| Форум РадиоКот https://radiokot.ru/forum/ |
|
| ШИМ 5-200, принцип и расчет https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=1&t=194604 |
Страница 1 из 1 |
| Автор: | Bourbon [ Ср авг 21, 2024 11:12:58 ] | ||
| Заголовок сообщения: | ШИМ 5-200, принцип и расчет | ||
Добрый! Я студент радио-универа и нахожусь в процессе познания сей науки. Подскажите, люди добрые, как можно рассчитать и убедиться в работе схемы, что я прикрепил во вложениях? Как оно работает? Я посмотрел пару видео по ШИМ, но хотелось бы понять зависимость такта к катушке и её индуктивность. Спасибо! Добавлено after 53 minutes 8 seconds: Насколько я понимаю, то частота ШИМ определяет реактивное сопротивление катушки, а значит по закону Ома - напряжение, на ней находящееся? А ток?
|
|||
| Автор: | mickbell [ Ср авг 21, 2024 12:20:45 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Как оно работает? Так себе. Картинка, кстати, тоже так себе, смотреть неприятно.Насколько я понимаю, то частота ШИМ определяет реактивное сопротивление катушки, а значит по закону Ома - напряжение, на ней находящееся? А ток? Неправильно, тут нет питания синусоидальным напряжением либо током, поэтому понятие реактивного (индуктивного) сопротивления здесь неприменимо.Разберём работу схемы. Главные элементы - дроссель, ключ, диод и конденсатор, соответственно, L1, Q1, D1 и C1, с ними и будем разбираться, остальное - бантики. Если мы подключаем дроссель L1 к источнику питания постоянным напряжением ключом Q1, то что мы получаем? Тут надо бы выписать дифференциальное уравнение. Я даже сделаю это. Eист = Eдр - падение на дросселе равно напряжению питания (падением на сопротивлениях ключа, проводов, источника пренебрегаем). Eдр = -L*(di/dt) значит, di/dt = -E/L L - это индуктивность дросселя. Будем считать её постоянной, хотя это не всегда так. На минус внимание не обращаем, нас интересует абсолютное значение. Начальное значение тока примем нулевым, надо написать, как будет меняться ток во времени. Предоставляю это сделать самостоятельно, потом продолжим. |
|
| Автор: | Bourbon [ Чт авг 22, 2024 10:44:08 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Я явно что-то делаю не так, поскольку мои рисунки - это просто линейная зависимость. Ощущаю себя безнадежно глупым, можно супер приземленно? Добавлено after 7 minutes 55 seconds: Вот аккурат как у резисторов |
|
| Автор: | mickbell [ Чт авг 22, 2024 10:50:18 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Линейная и есть. Ток через катушку растёт с постоянной скоростью, определяемой напряжением и индуктивностью. (Сразу же замечу, что дросселям с сердечником из ферромагнетика присуще явление, называемое насыщением, то есть после достижения определённого тока индуктивность резко падает и ток начинает расти с бешеной скоростью, так что до насыщения желательно не доходить - пока просто запомните этот факт.) А мы едем дальше. Если растёт ток, то возрастает и магнитное поле. А поле - это та субстанция, которая хранит в себе энергию: W = L*i^2/2 Именно из-за того, что в поле накапливается энергия, ток и не возрастает мгновенно. А нам что надо сделать? Нам надо прекратить ток, пока сердечник не насытился, иначе он резко возрастёт и всё сгорит. Чем мы прерываем ток? Закрыванием ключа Q1. Хотя бы по времени, как в вашем случае, лучше контролировать ток. А теперь вопрос следующий. Допустим, мы вот так взяли и прервали ток, закрыв мосфет. Что с полем-то будет? Оно, повторюсь, содержит энергию, полученную от источника питания, когда дроссель накачивали током. Жду ответа на это несложный вопрос. PS. У резистора, если его подключить к источнику напряжения, ток мгновенно установится на значении, определяемом законом Ома, а у дросселя он будет расти со временем. Разница очевидна. поскольку мои рисунки Где, какие рисунки? Я только схему видел.
