Требуется помощь в оптимизации схемотехники выходного ключевого каскада преобразователя напряжения 6 - 350 вольт с внешним возбуждением, и в выборе типа импульсного транса (точнее - накопительного дросселя).
Задача не тривиальна из-за чисто емкостного характера нагрузки (активная компонента практически отсутствует), что не позволяет применить известные методики расчета. Преобразователь должен заряжать конденсатор до определенного напряжения, и "вырубаться" до момента импульсного же разряда накопительной емкости. Время, отведенное для цикла заряда - не более 1,5-2 мс. Преобразователь управляется микроконтроллером (программную часть не обсуждаем, требуется просто задать параметры управляющих импульсов). Cредняя мощность преобразователя <= 10 Ватт. Дополнительные требования: минимальные массо-габаритные параметры.
Попытки реализации импульсного транса на броне и кольце пока не обеспечивают достаточного КПД устройства.

Конкретнее:
Источник питания - аккумулятор 6-8 вольт, преобразователь (однотактный, обратноходовый) нужен для того, чтобы за 1,5-2,0 мс "закачать" в емкость порцию энергии ~ 30-35 мДж (для емкости порядка 0,47 мкф это соответствует напряжению ~ 360 вольт. Затем следует пауза от 2-х до 60-ти мс, импульсный разряд емкости "на коротыш", и очередной цикл заряда. Режим работы - длительный.
В принципе - все работает, но не удается добиться максимального КПД устройства. Сейчаc КПД не выше 60%, хотелось бы не менее 90%. И проблема именно в трансформаторе - не хочет он нормально работать на реактивную нагрузку... Замена емкости на нагрузочный резистр это подтверждает - КПД возрастает практически до требуемого значения.

Буду рад любым подсказкам, советам и рекомендациям.
Буду вдвойне рад готовому решению.

P.S. С месяц назад оставлял подобное сообщение, но сейчас найти эту тему не удается...

Tрансфoрматору все равно какая нагрузка. Делo в управлении, имхо.

Когда кондер разряжен, накопленная в трансе энергия уходит в нагрузку очень долго. При этом она в основном теряется на нагрев вых. диода, но заодно слегка поднимает напругу на кондере. Длительность обратного хода должна быть большой, иначе вся энергия из транса не уйдет. Если его рано переключить на прямой ход, то будут ненужные потери на переключение, и еще сердечник может войти в насыщение.

По мере роста напруги энергия уходит в нагрузку все быстрей, и все меньшая часть ее теряется на диоде.

Так что мк должен отслеживать вых. напряжение и соответственно изменять длительность обратного хода.

PS: сердечник должен быть с зазором, или на кольце из порошкового железа, методика расчета обычная http://akouz.e-access.com.au/zip/chokes_rev2.zip

Проблема в том, что активной нагрузки как таковой просто нет.
Выпрямительный диод нагружен на "голую" емкость. По мере ее раряда (в цикле заряда, который длится 1,5-5 мс) существенно меняется импеданс нагрузки - фактически от КЗ (в момент начала заряда), до бесконечности (при полном заряде емкости). После зарядки емкости до нужного напряжения, соответствующего запасенному заряду энергии, преобразователь должен просто выключаться - это вытекает из жестких требований по КПД девайса. Скважность управляющих импульсов - 50%, частота может быть задана любая (в диапазоне от 10 до 200 кГц). Изменять скважность (фактически - ШИМ) проблематично, это ограничение связано с таймером контроллера, который управляет ключем, и тактовой частотой самого камня (Мега 8, тактовая - 8 МГц, таймер 1).
Именно это и не позволяет оптимизировать режим работы ключа, да и самого транса (точнее - накопительного дросселя обратноходового преобразователя).
Пока приемлемое решение не найдено...
Задача остается актуальной.

Судя по вашему вопросу, это объявление нужно было давать в разделе Работа.

В этом и проблемы нет. Трансу без разницы какая у него нагрузка, "он об этом не знает".


Если эту емкость заряжать от источника напряжения, эти слова имели бы смысл. А она заряжается от импульсного источника. На прямом ходе ключа в трансформаторе накопили энергию, на обратном ходе отдали накопленную энергию в нагрузку. А какая нагрузка - рояли не играет.

Энергия конденсатора Ec=C*V^2/2. Если накопленная в каждом цикле на прямом ходе энергия одинакова и равна Е=L*i^2/2, а на обратном ходе кондер получает всю эту энергию, то E=C*(V1^2 - V0^2)/2, где V0 - напряжение на кондере в начале обратного хода, V1 - напряжение в конце обратного хода. То есть, с увеличением напряжения приращение напряжения в каждом цикле будет заметно уменьшаться. Если судить по приращению напряжения, вначале кондер "заряжается легко", а с увеличением напряжения - "с трудом". Правда, "высасывает" энергию из транса он все быстрее.


Я в предыдущем посте объяснял, почему скважность нельзя держать постоянной. При малых напряжениях на кондере длительность обратного хода должна быть большой.


Лень, что ли? Других проблем че-то мне не видать: "The PWM resolution for fast PWM can be fixed to 8-, 9-, or 10-bit" (это из даташита Атмеги8)

Есть некое противоречие в Ваших словах, не находите? И почему с ростом напряжения на конденсаторе энергия "высасывается" всё быстрей" - непонятно. То есть, в идеале, если трансформатор не нагружать, энергия из него уйдёт мгновенно? Я думал, наоборот.

Грубость и надменность никогда не способствовали взаимопониманию...

8-битный PWM возмоможно реализовать только на частоте в 256 раз меньше, чем тактовая частота камня. 8 МГц / 256 = 31 250 Гц (и это без прескалеров таймера!). И в даташит смотреть не надо.
Из постановки задачи, как мне кажется, должно быть ясно: желательная частота преобразования - порядка 100 кГц. Добавить сюда прескалер таймера (а куда мы без прескалера? ), допустим, на 16... какой уж тут fast PWM?

