Разрабатываю лабораторный БП, проверьте пожалуйста

[Slabovik]

Попытался представить TL494 (а точнее, весь блок) как ОУ с целью лучше понять обратные связи



Здесь символ "Pwr" обозначает всю часть TL494 после усилителей ошибки совместно с ключами и выпрямителем. Для понимания процесса нам всё-равно, что там происходит внутри. Важна реакция на внешние воздействия - она определена (напряжение на выходе блока понижается при повышении напряжения на выходе EA). Катушка и конденсатор на выходе символизируют линию задержки, которая там есть (это не чисто катушка с конденсатором, как детали, но в первом приближении).
Чтобы система была устойчива, АЧХ EA (а точнее, расположение так называемых полюсов) должна быть "хуже", чем АЧХ модуля "Pwr" (тут можно углубиться в курс систем управления - критерии устойчивости, но... это так объёмно и занудно, что я пока ограничусь тем, что уже сказал. Полагаю, можно найти это всё в интернете без больших проблем - есть изрядное количество статей с расчётами тех же УНЧ, где разбираются на пальцах если не формулы, то понятия полюсов и как их определять)

Это типовая схемотехника ОУ?

Ну, собственно, да - это типовая схемотехника ОУ (и не только ОУ, а вообще систем с обратной связью). С помощью рисунка это, надеюсь, стало лучше видно...

[Gisteresis]

http://www.redov.ru/kompyutery_i_internet/shemotehnika_analogovyh_yelektronnyh_ustroistv/p6.php
В конце оно? (Неинвертирующий сумматор и 6.6, критерий Боде)
То есть они работают как интеграторы! Вот у меня и формировалась шизофрения! Я вижу интегратор а мне говорят, что это усилитель.
Но все равно я хоть общий смысл понял, пока не могу переложить это на практику

...Частотная коррекция интегрирующего типа
Резистор R1 является входным сопротивлением каскада ОУ, а сама цепь коррекции содержит Rкор и Cкор. Постоянная времени этой цепи должна быть больше постоянной времени любого из каскадов ОУ. Поскольку цепь коррекции является простейшей однозвенной RC цепью, то наклон ее ЛАЧХ равен 20дБ/дек, что и гарантирует устойчивую работу усилителя.

Как понять какая постоянная времени каскадов TL494?
Ладно, видимо я слишком забегаю вперед. Более понятно все станет после сборки устройства.

тут можно углубиться в курс систем управления - критерии устойчивости, но... это так объёмно и занудно, что я пока ограничусь тем, что уже сказал.

Курс проходил, критерии Найквиста, характеристические уравнения... объемно и занудно полностью с вами согласен.
Но иногда я почему то понимаю то что сложно, а то что просто бывает нет.

Вообще я по профе инженер машиностроитель, а радиоэлектроника это мое хобби, поэтому прошу сильно не пинать.

С помощью рисунка это, надеюсь, стало лучше видно...

Да, так значительно нагляднее, огромное спасибо.
Предыдущая схема воспринималась больше как винегрет из деталей.

Еще в нагрузку вопрос

На правой схеме R4 и C3 из той же серии или я путаю?

[Slabovik]

В конце оно?

Ну, собственно - это всё "оно". Интегратор... формально да, но как-то язык не поворачивается, ибо основной режим работы всё-таки в районе плоской АЧХ (в отличие от безусловно интегратора, работающего на спадающей в область ВЧ АЧХ), а конденсатором в ОС снижается усиление на частотах, на которых фазовый сдвиг из-за задержек в выходных каскадах регулятора уже слишком велик.

Предыдущая схема воспринималась больше как винегрет из деталей.

