Digitální regulovatelný zdroj

[DanielK]

Po večerech jsem zkoušel a laboroval. S diferenciálním zesilovačem jsem dosáhl kritické frekvence 275khz při zisku 75, minimální dosažená frekvence byla 240kHz. Na rezistivní zátěži jsem dosáhl překmitu 180mV po dobu 2us, níž už se mi to srazit nepodařilo. C19 jsem musel zvýšit až na 220pF jinak zdroj do zátěže kmital. C23 vyšlo 9pF jeho zvyšování, či snižování (předpokládám že kvůli velké kapacitě C19) nemělo žádný vliv.
C20 - 100pF, při jeho zvyšování až na 1nF měl zdroj po připojení zátěže pár překmitů a podkmitů navíc.
R22 - 82k, R23 470R.

Horší to bylo s RC zátěží, 30R a 2m2, po připojení zátěže vyskočila krásná jiskřička a napětí na zdroji okamžitě kleslo o více než 2/3 z nastaveného napětí, předpokládám, že za to může nízká impedance kondenzátoru. Napětí pak lineárně stoupalo 2ms s následným 1V překmitem po dobu cca 100us a ten se mi nepodařilo odstranit.

Se svými zkušenostmi nejsem schopen tuto konstrukci zprovoznit, existuje nějaká jiná koncepce návrhu?

[Amaterr]

Obdivuhodne ,
Pred rokom som robil spinany podla elektoru , s navrhom vlastnej dosky , po troch veceroch ked prudova reagovala "skokom" som to vzdal .

[miso156]

Nie som nejaky extra odbornik, tak ber s rezervou:

Doba vyregulavania a velkost prekmitu idu proti sebe, nemozes mat oboje, obzvlast nie s jednoduchym PID.

Pouzivas, alebo chces pouzit metodu Ziegler-Nichols - na prvy pohlad je jednoducha, vsak nastavit 3 konstanty podla nejakeho pomeru nemoze byt nic tazke, ale ta metoda nefunguje vzdy. Pravdu povediac, malo kedy mi ten pomer konstant sedel s presnymi vypoctami (inej metody).

S mojej skusenosti, vacsinou som sa venoval digitalnym regulatorom (analog malo, operakovym vobec) kde musis pocitat este aj s dobou regulacnej slucky, ale medznu frekvenciu som nikdy nehladal (to je skor vhodne u sustavy ktoru nepoznas, ty ju poznas presne), ani som nepouzival Bode-plot a hladanie korenov a vysledky mi v Matlabe (a skoro aj v reale) sedeli na vlas presne. Nie je nic tazke najst kriticky bod, kedy sustava reguluje bez prekmitu, samozrejme je to vzdy zatazovo zavisle (zataz meni konstanty sustavy).

Isiel som na to takto:

Spisal som si differencialne rovnice sustavy, previedol som ich do Laplace, taktiez som spravil Laplace PID (je aj na webe).
Pouzijes tu najzakladnejsiu regulacnu schemu (alfa a omega teorie regulacie):

Ak chces regulovat na konstantne vystupne napatie (pravdepodobne ano) , tak Input je pozadovane napatie ktore chces mat na vystupe. Output je skutocne napatie vystupu. Plant je cela sustava, v tvojom pripade vystupny filter a zataz.

Teraz, ak chces regulovat vystup bez prekmitu, tak pri jednotkovom skoku na vstupe musi byt na vystupe exponenciala (prvy rad)(nie som si isty, mozno sa da aj rychlejsie). PID je sustava kmitava (druhy rad).

Podla schemy ktoru som prilozil si jednoduchou aritmetikou podla oboch Laplace ktore si si odvodil vyssie vyjadris, ake KpKiKd musis zvolit, aby pri jednotkovom skoku na vstupe vznikla exponenciala (prvy rad) na vystupe.

Ak sa ti nechce pocitat, tak si zozen Matlab a kludne iba v Simulink toolboxe kde si tu schemu graficky naklikas a nemusis sa ucit prikazy , skusaj menit KpKiKd az kym nebudes s vystupom spokojny.

Este poznamka: Ty sustavu regulujes prudom, lebo velkostou Ib u toho vykonoveho PNPecka riadis Ic - prud do sustavy, takze pri Laplaceovej transformacii je treba vyjadrovat ako vstup prud a napatie ako vystup.

[balki]

DanielK
Problém metódy Ziegler-Nichols je, že sa nedá aplikovať na všetky sústavy. Je ale jednoduchá, rýchlo aplikovateľná, a preto som ti ju odporúčal skúsiť. To, že po jej aplikácií vychádzajú malé hodnoty zančí, že nie je pre tvoj úplne obvod vhodná. Ale zistenie kritického rezistoru je vec užitočná pre ďalšiu analýzu. Nechcem ťa zaťažovať zložitou matematikou ohľadne odvodenia rovníc, v tomto prípade by ti nie celkom pomohli.
A s tým pripojeným kondenzátorom 2,2mF sa netráp, je jasné že tvoj zdroj nemá šancu energeticky pokryť pokles napätia ktorý jeho pripojením, vznikne. V zdroji je len zlomok jeho kapacity.

