Здравствуйте!

Моя задача - обеспечить питание магнитной системы прибора 0-50В, 0-5А. В качестве предисточника для моего DC/DC хочу использовать AD/DC 50B - 7A например от MW - там защиты от к.з. и перегрева есть (или необходим AC/DC с другими параметрами?).

Выходной ток(напряжение) хочу регулировать с помощью микроконтроллера (например ATmega168). В смысле он упраляет ЦАП, PWM - контроллером и проч.....

Регулировать хочу с максимальной точностью - например задавать напряжение с точностью 1мВ-500мкВ (может можно точнее???).

Нагрузка постоянная - электромагнит.

И чтобы можно было менять напряжение на нагрузке линейно со скоростью 1В/с. Например от 30 до 31 В за секунду. Или весь диапазон за минуту (в принципе можно и за 10).

Сообственно все. Я так понимаю необходимо делать импульсный источник.

Должен состоять из МК, точного АЦП, ЦАП, PWM контроллера, драйверов моста MOSFET, самих MOSFET транзисторов, фильтров, бесконтактных датчиков тока и напряжения....

Вообщем как то много для меня....

Может можно реализовать это как-то проще или есть микросхемы, включающие несколько компонентов в комплексе...

Подскажите, пожалуйста, как быть.

Сообщение отредактировал Filov - Feb 18 2008, 12:33

Не забывайте, индуктивность и индукция - разные вещи.
Задать вопрос заказчику. И посчитать.
Нет, в этом я Вам не помогу. Попробуйте обратиться в ближайшую метрологическую лабораторию, etc.

Ж)) Это в ответ на калибровку поле магнита - ток магнита ))))))))))




Заказчик я и похоже заказываю у себя.




Скорее куплю какой-нибудь недорогой LC-метр. Например UT603.


Вот нашел пока MAX15020. Это примерно то?

http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/5455

Ищу что-то похожее только ампер на 5...

Сообщение отредактировал Filov - Feb 20 2008, 13:00

Тогда у себя и спросите.

Не стоит. Силовой ключ лучше применить внешний, а контроллеров ШИМ для построения ИБП - пруд пруди. Будет легче и выбрать, и достать.

Сообщение отредактировал Herz - Feb 20 2008, 16:19

Напишите уж тогда требуемое разрешение масс-спектрометра... Вот бывают до миллиона... У Вас же не квадруполь....
А зачем там что-то модернизировать?
Масс-спектрометр - не карманный прибор какой-нибудь - никакой миниатюризации не требуется, наверное... И электричество экономить не экономно будет...
По положению и ширине линии Вы легко определите флуктуации и воспроизводимость (гистерезис) поля... И измерять электрические и магнитные параметры не нужно... Кажется мне еще, что задуманный Вами ШИМ не понравится электрометрическому усилителю детектора... Хотите попробовать их подружить... А я бы не стала....

+1.
Вводить собственными руками шумы от ШИМа?
Я бы тоже не стал.

Спросил. Ответ получился примерно такой:

Секторный масс-анализатор описывается формулой H = (1/R)*sqrt(2(M/e)U), где, например, H - поле в Гаусс, R - радиус масс-анализатора в см R=30, U - ускоряющее напряжение 1500В, M/e - 4.79^10-5 см^2*Гаусс^2/В.

Разрешение прибора - 1000 M/e (предназначен для несколько специфичных исследований поэтому по нынешним временам немного). Допустим зависимость напряженности магнитного поля от тока - линейная в районе 5000 Гаусс, и ток в магните составялет 5А.

Если прикинуть - получается что в идеальном случае ток должен задаваться с точностью +/- 1 мкА, +/-10 мкА - удовлетворительно. Разрешение источника тока, к которому хочется стремиться 19 бит на диапазоне 0-5А, удовлетворительно - 16 бит.






Например контроллер ШИМ можно выбрать такой - IR3651S:

https://ec.irf.com/v6/en/US/adirect/ir?cmd=...ctID=IR3651SPBF

А силовой ключ какой-нибудь транзистор серии IRF?



