Как должна вести себя катушка?, Какое напряжение должно быть в точке ключа? Опции

[javalenok]

Физику эл-м полей объяснять не надо, не пойму. Меня интересует, работа нагнетателя в импульсном блоке, повышающем (boost) напряжение. Кто не знает, что это такое, может заглануть к Максиму на туториал. Один конец катушки соеденён с входм питания, на другом - ключ и прямосмещённый диод, эта точка называется "ключевая" или "ключём". На другом конце диода - повышеное выходное напряжение, отфильтрованное кондёром. Замыкане ключа на землю позволяет раскручивать катушку.

В стационарном режиме, когда ключ долгое время разомкнут и ток через катушку не идёт, на обоих концах катушки имеем одинаковое (входное) напряжение. Иначе, если бы напряжение на концах катушки различалось, это вызывало бы в ней ток и режим бы был нестабильный. Приступим к работе. Замыкаем ключ на землю, ждём некоторое время пока в индуктор набирает обороты, и вновь отключаем катушку от земли. Ток, протекающий через катушку протолжает гнать заряды со входа +фпитания на ключ и диод. Напряжение на диоде моментально превышает U выходное и ток зарядов вываливает в выходной кондёр. При этом, напряжение на ключвом выводе катушки больше чем на входном. Через короткое время ток спадает до нуля... И что? Это и есть мой вопрос.

По-идее, ток через катушку должен оставаться нулевым до следующего замыкания ключа. Но отсутствие тока подразумевает нулевую разницу давлений на концах индуктора, поскольку любая разница неизбежно вызывает ток. Но у нас-то напряжение на одном конце Uвх, а на другом Uвых. Значит, ток будет, но какой? Видать, на ключе какая-то паразитная ёмкость, заряды оттуда потекут на вход, погонят катушку в противофазу, и быстро закончатся - на ключе получим "минус", ток опять потечёт в прямом направлении. Короче, приходим к колебаниям. Это норма в импульсном блоке?

Интерес мой отнюдь не праздный. Пробовал собрать импульсный повышающий блок на LM5000, вот что вышло - полюбуйтесь на колебания на свиче. Это из-за них проклятых такая лажа в обратной связи и нихрена не работает? Ужо больно точно звон в ОС повторяет колебания катушки, которые я попытался разобрать в данной теме. Примечательно то, что пульсации, приследующие импульс свича, исчезают при увеличении индуктивности катушки.

Есть ли тут люди способные описать надлежащее поведение цепи?

[AlleXX]

Почему изготовители импульсных регуляторов нигде не пишут про гармонические колебания, что с ними делать?

Пишут. В документации на ШИМ контроллеры все расписано. Бороться с ними не нужно. При малой нагрузке так и должно быть (режим "дисконт"). При повышении нагрузки будут прямоугольные импульсы ("континус"). Если, конечно, все правильно расчитано.
Но можно и не считать - просто в лоб собрать по типовой схеме. Если, конечно, параметры нагрузки и источника близки к типовым.

Индуктивность сверх оптимума увеличивать нехорошо, т.к. во избежание насыщения сердечника придется увеличивать его размеры.

Почему он на делителе ОС оказывается

Либо неправильно собрана схема, либо неверные измерения (земля плохая и т.п.). Там напряжение должно быть пилообразной (треугольной) формы.

Сообщение отредактировал AlleXX - Feb 19 2006, 08:42

[javalenok]

Почему изготовители импульсных регуляторов нигде не пишут про гармонические колебания, что с ними делать?

Пишут. В документации на ШИМ контроллеры все расписано. Бороться с ними не нужно. При малой нагрузке так и должно быть (режим "дисконт"). При повышении нагрузки будут прямоугольные импульсы ("континус"). Если, конечно, все правильно расчитано.
Но можно и не считать - просто в лоб собрать по типовой схеме. Если, конечно, параметры нагрузки и источника близки к типовым.

Хм. Мне казалось, что прерывность тока в катушке зависит от нагрузки. То есть малая нагрузка означает низкий коэффициент заполнения импульсной последовательности (duty cycle), в пределе - нулевое время разгона катушки за цикл. Понятно, что за малое время катушка не успеет набрать оборотов, а более высокое тормозящее напряжение весь оставшийся цикл непременно её остановит. Не вижу связи с индуктивностью.

Индуктивность сверх оптимума увеличивать нехорошо, т.к. во избежание насыщения сердечника придется увеличивать его размеры.

У наших катушек вообще никакого сердечника нету 8(

Почему он на делителе ОС оказывается

Либо неправильно собрана схема, либо неверные измерения (земля плохая и т.п.). Там напряжение должно быть пилообразной (треугольной) формы.

