Здравствуйте. Я делаю преобразователь 12...24 В DC => 220 AC 50 Гц с синусом на выходе. У меня возникла проблема с формой выходного напряжения, возникает какой-то глюк и я хотел бы проконсультироваться на форуме.
Схема построена на универсальной элементной базе (дискретные элементы + ОУ общего назначения). Пожалуйста, не ругайтесь. Я знаю, что можно сделать и на интегральном "синусном" контроллере, и на нескольких TL494. Но у меня такое хобби: электронные девайсы на универсальных деталях. Управляющая часть имеет генератор синуса 50 Гц (ОУ + мост Вина на LM358), генератор треугольника 18 кГц (LM358) и компаратор (LM318), а также драйверы мосфетов H-моста на транзисторах КТ315 и КТ361. Синус 50 Гц выпрямляется (выпрямитель на двух ОУ LM358) и сравнивается компаратором с треугольником, в результате на выходе компаратора получается ШИМ 18 кГц, модулированный синусоидой 50 Гц. В основе драйверов - сдвоенные эмиттерные повторители. Управление драйверами (также на транзисторах) устроено таким образом, что на каждую полуволну синусоиды включается только одна пара драйверов (нижний + верхний), управление в виде меандра 50 Гц (естественно, синфазного синусу 50 Гц) поступает с ОУ LM358. Амплитуда синусоиды регулируется с помощью полевого транзистора КП103 (в затвор подается регулирующее напряжение, а канал шунтирует выпрямленный синус). Таким образом, максимальная скважность ШИМ может регулироваться для установки нужной амплитуды результирующего (так сказать, отфильтрованного) синуса на выходе девайса. Сейчас регулировка производится потенциометром, но планируется стабилизатор на ОУ с обратной связью через оптопару. Схемы этой части устройства у меня нет, поэтому извиняюсь, надеюсь, что для рассматриваемой проблемы конкретная реализация управления не принципиальна (прикрепляю соответствующие осциллограммы).
Схема силовой части показана во вложении "My Sinus Power Scheme". Она основана на H-мосте из двух N-канальных (IRF2807) и двух P-канальных (IRF5305) мосфетов (сорри, на схеме нижние мосфеты другие, не нашел 2807 в базе проги). Входная обмотка трансформатора (ТПП-30, 220 В 30 Вт / 6 В 4 А, тор) подключена к выходу H-моста через дроссель (100мкГн, феррит-цилиндр, провод 0.5 мм), имеющий снаббер (R=10 Ом + C=0.1 мкф). Паралельно входной обмотке трансформатора подключены 4 керамических кондера 4.7 мкф (для фильтрации 18 кГц). Выходная обмотка трансформатора зашунтирована кондером 0.33 мкф (также для фильтрации) и нагружена в большинстве представленных экспериментов на два последовательных резистора 10 кОм + 18 кОм (т.е. на 28 кОм).
Питание осуществляется от блока питания ноутбука Lenovo T61p (номинально параметры БП - 90 Вт, 20 В). При большой нагрузке (5...10 А) там не такие уж и 20 В, а скорее высокочастотная билиберда. Но в условиях большинства экспериментов с питанием было все нормально. Осциллограммы питания показаны во вложении "Supply Voltage (28k)".
Итак, вот в чем мой вопрос. При работе преобразователя на нагрузку в виде резистора 28к я могу увеличивать (потенциометром, см. выше) амплитуду выходного сигнала (точки 1 и 2 на схеме, выход трансформатора) до 300 В. При этом форма сигнала - хотя и не синус, но еще более/менее терпимо. Но стоит выставить немногим более 300 В - и происходит какой-то глюк: форма сигнала сильно искажается! Соответствующие осцилограммы приведены во вложении "Output Waveforms (28k)".
Я уже что только ни делал... И снаббер убирал, и дроссель вместе с этим снаббером убирал, и кондер параллельно входной обмотке трансформатора отпаивал. Понятно, что на выходе без дросселя полная пурга (остальное почти не влияет), но четко видно, что глюк никуда не девается! При этом изменяется форма сигнала и на входной обмотке трансформатора (точки 3 и 4 на схеме), см. вложение "Input Waveforms (28k)".
Тогда я подумал, что, возможно, как-то портится ШИМ. Но неоднократные проверки осциллом показали, что ШИМ выглядит как я и задумывал и практически не отличается в режимах с глюком и без глюка. Для иллюстрации я привожу вложение "PWM Details (28k)", где показан сигнал на выходе одного из нижних драйверов при развертке 2 мс/дел с растяжкой по горизонтали в 10 раз (извиняюсь, это лучший вид, в котором получилось представить).
