Электромеханический стабилизатор напряжения, Доработка схемы стандартного стабилизатора Опции

[Smersh1]

Есть электромеханический стабилизатор напряжения - автотрансфоматор со щеткой и моторчиком (12 вольтовый) и вольтдобавочный трансформатор, примерно такой:
http://www.elektromarket.ru/ru/3/108288534.../1090574216.php
Хочу сделать, чтобы данным стабилизатором можно было поддерживать установленное напряжение (диапазон от 160 до 260 Вольт). Проблема возникла из-за платы управления - никак не удается адаптировать стандартную плату под задачу - чувствительность низкая и горят транзисторы N-моста. Решил сделать свою плату и пристроить к стабилизатору.
От стабилизатора к плате поступает переменное напряжение примерно 19 Вольт (при выходном напряжении 230 Вольт), это напряжение должно питать плату и одновременно являться опорным напряжением. Для управления щеткой, как я уже говорил выше, используется 12 вольтовый моторчик.
Я разработал и смоделировал схему в Multisim - вроде как все работает, но аналоговая схемотехника не мой конек, поэтому прошу коллег посмотреть схему и высказать пожелания или критику.
Комментарии по схеме. Сначала расположен имитатор входного сигнала - источник напряжения через делитель (не знаю как по другому сделать регулируемый источник в MultiSim), напряжение после трансформатора спрямляется и поступает на КРЕНку, а также через делитель на активный выпрямитель (чтобы пошустрее реагировал на скачки напряжения), с активного выпрямителя измеренное значение поступает на вычитатель напряжения, где происходит сравнение измеренного значения с опорными напряжениями (напряжения сделано два - чтобы получить небольшую "мертвую зону"), измеренное значение усиливается и поступает на N-мост, который и управляет мотором (на модели вместо мотора стоит обычный резистор).
Схему в pdf и Multisim прикладываю.

Прикрепленные файлы

 ___________.zip ( 498.67 килобайт ) Кол-во скачиваний: 8
 _____.pdf ( 99.46 килобайт ) Кол-во скачиваний: 115

 

[Guest_TSerg_*]

Какой-то монстр у Вас..

[Smersh1]

Вы имеете ввиду размер схемы или по вашему я слишком все усложнил?
Насчет размера да - схема разрасталась, по мере тестирования. Если заработает я ее перечерчу как положено.

[Guest_TSerg_*]

Именно так - Вы сильно все усложнили.

[Smersh1]

И что можно упростить?

[Guest_TSerg_*]

Почему бы и нет?

Например, такой вариант, который можно упростить или усложнить, если уточнить параметры:

[Smersh1]

Схема довольно интересная - о таком способе использования TL431 я не знал. Поясните - Umax и Umin это что? Вы таким образом реализовали мертвую зону?
Но эта схема выполняет сравнение с опорным напряжением, но его еще предварительно нужно выпрямить и отфильтровать. С активным выпрямителем в моей схеме все корректно?

Сообщение отредактировал Smersh1 - Feb 19 2014, 04:21

[Guest_TSerg_*]

Схема довольно интересная - о таком способе использования TL431 я не знал. Поясните - Umax и Umin это что? Вы таким образом реализовали мертвую зону?
Но эта схема выполняет сравнение с опорным напряжением, но его еще предварительно нужно выпрямить и отфильтровать. С активным выпрямителем в моей схеме все корректно?

Напряжение включения ТЛ-ки ( Uref = 2.5 или 1.25 В ) в зависимости от модели.
Usens = Umin = Uref*(R1min + R2min)/R2min
Usens = Umax = Uref*(R1max + R2max)/R2max

Если Usens < (Umin = 10), то X1 и X2 выключены, Q3 включен, Q4 выключен и ток протекает через Q1 и Q6 и ДПТ.
Если Umin <= Usens < Umax, то X1 включена, X2 выключена и выключены все транзисторы, ток не протекает через ДПТ.
Ну и когда Usens >= Umax, то включается X2, выключается Q7, включается Q4 и ток протекает через Q2, Q5 и ДПТ.

Моторчик желательно использовать с редуктором, для уменьшения вероятности застревания в зоне переключения, можно навесить
на ось движка некоторую инерционную массу или использовать задержку в Usens, которая естественным образом возникает при выпрямлении.

Не нужен никакой активный выпрямитель, вполне достаточно обычного моста и конденсатора.

