Digitální regulovatelný zdroj

[Charon]

Pěkně udělaný popis a připomínky. Dotazy jsem rozsekal na části (ad. 1) ...) aby šlo odpovědět jen na část.

1)Zeptal bych se, zda by nešla připojit dioda D9 a odpor R35 před R2 a tím by jejich proud neovlivnoval měřený proud. Počítáno z hlavy 30V /1KOhm je 30mA max to bere v stávajícím zapojení a jeho hodnota se mění podle nastaveného výstupního napětí. Vím že to bude lepší než 30mA, ale chyba mi připadá významná vzhledem k měření. Převodník A/D 16bit měří 5A/65000=0,08mA a to je hodnota hluboko pod chybou způsobenou R65. Předsunutím před R2 bude napětí vzniklé na R2 (0,1Ohm*5A= 0,5V) ovlivnovat sepnutí a ochranu T5, ale při zvolených hodnotách by se to nemuselo projevit.
2) Otázkou je, přes co se uzavítá obvod, zda přes R2 a levou stranu zapojení, nebo zda přes T5 a zátěž?
3) Pak je otázkou, zda obvod měření proudu a chyby na něm vzniklé opravňují použítí 16bit převodníku?

4) Další problém vidím v snímání napětí pomocí děliče R6 R9 který vnáší chybu do měření proudu podle nastaveného výstupního napětí až 3mA. U tohoto zapojení se většinou volí měřit napětí bez chyby a chybu ponechat u měření proudu. Napadá mi, dát tam OZ jako sledovač, což přináší problém s napájením. Šlo by použít -5V a VCC, kdy VCC bude aspoň o 0,6V větší než měřené napětí. Zde již použitý OP27 má napájení +-22V, tak by to snesl.

5) A ještě dotaz na zkušenější. Nestálo by k odporu pro snímání proudu dát paralelně druhy s hodnotou 10Ohm a ke stávajícímu dát spínač do serie. Tak by procesor mohl měřit přes 10Ohm malé proudy a přes 0,1Ohm||10Ohm = 0,099Ohm velké proudy. Výhodu vidím v tom, že by se měřený proud hodnotou vzdáli od rušení a chyb použitých součástek. Spínač by to chtělo přes MOS tranzistor, předpokládám zopakovat zapojení jako je u tranzistoru T5. Šlo by to a nevnášela by se tam nějaká významná chyba?

[balki]

Charon, odpovedi v krátkosti:

1. Samozrejme by to šlo pripojiť D9 a R35 pred meranie prúdu. Tvoj výpočet 30mA je chybný, nakoľko sa nejadná o spínaný režim riadenia. Prúd bude vždy 500uA (bez ohľadu na výst. napätie). Napísal som k tomu celý príspevok aj s vysvetlením funkcie pre JohnnyElektro.

2. Obvod prietoku prúdu je vyznačený tučným netom a teda cez T1 - R1 - T5 - Rz.

3. Slovo opravňují nie je použité vhodne. Skôr by tam malo byť vyžadujú. Ale nech je už ako chce, ide o prototyp zdroja. Prevodníky použil DanielK aké uznal za vhodné, nič na tom nie je zvláštne, nakoľko sa dnes dá 24bit ADC kúpiť za pár korún.

4. Áno rozumný argument. Ale ako som už písal je to zatiaľ prototyp. Samozrejme by si to neskôr zaslúžilo diferenčné meranie napätia s OZ, ale DanielK sa tak rozhodol, čo je pre úvodné odladenie OK. Dôvod prečo som mu radil aby znížil tento delič (i na úkor zvodového prúdu) je ten aby mal zabezpečenú dobrú stabilitu zdroja, vychádzajúcu z RC konštánt integrátora.

5. Prepínanie rozsahov merania prúdu samozrejme použiť môže. Dá sa to spraviť na mnoho spôsobov. Otázka či je mu to potrebné, nakoľko to komplikuje zapojenie a ovládanie. Ak ale potrebuje merať na desatiny mA tak áno. Ak chce aj nastavovať prúdy menšie ako 1mA treba prerobiť aj ERR AMP.

