Jak zbudować przetwornicę impulsową 0-30V z mikrokontrolerem i obciążeniem 3-5A?

Tue Nov 04, 2008 9:11 pm   

Witam, mam taki problem do rozgryzienia i nie bardzo wiem jak się do niego
zabrać.
Przetwornica impulsowa sterowana mikrokontrolerem - w dowolny sposób.
Maksymalny prąd obciążenia 3-5A
Napięcie wejściowe 22-30v (niezależne ode mnie).
Napięcie wyjściowe regulowane - od 0 do 100% napięcia wejściowego
(oczywiście 0v przy wyłączonej przetwornicy - potem będzie ok od 4v - do
100% U wejściowego).

Dodatkowe informacje:
Ma się nie grzać, dławik może być duży.
Całość pracuje w aucie więc masa jest podłączona do obciążenia na stałe, nie
jest wymagana laboratoryjna stabilność.
Niestety ważne jest to 100% napięcia wejściowego - zarówno przy 22, jak i
30v. Oczywiście będzie sprzężenie i kontrola nastawionych wartości. Jak
będzie 99,5% - też będzie ok.

Mam nadzieję, że niczego nie pominąłem - bardzo proszę o pomoc i
nakierowanie jak to obliczyć i jaki układ wybrać.
-
Dus

Wed Nov 05, 2008 2:48 pm   

Z tym akurat nie ma problemu!! Wiesz jak działają przetwornice
obniżające napięcie?? Taka typowa konstrukcja ... Układ zwany z
angielska BUCK... Jak nie, to już piszę... przecinasz drut "plusa" i
wstawiasz tam od wejścia do wyjścia po kolei: tranzystor i cewkę. Potem
dajesz diodę - katodą między tranzystorem i cewką, anodą do masy... no i
kondensatory niskoimpedancyjne na wejściu i wyjściu (do masy) i to
wszystko .. Wygląda to mniej-więcej tak:
(+) ---+---TRANZYSTOR---+---CEWKA---+--- (WY)
| | ^ |
C STEROWNIE D C
| | |
(GND)--+----------------+-----------+--- (GND)

Zauważ, że jak włączysz tranzystor na stałe, to praktycznie masz zwarcie
między wejściem i wyjściem!! Jest tam tylko mała rezystancja kanału
tranzystora i cewki... I od Ciebie zależy jaki dasz tam tranzystor i
jakim drutem nawiniesz cewkę ...
Fakt, że jest to trudne, bo jeśli dla 30V chcesz mieć 99,5%, to znaczy
spadek musi być mniejszy niż 0,15V, a więc rezystancja (przy I=5A) nie
może być w sumie większa od 0,03Ohma ... Zastanów się nad tym, bo jest
to po prostu NAJPROSTSZY układ przetwornicy ...
A co do sterowania - sterujesz tranzystorem poprzez jakiś driver z proca
- zapodając mu PWM na kilkudziesięciu kHz ... . Współczynnik
wypełnienia ustala regulator (najlepiej jakiś PID) na podstawie
sprzężenia zwrotnego ...

To tyle teorii, inni zapewne uzupełnią to sednem - czyli praktyką ..

Pozdrawiam
Konop

Wed Nov 05, 2008 10:50 pm   

Użytkownik "Konop" <konoppo@gazeta.pl> napisał w wiadomości
news:ges87f$9mu$1@inews.gazeta.pl...

Dziękuję, potrzebowałem takiego prostego wyjaśnienia - nigdy nie
potrzebowałem wychodzić ponad 0,5A i 12V.
Wiedząc czego szukam - będzie mi łatwiej. Spróbuję najpierw trochę na wyrost
dobrać elementy, żeby poznać zjawisko.
-
Dus

