Nietypowe zachowanie przetwornicy flyback z UC3843A - zmiany trybów CCM i DCM

Wed Jan 03, 2007 6:19 pm   

Witam,

Układ przetwornicy: klasyczna transformatorowa typu flyback, sterownik
UC3843A, sprzężenie zwrotne przez potencjometr (brak izolacji), jako
klucz - MOSFET, czujnik prądu - rezystor 1.1 Ohm, przekładnia
transformatora n=2.1, Uwe=9..15V (tak była obliczana), Uwy=5V. Uzwojenia
nawinięte z dość dużym rozmachem. :)

http://www.republika.pl/dykus/grupa/calosc.jpg
Powyżej seria zdjeć z ekranu oscyloskopu, dwa okresy napięcia Ugs i
prądu Id przy różnych wartościach rezytora obciążającego - im bardziej
"w dół" tym większe obciążenie (mniejsza rezystancja). Dwa okresy są na
całej szerokości ekranu - w połowie ekranu kończy się jeden i zaczyna
drugi okres.
Uwe = 9V, Uwy = 5V, Iwy = 5..600mA (w przybliżeniu).

Przebiegi:
1. górny - Ugs, 5 V/dz
2. dolny - Id, 186 mA/dz (~200 mA/dz)

Pierwsze 3 rysunki (od góry) - wszystko jasne. Rysunek 4 - tu dzieje się
dziwna (dla mnie:) rzecz - w jednym okresie współczynnik wypełnienia
zwiększa się, a w drugim zmniejsza (i tak na przemian), przez co w
jednym okresie prąd narasta od zera, w drugim nie (na przemian tryb CCM
i DCM). Dopiero przy największym obciążeniu w obu okresach prąd nie
narasta od zera (rysunek 6, na samym dole). Tak się dzieje przy Uwe =
9V. Przy Uwe większym (np. Uwe = 12V) wszystko "jest normalne", tzn. oba
"trójkąty" z rysunku 3 idą w górę, a współczynnik wypełnienia już nie
zmienia się (jest ~50%). W obu przypadkach Uwy jest stałe równe
założonemu 5V.

Dodatkowo dorzucam jeszcze jedno zdjęcie przy pięciu okresach na ekranie:
http://www.republika.pl/dykus/grupa/x4.jpg

Dlaczego tak się to zachowuje? Myślę, że nie są tu istotne wartości
elementów. Chodzi mi raczej o samą ideę - dlaczego przy Uwe=9V jest
"źle", a przy Uwe=12V już "dobrze".

Czy zapobiec może temu sterownik z ograniczeniem max. współczynnika
wypełnienia do 50%?

Próbowałem sztucznie (tzn. poprzez dobór R i C w generatorze) zwiększać
czas matrwy by ograniczyć współczynnik wypełnienia i jakieś to rezultaty
daje, ale wg mnie nie do końca to jest to...


Szukałem informacji na ten temat, ale gdzieś tylko znalazłem post, że
ktoś miał podobny przypadek i że problemem jest tu kompensacja obwodu
sprzężenia zwrotnego. W sumie też wydaje mi się, że to sterownik
szwankuje niepotrzebnie zmieniając współczynnik wypełnienia. :)


--
Pozdrawiam,
Dykus.

Wed Jan 03, 2007 8:33 pm   

Użytkownik "Dykus" <dykus.grupy@SpAmY.wp.pl> napisał w wiadomości
news:engoia$js8$1@news.onet.pl...

(...)


w trybie CCM, w przetwornicy prądowej, po minięciu magicznej wartości
współczynnika wypełnienia wynoszącej 50% jest to naturalne zjawisko, a
dochodzi do niego właśnie przy zwiększaniu obciążenia lub zmniejszaniu
napięcia wejściowego. Środkiem zaradczym jest zmieszanie sygnału prądu z
sygnałem o "odwrotnym" kształcie, np. z wewnętrznego generatora UC3843.
W notach aplikacyjnych są dokładne wskazówki jak dobrać proporcje tych
sygnałów (oraz dokładne wyjaśnienie, dlaczego tak się dzieje - z grubsza
chodzi o to, że różne kształty prądu "pasują" do warunku regulacji). Niestety,
to oszukaństwo pogarsza znacząco zachowanie przetwornicy przy małych
obciążeniach (o ile taka praca jest planowana).


tak


zła kompensacja pętli albo problemy zakłóceniowe (np. przenikanie sterowania
do generatora) może być tylko przyczyną wskakiwania przetwornicy w duże
współczynniki wypełnienia z efektami jak na obrazku, ale nawet przy dobrej
kompensacji przetwornica nie poradzi sobie z tym zjawiskiem. Przy sprzężeniu
bez bariery zwykle nie ma problemów z pętlą i nie ma sensu przy tym grzebać
przed usunięciem właściwej przyczyny.

pozdrawiam
entrop3r

Wed Jan 03, 2007 11:44 pm   

Hello Dykus,

Wednesday, January 3, 2007, 6:19:13 PM, you wrote:

[...]


