На чем собрать источник тока 50В, 5A, DC/DC, точный, стоимость неважна - т.к. единичный экземпляр Опции

[Filov]

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

[Filov]

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

Код

Блок-схема усилителя мощности.
ESA (Error-signal amplifier) – усилитель сигнала ошибки; SVG (Sawtooth-voltage generator) – гениратор пилообразного напряжения; PWM (Pulse width modulator) – формирователь широтно-импульсно модулированного сигнала. H-BI (H-Bridge inverter) – мостовой инвертор; LPF (Low-pass filter) – фильтр нижних частот; NCS (Noncontact current sensor) – бесконтактный датчик тока; NVS (Noncontact voltage sensor) – бесконтактный датчик напряжения; DA (Differential amplifier) – дифференциальный усилитель; CP (Current pro-tection) – защита от превышения тока; DAC (Digital-to-analog converter) – ЦАП; ADC (Analog-to-digital converter) – АЦП.

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?

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.

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?

Возможно, частоту выгоднее снижать, а не повышать, чтобы уменьшить наводки.

А наводки на что могут быть?

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.

Видимо так и буду делать.

Схема как и обещал:

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

чоппер с +40в (в вашем случае будет (полу)мостовая схема ) понижает напряжение до заданного уровня падения на линейном регулирующем элементе.

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

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.

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.

Советую, изначально, построить ИБП с регулировкой аналоговым сигналом на ваши характеристики (Uвых + 5в).

Допустим потенциометром?

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...

Уже посмотрел. Попробую собрать и разобраться.

Также Вам надо решить, куда девать энергию при сбросе поля... Можно греть обмотку, но это не есть очень хорошо...

А как сделать, чтобы не греть?

А зачем Вам ШИМ. Это модно? Или современно?

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

Вот к вопросу о современности.
...
Вот вам и прогресс....

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.

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

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

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

Учту!

[Filov]

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.

[Tanya]

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...

[Filov]

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

Пока задумывается управление через Ethernet. Например - изменить силу тока с 1 до 1.1А равномерно за 10 секунд. Плюс сбор данных с датчика магнитного поля, электронного умножителя, термопары, датчика положения задавижки посредством ADS1255 и отправка их по UDP на PC.

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....

Т.е. они используют ШИМ только из-за КПД? А почему не используют такую двухкаскадную схему, которую Вы предлагаете?

Непонятно, зачем Вам АЦП... Только для контроля, или Вы собираетесь его включить в цепь регулировки?

Ацп - чтобы точно знать напряжение и силу тока. Включать в систему контроля. А как еще понять, что сейчас нужные выходные характеристики?

Есть ли у Вас достойный шунт?

Что понимать под достойным шунтом?

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...

Это как написано в описании: петля по току с коэф. усиления 1000, и бустрая пертя по напряжению с с петлевым коэф. усиления 10?

А как реализовать эти петли. Хотя бы примерно...

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...

Спасибо, примерно понял

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.

Понял

Если вы планируете питать всю схему от ~220в, то чоппер на 5А - будет очень не рационально. Тут нужен мост или полумост.

Т.е. вместо 2 биполярников поставить полумостовой ШИМ-контроллер и соответвенно 2 транзистора? А насколько это усложнит дело? Нерационально только по КПД или по другим причинам?

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.

Вроде начинаю немного понимать... Дифференциальное падение напряжения до Q4 и после подается на LM343 (КР1408УД1) - высоковольтный ОУ, усиливается на нем и подается на вход компаратора LM393. Если разница большая - это приводит к уменьшению скважности на чоппере.

А можно вопрос? А каим образом происходит управление от ЭВМ? В каком виде?

Но если действительно не было опыта работы с ИБП, то наверное лучше использовать вариант который вам тут предлагают - линейный стабилизатор тока.

И еще такой вопрос. Тут наткнулся на простой блок питания...

http://linuxfocus.org/common/src2/article3...supply_upd3.gif

Может из него что-нибудь получиться если, например, заменить ЦАП на 16-битный? Может ли мне в чем-то помочь такой вариант?

Сообщение отредактировал Filov - Feb 26 2008, 11:17

[Tanya]

Пока задумывается управление через Ethernet. Например - изменить силу тока с 1 до 1.1А равномерно за 10 секунд. Плюс сбор данных с датчика магнитного поля, электронного умножителя, термопары, датчика положения задавижки посредством ADS1255 и отправка их по UDP на PC.
Т.е. они используют ШИМ только из-за КПД? А почему не используют такую двухкаскадную схему, которую Вы предлагаете?
Ацп - чтобы точно знать напряжение и силу тока. Включать в систему контроля. А как еще понять, что сейчас нужные выходные характеристики?
Что понимать под достойным шунтом?
Это как написано в описании: петля по току с коэф. усиления 1000, и бустрая пертя по напряжению с с петлевым коэф. усиления 10?

А как реализовать эти петли. Хотя бы примерно...
Спасибо, примерно понял

На мой взгляд, неправильная у Вас идеология - централизованное управление...
Лучше (я так думаю) - аналоговое управление, которое легче и быстрее настроить. А задатчик цифровой - Ваш 20-разрядный ЦАП. И продуманные защиты от сбоев программы и проч.
Почему у них шим? Нравится им... А можно сделать и трех-четырех каскадную, если трансформатор с отводами... Можно и ШИМ, следящий за напряжением на проходном транзисторе (ах). Можно и тиристорный выпрямитель... Что хотите...
Для контороля поставьте стрелочный прибор в точку рассогласования тока... Не шучу...
Судя по тем фразам, которые Вы пишете про управление...
Вот такой совет...
Соберите сначала ту часть, которая стабилизирует напряжение...
Возьмите хороший стрелочный (на худой конец - цифровой) амперметр и, глядя на стрелочку, покрутите ручками подстройку (задатчик напряжения - fine) - поработайте системой управления - прочувствуйте все это спинным мозгом - почти все вопросы отпадут...
Может и ethernet расхочется.... сам собой.