Možných úprav je ako na každom jednoduchom zdroji kopa. Ak bude chcieť, môžme z toho neskôr urobiť profi zdroj so všetkými možnými ochranami, meraním cez prepínanie, filtrovanie, prúdovú záťaž a mnoho iných profi funkcií. Je to však na DanielK

[Charon]

Balki, děkuji za vysvětlení, je vidět že máš spoustu zkušeností. Nekritizuji, jen se ptám abych se něco naučil. Plně respektuji, DanielK zvolil nějaké řešení podle svých potřeb, šuplíkových zásob, dostupnosti a oblíbenosti součástek. Mě otázky směřují k stavbě podobného zdroje.

"Prúd bude vždy 500uA " - ano máš plně pravdu. Rozkreslil jsem si to a zjistil, že můj odhad plně sepnutého NPN tranzistoru byl nesprávný.

[Charon]

Překreslil jsem schema do Eagle.

Ted zjišťuji v čem udělat simulaci, co se má cenu učit ovládat. Ze simulací analogových obvodů na PC nemám v podstatě zkušenosti. Když jsem to před mnoha lety zkoušel, tak simulace byla v plenkách a vynaložené úsilí nepřinášelo adekvátní přínos. Eagle má propojení na LTspice, nemuselo by se schema znovu kreslit, muselo by se k použitým součástkám připojit (podstrčit, moje knihovny jsou zaměřené na schema a PCB) modely nebo změnit součástky za ty co mají model definovaný. Druhou cestou je analyzované kusy schema znovu nakreslit a použit jen součástky s modelem. Pak by šel použít jakýkoliv simulátor, základní seznam jsem našel zde: https://www.dps-az.cz/cad-cam-cae/id:52 ... erze-2018-
Máte doporučení:
1) Je LTspice pro Eagle schůdné i za cenu podstrčení součástek s modelem nebo je lepší překreslit schema do simulačního programu?
2) Jak dobře se pracuje s NI Multisimem, nebo doporučujete jiný program?

[breta1]

vidím špatně zapojený Q1

[Charon]

@breta1, díky, hned jsem to opravil.

[Charon]

Udělal jsem dvě úpravy:
1) Posunul jsem odpojovací blok z tranzistoru Q1 a jeho řízení před měření proudu a napětí.
"+" nevnáší chybu do měření proudu a napětí
"-" napájecí stupeň (5-36V), měření proudu a napětí přichází o ochranu před napájením z výstupu při zapomenuté připojené baterii či kondenzátoru. Není to výrazné zhoršení, neboť by to tam ochranná dioda P-MOSu Q1 pustila stejně .
2) Přidal jsem OZ jako napěťový sledovač a změnil 100x odpory děliče pro snímání výstupního napětí.
"+" snižuje se chyba na měření proudu
"+" u měřeného napětí není třeba řešit případný odběr, třeba pro analogovou předregulaci
Odpory v můstku jsem zatím nepřepočítával, jde mi teď o princip a zda to je přínosné.

Charon, odpovedi v krátkosti:

......
4. Áno rozumný argument. Ale ako som už písal je to zatiaľ prototyp. Samozrejme by si to neskôr zaslúžilo diferenčné meranie napätia s OZ, ale DanielK sa tak rozhodol, čo je pre úvodné odladenie OK. Dôvod prečo som mu radil aby znížil tento delič (i na úkor zvodového prúdu) je ten aby mal zabezpečenú dobrú stabilitu zdroja, vychádzajúcu z RC konštánt integrátora.

5. Prepínanie rozsahov merania prúdu samozrejme použiť môže. Dá sa to spraviť na mnoho spôsobov. Otázka či je mu to potrebné, nakoľko to komplikuje zapojenie a ovládanie. Ak ale potrebuje merať na desatiny mA tak áno. Ak chce aj nastavovať prúdy menšie ako 1mA treba prerobiť aj ERR AMP.

