Digitální regulovatelný zdroj

[balki]

A opäť pripomínam, že to nie je len o návrhu, ale aj o správnom výbere súčiastok.

Pri pohľade na tú dosku ani nevime kde začať s problémami. Chápem, že je to koncept ale aj tak sa niektoré veci dajú pomerne ľahko urobiť lepšie.

- Tak napríklad tá SMD D2. Tá toho veľa nezachráni keď zhorí do 10ms. Kým tá poistka zareaguje zhorí aj dióda aj tá tenká cesta čo vedie ku nej.
- Pripojenie kondenzátorov C4 a C6 je nevhodné. Veď na tých cestách sa bude vytvárať rušivé EM pole. Majú tam byť polygóny. Tie zabezpečia minimálnu impedanciu slučiek.
- T1 má byť na kraji dosky aby na ňom bol chladič, ved strata bude 30W. A radím použiť väčšie púzdro ako TP220.
- C5 a C8 ako by tam ani neboli. Kondenzátor C8 má byť určený pre impulzné odbery. 100nF 0808 ako by tam ani nebol. Potom C5 je tantal. Tie bežné majú veľké ESR, celkovo sa na to nehodia.
- Pripojenie shuntu R2 zle v datasheete si pozri ako sa majú vyvádzať merané signály. (Zo stredu plôšok)
- Dioda D4 ako SMD, tá zhorí ako prvá pri prepólovaní.
- Aspoň ten T3 je DPAK.

To že to ťaháš po boku dosky nie je to úplne zle, ale nie je to ani dobre. Vstup a výstup má byť čo najbližšie. Už som spomínal prečo.

K tomu odkazu, áno je to pre spínané zdroje ale je to obdobné aj u lineárneho.

Už som písal, že ADC a DAC je v tvojom prípade lepšie dať blízko analogovej časti. Pretože komunikácia beží len občas. Ich zeme aj tak oddelíš od analógových.

[StefanST]

DavidK:
(1)Na poslednom návrhu DPS máš použitú len AGND. Nie je tam vôbec výkonová zem PWGND.
(2) Tranzistor T2 bude zrejme výkonovo poddimenzovaný. Prepočítaj si to. Možná alternatíva- BD138 pripevnený na chladič spolu s T1.
(3) Dióda D4 by mala byť priamo na konektore J2-OUT. Dimenzovaná minimálne na 1A, pre ochrannú funkciu aspoň 10A.

[StefanST]

...
Tu som ti nakreslil prvotný návrh pre úlohy doladenia v siumulátore.
...

balki-akcny clen zdroja a res.png (26.2 KiB) 5387 zobrazení

(1) Nie je ten rezistor R5=10R príliš malý? Cez Q4 musí tiecť prúd až 60mA, aby za začal otvárať Q3.
Resp. pre výstupný prúd stabilizátora do 60mA reguluje len Q4, až pre väčšie prúdy reguluje Q3. Tým vznikajú dva režimy práce regulačného člena -> môže to mať vplyv na nastavovanie stability?
(2) Použitý výkonový tranzistor BD912 (ale možno aj iný) má má Icbo_max=500uA. Bez externej záťaže je jedinou záťažou delič R5+R9 = 10kOhm a 0,5mA x 10kOhm = 5V
Asi by bolo vhodné eliminovať zbytkové prúdy a dať nejakú záťaž za kolektor výkonového tranzistora.
Ak by bol zdroj -5V dostatočný pre napr. 10mA, dal by sa použiť jednoduchý prúdový "zdroj" (tranzistor+rezistor). Tak by sa dal nastaviť režim, keď obomi tranzistormi potečie nejaký prúd aj pri odpojenej externej záťaži (aj pri veľmi nízkom výst. napätí).

DanielK-kompenzácie1.png (22.11 KiB) 5387 zobrazení

(3) Moja otázka ohľadom kompenzácií:
Impedancia R25 paralelne s R23+C20 má dosť malý "zdvih" - pri 0Hz 1000ohmov a pri vysokej frekvencii 500ohm. Po započítaní R9 z deliča bude zmena ešte menšia. Nebude takáto malá zmena nedostatočná pre derivačnú zložku PID?
Bolo by alternatívou umiestniť R23+C20 paralelne k R6?
V tomto som úplný začiatočník, tak ma neukameňujte, ak sa pýtam somariny.