Bude asi najlepšie ak pôjdeš jednoduchou a intuitívnou metódou a to, že postupne budeš prvky meniť s určitými pravidlami.

1. Všetky RC prvky odpojíš.

2. Už poznáš rezistor v spätnej väzbe ktorý si určil už skôr. To je ten čo si zväčšoval aby došlo k netlmeným osciláciám R21. Dajme tomu, že si zistil 50k, celkový zisk ťa teraz trápiť nemusí. Ty použiješ jeho 1/2 až 1/5 hodnoty. Čiže osadíš R22 napr. 10k.

3. Teraz do série s ním C23 budeš postupne pridávať kapacitu od desiatok pF po nF až na hodnotu kritickú, kde sa oscilácie zastavia. To je bod zlomu fázy. Oscilácie pozoruj na výstupe regulátora! Dajme tomu, že si zistil hodnotu 100pF. Teraz osadíš na pozíciu C23 jeho 2x až 10x väčšiu hodnotu. Zvolíš 470pF.

4. Zdroj je teraz stabilný pri akejkoľvek zmene referenčného napätia a záťaže. Ak výstupné napätie nebude mať veľké prekmity je hotovo, tým končíš. Ak bude mať prekmity s ktorými si nie spokojný, dá sa pokračovať ďalej s ďalšími prvkami ktoré nie sú teraz osadené, ale to je už komplikovanejšie na vysvetlenie pretože sa postupuje iteračne.

[DanielK]

To že poklesne napětí po připojení kondenzátoru mi nijak nevadí, ba dokonce až bude připojená proudová ochrana, tak pokles očekávám ještě větší. Mě se nelíbí ten overshoot, který následuje a toho nevím jak se zbavit, zjistil jsem že ani nepotřebuju velkou kapacitu abych ho dosháhl, nejvíce se projeví někde mezi 100-200uF třeba nemá smysl řešit 2V po dobu cca 100us, třeba to připojená zařízení jako je MCU ani nepoznají. Nevím co ho způsobuje, ale napadá mě, že pokud se připojený kondenzátor nabíjí, tak z principu zdroje musí dojít k překmitu a ten je zesílen diferenciálním zesilovačem a přes RC členy kompenzací se dostane až na výstup OZ, kde působí proti kokrekční síle OZ a to až do doby dokud ho OZ nepřepere. Pokud zvýším hodnotu R22, tak se překmit razantně sníží, ale na druhou stranu se zvyšuje ringing, tlumené kmitání, které se projevuje při velkých změnách u rezistivní zátěže. S hodnoutou R22 75k jsem schopen dosáhnout nejmenšího překmitu s C zátěží, a zároveň jsem ještě schopen úplně odstranit tlumené kmitání.

Zkusil jsem i poslední postup s jedním kondenzátorem, ale překmity s velkými amplitudami se objevovaly i u rezistivní zátěže.

Jak jsem postupoval:

1) bylo potřeba se zbavit kmitání zdroje do zátěže 30R, to jsem prováděl zvyšováním C19 a dostal jsem se na hodnotu 220p, kde už jsou oscilace menší.

2) R23 jsem zvolil 1/10 z R25, tedy 470R. Při frekvenci 500Hz jsem připojoval k 300R 30R a hodnotu C20 jsem zvolil schválně nesmyslně vysokou 100n a při 30R zátěži to zase kmitalo a postupně jsem jí snižoval, až jsem se dostal na 1n, kde byl bod zlomu, při dalším snižování kapacity kmitání zase nabíralo amplitudu.

3) Na zdroji zůstalo malé tlumené kmitání a to zejména při přechodu z velké zátěže do malé to jsem odstranil s C23 1n a postupným zvyšováním R22 na 75k při kterém tlumené kmitání úplně zmizelo


Ještě se potýkám s jednou věcí a tou je zvlnění/šum zdroje na výstupu. Bez zátěže je hodnota 10mV při odběru 0.5A je to 40mV a při 0.9A je to 45mV. Odstranit ho asi nelze, ale lze ho potlačit?