Možných úprav je ako na každom jednoduchom zdroji kopa. Ak bude chcieť, môžme z toho neskôr urobiť profi zdroj so všetkými možnými ochranami, meraním cez prepínanie, filtrovanie, prúdovú záťaž a mnoho iných profi funkcií. Je to však na DanielK

@balki, či ostatní:
3) Jak si představujete „diferenčné meranie napätia s OZ“ a jaký by to mělo přínos?
4) Jak předělat měření proudu pro hodnoty menší než 1mA? Jde mi spíše o možnost nastavení proudu od 1mA. Bylo by to výhodné např. pro rychlou kontrolu LED, nastavím proud a připojím diodu.
5) Jaké ochrany ještě přidat? Ochrana proti přepětí při zapínání a vypínání zde je (tranzistor Q1), ochrana zkratu na výstupu je omezením proudu, teplotní ochrana – zapínání větráku je uvažovaná u DanilK.
6) Měření přes přepínání, máš něco konkrétního na mysli?
7) Filtrace, proudová zátěž, další funkce – co konkrétně?

Rád bych aby dávalo smysl zdroj stavět pro výsledek, měl by umět něco víc než čínské zdroje za 1500Kč (být lepší než třeba https://www.aliexpress.com/item/4000216548899.html?).

[balki]

Simulátory:
- LTspice je celkom fajn, je malý free a rýchlo beží simulácia. Má rozne modely. Prípadne sa dajú vytvoriť nové.
- LTspice pre Eagle nepoznám, možno aj sa správne prepoja modely pôjde to rovnako dobre.
- Multisim je o dosť väčší, ponúka ale veľa modelov. Pozor si treba dať ale na neoverené modely, v mnohých je chyba a potom má problém s konvergenciou. Nevýhoda je, že nie je free a nemá veľmi rád spínané obvody.
- Okrem nich je ešte free OrCAD či už starý 9.1 alebo aj nový, ale vždy s obmedzením na počet súčiastok. Nová verzia má veľmi veľa MB a zmenili sa u nej demo podmienky. Niektoré potešia ale niektoré nie.
- Potom dávam ešte do pozornosti MicroCAP. Neviem či ste zachytili poslednú info. ale firma ktorá ho vyvíjala ho po rokoch prestala podporovať, tým u nej produkt skončil. Pre nás ale pozitívne je, že od toho dňa ho dala všetkým free bez obmedzenia. To je veľmi pekné gesto, ktoré sa rozhodne často nevidí, najmä ak stál niekoľko tisíc dolárov. Už rok ho teda môžu všetci využívať zadarmo, na neobmedzenú dobu. Je k dispozícií verzia aj pre x64. Tento nástroj sa dá dnes považovať za špičku simulačných nástrojov. Preto ho odporúčam využívať.

Ku schéme v krátkosti:
- Diferenčné meranie je typ napäťového zosilňovača za pomoci OZ, ktoré meria vstupné napätie diferenčne. Treba si dať do googla "Differential voltage measurement OPAMP" pre viac info. Toto jednoduché zapojenie má radu výhod. Spomeniem jednu podstatnú, a to, že sa môže merané napätie snímať priamo z výstupných svoriek. To odstráni chybu merania ktorá sa pripočítava postupne od reg. tranzistora až po výstupné svorky. Či už na odpore ciest DPS alebo shunte. Potom aj to, že diferenčné meranie potláča súhlasné rušenie ktoré by sa mohlo vyskytovať vo výstupnej ceste.

- Meranie malého prúdu sa dá spraviť dvomi spôsobmi. Azda najjednoduchšie je požiť za merací obvod ďalší OZ u ktorého sa bude prepínať zisk. je to jednoduché a funkčné. Ale pri malom shunte a veľkom zisku to má tiež svoje limity, a potom sa už začne prejavovať šum ktorý kazí užitočný signál a teda meranie. Potom sa dá ešte prepínať aj bočník teda shunt. Pri správnom návrhu a použitia oboch metód sa dá dosiahnuť veľmi dobrý rozsah mer. hodnôt a aj pomer SN. Pri prepínaní rozsahov potom pozor na stabilitu.
Ku tej LED a 1mA mám ešte jednu výhradu a to špička pri pripojení z výstupného kapacitora. Ak sa chce aj to sa dá odstrániť. Ale to je na dlhšie rovnako aj tá stabilita.

