[Валентиныч 0]

Требуется помощь в оптимизации схемотехники выходного ключевого каскада преобразователя напряжения 6 - 350 вольт с внешним возбуждением, и в выборе типа импульсного транса (точнее - накопительного дросселя).

Задача не тривиальна из-за чисто емкостного характера нагрузки (активная компонента практически отсутствует), что не позволяет применить известные методики расчета. Преобразователь должен заряжать конденсатор до определенного напряжения, и "вырубаться" до момента импульсного же разряда накопительной емкости. Время, отведенное для цикла заряда - не более 1,5-2 мс. Преобразователь управляется микроконтроллером (программную часть не обсуждаем, требуется просто задать параметры управляющих импульсов). Cредняя мощность преобразователя <= 10 Ватт. Дополнительные требования: минимальные массо-габаритные параметры.

Попытки реализации импульсного транса на броне и кольце пока не обеспечивают достаточного КПД устройства.

 

Конкретнее:

Источник питания - аккумулятор 6-8 вольт, преобразователь (однотактный, обратноходовый) нужен для того, чтобы за 1,5-2,0 мс "закачать" в емкость порцию энергии ~ 30-35 мДж (для емкости порядка 0,47 мкф это соответствует напряжению ~ 360 вольт. Затем следует пауза от 2-х до 60-ти мс, импульсный разряд емкости "на коротыш", и очередной цикл заряда. Режим работы - длительный.

В принципе - все работает, но не удается добиться максимального КПД устройства. Сейчаc КПД не выше 60%, хотелось бы не менее 90%. И проблема именно в трансформаторе - не хочет он нормально работать на реактивную нагрузку... Замена емкости на нагрузочный резистр это подтверждает - КПД возрастает практически до требуемого значения.

 

Буду рад любым подсказкам, советам и рекомендациям.

Буду вдвойне рад готовому решению.

 

P.S. С месяц назад оставлял подобное сообщение, но сейчас найти эту тему не удается...

Изменено 15 марта, 2006 пользователем Валентиныч

[=AK= 10]

Tрансфoрматору все равно какая нагрузка. Делo в управлении, имхо.

 

Когда кондер разряжен, накопленная в трансе энергия уходит в нагрузку очень долго. При этом она в основном теряется на нагрев вых. диода, но заодно слегка поднимает напругу на кондере. Длительность обратного хода должна быть большой, иначе вся энергия из транса не уйдет. Если его рано переключить на прямой ход, то будут ненужные потери на переключение, и еще сердечник может войти в насыщение.

 

По мере роста напруги энергия уходит в нагрузку все быстрей, и все меньшая часть ее теряется на диоде.

 

Так что мк должен отслеживать вых. напряжение и соответственно изменять длительность обратного хода.

 

PS: сердечник должен быть с зазором, или на кольце из порошкового железа, методика расчета обычная http://akouz.e-access.com.au/zip/chokes_rev2.zip

Изменено 15 марта, 2006 пользователем =AK=

[Валентиныч 0]

Проблема в том, что активной нагрузки как таковой просто нет.

Выпрямительный диод нагружен на "голую" емкость. По мере ее раряда (в цикле заряда, который длится 1,5-5 мс) существенно меняется импеданс нагрузки - фактически от КЗ (в момент начала заряда), до бесконечности (при полном заряде емкости). После зарядки емкости до нужного напряжения, соответствующего запасенному заряду энергии, преобразователь должен просто выключаться - это вытекает из жестких требований по КПД девайса. Скважность управляющих импульсов - 50%, частота может быть задана любая (в диапазоне от 10 до 200 кГц). Изменять скважность (фактически - ШИМ) проблематично, это ограничение связано с таймером контроллера, который управляет ключем, и тактовой частотой самого камня (Мега 8, тактовая - 8 МГц, таймер 1).

Именно это и не позволяет оптимизировать режим работы ключа, да и самого транса (точнее - накопительного дросселя обратноходового преобразователя).

Пока приемлемое решение не найдено...

Задача остается актуальной.

Изменено 15 марта, 2006 пользователем Валентиныч

[Dmitron 0]

Судя по вашему вопросу, это объявление нужно было давать в разделе Работа.

[=AK= 10]

Проблема в том, что активной нагрузки как таковой просто нет.

В этом и проблемы нет. Трансу без разницы какая у него нагрузка, "он об этом не знает".

 

Выпрямительный диод нагружен на "голую" емкость. По мере ее раряда (в цикле заряда, который длится 1,5-5 мс) существенно меняется импеданс нагрузки - фактически от КЗ (в момент начала заряда), до бесконечности (при полном заряде емкости).

Если эту емкость заряжать от источника напряжения, эти слова имели бы смысл. А она заряжается от импульсного источника. На прямом ходе ключа в трансформаторе накопили энергию, на обратном ходе отдали накопленную энергию в нагрузку. А какая нагрузка - рояли не играет.

