Celule de reactie cu AO pentru Sursele in comutatie

[moro]

Salutare frati electronisti

De ceva vreme ( cateva saptamani ) m`am tot perindat prin sectiunea ,,Alimentatoare'' in speranta ca voi gasi ceva care sa ma lamureasca si pe mine in legatura cu proiectarea ,,celulelor de reactie" folosind AO pentru sursele in comutatie , am gasit intrun post prin aceasta sectiune un atashament ,,Academic.Press.Practical.Switching.Power.Supply.Design.1990" in format pdf , mam tot uitat am citit am invartit , problema ar fi ca is o sumedenie de forumule ,si eu cum nu prea stapanesc asa bine engleza , as vrea si eu mai pe romaneste spus niste formule concrete legate de proiectarea , tin sa mentionez ca nu sunt strain la capitolul surse in comutatie , am si reparat cateva , dar niciodata nu mam ,,scufundat" mai amanuntit in functionarea teoretica a acestora , nu vreau mura in gura cum ar prefera unii , am decis ca sa discut reactia la o schema a unei surse din proiectul K6 , schema pe care dealtfel am si atashato , prea multe nam inteles eu cu circuitele de reactie peacolo decat cu acel grup AO IC3 care cu ajutorul acelui comutator SW2 in functie de tensiunile de pe secundar , comuta niste rezistente pt a forma niste tensiuni cu cele 2 zenere D12,D14 care ma gandesc eu ca ar fi niste tensiuni de referinta , eh si de aici incep eu sa imi prind urechile ca sa zic asa in sensul ca nu vreau sa scriu vreo prostie

Si asa la final tin sa precizez ca doresc contruirea unei surse de 1kw pt un sistem 2.1 cu urmatoarele tensiuni 2x35 V pt amp'urile pt sateliti si 2x75V pt subwoofer

Ce doresc defapt dupa atatea randuri scrise? vreau daca se poate cineva sa ma ajute si pe mine sa inteleg cu formule cu se poate , vreau ceva cat mai aproape de cuvantul Concret pt a vedea cum se calculeaza aceste celule de reactie cu AO

Va multumesc

[moro]

chiar nimeni nimica ? :smt064

[cirip]

Salut moro,Incerc eu sa te ajut.Alegerea sursei K6 in scop didactic e cam neinspirata ptr ca bucla de reactie e destul de complexa, dar o sa incerc sa fac putina lumina. Daca ceva e neclar, nu te sfii sa intrebi.O sa incepem cam de la coada la cap, adica de la SG. Bucla de reactie a acestei surse este de tipul integrator. Integratorul este realizat cu IC2a. Bucla functioneaza in asa fel incat, daca eroarea este zero, tensiunea la iesirea integratorului se mentine constanta (integrala din 0 e o constanta). Referinta este de 5.1V si este asigurata de SG la pinul 16. Din considerentele de mai sus, in functionare normala, tensiunea de la intrarea integratorului trebuie sa fie egala cu tensiunea de referinta, deci tensiunea pe pinul din dreapta al rez R39 trebuie sa fie 5.1V.Tensiunea de la iesirea lui IC3b, care este si tensiunea de intrare a integratorului, este dependenta de tensiunile de iesire. Tensiunea la iesirea IC3 pin7 se poate scrie ca suma tensiunilor aplicate din IC3 pin1 si divizorul R30, R31. Ptr simplitate, discutam de cazul in care sursa scoate 41V. Sumarea se face prin R36 si R38. Aplificarile sunt aprox 0.5 ptr fiecare tensiune. Mai exact, amplificarea ptr fiecare ramura este R37/R36, respectiv R37/R38.Presupunand ca tensiunile +VCC si -VCC sunt egale, contributiile lor la bucla de reactie vor fi egale, asa ca pentru calculul tensiunii de iesire va fi suficient calculul pe o singura ramura.Si acum calculul.Pornim de la ipoteza (justificata mai sus) ca la iesirea IC3 pin 7 trebuie sa avem o tensiune de 5.1V. Ca sa avem 5.1V, in nodul comun R38/R30/R31 trebuie sa existe o tensiune de 5.1*0.5*R38/R37=5.495V. Cum am spus, 0.5 provine de la contributia de o jumatate din valoarea de iesire a tensiunii -VCC, cealalta jumatate fiind asigurata de +VCC.Acum calculam cat ar trebui sa fie tensiunea -VCC a.i. in nodul comun R38/R30/R31 sa avem 5.495V. Se aplica regula divizorului rezistiv in care rezistenta "de sus" este R30, iar rez "de jos" este R38 paralel cu R31. Scriem -VCC=5.495/(R38||R31)*(R30+(R38||R31))=43.5V E p-acolo. Am zis ca ne ocupam de cazul 41V. Probabil ca din calcul rezulta valori de rezistente nestandard. Alegerea valorilor standard a decalat putin iesirea.In mod similar se calculeaza celelalte tensiuni de iesire, tinand cont de data asta ca in paralel cu R31 se mai conecteaza fie R32, fie R33.Dupa cum constati, diodele D14 si D12 nu intra in calcul si dupa parerea mea sunt inutile. Mai mult, daca una din diodele alea crapa sau daca are tensiunea ceva mai mica, tensiunile de iesire zboara la maxim.Dupa ce digeri putin ce ti-am scris mai sus, o sa discutam putin si despre integratorul pr. zis (IC2b).Cirip