Да и заявление про то, что "трансформатору все равно какая нагрузка" как-то шапкозакидательски выглядит... Вы уж извините...
По поводу скорости зарядки кондея могу сказать только одно - она зависит исключительно от постоянной времени зарядной цепи. И расчитывается по тривиальной формуле.
В любом случае - благодарю за попытку оказать мне помощь.


To all: Готов выслушать другие мнения.

Сегодня прикупил импортные "броники". Качество - на порядок выше, чем у наших Б18.
На поверхности чашки нанесена маркировка - N48. Судя по всему - Siemens. Но что есть - N48?
Нашел данные на N27, N47, N53, N67 и т.д.
N48 - загадка...
Мо-быть кто подскажет параметры этого материала.

Это я Вам польстить хотел...


Hадо. Это был бы совсем отстойный проц, если бы он не умел выдавать fast PWM.
The waveform generated will have a maximum frequency of fOC1A = (fclk_I/O)/2
The counter counts from BOTTOM to TOP then restarts from BOTTOM.


Нет, не ясно. Откуда эта цифра взялась?


Формулу в студию, плз. С обоснованием ее применимости для данного случая: перекачка энергии из дросселя в нагрузку.


Из всем (надеюсь) известой формулы V=L*(di/dt) следует, что если индуктивность L подключить к источнику напряжения V, то ток через нее изменится на величину i за время t = L*i/V.

При постоянном времени прямого хода, в начале обратного хода в нагрузку течет ток i, один и тот же в каждом цикле. Напряжение на нагрузке (кондере) V в первом приближении можно считать постоянным за время обратного хода. Индуктивность (приведеннная ко вторичной) L. Время, за которое ток упадет до нуля, t = L*i/V, т.е. обратно пропорционально напряжению на кондере.

To AK: еще раз благодарю за настойчивые попытки помочь мне в решении поставленной задачи.
Ваше мнение принято к сведению. Желания полемизировать не возникает...
Хотелось бы услышать и мнение других искушенных в вопросах импульсных преобразователей.

Вы не ответили на вопрос, откуда взялись 100 кГц, и проигнорировали просьбу привести формулу.

PS: Не скрою, я не о Вас пекусь, а о других, кто читает и будет читать эту ветку. Ваш пример им наукa.

Похвальное желание облагодетельствовать всех и вся.
Правда, в ущерб конкретике обсуждаемой темы.

Была бы возможность, с удовольствием поднял частоту преобразования до мегагерца и выше, и перешел на полосковые индуктивности.
Читайте постановку задачи: минимальные массогабаритные параметры девайса. Или нужно было добавить открытым текстом, что эти параметры уменьшаются в первую очередь именно с ростом частоты преобразования?
Там же читаем: время, отведенное на полный единичный заряд емкости - не более 1,5-2,0 мс, откуда очевидно вытекает минимальная частота преобразования - 500 Гц при одно-импульсном заряде, что не обеспечивает требуемой точности "порции" запасаемой энергии, откуда, в свою очередь следует логический вывод: поднимай частоту, получишь возможность регулирования величины энергии путем изменения количества дискретных мини-порций энергии, переносимых из дросселя в емкость.

Уважаемый, я спросил буквально следующее: "может ли кто-нибудь предложить готовое решение?".
Помощь в освоении теоретических азов работы индуктивности и емкости мне не требуется - плавали, знаем!

Так что выходит это Ваш пример будет "другим наука" - хотите помочь, сначала вникните, какая помощь требуется вопрошающему.

Еще раз благодарю за "души прекрасные порывы".

P.S. Формулу приводить не буду, дабы не провоцировать дальнейший флейм.

P.P.S. Перечитал свой первый пост.
Действительно, вопрос был поставлен не корректно: "Буду рад любым подсказкам, советам и рекомендациям".
Вынужден признать, что "любые подсказки, советы и рекомендации" - были.
Но - не "в тему", поэтому и не пошли на пользу...

не факт, tiny15 штатно работает на 1,6М, хотя PWM 100кгц - легко...
В даташит всетаки смотреть надо

Боюсь, "всем известная формула" в данном случае неприменима.

Из чего это следует?
Если Вы делаете допущение:
, то о какой перекачке энегии может идти речь? ИМХО, это в корне неверно. Ибо из двух этих последовательных утверждений следует, что конденсатор не заряжается вообще, то есть, V не растёт. Откуда же изменение?
Я бы всё же рассматривал эту цепь, как классический LC-контур, на этапе перекачки энергии из L в С.

Ребята, ну что же вы все такие умные?! Прям страшно...
Девайс построен на Меге 8, и уже работает. Хотелось бы - чтобы работал лучше.
Причем здесь tiny15 ( у нее внутренний ген на 25,6 МГц молотит, отсюда и PWM 100 кГц), теорема Котельникова, и прочие не имеющие отношения к делу вещи?
Есть что сказать по существу - буду очень рад. Нет - зачем трендеть попусту?

Похоже, пора тему закрывать...

Пытался пойти по этому пути, но безуспешно. Дело в том, что (из практики) количество дискретных порций электричества, которыми заряжается кондей, при тактовой 100 кГц примерно равно 150-200, и зависит от напряжения питающего аккумулятора. Камень отслеживает величину этого напряжения ( от 6 до 9 вольт), и в зависимости от его значения включает преобразователь на определенной время (на определенное количество тактов). Таким образом удается с достаточной точностью поддерживать неизменность накапливаемой в кондее энергии, что является одним из условий задачи.
Постоянная времени зарядной цепи для реальных условий позволяет включить последовательно в цепь заряда кондея дополнительное R, величина которого и оптимизирует скорость заряда емкости, и "смягчает" режим работы не только дросселя, но и косвенно - силового ключа.
Моделирование (громко сказано ) процесса (пардон - параметров элементов) провожу в самолепной программке, которая позволяет играть большинством параметров - от типа и материала магнитопровода, до частоты и скважности управляющих импульсов.
Все бы хорошо, но при этом не учитываются некоторые реактивности - издержки excel, в котором симулируется процесс...

