Инвертирующий усилитель "треугольника" на 150кГц, Выбор ОУ... Опции

[Konrad]

Коллеги, просвятите пожалуйста...

Делаю ШИМ-контроллер. Традиционная аналоговая реализация ШИМа для полного моста предусматривает наличие двух сигналов: пила(треугольник) и инверсная пила. Предполагаю задать частоту ШИМа (в т.ч. пилы) = 150кГц.

Генератор треугольника собираюсь сделать на двух компараторах, rs-триггере и двух переключаемых источниках тока.
А вот с инвертирующим усилителем (К=1) непонятности... Какой выбрать ОУ? Чтобы с одной стороны не было искажения формы треугольника (у треугольника богатый спектр) из-за медлительности ОУ и недостаточности ширины полосы пропускания, а с другой чтоб без возбуждения и прочих неприятностей к которым склонны быстрые ОУ??? Одним словом, нужен ОУ не требующий скрупулёзного изучения даташита на предмет поиска подводных камней... Такой чтоб резисторы по 10кОм в цепь ОС и вперёд)))

Сообщение отредактировал Konrad - Jul 8 2010, 19:28

[Herz]

А почему одной пилой нельзя обойтись?

[Microwatt]

Коллеги, просвятите пожалуйста...

Делаю ШИМ-контроллер. Традиционная аналоговая реализация ШИМа для полного моста предусматривает наличие двух сигналов: пила(треугольник) и инверсная пила.

1. Первое впечатление не всегда становится традицией.
ОДНА пила и ОДИН компаратор. По фазам - цифровой логикой разделяют. Иначе, от разбега параметров компараторов и разной кривости пил будет асимметрия в плечах.
2. А чего на подвиги потянуло? Курсовик? Так и 2И-НЕ можно на ОУ тачать или МК.
Есть же готовые ШИМ. Вполне приличного качества, рубь ведро, та же старушка 494. У нее нет хороших выходных каскадов, ну так Вы же их все равно делать будете?

[Konrad]

1. Первое впечатление не всегда становится традицией.
ОДНА пила и ОДИН компаратор. По фазам - цифровой логикой разделяют. Иначе, от разбега параметров компараторов и разной кривости пил будет асимметрия в плечах.
2. А чего на подвиги потянуло? Курсовик? Так и 2И-НЕ можно на ОУ тачать или МК.
Есть же готовые ШИМ. Вполне приличного качества, рубь ведро, та же старушка 494. У нее нет хороших выходных каскадов, ну так Вы же их все равно делать будете?

Нет, не курсовик. Управление приводом по такой схеме

[dimka76]

Генератор треугольника собираюсь сделать на двух компараторах, rs-триггере и двух переключаемых источниках тока.

Зачем так сложно то ?

Генератор пилы можно построить на ОДНОМ компараторе и ОДНОМ ОУ.

Для ваше частота подойдет AD8051. Там два их в корпусе. Ну и микросхему компаратора можно выбрать два в корпусе. Вот вам и всего две микросхемы на два канала.

[Herz]

Управление приводом по такой схеме...

Эта схема, ИМХО, хороша лишь для теоретического изучения. На практике же проинветрировать цифровой сигнал для управления противофазными плечами и проще, и эффективнее.

[Konrad]

Зачем так сложно то ?

Генератор пилы можно построить на ОДНОМ компараторе и ОДНОМ ОУ.

Для ваше частота подойдет AD8051. Там два их в корпусе. Ну и микросхему компаратора можно выбрать два в корпусе. Вот вам и всего две микросхемы на два канала.

Приведённая Вами схема мне знакома, но у неё на мой взгляд есть недостатки:

Я сильно не уверен, что данная схема в том виде как она нарисована (с одним источником питания) будет работать. Объясню свои сомнения.
Предположим, что:
R1=R2,
компаратор имеет выходные уровни (с потолка) 0,11В и 4,92В
операционный усилитель на выходе может давать напряжение от 0,10В до 4,90В;
Таким образом, при лог. единице на выходе компаратора 4,92В, а напряжение на выходе ОУ не опустится ниже 0,1В, т.е. на 5ой ноге компаратора напряжение опускаясь от 4,92В НЕ ОПУСТИТСЯ НИЖЕ (4,92-0,1)/2+0,1=2,51 В,
а при лог. нуле на выходе компаратора 0,11В, напряжение на выходе ОУ не превысит 4,9В т.е. на 5ой ноге компаратора напряжение нарастая от 0,11В НЕ ПРЕВЫСИТ (4,9-0,11)/2+0,11=2,505 В.
Между двумя этими значениями 2,51В и 2,505В образуется мертвая зона, что означает, что при заданных выходных напряжениях схема работать не будет.