[moro]

cirip iti multumesc foarte mult , miai deschs ochii ca sa zic asa , in mare parte am inteles carei faza cu reactia aia cu acel comutator si ca Vref = V pin 7 ic3 in conditiile de functionare normala a sursei , o alta nedumerire ar fi cand sa spunem ca as incepe o sursa asemanatoare K6 de la zero cu proiectarea valorile rezistentelor necesare stiind ca trebuie la iesirea integratorului trebuie o tensiune egala cu cea de referinta ( 5.1 V in cazu de fatza) , ca treaba cu aflatu tensiunii 5.495 dintro ramura principala de alimentare ca sa obtin 5,1 am inteleso , rezistentele ma intereseaza cum se afla stiind tensiunile

 

aaa eu am sa lipsesc cateva zile k plec la mare cu femeia la vama vecheee la roackeri :supz: vorbim dupa 1 mai

[cirip]

moro,Pentru putin.

rezistentele ma intereseaza cum se afla stiind tensiunile

Pai o iei invers. Stii tensiunea de iesire dorita si ticluiesti un divizor rezistiv care sa scoata tensiunea de referinta. Bucla se va stradui sa "aranjeze" tens de iesire in asa fel incat la iesirea divizorului sa iasa tens de referinta. Valorile concrete ale rezistentelor, in cazul asta, au o plaja foarte larga. Esential este raportul de divizare. Valoarea minima a rezistentelor se determina din curentul maxim pe care vrei sa i-l dai buclei de reactie. In cazul asta bucla trage cam 40V...80V/100K=cam 0.4...0.8mA. Daca R30 era de 10 ohmi si pastrai rapoartele, bucla "sugea" :yawinkle: 5A. Ar fi fost functionala, dar papa prea mult curent.Pe de alta parte, prin divizorul buclei tre' sa treaca un curent suficient de mare in comparatie cu curentul necesar polarizarii operationalului. Traditional curentul prin divizor se ia de 10...20 de ori mai mare. Din aceasta conditie, R30 ar fi iesit de cateva catralioane de MOhmi. Orice valoare intre cele doua limite este valida. Incep sa intre in functiune criterii comerciale, preferinte, ofset minim, zgomot minim... etc.Atentie! Ai spus: "la iesirea integratorului trebuie o tensiune egala cu cea de referinta ( 5.1 V in cazu de fatza)". Nu la iesirea integratorului (IC2b) ai tens de referinta, ci la intrarea lui. Inca nu am discutat de integrator :)Continuam dupa ce te intorci de la mare. Distractie placuta!Cirip

[moro]

am revenit dupa un weekend superb la vama vechepartea cu reactia accea care tre sa scoata 5.1 v din tensiunile de iesire am priceputo , cred ca am ,,digerat" destul de bine :tonqe: integratorul acela ce rol are? este un monitor de curent prin trafo acela flyback? cum functioneaza mai exact?