[balki]

1. To je len časť schémy, samozrejme hodnoty treba vypočítať podľa typov tranzistorov. Stabilita je určená frekvenčnou amplitúdou a fázovým posunom. Zmena oboch parametrov je v tomto prípade zanedbateľná.
2. Netreba veci komplikovať. Ale áno ak to zdroj vyžaduje, je vhodné ho zaťažiť. Pomôže to aj reg. slučke pri open stave.
3. S derivačnou kapacitou opatrne. Jej hodnota sa musí voliť s ohľadom na reálny obvod. A aj tak býva veľmi malá. Treba si uvedomiť, že zdroj má mnoho rôznych stavov. (skrat-odpojenie, záťaž - odpojenie, prúdový mód-odpojenie, napäťový mód - prúdový mód a opačne) Pre všetky tieto stavy musí platiť jedna kapacita. Preto nemôže byť veľká ani zbytočne malá. Pretože pri bežnej prevádzke a nejakej kapacite, bude zdroj stabilný, a pri inej prevádzke a záťaži, to už môže spôsobiť prekmity až rezonanciu.
Ale v princípe ako píšeš, môže byť aj paralelne k R6, tam ale je jej vplyv znásobený. A preto to má byť súčasť err amp, nakoľko delič môže byť menený hore dole. V ideálnom stave by tam mal byť buffer za deličom. Ale pri takto jednoduchom zdroji a ešte k tomu len koncepte je to jedno. (V praxi je jedno kde je či na R25 alebo R6, hlavné že je derivačná.)

[DanielK]

-Diody jsem nahradil za větší (5A, 100A 8,3ms) a umístil je na spodní stranu.
-Doplnil polygon na AGND.
-Původně jsem chtěl tomu tranzistoru zkroutit nohy aby se dostal mimo desku. Nahradil jsem ho za pouzdro TO-264 a dal úplně na kraj.
-C5 jsem nahradil za elektrolitický kondenzátor a společně s C8 je umístil co nejblíže k výstupní svorce.
-R2, jsem limitovaný rozměry, které dokážu vyrobit- cesta 0.4mm mezara 0.2mm cestičky mezi plošky už bych nedokázal dát. Nahradil jsem ho open air resistorem. Ale nemyslím si, že bych tomu nějak pomohl.

-Zkoušel jsem přehazovat součástky ze strany na stranu, ale největší problém mi dělaly tranzistory , tak aby byly na kraji a pak lmp8640, neustále se snažil být naopak, než jsem ho potřeboval. Takže jsem zůstal u toho, že bohužel vstup a výstup budou daleko od sebe.

(1) PWGND je AGND jako poligon.
(2) T2 jsem nahradil BD138, na původním BCX53 jsem prst udržel, ale bylo to hodně nepříjemné.
(3) přemístěno, trvale 5A, pulz 100A 8,3ms .

[Andrej152]

ake budu tie vstupne dva kondiky ? 2x 2200uf/35(50V) ? take v SMD asi niesu tam by som dal snap-in a tak isto aj skus dodrzat "cestu" prudu, cize z konektora na prvy kondik, tak z prveho kondika na druhy a tak z druheho na tranzistor.

[DanielK]

Jsou určitě i na 50V. Zkusím tu pojistku postavit, pak by se možná vešly ty dva kondenzátory dolů, ale tím zase oddálím vstup od výstupu.
https://cz.farnell.com/rubycon/35trv220 ... 00uf%2035v

[DanielK]

Tak jsem vytvořil druhou verzi desky a trochu ji očesal od věcí, které nebyly úplnou nutností. Má smysl ji vyrábět nebo je to celé špatně?
Ještě tam chybý propojení AGND a DGND, nejsem si jist, kde by mělo správě být.

C5, měl jsem vybraný tento tantal 10uF 35V 0.8Ω, ale stále nedorazil, a už asi ani nedorazí. https://cz.farnell.com/avx/trjc106k035r ... derack-GLB
Pokud teda mám hledat kondenzátory s nižsím ESR tak v TME mají elektrolyt 10uF 35V 0.7Ω https://www.tme.eu/cz/details/eeefk1v10 ... panasonic/
nebo tantal 10uF 35V 0.125Ω https://www.tme.eu/cz/details/t521v106m ... ory/kemet/

[balki]

Nemôžem napísať, že je to zle, aby som ťa neodradil od ďalšej práce. A rovnako nemôžem ani napísať že je to úplne dobre. Správny návrh sa proste musíš naučiť. Nedá sa to za deň. Musíš proste navrhnúť množstvo dosiek pri ktorých ťa niekto bude usmerňovať aby si vedel prečo sa to tak robí. Na profi doskách je niekedy pár špecifík, ktoré na prvý pohľad vyzerajú ako hlúposť, ale ak ti niekto vysvetlí ako to funguje, zistíš že je to nakoniec veľmi chytré riešenie a potom to použiješ aj u seba.