- Ochrany:
Návrh tak ako je:
1. nadprúdová - ok,
2. tepelná - čiastočne OK - doplnil by som hardvérovú tepelnú poistku ak zlyhá ventilátor,
3. prepäťová - čiastočne OK, Proti pripojeniu ext. zdroja OK ale len v kladnej polarite. Ak niekto pripojí ext. zdroj opačne zhorí D3. Tento stav nik nerieši, dá sa však vyriešiť použitím poistky ale ja inými lepšími metódami.
4. Ochrana pred impulzným napätím veľkých amplitúd. To je na dlhšie. Ak bude čas napíšem.

- Mernaie cez prepínanie rozsahov už som spománal vyššie. Ďalej prepínanie odbočiek na vinutí transf.
- Filtrácia som myslel prepínanie výst. kapacitora v prípade potreby. Potom zmena integračnej doby merania. Potom zmena rýchlosti spätnej väzby. Niekedy je lepšie prepínať medzi fast/slow mode. Potom sa môže doplniť meranie nie AVG ale skutočnej efektívnej hodnoty (RMS). To je užitočné najmä pri impulznom odbere. Potom je možné pridať spínaný predregulátor pre zníženie tepelných strát. Ďalej sa dá meniť vinutie tak že zdroj môže dať omnoho väčší prúd ale pri menšom napätí. Napríklad 30V/1A je jeden mod a druhý bude 10/3A. To je užitočné a osobne to veľakrát využívam.
Úprav je ako píšem veľa, plus kopa softvérových vylepšení.

K čínskemu zdroju:
Ten čo si dal je plne spínaný a teda sa nedá s týmto porovnávať. Azda len cenou.
Ak by si chcel zdroj so všetkým čo som napísal vyššie, cena bude n-krát väčšia ako u tej číny. Čiže v tomto smere má tá čína značnú výhodu. Všetko je o parametroch a cene. Za 100 eur dobrý zdroj (plný funkcií a ochrán) doma sotva postavíš. Už len trafák, skrinka a doska ťa bude stáť cez 300eur.

[DanielK]

Dnes jsem udělal první desku prototypu, součástky přijdou asi až v novém roce. Pak je tam zapájím a změřím. Všechny naměřené výsledky sem potom dám.

Moje myšlenka je taková, že tepelná ochrana je závislá na měření z teplotního čidla (lm35) rozlišení cca 0.5 C. Při dosažení určitých teplot může spustit PWM na ventilátor. Při překročení maximální teploty dojde k odpojení zátěže.

[boraicho]

Prosím Vás, vysvetlite mi ako može fungovať, regulacia napetia.
operak OP2 ma na výstupe v "protismere" diodu.
Ved predsa ten operak ma na výstupe kladné napetie a tým kladným napetim otvara výstupny tranzistor nejak tomu nechapem.
Nejake zdroje som postavil a všetky vlastne, ale som si 100% istý že ak by som dal na výstup takto diodu ani jeden by mi nefungoval.
Ani schema neexistuje žiadna s diodu v "protismere" na výstupe.
https://www.google.com/search?q=OP+AMP+ ... 36&bih=750

[maskrtnik01]

Aj to kladné napätie môže byť(resp. bude) zápornejšie ako 5V. Takže odpor dvíha napätie hore k 5V, operáky ho vedia cez diódu ťahať dole. Ktorý “zaberie” viacej, ten vyhráva a určuje výsledné napätie.

Tak tú reguláciu aspoň chápem ja.

[boraicho]

Ešte jedna vec. prečo je dobre použivať v prúdovom obmedzení komparator? v prípade prekročenia nastaveneho výstupneho prudu, to nezniži napetie na výstupe ale hned stiahne k zemi, a tým pádom nastava akési impulzne riadenie, zapne,vypne,zapne,vypne.... zhodou náhodou som robil pred pár dnami zdroj kde je riadenie prúdu riešene takto a funguje to pekne, akurat sa musi výstupne napetie nastavovať odporom SV.
Ale otazka je že prečo komparator?