Obrázek znázorňuje průběh při připojení kapacity 100uF:

[balki]

Zle si si vysvetlil postup aj systém analýzy.

a) Postup musíš dodržať presne taký ako som na napísal.
Nemôžeš začínať s C19. Veď predsa som ti písal že musíš nájsť najskôr hodnotu R22. To bude desatina takej hodnoty R21 (to bude zatiaľ trimer) ktorá spôsobí kmitanie. (pri zväčšovaní R).
Ciže nájdeš trimrom hodnotu takú že to kmitá. Potom túto hodnotu vydelíš 5 až 10 a osadíš na pozíciu R22. Rezistor alebo trimer v R21 odstrániš a už ho nikdy nepoužiješ.
Ďalej budeš zvyšovať hodnotu C23 tak aby oscilácie prestali. Potom na jeho pozíciu vložíš hodnotu ktorú som ti včera písal. V tomto bode musí byť zroj stabilný. A áno môže mať prekmity.

b) Analyzuješ vždy zmenu Vref, už som ti to n krát písal. Zmena výstupu ťa teraz nezaujíma. Ty sleduješ vždy skokovú zmenu Vref napr. z 0,25V na 2,5V, čo bude predstavovať napr. 1,5V až 15V na výstupe. Tým že takáto skoková zmena Vref bude vo výsldku ladenia podľa očakávaní, potom s vysokou pravdepodobnosťou bude aj zmena záťaže OK. Je to zviazaná sústava, ale ty modeluješ práve tento systém odozvy - zmenu Vref na zmenu Vout. Ak by si modeloval a ladil zdroj len na zmenu Vout podľa skokovej zmeny záťaže potom by tvoj zdroj nemusel byť stabilný v úplne celom rozsahu Vref!
O výstupe som sa zmieňoval preto aby si práve túto skokovú zmenu Vref testoval aj pri rôznych záťažiach. Pokiaľ to budeš miešať dokopy nikdy zdroj dobre nenaladíš.
V reálnej analýze sa regulátor ladí na dva rôzne stavy nezávisle a teda na zmenu Vref a na zmenu zaťaženia. Každá zmena a jej prenosová funkcia sústavy má úplne iný regulátor, nemôžeš to miešať dokopy.

Potom pridaj obrázky osciloskopu čo si nameral. A podľa odozvy zistíme čo a ako upraviť. čo je možné a s čím sa musíš zmieriť.

[DanielK]

R22 - jsem osadil 15k
C23 - jsem osadil 220p (kolem 20pF se ztrácely oscilace na výstupu regulátoru)

Provedl jsem měření se změnou Vref (DAC) 10Hz 20 až 80% z Vref (2048mV).
Po čas měření jsem měnil rezistorovou zátěž 330R, 30R a 16R.
Ch1 - Výstup z U err OZ (TP8)
Ch2 - inverující vstup OZ, ješe před derivačním RC členem (TP7)
Ch3 - invertující vstup OZ (TP9)
Ch4 - Výstup zdroje kladná svorka

[balki]

DanielK

Už to vyzerá dobre. Stabilný je a hodnoty ktoré si dostal (15k a 220p) sú rozumné. Akurát si naladil PI regulátor. Teraz sa ti pokúsim opísať čo si vlastne zmeral, a ako to vylepšiť - ako naladiť PID.

A) Tie kopčeky na výstupe Err_amp o frekvencií 1/20u = 50kHz tam byť rozhodne nemajú. Zrejme tam je niekde v okolí zdroj rušenia, ktorý pri odľahčení zdroja začne vnášať rušenie do Err amp. Nie je to nič hrozné, ale určite to stojí sa to pokúsiť nájsť a odstrániť. Možno to je napájací zdroj, ak si použil spínaný.

B) Podľa tvaru priebehu (je veľmi pomalý pri skokovej zmene) toho Err_amp sa javí, ako by si potreboval väčšiu šírku pásma kompenzačného OZ. Čo by aj zodpovedalo rýchlosti tvojho zdroja. Nakoľko vidieť nábeh do času 15us čo je pomerne rýchla odozva. To je dané malou výstupnou kapacitou zdroja. V tvojom prípade 10uF ale reálne musí mať menej (čo je bežná vec u elektrolytov). Ale s tým sa netráp, OP27 je celom dobrý OZ.

C) Odporúčam použiť väčší vnútorný výstupný kondenzátor. Teraz to odpovedá možno jeho polovice kapacity. Vždy keď budeš zdrojom niečo napájať, bude tam nejaká kapacita a určite bude skoro vždy väčšia ako 5uF. To spôsobí ešte väčší prekmit Vout ako máš teraz. Čiže toto treba zmeniť a zdroj ladiť s väčšou kapacitou.
Poznámka: Pridaním veľkej kapacity a ešte k tomu aj s nízkym ESR (napríklad veľké fóliové kondenzátory alebo veľa keramických a pod.) môžu zdroj rozkmitať a je ťažké kompenzátor naladiť.

D) Teraz k tomu prekmitu ktorý si zmeral na Vout pri zdvihnutí Vref. Hodnota prekmitu je približne 6-7V. Tento prekmit sa dá znížiť RC členom R11 a C22 (podľa schémy). Ten by si tam zatiaľ mať nemal. Jedná sa o derivačný člen ktorý vytvorí zdanej sústavy regulátora PIDF. Teraz kompenzátor bude mať o jeden pól a jednu nulu navyše. S výpočtom polohy koreňov ťa nebudem zaťažovať.