Тут вопрос в приведении всех модулей прибора к единому интерфейсу и единой среде управления. Прибор был предназначен для узкоспециализированных исследований - и его некоторые компоненты - в том числе источник питания магнита хочется привести к современному состоянию



Да - миниатюризации и высокого КПД не требуется.



Ну сейчас с этим сложновато - все приборы аналоговые - стыдно признаться Ж). И параметры от съемки к съемки двигаются в неизвестных направлениях - поэтому и хочется добиться контроля.




А как сделать не используя ШИМ? А не понравится потому что ток - будет скакать в любом случае? Я вот и хочу использовать шим высокой частоты 400-500 kHz. Чтобы перепады были как можно ниже.



А на чем тогда собрать простому человеку источник питания с требуемой точностью ?

Ну, что ж с разрешением более-менее понятно, а точности даже в 10 мкА для 5А будет добиться непросто.
Кроме того, на что влияет переменная составляющая тока в конечном итоге? на ширину линии? К примеру, получите Вы ток порядка 3А, с точно застабилизированной средней величиной, но с пульсацией, например, 20 мА на частоте 100 кГц (или 500 кГц), какие качества прибора при этом пострадают? Возможно, частоту выгоднее снижать, а не повышать, чтобы уменьшить наводки.
В любом случае, Ваш источник, ИМХО, должен выглядеть двухкаскадным: программируемый линейный стабилизатор тока, как выходной каскад, и предварительный понижающий конвертер со следящей связью, чтобы минимизировать мощность, рассеиваемую регулирующим элементом собственно источника тока.

Схема как и обещал:
чоппер с +40в (в вашем случае будет (полу)мостовая схема ) понижает напряжение до заданного уровня падения на линейном регулирующем элементе.
схема
Эта схема используется для создания магнитного поля в катушках корекции.
Да, если не разу не имели дело с построением ИБП, то могу вас огорчить, что сразу вряд-ли что получится. Советую, изначально, построить ИБП с регулировкой аналоговым сигналом на ваши характеристики (Uвых + 5в).

Для простых людей есть хорошая книжка, написанная Титце и Шенком. Там в одной главе 16.3.7-8 описан примерно такой, как Вам нужен блок. А я бы еще добавила источник "отрицательного" тока, если нужно работать вблизи нуля...
Также Вам надо решить, куда девать энергию при сбросе поля... Можно греть обмотку, но это не есть очень хорошо...
А зачем Вам ШИМ. Это модно? Или современно?
Вот к вопросу о современности.
Некоторые богатенькие буратины приобрели суперсовременную установку для измерения чего-то в магнитном поле... И ходили гордые собой и чужими деньгами... Пока не увидели самодельную аналогичную установку... В этой самой суперсовременной установке здоровущий блок питания магнита.
Там, наверное, все то о чем Вы (автор темы) мечтаете и сделано - ШИМ, супер-пупер стабилизация, защиты, компьютерное управление, программирование и др навороты. И водяное охлаждение со всемы вытекающими оттуда рисками вытекания... Все бы хорошо, да только одно НО.
Для набора-сброса поля требуется в этой суперпуперсовременной установке в десятки раз больше времени, чем в самодельной. Соответственно, и время измерений во столько же раз...
А в самодельной - магнит запитывается от генератора с независимым возбуждением, которое было разработано и сделано еще при царе Горохе на лампах! И работает исправно с тех самых пор. В две смены...
Вот вам и прогресс....

Согласен с Tanya, при таких дискретах в десятки мкА лучше применять аналоговые блоки питания, с линейным регулированием. Конечно сам магнит с индуктивностью в единицы Генри хорошо отфильтрует помехи с частотами выше десятка-двух Гц, но с ШИМ-ом сложно получить ДД в 5А/50мкА...

Рассеять 100Вт на регулирующем транзисторе не вызывает особых проблем - радиатор и вентилятор от процесстора.

Плавный выход на режим, плавное выключение необходимы, но диод ампер на 50 и последовательно небольшой резистор параллельно обмотке не помешают.

Господа, и милая дама!

