Разработка маломощного резервного источника питания 220 вольт, с синусом на выходе.
Дорогое сообщество, дабы не плодить копипаст материала, публикую ссылку на цикл статей: Разработка маломощного резервного источника питания с синусом на выходе.
В данном цикле рассказывается о разработке устройства РИП АВР (резервный источник питания с автоматическим вводом резерва) от постановки задачи до пусковой наладки и сдачи в эксплуатацию (в бытовое применение).
- +1
- 12 февраля 2016, 08:14
- Helix
- geektimes.ru/post/270464/
Не слишком удобно читать там, а комментировать здесь. Я бы все же предпочел копию.
Теперь к комментариям.
Первое. С чем связан выбор мостовой схемы? При заданных условиях обычно используется пуш-пул, он проще в управлении, содержит вдвое меньше ключей и на них высаживается вдвое меньшая мощность. С выпрямлением проблем тоже не возникнет, получается двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.
Второе. Зачем диоды? Если уж есть ключи, то можно использовать синхронное выпрямление. Требуется только небольшое изменение программы.
Ну и по поводу скорости перехода на РИП и синхронизации с сетью. Если не дать насосу остановиться, то можно избежать стартовых токов, а схемотехнически это не должно быть сложно — только завести мониторинг сетевого напряжения на МК. Вот на программу заметно повлияет, да.
Теперь к комментариям.
Первое. С чем связан выбор мостовой схемы? При заданных условиях обычно используется пуш-пул, он проще в управлении, содержит вдвое меньше ключей и на них высаживается вдвое меньшая мощность. С выпрямлением проблем тоже не возникнет, получается двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.
Второе. Зачем диоды? Если уж есть ключи, то можно использовать синхронное выпрямление. Требуется только небольшое изменение программы.
Ну и по поводу скорости перехода на РИП и синхронизации с сетью. Если не дать насосу остановиться, то можно избежать стартовых токов, а схемотехнически это не должно быть сложно — только завести мониторинг сетевого напряжения на МК. Вот на программу заметно повлияет, да.
Нашел ответ насчет пуш-пула
Для пуш пула необходимо две равнозначные низковольтные обмотки на 5 ампер для 60 Вт. Габариты уже другие. А во время работы одной полуобмотки, потери во второй тоже будут.Во-первых, с чего обмотки на 5А? Ток каждой полуобмотки в пушпуле вдвое меньше, чем в мосте, так что количество меди в обоих топологиях идентично (в пушпуле провод обмтки вдвое длиннее, но в 1.41 раза тоньше). Во-вторых, просвети насчет потерь во второй полуобмотке и их порядка. По моим наблюдениям — при низком входном напряжении мосты и полумосты обычно не используют, пушпулы оказываются выгодней.
Интересно, как пушпулом закачать в обмотку транса 60 Вт мощности, при вдвоем меньшем токе? 12 вольт на входе, значит и 5 ампер необходимо.
На нижнем конце обмотки 0В (транзистор открыт). На отводе +12В (от АКБ). Сколько на верхнем конце обмотки?
А что это нам даст? Нам ведь нужно передать 60 Вт в первичную (высоковольтную обмотку). Как ни крути 5 ампер.
Через общую обмотку да, но ведь через полуобмотку 5 ампер, так что и сечение и все остальное с вытекающими. А на низковольтных полевиках при таких токах потери составят 0,0135 Ом * 5 А * 2 = 0,135 Вт. Динамические потери от переключений останется как и в пул пуше. Так как переключаться с частотой шим будет только один транзистор в плече.
Через общую обмотку да, но ведь через полуобмотку 5 ампер, так что и сечение и все остальное с вытекающимиСредний ток полуобмотки — 2.5А, так что сечение вдвое меньше. Потому как полуобмотка работает только половину времени.
Впрочем, если у тебя трансформатор готовый с обмоткой без отвода — то для штучного изделия мост может быть выгоднее.
Если уж есть ключи, то можно использовать синхронное выпрямлениеРасскажите по подробнее.
Ну и по поводу скорости перехода на РИП и синхронизации с сетью.Пока данная функция не закладывается, но в плане модернизации — конечно.
При заданных условиях обычно используется пуш-пулЧто то схема не очень получается
Расскажите по подробнее.А что тут рассказывать? Мосфету полярность сигнала на стоке в общем-то пофигу. Когда на нем обратная полярность — выдаешь сигнал на открытие. Можно сделать на МК, можно подумать над получением такого сигнала вообще прямо с обмотки.