Ну, она всё-таки лучше, чем прямоугольник с торчащими в разные стороны ногами. Тут хоть сгруппировано как положено, что делает отслеживание нужных связей процессом гораздо более лёгким

R4 и C3 из той же серии или я путаю

Формально - нет. R4 просто токостабилизирующий резистор. Но на нём "выпадает" также изменение напряжения, которое производится транзистором в процессе усиления сигнала. И фактически оно попадает в эмиттер, формируя ООС. Чтобы блокировать эту ООС по переменному току (но оставить по постоянному - собственно токостабилизация - это и есть ООС по постоянному току), параллельно резистору установили конденсатор. Конечно, он влияет на АЧХ, т.к. у любой RC цепочки есть частота среза (t=2*Pi*R*C). На частоте выше её усиление считается равномерным, на частоте ниже - спад 20дБ на октаву.
Т.е. с точки зрения усиления в этом месте всё наоборот

[Gisteresis]

Кольца есть
26х15 высота 11
24х13 10
34х19 11.5
Из распыленного металла, на них намотана проволока, честно говоря жалко ее сматывать.
Из ферритов доступно 31х19 высота 13
Вот это тоже могу купить
http://tec.org.ru/board/ferrity/228
Ну или заказать на алиэкспресс.
С чипидипом связываться нехочется, космические цены...

Проволока, проволока в общем есть разная Есть 1мм, 0.8мм, 0.5мм, немного 1.5мм, есть еще со старых трансформаторов... в общем надо ближе смотреть то что нужно и из этого уже подберу.

Думаю нужно двигаться ближе к изготовлению, параллельно попробую осмыслить все то что вы написали.
Черным ящиком остается линейный регулятор. Как вы предлагаете его делать?
Проектируемые параметры: Регулировка напряжения (от нуля желательно), регулировка тока. Общая мощность ампер 5 (я уже писал неоднократно. Можно конечно больше, если это не повлечет радикальных изменений) при максимуме напряжения ( незнаю сколько получится 35-40в). Около 200 ват получается.

Стабилизатор напряжения уже был в этой ветке на полевике от нуля. А регулировку тока как лучше организовать? Еще один стабилизатор?

[Slabovik]

Дроссель.
Металлопорошок.
26x14x11 - это размер T106
23x14x9.5 - это размер T90
В принципе, можно и в них упихать, но для 5 ампер они как-то маловаты (греться будут сильно)
Поэтому расчёт на 33x19x11 - это размер T130

Расчёт даёт необходимость намотать ну хотя бы витков 50 (напряжение всё-таки высокое), хорошо бы 60-65. Больше наверное смысла уже нет.
Расчёт укладки показывает, что хороший результат должен получиться при использовании либо 1.5 мм провода (намотка в 2 слоя, ориентировочно 33+25 витков), либо 3x0,75 (0.8 с изоляцией) с намоткой в 3 слоя (23+20+17).

Примерная длина провода в обоих случаях порядка 2.5 метра. Для намотки отрезается кусок с небольшим запасом (на ножки и чтобы держать было удобно), и наматывается от середины. Лишнее потом откусывается (лучше лишнее потом откусить, чем жалеть, что не хватило).

Трансформатор.
R31x20x13 - если материал PC40 - то кольца впритирку хватает. Если Н2000НМ - надо взять два, сложив их вместе. Однако сейчас посчитал укладку - некузяво получается. Гораздо удобнее сразу взять два кольца PC40 (пусть это и будет избыток по мощности, но зато первичка укладывается ровно в один слой. Намотка 11 витков шестью жилами провода 0.75 (0.8 по лаку), расположенных в ряд. Затем провода разделяются на две полуобмотки по три провода параллельных. Диаметр провода больше брать не нужно - скин эффект.
Вторичная обмотка мотается точно также в 2 слоя 9+8 витков. Получатся две полуобмотки.

Для Н2000НМ в общем получаются такие же данные (у меня есть Н2000НМ такие кольца - попробую достать фотик, поснимать процесс).

По линейному регулятору - чуток позже, благо он, как я уже говорил, независим...

Для выпрямителя нужна диодная сборка, током не менее 7,5А на диод и напряжение 200 вольт. Лучше 10А... Ну и радиатор...

[Gisteresis]

Вот еще какой момент.
Хотелось бы заложить независимость от первичного преобразователя. Который от 220 преобразует до питающего 42В.
В принципе они и так независимы, но надо в схеме все таки в защите по току поставить подстроечный резистор, чтобы устанавливать максимум тока.