Postup bez teórie, je nasledovný:
1. R11 zvolíš 1/10 z R12
2. Dvíhaš kapacitu C22 až na hodnotu kedy tento prekmit úplne zmizne. Môže to byť aj tak veľká kapacita ako C20, možn aj väčšia. Nemala by ale v tvojom prípade väčšia ako 1nF.
3. Tým, že si pridal tento RC člen si nechtiac pokazil stabilitu. To bude mať za následok, že Verr bude zašumené, alebo bude kmitať na vysokej frekvencií.
4. Zdroj opäť privedieš do stability, znížením rezistoru R10 v tvojom prípade 15kOhm. Kapacitu C20 už necháš tak ako je. Inak by si to celé pokazil. Hodnota R10 môže byť aj jej polovica.
5. Úroveň kompenzácie prekmitu sa dá meniť rezistorom R11, ale pozor, nemal by byť väčší ako fixný R12.
6. Teraz je zdroj stabilný, absolútne bez prekmitu a Výstup Err_amp nešumí ani nijako vf nekmitá.
7. Prvky: R9 a C17 už nikdy nepoužiješ. Boli tu len pre ladenie.

E) Keď overíš že postup v bode D) bol správny a zdroj sa podarilo vylepšiť, môžeš celý postup zopakovať ale už s nejakou reálnou kapacitou na výstupe. Odporúčam okolo 470uF. Zdroj by mal byť už pri poslednom naladení s 10uF stabilný. Väčšia kapacita bude mať samozrejme väčšie časy nábehu a dobehu, čo je úplne normálny stav. (Už z princípu sa nedajú očakávať rovnaké časy.)

F) Keď už všetko naladíš ako som ti napísal vyššie, a bude to fungovať pre prekmitov, môžeš teraz konečne skontrolovať tvoju vytúženú skokovú zmenu záťaže 16R na 1k a opačne. Uvidíš, že aj tá teraz bude skoro ideálna, len malými prechodovými zmenami. To značí, že póly a nuly kompenzátora sú blízko ich ideálnych pozícií, aj bez použitia Laplaceových obrazov alebo Matlabu

Poznámky:
- Treba si uvedomiť že koľko zmien sústavy, toľko zmien prvkov kompenzátora. Čiže tým chcem naznačiť že neexistujú len nejaké presné hodnoty prvkov. Ak tam pripojíš 10mF, určite by si to vyžadovalo zmeniť naladenie, pretože sa značne zmenila sústava. Ty musíš vždy urobiť pri zdroji kompromis, nakoľko máš len jeden regulátor.
- Vždy sa dajú nájsť aj podobné prvky a vo výsledku sa budú len nepatrne líšiť. Čiže existuje rôzna poloha pólov/núl pre danú sústavu, ktorá bude stabilná. Čiže ladenie regulátora je vždy o kompromise, medzi prekmitom/podkmitom, šumom a časom prechodového deja. Nikdy sa nedá dosiahnuť všetko súčasne.

[DanielK]

A) Kopečky jsem našel a generuje je zdroj záporného napětí.
Zdroj napájí toroidní transformátor 2*24V 2*2,5A 120VA (u něj je problém, že na prázdno dostanu 37VDC a ten 5V regulátor TRACOPOWER je na maximálně 36V)

B) Výstupní kondenzátor je elektrolytický 10uF/35V a má hodnotu 11,30uF, ESR = 0,69R
Pokud je to u elektrolytů podobně jako u MLCC, kterým s routoucím DC napětím zejména u XR5 klesá kapacita, tak je klidně možné, že je jeho kapacita nižší.

C) Pokdu si teď pomůžu zvětšením výstupní kapacty, nebudu toho litovat při ladění proudového režimu? Mám takové tušení, že při přechodu do CC režimu se nejdříve vybije velká kapacita kondenzátoru do zátěže a teprve potom se začne uplatňovat proudové omezení.

D) R11 – 470R
C22 – zvětšoval jsem kapacitu, ale překmit se mi nepodařilo úplně odstranit, nejmenší hodnotu má s 2n2, další zvýšení kapacity nepomohlo a při hodnotě 4n7 už nebylo možné se zbavit šumu pomocí snižování R10.
R10 – má nakonec celkem malou hodnotu 2k2, ale kmitání úplně zmizelo.

E) Přidání výstupní kapacity dokonce malinko zmenšilo překmit, ale zase na druhou stranu překmit trval malinko déle.

F) Překmit z přechodu velké zátěže do malé je cca 2V.

Až budu mít zase trochu času zkusím zvýšit výstupní kapacitu, uvidím zda se překmit sníží.

[balki]

A) Ten malý menič -5V terba viac zafiltrovať kvalitnejšími kondenzátormi. Ideálne nejaké veľké keramiky. Pretože to vyzerá tak, že ti tie dva elektrolyty veľmi nepomáhajú, kto vie aké majú ESR. Ale to je najmenší problém.

B) Hodnota ESR 0,69R toho 10uF je veľká bieda. To majú staré Teslácke po 30 rokoch.
Ale aj to má pozitívum, zdroj je stabilnejší nakoľko jeho parazita vytvorila nulu v čitateli na frekvencií 23kHz.