Все несколько менее печально, чем предполагалось (присутвуют некоторые разлиция с тех. описанием прибора и реальностью, несколько снижающие требования). Купил мультиметр с измерением индуктивности и к тому же на выходных провел серию тестовых испытаний. Оказалось:

Обмотки магнита соединены последовательно.
Сопротивление первой до нагрева током R1=3Ом, второй R2=3Ом. Общее соответсвенно Ro=6Ом.
Сопротивление после окончания работы Ro примерно 8Ом
Индуктивность L1=83,5мГн, L2=84,3мГн
Минимальное напряжение Umin=5В
Максимальное напряжение Umax=31В
Максимальный ток по закону Ома 5А.
При 100M/e изменение на 1М/e вызывется изменением напряжения на 0.05В или по току примерно 8мА.
При 500M/e изменение на 1М/e вызывется изменением напряжения на 0.025В или по току примерно 4мА.

Соответсвенно по новым данным разведки 1мА - это то что надо на певое время пока я не получу знаний, чтобы сделать лучше и точнее. И, конечно, хотелось бы делать с прицелом на улучшение свойств прибора.

Поэтому по многочисленным советам выбор падает на аналоговый блок с линейным регулированием с предварительным понижением напряжения на биполярном транзисторе с помошью ШИМ.

А ухватился я за ШИМ потому, что мне на первый взгляд контроллеры ШИМ и MOSFET транзисторы кажутся попроще в использовании, чем биполярные. И я пока очень плохо в аналоговой технике разбираюсь - на это ведь не один год нужен - думаю даже десяток.

И еще нашел вот в сети такую упрощенную схему

http://www.inp.nsk.su/~kozak/papers/2007_014.pdf






В качестве ЦАП используется 20-битный dac1220, а АЦП 24-битный ads1210. Насколько это применимо в моих условиях? И улучшения характеристик можно достич только аналоговым блоком питания с линейным регулированием?




Вопрос очень любопытный. Если пульсация тока будет в 20мА - соответсвенно будет и пропорциональная пульсация напряженности магнитного поля. А вот если будет пульсация напряжения в 50мВ - то ток по идее должен пульсировать меньшепри возрастании частоты пульсации.

Вопрос в том - как оценить перепады, которые могут быть. Что мне почитать?



А наводки на что могут быть?



Видимо так и буду делать.




Спасибо большое, за то что выложили. Попробую разобраться - другого выхода нет. Но с первого взгляда понял, что ничего не понимаю...



Поскольку мне нужно все-таки 30В - можно ведь и без полумоста обойтись?




Начал читать книжку Семенова - Силовая эленктроника от простого к сложному. Я так понял по Вашей схем, что ключ - это транзистор Q1 IRF5110. Его затвором управляют 2 биполярных транзистора. Но как я понял из книжки - полевые транзисторы предназначены для работы в режиме переключения. И не совсем понятно зачем там второй полевой транзистор IRL530. Чувствую себя жутким ламером.



Допустим потенциометром?





Уже посмотрел. Попробую собрать и разобраться.




А как сделать, чтобы не греть?



Да вроде попроще казалось. Ведь аналоговые блоки питания - это вещь непростая.



В целом согласен. Просто все кричат о новой элементной базе - и что все можно делать левой ногой и все будет хорошо. А я как новичок и верю.




Т.е. попробовать схему без понижения питания на регулирующем транзисторе с помошью ШИМ до минимально необходимой величины?




Учту!

Хотя 1 мА я, конечно, погорячился - а так бы хотелось Ж). Ведь пик должен иметь определенную ширину. Поэтому, я думаю, необходимо разрешение в 100 мкА для более менее комфортной работы. Но начать может действительно стоит с 1мА.