Не забываем про 4 защитных диода для силовых транзисторов или 2 стабилитрона на > 12 В ( на схеме не показаны ).
Также целесообразно параллельное демпфирование якорной цепи цепочкой C и R ( зависит от параметров двигателя ).

[Smersh1]

Напряжение включения ТЛ-ки ( Uref = 2.5 или 1.25 В ) в зависимости от модели.
Usens = Umin = Uref*(R1min + R2min)/R2min
Usens = Umax = Uref*(R1max + R2max)/R2max

Если Usens < (Umin = 10), то X1 и X2 выключены, Q3 включен, Q4 выключен и ток протекает через Q1 и Q6 и ДПТ.
Если Umin <= Usens < Umax, то X1 включена, X2 выключена и выключены все транзисторы, ток не протекает через ДПТ.
Ну и когда Usens >= Umax, то включается X2, выключается Q7, включается Q4 и ток протекает через Q2, Q5 и ДПТ.

В схеме я разобрался и промоделировал - вроде все работает.

Моторчик желательно использовать с редуктором, для уменьшения вероятности застревания в зоне переключения, можно навесить на ось движка некоторую инерционную массу или использовать задержку в Usens, которая естественным образом возникает при выпрямлении.

Редуктор на моторе есть - заложено в конструкции стабилизатора.

Не нужен никакой активный выпрямитель, вполне достаточно обычного моста и конденсатора.

Боюсь без активного выпрямителя никак - с обычным мостом не получится добиться хорошей фильтрации, кроме того нужно еще сделать регулируемый делитель напряжения - а значит нужен повторитель на операционнике.

[Guest_TSerg_*]

Ну это дело хозяйское.
По мне, так не нужен выпрямитель на ОУ.
Vsens не силовое напряжение, RC-цепочка с нужными параметрами и все.
Если все же нужно еще и силовое, то диодом отделить измерительное от силового и поставить нужную RC.

[Tanya]

Боюсь без активного выпрямителя никак - с обычным мостом не получится добиться хорошей фильтрации, кроме того нужно еще сделать регулируемый делитель напряжения - а значит нужен повторитель на операционнике.

Не нужно, я думаю. Даже лучше добавить схему вычитания константы из выпрямленного - стабилитрон. Вам же не от нуля нужно выходное напряжение.

[Smersh1]

Если Usens < (Umin = 10), то X1 и X2 выключены, Q3 включен, Q4 выключен и ток протекает через Q1 и Q6 и ДПТ.
Если Umin <= Usens < Umax, то X1 включена, X2 выключена и выключены все транзисторы, ток не протекает через ДПТ.
Ну и когда Usens >= Umax, то включается X2, выключается Q7, включается Q4 и ток протекает через Q2, Q5 и ДПТ.

Есть правда один минус у вашей схемы.
У вас напряжение верхней и нижней мертвой зоны задаются отдельными резисторами. У меня мертвая зона составляет примерно 30-50 мВ, то есть получается резисторы R1 max и R1 min будут отличаться всего несколько десятков Ом. Если резисторы подобрать не точно, то может получится что включаться оба плеча N-моста и транзисторы выгорят.

Даже лучше добавить схему вычитания константы из выпрямленного - стабилитрон. Вам же не от нуля нужно выходное напряжение.

Можно пример такой схемы?

Сообщение отредактировал Smersh1 - Feb 19 2014, 07:19

[Guest_TSerg_*]

>У меня мертвая зона составляет примерно 30-50 мВ,
Что-то Вы не так сделали. Для моторчика это совершенно лишнее

>У вас напряжение верхней и нижней мертвой зоны задаются отдельными резисторами.
Ничто не мешает сделать одну цепь из трех резисторов (раздельные я сделал для наглядности).

Схема со стабилитроном вроде очевидна:

[Tanya]

Для моторчика это совершенно лишнее

И не только для моторчика, но и для скользящего контакта, дергающегося туда-сюда попусту.

[Smersh1]

Что-то Вы не так сделали. Для моторчика это совершенно лишнее

Это не для моторчика. Это мертвая зона входного сигнала. Чтобы колебания менее 1 вольта питающей сети не заставляли вращаться мотор.

Ничто не мешает сделать одну цепь из трех резисторов (раздельные я сделал для наглядности).

А третий куда? От делителя Umax на вход Ref TL431?

[Guest_TSerg_*]

Вы хотите контролировать и удерживать сетевое в пределах +/- 1 В на автотрансформаторе и моторчике?
Круто

Схемы двух независимых задатчиков уровней объединяем в одну из трех резисторов - вроде же очевидно, как.

