Разрабатываю лабораторный БП, проверьте пожалуйста

Slabovik

Самый простой способ сделать зазор - расколоть кольцо на две половины, затем склеить густым клеем, не стараясь стягивать полукольца. О "желании насыщения" косвенно говорят не очень прямые (прогнутые вниз) рёбра треугольника - это хорошо видно на первой и на последней осциллограммах. Выброс на осциллограмме соответствует моменту закрытия транзистора (гм, неужели диод "не успевает"? Либо погрешность измерения (земляной щуп не на ножке конденсатора?)
Для исследований импульсной части нагружать можно только её (LM317 тоже должна быть, её надо чуть пригрузить, например, небольшой лампочкой), а на выход импульсного повесить всё остальное.

Транзистор к радиатору совсем не обязательно прикручивать посередине. Греться сильно он не будет. Производители предусматривают установку сразу в плату, крепя радиатор тут же.

Нужно попробовать утолщить, напаяв прямо поверху жилки медного провода, земляную дорожку на импульсном блоке. Критичное место "от конденсатора до конденсатора". Желательно свить вместе (не обязательно мелким шагом - как получится) провода до дросселя - чтобы они не образовывали петлю с током, который потом наводку на другие элементы даёт...

Реклама

Gisteresis

У меня такой вопрос:
Если ключевым транзистором не напрямую управлять, а сделать мультивибратор (можно не симметричный), скажем на 60кГц, и компаратором его подключать к ключевому транзистору. Тогда можно увести звуковую частоту катушки в неслышимый диапазон? Или это плохая идея?

Реклама

Slabovik

Ну, собственно, это прямое развичие способа релейного регулирования -> ЧИМ -> ШИМ
Релейное регулирование исходит из простой слежки за напряжением нагрузки, и делает "вкл-выкл", если напряжение на ней меньше или больше необходимого. По этому принципу ваш регулятор построен.
При ЧИМ (частотно-импульсной модуляции) ширина импульсов остаётся неизменной. Коэффициент заполнения меняется за счёт изменения частоты следования этих импульсов.
При ШИМ (широтно-импульсной модуляции) наоборот - частота следования импульсов неизменна, а коэффициент заполнения меняется за счёт изменения ширины импульсов.

Изобретать велосипед в общем-то наверное нет необходимости, т.к. уже давно выпускается множество различных вариантов микросхем, реализующих как правило второй метод (или смесь ЧИМ и ШИМ) и значительно упрощающих жизнь при проектировании источников питания.

Однако и на мультивибраторе оно реализуемо. Вот, кто-то в интернете делал, а я картинку спёр на долгую память:

(то, что он повышающий - это ещё ничего не значит, т.к. понижающий делается аналогичным образом)

Однако пульсации на выходе импульсных блоков питания всё-равно остаются на уровне, редко ниже 50 мВ (фильтрацией можно добиться и 20 мВ), и если требования по ВЧ пульсациям выше, точно также необходима установка линейного стабилизатора, "дофильтровывающего" выходное напряжение.

Gisteresis

Slabovik писал(а):ЧИМ...ШИМ

Ну я не совсем то имел ввиду.
Схема остается так же релейная "вкл-выкл", только когда происходит "вкл" то сигнал с мультивибратора подается на ключ, тем самым частота как бы повышается. А во время "выкл" мультивибратор отсоединяется (но продолжает сам по себе работать). В моем вопросе не меняется ни частота ни ширина импульсов. Это типа усовершенствованный релейный, но он не просто включил и ждет пока наберется нужное напряжение а выдает его импульсами.
Вот в этом был вопрос, есть ли в таком варианте смысл?
Вы же предлагаете полноценный ШИМ/ЧИМ, там меняется ширина/частота импульсов.
Или я что то не понимаю? В ШИМ при достижении нужного напряжения подача импульсов прекращается или там ширина меняется в 0, чтобы прекратить подачу?

Реклама

Slabovik

При периодическом включении генерации звенеть всё-равно будет, т.к. основная частота следования не изменится, при этом всё-равное, чем будет заполнен основной импульс, более мелкими импульсами, либо просто постоянным включением.

В вашем случае я бы рекомендовал поработать над: а) дросселем (доступны трупики комповых блоков питания? Там есть нужное колечко...) б) поиграться величиной гистерезиса компаратора - от неё частота генерации зависит напрямую.

Честно говоря, мне два компаратора, включенных друг за другом, почему-то не нравятся. Хотя насчёт нечёткого включения что-то сходу не могу сказать, медитация на схеме ещё как-то не дала какого-то определённого результата...

