosím, zvol formu prezentace tak, aby tě to co nejméně zatížilo.
0

Používateľov profilový obrázok
balki
Zaslúžilý člen
Zaslúžilý člen
Príspevky: 1480
Dátum registrácie: 09 Jan 2007, 00:00
Bydlisko: Bratislava

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa balki » 16 Jan 2021, 15:15

Charon

Popri iných veciach som si konečne našiel chvíľu, aby som ti to nakreslil.

Ako som už písal meranie nízkych prúdov sa dá urobiť dvomi spôsobmi:
1. Prepínaním zisku OZ.
2. Prepínaním shuntov.

Zmena zisku je jednoduché a ľahko implementovateľné riešenie. Z pohľadu merania je najlepšie riešenie prepínanie shuntu, pretože sa tu nevnáša šum pri veľkom zisku OZ. Samozrejme sa pri prepínaní shuntu veci komplikujú, a na prepínanie potrebuješ ideálny switch. Ja som použil MOS-FET ktorý má svoje limity, ale aj značné výhody oproti relé, ktoré prevažujú.

Jeho nedokonalosť je Rds_on a zvodový prúd, ktorý ale môžeme zanedbať pretože je rádovo nA-uA a my meriame 5A. Vnútorný odpor by sa dal pri takto jednoduchom zdroji zanedbať a väčšina by to aj urobila. Prečo sa ale budeme obmedzovať, keď sa aj to dá samozrejme vyriešiť. Keď to už raz kreslím, tak to nakreslím tak, ako by sa to malo urobiť, ak by sme to meranie chceli vylepšiť. Veď nakoniec tieto zapojenia tu ostanú a pomôžu aj iným.

V princípe sa dá podobných zapojení navrhnúť kopa. Ja som ti nakreslil tri, z ktorých sa dá vychádzať a upravovať ich.

Prvé riešenie A) je prepínanie shuntov.
Vylepšenia:
- Odpor Rds_on eliminuje elektronický switch ADG ktorý sa prepne do S2 a sníma napätie priamo na R3.
- Prepínač ADG má smozrejme aj svoj vnútorný odpor ktorý by sa dal zanedbať ale načo keď aj ten sa dá eliminovať a to pridaním vysokej vstupnej impedancie a to U3.
- Nakoľko meranie vždy odporúčam diferenčne, je použitý diferenčný OZ. Ten má samozrejme tiež svoje nevýhody a to prúd do rezistorov R1 a R7. To sa dá tiež vyriešiť pridaním oddelovača impedancie U1.
- Každý shunt raz môže zhorieť a preto je tam použitá ochranná dioda D1 ktorá sa pri meraní neuplatní. Aj ona má zvodový prúd a aj to sa dá vyriešiť ale to by som ti už veľmi komplikoval :D

Druhé riešenie B) je prepínanie zisku, v bežnom zdroji sa dá aj toto riešenie použiť bez väčších problémov. Aj tu U4 vylepšuje meranie ale pre jednoduchosť sa dá vypustiť. Treba si všimnúť že aj toto riešenie je najskôr diferenčné a poto msa mení zisk. Má to dosť veľkú výhodu pri meraní externe.

Tretie riešenie C) je najjednoduchšie ak sa správne navrhne DPS bude tiež spoľahlivo merať. Toto zapojenie OZ je ne-invertujúce a preto nepotrebuje prevodník impedancie. Jediná vec pri tomto zapojení je správne zemenenie meraných obvodov. Čiže v mieste shuntu.
Prílohy
Range_select_A.png
Range_select_B.png
Range_select_C.png
0

Charon
Okoloidúci
Okoloidúci
Príspevky: 46
Dátum registrácie: 22 Jún 2018, 13:15

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa Charon » 16 Jan 2021, 21:20

@balki, velmi pěkný a i do budoucna se to nejen mě bude hodit, ale i ostatním kdo sem zavítá.
Nejvíc se mi líbí varianta A), zejména jak jsi se vyhnul problému s Odporem Rds_on + ostatní. Jen místo ADGxxx bych šáhnul do šuplíku pro nějaký CD40xx (CD4053 nebo CD4051 či CD4052 či CD4066).
0

Charon
Okoloidúci
Okoloidúci
Príspevky: 46
Dátum registrácie: 22 Jún 2018, 13:15

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa Charon » 17 Jan 2021, 11:15

Změny jsem rozdělil do dvou kroků. Tento krok má dotáhnout schema do stavitelného stavu bez vylepšení pro měření proudu z důvodu umožnění stavby jednodušší verze. Verze obsahující vylepšené měření proudu bude následovat v dalším kroku.

