Вопрос по полумосту 200W, пульсации на выходе Опции

[Electroman]

Добрый день. Собираю ИБП по полумостовой топологии на основе блока ATX. На выходе хочу получать 12В до 15А либо 5В до 30А. Силовой трансформатор использовал готовый, схему управления ключами в первичке также оставил аналогичной ATX. На выходе хочу регулировать в широких пределах и напряжение и ток, поэтому поставил ШИМ-контроллер TL494, у него как раз 2 усилителя ошибки. Собрал все на плате, вроде работает и нагрузку держит без проблем, однако на выходе при увеличении нагрузки начинают просматриваться пульсации 100Гц. При полной нагрузке канала 12В их размах составляет около 100мВ, на канале 5В - 75мВ. При этом пульсации на частоте ШИМ (около 35кГц) - порядка 50мВ и 30мВ соответственно. Подумал, что слишком медленная петля обратной связи, на выход 12В включил постоянную нагрузку(лампа 12В 4А 2 шт) и периодически включающуюся в виде резистора 2.2 Ом, подбирал RC-цепочку по оптимальному виду переходного процесса. Оказалось, что при коммутации нагрузки вдобавок имеет место быстро затухающий колебательный процесс, частота этих паразитных колебаний - около 3кГц. Время затухания 1-2мс, в зависимости от нагрузки. Немного задавил подбором параметров RC-цепочки, но на "горбы" 100Гц так и не смог повлиять. Пробовал запитать контроллер и усилители тока и напряжения от отдельного источника - не помогло (на плате все напряжения вырабатывает маломощный обратноход - переделанная дежурка). Входные конденсаторы после моста - по 470мкФ. PFC нет. Думаю, что колебания при скачкообразном переключении нагрузки вызваны не совсем правильной разводкой вторичных силовых цепей, так как при макетированиии такого вроде не наблюдал. Больше беспокоят пульсации 100Гц - подскажите, куда копать - может, TL494 недостаточно шустрая и это - нормальный режим работы таких блоков?

[Herz]

К пульсациям на частоте сети шустрость контроллера не имеет отношения. Надо смотреть пульсации на первичке трансформатора. То бишь на входных конденсаторах.
Кстати, не очень понятна Ваша топология. У Вас два контроллера или один?

[Starichok51]

покажите расчет силового трансформатора.

[Microwatt]

Очень общая рекомендация - усиление в петле ОС повышать, а частоту пропускания понижать. Брать точку ОС ближе к выпрямителю.
Тогда будут отрабатываться возмущения по 100Гц, а на 3кГц звенеть не будет.

[SergCh]

Добрый день. Собираю ИБП по полумостовой топологии на основе блока ATX. Больше беспокоят пульсации 100Гц - подскажите, куда копать

Используйте управление по пиковому току, это избавит от сетевых пульсаций. Глубина и ширина ОС тут не сильно поможет.
Кстати, если у вас управление только по напряжению, то колебательный переходный процесс практически неизбежен, если только вы не сможете резонансную частоту выходного фильтра спрятать в полосе пропускания разомкнутой цепи. Вот где нужен
"обыкновенный ПИД"

Сообщение отредактировал SergCh - Dec 13 2011, 08:46

[Прохожий]

Используйте управление по пиковому току, это избавит от сетевых пульсаций. Глубина и ширина ОС тут не сильно поможет.
Кстати, если у вас управление только по напряжению, то колебательный переходный процесс практически неизбежен, если только вы не сможете резонансную частоту выходного фильтра спрятать в полосе пропускания разомкнутой цепи. Вот где нужен
"обыкновенный ПИД"

Я бы поступил по рабоче-крестьянски.
Увеличил бы входные емкости раза в 2.
Явная зависимость пульсаций на выходе от нагрузки при отсутствии быстрой ОС по току - подтверждение сего тезиса.
Кроме этого, хотелось бы услышать от ТС информацию о типе примененных конденсаторов.
Может случиться так, что после определенного времени произойдет небольшой бабах именно по этой причине.

[Starichok51]

а может, ОС слишком медленная, что не успевает отрабатывать пульсации 100 Гц?
а также может быть расчет транса не правильный, и ШИМ работает практически на полной ширине импульса, и нет запаса на регулирование пульсаций 100 Гц.