Всем известная формула как раз-таки применима в любом случае. А вот проинтегрированная строго применима только если напряжение на дросселе не мeняется, или меняется на очень малую величину, чтобы погрешность была мала. Однако речь идет не о точном расете, а о демонстрации почему дроссель будет быстрее отдавать энергию, так что все корректно.


Из той же формулы, т.к. время прямого хода постоянно, напряжение питания постоянно, и прямой ход начинается когда в дросселе нет энергии.

При pассмотрении данного вопроса (почему дроссель будет быстрее отдавать энергию) изменением можно пренебречь. Возьмите кондер побольше.

Увы, готовое решение подсказать не могу. Могу только дать банальный совет - посмотреть схемотехнику фотовспышек - условия для проектирования практически одинаковые. Только там емкость побольше (400- 1600мкФ) и зарядается соответственно 3-5 сек.

По поводу достижимости КПД 90% - ИМХО, непростая задача в данном случае. 2 Вт потерь во всей схеме - достижимо, но при очень тщательной оптимизации. Достижимо ди это при постоянном коэффициенте заполнения - не уверен.
По поводу импортных ферритов - путь правильный, потери в них существенно меньше.

Простая задача не вызвала бы столько жарких споров!
2 Вт потерь - непозволительная роскошь, к сожалению... Потребляемая мощность, в пересчете на "чистую" запасаемую энергию реально лежит в диапазоне от 0,9 до 8,9 Вт, в зависимости от длительности паузы между циклами заряда емкости.
Сами понимаете, терять 2 Вт при этом... не только жаба не позволяет...

По поводу фотовспышек - там автогенератор, низкие требования к КПД, по сути - неограниченное время заряда, и никаких требований по величине запасаемой энергии. Кроме того, масса и габариты девайса там не принципиальны.
У меня задача - "уложиться" в спичечный коробок.
И это с учетом разрядной цепи, о которой здесь речь не идет (TO-220 или D2PAC тиристор, и еще кое-какие мелочи).

Кто нибудь встречал данные на материал N48?

Google по этому поводу вот что говорит:.

Невысокая стоимость сердечников открывает возможность для широкого использования материалов Epcos

-для резонансных катушек индуктивности, работающих в широком интервале температур: марки K1, M33, N48; - http://www.ferrite.ru/literatura/new_katalogs.html. Для преобразователей напряжения рекомендуют другие марки.

Думаю, в выложенном там каталоги какая-нибудь инфа будет. Или же смотреть на сайте Epcos.

Задача-то простая. Она ничем в сущности не отличается от процесса старта любого импульсного преобразователя, и, особенно - работающего без нагрузки или с малой нагрузкой. Единственное отличие состоит в наличии требований ко времени старта, габаритов и к КПД в этом конкретном режиме.

Чтобы увеличить КПД, надо определить источник потерь. При тупом запуске 50% импульсами самый очевидный (и наиболее вероятный, судя по комментариям) источник потерь - насыщение транса, и все с этим связанное.

Чтобы уменьшить время старта можно, конечно, поднять частоту, чтобы на том же сердечнике перекачивать больше мощи. Однако это самый глупый путь, т.к. при тех же 50% импульсах потери тоже возрастут. Разумнее обеспечить 100% использование сердечника подходящих габаритов на минимально возможной частоте. Для этого надо чтобы он все время работал, надо не давать ему простаивать, что совершенно неизбежно происходит при выбранном способе управления меандром.

Вернее так. При управлении меандром в широком диапазоне вых. напряжений:

-- Если нет простоев (т.е. ток все время вкачивается в дроссель или выкачивается из него, даже при макс. вых. напряжении) - значит, или гарантированно есть насыщение дросселя (что случится при малых. вых. напряжениях, т.к. ток "не успеет уйти" из дросселя к моменту начала нового цикла), или же дроссель "недогружен", взят с чрезмерным запасом по току и, соответственно, имеет большие габариты.
-- Если же обеспечено полное выкачивание энергии из дросселя при малых вых. напряжениях, значит, при высоких он переходит в прерывистый режим, и значительную часть времени простаивает зря.


Epcos, материал для фильтров. Раньше вместо него был N26.

По поводу ШИМ-а в АВР-ах, если не хотите читать доку, читайте хотя бы аппликуху http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_do...nts/doc2542.pdf
Increasing the base frequency beyond this frequency will be at the expense of
reduced resolution, since fewer steps are then available from 0% to 100% duty cycle.

Даташит на многие AVR-ки знаю почти наизусть.
Или я чего-то не понимаю, или мы разговариваем на разных языках.

Хорошо, давайте зайдем с другой стороны (в конце концов - это надо именно мне):

Предложите способ, позволяющий "на лету" менять скважность ШИМ в диапазоне 10-90% (или шире?) при частоте импульсов 50-150 кГц (или в другом диапазоне?) при дискретности изменения скважности от 1 % (или больше/меньше?). При этом речь идет о изменении скважности каждого импульса в пачке. Я правильно Вас понял?
Хотелось бы узнать также, по какому закону изменять скважность и как этот закон применить во временном интервале 1,5 миллисекунды.