Реклама

Gisteresis

Slabovik писал(а):При периодическом включении генерации звенеть всё-равно будет, т.к. основная частота следования не изменится, при этом всё-равное, чем будет заполнен основной импульс, более мелкими импульсами, либо просто постоянным включением.

Да вот это я имел в виду.

Значит никак не поможет, что-то не подумал, что основная частота не изменится.

Slabovik писал(а):а) дросселем (доступны трупики комповых блоков питания? Там есть нужное колечко...)

Доступны целые БП от компов, выход 12В и 5В. Их жалко разбирать на запчасти.

Так же доступны ферритовые кольца около 30мм диаметра, которые я и хочу использовать с намоткой нормальной проволокой ПЭТВ-2 или что то похожее (Ищу где достать). А БП я хотел в будущем или так использовать или пробовать переделать в регулируемые (в инете есть примеры, там вроде немного переделок. основное это на контроллере повесить переменный резистор, схему немного покорежить...).

Slabovik писал(а):б) поиграться величиной гистерезиса компаратора - от неё частота генерации зависит напрямую.

Уже игрался, этот резистор 1мОм положительной ОС менял и на 500кОм и меньше. Ниже 200кОм вообще работать перестает. В общем я не заметил, что этим можно что то изменить. По ощущениям как была частота звука так и осталась. Видимо этот гистерезис очень маленький?

Еще вот конденсатор включают последовательно резистору ОС, зачем это делают?

Slabovik писал(а):Честно говоря, мне два компаратора, включенных друг за другом, почему-то не нравятся. Хотя насчёт нечёткого включения что-то сходу не могу сказать

Да я подумываю обратно откатить на оптопару. Она при разности входа и выхода LM317T = 0, будет четко выключена в отличие от компаратора. Полагаю проблема в этом, но еще не проверял. Хочу ткнуть осциллом посмотреть.

ПС: Огромное спасибо за советы

Есть еще идея из провода ПВС с цельной жилой (или как там у него марка, в электромагазах продается для электропроводки) взять жилу и нанести на нее какую нибудь эмаль. Так вот по отдельности эмальпровод доступнее. Интересно кто нибудь делал так? Есть сомнения, что при изгибе эмаль будет трескаться и слетать.
И еще вопрос, если мотать сразу 2мя или 3мя проводами, но жилой тоньше (суммарно необходимой площадью) то будет нормально? Никаких побочных эффектов это не создаст? (Есть полно проводов для комп сетей, там жила тоньше и изоляция тоньше. Использую их всегда в качестве монтажных ИМХО очень удобно и доступно)

Реклама

Slabovik

Не, чтобы уменьшить гистерезис нужно наоборот, увеличивать это сопротивление от 1МОм и выше. При данной реализации схемы это надо проводить с правым компаратором (ибо левый - только его ведомый).

Потрошить рабочие блоки - да, это не дело... Тем не менее, феррит для дросселя не годится, можно даже не думать мотать на целом кольце - это бесполезно... Нужны такие - это кольца из распылённого металла, с так называемым "распределённым зазором" - работают при весьма больших значениях намагниченности.

Вариант с оптопарой выглядит как-то изящнее...

Мотать более тонким проводом, но в несколько параллельных жил - это стандартный приём для ВЧ устройств. Ибо из-за скин-эффекта ток по внутренностям толстой жилы всё-равно не идёт - только по поверхности. несколько тонких жил позволяют увеличить эффективное сечение. А вот покрывать лаком голый проводник - это странная затея. Проблема в лаке - вряд ли найдётся правильный, быстросохнущий, и очень прочный лак, чтобы затем выдержать намотку (мне не попадался)...

Gisteresis

Slabovik писал(а):чтобы уменьшить гистерезис нужно наоборот, увеличивать это сопротивление от 1МОм и выше.

Попробую.

Вот изготовил другую катушку:

Параметры: ферритовое кольцо 20х12х6 неизвестной магнитной проводимости. Провод 0,7 в 2ве жилы, 43 витка. Зазор около 0.7..1.0 мм
Склеивал модифицированным эпоксидным клеем.
Рассчитывал на программе Coil32, для цельных колец, не знаю насколько это верно, но для цельных расчет был верным

По расчету для цельного кольца, необходимо порядка 30 витков для 1мГн.
Готовую катушку я так и не смог измерить на тестере, он то 300мкГн показывает, то 250, то 10, то 20... А на цельных кольцах вполне нормально измеряется. С чем это связано? Прибор не может измерять с зазором?