Sun Nov 09, 2008 3:57 am   

Dus wrote:


nie wiem czemu musi byc mikrokontroler do tego, jesli prad ma byc tylko
3-5A. bardzo prosto da sie to zrobic bez mikrokontrolera,
uzywajac 'gotowca' typu lm2576 lub podobnych (sa 3-5A do wyboru do koloru)

jesli wazne zeby to procesor kontrolowal napiecie wyjsciowe, to wystarczy
zrealizowac na nim dowolny uklad D/A (drabinka rezyst. uzywanie napiecia
kompensacji, pwm, - poszukaj po prostu co wydaje ci sie najprzyjemniejsze
do uzycia w twoim kodzie) i sterowac z niego pin 'feedback' stabilizatora
impulsowego.

jesli ma byc typowo 'procesorowa' to jest wiele mikrokontrolerow z
wbudowanym 'PWM'. wystarczy wybrac taki ktory takowy posiada, i wtedy masz
0 filozofii, inicjalizujesz czestotliwosc PWM raz a pozniej wpisujesz do
rejestru PWM zadana wartosc i PWM procesora sam steruje tranzystorem
wyjsciowym, jedyna filozofia ktora ci zostaje to zabezpieczenie procesora
przed przepieciami z cewki (dioda shottky'ego lub inna impulsowa czesto
jest zawarta w samym procesorze, warto wybrac taki ktory takowa juz
posiada, ew. po prostu uzyc rezystora buforujacego. pojemnosci tranzystorow
mocy (zwlaszcza mosfetow) bywaja duze, wiec czasem potrzebne jest dodatkowe
buforowanie tego tranzystora np. prostym wzmacniaczem klasy B . poprawia to
charakterystyki narastania i opadania impulsow - przydatne jesli chcemy
miec wieksza sprawnosc ukladu lub obnizyc temp. tranzystora.
przez te pojemnosci procesor moze rowniez 'oberwac' jakims przepieciem,
ktorych w aucie nie brakuje, totez bufor jest generalnie wskazany moim
zdaniem.

przy okazji tego rozwiazania odwolalbym na powrot do rozwiazania
wymienionego wyzej, tzn. procesor + gotowy stabilizator impulsowy. ilosc
elementow mniej wiecej taka sama (niektore stabilizatory maja w sobie
kompletnie wszystko lacznie z dioda impulsowa zabezpieczajaca, i co imho
wazne - zabezpieczenie termiczne i nadpradowe), odpada problem
buforowania , ekranowania kabelkow (sterujemy sygnalem analogowym niskiej
czestotliwosci do ktorego mozna dosumowac w prosty sposob inne sygnaly -
np. sygnal bledu przekroczenia napiecia moze wylaczac stabilizator
impulsowy zanim procesor 'zorientuje' sie ze cos jest nie tak...) .





--

Sun Nov 09, 2008 9:44 am   

Dus wrote:

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01086A.pdf
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00216a.pdf

Sun Nov 09, 2008 11:15 am   

Dziękuję. Siedzę nad tym już dość długo i każde rozwiązanie które rozpatruję
zawsze ma jakieś ale.
Ten LM2576 bardzo mi się podoba, tylko nie wiem czy dobrze rozumiem.
Robię układ jak w datasheet -
http://img204.imageshack.us/img204/6471/lmtd4.jpg
Napięcie wyjściowe zależy od R1 i R2, nie rozumiem gdzie mam się podpiąć z
procesorem.
Nie chcę stosować potencjometru cyfrowego, choć i taki pomysł był :)

Nie wiem jakie obciążenie będzie na wyjściu - a w dodatku ono może sie
zmieniać.
Obciążenie przetwornicy nie będzie mi znane - w skrajnych przypadkach może
się okazać, że służy tylko do zadawania napięcia sterującego - obciążenie do
1mA - czy wtedy również taki układ będzie działał poprawnie?

Czy mam mierzyć ADC procesora napięcie na obciążeniu i PWM-em sterować
wejście FEEDBACK układu LM2576?
Jeśli tak to czy ten PWM z procesora mam zamienić na przaebieg liniowy?

