Разрабатываю лабораторный БП, проверьте пожалуйста

[Gisteresis]

Это такая частота, усиление каскада на которой, понижаясь с ростом частоты, становится равным 1 (т.е. не усиливает - какой сигнал пришёл, такой и ушёл) при отсутствии обратной связи для этого каскада.

Для ОУ это частота, на которой его многотысячный коэффициент усиления становится равным 1.

А Response time это какая частота? Предел микросхемы? (например для lm311 5мГц или 200нс)

[Slabovik]

Это время отклика. Более характерно для цифровых схем. Время, на которое сигнал (реакция) на выходе задерживается по отношению к сигналу на входе. LM311 - это компаратор, для него Respone Time как раз важный параметр, характеризует скорость его реакции. Усиление при этом может быть много больше 1. Собственно, граничная частота и время отклика - два взаимодополняющих параметра, но в зависимости от предназначения узла, пользуются либо одним, либо другим.

[Gisteresis]

Читаю: В точке А система будет неустойчива и ее нельзя использовать без частотной коррекции.

Делаю коррекцию:



Зеленая линия - это скорректированный ОУ.
Красная линия - соответствие КУ и фазе (которая стала лежать до -135 при том же КУ 55 дб)

Но мы видим, что частота снизилась! Если нам нужно работать на той частоте с которой мы ушли, то нужно брать другой ОУ, более быстрый?

[Slabovik]

Ну, пока неверно. Дело в том, что 0дБ проходится всё-равно со слишком большим сдвигом.

Вот, я изобразил картинку для понимания

Разбираем. У нас есть исходный каскад, его ЛАЧХ изображена чёрной линией. У него приличное 100 дБ усиление и какое-то количество собственных каскадов.
Нам нужен каскад с усилением, скажем, 24 дБ. Введя два резистора (делитель) в ООС без труда получаем нужное усиление (линия Ку с О.С.). Общая ЛАЧХ каскада с ОС стала ограничена сверху вот этой фиолетовой линией, а справа - исходной ЛАЧХ (чёрной). Однако смотрим - чёрная линия имеет в этом месте наклон аж 18 дБ на октаву, с таким наклоном и пересекается 0дБ. Однозначно система неустойчива (частота перелома 12 дБ - 18 дБ означает сдвиг 225°).

Добавляем конденсатор параллельно резистору, который между выходом каскада и его инвертирующим входом. Такой резистор даст наклон на АЧХ сигнала ОС с ростом 6дБ/окт, соответственно, усиление каскада будет наоборот, снижаться со скоростью 6 дБ/окт, начиная с частоты w=RC. Так вот, подбирая емкость этого конденсатора, опираясь при этом на параметры других элементов (R тоже играет главную роль), выбираем емкость такой, чтобы красная линия (коррекция -6дБ/октава) пересекла 0дБ до того, как её пересечёт чёрная. В этом случае система получается устойчивой (кстати, в этом месте уже должно стать понятно, почему инвертирующие усилители в общем случае устойчивее неинвертирующих).

Таким образом, результирующая АЧХ скорректированного каскада образуется фиолетовой линией поверху (горизонтальный участок, усиление не зависит от частоты), и красной линией справа (усиление падает с ростом частоты). Как видим, действительно, область усиления стала несколько меньше. Также интересный вывод - если нужен более высокочастотный усилитель - нужно снизить усиление (красная линия останется в этом же месте, однако точка пересечения её с фиолетовой линией сместится вправо)

Для лучшего понимания картинки: 0 на оси частоты находится бесконечно далеко слева, поэтому красная линия вполне достигает и пересекает чёрный график, что на данной картинке просто не отображено (поскольку нам это пока не надо).

[Gisteresis]

Откуда вы взяли цифры 6,12,18 дб? В книжке было четко сказано 20дб.
Это зависит от усиления первого каскада и оно разное для разных ОУ?

И как соотносить АЧХ с ФЧХ?
Вот это вы откуда взяли: "(частота перелома 12 дБ - 18 дБ означает сдвиг 225°)."

