Convertor coborator (buck) + sursa liniara

[PKP98]

Salutare!

 

Vreau sa stiu ce parere aveti de aceasta configuratie buck + sursa liniara. Cea mai mare problema la o sursa de acest tip este reprezentata de puterea disipata pe tranzistorii de putere, mai ales la tensiuni mici si curenti mari. Ideea la care lucrez este simpla, vreau ca intre redresor si sursa liniara de tensiune sa introduc un convertor buck care sa mentina un potential electric la intrarea in sursa liniara mai mare cu aproximativ 5V fata de tensiunea de iesire. De exemplu, pentru o tensiune de 10V la iesirea sursei, la intrare sa am 15V. Prima problema la care m-am gandit a fost legata de faptul ca iesirea sursei liniare poate sa fie poluata cu zgomotul introdus de convertorul buck care lucreaza la frecvente mari. Am inceput prin realizarea unei simulari, iar ca punct de plecare am avut schema cunoscuta din revista Conex, 0-30V 0-3A, discutata si pe acest forum si pe care am realizat-o si eu acum ceva timp. Dupa ce am studiat principiul ei de functionare (putin cam complicat) am fost capabil sa o modelez in PSIM. Simularea schemei merge foarte bine, limitarea de curent functioneaza cum trebuie, iar tensiunea de la iesire se mentine la valoarea impusa. Pasul urmator a fost sa adaug convertorul buck si sa realizez o mica comanda logica care sa realizeze mentinerea diferentei de potential dintre tensiunea de la iesirea sursei si tensiunea de la iesirea convertorului buck. Schema finala este prezentata mai jos:

 

 

Rezultatul pentru o tensiune de 4V la iesirea sursei este prezentat mai jos, prima forma reprezinta tensiunea de la redresor cu filtru C, a doua forma reprezinta tensiunea de la iesirea convertorului buck si ultima forma este tensiunea de la iesirea sursei.

 

 

Principiul functioneaza dupa cum se poate observa, dar ma asteptam sa am ceva zgomot la iesirea sursei. Am pus acest lucru in seama simularii si am considerat ca nu este capabila sa reproduca acest fenomen. Pasul urmator a fost testarea practica, am alimentat sursa liniara cu o alta sursa liniara cu un zgomot masurat de 20 mVpp si apoi cu un convertor buck al carui zgomot de iesire masurat era de 400 mVpp. Rezultatele sunt prezentate mai jos:

 

1. Alimentare cu sursa liniara

 

2. Alimentare cu convertorul buck

 

Diferenta dintre cele doua rezultate mi se pare insesizabil de mica, ma asteptam la valori mai mari ale zgomotului in cazul alimentarii cu un convertor buck. Ce parere aveti, imi scapa ceva? 

 

[sesebe]

Da, tu masori mai mult sau mai putin zgomotul osciloscopului (si al ambientului din laborator) si in plus esti limitat in banda de masura.

Masoara cu un analizor spectral iesirea si ai sa ramai uimit cit zgomot si mai ales in ce zona de frecvente este prezent.

Editat August 5, 2021 de sesebe

[PKP98]

Nu detin un analizor spectral din pacate. 

1 oră în urmă, sesebe a spus:

in ce zona de frecvente este prezent.

Probabil in jurul frecventei de comutatie a convertorului buck, nu?

[yo7lhe]

Apar o multime de armonici.

Varianta asemanatoare cu comutatie urmata de stabilizare liniara era in vechile DC/DC convertere romanesti din anii 80, parca H821 sau ceva asemanator aveau ca si denumire.

Nu am la indemana hartiile de epoca.

La iesire aveau zgomot cu un ordin de marime mai mic decat cele fara stabilizare liniara, dar semnificativ.

Din cate stiu au fost folosite doar la echipamente de automatizari, niciodata in domeniul echipentelor care lucreaza cu semnale foarte mici.

[PKP98]

1 oră în urmă, yo7lhe a spus:

La iesire aveau zgomot cu un ordin de marime mai mic decat cele fara stabilizare liniara, dar semnificativ.