Если я хоть что-то понимаю в ШИМ - частота дискретизации пропорциональна точности формирования заданной длительности импульса (считаем, что частота/период не изменны).
Задаем частоту - 100 кГц (допустим).
Задаем точность формирования скважности - 1% (допустим).
Для того, чтобы обеспечить требуемую точность при прочих заданных условиях, потребуется частота дискретизации (читай - тактовая камня) не менее 100.000 х 100 = 10.000.000 Гц = 10 МГц.
Читаем тему выше: частота камня - 8 МГц (не обсуждается!), прескалер таймера настроен на деление на 8 (извините, выше ошибся, указал деление на 16), что тоже не обсуждается.
Итого, имея входные данные получаем:
При заданной частоте, предделении, и 1-процентной точности формирования ШИМа, максимальная частота импульсов на ключ преобразователя теоретически не может быть выше 8 МГц / 8 / 100 = 10 кГц. Учитывая, что таймер2 (именно этот таймер используется в реальном девайсе) Меги 8 "заточен" на формирование 8-битного ШИМа, получаем увеличение точности формирования скважности до 0,4% (на вскидку), при соответствующем уменьшении частоты выходных импульсов до 3,9 кГц.
Если в моих рассуждения есть ошибки - поправьте, буду признателен.

Не прнимаю, зачем такая точность формирования длительности импульсов.

В плане общетеоретических размышлений полагаю, что в этом устройстве целесообразнее применять не ШИМ, а ЧИМ. Длительность открытого состояния постоянна, а длительность закрытого - меняется. Отслеживается точка перехода тока через 0 и запускается новый цикл. При достижения нужного выходного напряжения преобразователь затыкается. При этом невозможно насыщение сердечника, минимальное время заряда емкости и максимальное использование возможностей ключей и трансформатора. Соответственно, массогабариты будут минимальны, а КПД - максимально.
Кстати, именно так работают автоколебательные схемы преобразователей, используемых, к примеру, в фотовспышках.

Не поленился, заглянул в даташит на Мегу 8.
И вот что увидел на стр. 111:

The PWM frequency for the output can be calculated by the following equation:

f(PWM) = f(clc)/ N*256.

The N variable represents the prescale factor (1, 8, 32, 64, 128, 256, or 1024).

Считаем еще раз: 8.000.000/8/256= 3.906,25 = 3,9 кГц.

То AML: не понял, что Вы имеете в виду, говоря: "Отслеживается точка перехода тока через 0 и запускается новый цикл"?

ИМХО, просится сюда какой-нибудь аналоговый ШИМ-контроллер!
Он бы и ток дросселя контролировал, не давал бы ему насыщаться,
частоту можно было бы повыше организовать.
Писать программу переменной во времени ШИМ или ЧИМ, зависящей от
входного напряжения, на мой взгляд, сложнее.
Гораздо проще взвести ножку "enable" у того же MAX669, к тому же
более высокая частота позволит выиграть для него место.

Смотрите что у вас сейчас происходит, при управлении меандром постоянной частоты (предупреждаю, считаю наспех, могу ошибиться, но хоть суть проблем покажу). Предположим, требуемая длительность цикла заряда 2 мс, частота 100 кГц, источник питания Vo=6В. Емкость 0.47 мкФ, напряжение 360В, энергия C*V^2/2=30.5 мДж. За 2 мс пройдет 200 циклов заряда, в каждом цикле надо передать E=152.5 мкДж.

Прямой ход преобразователя t=5мкс. За это время ток в индуктивности L возрастет на величину i=t*V/L Если считать, что в начале цикла тока в первичной не было, то требуемую индуктивность легко найти: L=(t*Vo)^2/(2*E) = 2.95 мкГн. Соответственно, ток в конце прямого хода i=10.2А

Посмотрим, насколько увеличится напряжение на нагрузке, если вся накопленная энергия в первом цикле уйдет в кондер. V1=sqrt(2*E/C)=25.4 В. Чтобы не возиться с интегралами, можно просто принять, что напряжение "в среднем" было равно 1/3 от конечного (т.к. форма тока и напряжения треугольные), т.е. V1=8.48В. Теперь можно найти приведенную ко вторичной обмотке требуемую индуктивность, L'=(t*V1)^2/(2*E) = 5.89 мкГн. Требуемый коэфф. транформации, получается, должен быть равен корень из 2. Если выбрать его равным 2, то приведенная индуктивность будет велика, 11.8 мкГн, и за 5 мкс ток из нее не уйдет - слишком мало вых. напряжение. Выберем для начала 1:1, при этом ток из катушки уйдет за 2.95мкГн*10.2А/8.48В=3.5 мкс.

Теперь посмотрим, что будет происходить при, скажем, 300В на выходе. В начале цикла в кондере энергия равна En=21150 мкДж, в конце 21302.5 мкДж, напряжение на кондере в конце этого n-ного цикла будет 301.08 В. Чувствуете разницу? В первом цикле напруга скакнула на 25В, а ближе к концу шажок уменьшился всего до 1В. О чем и было говорено.
Поскольку разница начального и конечного значений совсем невелика, можно взять просто среднее, 300.5В, и считать что индуктвность "работала" на такое напряжение в нагрузке. Ток из катушки при этом уйдет за 2.95*10.2/300.5= 0.1 мкс. Остаток времени обратного хода (это почти 5 мкс) в системе ничего не происходит, отдыхаем-с...

Если же взять коэфф. трансформации 1:2 и поиметь приведенную индуктивность 11.8 мкГн, то можно посчитать, до какой величины ток во вторичной уменьшится к концу первого периода. Начальный ток 10.2А/2=5.1А, за 5 мкс он уменьшится на 5*8.48/11.8=3.8А (на самом деле, еще меньше, т.к. не вся энергия ушла в нагрузку, так что "среднее" напряжение будет меньше 8.48В). С остаточным током в 1.3А (приведенный к первичной он будет равен 2.6А) начнется второй цикл, в нем ток в катушке опять возрастет на 10.2А, и составит 12.8А. Так что сердечник придется взять с запасом, чтоб он при этом токе не насытился. Правда, хорошо уже то, что во втором цикле энергия (и ток), судя по всему, полностью уйдет в нагрузку. Тем не менее, при высоких напряжениях опять почти пол периода сердечник будет "простаивать".