Rozhodnuta změna referenčního napětí na 2,5V.

Popis změn mezi analog-cast017.png na analog-cast018.png:
1) Do regulačních smyček na místo OP07 vrácen OP27, jedná se o IC1, IC2, IC4 a IC6
2) U IC6 změněn zisk z 10 na 22 (snaha mít odpory z řady E12), nově hodnota R42=22k a R35=22k
3) Změněn Rshunt jako důsledek změny zesílení IC6 a změny Uref=2,5V, R2= (2,5V/22)/5A=0,023Ohm , Podle skutečné hodnoty při realizaci dojde k odladění
4) Změněn výstup IC4 na max napětí 2,5V pro měřené výstupní napětí zdroje = 32V. Změna hodnoty odporu R6=3k6 a R9=3k6
5) Odpor R7 bude podle reálné situace změněn (hodnota odporu vložena do závorky) tak aby došlo k plnému otevření T1 pro max výstupné napětí.
6) Přidán IC3 jako napěťový sledovač pro zlepšení S/N, změněna hodnota C7=1M (keramický)
7) Přidán IC7 jako napěťový sledovač pro zlepšení S/N, změněna hodnota C12=1M (keramický)

analog-cast018.png
analog-cast018.png



a) Bylo by možné a kde nahradit OP27 a OP07 za MCP6004 (MCP06002) a za jakého předpokladu. Jedná se o Rail to Rail, ale horších parametrů než OP27 a měříme blízko u 0V. Napadá mě, napájet MCP6004 +5V a -1V a tím zajistit měření kolem 0V dost daleko od „–„ napájení.

Proměřil jsem MCP6004 s výsledkem na obrázku MCP6004-měření.JPG

MCP6004-měření.JPG
MCP6004-měření.JPG
b) Pokud by nešel použít MCP6004, tak kde by šel místo OP27 a OP07 použít TL084 (TL082)?

Děkuji.
0

DanielK
Stály člen
Stály člen
Príspevky: 188
Dátum registrácie: 28 Feb 2015, 14:55

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa DanielK » 17 Jan 2021, 13:24

Balki, děkuji za tvé rady, ochotu trávit čas psaním příspěvků a hlavně přispíváním tvých vědomostí :thumbup: . Při návrhu jsem se naučil spoustu nových věcí, a to bylo podstatou stavby takového zařízení.
Bohužel já nejsem schopen odladit ty kompenzace, tak aby to alespoň nekmitalo. Nejspíš mám celý prototyp desky nakreslený špatně, to se pak vše řítí lavinovým efektem.
Dnes jsem si spálil pazoury o výstupní kondenzátor :biggrin:
A tak jsem se rozhodl dát si na chvíli pauzu, a vrátit se za nějaký čas s novým prototypem.
0

Používateľov profilový obrázok
balki
Zaslúžilý člen
Zaslúžilý člen
Príspevky: 1480
Dátum registrácie: 09 Jan 2007, 00:00
Bydlisko: Bratislava

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa balki » 17 Jan 2021, 14:32

Charon
Zosilňovačov pre pozíciu IC5 je na trhu more, a ty si vyberieš snáď ten najlacnejší OZ aký sa dá kúpiť. Nemá ani Rail-to-Rail ani dostatočnú šírku pásma a offset to je bieda, rovnako ako všetko ostatné. Neviem či chceš ušetriť každý cent.

Na túto pozíciu potrebuješ minimálne Rail-to-Rail Input nad 5MHz. Tam stačí hoc aj ten prvý od texasu. Potom je aj od Analog devices kopa.
Ostatné OZ sú OK.

