Преобразователь ШИМ --> напряжение 0...10В (3А) Опции

[Xuch]

Всем привет!

Потребовалось сделать источник напряжения 0-10В с нагрузочной способностью 3,0А управляемый от микроконтроллера. Решил использовать ШИМ с частотой 3кГц как управляющий сигнал. Поставил полевой транзистор и LC ФНЧ на выходе.

Подскажите, пожалуйста, такая схема работать будет? Или что-то неправильно?

Спасибо!

[Xuch]

Всем привет!

Потребовалось сделать источник напряжения 0-10В с нагрузочной способностью 3,0А управляемый от микроконтроллера. Решил использовать ШИМ с частотой 3кГц как управляющий сигнал. Поставил полевой транзистор и LC ФНЧ на выходе.

Подскажите, пожалуйста, такая схема работать будет? Или что-то неправильно?

Спасибо!

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Stanislav_S]

Промоделируйте в любом симуляторе и посмотрите что будет, вернее чего не будет Заодно подумаете как сделать правильно.

[Herz]

Подскажите, пожалуйста, такая схема работать будет? Или что-то неправильно?

Нет, не будет. Наводящие вопросы:
1. что нужно сделать, чтобы открыть/закрыть канал полевого транзистора?
2. если на выходе Вашей схемы будет 10В, сколько будет на истоке? А на затворе?
3. как выбирались параметры L и С для фильтрации ШИМа с частотой 3кГц?

Причина редактирования: Излишнее цитирование.

[Xuch]

L и C еще не рассчитывал. Думаю рассчитать их для частоты среза 2кГц

Промоделируйте в любом симуляторе и посмотрите что будет, вернее чего не будет Заодно подумаете как сделать правильно.

В том то и дело, что в симуляторе ничего не работает. Если бы работало, я бы не обращался за помощью...

[Stanislav_S]

В том то и дело, что в симуляторе ничего не работает. Если бы работало, я бы не обращался за помощью...

Ясно, надо сказать, схема у вас абсолютно неправильная, вернее неправелен сам подход к задаче. Для начала огласите что именно вы хотите получить на выходе, а именно:
- размах выходного напряжения
- максимальный ток нагрузки
- тип нагрузки
- время установления необходимрго выходного напряжения
- точность выходного напряжения, от полной шкалы хотя бы.
- температурный дрейф ( допустимый) выходного напряжения.

[rezident]

Xuch, вам для начала нужно почитать что-либо начального уровня о схемах включения транзисторов вообще и о схемах включения полевых транзисторов в частности. Затем почитать какую-нибудь теорию о функционировании DC/DC.
Первый нюанс по схеме включения, у вас N-канальный MOSFET включен по схеме с общим стоком. На истоке полевика в этом случае будет напряжение V_GS-V_GS(TH). V_GS для вашего случая 5В, V_GS(TH) для IRF620 2В...4В, т.е. на истоке MOSFET вы получите в лучшем случае 5В-2В=3В, но никак не 10В. Чтобы на истоке получить 10В, вы должны "питать" затвор от напряжения величиной, как минимум, 14В.

[Xuch]

А если вот так?

Ясно, надо сказать, схема у вас абсолютно неправильная, вернее неправелен сам подход к задаче. Для начала огласите что именно вы хотите получить на выходе, а именно:
- размах выходного напряжения
- максимальный ток нагрузки
- тип нагрузки
- время установления необходимрго выходного напряжения
- точность выходного напряжения, от полной шкалы хотя бы.
- температурный дрейф ( допустимый) выходного напряжения.

-Выходное напряжение должно регулироваться при помощи ШИМ в диапазоне от 0В до +10В
-Максимальный ток нагрузки: 3А
-Тип нагрузки: индуктивная (электродвигатель/электромеханическое реле)
-Точность установки выходного напряжения: 0,5В
-Температурный дрейф: +/-0,5В

Эскизы прикрепленных изображений

 

[tourist]

R2 подключите к GND.
Ну и параметры ФНЧ надо посчитать, для таких токов и частот прийдется приличную индуктивность ставить...

Блин... недосмотрел - правильно R2 включен!