Можно, конечно, взять такой коэфф. трансформации, чтобы прерывистого режима не было вплоть до 360В, или хотя бы вольт при 200. Однако токи в первичной при малых вых. напряжениях достигнут таких чудовищных величин, что все сгорит к ядрене фене, если не предусмотреть токовой зашиты. А если предусмотреть, то отдыхать система будет при прямом ходе. Шило на мыло.

Регулировать ШИМ с точностью 1% совершенно не обязательно. И грубые 10%...20% скачки лучше чем никакие. Даже это позволит на порядок облегчить режимы и избежать насыщения при малых выходных.

Вы продолжаете развивать своё заблуждение?
Во-первых, напомню, что меандр - это прямоугольный сигнал со скважностью 2 и "управлять" им - бессмысленно.
Во-вторых, "простаивание сердечника" - термин совершенно новый для описания работы импульсного конвертера. Если имелся в виду режим непрерывных токов, то да, габариты, в этом режиме можно оптимизировать, но к потерям это не имеет отношения. Такой класс преобразователей существует, ток у них "не успевает уйти" из дросселя к моменту начала нового цикла", но сердечник, тем не менее, не насыщается. Всё рассчитано , главное - поддержание равенства запасённой и отданной энергии.
И наоборот, "простои" могут быть любыми (слышали про блокинг-генераторы?). Здесь есть паузы между циклами, индукция и токи в них падают до нуля. Это режим прерывистых токов. Из режима непрерывных токов в режим прерывистых преобразователь может перейти с увеличением тока нагрузки, т.е. тогда, когда, (пользуясь Вашей терминологией) энергия из сердечника "высасывается" слышком быстро и нет запаса по регулированию. Режим к.з. (конденсатор разряжен) - как раз такой случай.

Очень дельное предложение. Не обязательно даже отслеживать напряжение, достаточно дать с небольшим запасом время, чтобы ток из катушки гарантированно ушел. Вплоть до чисто программного управления ключом, где время открытого состояния фиксированно, а время закрытого состояния ключа (количество NOP-ов в цикле) берется из заранее расчитанной таблицы.



Меандром управляется силовой ключ. Неужто даже простейшие вещи надо объяснять по слогам, как дошкольникам?

Боюсь, что мы говорим на разных языках...

А где же тогда ШИМ?

Не теряйте нити разговора. Валентиныч сейчас управляет силовым ключом, выдавая на него меандр. Я предлагал вместо этого использовать ШИМ, пусть даже грубый. AML предложил ЧИМ, и я с ним согласен. Собственно, это тоже подразумевалось в моих предыдущих постах, недаром же я постоянно долдонил про фиксированное время прямого хода.

Ну вот, кажется медленно, но верно, начинаем сворачивать на рельсы делового разговора.
И это искренне радует.

Все написанное в двух предыдущих постах имеет место быть. В общем - это классика. Хочу добавить, что форма нарастания напряжения на емкости при запитке ее от индуктивного накопителя мало чем отличается от формы нарастания напряжения при запитке кондея от генератора тока (обычная RC цепь, и ее тау). Именно об этой постоянной я и говорил в самом начале.
В своих рассуждениях я исходил из того, что выходное активное сопротивление преобразователя довольно низкое, реактивность индуктивности вторичной обмотки я отбрасывал (мо-быть здесь и порыта собака?), а время перекачки энергии в емкость "растягивал", искусственно увеличивая тау зарядной цепи дополнительным резистором. Не уверен, что делал это оптимально. Проверю.
Теперь что касается скважности. Мне кажется, что если подобрать частоту меандра (или индуктивность дросселя) так, чтобы обеспечить непрерывность токов на прямом и обратном ходах для режима начала заряда емкости (емкость - "пустая"), то некоторые "простои" дросселя в последующих тактах заряда можно просто не принимать во внимание - на КПД они не должны отражаться. Просто временнАя эффективность заряда будет уменьшаться по мере заряда емкости, но это - не страшно.
Выбор меандра обусловлен лишь одним: таймер камня постоянно молотит сам по себе в режиме генерации меандра, не отвлекая ресурсы ALU, которое и без того занято решением основной задачи в ресльном времени. Поэтому я просто при инициализации камня задаю режим таймера, для генерации требуемого периода меандра, а количество энергии, в зависимости от напряжения аккумулятора, регулирую временем в течение которого выходной порт транслирует состояние таймера на силовой ключ. Есс-но, синхронизирую порт с состоянием таймера, не позволяя включать силовой транзистор "не в такт".
По моим расчетам получается следующее:

Uакку = 6 В, С = 0,47 мкф, Uc(max) = 370 В, P = 32,17 мДж.
Транс: броник Б18 с зазором 0,3 мм, (вариант на кольце дает аналогичные результаты) при f=100 кГц:
L1 = 2,71 мкГн, 5,75 витка, пиковый ток ключа = 5,7 А, средний ток = 2,76 А.
Тогда требуемый К транса равен 64, вторичка = 366 витков (индуктивность не считал).
Эквивалент активного сопротивления цепи заряда ~ 1 кОм (с учетом сопротивления вторичной обмотки, но без учета ее реактивного сопротивления).
Учитывая довольно длинные паузы между циклами разряд/заряд емкости (от 2 до 64 мс), расчетная средняя мощность преобразователя должна изменяеться от 0,85 Вт до 8,3 Вт.
Но фактически - почти в два раза выше. Вот это и смущает...