Что то схема не очень получаетсяЧто это за изврат? Пуш-пул при подаче напруги на выходную обмотку будет работать как выпрямитель, аналогично мосту.
А ты подставь вместо транзисторов их паразитные диоды и подумай, что получилось.
Кстати, для заряда тебе еще придется делать повышающий преобразователь. Ну или еще одну обмотку (дешевые промышленные UPS так и делают). Потому как рабочай выдаст 12В амплитудного (и выпрямленного, соответственно, тоже), а батарее надо 13.8В (если речь идет о свинцовой АКБ).
Кстати, для заряда тебе еще придется делать повышающий преобразователь. Ну или еще одну обмотку (дешевые промышленные UPS так и делают). Потому как рабочай выдаст 12В амплитудного (и выпрямленного, соответственно, тоже), а батарее надо 13.8В (если речь идет о свинцовой АКБ).
Вот поэтому в оригинальной статье, и предлагалось такое решение:
Поэтому есть предложение, домотать вторичку витков на 5-6. То есть получилась низковольтная обмотка с отводом. С крайних выводов обмотки снимаем повышенное напряжение для заряда АКБ, во время работы от сети. А на крайний и средний вывод подаем напряжение с моста, когда работаем от АКБ.
Я бы рекомендовал на схемах изображать сразу те детали, которые будете ставить.
Даже если их в базах протеуса нет, можно взять аналогичные и просто поменять название.
Можно сделать нормальный рисунок отсутствующей микросхемы, гугл в помощь.
Ну хотя бы вот.
А третьей части еще нет?
Полагаю, мы увидиммного несколько горелых полевиков )))
Даже если их в базах протеуса нет, можно взять аналогичные и просто поменять название.
Можно сделать нормальный рисунок отсутствующей микросхемы, гугл в помощь.
Ну хотя бы вот.
А третьей части еще нет?
Полагаю, мы увидим
Полагаю, мы увидим много несколько горелых полевиков )))Если Вы видите какие либо критические ошибки, огласите, дабы избежать «горелых» полевиков.
Промоделируйте отдельно форму фронтов на затворах полевиков с выбранными драйверами, резисторами в затворах, частотой ШИМ и током через каналы полевиков. Интересно посмотреть.
Я подозреваю, что здесь не учитывается, что через фильтр должно идти 50Гц значительной мощности.
Полученная индуктивность в 10 миллигенри довольна внушительна. Но и емкость получилась приличная. Так как у нас на выходе с фильтра переменка, то полярным конденсатором не обойдешься. В схему заложил два керамических конденсатора в параллель — 4.7 мкФ, X7R, 25В (1206).
Расчет дросселя по полученным данным производил в программе Coil32. Вот ссылка на архив с программой. Ферритовое кольцо для такого дросселя выбрал со следующими параметрами: Кольцо N87 R25x15x10. Вот скрин расчета в программе.
Я подозреваю, что здесь не учитывается, что через фильтр должно идти 50Гц значительной мощности.
fDRV = 100 Hz частота преобразования, так как наш конденсатор работает в промежутке 10 мс,Почему?
DMAX = 1 максимальный коэффициент заполнения при минимальном входном напряжении.Вот это вообще интересно.
Почему?Так как верхний ключ будет открыт в течении всего полупериода, то есть 10мс. А нижний противоволожный ключ будет управляться синусоидальной шим, для обеспечения синусоидального тока в обмотке. Отсюда в пересчете на частоту F=1/t=1/10мс = 100 Гц.
Вот это вообще интересно.Коэффициент заполнения имеется в виду, что в течении 10 мс ВСЕ 10 мс он будет открыт.
По поводу второй статьи.
1) Диод, отвязывающий АКБ от шины питания при зарядке я бы заменил на мосфет. При токе в 6А даже на диоде шоттки потери будут заметные.
2) Зачем лишний шунт для защиты от перегрузки, если уже есть микросхема токового датчика? Усилить сигнал с низковольтного шунта — отнюдь не столь простая задача, как кажется. Лучше повесить компаратор на выход ACS712.
3) Для 5В я бы использовал LM7805. Она дешевле и мощнее, а ЖК с подсветкой кушает достаточно значительный ток. И стабилизатор на 3.3В я бы повесил на шину 5В, а не 12В.
4) В схеме зарядки не хватает одного диода для того, чтобы она превратилась в полноценный степ-даун.
На самом деле, расчет индуктивности фильтра у меня тоже вызывает сомнения, но в этот вопрос вникать мне лень.