 

Энергия конденсатора Ec=C*V^2/2. Если накопленная в каждом цикле на прямом ходе энергия одинакова и равна Е=L*i^2/2, а на обратном ходе кондер получает всю эту энергию, то E=C*(V1^2 - V0^2)/2, где V0 - напряжение на кондере в начале обратного хода, V1 - напряжение в конце обратного хода. То есть, с увеличением напряжения приращение напряжения в каждом цикле будет заметно уменьшаться. Если судить по приращению напряжения, вначале кондер "заряжается легко", а с увеличением напряжения - "с трудом". Правда, "высасывает" энергию из транса он все быстрее.

 

Скважность управляющих импульсов - 50%,

Я в предыдущем посте объяснял, почему скважность нельзя держать постоянной. При малых напряжениях на кондере длительность обратного хода должна быть большой.

 

Изменять скважность (фактически - ШИМ) проблематично

Лень, что ли? Других проблем че-то мне не видать: "The PWM resolution for fast PWM can be fixed to 8-, 9-, or 10-bit" (это из даташита Атмеги8)

[Herz 4]

Tрансфoрматору все равно какая нагрузка. Делo в управлении, имхо.

 

Когда кондер разряжен, накопленная в трансе энергия уходит в нагрузку очень долго. При этом она в основном теряется на нагрев вых. диода, но заодно слегка поднимает напругу на кондере. Длительность обратного хода должна быть большой, иначе вся энергия из транса не уйдет. Если его рано переключить на прямой ход, то будут ненужные потери на переключение, и еще сердечник может войти в насыщение.

 

По мере роста напруги энергия уходит в нагрузку все быстрей, и все меньшая часть ее теряется на диоде.

То есть, с увеличением напряжения приращение напряжения в каждом цикле будет заметно уменьшаться. Если судить по приращению напряжения, вначале кондер "заряжается легко", а с увеличением напряжения - "с трудом". Правда, "высасывает" энергию из транса он все быстрее.

Есть некое противоречие в Ваших словах, не находите? И почему с ростом напряжения на конденсаторе энергия "высасывается" всё быстрей" - непонятно. То есть, в идеале, если трансформатор не нагружать, энергия из него уйдёт мгновенно? Я думал, наоборот.

[Валентиныч 0]

Лень, что ли? Других проблем че-то мне не видать: "The PWM resolution for fast PWM can be fixed to 8-, 9-, or 10-bit" (это из даташита Атмеги8)

Грубость и надменность никогда не способствовали взаимопониманию... :(

 

8-битный PWM возмоможно реализовать только на частоте в 256 раз меньше, чем тактовая частота камня. 8 МГц / 256 = 31 250 Гц (и это без прескалеров таймера!). И в даташит смотреть не надо.

Из постановки задачи, как мне кажется, должно быть ясно: желательная частота преобразования - порядка 100 кГц. Добавить сюда прескалер таймера (а куда мы без прескалера? :ohmy: ), допустим, на 16... какой уж тут fast PWM? :blink:

 

Да и заявление про то, что "трансформатору все равно какая нагрузка" как-то шапкозакидательски выглядит... Вы уж извините... :unsure:

По поводу скорости зарядки кондея могу сказать только одно - она зависит исключительно от постоянной времени зарядной цепи. И расчитывается по тривиальной формуле.

В любом случае - благодарю за попытку оказать мне помощь.

 

 

To all: Готов выслушать другие мнения.

Изменено 15 марта, 2006 пользователем Валентиныч

[Валентиныч 0]

Сегодня прикупил импортные "броники". Качество - на порядок выше, чем у наших Б18.

На поверхности чашки нанесена маркировка - N48. Судя по всему - Siemens. Но что есть - N48?

Нашел данные на N27, N47, N53, N67 и т.д.

N48 - загадка...

Мо-быть кто подскажет параметры этого материала.

Изменено 15 марта, 2006 пользователем Валентиныч

[=AK= 10]

Лень, что ли?

Грубость и надменность никогда не способствовали взаимопониманию...

Это я Вам польстить хотел... ;)

 

8-битный PWM возмоможно реализовать только на частоте в 256 раз меньше, чем тактовая частота камня. 8 МГц / 256 = 31 250 Гц (и это без прескалеров таймера!). И в даташит смотреть не надо.

Hадо. Это был бы совсем отстойный проц, если бы он не умел выдавать fast PWM.

The waveform generated will have a maximum frequency of fOC1A = (fclk_I/O)/2

The counter counts from BOTTOM to TOP then restarts from BOTTOM.

 

Из постановки задачи, как мне кажется, должно быть ясно: желательная частота преобразования - порядка 100 кГц.

Нет, не ясно. Откуда эта цифра взялась?

 

По поводу скорости зарядки кондея могу сказать только одно - она зависит исключительно от постоянной времени зарядной цепи. И расчитывается по тривиальной формуле.

Формулу в студию, плз. С обоснованием ее применимости для данного случая: перекачка энергии из дросселя в нагрузку.

 

И почему с ростом напряжения на конденсаторе энергия "высасывается" всё быстрей" - непонятно.

Из всем (надеюсь) известой формулы V=L*(di/dt) следует, что если индуктивность L подключить к источнику напряжения V, то ток через нее изменится на величину i за время t = L*i/V.