Мне казалось в петлю ОС полагается долю напряжения, получаемого на выходе, подавать. А наше устройство совсем не пилу должно вырабатывать...

[=AK=]

Пишут. В документации на ШИМ контроллеры все расписано. Бороться с ними не нужно. При малой нагрузке так и должно быть (режим "дисконт"). При повышении нагрузки будут прямоугольные импульсы ("континус").

Хм. Мне казалось, что прерывность тока в катушке зависит от нагрузки. То есть малая нагрузка означает низкий коэффициент заполнения импульсной последовательности (duty cycle), в пределе - нулевое время разгона катушки за цикл. Понятно, что за малое время катушка не успеет набрать оборотов, а более высокое тормозящее напряжение весь оставшийся цикл непременно её остановит. Не вижу связи с индуктивностью.

Непрерывность связана с тем, успевает ли вся накопленная в катушке энергия уйти в нагрузку пока ключ закрыт. Если успевает - это режим прерывистых токов, т.к. есть периоды времени, когда ток в катушке равен нулю, форма тока - треугольная с паузами. Если не успевает - это режим непрерывных токов, ток в катушке никогда не падает до нуля, форма тока треугольная без пауз, с "подставкой". Граничный режим между непрерывным и прерывистым - это когда форма тока в катушке треугольная, но "подставка" нулевая.

Индуктивность сверх оптимума увеличивать нехорошо, т.к. во избежание насыщения сердечника придется увеличивать его размеры.

У наших катушек вообще никакого сердечника нету 8(

Тогда лучше увеличить, чтобы перейти в режим непрерывных токов. Как buck так и boost идеальный вариант - бесконечно большая индуктивность, тогда через нее течет один и тот же ток, и когда ключ включен, и когда выключен.

[javalenok]

Пишут. В документации на ШИМ контроллеры все расписано. Бороться с ними не нужно. При малой нагрузке так и должно быть (режим "дисконт"). При повышении нагрузки будут прямоугольные импульсы ("континус").

Хм. Мне казалось, что прерывность тока в катушке зависит от нагрузки. То есть малая нагрузка означает низкий коэффициент заполнения импульсной последовательности (duty cycle), в пределе - нулевое время разгона катушки за цикл. Понятно, что за малое время катушка не успеет набрать оборотов, а более высокое тормозящее напряжение весь оставшийся цикл непременно её остановит. Не вижу связи с индуктивностью.

Непрерывность связана с тем, успевает ли вся накопленная в катушке энергия уйти в нагрузку пока ключ закрыт. Если успевает - это режим прерывистых токов, т.к. есть периоды времени, когда ток в катушке равен нулю, форма тока - треугольная с паузами. Если не успевает - это режим непрерывных токов, ток в катушке никогда не падает до нуля, форма тока треугольная без пауз, с "подставкой". Граничный режим между непрерывным и прерывистым - это когда форма тока в катушке треугольная, но "подставка" нулевая.

Индуктивность сверх оптимума увеличивать нехорошо, т.к. во избежание насыщения сердечника придется увеличивать его размеры.

У наших катушек вообще никакого сердечника нету 8(

Тогда лучше увеличить, чтобы перейти в режим непрерывных токов. Как buck так и boost идеальный вариант - бесконечно большая индуктивность, тогда через нее течет один и тот же ток, и когда ключ включен, и когда выключен.

Сверху всё написано правильно. Только успеет или нет ток упсть до 0 зависит от отношения между временами D и T-D. При чём тут индуктивность? При бесконечной индуктивности токов вообще не будет, поскольку di/dt = v/L = v/inf = 0. Индуктивность, как я понимаю, просто должна быть выше некоторого порога, дабы предотвратить насыщение катушки. Это такое состояние когда ток превышает критическое значение и индуктивность "пропадает" совершенно. Но проблема насыщения катушки не имеет касательства к прерывному режиму её функционирования.

[=AK=]

Только успеет или нет ток упсть до 0 зависит от отношения между временами D и T-D. При чём тут индуктивность?

В пределе, когда индуктивность стремится к бесконечности, ток через нее постоянный, а от отношения времен (т.е. скважности) зависит величина этого тока. Меняя скважность, можно регулировать величину тока, и тем самым регулировать напряжение в нагрузке.

При конечной индуктивности ток в катушке может заметно меняться. Тем не менее, в режиме непрерывных токов, если изменения тока в катушке сравнительно невелики (процентов 10-20), можно для упрощения расчетов полагать, что ток постоянный. Тогда все что нужно - это уравнения баланса токов и напряжений, а погрешность расчетов все же будет невелика.