Кстати, в схеме формирования сигналов ошибка — у тебя линии к транзистору защиты замыкают сигналы полуволн.
1) Диод, отвязывающий АКБ от шины питания при зарядке я бы заменил на мосфет. При токе в 6А даже на диоде шоттки потери будут заметные.
2) Зачем лишний шунт для защиты от перегрузки, если уже есть микросхема токового датчика? Усилить сигнал с низковольтного шунта — отнюдь не столь простая задача, как кажется. Лучше повесить компаратор на выход ACS712.
3) Для 5В я бы использовал LM7805. Она дешевле и мощнее, а ЖК с подсветкой кушает достаточно значительный ток. И стабилизатор на 3.3В я бы повесил на шину 5В, а не 12В.
4) В схеме зарядки не хватает одного диода для того, чтобы она превратилась в полноценный степ-даун.
В схему заложил два керамических конденсатора в параллель — 4.7 мкФ, X7R, 25В (1206).А ты учел, что при большом напряжении у них резко падает емкость? К тому же, надо еще прикинуть, выдержат ли они такую нагрузку.
Транзисторы моста управляются от МК через драйверы полумостов IRS2101SОна же безобразно хилая. И если для верхних ключей хватит и этого (там всего сотня герц), то дли нижних надо взять драйвер помощнее (для верхних можно вообще на рассыпухе драйвер собрать, примерно как в китайских ESC с N-FET'ами вверху), что-то вроде TC4420 или IR4427.
Сглаживающий зарядный дроссель имеет те же габариты и расчетные величины, что и дроссель в LC фильтре после моста.А вот нифига. В отличие от дросселя фильтра он работает с постоянным подмагничиванием. Как минимум о ферритовых кольцах можно смело забывать. Или альсифер, или феррит с зазором. Ну и вообще, лучше вместо фильтра сделать нормальный степ-даун, и такой конской индуктивности не потребуется.
На самом деле, расчет индуктивности фильтра у меня тоже вызывает сомнения, но в этот вопрос вникать мне лень.
Чтоб не нагружать МК бесполезной работой, формирование сигналов импульсов моста собрано на логике И.А что, МК загружен важной работой и его время ценно? Сдается мне, он все сэкономленные такты потратит на wait-цикл. К тому же, формирование сигналов и на МК будет аппаратным — два ШИМа (или даже один, переключаемый внутренним коммутатором на тот или иной пин) и сигналы для верхних ключей. Полагаю, если поковырять даташит выбранного МК, то можно вообще целиком формирование сигналов спихнуть на таймеры (один генерирует 50Гц, которые выдаются на верхние ключи и переключает канал ШИМа для нижних на втором, второй генерит ШИМ для нижних ключей, третий по DMA перезагружает регистры PWM второго для получения синуса). Вообще, брать такой откровенно избыточный МК и еще разгружать его от работы схемотехнически выглядит извратом.
Кстати, в схеме формирования сигналов ошибка — у тебя линии к транзистору защиты замыкают сигналы полуволн.
Здесь возможно появятся проблемы, и придется выводы МК настроить как выходы с открытым коллектором, и подтянуть линии к 5 вольтам, а сами выходы МК использовать толерантные к 5 вольтам.Если отказаться от чтения из дисплея (а у тебя так и есть), то дисплей нормально воспринимает 3.3В сигналы.
Диод, отвязывающий АКБ от шины питания при зарядке я бы заменил на мосфет. При токе в 6А даже на диоде шоттки потери будут заметные.Возможно, это более правильно.
Лучше повесить компаратор на выход ACS712Она уже 7-8 А практически не чувствует. Входит в насыщение. Попробую на шунте, если уже совсем не получится, поиграюсь с ACS712.
Для 5В я бы использовал LM7805.NCP1117ST33 обеспечивает ток в 1А, с головой.
В схеме зарядки не хватает одного диода для того, чтобы она превратилась в полноценный степ-даунСпасибо, добавим.
А ты учел, что при большом напряжении у них резко падает емкость?Попробую заменить на пленочные.
Она же безобразно хилаяТак и затвор у этих транзисторов обладает малой емкостью, так что тока должно хватить.
Ну и вообще, лучше вместо фильтра сделать нормальный степ-даун, и такой конской индуктивности не потребуется.А на чем его собрать на ток 6 ампер?
Кстати, в схеме формирования сигналов ошибка — у тебя линии к транзистору защиты замыкают сигналы полуволн.На это и расчет. И все ключи закрываются.