[Slabovik]

1. В книжке было не просто 20 дБ. А 20 дБ/декада. 6 децибел на октаву = 20 децибел на декаду. Октава - двукратная разница. Декада - десятикратная.
2. На первой частоте перегиба (переход от 0 дБ/окт на -6дБ/окт) фазовый сдвиг составляет 45°. До следующей частоты перегиба добавляется ещё 90°. И так далее. Так что до третьего перегиба накопится уже 225°. А 180° будет где-то примерно посередине участка между вторым и третьим перегибом. В рисунке из книжки ведь то же самое.
3. АЧХ и ФЧХ соотносятся по частотам перегибов. В приведённом мной примере без коррекции частота первого перегиба намного меньше, чем даже с коррекцией, но с меньшим усилением. Это значит, что и соответствующие полюса ФЧХ "уехали" в ту же сторону - сдвиг фазы на 45° в случае наличия ОС сместился на гораздо более высокую частоту, но затем, вследствие коррекции, сместился немного в обратном направлении...

[Gisteresis]

Что есть усиление петли? На картинке рис 19. Какой петли?

Вот что я понял:
1) Приведенный вами график является универсальным и подходит к любым усилительным системам с ОС.
2) Заморачиваться с частотной коррекцией следует только на ВЧ и в том случае если система стала неустойчива, тогда следует добавить цепи частотной коррекции. В противном случае можно не заморачиваться.

[Slabovik]

Усиление петли - это имеется в виду усиление по петле обратной связи, которое равно коэффициенту усиления усилителя без О.С. помноженному на коэффициент передачи делителя сигнала О.С. Вообще, это обычно называют глубиной обратной связи. Да, вот маленько попроще, про устойчивость с 57 страницы: Пособие.doc. Или вот: Коррекция частотной характеристики.

Под спойлером я не прав, ошибка выделена, но направление рассуждений в целом верное, поэтому оставляю в качестве примера

Спойлер

Но, честно говоря, я не соображу, почему точка Б (усиление 70 дБ) на этом рисунке 19 названа устойчивой. Попробую обосновать:
Предположим, что эта точка устойчива. Сигнал обратной связи приходит всегда инвертированным. Тогда на частоте fпр, где сдвиг фазы составляет уже ровно 180°, сигнал будет усилен на 55 дБ и ослаблен делителем ОС на 70 дБ, что составит в общем-то ослабление его на -15 дБ (относительно уровня входного сигнала). НО! даже будучи ослабленным, этот сигнал ОС просуммируется (!) с входным сигналом. Это как будто на выходе сложится уже два сигнала, один с уровнем 55 дБ, второй с уровнем (55-15) дБ, что даст уже уровень 56,4 дБ. И ведь так по-кругу, по 1,4 дБ на круг, система-то замкнута сама на себя. Т.е. устойчивости нет - налицо возбуждение...

Поэтому коррекция делается так, чтобы сами каскады внутри усилителя в совокупности не усиливали сигнал с таким большим сдвигом фазы, т.е. на этой частоте усиление с разомкнутой петлёй ОС усиление должно быть меньше 0дБ, а не с замкнутой, как это я понимаю из объяснения к картинке 19. Т.е. вместо 55 дБ усиления на этой частоте у нас должно быть меньше 0 - только в этом случае не будет бесконечного роста сигнала (строго говоря, усиление должно быть заметно меньше 0, т.к. при замыкании петли ОС здесь сложатся 2 сигнала - один с уровнем 0 дБ, второй с уровнем -70 дБ, так вот результат от усиления этой суммы должен быть меньше 0дБ).

ps. Я мог где-то ошибиться в цифрах, но надеюсь, суть понятна. Или я ошибся вообще? Проверьте, пожалуйста...

