Расчет преобразователя на 555...

[anatol378]

нарастание тока через индуктивность ( при скачкообразном воздействии) происходит по экспоненте зависящей от величины индуктивности.

при скачкообразном воздействии (прямоугольный импульс) - нарастание тока через индуктивность происходит по линейному закону, а не по экспоненте.

Пропустил слово "скорость" - исправил.

вы полагаете, что надо долго и трудно искать эту золотую середину?

Потом оказывается что дроссель нереально изготовить или по габаритам не проходит. И диоды на эти мощности не найти и т.д.

[Starichok51]

Пропустил слово "скорость" - исправил.

все равно не правильно. при прямоугольном импульсе скорость нарастания тока - константа, и равна напряжение / индуктивность, в связи с чем ток нарастает линейно.

Потом оказывается что дроссель нереально изготовить или по габаритам не проходит.

смотрите мою программу расчета дросселя бустера/чоппера (повышающего/понижающего преобразователя).
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=33756
в ней, кроме расчета индуктивности дросселя, есть подбор сердечника и расчет числа витков и немагнитного зазора в сердечнике.
так что все абсолютно реально. и не надо искать проблемы, где их нет.

[Juri000]

А вот переписывать из Мэка формулы, не понимая сути, которая за ними стоит - это не по-радиолюбительски. Это просто бессмысленно.

И чем заслужил такую честь? Ведь эту формулу в подтверждение этого

Но и для режима разрывных токов, и безразрывных токов можно сказать, что Ваш вывод о том, что чем больше индуктивность, тем выше выходное напряжение, неверен совершенно.

приводил я.

[ParkeT]

Вдруг осознал, что мне не понятно, почему если в нагрузке резистор с малым сопротивлением дроссель может не успеть отдать всю энергию... vgg60 что-то про это говорил...

[vgg60]

А вот переписывать из Мэка формулы, не понимая сути, которая за ними стоит - это не по-радиолюбительски. Это просто бессмысленно.

И чем заслужил такую честь? Ведь эту формулу в подтверждение этого

Но и для режима разрывных токов, и безразрывных токов можно сказать, что Ваш вывод о том, что чем больше индуктивность, тем выше выходное напряжение, неверен совершенно.

приводил я.

Никого конкретно не хотел обидеть. Просто очень часто люди просят готовые формулы, даже не пытаясь их понять. И обязательно найдутся люди, которые дают эти формулы, ничего не объясняя и очень часто даже не по делу. А Мэка привёл чисто случайно потому, что это имя было упомянуто и всплыло в памяти. Вполне допускаю, что эта формула верна, поскольку я её неоднократно встречал в других местах. И вполне допускаю, что Вы знаете, как её вывести. Я - нет, не знаю. Более того, у меня есть смутные сомнения в её правильности. Ещё раз прошу меня извинить, никого конкретно не хотел обидеть.

[vgg60]

Вдруг осознал, что мне не понятно, почему если в нагрузке резистор с малым сопротивлением дроссель может не успеть отдать всю энергию... vgg60 что-то про это говорил...

Представляете себе формулу постоянной времени разрядки заряженного конденсатора через резистор? Надеюсь, что да - это R*C. А если энергия запасена в индуктивности и рассеивается в резисторе? Видимо, тоже - это L/R. Что такое "постоянная времени"? Это отрезок времени, в течении которого ток через индуктивность или резистор спадёт в е =2,7 раз по сравнению с первоначальным. Ещё известно, что через время, равное (3-5) постоянных времени, ток спадает более, чем на порядок и можно считать, что практически вся энергия из индуктивности рассеялась в резисторе, то есть, ток упал практически до нуля. Представьте, что следующая стадия накопления энергии в индуктивности началась через 5*(L/R). Тогда всё нормально, рост тока начинается с нуля и второй период будет в точности повторять первый. Всё просто и понятно. А если пауза маленькая и ток не успеет уменьшиться до нуля, а, скажем, только до половины?

[ParkeT]

vgg60, да понял...
Спасибо!

[Starichok51]

А если пауза маленькая и ток не успеет уменьшиться до нуля, а, скажем, только до половины?

в этом ничего плохого нет. просто это называется режимом неразрывного тока дросселя. ведь совсем не обязательно, чтобы дроссель отдавал всю энергию и ток падал до нуля. главное, чтобы за время паузы дроссель успевал передать столько энергии, сколько требует нагрузка.
упоминаемая мной моя программа, как раз, делает расчет для режима неразрывного тока.