[cirip]

Bun venit inapoi.Sa incerc sa scriu cateva randuri si despre integrator, in timp ce se lipeste avionul... :smt005 Mentionez ca nu a fost vina mea. Mi-a sarit un copac in fata, care nu a dat prioritate de dreapta. :yawinkle: Integratorul de care vorbim este IC2b si nu are legatura cu traful de curent. IC2a la care e conectat traful de curent e pe post de protectie la supracurent. Integratorul face parte din bucla de stabilizare a tensiunii.Functionarea integratorului este mai putin intuitiva. In esenta integratorul are 2 roluri. Primul este acela de a compensa caracteristica de frecventa a ansamblului. Exista posibilitatea ca la inchiderea buclei de reactie sursa sa oscileze. C24, C25 si R25 compenseaza circuitul in asa fel incat sa impiedice oscilatiile sau raspunsul cu supracresteri la variatiile bruste ale sarcinii sau ale tensiunii primare de alimentare. In termneni de specialitate se cheama ca din valorile respective se asigura marginea de faza si de castig a buclei. Ptr detalii studiaza criteriul Bode de stabilitate al circuitelor cu reactie.Al doilea rol, care este legat de integratorul propriu zis, este acela de a asigura eroarea zero. Integratorul are castig infinit la frecventa zero (curent continuu). Prin aceasta, eroarea statica de stabilizare a buclei in urma unui salt al curentului este zero. Daca nu aveai integrator, ai fi avut un offset permanent intre valoarea ideala si cea reala a tensiunii de iesire. Cu integrator, daca ai o mica eroare la iesire, integratorul o integreaza si genereaza o tensiune de comanda a PWMului in asa fel incat sa compenseze eroarea. Din pacate nu stiu cum sa explic intuitiv ptr ca nu este. Pot doar sa mai spun ca problema este analizata cu ajutorul Teoremei Valorii Finale de la transformata Laplace. Cand ai integrator in bucla, valoarea finala a erorii este in general zero. Fara integrator, eroarea poate fi facuta oricat de mica, dar niciodata zero.Phiu! Nu stiu cum sa explic mai bine. Daca ceva e neclar, mai intreaba-ma.Cirip

[moro]

hmm cam al dracu integratoru ala chiar descurajant , dar avand in vedere ca am priceput care e treaba cu reactia accea legata de tensiunile de iesire am sa ma pun sa calculez ce valori imi tre acolo pt 2 secundare : 2x35V si 2 x 80 V

 

mam holbat o`leaca pe aici http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt. ... mps_e.html

 

unde am pus Vin min 150 v, Vin max 350 , I out 6 A si F 150 khz si mia dat un miez ETD59 cu 368 mm patrati

io ca formula de calcul am facut cu formula descrisa de psanyi http://www.elforum.info/viewtopic.php?t=8637

 

unde deB = 0.1 T ca in tabelul de pe siteul mentionat mai sus

 

A = 368 mm

 

Ton = 1/ f x 0.5 = 1/150 000 x 0.5 = 1/75000 = 0,000133 s ( 13 microsecunde)

 

Nr Spire/volt = Ton/deb x A = 13 / 0.1x368 = 13 / 36,8 = 0,027174 sp/volt

 

pt primar mia dat 9,5 spire ~ 10 spire ( 350 V )

 

si la secundar mia dat 2 x 2,2sp pt 2 x 80 V

 

zilele astea tre sa primesc un osciloscop si o sa ma apuc de experimente :pol: :echair: :banghead:

[moro]

Si revin dupa 2 ani pe acelasi topic :-) osciloscopul acela nu a mai venit pana la urma, insa acum de cateva zile am unul disponibil la servici. Am vazut ca multi vor totul mura'n gura ceea ce nu e bine, parerea mea este ca cel mai bine e sa stii macar cum lucreaza circuitul acela SG...Am vazut astazi la un magazin un miez ETD65 la 25 de lei, saptamana viitoare la salar o sa iau miezul si mosfetii, SG-ul acela am prin niste surse de la calculator care aveau choperele bubuite, nu m-am mai chinuit sa le resuscitez.O sa va tin la curent cand incep primii pasi cu experimentarea ei.

[EmyRulz]

Vezi ca daca vrei sa iti proiectezi tu de la 0 bucla de reactie, trebuie sa stii sa o si compensezi! Si asta nu e simplu, nu se poate fara matematica si fara sa intelegi principiile. Eu iti sugerez sa incerci ceva mai simplu... circuitul SG are inauntru un amplificator si poti construi regulatorul in jurul lui, sunt multe aplicatii pe net care explica cum sa il implementezi. Plus de asta, eu chiar nu vad rostul in a pune un integrator separat, intrucat chiar cu un singur AO poti realiza legi de reglare PI si PID. Integratorul intr-adevar asigura eroare stationara 0 dar doar la intrare treapta sau asigura rejectia unei perturbatii de tip treapata DACA aceasta apare dupa el pe calea directa.

[moro]

Momentan astept resursele financiare pentru procurarea pieselor, ai tu dreptate undeva, insa nu am studiat in amanunt fisa circuitului SG, pentru inceput ma gandeam sa ma invart in jurul lui fara protectii, doar sa ma joc cu oscilatorul si etajele finale pentru comanda transformatorului. Cand am piesele ma apuc de experimente, si cu un bec in serie evident

[moro]

Revin din nou ca sa nu mai deschid un alt subiect pe tema asta. De cateva zile tot incerc sa inteleg care este relatia dintre acei decibeli sa le zic asa si acel Pase shift in xxx grade.Ma refer desigur la compensarea buclei de reactie din cadrul unei surse fie ea in comutatie sau liniaraDin cate am priceput eu semnalul aplicat unui AO pe intrarea inversoare, la iesire va fi inversat cu 180 grade. Pe mine ma intereseaza cum se manifesta acest lucru in tensiune, Vorbeam intr-un post anterior despre sursa K6 unde cirip mi-a explicat mai pe intelesul meu cum sta treaba cu tensiunile si divizarea acestora. Sa zicem ca lucrul asta l-am lamurit si cu ajutorul lui google, insa eu tot nu pricep mare lucru din acele Bolde plots, care este relatia dintre acele grade/decibeli si cum imi afecteaza ele in termeni de volti sa zic asa bucla de reactie.

[EmyRulz]

Foarte pe scurt, diagrama bode are 2 parti, modulul adica partea aia in dB si faza adica partea in grade. Modulul reprezinta in general raportul intre amplitudintea semanlului de iesire si cel de intrare si se exprima in dB. (pt semnale u in db = 20log(u), unde u este un semnal oarecare). Faza reprezinta defazajul intre semalul la iesire si cel la intrare. Cele 2 grafice sunt legate intre ele, prin axa frecventelor, adica ele trebuie citite simultan(de ex. ma uit pe graficul amplitudinii si sa zicem ca gasesc 20db la 10khz, apoi, ma uit pe graficul fazei si vad ca la 10 khz am 45grade defazaj. Asta inseamna ca daca la intrarea sistemului aplic o sinusoida de 10 khz, ea va aparea la iesire amplificata de 10 ori si defazata cu 45 grade).

[moro]

Asa ceva ma gandeam sa fac, cum spunea si cirip in posturile mai sus referitor la alegerea rezistentelor din divizoare.