NCP1117ST33 обеспечивает ток в 1А, с головой.Ага. При падении напряжения на ней в 1В. А у тебя 7В и при 1А она самостоятельно выпаяется. А при 100мА (а подсветка ЖК спокойно может кушать 150-200, в зависимости от размера и цвета) будет неплохо так греться, под сотню (особенно если ты послежуешь примеру DIHALT'а и вместо полигона под ухо разведешь пятачок). Это что касается 5В стабилизатора, с 3.3В лучше (там только МК и он врядли будет жрать более 20-30мА, столько 1117 прожует даже при падении 9В на ней).
А на чем его собрать на ток 6 ампер?А на чем ты собирался приведенную схему собирать? В ней те же 6А через транзистор и дроссель. Кстати, при таких токах и вменяемых для чоппера частотах потребуется драйвер и к этому транзистору.
На это и расчет. И все ключи закрываются.Рассмотрел работу схемы в аварийном режиме. Молодец. А теперь рассмотри в рабочем.
Кстати, при таких токах и вменяемых для чоппера частотах потребуется драйвер и к этому транзистору.Частота планируется 20 кГц. Разве биполярник не справится?
Это что касается 5ВУчтем при разводке. А чем LM7805 в данном случае лучше будет?
Частота планируется 20 кГц. Разве биполярник не справится?Справится, но полевичок лучше. Потерь меньше. Тем паче у тебя 6А. Биполярнику при таком токе тоже драйвер не помешает (но там проще, просто усилитель тока — читай еще один транзистор).
А чем LM7805 в данном случае лучше будет?Она большая и ушастая. На ней можно высадить (при должном теплоотводе) 8Вт, а на 1117 — около ватта.
P.S. Статьи в «обучающем» ключе лучше писать после того, как все заработало. Я сильно подозреваю, что при воплощении схемы в железе ты еще неоднократно впорешься в проблемы и все переделаешь. А если ты пишешь параллельно разработке и не обладаешь достаточным опытом, чтобы все запускалось без отладки (т.е. «здравствуйте, я специалист по разработке ИБП и сегодня буду пилить стопицотый ИБП, параллельно рассказывая об этом») — лучше писать статьи в стиле «я делаю».
Ага, еще обратил внимание
1) Диоды в бутстрепном питании можно но 1N4148 заменить. Они побыстрее, хотя в данном случае оно и несущественно.
2) Схема синхронизации с сетью — я бы поставил просто резистор. И проще, и фаза не сдвигается, и для высокочастотных помех он в гвоздь не превращается (достаточно вспомнить, как весело от искрения в розетке/выключателе горят паяльники GS110 и светодиодные лампочки с конденсаторным балластом). Тока там достаточно порядка миллиампера-двух, резистор на полватта справится.
1) Диоды в бутстрепном питании можно но 1N4148 заменить. Они побыстрее, хотя в данном случае оно и несущественно.
2) Схема синхронизации с сетью — я бы поставил просто резистор. И проще, и фаза не сдвигается, и для высокочастотных помех он в гвоздь не превращается (достаточно вспомнить, как весело от искрения в розетке/выключателе горят паяльники GS110 и светодиодные лампочки с конденсаторным балластом). Тока там достаточно порядка миллиампера-двух, резистор на полватта справится.
Кстати, а чем же плоха IR2101, окромя малым током? Так ведь для транзисторов в схеме и этого с запасом.При частоте 20кГц и работе на мощные логические мосфеты, которые обычно имеют конскую емкость затвора? 2101 даже для сетевых источников мощностью более 100-200Вт слишком хилая.
которые обычно имеют конскую емкость затвора?Емкость 1620 пФ. Фронт в IR2101 160 нс, напряжение 12 вольт, следовательно ток I=U*C/t=(12*1.6*10-9)/160*10-9=0.12A=120 мА. Так что вписываемся в параметры драйвера.
Ты еще посчитай, сколько при этом транзистор открываться будет и какие на нем будут потери.
Даташит указывает заряд затвора в 80нКл, что при токе в 0.12А даст около 600нс. ШИМ 20кГц, переключение два раза за период в 50мкс — получаем примерно 3% времени транзистор будет проводить в активном режиме. И греться соответственно.
Ток у драйвера, ЕМНИП, ограничивать надо отдельно, резистором. Но это надо в даташите смотреть.