[Electroman]

Спасибо за внимание! По порядку: контроллер один, у разрабатываемого источника имеются два выхода (аналогично 5В и 12В в ATX), одновременно планируется нагружать только один - к выбранному подключаю ОС по напряжению, на втором в это время наряжение "гуляет". Силовой трансформатор не считал, взял готовый опять же из ATX 300W. По пиковому току через первичку в случае превышения им некоторого порога, отрубаю текущий импульс ШИМ но это исключительно в качестве защиты. При работе в режиме стабилизации тока нагрузки, наблюдаю те же "горбы", но это, естественно, управление по среднему току. Конденсаторы на выходе - LOW ESR, в канале 12В 1000 мкФ 25В х2 + аналогичный 1500мкФ 25В, зашунтированный пленочным после токоизмерительного шунта. Шунт 2.5 мОм включен в разрыв земли. Кстати, пробовал изменить емкость конденсаторов фильтра, явных изменений в частоте звона не заметил. ОС по напряжению берется с дифференциального усилителя (точнее, "ослабителя") непосредственно с выходных зажимов для минимизации влияния проводов. Пробовал однако и простой резистивный делитель, подключал прямо к конденсаторам фильтра на плате - не помогло. Вечером выложу схему и посмотрю, что происходит на входных конденсаторах. При полной мощности нагрузки заполнение ШИМ около 80%, так что резерв точно есть. Да и на осцилограмме не провалы, а "горбики" в те моменты, когда выпрямленное входное напряжение сети больше чем напряжение на конденсаторах и поззаряжает их. Пробовал максимальный коеффициент заполнения ШИМ - на выходе чудовищная почти линейная пила - как и должно быть без какой-либо ОС

[Integrator1983]

Скорее всего, банально не хватает емкости на входе - и никакой ОС это не исправишь (если пульсация физически не отрабатывается ШИМом).

Пробовал максимальный коеффициент заполнения ШИМ - на выходе чудовищная почти линейная пила - как и должно быть без какой-либо ОС

Это как это???

[Electroman]

Наверно, не совсем корректно выразился. ОС отключена -> TL494 генерирует ШИМ с заполнением, определяемым только deadtime. Так как на выходе висит нагрузка, а ШИМа нет, напряжение на ней изменяется аналогично напряжению на входных конденсаторах сетевого фильтра.

[Herz]

При полной мощности нагрузки заполнение ШИМ около 80%, так что резерв точно есть.

Это хорошо, но я бы поостерёгся в такой топологии регулировать в широких пределах выходной ток и напряжение. Существует опасность перекоса намагничивания. И хоть в полумосте положение спасают конденсаторы последовательно с первичной обмоткой, на динамику регулирования это повлияет нехорошо, имхо. Я бы оставил полумост нерегулируемым, а далее ставил бы степ-даун.

Да и на осцилограмме не провалы, а "горбики" в те моменты, когда выпрямленное входное напряжение сети больше чем напряжение на конденсаторах и поззаряжает их.

Пробовал максимальный коеффициент заполнения ШИМ - на выходе чудовищная почти линейная пила - как и должно быть без какой-либо ОС

Почему так должно быть?

[Integrator1983]

При полной мощности нагрузки заполнение ШИМ около 80%, так что резерв точно есть.

Как Вы ШИМ смотрели? По идее, летать он должен прилично с частотой 100 Гц.

Так как на выходе висит нагрузка, а ШИМа нет, напряжение на ней изменяется аналогично напряжению на входных конденсаторах сетевого фильтра.

Ну вот оно - какая амплитуда этих пульсаций? Скорее всего, Вам просто не хватает ШИМа на провалах. Варианта 2:
- самый правильный - поставить ККМ;
- менее правильный - увеличить входную емкость;
- самый неправильный - перемотать трансформатор.

[Electroman]

Цитата
Пробовал максимальный коеффициент заполнения ШИМ - на выходе чудовищная почти линейная пила - как и должно быть без какой-либо ОС

Почему так должно быть?

Позвольте, ведь без ОС имеем нерегулируемый источник и напряжение на выходе при постоянной нагрузке в виде резистора в какой-то мере повторяет форму входного...

Как Вы ШИМ смотрели? По идее, летать он должен прилично с частотой 100 Гц.

Да, задние фронты импульсов ШИМ немного "размазаны", то есть контроллер пытается отработать пульсации напряжения на входных конденсаторах, но импульсы ШИМ не достигают максимальной ширины. Насколько я могу судить, максимальная их ширина, которой они достигают и составляет около 80%

[Прохожий]

... напряжению на входных конденсаторах сетевого фильтра.

Вот и посмотрите их тип. И скажите нам. А то как бы чего не вышло...

[Starichok51]

во-первых, при полной ширине импульса заполнение ШИМ всего около 50%. например, для тл494 по даташиту 45% в номинале.
ваши 80% нужно поделить пополам, то есть, 40%. и этого, как раз, может не хватать, когда на сетевых конденсаторах напряжение падает до минимума.
вообще не понятно, почему у вас получается 40% заполнение с не переделанным трансформатором. в комповом БП при питании 220 Вольт заполнение импульса около 25%.

[Прохожий]

Это хорошо, но я бы поостерёгся в такой топологии регулировать в широких пределах выходной ток и напряжение. Существует опасность перекоса намагничивания. И хоть в полумосте положение спасают конденсаторы последовательно с первичной обмоткой, на динамику регулирования это повлияет нехорошо, имхо. Я бы оставил полумост нерегулируемым, а далее ставил бы степ-даун.