Cam asta voiam sa stiu, ma interesa daca zgomotul provenit de la convertorul buck este diminuat. Pana la urma obiectivul propus este obtinerea unei surse cu limitare de curent pe care sa o duc lejer in 0-60V si 0-5A, nu alimentez montaje pretentioase cu ea. Cu o diferenta constanta de 4-5 V intre iesire si intrare, puterea disipata pe tranzistoare poate sa fie maxim 25W in cel mai rau caz, iar marimea radiatorul se reduce considerabil. Ideea cu prize in secundarul transformatorului si comutare cu relee o am deja implementata pe o sursa liniara 0-60V 0-2A, dar constructia transformatorului lasa de dorit. Sursa din revista Conex are masa flotanta si imi permite sa o duc si in 100V la iesire. Astazi am testat cu un maxim de 60V si totul a fost in regula. Din acest motiv vreau sa adaug un convertor buck intre redresor si sursa liniara, am nevoie de tensiuni mari la iesire.   

[sesebe]

Nu te ajuta foarte mult configurația. 

Sursa liniara face rejectie suficienta a zgomotului de la întrare (iesirea sursei în comutație) doar într-o plaja restrinsa de frecventa, între DC și citeva sute de kHz cel mult. La frecvente peste valorile astea rejectia este nesemnificativa sau chiar inexistenta. 

Alegerea unei frecvente reduse de comutație nu ajuta foarte mult, în funcție de implementare s-ar putea chiar sa strice. 

Zgomotul va avea un spectru în jurul frecventei de comutație DAR va avea apoi si zgomot de banda larga, spectru aproape continu întins pina la sute de MHz generat de comutația propriu-zisa și de comanda tranzistoarelor, zgomot pe care nici o sursa liniara, indiferent de schema, nu va fi capabila să-l rejecteze. 

Deci sa nu ai așteptări prea mari de la o astfel de configurație. Mai bine studiezi cu atenție soluțiile adoptate de mari producători în domeniu. De exemplu se pot găsi ușor de la HP/Agilent. 

Editat August 5, 2021 de sesebe

[BRANCA]

 Cel mai simplu e cu împărţirea secundarului trafului pe mai multe secţiuni.Am înţeles că nu ïţi surâde...

 Eu aş merge din start cu domeniu 30v-60V,împărţit în 2 sau mai bine 3-4.Aş folosi altă sursă pentru 0-30V.

 A fost la ocazie o sursă Elektroautomatik de 0-60 V şi 0-10A la 400 lei...A zăcut o juma de an până s-a dat.Realizată cu LM723.Am schema de principiu dar e stufoasă rău de tot.N-ar prea fi recomandată...

[PKP98]

Acum 9 ore, sesebe a spus:

Sursa liniara face rejectie suficienta a zgomotului de la întrare (iesirea sursei în comutație) doar într-o plaja restrinsa de frecventa, între DC și citeva sute de kHz cel mult. La frecvente peste valorile astea rejectia este nesemnificativa sau chiar inexistenta.

Chiar aveam nevoie sa cunosc acest lucru, multumesc!

 

Acum 9 ore, sesebe a spus:

Deci sa nu ai așteptări prea mari de la o astfel de configurație. Mai bine studiezi cu atenție soluțiile adoptate de mari producători în domeniu. De exemplu se pot găsi ușor de la HP/Agilent. 

Am cautat acum si am gasit de la HP, nu ma gandeam ca sunt publice. Nu am inceput realizarea ei, am zis sa intreb mai intai despre acest lucru sa vad ce sfaturi primesc. Observ ca unii colegi ma ataca de discutii sterile si fara sens si ca postez doar ca sa ma aflu in treaba...tin sa amintesc ca sunt proaspat absolvent, iar experienta mea practica este asa cum se face practica acum in facultatile din Romania, adica zero. 

 

Acum 8 ore, BRANCA a spus:

Cel mai simplu e cu împărţirea secundarului trafului pe mai multe secţiuni.Am înţeles că nu ïţi surâde..

Cam greu cu bobinatul transformatorului, am realizat unul cu mai multe prize si am zis ca nu ma mai apuc de altul. 

Multumesc colegilor care chiar mi-au vorbit serios si mi-au spus clar ce se petrece.

Pentru @adydep> inainte sa postez ceva "banal pentru dvs"...fac niste simulari sau chiar incercari practice din care incerc sa inteleg ceva! Unde chiar nu ma prind ce se petrece vin cu intrebarea pe forum in speranta ca o sa primesc un raspuns lamuritor, ceea ce acum s-a intamplat!  

Editat August 6, 2021 de PKP98

[Marian]

Pererea mea pur subiectiva fara a intentiona sa critic pe cineva.

Combinatia asta buck urmat de liniar e o aberatie, adica e absurd sa vrei o iesire de regulator liniar atunci cand alimentezi totul din regulator in comutatie.

Poate ar merge decent la regulatoare liniare foarte performante, nu jucaria de acu jde' ani...