Стоит отметить, что при подключении дополнительной нагрузки в виде обычной лампы накаливания 230 В 40 Вт этот глюк не наблюдается, хотя форма выходного сигнала при этом далека от синусоидальной (сорри, рисунок к этому сообщению уже не прикрепляется).
В чем же причина? И как можно устранить этот глюк?
Заранее прошу прощения, если что-то не так или чего-то нехватает. Говорите, я уточню. Я понимаю, что из-за кривизны схемотехники в меня могут полететь помидоры. Пожалуйста, не ругайтесь. Я - не профессиональный электронщик и запросто могу допускать ляпы...
Спасибо за то, что прочитали мое сообщение. Надеюсь на помощь. Antech, 10.07.2013, 00:37 MSK.
Duty Cycle - это время работы моста, т.е. ненулевой скважности? В это время диагональ моста открывается на время длительности импульса (который 18 кГц) и закрывается на время паузы между импульсами. Т.е. во время паузы между импульсами мост полностью закрыт.
Во время дед-тайма (между полуволнами исходного синуса) мост полностью закрыт, да. Дед-тайм регулируется, я пробовал его вводить. При "нормальном" режиме (нагрузка на лампочку), как и должно быть, появляются горизонтальные полочки между полуволнами. Но при моих-то частотах врядли актуален дед-тайм, поэтому я его поставил почти в ноль (насколько позволяет несовершенная схемотехника девайса).
В связи с наличием моментов полного закрытия моста я хотел бы напомнить Вам об известной схеме на четырех TL494 из коллекции этого сайта (автор - Евдокимов А.В., схема - в приложенном рисунке, ссылку я не сохранил). В той схеме выход похож на мой, собственно, я оттуда (и из подобных схем) и взял решение силовой части (что удивительно, H-мост я придумал сам, т.е. изобрел велосипед). Так вот, снаббера на дросселе там нет. А выбросы на дросселе при его отключении приличные. Интересно, почему же в такой непростой схеме нет снаббера? Разве это безопасно для мосфетов?
Обратной связи сейчас нет. Но я не представляю как она поможет. Ведь как только стаб увеличит амплитуду до 310 В, сразу возникнет глюк. Эта дрянь еще и небольшой гистерезис имеет, т.е. можно потом уменьшить максимальную скважность ШИМа, амплитуда на выходе трансформатора уменьшится, но форма выходного сигнала будет как на фотке с глюком ("Output Waveforms (28k)", справа).
Если надо, покажу форму того, что должно было стать синусом, при нагрузке на лампочку (к первому посту уже не прикреплялось).
На фоне вопроса об "отключенном" мосте у меня возникли некие подозрения. Ну да, я - лох, но смысл такой. Допустим, сейчас напряжение на низковольтной обмотке трансформатора максимально (300 В). И вот оно начинает снижаться. У синуса, хотя и не около максимума, но есть места с довольно большой производной... Как ведет себя обычный дроссель, когда с него снимают приложенное ранее напряжение? Он "выстреливает" обратной полярностью и приличной амплитудой, на этом основаны обратноходовые преобразователи - "флайбэки". Вполне возможно, что обмотка трансформатора при снижении напряжения на ней ведет себя не точно также, но похожим образом. И тогда мы получим более резкие спады полупериодов (с большей производной), чем это должно быть в синусе. Что и подтверждается осциллограммами "как бы нормального" режима (без глюка) - правые части полуволн явно не от синусоиды, а более резкие. Возможно, что в каких-то случаях этот "эффект флайбэка" становится очень сильным, и через некоторое время после пика исходного синуса производная становится достаточной для лавинного изменения напряжения на обратную полярность, как в обратноходе. Это продолжается до тех пор, пока энергия выброса на индуктивности не перейдет в магнитное поле, не будет частично поглощена резисторами нагрузки и т.д. далее мы имеем "синусоподобный" рост амплитуды (по модулю) за счет уже обычной "подпитки" ШИМом, это "красивые" верхушки на осциллограммах с глюком. Когда трансформатор подключен к "мощному" источнику (с жесткой ВАХ), типа розетки, этот эффект нивелируется за счет того, что (мгновенное) напряжение на обмотке, например, подключенной к сети 220 В, не так-то просто изменить , а вот в случае моего хрен знает чего с относительно мягкой ВАХ фигня имеет место...
Но дело в том, что даже если я прав, как бороться? Кондеры-неэлектролиты на более 4.7 мкф не достать даже в Чипе, а электролиты для импульсной работы врядли помогут, да и полярные они... Т.е. фильтр перед трансформатором особо не нарастить. Что же делать?
