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!

[Herz]

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
.................
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?

Ну, наверное, что-нибудь по электротехнике. Давайте прикинем. Как известно, ток в цепи с индуктивностью изменяется по закону: dI=(U/L)dt.
Среднее активное сопротивление обмоток - 7 Ом, следовательно при 5А постоянного тока требуется подать на зажимы 35В постоянного напряжения. Допустим, мы формируем ток при помощи ШИМа и тогда 5А - это средний ток в обмотках и 35В - это среднее напряжение на них. Для простоты положим, что частота ШИМа 100 кГц и исходное напряжения БП - 70 В. Тогда коэффициент заполнения ШИМа - 50% и, соответственно, длительность полупериода - 5 мкс. По приведенной формуле, полагая общую индуктивность равной 0,17 Гн, получаем на фоне 5 А постоянного тока модуляцию треугольником двойной амплитуды 2 мА. Много это или мало? По-моему, совсем немного. Кроме того, не знаю, как у вас расположены магниты, но если поле одного влияет на другое, то суммарную индуктивность так считать нельзя.

А наводки на что могут быть?

На измерительную часть естественно (у Вас же электромагнит не для извлечения гвоздей из мусора предназначен?). Полагаю, она содержит весьма чувствительную электронику.

Видимо так и буду делать.
.......
Да вроде попроще казалось. Ведь аналоговые блоки питания - это вещь непростая.

А цифровые, как минимум, не проще, уж поверьте!

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

Наверное, самое разумное решение, как подсказывала Таня, полностью аналоговая схема с секционированной вторичкой трансформатора... Если б не было задачи с программируемым изменением тока во времени.
P.S. А чертёж ускорителя это Вы не из ДСП документации случаем выложили?

[Filov]

Ну, наверное, что-нибудь по электротехнике. Давайте прикинем. Как известно, ток в цепи с индуктивностью изменяется по закону: dI=(U/L)dt.
Среднее активное сопротивление обмоток - 7 Ом, следовательно при 5А постоянного тока требуется подать на зажимы 35В постоянного напряжения. Допустим, мы формируем ток при помощи ШИМа и тогда 5А - это средний ток в обмотках и 35В - это среднее напряжение на них. Для простоты положим, что частота ШИМа 100 кГц и исходное напряжения БП - 70 В. Тогда коэффициент заполнения ШИМа - 50% и, соответственно, длительность полупериода - 5 мкс. По приведенной формуле, полагая общую индуктивность равной 0,17 Гн, получаем на фоне 5 А постоянного тока модуляцию треугольником двойной амплитуды 2 мА. Много это или мало? По-моему, совсем немного. Кроме того, не знаю, как у вас расположены магниты, но если поле одного влияет на другое, то суммарную индуктивность так считать нельзя.

Спасибо, что пояснили. Получается даже если не ставить фильтр перед магнитом пульсации будут почти что допустимыми

На измерительную часть естественно (у Вас же электромагнит не для извлечения гвоздей из мусора предназначен?). Полагаю, она содержит весьма чувствительную электронику.

Да - там стоит электронный умножитель и электрометры. Измеряемые токи до 10^-18A. А наводки могут быть существенными и передаваться каким способом?

Наверное, самое разумное решение, как подсказывала Таня, полностью аналоговая схема с секционированной вторичкой трансформатора... Если б не было задачи с программируемым изменением тока во времени.

Вот - а это самое главное - изменять ток по программе. Я пока попробую посторить что-то и того, схему чего привел. А потом плавно попробую перейти к схеме, которую любезно предоставил tntsasha.

А потом попробую- что то без ШИМ, когда опыту наберусь.

P.S. А чертёж ускорителя это Вы не из ДСП документации случаем выложили?

Это не моя документация Просто лежит в интернете.

---------------------------------
Спасибо всем за советы!

[Tanya]

Спасибо, что пояснили. Получается даже если не ставить фильтр перед магнитом пульсации будут почти что допустимыми
Да - там стоит электронный умножитель и электрометры. Измеряемые токи до 10^-18A. А наводки могут быть существенными и передаваться каким способом?
Вот - а это самое главное - изменять ток по программе. Я пока попробую посторить что-то и того, схему чего привел. А потом плавно попробую перейти к схеме, которую любезно предоставил tntsasha.

А потом попробую- что то без ШИМ, когда опыту наберусь.
Это не моя документация Просто лежит в интернете.