Не убедительно... Вторичка не принимает участия в накоплении энергии. По этому коэфф. трансформации должен считаться как для обычного транса. ИМХО.
Важно лишь обеспечить баланс токов и напряжений в обмотках.
Кстати - расчетный импульсный ток вторичной цепи во время обратного хода - всего 43 мА.

Поясните мысль. Напряжение на емкости при запитке от генератора тока - линейно-нарастающее, в обычной RC-цепи - экспонента, что сильно не одно и то же.

Флайбек с постоянной длительностью импульса (как у вас) - это не источник тока, а, скорее, источник мощности. Ведь энергия, запаченная в сердечнике на каждом такте, постоянна. Если она полностью отдается в нагрузку (емкость) - то это и есть источник постоянной мощности. Поэтому форма напряжения на емкости - не классическая экспонента.


Совершенно верно. Ведь индуктивность в этом случае - источник тока. А у источника тока дифференциальное сопротивление стремится к бесконечности. И его явно отбрасывать нельзя.


Поясните, зачем это вообще нужно делать. Внесение активного сопротивления в силовой контур лишь снижает КПД и не выполняет никаких полезных функций. Скорее всего, именно по этой причине КПД схемы вас не удовлетворяет.
Ток в емкости в этой схеме и так ограничен током индуктивности. И дополнительных "растяжек" не требует.


В свое время делал аналогичеый преобразователь (из 6 в 300 на чистую емкость) тоже с постоянным коэффициентом заполнения. Но выбирал его равным 0,7. Это позволило снизить коэффициент трансформации (ниже потери в трансформаторе) и обеспечить режим непрерывных токов в большем диапазоне выходного напряжения (тоже повыщает КПД). Насколько это приемлемо в рассматриваемом случае - не знаю. И почему не было насыщения на начальном этапе, тоже уже не помню.



Совсем не понял... О каком КПД можно говорить при таком автивном сопротивлении контура!!! Там за кождый Ом борются. А на первичной стороне - за сотые доли Ома. Или же речь идет об эквивалентном (виртуальном) сопротивлении, которое бы дало такую же постоянную времени, как в этом преобразователе?

Энергия накапливается не "в первичке" и не "во вторичке", а в магнитном поле (сердечника, когда он есть). На прямом ходе вторичка "отключена" и не участвует в процессе накопления, это верно. Для расчетов процесса накопления энергии в формулах используется индуктивность первички. На обратном ходе первичка "отключена" и не участвует в процессе расхода накопленной энергии. Поэтому для расчетов расхода накопленной энергии используется индуктивность вторички.

Нарисуйте эквивалентную схему силовой цепи, где трансформатор заменен дросселем. Это будет безтрансформаторный инвертирующий преобразователь, но на прямом ходе индуктивность дросселя L, а на обратном L'.

Почитал тему - блин, ну и каша!
Пока добрался до этого Вашего поста, в общем, прикинул, как надо делать. Почти так, как Вы и предложили. Резюмирую и дополню только:
1. Регулятор должен быть релейным. Это даст высокий КПД, хорошие массогабаритные показатели и устойчивость регулирования.
2. Релейных петель регулирования должно быть две. Первая - по току дросселя. Т.е., ключ врубается при токе дросселя, близком к нулю, а вырубается при достижении им определённого значения. Это даст наилучший коэфф-т использования тушки дросселя, т.к. в каждом цикле в него будет закачиваться и из него выкачиваться строго определённая порция энергии. Вторая петля - по выходному напряжению. Должна, как Вы и предложили, вырубать преобразователь при достижении им (напряжением) желаемого порога. Для обеспечения хорошего КПД и устойчивости работы необходимо наличие в ней небольшого гистерезиса.

Микроконтроллер, думается, в таком устройстве нахрен не нужен. Смело можно попытаться использовать любой релейный (гистерезисный) контроллер с управлением по току ключа и с запуском/отключением несложной схемой. Филипс делает контроллеры с отслеживанием размагничивания дросселя, только вот не знаю, подойдут ли. Но принцип можно взять на вооружение. А то и на россыпи всё изваять...

Не поленитесь, и скачайте последнюю версию 2486P–AVR–02/06. Тогда на cтр. 111 увидите

The waveform generated will have a maximum frequency of fOC2 = (fclk_I/O)/2 when OCR2 is set to zero (0x00). The waveform frequency is defined by the following equation:
fOCn = (fclk_I/O) / (2⋅N⋅(1 + OCRn))

Считаем еще раз c заданным менее-чем-оптимальным значением прескалера: 8MHz/(2*8*5) = 100 kHz (шаги 20%)

А на следующе стрнице увидите Fast PWM Mode

The fast PWM differs from the other PWM option by its single-slope operation. The counter counts from BOTTOM to MAX then restarts from BOTTOM.

8MHz/(1*8*10) = 100 kHz (шаги 10%)

Чтобы получить ЧИМ (что гораздо правильнее), достаточно установить (даже в обычном режиме) макс. частоту при скважности 2 (OCRn=0) 8MHz/(2*8*1) = 500 kHz (длительность прямого хода 1 us), послe чего регулировать OCRn (т.е. период цикла, оставляя неизменной длительность прямого хода): в начале заряда значение OCRn большое (чтобы ток успел уйти в нагрузку), в конце уменьшается до 0. Менять период цикла можно грубыми скачками, это только лишь снизит оптимальность и слегка растянет суммарное время.

Абсолютно согласен - оконфузился в попыхах...

Что-то я перестал понимать, какой девайс вы обсуждаете... Или уже началось коллективное творчество по созданию какого-то другого преобразователя?