Линейка LED-драйверов производства MOSO для рекламной и архитектурно-декоративной подсветки представлена тремя семействами: LSV, V6E и V2. Все изделия снабжены активной схемой коррекции коэффициента мощности, выпускаются в металлических корпусах со степенью защиты IP67 и характеризуются оптимальным соотношением качества, надежности и стоимости, а также необычно большими сроками гарантии. Продукция MOSO хорошо представлена и пользуется высоким спросом на российском рынке. Рассмотрим их
подробнее>>
Да, мысль правильная. К сожалению, в данный момент не имею возможности порисовать графики, а надо бы. Суть заключается в том, что трансформатор - низкочастотное изделие. И пропускать через него ВЧ уже неправильно - у вас ВЧ не фильтруются, т.к. мост закрывается. Изначально трансформатор подключается к источнику напряжения. Это значит, что когда наступает Dead Time, должны открываться либо два нижних, либо два верхних ключа, чтобы ток через обмотку продолжал течь. Если этого не делать, ток всё-равно потечёт за счёт дросселя и через диоды, но уже с выбросом. А для того, чтобы модуляция имитировала источник напряжения, необходима обратная связь. Иначе это как стабилизация резистором - в какой-то точке оно соответствует, а при изменении нагрузки всё уплывает куда-то.
Представляем LED-драйверы MOSO для наружного и внутреннего применения, работающие в режимах стабилизации мощности, тока или напряжения. В ряде серий реализована возможность дистанционного контроля и программирования работы по заданному сценарию. LED-драйверы MOSO применяются в системах наружного освещения разных отраслей, включая промышленность, сельское хозяйство, транспорт и железную дорогу. Продукция компании характеризуются оптимальной стоимостью, высокой надежностью и необычно большими сроками гарантии.
Slabovik Спасибо! Идея понятна. Будем думать как реализовать... Кстати, это и решает вопрос снаббера. Он не нужен, если достаточно быстро открывать нижние или верхние ключи при "закрытом" (в текущей схеме) мосте...
Насчет фильтрации. Она должна работать, потому что кондер, параллельный входной обмотке трансформатора (низковольтной) остается подключенным всегда. Может, его просто недостаточно... Или я неправильно понял?
Фишка с открытием ключей для исключения "выстрела индуктивностей" сейчас в работе, мне не так просто исправить, т.к. версия девайса уже не макетная, а монтаж очень плотный (в смысле на стандартной советской монтажной плате все дырки в области драйверов заняты, ничего не приткнуть, надо думать как сделать).
Сообщаю результаты с улучшенным управлением. Теперь, если я сделал правильно, то верхние ключи открываются на время полностью отключенного (в предыдущей схеме) моста. Обошлось двумя диодами и одним резистором, правда, они сейчас тупо "грибом" напаяны. Точно проверить работу этого механизма не так просто, сейчас уже поздний час и я не стал идеально тестить.
Результаты достаточно приличные. Во-первых, глюк в том виде, в котором он был раньше (искажение почти до меандра) исчез полностью. Это видно на картинке во вложении "Output with corrected control". Да, это не идеальный синус, но с этим можно жить. Во-вторых, на входной обмотке - идиллия по сравнению с тем, что было. Осциллограммы прикреплены на рисунке "Input with corrected control". В-третьих, стал существенно меньше греться резистор снаббера. Тут на 100% не скажу, т.к. девайс долго включенным не оставлял. В-четвертых, существенно снизилась зависимость выходного напряжения от нагрузки. Все результаты измерений приведены с учетом подстройки амплитуды потенциометром, изменяющим максимальную скважность. Поэтому на картинках это не видно. Но я-то знаю , что раньше при подключении лампочки (вместе с резистором 28к) выходной сигнал становился вообще еле-различимым, а теперь он уменьшается раза в два, но это уже намного лучше. Тут сказывается и дроссель, и питание (при большой нагрузке там большие пульсации, 5...10 В), да и сам трансформатор. Так что, можно сказать, что этот аспект теперь в норме.
Это уже гораздо лучше. Slabovik, огромное спасибо за помощь!
Да не за что Я рад, что получилось. Но я вот ещё думаю, что C2R4 (снаббер) здесь является лишним... Но это надо пробовать... Да и с C3 двоякое чувство. Он и нужен. И не нужен. Ведь у трансформатора есть индуктивность рассеяния. Она на ВЧ работает как обыкновенная индуктивность, включенная последовательно. Именно из-за неё надо во время DeadTime держать обмотку закороченной (если разомкнуть, на стороне нагрузки также будет рарыв цепи - тут уже включится полная индуктивность обмотки). По-идее, этой закороткой должен работать C3. Но он не работает, мало того, из-за противоречий из-за меняющихся нагрузок, на C3 вообще надежды мало.... Пробовали поиграться с его величиной?