M-am gandit sa fac doua iesiri pe sursa, si anume +-96V pentru etajele audio de putere si +-15V pentru etajele de putere mica.

Pastrand anumite valori din schema k6, ma refer la partea de feedback am zis ca e mai usor sa las rezistentele din etajul integrator intacte (R38 si R37), in cazul meu R11, R9 si R10 astfel incat pentru nodurile Ua si Ub sa imi rezulte o tensiune de 5.495 si un curent de 2mA

R3 si R4 = (15V - 5.495)/(0.3 * 2mA) = 15.841 k

R1 si R2 = (96V - 5.495)/(0.7*2mA) = 64.646 k

R5 si R6 = 5.495/0.002A =2.747 k

0.7 si 0.3 sunt contributiile fiecareia dintre tensiunile monitorizate in divizoare, adica 70% pentru ramura de 96 si 30% pentru ramura de 15V

Cum ti se pare pana aici?

Si in legatura cu decibelii aia bata`i cucu si azi dimineata ma uitam peste niste carti, am observat ca frecventa crossover se alege o cincime din frecventa de comutatie, dar cautand printre exemple, nu am gasit decat surse forward-mode flyback, principiul ma gandesc ca este acelasi in orice sursa forward-mode voltage-control, respectiv cele care ruleaza cu SG3525 si TL494 nu?

Am vazut ca se ia in considerare si frecventa filtrului de la iesire LC , respectiv 1/(2*PI*(Radical din L*C))

In cazul asta de reactie care am vazut ca este de tip "Single-Pole Zero" si acel pol ma gandesc ca este stabilit de C5 si R13. Dar nedumerirea mea este cum se alege acea frecventa pentru filtru LC cand eu am practic 4 bobine sa zic asa si 4 condensatoare? Compensarea vad ca se face doar in jurul U3A, respectiv prin C5 si R13 si C6, restul din cate am vazut sunt doar niste sumatoare de tensiune si inversoare de faza care imi aduc tensiunile de pe ramurile pozitive in aceasi faza cu cele negative (phase shift la 180grade) si intra in U3A nu?

 

[EmyRulz]