Chápem, že je trochu obmedzujúce správne navrhnúť dosku pri 2 vrstvách. Na zdroj si to zaslúži 4 vrstvy, kde vo vnútri prepojíš signálové napájania a cez druhú internú vrstvu vyleješ GND a tú správne rozdelíš. Ale ok, dá sa to aj na dve vrstvy, ale potom tam budú vždy kompromisy. Ale je to prototyp tak to netreba komplikovať.

- vias sú veľké, odporúčam zmenšiť. (to je klasika u Altia, že sú v základe obrie)
- Vrchný polygón netreba, vyhoď ho preč, nemá význam ak nemá vie do GND a je na veľa miestach predelený.
- Vrstvu bottom použi len na GND, snaž sa vyhnúť ťahaniu signálov touto vrstvou, pretože ju zbytočne delíš. Chápem že potom ti bude problém určité signály preniesť cez dosku , ale radšej použi prepojku (ako tretiu vstvu) ako by si mal zem deliť.
- Ak už bude zem na bottom vyliata potom tak ako hore ju rozdel tak aby power veci boli spolu a signal spolu.
- Oprav si správe to blokovanie MCU, lebo ti to bude blbnúť. Nôžka GND procesora musí ísť najkratšou cestou cez via do GND. Vcc procesora musí ísť najkratšou cestou na 100nF a až potom ku ceste napájania. Zem 100nF tiež okamžite do GND na vrstve bottom.

Je toho mnoho čo sa dá ešte vylepšiť, ale na začiatok stačí.
Máš šťastie že tam nemáš VF signály ani veľké prúdy ani veľké mag. polia, ani vysoké impedancie, proste taká easy doska, a tá pôjde skoro vždy
Pri mojej práci som už videl obrovské množstvo odfláknutých dosiek, a na potvoru vždy fungovali

[DanielK]

Pokud to bude špatně, takovým způsobem, že by to nemělo smysl to vyrábět, tak se pokusím najít jiný způsob jak to udělat. Elektroniku mám jako koníček, to abych po večerech nevýmýšlel houposti a vzhledem k tomu, že se tím nežívím a nemám s tím žádné odborné zkušenosti, tak pokud edukační materiály nenajdu na internetu, mám smůlu.

Nevím zda jsem správně pochopil ceny u JLCPCB a nabízí 100x100 4layer za 6.57€ + poštovné 5.35€, to je cca 300Kč, zdá se mi to až neuvěřitelně málo. Takže bych mohl zkusit navrhnout 4 vrstvou DPS.

Top(1) - pouze signály a cesty s velkým proudem.
Vnitřní vrstva (2) - napájení periferií (+5VA, +5VD, Vref).
Vnitřní vrstva (3) - GND (DGND + AGND).
BOT (4) pouze signály a cesty s velkým proudem.

Úplně si nedovedu v hlavě představit to rozdělení GND, tak aby nebyla nějakým způsobem předělená. Ještě zkusím pohledat nějaké obrázky.

[balki]

Prikladám náhľady DPS kde je vidieť systém delenia GND. Aj Keď v schéme sa jedná o rovnakú GND reálne na doske sú tie zeme fyzicky rozdelené do blokov (SGND, DGND, PGND). Samozrejme vo veľkých projektoch sa už priamo v schéme zem rozdelí na viacero zemí cez net-tie.

Ty budeš mať tiež jednu GND, ale na doske rozdelenú do bloku PGND kde budú všetky výkonové prvky aj vstupný a výstupný kondenzátor. A potom aj DGND kde musí byť MCU a všetko čo nemá s analógovou časťou nič spoločné.
Aby to bolo dokonalé bolo by treba ešte vytvoriť aj SGND to je (Signal GND) tým myslím všetky citlivé OZ a referenciu. Všetky tieto bloky, pokiaľ je to možné treba spojiť približne na jednom mieste. Dôvodom je, že výkonová zem a jej prúdy môžu (a aj ovplyvnia) meranie cez OZ a posunú potenciál referencie. Digitálne obvody sú tiež samostatne na DGND, aby opäť, veľké impulzné prúdy nenarušili chod MCU.