Для тех, кто не понял в самом начале:
Девайс реализован на Мега8. Кроме него на плате размером 35х48 мм щепотка SMD-шек, транс на броне Б18, мощный ключ SO8, D2PAK тиристор, дроссель по питанию и прочая "дырочная" лабуда типа разъемов и LED's. Решает ряд циклических задач в реальном времени. Период цикла постоянно хаотично меняется от 2 до 60 мс.
Преобразователь в этом девайсе - вторичная функция, ресурсов камня на него практически не осталось.
Все, что есть - кусок таймера, и тот ущербный, т.к. выполняет и другие задачи.
Все, что могу - задать требуемую частоту импульсов на ключ, при неизменной скважности (меандр), или выбрать не оптимальную, заведомо низкую, частоту импульсов, и получить возможность как-то регулировать скважность (пока не знаю, удастся ли найти паузы в программе, чтобы добавить еще одну задачу - слежение за зарядом емкости и регулирование этого процесса).
Кстати, измерять напряжение в процессе заряда, как мне кажется, невозможно: нет свободных входов АЦП, впрочем, его быстродействие и не позволит этого сделать даже при наличии свободных входов, или мультиплексировании. Компаратор камня занят, и не может отвлекаться.
Программный код могу кроить как угодно (не в ущерб основной задаче, есс-но).

Добавить что-либо в схему девайса невозможно, т.к. будет противоречить ТЗ. Вот и кручусь, в надежде услышать что-нибудь толковое, и конкретное...
Толковое начало появляться, конкретное - увы...

Таким образом мне удалось в некоторой степени облегчить режим ключа, ограничив пиковые токи.
Но, как теперь вижу, в ущерб КПД... Очевидный ляп...

Более конкретно вам скорей всего никто не подскажет. Задача корректной перекачки энергии достаточно тривиальна. Bсе проблемы связаны с заморочками конкретной системы и, в частности, с заморочками ее ПО. Вряд ли кто-нибудь будет разбираться в вашем коде и выяснять, как лучше использовать ресурсы проца и как туда втиснуть правильный алгоритм управления ключом.

i=t*Vo/L1=5мкс*6В/2.71мкГн= 11А. Откуда 5.7А взялось?

А это из чего следует?

Почитал про N48. Как и следовало ожидать, материал получше наших, но не совсем то, что нужно в этом случае. Это материал не для преобразовательных устройств, а для резонансных контуров. Поэтому потери в нем сравнительно высокие. Кроме того, для этого феррита 100кГц - предельная рекомендованная частота использования. Поэтому могу предположить, что с этим сердечником максимально возможного КПД достичь не удастся.

Действительно, откуда?...
Вынужден признать, что по невнимательности допустил элементарную арифметическую ошибку (стыдно...).

Из методик расчета транформатора, описанных в книгах Митофанова-Щеголева, Поликарпова-Сергиенко и т.д.. Здесь вроде все верно, но - проверю еще раз.
К сожалению, эти общепризнанные методики предназначены для расчета длительного (установившегося) режима преобразователя с незначительным изменением нагрузки. И все расчеты ведутся "задом наперед" - от параметров вторичной цепи (обычная практика таких расчетов). В данном случае имеет место совсем другое - в течение всего времени работы преобразователя наргузка непрерывно изменяется, что в некоторой мере и не позволило мне корректно выполнить предварительные расчеты.
Попробую выполнить расчеты по другому - от "кванта" энергии, запасаемой в первичной цепи в каждом такте работы преобразователя. А затем пересчитаю всё в амперы/вольты/витки.

Да, я это тоже выяснил, но пока другого материала просто нет. Или N48, или наш М2000, выбоор не богатый...

To All: благодарю всех откликнувшихся, и высказавших свое мнение по этому вопросу.
В том числе - моему главному оппоненту АК, чья агрессивность в конце концов заставила меня более критически подойти к решению задачи.
При этом я все же остаюсь при своем мнении в вопросе формирования скоростного ШИМа. Здесь, АК, Ваши выводы не верны как в принципе, так и в частном случае использования таймера2 Меги 8. Если внимательно перечитаете даташит, уверен, поймете свою ошибку.

Особый респект - AML, человеку, деликатность которого оставила самые приятные впечатления, и желание "дружить" и общаться дальше.

Так что дискуссия не прошла впустую.
Кое-что начинает проясняться как в общей теории работы преобразователей такого класса, так и в подходе к решению моей конкретной задачи.
Беру тайм-аут на 2-3 дня. О положительных результатах (если такие будут) обязательно сообщу.

Трудно спорить, когда вместо доводов, расчетов и примеров приводится безапелляционное мнение безо всяких обоснований. Увы, практика (в том числе данное обсуждение) показывает, что такое безапелляционное мнение часто бывает ошибочным, а доводы не приводятся по той простой причине, что их или вообще нет, или же они слишком шаткие, чтобы их было не стыдно произнести вслух. Со своей стороны, вынужден еще раз процитировать аппликуху AVR131, стр.2 и 3

In the AVR, the timer/counters are used to generate PWM signals. To change the PWM
base frequency, the timer clock frequency and top counter value is changed. Faster
clock and/or lower top value will increase the PWM base frequency, or timer overflow
frequency. With full resolution (top value 255) the maximum PWM base frequency is
250 kHz. Increasing the base frequency beyond this frequency will be at the expense of
reduced resolution, since fewer step are then available from 0% to 100% duty cycle.
Altering the value of the Output Compare Registers (OCR) changes the duty cycle.
Increasing the OCR value increases the duty cycle. The PWM output is high until the
OCR value is reached, and low until the timer reaches the top value and wraps back to
0. This is called Fast-PWM mode.

The selection of resolution versus base frequency is thus an application dependent
trade-off.

Setting the counter top value to a small value, very high base frequencies are available.