C) Áno veľká výstupná kapacita môže byť problém v CC mode. Ale ja som nepísal o tom aby si ju tam mal natrvalo ale len na test, pri ladení FB. Ako simuláciu reálnych podmienok, pripojené nejaké zariadenie. Samozrejme by bola 470uF veľmi veľká. Ale v reále tam pokojne môžeš mať aj 47uF. Proste s tým sa vždy ráta že laboratórne zdroje majú interne na výstupoch nejaké kapacity. To je normálna vec majú to aj lacné tak aj drahé zdroje. Proste ak tam budeš pripájať rázovo nejakú ledku je jasné že zhorí nech by bol zdroj nastavený na 5mA.
Dobrá rada:
Tých 47uF nech aj ESR 0,7R nechaj na doske. Ale na výstupné konektory pridaj nejaký lepší fóliový kondenzátor aspoň na 50V. Kapacitu čím viac tým lepšie ale aspoň 1uF. Ku konektorom pôjdu krútené dva vodiče ako výstup výkonu a ešte 2 krútené signálové vodiče pre meranie napätia diferenčne.

D) R11 môžeš sa pokúsiť zväčšiť aj na 3.3k. Tým by si sa mal zbaviť tých vf oscilácií. Tie tam byť rozhodne nemajú. To značí, že máš malú fázovú rezervu a zdroj je blízko bodu nestability.
R10 2,2k je ok hodnota. V prípade veľkej nutnosti zdvihni kapacitu C20, a to len v prípade že si ju zle zvolil prvý krát.

E) ano odpovedá to teórii.

F) odľahčenie vždy vytvorí prekmit, a ten je obvykle vždy väčší ako podkmit. Je to normálne správanie sústavy. 2V je ale už dosť. Ešte sa s tým pohraj, možno prídeš na lepšie hodnoty prvkov ktoré to znížia.
Ale na prvý, krát a na takto jednoduchý zdroj to nie je nič hrozné. Základ je že si si ho postavil sám a aj sa niečo nové naučil.

[DanielK]

Tak po dlouhé době se opět hlásím. V dubnu mi přišla deska s novým návrhem a podařilo se mi naladit Uerr.

Výsledky sice nejsou dokonalé a hodnoty RC členů jsou daleko od předpokladů, ale dle měření se zdá, že do odporové zátěže to funguje.

1) Kritickou částí je výstupní kondenzátor, laboroval a ladil jsem zdroj s různými kapacitami a jejich ESR. S malou kapacitou se zdroj nedá naladit protože překmit je příliš veliký, velká kapacita zase prodlužuje dobu regulace. Malé ESR (velké množství MLCC paralelně) má tendenci zdroj rozkmitat a zdroj vydává děsivé cvakavé zvuky při skokové změně Velké ESR způsobuje velký překmit se spoustu n kmitů než se doba regulace ustálí na požadované hodnotě. Jako ideální se mi jeví kapacita 40uF s 70mΩ, ten ale nemám a tak jsem se musel spokojit s cca 40uF a 175mΩ.

2) RC členy v kompenzaci jsem ladil iterační metodou, jak bylo doporučeno Balkim, hodnoty se ale tězce vzdalují od předpokladů nebo vypočítaných hodnot dle Zigler-Nicholsna. Hodnoty jsem ladil se skokovou změnou z 9V na 21V a 3,3V na 5V při nich jsem pozoroval velikost překmitu a dobu regulace až na požadovanou hodnotu, ikdyž velice často se zdroj jen rozkmital k mezním hodnotám. Dále jsem pozoroval šum zdroje, při napětích 5V, 10V a 15V, který se často dostal i na hodnoty 400mVpp v nejlepším případě na 10mVpp. Momentálně má zdroj překmit při skokové změně Vref cca 1.6V, skoková změna zátěže je na tom lépe, ta je bez překmitu, tedy skoro bez překmitu objevuje se tam tlumené kmitávání někde kolem 18Mhz ale s malým Vpp. Hodnoty v integračním členu 100pF a 150k v derivačním členu 1n a 3k3. Obrázek s průběhem skokové změny níže.

3) Se stabilitou zdroje nebo přesněji zvlněním má něco společného i teplota výkonových tranzistorů, tento jev jsem sice nepozoroval cíleně, ale všiml jsem si že při větší teplotě cca 50C je zdroj stabilnější, než při 20C.

EDIT: na velikost překmitu má vliv ještě hodnota vstupního napětí, je rozdíl zda bude na vstupu 30V nebo 35V, čím větší napětí bude, tím větší bude i překmit.

S počtem všech různých kombinací prvků, které jsem vyzkoušel ve zdroji mám pocit, že jak moc zdroj bude dnes kmitat má určitý vliv i to, jakou nohou soused ráno vstal z postele, kolik mravenců bylo zašlápnuto na Islandu, erupce na Slunci a korupce na Zemi

Momentálně ladím proudové omezení, u kterého jsem se zasekl.