Сообщение отредактировал tourist - Sep 28 2009, 12:48

[Stanislav_S]

-Выходное напряжение должно регулироваться при помощи ШИМ в диапазоне от 0В до +10В
-Максимальный ток нагрузки: 3А
-Тип нагрузки: индуктивная (электродвигатель/электромеханическое реле)
-Точность установки выходного напряжения: 0,5В
-Температурный дрейф: +/-0,5В

C какай целью вы будете подавть это напряжение на двигатель? И на реле? И что вы от них хотите получить?
Пока не будет выяснен этот вопрос пока советовать нечего.
ЗЫ Схема все равно никуда не годитсься

[Xuch]

Целью является создать универсальный выход (совмещающий в себе несколько функций) с регулируемым напряжением в диапазоне 0-10В для подключения следующих устройств:
1) электродвигатель с управляемой скоростью вращения
2) просто как логический выход 0/10В для включения/отключения электромеханического реле
3) управление диммируемой ЭПРА

Станислав, а чем так плоха схема и может Вы подскажете как сделать ее лучше?

R2 подключите к GND.
Ну и параметры ФНЧ надо посчитать, для таких токов и частот прийдется приличную индуктивность ставить...

Блин... недосмотрел - правильно R2 включен!

Хм.... а как зависит индуктивность от тока? Я так думал, что ограничение только по толщине провода, чтобы нормально пропустил 3 ампера?

[tourist]

Хм.... а как зависит индуктивность от тока? Я так думал, что ограничение только по толщине провода, чтобы нормально пропустил 3 ампера?

От частоты больше зависит конечно... это же вы написали

...Решил использовать ШИМ с частотой 3кГц как управляющий сигнал...

Ну а ток придется учитывать при расчете режима непрерывных токов...

[andron86]

Хм.... а как зависит индуктивность от тока? Я так думал, что ограничение только по толщине провода, чтобы нормально пропустил 3 ампера?

Вот тут можешь поиграться и посмотреть как параметры будут изменяться.

[Stanislav_S]

Целью является создать универсальный выход (совмещающий в себе несколько функций) с регулируемым напряжением в диапазоне 0-10В для подключения следующих устройств:

Ясно, тогда у вас собственно есть два пути:
- первый - "классичекий" - фильтр - буфер - усилитель мощности
- второй - регулируемый StepDown
В любом случае вам необходима - обратная связь по току и по напряжению и может быть по оборотам двигателя, поскольку вы собираетесь управлять двигателем, поэтому надо в корне пересмотреть вопрос построения схемы

Причина редактирования: Излишнее цитирование.

[_Pasha]

Возьмите p-канальный транзистор - проблем станет меньше . Диод шоттки в точку подключения транзюка и дросселя, анодом в землю - обязательно. Почитайте доку на MC34063 -многое поймете сразу.

[Herz]

А если вот так?

Ну вот, уже лучше. Если Вас устраивают раздельные земли для источника и нагрузки, осталось только над параметрами фильтра поработать. Для этого надо знать минимальное/максимальное заполнение ШИМ и ... нагрузку. Если её сопротивление меняется в широких пределах, то как Вы будете знать истинные значения тока и напряжения?

[Xuch]

Если Вас устраивают раздельные земли для источника и нагрузки, осталось только над параметрами фильтра поработать.

Раздельные земли вполне устраивают. А нагрузка варьируется от 10мА до 3А.... Это проблема..

В любом случае вам необходима - обратная связь по току и по напряжению и может быть по оборотам двигателя, поскольку вы собираетесь управлять двигателем, поэтому надо в корне пересмотреть вопрос построения схемы

А зачем мне собственно ОС по току и напряжению? По оборотам точно не нужно - мне управление нужно очень приблизительное - просто требуется иметь возможность регулировать поток воздуха мощного вентилятора, а точность роли не играет. И, по существу, я из вашего ответа так и не понял, чем схема по моему 2 варианту так плоха.

Мне точность выставления напряжения не нужна, мне достаточно чтобы напряжение не опускалось ниже 0В и не было выше 10В и плавно изменялось от 0 до 10В. Поэтому не вижу смысла городить ОС и добиваться высокой точности. Или я что-то упустил из виду?

Причина редактирования: Излишнее цитирование.