[vgg60]

Для закрепления и иллюстрации изложенного материала приведу 2 осциллограммы. Верхний луч - напряжение на нагрузке 15 кОм. Нижний луч - сигнал с шунта величиной 0,2 Ома, помещённого в эмиттер ключевого транзистора. На осциллограмме виден звон, вряд ли мне удастся его подавить. Длительность накопления энергии в индуктивности величиной 510 мкГн в обоих случаях одинакова - примерно 18 мкс. Напряжение питания - 55 вольт. Ключевой транзистор - IGBT. В одном случае частота повторения - 20 кГц и за время паузы напряжение на резисторе нагрузки спадает практически до нуля. И ток в следующем периоде начинается с нуля. А на другой осциллограмме приведён вариант, в котором частота повторения повышена до примерно 35 килогерц. И напряжение на нагрузке (соответственно и ток через нагрузку) до нуля упасть не успевает. Видим, что ток начинает расти не от нуля, а примерно с величины 0,6 А. Прирост тока - тот же самый, 1,8 Ампера. Но ток нарастает уже до величины 2,4 Ампера, и в индуктивности накапливается энергия значительно большая. Этот режим вполне имеет право на существование, используется во многих источниках питания, но для меня он более сложен и я в нём пока слабо разбираюсь. Однако, надеюсь, в ближайшее время постараюсь начать им управлять.

[dimon_kot]

vgg60 , а из-за чего такие пики на осциллограммах на шунте возникают, при открытии и закрытии mosfet'а ? И от чего "звон"?

[vgg60]

vgg60 , а из-за чего такие пики на осциллограммах на шунте возникают, при открытии и закрытии mosfet'а ? И от чего "звон"?

Ну, во-первых, в качестве ключа у меня не MOSFET, а IGBT. Я же писал об этом. Высоковольтные МОСФЕТы имеют очень большое сопротивление канала, что при токах порядка 7-10 ампер, которые я хотел достичь, приводит к падению напряжения на ключах порядка 10 вольт или даже больше, а у меня всего 55 вольт питание. Да и не нашёл я МОСФЕТа на 1200 вольт, а IGBT - пожалуйста. Причины возникновения выбросов и звона тщательно не изучались, но предварительно так: выбросы на токе из-за большой скорости переключения транзистора и довольно высокой индуктивности шунта.
А полоса осциллографа (200 МГц) вполне позволяет это прорисовать. Звон на токе определяется индуктивностью первичной обмотки (ток идёт именно через неё) и паразитной ёмкостью трансформатора. По-крайней мере, частота колебаний примерно соответствует частоте контура из 500 мкГн и нескольких сотен пикофарад. Но, повторяю ещё раз, тщательно это не исследовалось, пока пришлось это забросить.

[Aleksander8]

Просмотрел несколько источников. Расчёт параметров генератора на NE555 не представляет никакой сложности. Что же касается остального, то, как ни странно, используются разные методы.
Например:
https://learn.adafruit.com/diy-boost-ca ... calculator
Расчёт нам не подходит из-за того, что коэффициент заполнения рассчитывается из максимальных и минимальных значения входного и выходного напряжений, а у нас он считается из Datasheet-а на таймер.
В статье из журнала "Электронные компоненты" №6 2010 "Расчёт силового каскада повышающего преобразователя", коэффициент заполнения вычисляется так же через напряжения.
Какую формулу определения индуктивности использовать, чтобы учесть рассчитанный коэффициент заполнения таймера?

[YS]

Я так понимаю, последнее сообщение является продолжением вопроса, заданного мне в комментариях в моем блоге.

Если говорить о расчете преобразователя, работающего в режиме релейной стабилизации (hysteretic regulator), я бы рассчитал каскад для случая постоянной максимальной нагрузки при минимальном входном напряжении. Остальное сделает обратная связь. Поскольку релейный режим обратной связи не имеет проблем со стабильностью, так вполне можно сделать.

Опять же, я не рекомендовал бы делать преобразователь 12 -> 250 на основе бестрансформаторной повышающей топологии. Вот, я прикинул обратноходовый преобразователь, который выдает нужные характеристики (выходной ток порядка 2.3 мА, выходное напряжение около 250 В):

Кликабельно:


Честно - я его по факту не рассчитывал. Детали поставил сообразуясь с внутренним ощущением относительно того, что будет удобно реализовывать и что подходящего есть в библиотеке LTSpice.

Схема управления показана условно. V2 символизирует генератор на 555, выдающий импульсы частотой 50 кГц с коэффициентом заполнения 50%; R1 символизирует нагрузку. Соотношение обмоток 5:1, чтобы отраженный импульс обратного хода не превышал где-то 50 В. Супрессоров поставил два просто потому, что в LTSpice нет подходящего одиночного на нужное напряжение. Общий импульс на стоке не превышает 70 В, транзистор выбран с учетом этого.

Надеюсь, что знающие люди поправят меня, если я где-то ошибся.