Miał rację.


Sam z siebie nie szwankuje. Narysuj schemat.

--
Best regards,
RoMan mailto:roman@pik-net.pl

Thu Jan 04, 2007 12:32 pm   

Witam,

RoMan Mandziejewicz napisał(a):


Schemat (rysowany odręcznie) jest tutaj:
http://republika.pl/dykus/grupa/schemat.png

Póki co układ jest w fazie testów (więc wartości niektórych elementów
będą bardziej optymalizowane:). Kondensatory 'Low ESR', "krytyczne"
rezystory są SMD. Napięcie wyjściowe jest poprowadzone do potencjometru
(R1,R2) za pomocą skręconej pary przewodów ~7cm (co starałem się
zaznaczyć na schemacie). Potencjometr znajduje się przy układzie. Nie
sądzę, aby to było powodem, więc nic z tym połączeniem nie robiłem.
Docelowo będzie separacja galwaniczna.
Docelowo chciałem też równolegle do R2 dołożyć jeszcze kondensator
filtrujący...

f = 100kHz, L1 = 120uH, przekładnia n = 2,1. Przetwornica miałaby dawać
Vout = 5V i Iout = ~0,4A.


--
Pozdrawiam,
Dykus.

Thu Jan 04, 2007 12:36 pm   

Dykus napisał(a):


Uwaga - przez pomyłkę na schemacie zamieniłem nóżki FB i COMP. W
oryginalnym układzie jest to poprawnie, błąd jest na schemacie.
Postaram się to poprawić w najbliższym czasie (teraz muszę wyjść)...


--
Pozdrawiam,
Dykus.

Thu Jan 04, 2007 12:59 pm   

Hello Dykus,

Thursday, January 4, 2007, 12:36:26 PM, you wrote:


1. Za mała pojemność na nóżce Cs - tam powinien być kondensator 1 nF.
2. Za duża pojemność na Comp i przydałby się jakiś rezystor - obecnie
masz piękny integrator.
3. Za duża rezystancja na bramce MOSFETa i brak diody Schottky na
wyjściu układu (zaporowo między wyjście a GND).

Zadziwiająco czyste przebiegi udało Ci się uzyskać. Jaki rezystor
(wykonanie a nie wartość) zastosowałeś w źródle MOSFETa?

--
Best regards,
RoMan mailto:roman@pik-net.pl

Thu Jan 04, 2007 1:56 pm   

Użytkownik "RoMan Mandziejewicz" <roman@pik-net.pl> napisał w wiadomości
news:1285539995.20070104125924@pik-net.pl...


Z czystości tych przebiegów wynika, że Kolega jakimś cudem ustrzegł się
problemów zakłóceniowych, natomiast lekkomyślne 100nF do COMP spowodowało
wprowadzenie dominującego bieguna ~0.2Hz, co zapewnia jaką taką stabilność,
szczególnie, że ten układ (pod obciążeniem oczywiście) ma jeszcze tylko jeden
biegun, pi razy drzwi powyżej 100Hz.

Podstawową kwestią jest, że w takim układzie jak na rysunku _nie_da_się_
zagwarantować stabilnej pracy ze wsp. wypełnienia powyżej 50% (oczywiście
czasem udaje się ją uzyskać, im lepszy układ, tym dłużej). Taka jest po prostu
natura regulacji prądu szczytowego. W różnistych dokumentacjach problem jest
bardzo ładnie wyjaśniony i dla niedowiarków jest wyrysowane, jak drobne
zakłócenie prądu rozbudowuje się aż do niestabilności, a sterownik nie jest w
stanie go wygasić. Jest też opisane, jak, dodając do przebiegu prądu piłę o
odpowiednim nachyleniu, można tego efektu uniknąć.

pozdrawiam
entrop3r

Thu Jan 04, 2007 2:10 pm   

Hello entroper,

Thursday, January 4, 2007, 1:56:22 PM, you wrote:

[...]


Ale tutaj wypełnienie niewiele przekracza 50% i układ nie wchodzi w
głęboką pracę w trybie CCM, gdzie za małe nachylenie sygnału z
czujnika prądu powoduje niestabilność.
Zadziwiające są dla mnie te dodatkowe przerzuty na szczycie - błąd w
samej strukturze układu? Problem z nieoczekiwanymi zadziałaniami
przerzutnika występuje bodaj w TL497 (a może w 78S40?), gdzie wręcz
zalecane jest blokowanie wejścia FB na czas działania klucza - ale to
jest układ PFM z zasady pracujący niestabilnie.