Даташит указывает заряд затвора в 80нКл, что при токе в 0.12А даст около 600нс. ШИМ 20кГц, переключение два раза за период в 50мкс — получаем примерно 3% времени транзистор будет проводить в активном режиме. И греться соответственно.
Ток у драйвера, ЕМНИП, ограничивать надо отдельно, резистором. Но это надо в даташите смотреть.
0.12А даст около 600нсТранзистор IRLZ44Z, затвор 24 нКл, так что 600/3,5= 171 нс. Примерно то, что и драйвер может обеспечить.
Алсо, надо внимательней изучать схему «вольтодобавки» дополнительной обмоткой. Она действительно будет закорачиваться при работе преобразователя, насколько я вижу (неудобно изучать такие схемы, разбитые на кучу мелких кусочков, они хороши только для сервисманов — на странички влазят, а что читающий ман будет материться — это его проблемы).
Она действительно будет закорачиватьсяДа Вы правы, во время работы она будет нагружена только на диод. Что почти короткое. Как можно исправить данную схему?
Или делать полностью независимую обмотку для зарядки (как делают китайцы в своих ИБП), или делать более хитрую схему зарядки и коммутации аккумулятора (двухтранзисторный ключ и SEPIC/Buck-Boost/трансформаторный преобразователь).
Если у тебя ток зарядки сравним с током разрядки — то дополнительная обмотка окажется суровей рабочей.
Если у тебя ток зарядки сравним с током разрядки — то дополнительная обмотка окажется суровей рабочей.
Нужно использовать одну обмотку с напряжением, достаточным для заряда, а выходное в режиме резерва подгонять шимом.
А шимить по-нормальному нужно так: нижний ключ замыкается, а полумост с другой стороны шимит. Это уменьшает потери на диодах во время закрытия верхнего ключа. И бутстрепная емкость будет не на 100гц, а на 20 кгц
А шимить по-нормальному нужно так: нижний ключ замыкается, а полумост с другой стороны шимит. Это уменьшает потери на диодах во время закрытия верхнего ключа. И бутстрепная емкость будет не на 100гц, а на 20 кгц
Подсветка ЖКИ будет не постоянна, в основном она будет выключена, так что потребление тока по этой шине будет раза в два меньше.Плохой аргумент. Полагаю, при разумной длительности включения подсветки — ее будет достаточно для перегрева стабилизатора (ну, разве что, ты поставишь хороший дисплейчик с белой подсветкой, кушающей 20-40мА, желто-зеленые легко жрут 200).
Управлять данным мосфетом будет МК. При работе от АКБ, открываем, при зарядке АКБ от сети, закрываем.На самом деле, при использовании транзистора в роли аналога диода управлять им от МК необязательно. Как правило, можно им управлять непосредственно от питания (появилось внешнее питание — закрыло транзистор).
В BOM по прежнему наблюдаю ферритовые колечки. И по прежнему не уверен, что даже дроссели фильтра будут работать в адекватном режиме (без подмагничивания — сдается мне, что 20кГц импульсы они будут отмолачивать в чоднополярных петлях гистерезиса), но для степ-дауна зарядки они не подойдут однозначно.
Также в ВОМе по прежнему IR2101, хотя уже несколько человек рекомендуют заменить на более вменяемую. Какой смысл брать именно ее с риском пролета, если все равно заказывать? Добро бы она в загашнике была…
но для степ-дауна зарядки они не подойдут однозначноА если сделать в кольце немагнитный зазор, и индуктивность понизить до 200-300 мкГн?
Также в ВОМе по прежнему IR2101Заменю на IR2110S
что даже дроссели фильтра будут работать в адекватном режимеКак можно этого избежать?
А если сделать в кольце немагнитный зазорЭто довольно затруднительно. Поэтому в таких случаях используют или кольца из специального материала (порошковые «с распределенным зазором», например) или сердечники с зазором (такие, как Ш-образный).
Насчет индуктивности и прочих параметров — надо задаваться параметрами преобразователя и считать.
Заменю на IR2110SЭтот выглядит лучше. Хотя про 2101 приводили недостатки, о которых я не знал, так что стоит поспрашивать еще.
Как можно этого избежать?Считать и разбираться, прежде всего. Я в этом вопросе не настолько разбираюсь, чтобы уверенно давать рекомендации. Как вариант — если считать на работу в режиме однополярных токов, то дроссель может получиться избыточным, но работать должен.
![[x]](http://we.easyelectronics.ru/templates/skin/new-jquery/images/lock.png "Закрытый блог")
Комментарии (59)
RSS свернуть / развернуть