|
|
| Автор: | Bourbon [ Чт авг 22, 2024 14:43:51 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
После закрытия МОСФЕТа катушка начнет постепенно заряжаться через диод. |
|
| Автор: | mickbell [ Чт авг 22, 2024 14:54:53 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Катушка? Заряжаться? Что-то вы не то говорите. "Заряжаться" - это про напряжение. Напряжение на катушке такое, какое мы подали. Вот конденсатор зарядить можно. Но как? Судя по вашей схеме, до 180 В. Именно с этим нам и надо разобраться. Небольшое лирическое отступление. Если вы действительно хотите понять процессы, то рекомендую формулировать их описание максимально полно и максимально конкретно. Не просто "конденсатор заряжается через диод", а, к примеру, так: "ток идёт по цепи от такой-то точки через такие-то элементы, включая заряжаемый конденсатор, и возвращается в ту же точку, откуда он вышел (замкнутость пути тока - обязательное условие!!!), значение этого тока определяется такими-то факторами". Во всяком случае, я советую попробовать. Конечно, я могу просто рассказать, что и как происходит, но так неинтересно, да и знаний таким образом вы не получите. Так что выбирайте сами свой путь: попробовать самому или послушать готовое описание. Если выберете путь познания, то рекомендую для начала попробовать рассказать, что будет с током через катушку после закрывания мосфета. |
|
| Автор: | Bourbon [ Чт авг 22, 2024 15:13:04 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Опечатался, "разряжаться". Фактически, то поле будет ослабевать и отдавать свою энергию и потенциал через диод. Насколько я понимаю, то до этого ток шел через мосфет в землю, по наименьшему сопротивлению |
|
| Автор: | mickbell [ Чт авг 22, 2024 16:00:55 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Правильно, ток просто так исчезнуть не может, ведь это означало бы исчезновение поля, значит, и пропадания запасённой в ней энергии. Но энергия не может просто так взять и исчезнуть. Значит, и ток будет продолжаться. А чтобы он продолжался, как раз и существует ЭДС самоиндукции. Она как раз и вызывает продолжение тока. Это описывается первым законом коммутации: ток через индуктивность не может измениться мгновенно. А путь тока - я так понимаю, что вы не осилили его описать, видимо, не хотите научиться чему-то всерьёз. Или хотите? Тогда расскажите, как он пойдёт, куда вернётся и какой по величине он будет. Ну или не рассказывайте, дело ваше. Добавлено after 1 minute 37 seconds: по наименьшему сопротивлению Про наименьшее сопротивление, по которому идёт ток - это городская легенда, срочно забудьте! На самом деле ток идёт по всем путям, которые ему доступны. Но не по всем путям он одинаковый.
|
|
| Автор: | Bourbon [ Чт авг 22, 2024 16:50:20 ] | |||
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет | |||
Мне проще будет, пожалуй, нарисовать, если все ОК с этим Добавлено after 2 minutes 23 seconds: Когда закрыт - ток идет через диод, заряжает конденсатор на плюсе, идет через резистор (?) на землю. Полагаю резистор для разницы с потенциально подключаемой нагрузке к VCC. Когда открыт - на землю, диод защищает от смены полярности, а конденсатор - отдает какое-то время (5 тау) напряжение.
|
||||
| Автор: | mickbell [ Чт авг 22, 2024 16:59:56 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Нарисовано без учёта требования непрерывности пути тока, ну да ладно. Едем дальше. Во-первых, ещё раз вспомним формулу ЭДС самоиндукции: E = -L*(di/dt), и отметим, что чем быстрее меняется ток, тем больше ЭДС, в идеале, при резком обрывании тока, она бесконечна. На самом деле бесконечных значений не бывает, а ЭДС будет ограничена текущим напряжением на конденсаторе плюс падение на диоде (плюс ещё кое-какие мелочи, пока про них не говорим), соответственно этому напряжению будет изменяться и ток. Мы не будем всё это расписывать, а просто прикинем, на сколько вольт изменится напряжение на конденсаторе, если в дросселе перед коммутацией был ток 100 мА, индуктивность катушки 220 мкГн, ёмкость конденсатора 4.7 мкФ. Проще всего исходить из энергетических соотношений. Будем считать КПД равным единице, диод идеальным. Соответственно, будем считать, что вся запасённая в магнитном поле дросселя энергия переместилась в электрическое поле конденсатора. Формулы такие: W(L) = L*I^2/2, W(C) = C*U^2/2, ну и W(C) = W(L). Ток знаем, индуктивность и ёмкость знаем. Определите, до какого напряжения зарядится конденсатор при первом переключении мосфета. |