DanielK
Som rád, že som vám pomohol, veď ako sa hovorí: "Vaše činy v živote sa odrazia vo večnosti." :wink:

Dnes je nedeľa, nepracuje sa :lol:
Ale k veci... Doska je vážny problém. Ak je zle navrhnutá, ladiť môžeš donekonečna. Preto som ti písal, že odlaďovať musíš bloky postupne.

Po čase sa môžeš na to opäť pozrieť, ale odporúčam novú skúšobnú DPS, kde budú test pointy a všetko si pozrieš na osciloskope.
Prílohy
5.5V OZ RRIO Texas
5.5V OZ RRIO Texas
0

Používateľov profilový obrázok
boraicho
Ultimate člen
Ultimate člen
Príspevky: 12131
Dátum registrácie: 03 Feb 2007, 00:00
Bydlisko: Prešov
Vek: 32
Kontaktovať používateľa:

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa boraicho » 17 Jan 2021, 15:09

charon, lepši ako MCP6002 je MCP6022.
0
"Aj nevinne vyzerajúca súčiastka, môže byť príčinou nefunkčnosti zariadenia a tou kondenzator 100% je"
3D REBEL II + PLA + PETG
CNC 1810 na DPS

Charon
Okoloidúci
Okoloidúci
Príspevky: 46
Dátum registrácie: 22 Jún 2018, 13:15

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa Charon » 18 Jan 2021, 10:11

boraicho, mrknul jsem na jeho parametry a vypadá zajímavě. Microchip mám docela rád. Navíc mají verzi MCP6024, což jsou 4 x OZ v jednom pouzdře. Trochu mi roste počet OZ. Ještě to musím porovnat s tabulkou od balkiho.

V první řadě doplním schema o zlepšené měření proudu pomocí přepínání Rshunt odporů.

Nemám vyřešený a asi to spadne na procesor, jak ošetřit stav přepnutí. Pokud budou dva Rshunt, jeden na proudy 0-0,1A a druhý 0,1-5A tak rozkmitání v 0,1A zabráním pomocí software hystereze, řekněme o velikosti 5% z používaného rozsahu. Nevyřešenou mám regulační smyčku, kdy se skokově změní napětí na „-„ IC1 a odpovídajícím způsobem napětí na „+“ IC1 od D/A převodníku. Bohužel všechno nějakou dobu trvá a hodnota od A/D také nemusí být přesná.
Projevilo by se to v případě režimu proudového zdroje, když by se postupně zvyšoval proud (nebo snižoval) přes 0,1A .
Jako řešení vidím:
1) Smířit se s tím, implementovat SW samoučící utilitku pro nastavení správné přepínací hodnoty a snížit odezvu zpětné vazby tak aby se přepnutí stihlo
2) Zavést omezení, že pod zátěží nelze přepínat Rshunt
0

Používateľov profilový obrázok
balki
Zaslúžilý člen
Zaslúžilý člen
Príspevky: 1480
Dátum registrácie: 09 Jan 2007, 00:00
Bydlisko: Bratislava

Re: Digitální regulovatelný zdroj

Príspevok od používateľa balki » 18 Jan 2021, 19:03

Charon

Aké prepínanie chceš riešiť? Veď to nie je multimeter s automatickým prepínaním rozsahov. :D

Všetky stavy z MCU sú statické. Nič MCU nemusí snímať. On len nastaví DAC a meria U a I z výstupu. Už som ti písal, žiadne stavy prechodov nemusíš riešiť. Čiže nič nekomplikuj nejakou "samoučiacou utilitou", to nie je releový rádiový kanál kde musíš riešiť redundanciu. Je to primitívny zdroj.

Ak raz v živote budeš potrebovať do prúdovej záťaže zvyšovať postupne prúd, potom nad 120mA ho prepneš automaticky na vysoký rozsah. A opačne späť ak prúd klesne pod 80mA. Vznikne krátky prechodový jav daný rýchlosťou regulátora a DAC prevodu.
0

Napísať odpoveď
  • Podobné témy
    Odpovedí
    Zobrazení
    Posledný príspevok