[Smersh1]

Вы хотите контролировать и удерживать сетевое в пределах +/- 1 В на автотрансформаторе и моторчике?

Да, на выходе из стабилизатора +/- один вольт. Если напряжение изменяется моторчик смещает щетку и напряжение выравнивается.
В стабилизаторах другой марки мне удалось адаптировать стандартную схему под данную задачу - работает хорошо уже несколько лет.

Схемы двух независимых задатчиков уровней объединяем в одну из трех резисторов - вроде же очевидно, как.

Пока не догоняю.

Сообщение отредактировал Smersh1 - Feb 19 2014, 07:54

[Tanya]

Да, на выходе из стабилизатора +/- один вольт.

А смысл?

Пока не догоняю.

Цепочка из трех резисторов. Сигналы берутся с двух концов среднего.

[Smersh1]

А смысл?

Смысл держать +/- 1 вольт? Задача требует такой точности.

[Tanya]

Задача требует такой точности.

А можно подробнее?

[Smersh1]

Для тестирования продукции нужно выдавать определенное напряжение (задаваемое лаборантом) и держать его в пределах одного вольта.

[Tanya]

Для тестирования продукции нужно выдавать определенное напряжение (задаваемое лаборантом) и держать его в пределах одного вольта.

Ну не знаю точно, но внутренне убеждена, что синусоида в розетке плохая (может быть). 1 вольт - пара десятых процента.
Моторчик не успеет. И каждый отдельный полупериод тоже может быть кривым. Но если нравится самообман...

[Smersh1]

Конечно каждую синусоиду не нужно подгонять под заданное напряжение, но напряжение в сети имеет тенденцию подниматься и проседать, и вот эти изменения и должен устранять стабилизатор.
На кратковременные всплески можно не реагировать - поэтому и нужна фильтрация после выпрямителя.

[_Vova]

используйте УНЧ (можно класса D) и трансформатор

[Guest_TSerg_*]

Для тестирования продукции нужно выдавать определенное напряжение (задаваемое лаборантом) и держать его в пределах одного вольта.

Неверные предпосылки приводят к неверным решениям.

[Smersh1]

Поясните что вы имеете ввиду.

[Guest_TSerg_*]

Это примерно из серии, что можно бриться топором, чинить обувь кувалдой и пилить бревна ложкой.
Впрочем, это мое мнение, а кому-то может действительно удобно или деваться некуда.

P.S.
Если бы Вы самого начала пояснили, что желаете столь точной регулировки (0.4%) столь несоответствующими методами, я бы просто не стал терять время.

[Smersh1]

Я уже сказал - у меня есть несколько стабилизаторов адаптированных под данную задачу. И они действительно держат напряжение с такой точностью (контролируются поверяемыми вольтметрами с классом точности 0,5), если питающее напряжение поднимается или проседает - выходное стабилизируется.
Схема работоспособна, апробирована и используется уже несколько лет.
Просто несколько стабилизаторов другой марки, у которых схема отличается и их адаптировать не удалось. Поэтому и решил сделать свою плату.
Схему промоделировал, на следующей неделе начнем собирать и пробовать. Поэтому, будем надеяться, что время вы потеряли не зря.
Всем спасибо.

Сообщение отредактировал Smersh1 - Feb 19 2014, 11:59

[Guest_TSerg_*]

Ok.
Однако надо иметь в виду, что заявленные Вами точности находятся на грани или даже за гранью параметров TL431.
Температурный шифт +/- 50 mV и до 40 mV зависимость Uref от катодного напряжения.
Разумным шагом для выше-созданной с схемы, были бы сдвиг и масштабирование (усиление) входного сигнала, чтобы TL выполняли сравнение на большем сигнале.

[Tanya]

Схему промоделировал, на следующей неделе начнем собирать и пробовать. Поэтому, будем надеяться, что время вы потеряли не зря.
Всем спасибо.

Если уж Вам так уж это нужно, то есть альтернативный вариант(ы). Учитывая то, что это у Вас стационарное контрольное устройство, то...
Вот, например, купить (можно б/у) "правильный" хороший измеритель среднеквадратичного напряжения хорошего класса...
Или специализированную микросхему и делать на ней самостоятельно.
Или (подвариант первого варианта) купить тестер, измеряющий то, что нужно. Если есть выход, то его прицепить к контроллеру или залезть внутрь и найти там аналоговый сигнал. Или цифровой.
P.S. Вот добавлю. Старый точный прибор HP3478A (для старых приборов можно найти полную схему) измеряет переменное напряжение только с точностью 0.5 процента. А постоянное в сто раз точнее. Это информация к размышления.