В итоге картинка таки правильная, и вы правильно нарисовали зелёную линию. Но моей картинке красная линия в итоге могла быть нарисована несколько выше (так, как сейчас, тоже правильно, но оно чрезмерно - такую коррекцию называют "полной" - она годится для получения любого коэффициента усиления, вплоть до 0 дБ, а на моём примере можно было ввести коррекцию так, чтобы красная линия пересекла фиолетовую левее, чем чёрная. Вот такое отличие). Обоснование: для возбуждения (неустойчивости) необходимо, чтобы сигнал в ООС, задержанный на 180° был больше по амплитуде, чем этот же сигнал (в этой же цепи) до задержки. Это условие начинает выполняться с определённого момента тогда, когда мы увеличиваем (!) глубину ООС. В моих рассуждениях под спойлером при усилении задержанный сигнал в ООС таки меньше исходного, и только если уменьшаем усиление до 55 дБ (фактически, увеличиваем коэф. передачи цепи ООС с -70 до -55 дБ - т.е. он становится зеркально равным усилению ОУ без ООС на этой частоте) сигнал начинает "ходить по кругу". Перерисовать мою картинку? Или я опять ошибся (два раза? есть кто-нибудь в теме, рассудите нас)

Заморачиваться с коррекцией приходится, когда собираем систему из кубиков, когда несколько последовательно включенных кубиков охвачены общей ОС. Об устойчивости самих кубиков позаботился производитель - наверняка встречалась фраза, что "ОУ скорректирован".

p.s. Таки перерисовал картинку

[Gisteresis]

"ОУ скорректирован"

Так же встречалось "ОУ НЕ скорректирован".

Читаю... Неплохая метода, спасибо!

То есть при неполной коррекции на ВЧ остается отрезок неустойчивости? (пересечение зеленой и черной линии это начало неустойчивого участка)

Не знаю может туплю, посмотрел внимательно картинку. Возник вопрос. А зачем вообще корректировать, если вы задаете диапазон рабочих частот? По логике вне этого диапазона работа не предполагается! Полагаю в этом случае мы точно знаем что не зайдем в неустойчивую зону и тогда коррекция не требуется.

Вопрос как я понял ставиться об устойчивости системы на частотах после частоты перегиба

Можно и дальше углубить коррекцию, но она только сузит частотный диапазон, ничего не принося положительного. (если сделать линию ниже полной коррекции)

Если мои рассуждения верны, то можно считать что я что то наконец понял!

Перейдем к практике (пока вы не ответили, подразумеваю что я понял верно)
На картинке где вы представили каскады TL494 как ОУ, установлен R1 = 33к и С1 = 0,01мКф. это я понимаю оно?
Рассчитаем частоту среза... у меня получается 482гЦ

Читаю на клаусмобайле

В реальных схемах ПН частота среза цепи ОС выбирается порядка 200-10000 Гц.

Полагаю срез выбран верно.
ПН - преобразователь напряжения?

[Slabovik]

Так же встречалось "ОУ НЕ скорректирован"

Да, производитель как правило заявляет и то и другое. Это нужно при проектировании. Например, ОУ, не имеющие выводов для подсоединения корректирующих конденсаторов, уже скорректированы как правило полностью (до 0 дБ), ОУ, имеющие такие выводы, либо нескорректированы, либо скорректированы для какого-то определённого коэффициента усиления, и если нужно он них получить усиление меньше, то придётся добавлять коррекцию (увеличивать емкость корректирующего конденсатора параллельным включением ещё одного - для этого ноги и выведены).

То есть при неполной коррекции на ВЧ остается отрезок неустойчивости? (пересечение зеленой и черной линии это начало неустойчивого участка)

Да, это та частота, на которой скорее всего и будет возбуд (или рядом с ней - элементы ведь не идеальны). Он возникнет сам по себе, независимо от наличия усиливаемого сигнала, просто вследствие того, что а) все компоненты шумят, а шум точно также усиливается, как и полезный сигнал; б) все компоненты искажают, рождая гармонические составляющие. Так что возбуждение родится само из шума - к бабке не ходи!