Oj, nawet w PDFie UC3842-5 jest pokazana kompensacja napięciem
pobieranym z kondensatora generatora.

[...]

--
Best regards,
RoMan mailto:roman@pik-net.pl

Thu Jan 04, 2007 2:50 pm   

Użytkownik "RoMan Mandziejewicz" <roman@pik-net.pl> napisał w wiadomości
news:1828397474.20070104141051@pik-net.pl...


Masz na myśli te krótkie impulsy za właściwymi ? Na tym oscylogramie jest
chyba zmieniona podstawa czasu (mieści się 5 pełnych okresów generatora) i to
mi wygląda właśnie na klasyczny przypadek "wypadnięcia" z prawidłowej pracy -
jeden okres z max. wypełnieniem, potem czas martwy, a potem drugi impuls z
wypełnieniem takim, jak wychodzi z wartości szczytowej prądu, potem czas na
opadnięcie prądu i od nowa. Zauważ, że wartość średnia prądu per saldo jest
taka, jak przy wypełnieniu troszkę większym niż 50%. Jest to prawidłowy stan
stabilny, pętla napięciowa nawet "nie wie", że coś jest nie tak (max. poziom
prądu jest równy w każdym impulsie), a sterownik nie ma żadnych szans z tego
wyjść.

pozdrawiam
entrop3r

Thu Jan 04, 2007 8:38 pm   

Witam,

RoMan Mandziejewicz napisał(a):


Dobierałem na podstawie noty jednego ze sterowników Maxima o identycznym
działaniu. Tam pisali, by stała czasowa tego filtru wynosiła ok. 60ns
(tyle wynosi niby czas zadziałania tego ograniczenia prądu). Szpilek
żadnych po filtrze nie widzę, choć wiem, że przy liniowym narastaniu
prądu i przewymiarowanych nieco elementach można tam dać większą stała
czasową. W każdym razie zmieniłem - teraz mam 1k i 1nF. Przebiegi:
http://republika.pl/dykus/grupa/prad.jpg



Ok, dodałem równolegle rezystor 100k, co dla DC przy rezystancji:
R1 = 5k, daje wzmocnienie ok. 20 razy.



Tak, wiem. Na przebiegu prądu widać oscylacje i swego czasu chciałem się
ich pozbyć, próbowałem więc m.in. zwiększyć wartość rezystora w bramce z
(chyba) 3.3 Ohma na 47 Ohm, ale na oscylacje zupełnie to nie wpłynęło. A
jako, że dostęp do tego rezystora mam utrudniony (a do tego jest to
SMD), więc tak zostało.
Co istotne, teraz zauważyłem, że owy rezystor mam zwarty. Ale już
polutowałem i mam obecnie tam 3.3 Ohma (tych mam dużo pod ręką. W
przyszłości może podniosę do 4.7 Ohma, zobaczę co i jak wpływa...



Z takim rozwiązaniem się chyba nie spotkałem (przynajmniej nie
pamiętam). W jakim celu ta dioda? Na oscyloskopie nie widzę tam żadnych
impulsów, które mogłaby zewrzeć. A, docelowo na wyjściu będzie dioda
Zenera 5.6V większej mocy.



Nie aż takie czyste - przy przełączaniu na przebiegu prądu mam spore
szpilki, a do tego oscylacje, których amplituda obwiedni znacząco się
zmniejsza gdy dotknę palcem drenu MOSFETa (reszta przebiegów także się
polepsza). Do tego na drenie mam oscylacje:
http://republika.pl/dykus/grupa/dren.jpg



Obecnie 3 rezystory 3.3 Ohma SMD 0805 (równolegle). Mocy dopuszczalnej
lepiej nie liczyć... Docelowo będzie coś większej mocy, też
bezindukcyjne.

Po tych zabiegach przetwornica nadal zachowuje się tak, jak się zachowywała.
Tu można pobrać filmiki z pracy przetwornicy przy niskim i wysokim
napięciu wejściowym (format QuickTime):
http://download.yousendit.com/D0229B9E3288F2D7
:)


--
Pozdrawiam,
Dykus.

Thu Jan 04, 2007 8:55 pm   

Witam,

entroper napisał(a):


Dlaczego lekkomyślne? Za bardzo na dynamice mi nie zależy. Obciążenie
będzie rezystancyjne, stałe, byle tylko przetwornica dostatecznie szybko
reagowała na zmiany Uwe (też w przybliżeniu stabilne, bez większych
skokowych zmian).