Kolejna sprawa - czy można w równie prosty sposób zbudować ten układ do
pracy przy obciążeniach do 20A?
Czy idea pozostaje ta sama - a zmienia się tylko układ?
-
Dus

Sun Nov 09, 2008 11:25 am   

On Sun, 9 Nov 2008 11:15:16 +0100, Dus wrote:

Ale to jest najlepszy pomysl :-)


Mozna i tak, choc raczej nie PWM.
To wejscie jest bardzo czule,


Hm, trzeba by jeszcze popatrzec w schemat ukladu, ale byc moze po
zsynchronizowaniu z czestotliwoscia przetwornicy mialby i sens
jakis PWM.


Zasadniczo to sie dodaje zewnetrzne tranzystory.
I kombinuje czy nie ma lepszych rozwiazan.

A sa :-)

J.

Sun Nov 09, 2008 2:16 pm   

On Sun, 9 Nov 2008 11:15:16 +0100, "Dus" <dusiek@plusnet.pl> wrote:


Układ jest ok, pamiętaj jednak, że przy tego typu układach bardzo
istotną rolę pełni layout płytki drukowanej. Najlepiej skorzystaj z
planu płytki z noty aplikacyjnej. Uwaga: jest "not to scale".

Pozdrawiam,
Paweł

Thu Nov 13, 2008 3:54 am   

Dus wrote:


wejscie feedback to wejscie do komparatora ukladu lm2576. najnizsze napiecie
na jakie reaguje to 1.24V zdaje sie, i w zaleznosci od tego jakie tu podasz
napiecie (wzor na dzielnik napieciowy i zaleznosc napiecia wyjsciowego masz
w nocie aplikacyjnej) takie bedziesz mial wypelnienie sygnalu prostokatnego
na wyjsciu.

masz wiec kilka opcji, albo przetwornik D/A na wyjsciu procka (niektore
maja 'wbudowany' prymityw tego typu) , albo jakis prosty PWM, tak,
oczywiscie nalezy tu podawac wygladzony sygnal analogowy, chociaz na dobra
sprawe moglbys uzyc sprytniejszych kombinacji, np. dzielnik napiecia
zapewnialby sprzezenie zwrotne dokladnie tak jak w nocie aplikacyjnej, a
twoj procesor moglby sterowac drabinka rezystorowa podpieta rownolegle do
R1 (metoda 'przetwornika D/A dla biednych) - wtedy mialbys mozliwosc
podnoszenia tego napiecia z rozdzielczoscia np. 4 bit , + .. to co uda ci
sie wymodulowac przy pomocy sterowania szerokoscia
impulsu 'podwyzszajacego' napiecie bo procesor moze robic to bardzo szybko.
(czyli np. jesli mialbys tam tylko jeden tranzystor podwyzszajcy napiecie
wyjsciowe z 1V do 10V , to przy pomocy sterowania 'wypelnieniem' tego
impulsu podwyzszajacego napiecie wyjsciowe moglbys od biedy uzyskiwac 5V,
przy czym niestety procesor musialby sie zajac stabilizacja tego napiecia,
jesli byloby wymagane)

kolejna opcja to zostawienie tego wejscia feedback w spokoju, uzywajac go
tylko do 'wybrania' szerokosci impulsu (wiec 'wydajnosci zrodla pradowego'
przetwornicy) - przydatne tez jesli twoja cewka jest jednak mniejsza niz
zadana w nocie aplikacyjnej, mozna wtedy wymusic krotkie impulsy.

a sterowac lm'ka przy pomocy jej wejscia on/off (ON jest w stanie niskim,
czyli wyjscie procka mozna tu latwo podpiac)
wtedy procek musialby sie calkowicie zajac stabilizacja , i sterowalby lm'ka
jak tranzystorem. wydaje sie to zbedne, ale z racji ze w lm'ce masz
zabezpieczenie nadpradowe i zabezpieczenie termiczne, upraszcza
konstrukcje.


wyjsciowe'. duzo ulatwiloby gdybys powiedzial do czego to ma byc, albo
podal jaka ma byc tolerancja na zmiany, czas reakcji na podpiecie
zasilania, etc. jesli np. jesli to ma sluzyc do podladowywania akumulatora
(tzn. przelaczanie 'ladowanie/standby' np.) to wystarcza 2 stany, jesli ma
to sterowac jakims silnikiem (np. silnik do wycieraczek) to wystarczy
prosty PWM. cala lm'ka bo najwazniejsze zeby to sie nie spalilo jak silnik
sie zablokuje (np. wycieraczka przymarznie) .. etc.