Далее предположим, что ОУ запитан +/-15В, это снимает указанную проблему, но…
Предположим, что на 6 ноге компаратора задано напряжение 2,5В. При лог. единице на выходе компаратора (4,92В) напряжение на выходе ОУ в момент переключения составит 2,5-(4,92-2,5)= 0,08В, а при нуле на выходе компаратора (0,11В), напряжение на выходе ОУ в момент переключения составит 2,5+(2,5-0,11)=4,89В. Среднее этих двух значений равно (0,08+4,89)/2 = 2,485В. Т.е. пороги переключения расположены несимметрично относительно напряжения на 6ой ноге компаратора, а мне нужна не просто прецизионная пила, но и её инверсия, а при таком раскладе требуется подстройка инвертора под среднее двух порогов. Величина порогов и их среднее зависят от выходных уровней компаратора и от напряжения опоры. Выходные уровни компаратора напрямую зависят от напряжения питания – значит нужно питать компаратор очень хорошим питанием и получается тогда, что не всё так просто...

[Konrad]

Как вариант частичного решения проблемы симметрирования выхода компаратора - на выход через резистор вешают связку встречно включенных стабилитронов напряжение с неё подают на интегратор, а вторым концом связывают со средней точкой...
Но на мой взгляд даже такая схема не отличается высокой точностью - стабилитрон не особо прецизионная вещь, а последовательный диод (второй прямовключённый стабилитрон) ещё более ухудшает точность симметрирования.

[Microwatt]

Как вариант частичного решения проблемы симметрирования выхода компаратора

Чем решать проблемы, нужно посмотреть: не проще ли их вообще не создавать?
Какой смысл размышлять над симметрированием точных пил и компараторов, если все можно следать на одной кривой пиле и одном дрейфующем компараторе?
В правильно спроектированной системе нужен единственный точный эталон. Все остальное - дрейфы, смещения, разброс номиналов - должно выбираться петлей ОС.

[Konrad]

Чем решать проблемы, нужно посмотреть: не проще ли их вообще не создавать?
Какой смысл размышлять над симметрированием точных пил и компараторов, если все можно следать на одной кривой пиле и одном дрейфующем компараторе?
В правильно спроектированной системе нужен единственный точный эталон. Все остальное - дрейфы, смещения, разброс номиналов - должно выбираться петлей ОС.

Я не совсем уверен что правильно понял, но если понял правильно, то Вы предлагаете с одной пилой получить один ШИМ-сигнал, который будет управлять одним плечом моста, а для управления вторым плечом использовать простую его инверсию...
Ну дак эта реализация предполагает что фаза подключена к источнику питания постоянно, при заполнении 50% половину периода полярность будет положительной, вторую половину отрицательной.
В моей схеме на двух пилах - два ШИМа. При нулевой ошибке пол периода открыты верхние ключи, затем пол периода нижние - фаза закорачивается ключами и тем самым обеспечивается медленный спад тока и его низкие пульсации...

И я понимаю, что погрешности и разбросы можно выбрать петлёй ОС, но полагаю, что и схемотехнические приёмы тоже следует использовать...

Сообщение отредактировал Konrad - Jul 9 2010, 18:50

[Microwatt]

Вторую фазу получают не инверсией. а коммутацией чет-нечет.
И не пилы, а уже готовых сигналов управления, на уровне 1 и 0. Заполнение там будет не 50%, а от нуля до 45-48% в каждом плече (это и есть классический ШИМ), совсем не то, что инверсия...
Когда все ключи выключены энергия рекуперируется в источник через шунтирующие диоды, а не сеется в короткозамкнутом контуре.