Правильно приготовленная подобная топология работает нормально в широком диапазоне.
В основе там релаксационный двухтактный генератор.
Если все правильно с переключающим базовым трансформатором, то все будет хорошо.
Такой автогенератор не запустится, пока на предыдущем такте все не придет в норму.
Но для этого надо согласовывать параметры пары силовой - переключающий трансформатор.
И вот на этом пути может случиться самое неприятное.

[Starichok51]

я бы поостерёгся в такой топологии регулировать в широких пределах выходной ток и напряжение. Существует опасность перекоса намагничивания. И хоть в полумосте положение спасают конденсаторы последовательно с первичной обмоткой, на динамику регулирования это повлияет нехорошо

интересно, это же с какой скоростью, рукой, нужно крутить переменный резистор, чтобы динамика регулирования на это повлияла нехорошо?

[Electroman]

Заменил конденсаторы сетевого фильтра, сейчас стоят CapXon LP-Vent 85С 470мкФ 200В. До этого стояли из китайского блока. С пульсациями 100Гц стало немного лучше, но все равно проблема осталась.

во-первых, при полной ширине импульса заполнение ШИМ всего около 50%

Совершенно верно, я просто смотрю ШИМ на общем катоде выпрямительных диодов, поэтому и отсчитывал от 100%. Проверил работу источника при полном заполнении ШИМ, ОС бездействует: на выходе пульсации с частотой 100Гц, минимальное значение напряжения 16В, максимальное 18В. Нагружал на 10 лампочек 12В 50W, общим током потребления 16А при 16В. При плавном понижении задающего напряжения пульсации уменьшаются, до примерно 70 мВ. Прилагаю схему и рисунок ПП.  Power_supply_200W.zip ( 405.13 килобайт ) Кол-во скачиваний: 155

[Herz]

интересно, это же с какой скоростью, рукой, нужно крутить переменный резистор, чтобы динамика регулирования на это повлияла нехорошо?

Речь не о резисторе, а сигнале ООС, в которой - 100Гц.

[Starichok51]

что-то не клеится с общим током нагрузки. лампочка 12 В и 50 Вт должна потреблять более 4 Ампер. при 16 Вольтах - еще больше. 10 лампочек - это уже 50 Ампер примерно, а не 16 Ампер. может, из-за этого пульсации большие, что нагрузка много больше, чем вы рассчитали?
при конденсаторах в емкостном делителе 470 мкФ не стоит давать нагрузку более 300 Ватт, пульсации будут велики.
схема офигенно избыточна. полно совершенно не нужных ОУ, из-за которых и могут быть всевозможные неустойчивости в петлях ОС.
каскадное включение внешних Оу + внутренние ОУ снижает устойчивость настолько сильно, что победить ее становится весьма сложно и проблематично. избыточное усиление в петле ОС вынуждает настолько валить АЧХ, что неудивительно, что у вас не хватает скорости отрабатывать 100 Гц пульсаций.
для решения всех вопросов по стабилизации напряжения и тока достаточно внутренних двух ОУ, и ни одного внешнего ОУ.
а с DA1 и DA2 в PWM module намудрили, черт знает что и зачем...
для примера даю, как у меня, без лишних ОУ, решены стабилизация напряжения и тока в зарядном устройстве.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Electroman]

DA1 и DA2 в PWM module отрабатывают потактовую токовую защиту. Согласен, это сделано через одно место, но тем не менее вполне работоспособно. Извиняюсь, не указал, что лампочки соединены в две группы по 5 лампочек в параллель, группы соединены последовательно. ОУ в усилителе тока можно пока не рассматривать - они бездействуют. Я ранее писал, что пробовал подключить ОС по напряжению через обычный резистивный делитель, в обход ОУ. Результат был тот же. Итак, получается, что дело все-таки в ШИМ контроллере и компенсации, либо кривой разводке ПП...

[Integrator1983]

Не знаю что получится, но попробуйте поставить С6, С11 непосредственно на EA1- и EA2- соответственно.

[Electroman]

Попробовал, с емкостью больше чем 10нФ начинается самовозбуд. Оптимальной оказалась емкость 4.7нФ - с ней сократилось время звона при резком изменении нагрузки. В остальном - без изменений. Наверное откачусь на макетку, буду пошагово проверять.

[Integrator1983]

Просто подключение емкости на EA- крепко ускоряет реакцию усилителя ошибки.

Проверил работу источника при полном заполнении ШИМ, ОС бездействует

Как именно Вы отключали ОС?

[Electroman]

Выводы 1 и 16 (входы EA+) TL494 притянул на землю через резисторы 1к, при этом все ОУ в усилителях вытащил из панелек, на выводы 2 и 15 подал около 3В. А какое это имеет принципиальное значение?

Сообщение отредактировал Electroman - Dec 15 2011, 14:03