В общем не знаю сколько Генри получилось, но картина такая:
Установил на 10В

На 23.5В

(Прямые осциллограммы это выход с LM317T, пила - выход с предстаба)
Пила стала гораздо прямее.
Да, и пищать стало гораздо меньше

Slabovik

Да, пила уже зачётная - стороны ровные. Получается, 200 мВ размах на входе LM, а на выходе уже практически чисто (какие-то милливольты). Сейчас с гистерезисом побаловаться надо - посмотреть при этом, как пила по амплитуде меняться будет.

Введение зазора даёт значительное снижение эффективной проницаемости для сердечника, в разы, зависит от длины зазора (фактически, от т.н. сопротивления магнитному потоку, чем шире зазор - тем больше сопротивление). Поэтому количество витков для получения той же индуктивности растёт. Сейчас индуктивность похоже получилась значительно меньше, чем на сердечнике без зазора - об этом говорит крутой передний фронт - ток нарастает быстро (хотя могу ошибаться - для визуальной оценки надо чтобы и масштабы были одинаковые). Тем не менее, можно пока оставить так (если частота не слишком высока)

Несколько беспокоит выброс при закрытии транзистора. Не пойму толком, из-за чего он такой (причин может быть много, неочевидных).

Gisteresis

Slabovik писал(а):Сейчас с гистерезисом побаловаться надо - посмотреть при этом, как пила по амплитуде меняться будет.

Понял, опробую.

Slabovik писал(а):Несколько беспокоит выброс при закрытии транзистора. Не пойму толком, из-за чего он такой (причин может быть много, неочевидных).

Попробую уменьшить провода, на которых висит транзистор.

Slabovik писал(а):Сейчас индуктивность похоже получилась значительно меньше

Так вроде все работает. Нужно ли увеличивать индуктивность (число витков)? Какой тут ориентир, к чему стремиться? Обязательно добиваться индуктивности 0.5-1 мГн? Или же надо по выходным характеристикам как то ориентироваться?
И вообще нужен ли этот сердечник, можно ли вообще без него, раз уж мы ввели это сопротивление магнитному потоку?

Можно ли какой-то простенький фильтр (из индуктивности/емкости/сопротивления) поставить на выход LM317T, чтобы ровнее было, без шума? Рекомендуйте пожалуйста.

ПС:

Slabovik писал(а):Ищешь счастье, а приобретаешь опыт

Один человек сказал: Опыт - это то, что мы приобретаем в замен желаемому результату.

Slabovik

Не, перематывать по-новой вроде нет причин (ну, пока их не видно). Критерий правильной индуктивности - ровная пила с размахом милливольт так 50-100, и частота, в пределах нескольких десятков килогерц (20-30-40). Но на частоту не только одна индуктивность здесь влияет, а и настройки компаратора, так что попеременно крутим то одно, то другое, приходя к какому-то компромиссу

Чтобы снизить пульсации на входе LM надо туда поставить конденсатор, и перед конденсатором небольшую индуктивность - десяток-полтора витков на ферритовом стержне (кажется я уже говорил об этом). В итоге получится, что ток идёт следующим путём: ключ/диод -> индуктивность основная -> конденсатор (в эту же точку заводим "щуп" компаратора) -> доп.индуктивность на стержне -> конденсатор на входе LM -> LM -> конденсатор на выходе LM (в этой точке второй "щуп" компаратора).

Gisteresis

Slabovik писал(а):Чтобы снизить пульсации на входе LM

Про вход я понял, спасибо. Вы вполне понятно объяснили.
Я про выход с LM. Видите на осциллограммах какой то шум в пределах милливольт. Или это ничего страшного? (прецизионную технику не планирую запитывать от этого БП)

Или же тем самым и этот шум уменьшится на выходе? Я сразу не понял.

Slabovik

Дык, пульсации на выходе - следствие таковых на входе

Идеальных усилителей ещё не сделали. Поэтому фильтровать надо на входе. Да, по шумам нужно критично отнестись к конденсатору в ноге Adj - все шумы с этого конденсатора микросхемой будут усилены. Но в итоге, шум конечно какой-то всё-равно останется...

Gisteresis

Slabovik писал(а):Да, по шумам нужно критично отнестись к конденсатору в ноге Adj - все шумы с этого конденсатора микросхемой будут усилены.

У меня он отсутствует. Он вообще нужен? Вот диоды на LM я так понял носят чисто теоретический характер и по сути ненужны. Кстати их тоже нет. Есть только задающие резисторы и конденсатор 470мФ на выходе.

Slabovik писал(а):Дык, пульсации на выходе - следствие таковых на входе Идеальных усилителей ещё не сделали. Поэтому фильтровать надо на входе.

Сразу не понял вашу мысль. Опосля дошло.