[Konrad]

Вторую фазу получают не инверсией. а коммутацией чет-нечет.
И не пилы, а уже готовых сигналов управления, на уровне 1 и 0. Заполнение там будет не 50%, а от нуля до 45-48% в каждом плече (это и есть классический ШИМ), совсем не то, что инверсия...

Не могли бы Вы дать ссылку на какой-нибудь документ иллюстрирующий написанное?

Когда все ключи выключены энергия рекуперируется в источник через шунтирующие диоды, а не сеется в короткозамкнутом контуре.

И что в этом хорошего? По-моему, медленный спад тока в замкнутом контуре при нулевой ошибке это очень хорошо и в том есть преимущество схемы взятой мной за основу...

[Herz]

Не могли бы Вы дать ссылку на какой-нибудь документ иллюстрирующий написанное?
И что в этом хорошего? По-моему, медленный спад тока в замкнутом контуре при нулевой ошибке это очень хорошо и в том есть преимущество схемы взятой мной за основу...

Почему бы Вам не поинтересоваться устройством распространённых ШИМ-контроллеров типа TL494 и SG3525, к примеру?
Для управления драйверами двигателей и вовсе могут все импульсные последовательности формироваться прямо в цифре, МК или ДСП.
О преимуществе взятой Вами за основу схемы не понял, чем это хорошо? Затухающими колебаниями в системе? К слову, в работе с шаговыми двигателями этого эффекта стараются всячески избежать...

[Microwatt]

Не могли бы Вы дать ссылку на какой-нибудь документ иллюстрирующий написанное?

Внутренности любого двухтактного контроллера - чем не документ?
Открывайте даташиты и изучайте.

[Konrad]

Почему бы Вам не поинтересоваться устройством распространённых ШИМ-контроллеров типа TL494 и SG3525, к примеру?

Изучил структуру TL494 и алгоритм формирования сигналов на выходах этой схемы...
Применительно к моей задаче управления током в нагрузке Н-моста (если данный контроллер позволяет им управлять) один момент не ясен... При макс. ошибке коэф. заполнения сигнала А -50%, сигнала B -0%. Т.е первый такт ток нарастает, второй - энергия через диоды благополучно рекуперирует в источник и ток опять становится равным нулю... И как же установить нужный ток?
Вообще-то, у того же Unitrode есть специализированные ШИМ-контроллеры заточенные под похожие на мою задачи, например, UC3637, ШИМ в нём формируется иначе...

О преимуществе взятой Вами за основу схемы не понял, чем это хорошо? Затухающими колебаниями в системе? К слову, в работе с шаговыми двигателями этого эффекта стараются всячески избежать...

Хорошо то что когда ошибки по току нет то спада тока медленный -низкие пульсации. Про колебания не понял... А блок схема которую я привёл это структура драйвера управления шаговыми двигателями L6258.

PS До меня неожиданно дошло, что проще инвертировать не пилу а сигнал ошибки, хе-хе))))

Сообщение отредактировал Konrad - Jul 11 2010, 20:35

[domowoj]

А кто вам запрещает применить L6258.
И, вообще, озвучили бы задачу вцелом.

[Konrad]

А кто вам запрещает применить L6258.
И, вообще, озвучили бы задачу вцелом.

Задача вцелом озвучена тут:
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=78234

L6258 не годится т.к. встроенный ЦАП имеет низкую разрядность.

Сообщение отредактировал Konrad - Jul 12 2010, 03:31

[korolkov24]

Задача вцелом озвучена тут:
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=78234

L6258 не годится т.к. встроенный ЦАП имеет низкую разрядность.

А усилитель класса D не подойдёт?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Konrad]

А усилитель класса D не подойдёт?

Может быть и подойдёт, надо вникать... но, схема почти готова и уже началась разводка платы, так что поздно менять концепцию.

Кстати, на приведённой схеме в параллель затворным резисторам включены диоды, для чего они?

Сообщение отредактировал Konrad - Jul 22 2010, 17:54

[korolkov24]

Кстати, на приведённой схеме в параллель затворным резисторам включены диоды, для чего они?

Это своего рода автоматический DT, то есть, если сделать фиксированный DT (паузу), то при максимальной скважности появятся сквозные токи, из-за зависимости ёмкостей транзистора от напряжения, а также из-за боди-диода, который начнёт работать при максимальной скважности.
Есть специальные транзисторы, которым не нужны такие цепочки.