[Smersh1]

Ok.
Однако надо иметь в виду, что заявленные Вами точности находятся на грани или даже за гранью параметров TL431.
Температурный шифт +/- 50 mV и до 40 mV зависимость Uref от катодного напряжения.

Про это я тоже думал. Трансформатор конечно греется, но не так чтобы очень сильно. Напряжение на катод идет от кренки, поэтому сильно гулять не должно.

Разумным шагом для выше-созданной с схемы, были бы сдвиг и масштабирование (усиление) входного сигнала, чтобы TL выполняли сравнение на большем сигнале.

Я все таки оставил активный выпрямитель, поэтому могу усилить выходной сигнал например в 2 раза. Если текущая схема будет работать не стабильно - сделаю.

[Guest_TSerg_*]

Про это я тоже думал. Трансформатор конечно греется, но не так чтобы очень сильно. Напряжение на катод идет от кренки, поэтому сильно гулять не должно.

Я немного не об этом.
TL-ки работают в ключевом режиме, а это как раз и приводит к изменению внутреннего опорного Uref.

Кроме того, нарисованная для Вас схема изначально была рассчитана на относительно низкую точность, в ней нарушен основной метрологический принцип - использование единой централи меры, в данном случае - напряжения.
Другими словами, в данной схеме каждый канал сравнения работает по своим правилам и независимо от другого.
Для погрешности >2% это еще допустимо, для < 0.5% - чревато.

P.S.
Не забудьте еще про входные токи TL-ок ( до 10 мкА ), иначе уедет делитель.

[Smersh1]

Собрал схему, пока что не работает.
Проблема в том, что TL431 когда напряжение на Reference больше 2,5 Вольт, на катоде напряжение падает до 1.8 Вольта (на модели падает меньше 1 вольта). Получается что транзисторы Q3 и Q7 (по этой схеме) все время открыты.
Как лучше побороть? Диодами снижать напряжение на базах транзисторов?

[Guest_TSerg_*]

По типу, как D1.
Что-то большое напряжение падения в Ваших образцах. Обычно не более 2 В.

[Smersh1]

То есть лучше включать в цепь эммитера, а не базы?

Что-то большое напряжение падения в Ваших образцах. Обычно не более 2 В.

То есть если напряжение на катоде 12, то при включении упадет только до 10? Или вы имеете ввиду что-то другое.

Сообщение отредактировал Smersh1 - Feb 28 2014, 07:52

[Guest_TSerg_*]

Вполне сойдет и в базы, может даже лучше.
Д1 там и стоял для этого.

[Guest_TSerg_*]

То есть лучше включать в цепь эммитера, а не базы?

Лучше попробовать такую структуру управления:
(диод здесь для моделирования повышенного катодного напряжения при насыщении TL ~2 V)
При данном включении уже не важно сколько падает на TL в насыщенном состоянии.


P.S.
Впрочем, это все - садомазохизм

[Tanya]

Впрочем, это все - садомазохизм

А номиналы у Вас подозрительные.

[Guest_TSerg_*]

А это от балды

[Tanya]

А это от балды

Садизм Вашей балды по отношению к транзистору впечатляет.
Я бы ... по совету моей балды...в эмиттерную цепь резистор по(пере)местила - получился бы генератор тока.

[Guest_TSerg_*]

Более элегантное решение:
PDx и PTx - опторары.

Я бы ... по совету моей балды...в эмиттерную цепь резистор по(пере)местила - получился бы генератор тока.

Таня, что-то очень уж Вы впечатлительная
А, что - кому-то в этой схеме нужен генератор тока и зачем?

Коэффициент усиления TL431 составляет около 1000.
В схеме с p-n-p транзистором, что я привел, коэффициент усиления составляет почти на порядок больше.
Ниже, схема с "правильными" R, но без согласования с последущим каскадом она тоже абстрактна.
Впрочем, выше я привел более качественную схему и с меньшим числом элементов.


P.S.
В конце концов придем к чему-то такому:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv8835.pdf

[Меджикивис]

Читаю темку и дивлюсь.
Не, ну можно конечно так сделать...
А я бы взял МК с АЦП на борту - и всё, практически больше ничего не надо, только L298N для управления двигателем.