[Aleksander8]

Интересное решение. На 555 можно получить импульсы в широком диапазоне скважности. Приведёт ли к улучшению работы схемы увеличение длительности импульса до DC = Ton/(Ton+Toff) = 0,9 ?

[YS]

Мне кажется, будет ровно наоборот. Увеличивая коэффициент заполнения, мы уменьшаем время передачи энергии в нагрузку, а значит как минимум время переключения транзистора и диода начинает составлять относительно большую часть всего времени передачи энергии, что должно приводить к увеличению потерь.

[Aleksander8]

Думается, в литературе найдётся описание такого режима работы. Хотя..... вряд ли работа без ШИМ-а подвигнет кого-то описать теорию работы.
Вся литература описывает самые лучшие варианты.
Посмотрите сами, в схемах бустера с дросселем при Uвых от 150 до 250В используется дроссель с индуктивностью 100 мкГн.
И только при Uвых=400В, используется дроссель в 1мГн. Что-то странно получается.

[YS]

Хотя..... вряд ли работа без ШИМ-а подвигнет кого-то описать теорию работы.
Вся литература описывает самые лучшие варианты.

Насчет лучшего - все относительно. PFM-режим имеет преимущество в КПД при малых нагрузках, а кроме того, цепь обратной связи преобразователя, работающего в PFM-режиме, безусловно стабильна.

Большинство преобразователей, предназначенных для питания оборудования от одного гальванического элемента, работают именно в PFM-режиме.

Про эти режимы подробно пишут. Навскидку - вот подробное описание работы MC34063, которая работает в режиме пропуска импульсов, который, по сути, является разновидностью PFM; вот еще статья. В целом, недостатка материала не наблюдается.

Кстати, схема, которую я предлагал выше, тоже работает в режиме пропуска импульсов. Там для демонстрационных целей применена совсем примитивная схемотехника; MC34063 предлагает более продвинутый способ реализации того же режима.

Посмотрите сами, в схемах бустера с дросселем при Uвых от 150 до 250В используется дроссель с индуктивностью 100 мкГн.
И только при Uвых=400В, используется дроссель в 1мГн. Что-то странно получается.

Я уже отмечал, что те схемы, мягко говоря, так себе. Потому я не думаю, что за этими номиналами стоит какая-то глубокая мысль. Скорее всего авторы подобрали их эмпирически. Не стоит искать смысла там, где его скорее всего нет.

Как я уже говорил, бестрансформаторная повышающая топология не применяется для повышения напряжения более чем в пять-шесть раз. Дальше начинают играть существенную роль паразитные параметры, что приводит к падению КПД и усложнению более-менее близкого к истине расчета.

[Aleksander8]

[uquote="YS",url="/forum/viewtopic.php?p=3120296#p3120296"]Я уже отмечал, что те схемы, мягко говоря, так себе. Потому я не думаю, что за этими номиналами стоит какая-то глубокая мысль. Скорее всего авторы подобрали их эмпирически. Не стоит искать смысла там, где его скорее всего нет. [/uquote]
Согласен. Видимо "потолочные" схемы расчёту не подлежат. И я зря забиваю себе голову.

[YS]

К слову, когда я только начинал интересоваться источниками питания, я тоже искал какую-то четкую методику расчета. Однако, чем дальше я интересуюсь этой темой, тем больше прихожу к мысли, что четких методик тут нет - все опирается на базовые принципы.

Дело в том, что, по-хорошему, преобразователь будет работать при практически любых значениях индуктивности и емкости, если только токи находятся в безопасных пределах. Вопрос - как он будет работать. И здесь появляется широкое поле для задания входных параметров и определения недостающего.

Например, можно проектировать преобразователь исходя из имеющихся индуктивностей, а можно - исходя из возможностей имеющейся микросхемы-генератора, и так далее.

Главное, чтобы при работе на максимальной мощности не было перегрузки активных элементов и насыщения магнитопровода дросселя. Все остальное вариативно.

Компенсация обратной связи - отдельный вопрос, но если проектировать преобразователь в режиме релейной стабилизации (hysteretic converter), то об этом думать не надо.

Поэтому, кстати, MC34063 так популярна несмотря на наличие множества более продвинутых микросхем - она работает почти с любыми деталями и переносит любые эксперименты.

[Aleksander8]

[uquote="YS",url="/forum/viewtopic.php?p=3120616#p3120616"]К слову, когда я только начинал интересоваться источниками питания, я тоже искал какую-то четкую методику расчета. Однако, чем дальше я интересуюсь этой темой, тем больше прихожу к мысли, что четких методик тут нет - все опирается на базовые принципы.[/uquote]
Попозже "поиграю" с преобразователем:

100-250 v от 12.gif

(23.5 КБ) 633 скачивания

В каких точках вы порекомендуете посмотреть осциллограммы?