Если использовать нерегулируемый ИИП в качестве первичного преобразователя, подводных камней никаких не будет? Шумы все сложатся с нашим предрегулятором?
Или в этом случае лучше не городить такой огород и сам ИИП переделать под регулируемый?
(Один блок планировал сделать на трансформаторе, он потянет около 2.5-3А, а второй думал вот на этом:
http://www.aliexpress.com/item/250W-48V-Single-Output-Switching-power-supply-for-LED-Strip-light-AC-to-DC/621170995.html
Все таки это подешевле чем трансформатор на такие параметры.
Вообще такой БП хочу использовать для всяких двигателей, тэнов и т.д. В общем не сильно требовательных потребителей. Но конечно поставить дополнительный фильтр не помешает.)

Металлопорошковое кольцо у меня всего одно такое, а конструкцию мне наверняка захочется повторить еще раз.
Поэтому я вижу 2 выхода
Или использовать вот это (не проблема купить):
http://tec.org.ru/board/ferrity/r31x19x13_pc40/228-1-0-1662
Или заказать на али какие надо металлопорошковые

Проволоки довольно приличное количество 1мм в диаметре. Давайте ее использовать?

Выпрямитель вечером подберу.
Диодная сборка (та что пунктиром на схеме после трансформатора) на какие параметры должна быть? У меня что то есть выпаянное из старых импульсных блоков питания.

[Slabovik]

Независимость от первичного преобразователя уже присутствует. Для указанных намоточных данных годится входное напряжение от 30 до 50 вольт, т.е. обычный трансформатор с выпрямителем и не очень ёмким фильтром. Если нужны другие напряжения - это коснётся только первичной обмотки трансформатора (количество витков изменится). Например, без проблем пересчитать на напряжение 12 вольт и использовать для питания дубовый трансформатор из дохлого бесперебойника (обычно их валяется).

Приобретать стабилизированный блок ради того, чтобы сделать его первичным преобразователем - imho перебор. Уж лучше тогда самостоятельно изготовить блок на базе IR2153 (заодно опыту набраться при работе с сетевым напряжением). А вообще, пререгулятор вполне может питаться напрямую от сети - препятствий этому нет. База и принципы регулировки остаются те же, только меняется силовая часть (становится посложнее за счёт того, что нужно обеспечить полную изоляцию от сети)

Что до металлопорошка - китайцы их делают. Вот, например http://www.aliexpress.com/item/33mm-x-19mm-x-11mm-Yellow-White-Iron-Core-Ferrite-Rings-Toroid/877571089.html А вообще искать по ключевым словам "Ferrite Ring" (я у них даже AT225 заказывал для сварочника - бублик размером с хоккейную шайбу). Так что беречь одно кольцо и в результате его совсем не использовать - это как-то не правильно.

Ферритовые кольца для дросселя не годятся. Либо надо в них делать зазор. Например, склеить два-три кольца в пакет, потом сделать прорез болгаркой тонким диском. По-идее, в такой конструкции потерь будет меньше (в металлопорошке всё-таки токи Фуко гуляют). Но я так не делал почему-то (наверное боялся сломать - они становятся из-за разреза непрочные)...

Провод диаметром 1 мм (это с изоляцией или чисто по меди?) можно использовать для намотки дросселя. Намотка двумя проводами в три слоя (24+20+16)
Для трансформатора на феррите такой толстый провод не так эффективен, как пучок из тонких - это из-за скин-эффекта. Эффективный диаметр получится всё-равно раза в полтора меньше (что-то в районе 0.65). Но можно. Мотать первичку надо в 4 провода, уложив 12 витков в один слой (потом провода разделятся на 2+2 - получится две полуобмотки). Вторичка мотается в два слоя и укладывается 10+8 витков (всего 18), 4 провода также разделяются на две полуобмотки по 2 провода каждая.

Параметры диодной сборки я указал - 200 вольт, 7,5 или более ампер на каждый диод (в блоках питания можно найти такие).

[Gisteresis]

Так что беречь одно кольцо и в результате его совсем не использовать - это как-то не правильно.