[Guest_orthodox_*]

Это своего рода автоматический DT, то есть, если сделать фиксированный DT (паузу), то при максимальной скважности появятся сквозные токи, из-за зависимости ёмкостей транзистора от напряжения, а также из-за боди-диода, который начнёт работать при максимальной скважности.
Есть специальные транзисторы, которым не нужны такие цепочки.

Нельзя ли подробнее про "автоматический DT" ?
И почему боди-диод именно при максимальной скважности начнет работать?
Разве там прерывистй режим тока в дросселе?
Да, кстати , отчего не применяют шунтирование боди-диодов диодами Шоттки? Из экономии?
Или считают боди-диод в низковольтных CMOS достаточно быстрым?

[korolkov24]

Нельзя ли подробнее про "автоматический DT" ?
И почему боди-диод именно при максимальной скважности начнет работать?
Разве там прерывистй режим тока в дросселе?
Да, кстати , отчего не применяют шунтирование боди-диодов диодами Шоттки? Из экономии?
Или считают боди-диод в низковольтных CMOS достаточно быстрым?

Вкратце.
Схема простейшего усилителя класса D.
Рис 1.

Как мы знаем, канал полевого транзистора имеет двустороннюю проводимость.
Когда закрывается канал верхнего транзистора, открывается канал нижнего, и ток дросселя идёт не через боди диод нижнего, а через его открытый канал. Рис 2, 3, но из Рис 3 видно, что при максимальной скважности начинают появляться токи и в диоде.

В паузах между переключениями, когда ток не может идти через встречный канал, появляются токи диода Рис 4.
Токи не продолжительны по времени, но всё-же не желательны.
Точно определить и сформировать DT возможно, но не просто, по этому, для простоты воспользуемся эффектом Миллера.

Как мы видим, напряжение на затворах Рис 5, имеет высокую скорость нарастания в зоне когда напряжение канала неизменно, затем начинает действовать эффект Миллера, и скорость нарастания напряжения на затворе ограничивается, то есть, в точке когда могут появиться сквозные токи, мягкая характеристика переключения, и даже если DT мал, то сквозные токи будут не так выражены, как при жёстком управлении затвором.

Есть конечно более продвинутые схемы управления ключами в усилителях класса D, но здесь это не нужно.
Из наиболее простых Рис 6, запараллеливание диодов Рис 7, 8, оба способа применяются в промышленных изделиях.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Guest_orthodox_*]

Точно определить и сформировать DT возможно, но не просто, по этому, для простоты воспользуемся эффектом Миллера.

Как мы видим, напряжение на затворах Рис 5, имеет высокую скорость нарастания в зоне когда напряжение канала неизменно, затем начинает действовать эффект Миллера, и скорость нарастания напряжения на затворе ограничивается, то есть, в точке когда могут появиться сквозные токи, мягкая характеристика переключения, и даже если DT мал, то сквозные токи будут не так выражены, как при жёстком управлении затвором.

Фигасе, как у Вас , усилительщиков, все запущено....
Я бы не рискнул на таких тонких эффектах работать.
Хотя вон в аппнотесе от IR пишут, что иного способа получить низкие гармоники нету...
Кроме как сводить DT к минимально возможному.
Но на грани сквозных токов работать - все равно мне не нравится, если на искажения влияют именно открытые бодидиоды -
то есть и другие способы этого избежать. Сомневаюсь, что виновато само DT, как таковое.
В маломощных усилителях, до 300W @ 4 Ohm - можно, наверное, и шоттки использовать для шунтирования...

[korolkov24]

если на искажения влияют именно открытые бодидиоды -
то есть и другие способы этого избежать.

Диоды не особо влияют.

Сомневаюсь, что виновато само DT, как таковое.

Именно он, собака.
Причём, возникающие искажения, похожи на искажения усилителя класса В, ступеньку.

[Guest_orthodox_*]

Диоды не особо влияют.

Именно он, собака.
Причём, возникающие искажения, похожи на искажения усилителя класса В, ступеньку.

а что, пробовали быстрые диоды и не помогло?
При наличии циркулирующего приличного тока в фильтре не должно быть там ступеньки.
Если ток прерывистый - тогда да, возможно.