Slabovik писал(а):Не, перематывать по-новой вроде нет причин

Тогда попробую вообще катушку залить эпоксидкой, по рекомендации бородача.

Slabovik писал(а):Чтобы снизить пульсации на входе LM надо туда поставить конденсатор, и перед конденсатором небольшую индуктивность - десяток-полтора витков на ферритовом стержне

Обязательно стержень? У меня небольших колец много, думаю их можно использовать? Тоже с зазором я так понимаю?

Slabovik

Можно и кольцо. Витков много не надо - раза примерно в два меньше, чем на основном дросселе... плюс-минус пол-лаптя

А зазор сделайте такой же. Обычно просто используют стержень, т.к. большой индуктивности уже не требуется, а стержень достаточно трудно вогнать в насыщение. Но у стержня и минус есть - его магнитное поле достаточно "пухлое"...

Диоды на LM защищают саму LM при случае подачи на выход напряжения и отсутствии такового на её входе (например, подсоединили аккумулятор при выключенном питании).

На ногу Adj можно попробовать вешать разные конденсаторы, наблюдая наличие/отсутствие эффекта осциллографом. Большие какие-то емкости там не нужны, насколько я вижу из осциллограммы, там ВЧ в основном мешается...

Gisteresis

Все понял. Удаляюсь доделывать конструкцию

Slabovik писал(а):Диоды на LM защищают саму LM при случае подачи на выход напряжения и отсутствии такового на её входе (например, подсоединили аккумулятор при выключенном питании).

Так они там все таки нужны!
Я тут проникся статьей:
Не верьте слепо Datasheet (на примере LM317)
Там утверждается что ненужны

Выходит диод с выхода на вход нужен, это ясно из вашего примера с аккумулятором.
А вот конденсаторный диод, с регулировки на выход нужен или нет?

Я пока экспериментировал, перепутал вход с выходом, так задающий резистор 150 Ом задымился и почернел, стал 130 Ом

Я ноги поменял, сделал как правильно, все заработало, LM не сгорела, хотя на нее шарахнуло почти 40В, почти 1А. Нагружена лампочкой

А перед этим я экспериментировал с емкостями импульсного предстаба, на горячую их подсоединял, ну и в очередное подключение вылетел ключевой транзистор

Больше решил не подсоединять на горячую, транзисторы все таки денег стоят

Gisteresis

Всем здравия.
Переделал все под оптопару.
По началу вообще ничего работать не хотело. После некоторых экспериментов до меня дошло, что не хватает перепада на LM317T (было около 1В). Влепил дополнительно стабилитрон на 3.9В (те что использовал в предыдущих вариантах) к цепи диода оптопары. Перепад стал 2В и все заработало.
Импульсный пред стабилизатор в новой версии я совместил на плате с линейным. Предусмотрел место для дополнительной фильтрующей катушки и емкости. Предусмотрел возможность усиления транзистором.
Вот что получилось.

Вот работа на 30В, нагрузка лампа накаливания около 0.7-1А получается.
Вот осциллограмма выхода с пред стаба

Выход с LM317T

Вот работа на 10В
Выход предстаба

Выход LM317T

Меня интересовали непонятные импульсы в виде игл, и я заподозрил питание компаратора. Сделал осциллограмму стабилизатора, питающего компаратор. Он выдает 20В

Собственно все работает, отключаю/включаю лампу в реалтайме, напряжение меняется все го на 0.1В.
При 10В, когда идет все это безобразие (на осциллограмме видно) силовой ключ нагревается примерно до 20 градусов. Помучал около 10 мин, нагрелся до 65 примерно, но когда я его взял в руку (периодическими касаниями, чтобы не обжечься) он быстро отдал тепло и стало опять около 20 градусов. Нагревался он медленно, но я все же решил повесить радиатор (пока какой был, просто чтобы отлаживать плату).
Диода 1N914 (2 наносекунды) я не нашел, заменил его на 1N60 (меньше 1 наносекунды). Пробовал UF4007 (75 наносекунд) но это картину практически не изменило (такие же импульсы как из пулемета, только периодами, как миандр. Наверное пока он восстанавливался были пробелы.).
Оптопары тоже такой не было, поставил 4N35.

Вот текущая схема

Когда были 2 компаратора, то пила была на всем диапазоне регулирования. Поставил оптопару, стала вот такая вот фигня. Все работает конечно, но не знаю насколько это гуд?

Slabovik

Попробовать зашунтировать светодиод оптрона резистором на пару килоом. Если есть паразитная застветка от протечки через стабилитрон, то это её (засветку) ликвидирует.