przebiegow z procesora, a PWM z procesora mozna zamieniac na przebieg
liniowy albo nie, to zalezy od tolerancji twojego obciazenia na
przepiecie bo jesli nie zamienisz na liniowy i nie dolozysz dodatkowego
filtra LC na wyjscie to bedziesz mial szpilki . przy obciazeniu typu silnik
to akurat zbedna inwestycja, przy obciazeniu typu koncowka mocy CB to moze
skonczyc sie jej spaleniem , ew. dziwnymi efektami dzwiekowymi przy
nadawaniu ;)



tak, lm2576 to tylko przyklad, prawie kazdy wiekszy producent czipow
analogowych ma w swojej ofercie kilka takich ukladow o roznych pradach
wyjsciowych i rezystancji zlacza tranzystora wyjsciowego, niektore sie
oczywiscie lekko roznia topologia, etc.

nie pamietam czy byly lm'ki 20A , ale zdaje sie ze tak. dzieki temu ze ma
ona zapezpieczenie nadpradowe bez problemu mozesz rowniez uzyc kilku
rownoleglych ukladow (ew. sterowac kazdym z osobna przez procesor, tworzac
taki dziwny przetwornik D/A .

--
--

Thu Nov 13, 2008 9:04 am   

Dziękuję za obszerną wypowiedź.
Jestem po pierwszych testach - dzielnik pomiarowy został zrobiony na
potencjometrze cyfrowym, a jego suwak został podpięty do wejścia feedback.
Był oczywiście kłopot, bo niewiele jest potencjometrów cyfrowych na takie
napięcie (30v).
Dlatego poluję na inne rozwiązanie. Na razie na podstawie Waszych postów
planuję zrobić:

1) pomiarem napięcia przez uC na dzielniku wyjściowym i podawanie
odpowiedniego napięcia na DAC, który będzie sterował wejściem feedback.
Dzięki temu mam sprzężenie zwrotne, kontrolę napięcia i regulację.

2) sterowanie PWM wejścia ON/OFF przetwornicy ustawionej na max napięcie.
Jest szansa, że zadziała jak należy?

Do czego ma służyć? Na przykład do regulacji nawiewu - sterowanie po CAN.,
do regulacji oświetlenia kokpitu. Po CAN przychodzi informacja o zadanym
napięciu - i tyle ma wystawić na wyjściu, zwrotnie ma podać prąd itp.
-
Dus

Sun Nov 30, 2008 3:46 am   

Dus wrote:


czyli malo krytyczne (ladowanie baterii litowych to bardziej krytyczna
sprawa np. bo tam nie mozna przekroczyc danego progu napiecia jesli
chodzi o odchylki. tak. on/off bedzie dzialac ok, bedziesz pewnie
potrzebowal troche testow czy np. nawiew ma dosc skali regulacji itd. ale
to trzebaby zrobic i z precyzyjniejsza regulacja.

dodatkowo rozwaz uzywanie sprzezenia zwrotnego dla procesora nie z wyjscia
napieciowego , ale z czujnikow przy samych urzadzeniach. np. jesli jest
silnik nawiewowy , to mozna mierzyc spadek napiecia na nim konkretnie, albo
mierzyc napiecie generowane przezen w stanie bezwladnosci (tzn. kiedy
zasilanie jest off a silnik nadal sie kreci to bedzie dzialal jak generator
i bedzie generowal napiecie proporcjonalne do jego momentu obrotowego)

jesli jest oswietlenie kokpitu to mozna uzyc fotorezystora umieszczonego w
szczelinie reflektora zarowki. to daje o wiele 'przyjazniejszy' efekt w
wielu sytuacjach i oszczedza problemu 'skalowania' urzadzenia jesli
np.wymienisz silnik czy zastosujesz inny typ zarowek .

zycze powodzenia i pozdrawiam




--
--