Sesebe zice bine, zgomotul unui regulator in comutatie e greu de anulat complet de unul liniar, si vorbim de cel diferential, nu mai amintesc de eventualul zgomot de mod comun...

Adica daca tot iti asumi zgomotul unui regulator in comutatie atunci profiti la maxim de randamentul lui bun si mergi pe el pana la capat incercand sa filtrezi cat mai bine iesirea, eventual poate chiar cu ceva soc de mod comun daca tii neaparat sa ai zgomot mai mic.

Asa strici avantajul randamentului bun al unui regulator in comutatie cu unul liniar, si strici si avantajul unui regulator liniar ( zgomot foarte mic ) alimentandu-l din comutatie.

Mi se pare ca nu faci decat sa evidentiezi ce-i mai nasol la fiecare...

 

PS: Stiu ca sistemul asta se practica si in surse de laborator mai mult sau mai putin profesionale, insa nu-mi pasa, obtineti voi zgomot de liniar de ordinul secilor sau sutelor de uV alimentand din regulator in comutatie...

[sesebe]

Esti prea intrasigent Marian.

Da, exista unele avantage semnificative din anumite puncte de vedere la configuratia respectiva dar nu trebuie sa crezi ca ai rezolvat totul sau aproape totul numai realizind acea configuratie.

De exemplu cu o sursa liniara amplasata dupa SMPS poti reduce foarte mult riplul de tensiune care exista la iesirea unui SMPS si de care nu poti scapa oricita filtrare aplici la iesire pt ca din principiul de functionare pe condesatorul de filtrare (si bobina) de la iesire ai un riplu - incarci condesatorul pe durata de "ON" si se descarca pe sarcina pe durata de "OFF".

Cu o sursa liniara bine proiectata poti reduce acest riplu de citeva zeci-sute de ori, dar va ramine restul zgomotului.

Editat August 6, 2021 de sesebe

[PKP98]

Acum 2 ore, Marian a spus:

Mi se pare ca nu faci decat sa evidentiezi ce-i mai nasol la fiecare...

Si eu m-am gandit la acest aspect si cam aveti dreptate in mare parte. Eu am luat in calcul si faptul ca daca as face sursa doar cu un convertor buck la care sa adaug si limitare de curent in plaja 0-5A, iar tensiunea sa mai poata varia si ea intr-un interval destul de mare, 0-50V...atunci chiar consider ca ma complic si nu stiu daca o sa obtin cine stie ce performante. La convertorul buck pentru un factor de umplere de 0.5 ondulatiile curentului prin bobina si ondulatiile tensiunii de pe condensatorul de la iesire sunt maxime. Cu aceasta configuratie buck+sursa liniara ma astept sa fie putin mai bine fata de simplul convertor buck. 

 

Acum 2 ore, Marian a spus:

Stiu ca sistemul asta se practica si in surse de laborator mai mult sau mai putin profesionale, insa nu-mi pasa, obtineti voi zgomot de liniar de ordinul secilor sau sutelor de uV alimentand din regulator in comutatie...

Nu am vazut si nu stiam ca se practica, eu pur si simplu am vrut sa reduc puterea disipata pe tranzistoarele de putere si asta mi-a venit in minte. 

[BRANCA]

 Pkp.Căutai un traf toroidal.E mai uşor de scos prize.

 E şi varianta cu doua trafuri toroidale 0-30V înseriate.La cele gata bobinate poţi să scoţi prize...

Editat August 6, 2021 de BRANCA

[sesebe]

Pt trafuri dai comanda (la Iasi de exemplu, nu dau numele firmei) pt traf cu exact cite prize vrei in secundar, deci nu trebuie sa le bobinezi tu.

Nu recomand utilizarea a trafuri cu secundarele inseriate, decit cel mult pt teste si in nici un caz pt un produs final.

[dumitrumy]

 

[sesebe]

Cind ai sa postezi si comentarii la simularile pe care le tot faci, foarte bune de altfel, poate o sa inceapa lumea sa inteleaga ceea ce vrei sa zici.

Asa eu nu inteleg mare lucru din simularile astea si banuiesc nu sint putini cei care intradevar inteleg exact ceea ce vrei tu sa zici.

 

Mai sus cred ca vrei sa faci o comparatie a nivelului de zgomot cu DC la intrare vs alimentat dintr-o sursa in comutatie dar nivelul de minus 300dB este o aberatie din punct de vedere practic asa ca nu inteleg unde bati.

Editat August 6, 2021 de sesebe