Задел под доп. фильтр на входе LM неверный - снятие напряжение для компаратора (резистор R1, прыгающий через земляную дорожку) должно быть до него, на плате я вижу, что снятие напряжения после).

Сейчас вроде частота переключений подросла. С гистерезисом компаратора на простой реализации схемы игрались? Увеличением (или вовсе ампутацией) резистора 1М ? Кстати, на новой схеме он зачем? Сравните с исходной на 1-й странице - там он работает. Здесь - нет. И, похоже, все дружно просмотрели эту же ошибку и в вашей предыдущей реализации

Что за игольчатый шум - не могу сказать, этот момент я не понял

Маленько надо будет поправлять печатку - правила разводки импульсных токов соблюсти бы. Вот например, вытекающий из дросселя ток должен сначала течь на вывод конденсатора по наиболее короткому пути, а затем, уже от вывода конденсатора двигаться дальше. У вас не соблюдено - там пятак с дорогой до конденсатора, что получается, путь тока до выхода на LM короче, чем до ноги конденсатора. Кроме КД213 есть другие быстродействующие диоды?

На осциллографе период состоит практически из 4-х отрезков: 1) резкий рост напряжения вверх 2) ещё более резкий вниз, который на полпути становится чуть менее резким 3-м, 4) нормально выглядящее спадающее на конденсаторе напряжение.
Предположение: а) а не ESR конденсатора ли ту гадит? Есть возможность поставить два-три качественных конденсатора меньшей емкости параллельно вместо одного? б) индуктивность дросселя маловата, либо можно подымать частоту (предпочтительнее, т.к. исходя из положений ручек я понял, что там что-то в районе всего 5 кГц ). Подымать частоту можно как раз, настроив гистерезис на компараторе (похоже, придётся повозиться)...

Чего я просмотрел?

Gisteresis

Попробовал менять ПОС, увеличивать/уменьшать/удалять. Результат менялся слабо.
Пробовал шунтировать светодиод оптрона. Результат тот же.
Потом до меня дошло следующее:
Ток диода оптрона определяет резистор 470Ом. Измерил разность между входом и выходом LM317T, она равна 1.7В
1.7В/470Ом=3,6мА
Сразу подумал что этого недостаточно и решил уменьшить сопротовление.
И о чудо!!!
С начало я поставил 150Ом, картина значительно улучшилась (11,3мА)
Потом еще уменьшил 75Ом, еще улучшилось (22,6мА)
Если до этого четкость пилы нарушалась начиная от 20В и менее, то после этого она начала нарушиться от 14В и менее.
Скажем на 5-10В так вообще полный швах (см осциллограмму)
Картина улучшилась, но не исправилась полностью.

Написано 4N35 выдерживает до 60мА на светодиод, стоит ли еще повысить ток?
Решение с компаратором хоть и не козисто, но там срабатывало четко. Как сделать чтобы тут четко срабатывало?

Еще заметил что разность между входом и выходом LM317T всегда 1.6-1.8. (ставил разное количество диодов последовательно, ставил стабилитрон в цепь питания светодиода оптопары, надеясь увеличить разность. Но она стабильна, примерно 1.7В) Полагаю нужно как предлагали выше?
Как правильно организовать цепь питания светодиода оптрона?

Slabovik писал(а):я понял, что там что-то в районе всего 5 кГц

Да около того, я специально ручки и снимал, чтобы понять можно было.

А не тоже самое ли этот игольчатый шум как вот в этой ветке? По картинкам очень похоже.

Slabovik

Эти шумовые иголки, скорее всего резнонанс на каких-то проводниках. На каких именно - вопрос открытый (большие производители держат целые лаборатории для борьбы с этим).

ПОС, если судить по схеме, заведена неправильно (уже упомянул). Левый конец резистора 1М необходимо прикрутить не к "+" питания, а к коллектору VT3. В таком виде как сейчас - это не ПОС.

50мА у оптрона - это предельно допустимый ток в импульсе. Держать оптрон под таким током чревато. Оптрон в общем-то не должен в ключевом режиме работать - это чисто линейная штука. Кстати, стабилитрон VD5 включен неправильно - надо наоборот. Шунтировать светодиод оптрона резистором пробовали? База транзистора оптрона в воздухе висит? Резистор с неё на эмиттер (100-200-500 кОм) ? Всё правильно - уменьшение резистора последовательно с оптроном эквивалентно увеличению чувствительности. В принципе, можно попробовать TL431 вставить на управление оптроном:

здесь все номиналы взяты пока "от балды", возможно, придётся повозиться с настройкой (особенно с конденсатором).