Skąd się bierze ten pierwszy biegun ~0.2Hz? Drugi jak się domyślam
wynika z połączenia owego 100nF (COMP) i dzielnika napięcia wyjściowego
(R1, R2). Czy te ~0.2Hz to za sprawą tych kondensatorów filtrujących
(2x22uF) na wyjściu przetwornicy?



Czyli jak rozumiem, jedyne pewne rozwiązanie problemu to zastosowanie
układu, którego maksymalny współczynnik wypełnienia wynosi 50% (np. inna
odmiana tego scalaka)?



Dziękuję za te namiary (w sumie z poprzedniego Twojego postu). Co
dziwne, studiowałem nieco dokumentację, ale nie wiem dlaczego to
pomijałem. Być może ze względu na nagłówek "Design Considerations" i
tekst o blokowaniu zasilania kondensatorami w pierwszych linijkach... :)



Czy wówczas w praktyce problem rzeczywiście znika, czy jednak czasami
może się jeszcze zdarzyć, że układ wejdzie w ten "dziwny" stan?

Czy w tym "dziwnym" stanie pogarszają się znacząco parametry (np.
dynamiczne) takiej przetwornicy? Wiem, że napięcie wyjściowe wygląda
nadal na stabilne, a co np. z odpowiedzią układu (wiem, że wcześniej
pisałem, że na dynamice mi nie zależy, ale chciałbym się dowiedzieć?
Jak zrobię jakieś kluczowane obciążenie to potestuję, ale zapewne
posiadacie większe doświadczenie w tym zakresie.


--
Pozdrawiam,
Dykus.

Thu Jan 04, 2007 9:00 pm   

Witam,

entroper napisał(a):


Zgadza się, na tym pojedynczym zdjęciu (x4.jpg) jest 5 okresów
(zmieniona podstawa czasu w stosunku do tej serii zdjęć).

Na tej serii zdjęć (calosc.jpg), na wszystkich zdjęciach (w serii) są po
2 okresy na ekranie.


--
Pozdrawiam,
Dykus.

Fri Jan 05, 2007 10:40 am   

Witam,

Dykus napisał(a):


Wymyśliłem, że te szpilki to prądy przeładowania MOSFETa, jako, że
pomiar prądu dokonuje na rezystorze w źródle...

Niestety, gdy próbuję mierzyć prąd drenu na odatkowy rezystor 0.1 Ohm
włączony właśnie w dren MOSFETa to te szpilki też są (nawet jeszcze
większe), ale pojawia się sporo zakłóceń (syfu). Pewnie dlatego, że
wpinam np. do drenu masę sondy, oscyloskopu, itd. Do tego pole, które
indukuje w sondzie zakłócające sygnały. Zwykle do pomiaru prądu używam
sond oporowych, przylutowanych bardzo krótko do rezystora pomiarowego...

Jako, że przydałaby się tutaj sonda różnicowa, więc mam dodatkowe
pytanie: czy jest sens budowania wzmacniacza pomiarowego (przyrządowego)
np. na 3, 2, 1 wzmacniaczu operacyjnym typu TL081 (lub podobne), o
wzmocnieniu 1 (to nadrobię oscyloskopem) do pomiaru prądu w dowolnych
punktach układu na rezystorze np. 0.1 Ohma? Pasmo wzmacniaczy to kilka
MHz, SR (8V/us) nie powinien tutaj być istotny (wg moich szacunkowych
obliczeń), zasilanie może być zewnętrzne, symetryczne. Tylko przy 3
wzmaczniaczch pasmo mocno zmaleje, ale za to CMRR będzie duży (może
szybsze wzmacniacze?).
Oglądałem też i dobrym rozwiązaniem wydaje się być wzmacniacz wideo, np.
uA733 - tani , pasmo duże, SR dobry, nawet CMRR nie najgorszy (dla
5MHz jest 50dB), tylko słabe parametry statyczne, w szczególność bardzo
małe maksymalne napięcie wspólne (6V).

Fabryczne sondy różnicowe są dla mnie zbyt drogie... :(


--
Pozdrawiam,
Dykus.

Fri Jan 05, 2007 11:14 am   

Hello Dykus,

Friday, January 5, 2007, 10:40:22 AM, you wrote:

[...]


Dlatego też rezystor pomiarowy włącza się między + zasilania a resztę
układu. I wtedy masa sondy na + zasilania (pomiętaj o odwróconej
polaryzacji sygnału).

[...]

--
Best regards,
RoMan mailto:roman@pik-net.pl

Fri Jan 05, 2007 12:59 pm   

On Fri, 5 Jan 2007 11:14:49 +0100, RoMan Mandziejewicz wrote:

I jeszcze sprawdzic czy mada ukladu nie jest podlaczona do zerowania
w gniazdku. Bo w oscyloskopie to popularne :-)

J.