Вопрос как я понял ставиться об устойчивости системы на частотах после частоты перегиба

Не, это неверное понятие. По частоте перегиба можно судить, на каких частотах возбуждение случится, но если оно случится, то система точно неустойчива. Нельзя быть "немножко беременной"

Можно и дальше углубить коррекцию, но она только сузит частотный диапазон, ничего не принося положительного. (если сделать линию ниже полной коррекции)

Да, можно, и иногда даже нужно, в случае, когда усилитель мы превращаем в ослабитель по напряжению, но усилитель по току, но в качестве ослабителей по напряжению привычнее использовать просто пассивные делители, поэтому эти режимы обычно не рассматривают. Другими словами - если необходимо получить максимально возможную полосу пропускания, усилитель необходимо корректировать специально с расчётом на конкретный коэффициент усиления.

Если мои рассуждения верны, то можно считать что я что то наконец понял!

Ну, я тоже кое-что повспоминал. Оказалось полезно

На картинке где вы представили каскады TL494 как ОУ, установлен R1 = 33к и С1 = 0,01мКф. это я понимаю оно?
Рассчитаем частоту среза... у меня получается 482гЦ

Не совсем. На самом деле ещё меньше - постоянная времени частоты среза = (33кОм+4.7кОм)*0.01мкФ (перегиб -6дБ на частоте 422 Гц). А 33кОм наоборот, не даёт усилению EA заваливаться слишком глубоко на более высоких частотах (перегиб обратно +6 дБ, но уже на частоте 482 Гц). А 1МОм не даёт на совсем низких частотах бесконечно расти коэффициенту усиления EA. Вообще, в процессе доводки эти компоненты возможно придётся изменить (наверняка придётся), чтобы получить лучшую переходную характеристику для всего диапазона выходных напряжений. Я такой доводкой пока не занимался (честно говоря, даже не считал - прикинул просто по-месту).

[Slabovik]

Погонял на мощности. Правда, пока больше 120 ватт не снимал (мой лабораторник чахнет). Как и предполагалось, где-то ватт с 50 полезли пики на переходных процессах из-за вставленных наобум снабберов. Пришлось подбирать. В результате имеем вот такой безобразный результат

Один щуп на стоке транзистора. Второй на аноде противоположного диода (фактически, оба на выводах транса). Точка отсчёта (общий) - "минус" силового конденсатора, который ближе к радиатору. Кстати, от выбора точки отсчёта вид осциллограмм чуть меняется, но несущественно (лишь количественно чуть либо увеличиваются, либо уменьшаются пички, но общая картина и из соотношение остаётся неизменными. Мощность на момент снятия осциллограмм 90Вт (на входе примерно 30 вольт и 3,4 А)

Общий вид

и покрупнее

Транзистор открывается
Транзистор закрывается

Можно заметить колебательный процесс с частотой где-то 16-18 МГц (примерно). Рождается из скоростного закрывания транзисторов и, походу, индуктивности токовой петельки (а какая именно емкость участвует - вообще не разберёшь). Это он уже придавлен (был побольше) - ценой вопроса оказались пара резисторов на 22 Ома и пара же конденсаторов на 330 пик. Придётся найти на плате место для них.

Немного интереснее с "рогами" - более плавными, но и более высоковольтными выбросами. В принципе, вот как они есть сейчас - это вполне терпимо для данного типа преобразователя (пуш-пул достаточно неблагодарен в этом плане). Дело в том, что "прижатие" выброса на одной обмотке в процессе подбора часто приводит к его же росту на другой обмотке. Тем не менее, компромисс всегда можно найти...

Радиатор изготовил из 60-мм алюминиевого уголка.
Нагрев на 120Вт в основном за счёт диодов, радиатор общий, на ощупь градусов 35~37 но в районе диодов он заметно теплее, наверное до 40. Транзисторы практически не греются. Трансформаторы и дроссель с температурой градусов 45-50 (при 25 в помещении).

[Gisteresis]

Транзисторы практически не греются.