[balki]

boraicho O tomto zapojení by si sa určite dočítal ak by si viac študoval lineárne a spínané napájacie zdroje. V bežných jednoduchých zdrojoch sa stým asi nestretneš. Jedná sa o lineárne spojenie dvoch výstupov OZ do jedného výstupu bez toho aby sa navzájom OZ ovplyvňovali. Toto je veľmi užitočné zapojenie. Inak by si dosť ťažko a krkolomne spájal výstupy dvoch rôznych OZ. Výhoda je je že všetky parametre sú zachované, nie je tam žiadne ovplyvňovanie OZ navzájom. Výstup zodpovedá vstupu mínus Vdiode, čo je tiež veľká výhoda.

V protismere sú diody len medzi výstupmi. To znamená že prúd medzi nimi nepotečie.
To čomu nerozumieš je: Ako sa dá cez opačne zapojenú diodu preniesť signál?
Odpoveď je jednoduchá: Privedením zápornejšieho napätia ako je na jej anode čím sa prevedie do vodivého
stavu. A teda ako sa otvorí tranzistor ktorý je na výstupe? Jednoducho OZ na výstup privedie napätie väčšie ako je aktuálne. To spôsobí, že sa na Vbe zvýši potenciál nakoľko je stále otváraný cez rezistor R10 (v poslednej schéme).

Čiže v skratke: Tranzistor s otvorí cez rezistor R10 ale až vtedy ak mu to OZ dovolí tým, že na svojom výstupe zvýši aktuálne napätie. A opačne, zavrie sa tým že na katodu diody (ktorá je zatial nevodivá) privedie menšie napätie než tam aktuálne bolo. Tým sa napätie na baze zníži a Tranz. sa zavrie.

Dá sa to ľahko dokázať aj rovnicami, ale myslím že textová podoba výkladu je zrozumiteľnejšia

[balki]

K tomu komparátoru:
Ono to nie je komparátor i keď to tak vyzerá

Teória obvodov hovorí jasne: Všetky obvody v lineárnom zdroji, ktoré sa podieľajú na riadení veličín U a I musia byť tiež lineárne. Z toho vypláva že ak má byť niečo lineárne nemôže tam byť komparátor a ani nieje. To čo tam je je bežný OZ s otvorenou spätnou väzbou. Samozrejme veľký zisk spôsobí veľké zemeny regulovanej veličiny a takto postavený zdroj sa rozkmitá (skoro ako keby tam bol ten komparator) Aby sa zdroj nerozkmital a bol teda riadený lineárne, musí sa dostať z impulznej podoby do stabilnej - lineárnej. To sa robí integračným členom. V preklade: kapacitorom v jeho spätnej väzbe.

Ak je sústava zložitá má aj rôzne časové oneskorenia ktoré regulované sústavy privádzajú veľmi radi do kmitavých (nestabilných) stavov. Preto sa používajú zložitejšie RC členy (aj derivačný) ktoré vykompenzujú frekv. závislosť sústavy. A preto sa takýto obvod volá kompenzátor. Najmä spínané zdroje ktoré sú obvykle plné cievok ktoré radi otáčajú zložito fázu. kompenzátor môže byť rôzneho rádu, a rôzneho typu, to sú veci už dosť zložité na večerné písanie, možno nabudúce

[boraicho]

Neviem čim to je, ale nikdy si sa až takto nevykecával, takže to využijem, ako roky zbehli, elektro je u mňa na ústupe ale zvedavosť ostala, zaujima ma ako je na tom takto jednoduchy zdroj (vzhľadom iba na napetie) s "tvrdosťou" výstupneho U. Otázka je že:
Ako docielim žeby na výstupe bolo stále (napríklad) 9V či už je odber 1mA alebo 1A alebo 2A. čo prispieva k "tvrdosti" zdroja(neviem ako to správne nazvať,stabilitu nemám presne namysli napr. kmitanie,...) aby pri zaťažení neklesalo U. Ak chceme takýto zdroj , čo musí obsahovať? alebo obsahovať iné/naviac?


linearne a spinacie zdroje, ak vieš poradiť nejaku dobru knižku rad si ju kupim, a niečo prečitam, bohužiaľ pre mna, je elektro na ustupe, roky zbehli, a už je toho času pomenej na prakticke veci. Ale tieto 4 strany som si s chuťou prečital.