Неправильно написал. Не беречь, а всего одно. Для повтора конструкции придется искать второе неизвестно где.

Либо надо в них делать зазор.

Это подразумевалось. Опыт уже есть. Я же в предыдущей версии делал кольца из ферритов с зазором.
Я их в эпоксидочке склеил, и зазор и изоляция и вполне крепкие. Единственный недостаток то, что целый вечер уходит на это.

Провод диаметром 1 мм (это с изоляцией или чисто по меди?)

Это по изоляции.
Просто метров 200 (2.5кг вес меди) достал с таким трудом. Зря получается
Всех остальных перечисленных диаметров менее 10м
Ну ладно это просто рациональность использования, жалеть конечно неправильно. Буду использовать то, что нужно.

Данных предостаточно, пока достану недостающие детали.
Микрометр за одно куплю. (Собственного не было)

Пока последний вопрос. Как вы определили моточные данные? Как вы это рассчитали? (Какое кольцо выбрать, сколько витков намотать для получения необходимой мощи?)
(Сколько витков укладывается на кольцо это понятно, любая программа радиолюбителя это рассчитывает.)

Параметры диодной сборки я указал - 200 вольт, 7,5 или более ампер на каждый диод (в блоках питания можно найти такие).

Первый раз неправильно понял. Думал вы про первичный выпрямитель, от первичного трансформатора.
В общем про вторичный выпрямитель ясно, буду искать.

[Slabovik]

Не, не нужно так категорично. 1 мм вполне можно мотать. Для дросселя проблем вообще нет - там большая составляющая постоянки. Для трансформатора - терпимо. Просто сечение не до конца использоваться будет. Зато толстый провод лучше охлаждается. Главное - это чтобы изоляция у провода была крепкой, не сыпалась на изгибах.

Моточные данные нынче без труда считает куча программ - по ним и сверялся. Вот, например: Программы расчета трансформаторов и дросселей. Укладку - табличкой в ёкселе Да, я расчитывал диаметр по меди, поэтому если 1.0 - это с изоляцией, то витков может и чуть поболее войти. Для дросселя это нормально - пусть входит. Для трансформатора смысла наверное нет, 12 витков вполне здраво (для двух сложенных вместе колец) даже для Н2000НМ, а для PC40 и то с запасом... Тут главное их равномерно распределить.

p.s. В принципе, в линейном можно и полевик вставить (точнее, уже вставил - надо бы макет пособирать, но это дело не одного дня). Такой же, как на ключах IRFP250 (IRFP260)...

[Gisteresis]

Вот, например:

Так не могу понять какая из них? Forvard и Drossel Ring?

Что такое Бустер и чоппер?
Чем выгодны резонансные?

С обратноходом более менее начинаю входить в курс дела.
По мотивам вот этой статьи
http://radiokot.ru/circuit/digital/security/26/
Разрабатываю драйвер ШД на UC3842 в качестве ШИМ стабилизатора тока в обмотках.

[Slabovik]

ExcellentIT, RingFerriteExtraSoft - расчёт трансформатора.
InductorRing - расчёт дросселя на металлопорошке (материал N26)

Резонансные выгодны тем, что переключение силовых ключей происходит на минимуме тока (или близко к нему). Это позволяет радикально сократить динамические потери (нагрев ключей) и избавиться от неприятностей их работы, хоть и очень краткое время, но в активном режиме (ибо в этот момент активная мощность, выделяющаяся в виде тепла на переходе просто огромна). Используются на большой мощности (киловатты). Я сам резонансные не делал, поэтому тонкостей на данный момент не разумею...

[Gisteresis]

Вот, есть hbr20200 2шт, er1002ct 1шт, f16c20c 1шт. А так же sy710 2шт, byw29-200 2шт.
Почему я встретил большую часть диодных сборок на 40-45В? И даже мощные тоже большинство на 40-45В?

Есть еще 10A10BL но они просто выпрямительные диоды.

Непомню что вы написали, позже перечитаю.
есть 2 кольца РС40 31х19х13 наверное из них сделаю трансформатор
кольцо из металлопорошка будет дроссель.