 

При постоянном времени прямого хода, в начале обратного хода в нагрузку течет ток i, один и тот же в каждом цикле. Напряжение на нагрузке (кондере) V в первом приближении можно считать постоянным за время обратного хода. Индуктивность (приведеннная ко вторичной) L. Время, за которое ток упадет до нуля, t = L*i/V, т.е. обратно пропорционально напряжению на кондере.

Изменено 16 марта, 2006 пользователем =AK=

[Валентиныч 0]

To AK: еще раз благодарю за настойчивые попытки помочь мне в решении поставленной задачи.

Ваше мнение принято к сведению. Желания полемизировать не возникает...

Хотелось бы услышать и мнение других искушенных в вопросах импульсных преобразователей.

[=AK= 10]

Вы не ответили на вопрос, откуда взялись 100 кГц, и проигнорировали просьбу привести формулу.

 

PS: Не скрою, я не о Вас пекусь, а о других, кто читает и будет читать эту ветку. Ваш пример им наукa. ;)

Изменено 16 марта, 2006 пользователем =AK=

[Валентиныч 0]

Не скрою, я не о Вас пекусь, а о других, кто читает и будет читать эту ветку. Ваш пример им наукa. ;)

Похвальное желание облагодетельствовать всех и вся. :a14:

Правда, в ущерб конкретике обсуждаемой темы.

 

Была бы возможность, с удовольствием поднял частоту преобразования до мегагерца и выше, и перешел на полосковые индуктивности.

Читайте постановку задачи: минимальные массогабаритные параметры девайса. Или нужно было добавить открытым текстом, что эти параметры уменьшаются в первую очередь именно с ростом частоты преобразования?

Там же читаем: время, отведенное на полный единичный заряд емкости - не более 1,5-2,0 мс, откуда очевидно вытекает минимальная частота преобразования - 500 Гц при одно-импульсном заряде, что не обеспечивает требуемой точности "порции" запасаемой энергии, откуда, в свою очередь следует логический вывод: поднимай частоту, получишь возможность регулирования величины энергии путем изменения количества дискретных мини-порций энергии, переносимых из дросселя в емкость.

 

Уважаемый, я спросил буквально следующее: "может ли кто-нибудь предложить готовое решение?".

Помощь в освоении теоретических азов работы индуктивности и емкости мне не требуется - плавали, знаем! :laugh: :laugh: :laugh:

 

Так что выходит это Ваш пример будет "другим наука" - хотите помочь, сначала вникните, какая помощь требуется вопрошающему. :blink:

 

Еще раз благодарю за "души прекрасные порывы".

 

P.S. Формулу приводить не буду, дабы не провоцировать дальнейший флейм.

 

P.P.S. Перечитал свой первый пост.

Действительно, вопрос был поставлен не корректно: "Буду рад любым подсказкам, советам и рекомендациям".

Вынужден признать, что "любые подсказки, советы и рекомендации" - были.

Но - не "в тему", поэтому и не пошли на пользу...

Изменено 16 марта, 2006 пользователем Валентиныч

[Pyku_He_oTTyda 0]

8-битный PWM возмоможно реализовать только на частоте в 256 раз меньше, чем тактовая частота камня. 8 МГц / 256 = 31 250 Гц (и это без прескалеров таймера!). И в даташит смотреть не надо.

не факт, tiny15 штатно работает на 1,6М, хотя PWM 100кгц - легко...

В даташит всетаки смотреть надо:)

[Herz 4]

Из всем (надеюсь) известой формулы V=L*(di/dt) следует, что если индуктивность L подключить к источнику напряжения V, то ток через нее изменится на величину i за время t = L*i/V.

Боюсь, "всем известная формула" в данном случае неприменима.

При постоянном времени прямого хода, в начале обратного хода в нагрузку течет ток i, один и тот же в каждом цикле.

Из чего это следует?

Если Вы делаете допущение:

Напряжение на нагрузке (кондере) V в первом приближении можно считать постоянным за время обратного хода.

, то о какой перекачке энегии может идти речь? ИМХО, это в корне неверно. Ибо из двух этих последовательных утверждений следует, что конденсатор не заряжается вообще, то есть, V не растёт. Откуда же изменение?

Я бы всё же рассматривал эту цепь, как классический LC-контур, на этапе перекачки энергии из L в С.

[Валентиныч 0]

не факт, tiny15 штатно работает на 1,6М, хотя PWM 100кгц - легко...

В даташит всетаки смотреть надо:)

Ребята, ну что же вы все такие умные?! Прям страшно... :w00t:

Девайс построен на Меге 8, и уже работает. Хотелось бы - чтобы работал лучше.

Причем здесь tiny15 ( у нее внутренний ген на 25,6 МГц молотит, отсюда и PWM 100 кГц), теорема Котельникова, и прочие не имеющие отношения к делу вещи?

Есть что сказать по существу - буду очень рад. Нет - зачем трендеть попусту? :cranky:

 

Похоже, пора тему закрывать...