[DanielK]

Já tomu zase tolik nerozumím, ale myslím si, že tvrdost zdroje zaručuje ta napěťová regulační smyčka. Pokud chceš aby neklesalo U, tak můžš použít 4 wire sensing, tam není výstupní napětí ovlivňováno úbytkem napětí na proudových svorkách.

[balki]

"Tvrdosť" napäťového zdroja je z makroskopického hľadiska definovaná ako zmena napätia od prúdu Ri=dU/dI. Nazývame ho vnútorný odpor zdroja. (Stabilita je zas niečo iné.) Ak sa má napäťový regulovateľný zdroj blížiť ideálnemu zdroju musí sa teda blížiť jeho vnútorný odpor nule.

V reálnom zdroji je vnútorný odpor daný rôznymi parametrami. Ak odhliadnem od dynamických parametrov tak podstatnou podmienkou udržania nízkeho Ri vo všeobecnosti je:
A) Vysoký zisk otvorenej slučky hlavného ERR zosilňovača. Ideálne s nekonečným ziskom.
B) Nízky offset hlavného ERR zosilňovača. Nemenný od teploty, času a common-modu vst. napätia.
C) Malá impedancia celej prúdovej cesty. Je to suma všetkých parazitných odporov a indukčností na doske vrátane vnútorného odporu hlavného regulačného prvku - tranzistora.
D) Lineárne meranie výstupného napätia priamo na výstupe zdroja. Ideálne diferenčné meranie na výstupných svorkách, frekvenčne nezávislé a nízko-šumové.
E) Referenčný zdroj Uref nezávislý od výstupného prúdu zdroja. Tiež nízkošumový a stabilný.

Ku každému sa dá veľa napísať, ale vo všeobecnosti je dodržanie týchto pravidiel len o:
- správnom výbere súčiastok
- správnom zapojení
- a nakoniec správnom návrhu DPS

[Charon]

Nad obrázky uvedu jejich název pro lepší orientaci.

Analogová část zdroje (analog-cast010.png)

WX-DC2416 (005-Spínaný zdroj jako předregulace.JPG)

Změny ve verzi 10( (analog-cast010.png))
a. Přidán spínaný napájecí modul regulovaného napětí WX-DC2416. Tímto děkuji za poskytnutí schema (005-Spínaný zdroj jako předregulace.JPG) včetně možné úpravy panu Jezevci.
b. Přidán řídící stupeň pro předregulaci WX-DC2416, napojení bude do bodů A, 3 a 4 na schématu WX-DC2416(005-Spínaný zdroj jako předregulace.JPG)
c. Změněny operační zesilovače IC1, IC2 a IC4 z OP27 na OP07 – pro napájení +-5V stačí
d. Pojistka F1 (6A) přesunuta na výstup, změněna dioda D3 z 1A na víc než 6A, rychlá, MBR20200 – při záporném napětí od externího zdroje shoří pojistka
e. D8 BAT54S posiluje interní ochrannou diodu OP07 neboť pojistka nechrání tento operák od záporného napětí, ale možná to je zbytečné
f. Kosmetické překreslení pro lepší čitelnost

Diferenciální zesilovač(třeba AD623) pro měření napětí nedávám , neboť mi připadá zbytečný za předpokladu, že se připojí napěťový dělič R6 R9 co nejblíže k výstupním svorkám a AGND pro +5V a -5V bude připojeno v bodě výstupu, tj. na J4

Jak je zapojení chráněné proti kladnému externímu zdroji? Jak lépe udělat ochranu pro záporný napětí od externího zdroje, pojistka a dioda jsou účinný, ale jistě by to šlo lépe.

K čemu slouží dioda D1?

[boraicho]

naozaj tam maju byť R8 a R17? odpory na operakoch, ved odpor SV pre napetie je predsa R6

[jezevec]

Mezi výstupní svorku zdroje a vstup předregulátoru je potřeba zapojit OZ jako sledovač, jinak by na zdroji nešlo nastavit na výstupu méně než cca 1V.