Есть еще кольцо 55х34х14 то которое вам непонравилось в самом начале ветки. Оно наверное будет слишком большое.

[Slabovik]

Первые же HBR20200 - то, что надо: http://www.gesarele.com/userfiles/HBR20200201003G.PDF

Большое кольцо не подходило в качестве дросселя в первоначальном блоке. Иро дроссель работает с сильным подмагничиванием. Здесь в дроссель мы ставим металлопорошок - он не боится подмагничивания, т.к. имеет так называемый "распределённый зазор". А на трансформатор это кольцо вполне пошло бы. Но оно действительно большое - лучше взять имеющиеся 31-мм кольца.

Уфф, намотал дроссель от души. Взял металлопорошок T131-26, но поленился пересчитать витки (намотал как на T130, а T131 просто толще - у него дырка на 3 мм меньше внутри при том же диаметре). В итоге вместо ~300 мкГн получил все 500... Чем грозит? Да. собственно, чуть более медленной реакцией на резкое изменение в нагрузке (см. рисунок в начале этой страницы). Не думаю, что критично, поэтому пока оставлю...

[Gisteresis]

Все же у вас есть предположения, почему из 3х десятков диодных сборок, выпаянных из старых импульсных БП около 70-80% рассчитаны на 40-45В?
Из мощных (В корпусах типа TO-247) всего 2 штуки (из десятка) встретил на 200В.
С чем это связано? (Интересно)

[Slabovik]

Нарисовал вариант перчатки (на предпросмотре масштаб 1:1, размер 135x70 мм, один слой, вид со стороны меди)

Ошибки? Пожелания? Предложения?

p.s. Скорее всего это связано с тем, что это сборки из 5-вольтовых каналов, соответственно, они Шоттки (а потому и низковольтные). В 12-вольтовые каналы дешёвых блоков часто ставили "дохлики", которые мало интересны, а потому не сохранились.

[Starichok51]

на печати у тебя 13 нога соединена с 12 ногой, вместо 14 ноги.
истоки очень далеко от ввода минуса, к тому же еще через перемычки.
от трансформатора до стоков тоже далеко и тоже один сток через перемычки.
остальное внимательно не проверял.
вообще, очень плохой силовой монтаж для пуш-пулла.
вот мой пример хорошего силового монтажа для пуш-пулла.
правда, это для питания от аккума 12 Вольт, но ты легко доработаешь под свою схему.

[Slabovik]

Ага, есть косяк с выводом, спасибо!

По поводу перемычек раньше тоже страдал их боязнью. Переболел. В плане удобства только выигрыш, в плане необходимости набора необходимого сечения проводника - тоже, ибо фольга-то на плате совсем не толстая, как иногда кажется.

Что касается расположения, мне оно тоже не нравится, предпочитаю вот типа такого, но оно требует установки радиатора либо параллельно плате (если транзисторы снизу - как на твоей плате), либо непосредственно на плате, на каждый узел отдельно. Здесь же выполнена не озвученная вводная "радиатор для силовых элементов один общий, его плоскость перпендикулярна плоскости платы". Отсюда и неудобства. Будет второй вариант платы с отдельными местными радиаторами (более длинный и узкий) - там проводники получаются короче. Тем не менее, самый длинный проводник здесь 6,5 см, площадь же силовых петель минимизирована - не думаю, что будут большие проблемы. Сборка покажет...

[Starichok51]

я перемычек тоже не боюсь.
проблема не в перемычках, а в их длине. длинный проводник и длинная перемычка имеют большую индуктивность.
65 мм в импульсных силовых цепях может оказаться недопустимо много.
но у тебя не 12 Вольт питание, а 40 Вольт, это сильно снижает ток силовых цепей.
и судя по размерам кольца, мощность у тебя небольшая. соответственно, паразитные индуктивности тоже будут накапливать небольшую энергию.
пробуй, может и обойдется такой неудачный монтаж...