[Stanislav_S]

Мне точность выставления напряжения не нужна, мне достаточно чтобы напряжение не опускалось ниже 0В и не было выше 10В и плавно изменялось от 0 до 10В. Поэтому не вижу смысла городить ОС и добиваться высокой точности. Или я что-то упустил из виду?

Понятно, если у вас такие требования, то конечно первый вариант конечно делать не стоит. Тогда ваш вариант годится. хотя конечно плавающиюю землю я бы не стал делать, а сделал бы как советовал ув. Pasha, то есть собственно как обычный StepDown. Теперь касаемо ОС, положим вы даете 50% заполнения при этом у вас на выходе 6В ( если питаться от 12В), теперь вы подключили двигатель на 1А, а затем резистор 1К, как вы думаете какое напряжение на нагрузке у вас будет в первом и во втором случае?

Модератор (rezident). Stanislav_S, Вы систематически нарушаете п.3.4 Правил форума! Потрудитесь-ка самостоятельно редактировать цитаты.
Это же предупреждение относится к пользователю Xuch, которому я (пока) делаю некоторое снисхождение как новичку.

Причина редактирования: Излишнее цитирование.

[haker_fox]

Подскажите, пожалуйста, такая схема работать будет? Или что-то неправильно?

1. Я бы посоветовал взять оптрон с триггером Шмитта для улучшения переднего и заднего фронтов ШИМа, иначе они будут завалены.
2. Резистор R2 завел бы на +12 В, а не на +5В, как у Вас. Почему, читайте первые сообщения уважаемого rezident'а.
3. Посчитал бы параметры ФНЧ. Теория.

4. Также, обратите внимание на входную емкость затвора, задайтесь временем включения транзистора и посчитайте ток, необходимый для зарядки этой емкости по формуле I = CU/t.

[Xuch]

Теперь касаемо ОС, положим вы даете 50% заполнения при этом у вас на выходе 6В ( если питаться от 12В), теперь вы подключили двигатель на 1А, а затем резистор 1К, как вы думаете какое напряжение на нагрузке у вас будет в первом и во втором случае?

разное ((

1. Я бы посоветовал взять оптрон с триггером Шмитта для улучшения переднего и заднего фронтов ШИМа, иначе они будут завалены.
2. Резистор R2 завел бы на +12 В, а не на +5В, как у Вас. Почему, читайте первые сообщения уважаемого rezident'а.
3. Посчитал бы параметры ФНЧ. Теория.

4. Также, обратите внимание на входную емкость затвора, задайтесь временем включения транзистора и посчитайте ток, необходимый для зарядки этой емкости по формуле I = CU/t.

1. Н11L1 подойдет?
2. Дык он во втором варианте схемы заведен на +12...
3. По поводу ФНЧ, я уже разобрался, что частота среза фильтра должна быть примерно в 6 раз меньше частоты ШИМ
4. Это я так понимаю для оценки требуемого сопротивления резистора R2?

Чтобы минимизировать габариты индуктивности наверное придется сделать ШИМ на 300кГц, а не на 3, как изначально планировалось..

[haker_fox]

1. Н11L1 подойдет?

Подойдет.

2. Дык он во втором варианте схемы заведен на +12...

Приношу извинения, упустил.

3. По поводу ФНЧ, я уже разобрался, что частота среза фильтра должна быть примерно в 6 раз меньше частоты ШИМ

Ну и замечательно!

4. Это я так понимаю для оценки требуемого сопротивления резистора R2?

Ну и для него тоже. Но от него также и напряжение на затворе зависит. А последовательно в цепь затвора совсем не помешает добавить резистор на несколько десятков Ом для исключения "звона" (колебаний).

[Xuch]

Понятно. Спасибо большое!

А как же быть с большим разбросом нагрузки??

[Herz]

Понятно. Спасибо большое!

А как же быть с большим разбросом нагрузки??

Вот здесь-то и понадобится Обратная Связь. Чтобы задаваемое напряжение не изменялось под воздействием изменяющейся нагрузки, нужно это напряжение мерять и корректировать заполнение ШИМ. Вам не зря советовали обратить внимание на микросхемы-контроллеры ИБП, работающие с ШИМ. Там это уже всё есть внутри: и генератор, и модулятор, и ИОН, и усилитель ошибки... Построив на такой микросхеме понижающий преобразователь, останется только сделать его программируемым.