|
| Автор: | Bourbon [ Пн авг 26, 2024 09:56:33 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
0.68 Вольт? Добавлено after 1 hour 10 minutes 31 second: Вот правда про падение на диоде не скажу. На даташите максимально - 1.7В падения |
|
| Автор: | mickbell [ Пн авг 26, 2024 10:32:41 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Правильно. На это напряжение увеличивается напряжение на конденсаторе за один цикл зарядки. Но это в первый цикл. Затем прирост будет всё меньше - потому как в конденсатор уходит определённое количество энергии, одинаковое за цикл, а энергия пропорциональна квадрату напряжения, то есть напряжение пропорционально корню из энергии. Я прикинул, что при напряжении 170 В за один цикл напряжение прибавляется всего на 1.3 мВ. Но всё равно растёт. Теперь давайте проделаем следующее. Определим, за какое время ток через катушку достигнет упомянутых ста миллиампер. Считаем, что изначально он нулевой. Нам пригодится уже ранее написанная формула: E = -L*(di/dt) Примем, что ЭДС самоиндукции равна (с точностью до знака минус) напряжению питания. Итак, вопрос такой: за какое время ток через дроссель индуктивностью 220 мкГн достигнет значения 100 мА, если дроссель подключен к источнику напряжения 5 В? |
|
| Автор: | Bourbon [ Пн авг 26, 2024 10:58:39 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Судя по всему, 4.4 микросекунды |
|
| Автор: | mickbell [ Пн авг 26, 2024 11:18:16 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Где-то так, проверять не буду. А теперь выберем частоту ШИМа 100 кГц. Определите, какой процент времени ключ замкнут. Кстати, я немного дописал своё прошлое сообщение, там есть полезное уточнение о скорости зарядки, гляньте. |
|
| Автор: | Bourbon [ Пн авг 26, 2024 13:09:41 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
"Я прикинул, что при напряжении 170 В за один цикл напряжение прибавляется всего на 1.3 мВ." Так 170 - выход, разве нет? |
|
| Автор: | mickbell [ Пн авг 26, 2024 13:34:05 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Выход 180. Я специально взял напряжение ближе к выходному - для иллюстрации. Но не думайте, что процесс закончится. То есть он, конечно, закончится, но по другой причине - есть нагрузка и разрядный резистор. Чем больше туда будет уходить ток, тем меньшего напряжения получится достигнуть. И это плохо - нестабильность выходного напряжения. ШИМ на то и ШИМ, чтобы регулировать ширину импульса (кстати, вы так и не ответили, какой процент от периода составляет ширина импульса.) И делает это ШИМ в зависимости от того, насколько выходное напряжение (не) соответствует заданному. В этой схеме нет обратной связи по напряжению. Поэтому я сразу сказал, что она работает так себе. |
|
| Автор: | Bourbon [ Пн авг 26, 2024 14:18:44 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Если я не ошибаюсь, то есть опорное напряжение, которое можно кинуть на микросхему, которое будет управлять заполнением ШИМа. Умно, умно! |
|
| Автор: | mickbell [ Пн авг 26, 2024 15:55:38 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Что за опорное напряжение? Оно делается из выходных ста восьмидесяти? |
|
| Автор: | Bourbon [ Пн авг 26, 2024 16:59:19 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Я об обратной связи, которой не хватает в схеме |
|
| Автор: | mickbell [ Пн авг 26, 2024 18:22:18 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: ШИМ 5-200, принцип и расчет |
Понятно. Тогда это будет не опорное напряжение, а напряжение ООС, опорным называют неизменное, стабильное напряжение, с которым сравнивают другие напряжения. Вам придётся подавать его (понятно, через делитель) на АЦП, оцифровывать и писать алгоритм управления заполнением ШИМа. Выход надо взять такой, на который выведен аппаратный ШИМ (я не смотрел, что там на схеме, очень уж она мутная, смотреть неприятно). А с регулятором, возможно, придётся повозиться. И ещё. Сразу я не обратил на это ваше внимание, теперь уже пора. Вы собираетесь прямо сигнал с ардуёвой лапы подавать на затвор мосфета, тем более указанного типа (если я его правильно разглядел)? Этого не следует делать по двум причинам. Предлагаю попробовать догадаться и назвать их. |
|
| Страница 1 из 1 | Часовой пояс: UTC + 3 часа |
| Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group http://www.phpbb.com/ |
|