Na vstupních svorkách zdroje je 30V, zátěž jsem zvolil 30R (5R, 16R a 70R) DAC je nastaven na ½ Vref a poté se skokovou změnou 10hz 20% až 80% Vref.

4) kritické zesílení, kdy se zdroj netlumeně rozkmitá bylo 3,6 s frekvencí 125kHz. Zvyšování kapacity, při které se zdroj přestane kmitat bylo 17nF, to mi přijde jako strašně velká hodnota.

5) Zkusil jsem použít kalkulačku výpočtu hodnot podle vzorců, které Balki poskytl, obrázek níže. Avšak s těmito hodnotami se zdroj rozkmitá a použití iterační metody je nerealizovatelné, neboť progres není mě zřejmý. Vidím pouze malou změnu frekvence a tvaru kmitání.

Při ladění jsem OP27 ukmital k smrti, v regulační smyčce už nefunguje, ale jako buffer pro DC napětí se chová dle výpočtů… Zvláštní . V době křemíkové krize to není moc dobrý výsledek, zajímavější polovodiče už nejsou ke koupi asi rok a z pultů začínají mizet i obyčejné součástky jako je OP27, no kdysi jsem viděl že děda má ve sklepě velkou krabici s elelktronkami, tak třeba tam nějaký vacumm tube opamp najdu aneb ,,Cúváním v pred a tromi prískokmi vzad.”

6) S novým OP27 je kritické zesílení 3 při frekvenci 150kHz. Podařilo se mi dostat zdroj ke “stabilnímu” stavu při hodnotách 10nF a 10-30R, přičemž hodnoty odporu se neustále pohybují a tak zdroj chvíli kmitá k mezním hodnotám a chvíli ne.

7) S odpojenou výstupní kapacitou není problém najít stabilní stav, ale to je mi hádám k ničemu, neboť ten kondenzátor tam bude muset být.

Celkem mě udivuje, že ve většině laboratorních (regulovatelných) zdrojích včetně toho mého starého je jen jeden kompenzační kondenzátor a celé to pěkně funguje do jakékoliv zátěže.

A tak se ptám, čím to je, že se mi nedaří naladit stabilní PI regulátor? Případně jak na to?
Děkuji za rady

[DanielK]

Ještě jsem provedl měření:

Ch1 výstup OZ
Ch2 vstup OZ (resp výstup LMP8640)
CH3 bočník v sérii se zátěží (proud zátěží)


Vstupní napětí 30V; DAC = 1/2 Vref; zátěž 30R; kompenzace 10n + 150R
Takto je stabilní až po zátěž 5R, při nižším odporu se rozkmitá
Doba regulace tedy trvá přibližně 4ms

S hodnotami 4n7 a 150R se chová obdobně ale rozkmitá se už někde okolo 50R
doba regulace trvá přibližně také 4ms

S hodnotou kondenzátoru 2n2 už se mi nepodařilo uvést proudovou limitaci do stabilního stavu.

Vstupní napětí 30V; DAC = skoková změna 200mA -> 800mA; zátěž 30R; kompenzace 10n + 150R

[balki]

Nemám veľa času, tak len krátko.

Väčšinu toho čo si napísal, o tvojich pozorovaniach a meraní, sa dá vysvetliť aj teoreticky čiže to sú správne závery. Tak ako si rozumne zistil, hodnotu ESR a vástupnú kapacitu treba rozumne zvoliť. C=40uF a 70mR sú rozumné hodnoty.
Teplota PN prechodu hlavného regulačného Tranz. mení jeho vlastnosti, a tým sa menia aj parametre čo je normálny stav. Robia to aj Fety pri spínaných zdrojoch.

Prúdový režim je trochu komplikované naladiť, s tým sa ešte potrápiš.

Nerozumiem tejto časti:
"Při ladění jsem OP27 ukmital k smrti, v regulační smyčce už nefunguje, ale jako buffer pro DC napětí se chová dle výpočtů…"
OZ je len škatuľa tú si nevšímaj, určite robí to čo má, ver mi. I keď sa to na prvý pohľad nezdá rozumné, že napr. vstupy majú 1,2V a výstup 3,5V. To je normálne správanie v regulátore, on pracuje trochu inak ako by si očakával, ale všetko časom pochopíš, až raz žasneš aké sú analógové obvody skvelé



Ale k veci... navrhujem aby si sa netrápil s výpočtom podľa Zigler-Nicholsna, predsa len sú to roky čo to páni navrhli a pre úplne iné sústavy. I keď pre väčšinu prípadov to môže platiť, pre nás ale nie, čo si aj overil. Skúsili sme to použiť ale nekorelujú výsledky s meraním a preto musíme učiniť zmeny. Preto ťa nechcem ďalej trápiť výpočtami, nakoľko ani ja ani ty sústavu popísanú matematicky nemáme. (Niekto bude iste namietať, že pre NF režim sa dajú odvodiť prenosy ale pre VF správanie to už také jasné nebude.)
Drž sa jednoduchej iteračnej metódy, pokus omyl.