Ну как же! Они теперь греются за счет радиатора, который греют диоды

Какая схема линейного регулятора? (У меня сборка сейчас медленно идет, пока хоть рассмотреть, понять...)

[Slabovik]

Схема пререгулятора на данный момент выглядит так:



Линейный только в стадии размышлений. Примерно так:



Блок-схема полностью повторяет блок-схему, что я рисовал по поводу регулировки TL494. На TL431 собраны опорные источники напряжений, но привязаны они каждый к своему потенциалу. Потенциалы чуть разнятся за счёт того, что в минусовую шину врезан измерительный шунт. Это достаточно дешёвое решение, зато простое (иначе пришлось бы делать "токовый замерщик" на отдельном ОУ, городить отдельное двуполярное питание для ОУ и т.д.) Ещё одна предследуемая цель таким решением - минимизация собственных токов регулятора через токоизмерительный шунт. Полностью избавиться не получается, но несколько мА - небольшая плата за возможность не иметь отдельный двуполярный источник питания. Светодиоды на выходах ОУ - чисто для отладки, по-видимому использовать их по прямому назначению не получится из-за малых токов в некоторых режимах, а индикатор CC/CV/Err навесим попозже (как и измерители - они могут быть любыми).

Регулирующий транзистор полевой. В связи с этим пришлось прикручивать для его управления VT5. Вообще, если присмотреться, эта часть схемы до боли напоминает банальный УНЧ, только без нижнего транзистора. Но ведь по сути так и есть...

Диод VD6 - кивок в сторону возможности подсоединять аккумулятор на выход блока при любом его (блока) состоянии. Есть, правда, сомнения по поводу переполюсовки (есть проблема, которую надо решить), но может быть можно и не заморачиваться, и просто вставить на выход ещё один диод, пережигающий плавкую вставку при этом событии.

[Starichok51]

Slabovik, посмотри мою схему.
download/file.php?id=134827
у тебя много лишних деталей. не нужно таскать 2 ногу синхронно с выходным напряжением.
обратная связь на 1 ногу у меня сделана через оптрон. стабилитрон в цепи оптрона задает разницу напряжений входа и выхода.

Регулирующий транзистор полевой.

тоже не разумное решение. полевой требует кучи деталей для управления затвором, что хорошо видно по твоей схеме. здесь проще применить биполярный.
никакой выгоды полевой перед биполярным здесь не имеет. все равно на нем будет выделяться такая же мощность, как на биполярном.
к тому же, биполярный не потребует дополнительного напряжения питания (55 Вольт на твоей схеме).

[Slabovik]

Да смотрел уже много раз - нормальная схема

Решение с оптроном ни в коем случае не отметаю, но в этот раз решил сделать так. С оптроном я делал раньше, и особых преимуществ, кроме как гальваническая развязка, оптронная схема тоже не имеет. Где нужно развязать, например при прямом питании от сети, как у тебя - оптрон однозначно. По количеству деталей сказать, что лучше, вообще нельзя. Уж точно, что резисторы дешевле оптрона

Логика же работы такой оптронной схемы такова, что для того, чтобы "приглушить" пререгулятор, оптрон надо засветить. На засветку 1-2 мА (а иногда и больше) надо. Куда пойдут эти мА? А в цепь выхода. Если там нагрузки никакой нет, то либо надо предусматривать какой-то слив (обычно не беспокоит, т.к. есть т.н. "минимальная нагрузка"), либо напряжение будет ползти вверх. С резисторами строго наоборот - они не добавляют ток в нагрузку, они его от неё отбирают. Но резисторы можно сделать достаточно большого сопротивления, чтобы этот ток минимизировать, а линейный регулятор в-лёгкую компенсирует этот ток. Так что минусы есть у обоих решений, просто они в разных местах