В режиме прерывистых токов, чтобы соблюсти баланс, приходится закачивать в индуктивность большой пиковый ток. Из-за этого будут больше потери в проводах, в ключе, в диоде, и пр. "прелести", а расчет существенно усложняется, т.к. пренебречь изменениями тока уже никак нельзя.

При бесконечной индуктивности токов вообще не будет, поскольку di/dt = v/L = v/inf = 0.

Неверно. Из этой формулы следует, что при бесконечной индуктивности изменения тока не будет, и ничего более. Постоянный же ток может быть каким угодно.

Индуктивность, как я понимаю, просто должна быть выше некоторого порога, дабы предотвратить насыщение катушки.

А вот насыщение катушки с ее индуктивностью никак не связано. Вообще никак. Насыщение связано со свойствами сердечника, если он есть. Катушки без сердечника не насыщаются, какую бы индуктивность они ни имели.

[javalenok]

Только успеет или нет ток упсть до 0 зависит от отношения между временами D и T-D. При чём тут индуктивность?

В пределе, когда индуктивность стремится к бесконечности, ток через нее постоянный, а от отношения времен (т.е. скважности) зависит величина этого тока. Меняя скважность, можно регулировать величину тока, и тем самым регулировать напряжение в нагрузке.

Ого, "регулировать величину тока", оставляя её постоянной? Может всё-таки скважностью меняем кинетическую энергию, а не скорость бесконечно-большой массы? Практически, индуктивность всегда конечна и только поэтому скважность всегда меняет ток.

При конечной индуктивности ток в катушке может заметно меняться. Тем не менее, в режиме непрерывных токов, если изменения тока в катушке сравнительно невелики (процентов 10-20), можно для упрощения расчетов полагать, что ток постоянный. Тогда все что нужно - это уравнения баланса токов и напряжений, а погрешность расчетов все же будет невелика.

В режиме прерывистых токов, чтобы соблюсти баланс, приходится закачивать в индуктивность большой пиковый ток. Из-за этого будут больше потери в проводах, в ключе, в диоде, и пр. "прелести", а расчет существенно усложняется, т.к. пренебречь изменениями тока уже никак нельзя.

Может параметр D - следствие разности Uвых/Uвх? Не припомню, чтоб в интегральные схемки PWM регуляторов закладывалась индуктивность для правильного их функционирования. Ага, понял, при достаточно большой ёмкости и продолжительном D ток не успеет опуститься до нуля и будет расти цикл от цикла пока не зафиксируется на некоторой отметке.

При бесконечной индуктивности токов вообще не будет, поскольку di/dt = v/L = v/inf = 0.

Неверно. Из этой формулы следует, что при бесконечной индуктивности изменения тока не будет, и ничего более. Постоянный же ток может быть каким угодно.

... и попробуйте сдвинуть бесконечную индуктивность с нулевого тока ... Бесконечная индуктивность, через которую уже течёт ток, называется вечным двигателем.

Индуктивность, как я понимаю, просто должна быть выше некоторого порога, дабы предотвратить насыщение катушки.

А вот насыщение катушки с ее индуктивностью никак не связано. Вообще никак. Насыщение связано со свойствами сердечника, если он есть. Катушки без сердечника не насыщаются, какую бы индуктивность они ни имели.

Чем меньше индуктивность, тем больше ток. Большой пиковый ток приводит к насыщению каушки и система перестаёт функционировать. Не помню где об этом читал, но тут даётся пример рассчёта оного. Поэтому увеличение индуктивности уменьшает вероятность насыщения. Или тут кривая зависимости индуктивности от тока. Насыщением называется падение индуктивности с током.

[=AK=]

Ого, "регулировать величину тока", оставляя её постоянной?

Угу. Считая ("оставляя") ее постоянной на коротких интервалах времени. Тем не менее, на больших интервалах величину тока можно менять.

Может параметр D - следствие разности Uвых/Uвх?

Не только (вернее - не столько), скважность будет сильно зависеть от нагрузки. При малых нагрузках система перейдет в прерывистый режим.

Ага, понял, при достаточно большой ёмкости и продолжительном D ток не успеет опуститься до нуля и будет расти цикл от цикла пока не зафиксируется на некоторой отметке.

Угу. Когда в схеме наступит баланс мощностей, токов и напряжений. При нормальных нагрузках желательно, чтобы баланс наступил в непрерывном режиме.

Неверно. Из этой формулы следует, что при бесконечной индуктивности изменения тока не будет, и ничего более. Постоянный же ток может быть каким угодно.