Keď to skrátim, ak dlhým ladením sa nedajú nájsť použiteľné výsledky, potom môžme zasiahnuť do akčného člena ktorý má významy vplyv. Teda zmeniť nejaké hodnoty alebo ak to nepomôže pozmeniť koncepciu.
Ale to zas nabudúce ked budem mať viac času.

A ešte k poslednému textu:
"Celkem mě udivuje, že ve většině laboratorních (regulovatelných) zdrojích včetně toho mého starého je jen jeden kompenzační kondenzátor a celé to pěkně funguje do jakékoliv zátěže."
To že to funguje pekne znamená, že to musel niekto predtým navrhnúť a pracne odladiť. Čiže niekto tak ako ty, to zapojenie navrhoval, menil, ladil a meral, dookola tak aby mal najlepšie výsledky. A preto, nič nie je stratené, nikdy nie je neskoro to vylepšiť

[miso156]

Si si isty tymi rovnicami pre Kp,Ki,Kd vyjadrene z RC clenov? Odkial si ich zobral? O tychto single op-amp PID regulatoroch vela terorie nie je.
Mozno si myslis ako menis jednolive konstanty a pravda je niekde inde.

Len na okraj, pred pol rokom som robil taktiez reg. zdroj - vlastny navrh, so zaujimavosti som dnes vyskusal zmerat skokovu zmenu zatazenia pri 5V na vystupe zo 100ohm na 1k2 kedze som sa k tomu nikdy nedokopal, nech viem co za herku pouzivam.
Vysledok celkom uspokojivy na to ze to ma len jednoduchy feedback s jednym tranzistorom a RC clenom pre spomalenie regulacie:
(priebeh vystupneho napatia pri 5v pocas skokovej zmeny zatazenia)(20mV/dielik , 2ms/dielik)

Reguluje to asi 4ms, posun o bajoko 40mV je daň za jednotrandovy regulator

[DanielK]

Autor knihy pan Brýdl snad promine, když zde zavěsím jeho část o PID regulátorech, jsou tam i výpočty.

Nevím co ten osciloskop ukazuje, zda se jedná o interní odpor zdroje cca 1R nebo je doba regulace delší, než je zachyceno na obrazovce.

Myslím si, že spíš jde o použití zdroje, někdo nutně potřebuje desítky ampér, někdo co nejnižší šum, jiní můžou mít své specifické požadavky na zdroj.

[balki]

miso156 Rovnice má od mňa. Nakoľko k návrhu analógového PID s jedným OPAMP sa dá trochu ťažšie dostať, tak som mu ich odvodil. Ak som sa nikde nepomýlil, sú správne. Vychádzajú zo vzťahov pre paralelnú formu PID. Analógový model PID s OPAMP však oproti štandardnej forme (Kp,Ki,Kd) má tú vlastnosť, že výsledné nuly prenosovej funkcie kompenzátora majú vždy reálne korene. Stým sú spojené určité špecifické vlastnosti. Bližšie to nebudem rozoberať v knihách sú o tom informácie. V PID by som problém teda nehľadal.

Nemôžeš porovnávať svoj DC zdroj s úplne inou topológiou s tým čo má DanielK. Najmä ak tam nemáš OPAMP. Jednoduché tranzistorové zdroje majú iné správanie ako komplexnejšie riešenia s OPAMP.

DanielK
Ako som spomínal netráp sa už tými rovnicami, skús iteračnú metódu ktorú som ti už písal. Pre ujasnenie hodnôt a zapojenia pošli sem ešte raz tú schému aby som videl ako to teraz je. Potom ti poradím čo ďalej.

[DanielK]

Proudové omezení

Původně získané hodnoty kondenzátoru v integračním členu se mi zdáli příliš veliké a tak jsem je vyhodnotil jako chybu, ale je možné že jsou správné. Mnou naměřená doba regulace cca 4ms se mi zdála jako příliš dlouhá. Abych si udělal představu, porovnal jsem hodnoty s Keysight EDU36311A, který reguluje 15ms nebo R&S NGA100 8ms, zdroje určitě budou jiné konstrukce, ale i přesto docházím k závěru, že jednotky ms jsou normální čas pro dobu regulace.

Integrační člen

Kapacita kondenzátoru nižší než 4n7 je nemožné zdroj dostat do stability s 4n7 je zdroj stabilní, ale zátěž nesmí byt menší jak 50R s kapacitou 10n se tato hranice posouvá až někam k 5R. Při 15n a 68-140R je zdroj plně stabilní do odporové zátěže včetně zkratu. S kapacitou nad 22n se zdroj opět dostává do oscilací. Hodnoty jsem tedy zvolil 15n a 120R

Skoková změna DAC, zátěž 30R

Připojení rezistoru 30R, DAC = 1/2 Vref
První překmit o vysoké amplitudě je pravděpodobně způsoben výstupní kapacitou, keramickým 100n a elektrolytickým 40u. Doba regulace je tedy cca 4ms.