Slabovik C2R4 (снаббер) здесь является лишним Я еще не проводил подробные тесты, но без снаббера появляется небольшая локальная зона ВЧ, насколько помню, на входном сигнале трансформатора. Т.е., вероятно, снаббер тут нужен только для компенсации кривизны схемы (и/или настройки).
Да и с C3 двоякое чувство По-идее, этой закороткой должен работать C3 Вот и я раньше так думал, поэтому не сделал закоротку мосфетами моста. Я-то думал, что этот кондер (вместе с выходным 0.33 мкф) будет в любом случае фильтровать, а оказалось, что его совсем недостаточно. На практике входной кондер C3 почти не сказывается на форму выходного сигнала, если мост имеет полностью отключенные состояния. Выходной (C1) - сказывается и очень существенно.
Пробовали поиграться с его величиной? Было только два варианта C3. Первый - это какой-то неприличный 10 мкф (в форме капли, синий). На нем не было указано напряжение и я решил использовать его для самых первых опытов, хотя он был полярный. Эффекта он не давал, да еще и грелся (он же полярный). В общем, я его выбросил (использовать толком нельзя, т.к. неизвестно допустимое напряжение). Вторым вариантом были те же 4 параллельных кондера по 4.7 мкф, которые стоят сейчас (разумеется, они неполярные). Но заметного эффекта на предыдущем варианте схемы я не заметил (на исправленном управлении еще не проверял). Больше мне туда и нечего поставить, это же нужны неполярные и неэлектролиты (чтобы на ВЧ работали хорошо), а мне и эти 4.7 мкф пришлось в Чипе покупать, достаточно редкие они, ИМХО. В принципе, сопротивление установленных сейчас кондеров на 10 кГц синусе было бы около 2 Ом или меньше (я считал, когда была частота поменьше). Этого как бы должно хватать, но при такой низкой частоте ШИМ получается, что уже и дроссель 60 мкГн (или 100 мкГн) имеет близкое сопротивление, а увеличение дросселя увеличивает потери на нем, как активные, так и реактивные (на 50 Гц). Увеличить же частоту не дает генератор треугольника на LM358: на вершинах треугольника появляются глючки типа ВЧ-возбуждений или помех, в общем, предпочел стабильность генератора.
Выходной кондер C1 пробовался разного номинала и не один раз. Удалось выяснить, что при 18 кГц ШИМе 0.1 мкф недостаточно (на нагрузке 40 Вт приличные ВЧ-пульсации на выходе), 0.33 мкф - более/менее, но не идеатьно, 2 мкф - хорошо, но туда уже прилично вдувается 50 Гц и получается снижение КПД. Так что, думаю, C1 оптимально 0.33...1 мкф.
Сообщаю подробности тестирования схемы с "новым" управлением.
1. Влияние входной фильтрующей емкости C3. Эксперимент проводился на лампочке 40 Вт, амплитуда выходного напряжения 250 В (понижено, чтобы не завышать действующее значение, важное для лампы, т.к. лампа только одна). Результат, что удивительно, противоположный здравому смыслу. Отключение C3 (4x4.7 мкф параллельно) приводит к уменьшению ВЧ-составляющей как во входной (визуально - на 20%), так и в выходной синусоиде! Не знаю почему так, но вот такие результаты измерений. Результаты не зависят от наличия снаббера.
2. Влияние снаббера. Условия эксперимента аналогичны п. 1. Снаббер реально помогает. Глобального эффекта от него сравнительно мало (повышается амплитуда на выходе примерно на 25 В), но зато снаббер убирает неприятную ВЧ-"помеху" в определенной области выходной синусоиды (несколько выше нуля), которая, вероятнее всего, появляется из-за несовершенства схемы.
На малой нагрузке (резистор 28к) эксперименты не проводились, потому что особых косяков в этом случае не было замечено, т.е. и входной, и выходной сигнал трансформатора выглядят прилично, ВЧ-"помех" очень мало, хотя полноценным синусом это нельзя назвать (пример можно посмотреть на моих фотках выше, для исправленного управления).
Извиняюсь за отдельный пост, но кнопка редактирования уже недоступна.
Я тут обнаружил ошибку в своих измерениях. Когда-то скрутил на осцилле плавную регулировку развертки и забыл на место поставить. Так она и была в некалиброванном положении. Поэтому на самом деле частота ШИМ в моей схеме не 18, а около 9 кГц, и приведенные выше осциллограммы сделаны именно на этой частоте (т.е. они сжаты по горизонтали примерно в 2 раза). Сорри, это я, как всегда, из-за невнимательности... (Частота синуса, как и должно быть, 50 Гц, она давно уже была настроена)
Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете добавлять вложения
Вход
Регистрация
Правила
FAQ
Поиск
, а вот в случае моего хрен знает чего с относительно мягкой ВАХ фигня имеет место...