Что касается регулирующего полевика - тоже из серии "хочу сейчас так". Чисто теоретически полевик может обеспечить чуть меньшее падение напряжения на себе. С точки зрения практики - да, доп.детали для таскания затвора. Но опять же - их не так много. Был бы биполяр, ну было бы на транзистор с парой резисторов меньше. Не думаю, что это такая большая проблема. Что касается 55 вольт - это напряжение халявное (оно не строго 55 вольт, а привязано к входному и может плавать в процессе). Кстати, этот доп.диод и конденсатор неплохо гасят выбросы на вторичке, которые возникают при открывании транзисторов. Остальные транзисторы сократить так просто не получится, т.к. это связано с ограничениями напряжения питания ОУ

Мне вот гораздо больше не нравится способ регулировки тока (малые значения опорного и сравниваемого напряжений), но здесь без серьёзного усложнения я решения что-то не нашёл...

[sep]

Slabovik, а в чем смысл такой сложной схемы пререгулятора? Не проще ли поднять входное напряжение до необходимого уровня и отказаться от трансформатора и одного силового ключа, сделав обычный понижающий DC-DC? Как бы качественно не был изготовлен трансформатор, он все равно обладает некоторой индуктивностью рассеяния, из-за которой потом образуются выбросы напряжения, которые весьма не легко победить...

[Slabovik]

Можно. Но только в случае, если источник имеет напряжение значительно превышающее максимальное напряжение на выходе блока. В нашем случае это изначально не так (ну такой сетевой трансформатор). Трансформатор же даёт свободу выбора, например при указанных моточных данных изделие работоспособно вплоть до 30 вольт на входе при максимальном напряжении на выходе, а максимальное напряжение на входе в районе 60 вольт. Несколько изменив моточные данные, легко можно сделать входное напряжение хоть 25, хоть 15 вольт (т.е. легко подогнать под тот сетевой трансформатор, который есть у желающего вдруг повторить этот блок). И ещё одно хорошее свойство трансформатора - гальваническая развязка. Здесь она, правда, не используется в полной мере (всё-таки земли объединены), но обратите внимание, что силовые токи текут по разным петлям, не пересекаясь. В случае последовательного понижающего, ток (импульсами) течёт через всё последовательно.

[Телекот]

Проще перемотать основной трансформатор, чем городить городушку. А токи пускай текут, при грамотном монтаже это не вредно.

[Slabovik]

Насчёт того, что проще - это сильно зависит от контекста. Лично мне легче намотать с пяток таких, чем перемотать готовый большой, который частенько нынче ещё и попросту с заваренным сердечником встречается. А вот свои аккумуляторы я вообще перемотать никак не смогу - уж что есть... Да и в случае коренного изменения схемы пререгулятора на понижающий, придётся вообще решать проблему управлению ключом (он становится верхним), что тут же съест так восхваливаемую вами простоту. Да, уберётся один силовой и транс, но как минимум один кузов добавится, либо полдюжины других элементов, и косяки, но уже в другом месте... Я не против - предлагайте свои варианты, но не забывайте, что человек, повторяющий это устройство, будет питать его от трансформатора с вполне конкретными параметрами (см. тему с начала). Отказ от трансформатора же на данном этапе не рассматриваем, т.к. это Level_N+1, а мы ещё N не освоили...

[Gisteresis]

Перемотать первичный сетевой транс? Исключено! Они хорошо сделаны, часто залиты чем то. Если уж и перематывать я считаю проще тогда новый намотать чем корежить хороший готовый.

Трансформатор же даёт свободу выбора, например при указанных моточных данных изделие работоспособно вплоть до 30 вольт на входе при максимальном напряжении на выходе, а максимальное напряжение на входе в районе 60 вольт. Несколько изменив моточные данные, легко можно сделать входное напряжение хоть 25, хоть 15 вольт (т.е. легко подогнать под тот сетевой трансформатор, который есть у желающего вдруг повторить этот блок).

Я правильно понял, что блок может работать как повышающий?

Я не против - предлагайте свои варианты...

Изначально хотел получить гибрид импульсного и линейного. Получить КПД выше чем у линейного, избавиться от тепловыделения, получить пульсации ниже чем у импульсного.