Derivační člen

V mém případě pouze prodlužuje dobu překmitu, která je doprovázena s oscilacemi. S hodnotou kondenzátoru se mění i hodnota rezistoru, při které začne zdroj prodlužovat dobu překmitu, ale jiné změny průběhů nepozoruji. Viz obrázek, čím větší derivační člen je, tím je doba překmitu delší. A proto jsem se rozhodl derivační člen neosadit.

Aktuální hodnoty jak pro Ierr tak i Uerr jsou nastaveny na odporovou zátěž, takže ještě vyzkouším zdroj do RC zátěže, ale potenciální změny v kompenzaci budou znamenat kompromis pro odporovou zátěž.


Poté budu měřit přechod z CV do CC a zpět.

Aktuální schéma zapojení:

[balki]

V ideálnom prípade ak neosadíš derivačný člen nič zlé sa nestane, je tam len pre prípad silne oscilujúcej sústavy.

Priebehy už vyzerajú dobre, až na ten šum (osciláciu) kanál 1 a 2 (Skoková změna DAC, zátěž 30R). Čo to sú za signály? Snáď to nie je výstup kompenzátora. Tých 15n mi príde veľa a hodnota 120R značí, že niečo nie je dobre. Akú hodnotu má R27?

Na schéme došlo k menším úpravám, čo je ok. Doplnil si tam OP4 ako som ti radil čo je dobre. Len neviem či tam nemáš preklep v hodnotách rezistorov R46 a R48 na 15R namiesto 15k.
Ďalej, R15 a R31 daj rovnaké hodnoty a za ne (pred nôžku OZ) pridaj na zem keramický kondenzátor 100n - 1u. To zvýši odolnosť kompenzátora voči rušeniu na doske.

Ak sa ti to nepodarí rozumne naladiť, odporúčam zmeniť topológiu výkonového stupňa. Výkonový tranzistor za NPN plus nejaké úpravy budenia, čím znížime zisk otvorenej slučky čo nám prinesie určité výhody.

[DanielK]

Čím lepší je počasí, tím měně času mám na laborování, takže přes léto toho asi moc neudělám, ale tak to má asi většina lidí

1) Ch1 výstup oz
Ch2 Vstup oz TP12
Ch3 100mR bočník v sérii se zátěží

R27 má hodnotu 4k7

Nejsem si jist o kterém šumu se bavíme
A - bordel z okolí, toto měřím i při jiných zařízeních. Nespíš to bude tím, že jsem v paneláku, kde je spousta spínaných zdrojů, různých vysílačů.... Zvětší se pokud se přiblížím rukou, jsem dobrá anténa no
B - šum, část bude asi ze zdroje a část bude velkým počtem vzorků a chybou ADC v osciloskopu.
C - Nemám tušení proč.
D - Nepřesná hodnota rezistoru v integračním členu.

Skoková změna DAC, zátěž 70R, CC -> bez proudové limitace - max napájecí napětí 30V/70R = 430mA

totéž přiblíženo

Skoková změna DAC, zátěž 30R

2) Ano je to překlep rezistory mají hodnotu 15k. R15 a R31 jsou 4k7. Dolní propust pro neinverující vstup na OZ můžu přidat.

3) Výkonový stupeň zkusím změnit, odsimulovat a podělím se s výsledky.

[balki]

Nevyzerá to najhoršie, je vidieť že regulátor sa veľmi rýchlo ustáli a utlmí kmity čo je správne.

Obrázkom 3 sa veľmi netráp, to je správanie zložitej sústavy na skokovú zmenu referencie. Tento jav sa potlačí (alebo aj úplne odstráni) RC filtrom ktorý som ti tam naposledy odporúčal, jeho časová konštanta tú nelinearitu prekryje.

K poslednej úprave:
"Výkonový stupeň zkusím změnit, odsimulovat a podělím se s výsledky."
Chcel som ti nakresliť ideu nového budenia, ale môžeš pokojne skúsiť aj ty niečo odsimulovať, potom riešenia porovnáme. Nezabudni simulovať obvod s ESR výstupného elektrolyta.

Čiže ak by som to zhrnul: dôvod zmeny budenia je navrhnúť budenie tak, aby bolo čo najviac lineárne (v celom rozsahu regulácie), malo malý DC zisk a skoro nulový vysokofrekvenčný AC zisk. To sú ideálne požiadavky, reálny obvod sa k nim musí blížiť. Potom bude mať regulátor výhradný vplyv na rekcie výstupu s veľkou mierou stability. Toto je aj dôvod prečo profi zdroje majú na prvý pohľad trochu nezvyčajné zapojenia výkonovej časti. Ono to všetko súvisí práve s tou reguláciou. Ale o tom zas niekedy inokedy.