[StefanST]

DanielK:
(1) Možno by si mohol zvážiť aj usporiadanie súčiastok okolo PW-GND kompaktnejšie pri sebe a neťahať 1A-cesty naprieč celou DPS. Napr. takto:

DanielK-brd3d2.png (2.35 KiB) 4891 zobrazení

(2) Tie konektory J1 a J2 predpokladám, že sú skôr signálové, ako výkonové. Skús zvážiť nejaké fastony, napr. https://www.tme.eu/sk/details/1-726388- ... nectivity/

(3) Ak by ťa zaujímalo nejaké čítanie okolo návrhu DPS, pozri https://moodle.fel.cvut.cz/course/view. ... #section-2.
Teraz bude pre teba zaujímavých možno 5%.

[DanielK]

StefanST: Díky, pěkné řešení, jen se mi tam nelíbila orientace R2 a toho napěťového zesilovače, takže jsem zůstal u původní myšlenky. Fastony jsem doplnil. Super odkazy

Balki: Díky za předlohy, snažil jsem se držet tvých rad. NetTie jsem umístil někam do prostřed mezi MCU a ty převodníky nevím zda je to dobré řešení, ale zdálo se mi to logické.

Upravil jsem schéma, zejména indikaci CC pomocí OZ jako komparátoru. A upravil jsem země u AD převodníků, abych nedělil země na moc místech.

Co by se nechalo ještě změnit k lepšímu?

[StefanST]

R12 by nemal byť zapojený na výstup zdroja, ale na kolektor výkonového tranzistora, aby ti neskresloval meranie prúdu.

[DanielK]

Díky za postřeh, opraveno.

[DanielK]

Narazil jsem na jeden takový problém, jen nevím jak moc je to závažné. Pokud je na zdroj připojen cizí zdroj napětí (třeba baterie), tak ho nelze vypnout (celkově), napájí se z baterie a tváří se jakoby nic

Má smysl to řešit nebo to brát tak jak to je a počítat s tím?
Jedním řešením by bylo použít Balkiho dokonalý AC switch, ale jak psal Jenda akorát to přidá na měkkosti zdroje. Vlastně ani relé by nebylo řešením -> zdroj bude nabíjet baterii -> vypadně proud v síti (etc) -> a baterie se vybíjí do zdroje.

Jak se tohle řeší v kvalitnějších zdrojích?

[Atlan]

Zvycajne je na to zvlast svorka pre nabijanie baterii, cez diodu.
P. S. RELE sa napaja zvlastnym mostikom s trafa a tym padom nieje napajane z baterky a pri vypadku odpoji vystup.

[StefanST]

Narazil jsem na jeden takový problém, ... Pokud je na zdroj připojen cizí zdroj napětí (třeba baterie), tak ho nelze vypnout (celkově), napájí se z baterie a tváří se jakoby nic.

Je to dôsledok ochrany regulačného tranzistora pomocou premostenia diódou. Takže je to vlastnosť takéhoto zdroja.
Ak by si chcel odpájať výstup zdroja od pripojeného vonkajšieho zdroja (akumulátora) a zabrániť spätnému prúdu, dalo by sa, okrem spomenutej diódy a výstupu pre nabíjanie, doplniť k odpínaciemu FETu ešte jeden FET pre blokovanie toku prúdu v opačnom smere. Oba FETy by mali spoločný Drain a Gate. Okrem terajšej funkcie odpájania výstupu zdroja od spotrebiča by blokovali aj prúd od spotrebiča (výstupných svoriek) smerom do vnútra stabilizátora. Teda pri SW vypnutí FETov.

"Jak se tohle řeší v kvalitnějších zdrojích?" -neviem

[Drakoush]

Chlapi, ospravedlňte ma, že sa sem takto votriem s OT, ale zaujalo ma to, čo písal Balki. Viem, že návrh akejkoľvek DPS má svoje špecifiká, pri spínaných zdrojoch to platí dvojnásobne. Chcem sa spýtať, kde sa toto všetko dá naučiť? Existuje nejaká literatúra, ktorá by sa zaoberala vyslovene iba návrhom DPS? Alebo kde čerpať tieto informácie?

Ak nechceme robiť OT, odpovedať mi kľudne môžete do SS. Ďakujem.

[DanielK]

Tak je to aktuálně ve fázi prototypu, tak cizí napětí na vstupu zatím řešit nebudu

Udělal jsem malinké změny, viz schema. Jen si nejsem jist tím I2C, když to bude ovládané po cca 10cm kabelu z master desky s MCU.
OT: Jsem jediný, kdo má problém s nedostupností součástek na trhu?