... и попробуйте сдвинуть бесконечную индуктивность с нулевого тока ... Бесконечная индуктивность, через которую уже течёт ток, называется вечным двигателем.

Бесконечная индуктивность есть абстракция. Правильно оперировать абстрактными понятиями помогает образование и навык, а практическая сметка (типа "смекалка темной головы") в этом отношении частенько подводит.

Чем меньше индуктивность, тем больше ток. Большой пиковый ток приводит к насыщению каушки и система перестаёт функционировать.

Неверно. Система перестаёт функционировать, если она дурно расчитана и/или сделана тяп-ляп. Если больше пиковый ток, то надо выбрать такую катушку, сердечник которой (если он есть) не будет входить в насыщение при этом токе.

Не помню где об этом читал, но в http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/MAX1515.pdf даётся пример рассчёта оного. Поэтому увеличение индуктивности уменьшает вероятность насыщения.

Увеличение или уменьшение индуктивности как таковой на "вероятность насыщения" никак не влияет. Эта самая "вероятность насыщения" возрастает только и исключительно из-за того, что разработчик что-то не учел, забыл, или вообще не понимает, как должно работать его устройство и какова причинно-следственная связь происходящих в нем явлений.

Сообщение отредактировал =AK= - Feb 20 2006, 11:43

[javalenok]

Может параметр D - следствие разности Uвых/Uвх?

Не только (вернее - не столько), скважность будет сильно зависеть от нагрузки. При малых нагрузках система перейдет в прерывистый режим.

Режим - следствие D (коротенькое D -> прерывистый режим).

Неверно. Из этой формулы следует, что при бесконечной индуктивности изменения тока не будет, и ничего более. Постоянный же ток может быть каким угодно.

... и попробуйте сдвинуть бесконечную индуктивность с нулевого тока ... Бесконечная индуктивность, через которую уже течёт ток, называется вечным двигателем.

Бесконечная индуктивность есть абстракция. Правильно оперировать абстрактными понятиями помогает образование и навык, а практическая сметка (типа "смекалка темной головы") в этом отношении частенько подводит.

Вау, Вы умеете управляться с бесконечностями?! Даже гении математики не разберуться, способны ли они на актуализацию абстрактных бесконечностей.

Чем меньше индуктивность, тем больше ток. Большой пиковый ток приводит к насыщению каушки и система перестаёт функционировать.

Неверно. Система перестаёт функционировать, если она дурно расчитана и/или сделана тяп-ляп. Если больше пиковый ток, то надо выбрать такую катушку, сердечник которой (если он есть) не будет входить в насыщение при этом токе.

Правильно ли я понимаю, что сперва надо вычислить пиковый ток и только после этого приступить к выбору катушки? Как я могу вычислить ток без катушки (т.е. не зная индуктивности?)

Не помню где об этом читал, но в http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/MAX1515.pdf даётся пример рассчёта оного. Поэтому увеличение индуктивности уменьшает вероятность насыщения.

Увеличение или уменьшение индуктивности как таковой на "вероятность насыщения" никак не влияет. Эта самая "вероятность насыщения" возрастает только и исключительно из-за того, что разработчик что-то не учел, забыл, или вообще не понимает, как должно работать его устройство и какова причинно-следственная связь происходящих в нем явлений.

Венциль учила, что рассчёт исключающий вероятность не имеет "познавательной ценности" Поскольку он справедлив токлько для данной катушки, при данной температуре, влажности, давлении, ключе, ... магнитного поля Земли, ориентации Земли в пространстве изотропной нашей Вселенной, ... А еслиб всё знал, чего бы мне на форуме делать.

[=AK=]

Правильно ли я понимаю, что сперва надо вычислить пиковый ток и только после этого приступить к выбору катушки?

Да

Как я могу вычислить ток без катушки (т.е. не зная индуктивности?)

Знать индуктивность - это еще не значит "выбрать катушку".

При расчете ИИП на начальных этапах используются идеальные (абстрактные) элементы. При этом предполагается, что дроссели не насыщаются, транзисторы не пробиваются, электролиты не взрываются, потери в элементах учитываются грубыми "интегральными" поправочными коэффициентами, и т.п.

Когда из расчетов становятся видны требуемые характеристики идеальных компонентов, тогда и выбираются реальные компоненты:
-- катушки нужной индуктивности, выдерживающие расчетный ток без насыщения и излишнего нагрева, и пр.
-- конденсаторы нужной емкости, имеющие требуемое внутреннее сопротивление, рабочее напряжение, и пр.
-- транзисторы, способные коммутировать нужные токи и напряжения, и пр.
-- и так далее.