[Gisteresis]

Slabovik, программа как называется в которой вы нарисовали эту плату?
Думаю, что я приму ваши советы и сделаю свою печатку, тем более хочу использовать диодную сборку а у вас отдельные диоды.

[Slabovik]

Сегодня выдался дождливый день. Поэтому было время запаять эту хреновину по принципу "из того, что было" и сделать первые тестовые включения. Собранная плата, правда без радиатора, выглядит так

Спойлер

Фото2 Фото3 Фото4 Фото5 Фото6

Есть, конечно, мелкие косячки - поправлю со временем.

У меня не оказалось под рукой 40~50 -вольтового источника питания, поэтому довольствоваться пришлось только 30-вольтовым, но в принципе для первого запуска этого хватает. Первое включение (убедиться, что работает TL494) делалось вообще без FET'ов. Далее запаивались FET'ы, выпрямитель. Пробовались разные режимы.

Осциллограммы (даю ссылки на картинки - они великоваты, чтобы их сюда запихивать).

Включение без FET'ов. Затворы:

01-FirstStart-GatesWithoutFET-1.gif
01-FirstStart-GatesWithoutFET-2.gif

Запаяны FET'ы (запаял IRFP260 вместо 250-х, ну не было под рукой...) но нагрузки пока нет

02-FirstStart-FETGates-1.gif
02-FirstStart-FETGates-2.gif

Имеется интересный "рог" на восходящей осциллограмме в том месте, где эффект Миллера. Объяснение этому есть, но интереснее вывод: если начал проявляться такой "рог", то увеличивать скорость заряда затвора более не имеет смысла. Кстати, на нисходящей части "рога" нет - сказывается более медленный (как я уже говорил) процесс разряда затвора - по наклону это прекрасно видно.

Так, а вот что в это время творится на стоках. Скосы во время DeadTime говорят об отсутствии нагрузки

03-FirstStart-FET-DrainA+GateA-1.gif это сток (жёлтый) и гейт (зелёный) одного из транзисторов
03-FirstStart-FET-DrainA+GateA-3.gif транзистор открывается
03-FirstStart-FET-DrainA+GateA-2.gif транзистор закрывается
03-FirstStart-FET-DrainA+GateB-1.gif то же самое, только сток первого транзистора, а гейт - второго
03-FirstStart-FET-DrainA+GateB-2.gif когда противоположный транзистор открывается, напряжение на стоке первого транзистора вырастает двукратно от напряжения питания
03-FirstStart-FET-DrainA+GateB-3.gif и закрывавется...
03-FirstStart-FET-DrainA+DrainB-3.gif оба стока сразу

На вторичной обмотке в общем-то такая же картина (нагрузки также пока нет)

03-FirstStart-TR1outA+GateA-1.gif всё синхронно с открытием транзистора
03-FirstStart-TR1outA+GateA-2.gif открыли
03-FirstStart-TR1outA+GateA-3.gif и закрыли

Далее уже подключаем нагрузку. Врубается обратная связь, включается регулировка ширины импульсов....
Вот так, например, выглядит напряжение на общей точке катодов диодов (нагрузка примерно пол-ампера, напряжение на выходе порядка 35 вольт)
04-FirstStart-GateA+DiodesKatodes-3.gif

А вот так при минимальном выходном напряжении и каком-то микроскопическом токе смотрится напряжение на стоке (ж) и затворе (з)
03-FirstStart-FET-DrainA+GateA-minimumload.gif видно, что транзистор даже толком открыться не успевает...

Ну и наконец, что у нас по шумам? А вот что:
04-FirstStart-GateA+DCout-1.gif
К сожалению, маленько великовато. Думаю, что сказывается собственное реактивное сопротивление конденсаторов на выходе (я поставил простые 330мкФ 100 вольт). Надо попробовать добавить плёнку - посмотреть, как будет меняться картина...

Так что, кто бы что ни говорил, что у меня "такой неудачный монтаж", на поверку он таковым не оказался.

А вот дроссель, как я уже говорил, намотал от всей души. Пришлось даже увеличивать емкость конденсатора в ОС, иначе начиналось возбуждение по петле. Надо убирать один лишний слой...