[Xuch]

Это получится стрельба по вообьям из пушки. Задача простейшая, не требующая вообще никакой точности, а реализация будет о-го-го. Неужели нет никакого другого способа?

[Stanislav_S]

Это получится стрельба по вообьям из пушки. Задача простейшая, не требующая вообще никакой точности, а реализация будет о-го-го. Неужели нет никакого другого способа?

Почему по воробьям?, стандартные контроллеры ШИМ сейчас стоят копейки, задавать уставку для них тоже особого труда не составит. Другой спсоб существовал бы если бы ток нагрузки был бы постоянен, а нагрузка была бы чисто активная, однако у вас совсем другой случай .

[Herz]

Это получится стрельба по вообьям из пушки. Задача простейшая, не требующая вообще никакой точности, а реализация будет о-го-го. Неужели нет никакого другого способа?

Как раз эта реализация будет проще других. Имея всё "в одном флаконе", Вы значительно облегчаете себе решение даже такой "простой" задачи. Поварьируйте параметры нагрузки в симуляторе и убедитесь, что на "россыпи" добиться предсказуемого результата выйдет более громоздко.

[haker_fox]

Как раз эта реализация будет проще других. Имея всё "в одном флаконе", Вы значительно облегчаете себе решение даже такой "простой" задачи. Поварьируйте параметры нагрузки в симуляторе и убедитесь, что на "россыпи" добиться предсказуемого результата выйдет более громоздко.

А как же быть с этим замечанием?

а нагрузка была бы чисто активная, однако у вас совсем другой случай .

Упс! Ошибся, Stanislav_S имел в виду как раз то, что с реактивной нагрузкой тоже проблем не будет, если применять DC-DC преобразователь!?

[Xuch]

Как раз эта реализация будет проще других.

Да, только Вы забыли, что выходное напряжение нужно как-то регулировать. И как в таком случае МК будет управлять тем же MC34063?

[ZVE]

В MC34063 и подобных выходное напряжение задается делителем в цепи обратной связи. Меняя значения одного из резисторов делителя или подмешивая сигнал управления к сигналу ОС можно менять выходное. Здесь и пригодится контролер с ШИМ + внешняя RC цепь.

[Herz]

Да, только Вы забыли, что выходное напряжение нужно как-то регулировать. И как в таком случае МК будет управлять тем же MC34063?

Не забыли, а говорил об этом выше. Один способ уже предложили, другой - цифровой потенциометр, а если поискать, то можно и что-то кроме MC34063 найти.

[domowoj]

Xuch
Посмотрите
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/micros/avr/AVR450.htm
мож поиожет

[Xuch]

Начал думать в направлении MC34063A, и сразу проблема - а как при использовании цифрового потенциометра заставить микросхему выдавать 0В?

[Herz]

Начал думать в направлении MC34063A, и сразу проблема - а как при использовании цифрового потенциометра заставить микросхему выдавать 0В?

А что такое 0В? Абсолютный ноль - математическая абстракция...

[Xuch]

Хорошо, пусть не 0, а сигнал с потенциалом, равным потенциалу GND. Какая разница как сформулировать? Проблема то остается одна...

[Herz]

Хорошо, пусть не 0, а сигнал с потенциалом, равным потенциалу GND. Какая разница как сформулировать? Проблема то остается одна...

Нет Вы не поняли. Вам действительно нужна регулировка выходного напряжения от потенциала GND? Или достаточно будет, например, от 0,1В? Или 0,01В? Вы тут говорили о "никакой" точности... Так, может, от 0,5В? И что Вы, кстати, понимаете под потенциалом GND - ведь земли у Вас разделённые? Последнее обстоятельство позволит, если так уж надо, добится регулировки выходного напряжения практически от 0 (относительно выходной клеммы "нуля"), не выключая конвертор. Да и выключить - не фокус...

[Xuch]

Или достаточно будет, например, от 0,1В?
Да и выключить - не фокус...

Да, 0.1 вполне достаточно..
Кстати а как его выключить?