Eu sunt de parere ca nu ai nevoie sa stabilizezi si tensiunile de +/-15V daca sunt de putere mica, oricum o sa pui regulator liniar pe ele care o sa faca treaba mult mai bine. Asa castigi la performantele de reglare pe iesirea de +/-96V.In afara de asta, ai calculat bine rezistentele, totusi eu nu ma prind de ce te chinui cu valorile alea ciudate, nu mai bine pui la etajul sumator pe reactie o rez de 50k(eventual formata din mai multe, ca sa obtii o valoare cat mai exacta) si iti usurezi munca? Inca un aspect, care mie nu-mi place este faptul ca sumatorul inversor(U2A) functioneaza cu castig subunitar, lucru care poate sa nu fie chiar bun, intrucat anumite op-ampuri pot deveni instabile.Principiile de proiectare a reactiei negative sunt aceleasi ca la orice sistem de reglare automat. Ideea e urmatoarea:1. Se determina modelul dinmanic(adica de semnal mic) liniarizat(cand se poate si aici se poate) al obiectului care trebuie condus. La noi este convertorul. Pentru a aplica metode de proiectare in domeniul frecventei, este utila functia de transfer a circuitului. Primul pas este sa liniarizam partea neliniara si anume tot circuitul PWM. Din moment ce fecventa lui este mare in comparatie cu dinamica celorlalte elemente, se considera valorile medii are tesniunilor si curentilor PWM si asa am modelat un intreg circuit complex cu o constata care este castigul acestuli circuit(fata de valorile medii alte tensiunii).Dupa aceea intervin elementele care intr-adevar au o dinamica semnificativa si anume filtrul de la iesire. Daca este de tip L-C el va introduce un pol dublu(aici factorul de amortizare depinde de sarcina, si trebuie ceva atentie) la frecventa 1/2*pi*radical(L*C). Condenstatorul de iesire si rezistenta sa interna(esr) formeaza un zerou la frecv 1/2*Pi*Resr*C. Daca se doreste o modelare mai atenta, se iau in considerare si elementele parazite ale trafului.In cazul tau, cand ai mai multe iesiri, modelelzi ca si cand ai avea aceelasi castig al PWM dar ai 2 filtre in paralel(ma refer doar la cele de pe ramurile de +/-96V, functiile de tf se aduna). Oricum, in situatii mai complicate, eu recomand o simulare in simulink de ex(te scuteste de o gramada de calcule). Asta e asa in mare ca sa iti faci o idee, calculul efectiv tine de implementarea exacta(o referinta buna in acest sens este cartea "Switching Power supply design" de Abraham I. Pressman). 2. Dupa ce ai calculat sau identificat(se poate si identifica prin masuratori un model) trebuie proiectat regulatorul. De remarcat ca in general modelele folosite sunt de ordinul doi(sau 3 cu a treia constata parazita), eventual unele mai au un zerou instabil(la flyback) ceea ce complica un pic lucrurile. In cazul de fata avem o bucla standard(ceea ce se numeste voltage-mode control in lumea SMPS, current-mode control nu este altceva decat o reglare in cascada a tensiunii cu curentul). Functiile de transfer ale regluatorului(impelmentat aici de U3A si ce mai are intern SG-ul) si sursei(care include comanda PWM si toata partea de putere pana la iesire) sunt in serie, deci se inmultesc. Daca facem poriectarea pe baza diagramelor bode, care sunt logaritmice(in dB), asta inseamna ca amplificarile celor doua se aduna. Proiectarea recatiei consta in principal in asigurarea a doua dezidearte:1. Stabilitate, si nu orice fel de stabilitate, o stabilitate robusta, care se cuantifica prin marginea de faza si de amplitudine.2. Performante de reglare(adica rejectia de perturbatii si urmarirea referintei) cat mai bune.Si aici, calculul exact depinde de model. Din pacate nu exista o "formula universala".Acum legat de ce avem aici concret, asa e, compensarea se face doar in jurul lui U3A. Putem sa ii calculam foarte simplu functia de transfer, calculand impedanta echivalenta(in domeniul complex) de pe reactie, o notez Zr(este formata din grupul serie C5 si R13 in paralel cu C6). Fct de tf finala va fi(considerand AO ideal):H(s) = Vo(s)/Vin(s)-Vref = -Zr/R12, unde Vo(s) este Transformata Laplace ai iesirii lui U3A. Vin(s)-Vref este Tf. Laplace a erorii. Deci dupa cateva calcule simple(sper sa nu fi gresit) obtinem:H(s) = -1/R12*[(s*R13*C5 +1)/(s(C5+C6)(s*R13*C5*C6/C5+C6+1).Se observa foarte clar efectul integrator dat de 1/s. Se obesrva la fel de bine zeroul cu ct de timp R13*C5, deci cu frecventa 1/2*pi*R13*C5(aici cred ca e loc de o explicatie, pentru a obtine valoarea asta trebuie mai inatai calculat raspunsul in fecventa, adica inlocuit s cu jw, unde w este pulsatia, w= 2*pi*f. De notat ca functia de transfer in variabila complexa s, H(s) nu este aceelasi lucru cu raspunsul in frecventa adica H(jw) chiar daca seamana, a doua reprezinta de fapt tf. contiua Fourier ). Polul are ct de timp R13*C5*C6/(C5+C6). Ceea ce ramane la numitor, adica R12(C5+C6) este evident tot o constanta de timp, ea este constata de timp de integrare.M-am straduit sa fiu destul de clar, problema este ca ceea ce doresti sa intelegi necesita ceva efort si nu prea poate fi explicat simplu.