---------------------------------
Спасибо всем за советы!

Наводки, к сожалению, всегда находят (самый неподходящий) способ проникновения... Очень проникновенно так...
Никаких проблем с коммутацией обмоток трансформатора (первичных или вторичных) у Вас нет - развертка медленная... по крайней мере на линии... - во время регистрации.

[Filov]

Наводки, к сожалению, всегда находят (самый неподходящий) способ проникновения... Очень проникновенно так...

Естественно у меня плата сбора отделена от источника питания. Плату сбора даже планирую от батареи питать. От умножителя кабель экранированный. Сам умножитель в стальной трубе находится. Правда питается он от сети.

Никаких проблем с коммутацией обмоток трансформатора (первичных или вторичных) у Вас нет - развертка медленная... по крайней мере на линии... - во время регистрации.

А не подскажите где можно посмотреть примерно как это будет выглядеть (аналоговая схема с секционированной вторичкой трансформатора)?

[Tanya]

Естественно у меня плата сбора отделена от источника питания. Плату сбора даже планирую от батареи питать. От умножителя кабель экранированный. Сам умножитель в стальной трубе находится. Правда питается он от сети.
А не подскажите где можно посмотреть примерно как это будет выглядеть (аналоговая схема с секционированной вторичкой трансформатора)?

Батарейки... это хорошо... лучше... У Вас там еще компьютер. С развязкой?
Но еще лучше самому не производить проблем, с которыми потом бороться самому же придется...
А посмотреть... выше было... про электронное переключение. Первичку еще проще - можно релюшками. Вторичку тоже можно... На линии только не стоит переключать...
Вы еще мощность рассеиваемую посчитайте - может и так сойдет - без коммутации?
Вы не в ту сторону, мне кажется, думаете... Самое основное - это правильное управление, а экономия электроэнергии - второстепенное дело для Вас... Я так думаю. Я бы начала с 10 -20 вольт и малых токов.
Многое бы стало на свои места... в голове...
А ведь у Вас уже (еще) старое изделие имеется? Может не надо все кардинально рубить...

[Filov]

Батарейки... это хорошо... лучше... У Вас там еще компьютер. С развязкой?

Плата сбора с ethernet. Там гальваническая развязка от витой пары есть.

Вы еще мощность рассеиваемую посчитайте - может и так сойдет - без коммутации?

Т.е линейный стабилизатор без предварительного понижения с помошью ШИМ?

Вы не в ту сторону, мне кажется, думаете... Самое основное - это правильное управление, а экономия электроэнергии - второстепенное дело для Вас... Я так думаю.

Тут мне говорили - что предварительное понижение необходимо для соблюдения температурного режима линейного регулирующего элемента. А правильное управление в моем сегодняшнем представлении - это когда я, регулируя значение на выходе ЦАП от 0 до 5 В - получаю ток от 0 до 5 А.

Я бы начала с 10 -20 вольт и малых токов.
Многое бы стало на свои места... в голове...

Это вы имеете вв виду линейник сделать по схеме из Титце и Шенка?

А ведь у Вас уже (еще) старое изделие имеется? Может не надо все кардинально рубить...

Схему того что там стоит сегодня попробую выложить.

[Tanya]

Плата сбора с ethernet. Там гальваническая развязка от витой пары есть.
Т.е линейный стабилизатор без предварительного понижения с помошью ШИМ?
Тут мне говорили - что предварительное понижение необходимо для соблюдения температурного режима линейного регулирующего элемента. А правильное управление в моем сегодняшнем представлении - это когда я, регулируя значение на выходе ЦАП от 0 до 5 В - получаю ток от 0 до 5 А.
Это вы имеете вв виду линейник сделать по схеме из Титце и Шенка?

Развязка развязке рознь... У Вас с обеих сторон развязка? На витую пару синфазно...
А правильное управление - это когда переходный процесс правильный (для Вас и Вашего магнитного поля), - чтобы гистерезис убрать надо с одной стороны (от меньшего к большему току) без пульсаций двигаться, чтобы была воспроизводимость калибровки ток-поле... Потом может выясниться, что еще и температура магнита влияет... Может такое быть... Даже обязательно есть...
Температурный режим - что это такое? Радиатор хороший, можно с водой... Все равно, на регулирующий транзистор(ы) надо вольт 5+ оставить...
Да, можно и из Титце с Шенком.