Вам еще неплохо было бы узнать спектральную ширину щели. И от нее плясать дальше.
И все это (конструкция) зависит от задачи.
Мне кажется, что Вы не видите основной проблемы, которую Вам предстоит решить - система управления.
Вот в приведенной Вами ссылке об этом говорится намного больше (хотя и вскользь...), чем о КПД. Им там нужно много таких систем, поэтому их волнует КПД не в последнюю очередь. А для Вас, кажется, КПД на последнем месте... А ШИМ при не очень грамотном (и при грамотном тоже) исполнении создаст Вам помехи по земле и эфиру....
Непонятно, зачем Вам АЦП... Только для контроля, или Вы собираетесь его включить в цепь регулировки?
Есть ли у Вас достойный шунт?
Мне видится система регулирования примерно такая (двухконтурная). Быстрая обратная связь по напряжению и медленная по току, которая будет задатчиком для первой. Она будет компенсировать нагрев обмоток и осуществлять медленную развертку. Это грубо так... на пальцах...
По поводу сброса поля, если это нужно... Первый вариант - обмотка закорачивается, поле сбрасывается медленно, вся энергия рассеивается в ней. Второй - источник обратного тока (и напряжения...) - поле сбрасывается быстро, энергия рассеивается преимущественно в источнике.
В качестве защиты и/или системы сброса лучше (можно) использовать не диод, а искусственный мощный стабилитрон. Диод будет съедать отрицательное напряжение слишком рано...

Чуток по своей схеме.
Силовая часть схемы питается от +40в. Следовательно если ваша будет питаться от такого же напряжения или немного больше-меньше, то рационально использовать чопперное понижение (Q1, D4, L2, C3..C5). Транзистор Q1 - работает в ключевом режиме, т.к. им управляет компаратор LM393 через драйвер на Q2, Q3. Т.е. либо открыт, либо закрыт. Если вы планируете питать всю схему от ~220в, то чоппер на 5А - будет очень не рационально. Тут нужен мост или полумост.
Линейная регулировка осуществляется транзистором Q4. Преимущество этой схемы от которой вам предлагают - это высокий КПД и малое рассеивание мощности на регулирующем транзисторе (тут Q4).
Но если действительно не было опыта работы с ИБП, то наверное лучше использовать вариант который вам тут предлагают - линейный стабилизатор тока.

Соглашусь с tntsasha и Tanya. И добавлю.: истина по середине.
Для обеспечения пристойного КПД (что не главное, главное - стабильный температурный режим, который ухудшается с уменьшением КПД) следует применить любой ШИМ источник напряжения. А для обеспечения минимума пульсаций - параметрический (линейный) регулятор, как вторая ступень.
На выходе ШИМ - напряжение ~ на 5-7 вольт больше, чем нужно на выходе устройства в целом. Эти 5-7 вольт нужны для обеспечения комфортной работы линейника.
В первом плече - MOFSET, управляемый камнем (168 Мега - явный перебор, вполне хватит и 8-ки), с частотой преобразования 20-100 кГц (как пойдет), затем хороший LC фильтр, и с него уже на параметрику. Контроль тока - шунтом в цепи электромагнита.
Алгоритм примерно такой:
1) Задаем ток в цепи магнита (наборной панелью, кнопиками с ЖК-дисплеем, не важно...).
2) В зависимости от требуемого тока выставляем ШИМ (вполне хватит 8-10-разрядного, стандартного ШИМа на любом таймере любой Меги, главное, обеспечить на выходе ШИМа напругу не 5-7 вольт больше, чем требуется на выходе) и опорное в управляющей цепи параметрики (здесь потребуется ЦАП, не менее, чем 12 разрядов, какой, с ходу не подскажу, не спец, но для разрешения порядка 10-50 мВ, при 50 вольтовом диапазоне выходных напряжений не менее того).
3) Штатным АЦП Меги измеряем напругу на токовом шунте (не исключено, что потребуется усилиться, при этом использовать внутренний операционник-компаратор камня не рекомендую). По его данным корректируем параметры ШИМ и опорного ЦАП, придерживаясь требуемой разницы напряжений на выходе первой и второй ступени источника.
4) При необходимости, включаем собственные мозги и пишем ветку кода, управляющую скоростью нарастания/снижения напряжения в рабочей цепи.

Задача не тривиальная, но вполне решаемая. На таком принципе лет 10 назад делал лабораторный ИП с очень низкими пульсациями на выходе. Правда, там задача стояла немного другая - требовалось задавать на выходе и напряжение, и ток. В диапазоне 0-3 А (дискрет 10 мА) и 0-30 В (дискрет 10 мВ).
Значения ШИМ и ЦАП прошивались в РФ-ку, но это значения не имеет.
Пульсации на выходе были менее 100 мкВ, и 100 мкА. И это не предел...