The highest possible timer clock frequency for the ATtiny26 high-speed timer is 64 MHz
(no prescaling). At 16 MHz PWM base frequency (top value 3) the OCR value can be
set to 0, 1 (25% duty cycle), 2 (50% duty cycle, A in Figure 4) or 3 (100% duty cycle).
This shows that lowering the top value to increase the PWM base frequency reduces
the resolution.

Из этого следует, что можно получить высокочастотный ШИМ с произвольно малым числом шагов (например, 4, как в этом примере), а для получения ЧИМ достаточно манипулировать значением top. Если это не так, укажите конкретно, что мешает это сделать, а также почему в Атмеге8 нельзя получить высокочастотный ШИМ с малым числом шагов. Разве в Атмеге этот кусок железа совсем другой?

Это всё верно, только вопрос управления БП с помощью меги в данном контексте, по-моему, не стоит даже рассматривать. У автора темы же реал-тайм процессы, а управление силовым ключом должно иметь наивысший приоритет, чего на данном МК сделать невозможно - система прерываний одноуровневая. Самый важный вопрос: как заводить ОС в МК? Для достижения наилучших показателей нужна ОС по току дросселя в каждом цикле, ведь входное питание нестабильно, неизбежен также разброс и других параметров. Также и ОС по выходному напряжению... Подождём ответа автора...

Мне кажется, для этой конкретной задачи достаточно иметь компаратор, который заблокирует ключ после того, как напряжение на кондере достигнет заданной величины. Что же касается оптимальности процесса заряда, то ей вполне можно поступиться, это просто затянет суммарное время заряда. Тогда можно обойтись без ОС, а формировать длительность обратного хода "по таблице", с запасом, исходя из худшего случая. Даже количество шагов, когда происходит уменьшение длительности обратного хода, можно минимизировать, скажем, до 3-4.

Да, всё верно. Можно даже весь процесс оптимизировать, введя коррекцию "вперёд", то есть без ОС по току и без таблиц: например, непрерывно измеряя входное и выходное напряжение и ужесточив требования к стабильности параметров дросселя. Далее программно реализовать оптимальную функциональную зависимость состояний силового ключа от этих параметров. Однако, мне кажется, такой способ в данной системе вряд ли реализуем, во всяком случае, я бы на такое никогда не решился - из-за ненадёжности, как аппаратной, так и программной.
ЗЫ. И вообще, зачем огород городить? Близкая к оптимальной система управления, по-моему, может быть реализована на сдвоенном компараторе...

Есть в сети категория людей, которые считают себя и свое мнение истиной в последней инстанции...
Да еще и ярлыки вешают направо и налево.
Если Вы смогли заметить, я умею признавать свои ошибки, даже самые нелепые. Попробуйте приобрести это качество, и общаться с Вами стенет намного интереснее.
А пока я просто переадрессую Вам Вашу же ремарку, процитированную выше.


Из этого ничего не следует, кроме того, что в приводимом примере речь идет совсем о другом аппаратном устройстве, которое работает на совсем другой частоте, и обладает совсем другими свойствами.
Я упорно пытаюсь объяснить, что меня интересует частное, конкретное решение именно на Меге 8, и именно на Таймере 2 этого камня. То, что скоростной ШИМ (и ЧИМ, если хотите) можно так или иначе реализовать на другой аппаратной базе для меня не новость уже лет 40 - именно тогда я познакомился с теоремой Котельникова, из которой, в частности, следует, что дискретность изменения частоты и скважности не может быть выше величины шага приращения.(Очень надеюсь, что Вы теперь не обвините меня в старческом склерозе и маразме! )
В данном, конкретном случае, шаг приращения равен периоду CLC таймера, с учетом прескалера/8 - это ровно 1 мкс.
Отсюда, максимальная частота ШИМ (f), который возможен для этого устройства - 500 кГц. При этом скважность будет равна 2. В принципе, возможно изменение как f, так и скважности с шагом 1 мкс, но в данном случае, как мне кажется, предпочтительнее СТС мода (она легко реализуется аппратано), которая позваляет генерировать меандр на любой частоте кратной 2 мкс. Таким образом, снижение частоты ШИМ до 100 кГц (период - 5*2 мкс) позволит реализовать ЧИМ с дискретность 10% от базовой частоты 100 кГц. При уменьшении частоты относительный шаг приращения будет уменьшаться, при увеличении - увеличиваться. И только на частотах ШИМ менее 5 кГц дискретность регулирования достигнет 1 % (впрочем, я отнюдь не убежден, что такая точность требуется для решения моей задачи). Относительный шаг приращения вверх будет только увеличивать дискретизацию, в пределе доводя ее до 100%.
Если Вы такие режимы называете Fast PWM, то я ничего не имею против.
Но меня это НЕ УСТРАИВАЕТ.

Вы всегда вот так о себе, прежде чем навешивать ярлыки? Забавно...


Ну я же говорил, "безапелляционное мнение часто бывает ошибочным, а доводы не приводятся по той простой причине, что их или вообще нет, или же они слишком шаткие", Вы эту закономерность еще раз подтвердили. Может, Вы не знаете что такое ЧИМ?

Посчитаем ЧИМ для заданных ограничений. Примем, что длительность прямого хода постоянна и равна 2мкс, длительность обратного хода будем менять по мере необходимости, но выдерживая дискретнoсть 2мкс, и большими скачками (это все же будет дискретная ЧИМ, для Вашего сведения). Для начала примем, что конденсатор должен быть заряжен за 200 циклов, при этом в каждом цикле надо бы передавать Е=152.5 мкДж.

Зададимся некой разумной величиной приращения тока первичной за время прямого хода, например, 16А (зависит от параметров ключа и пр. обстоятельств, потом уточним). L=t*V/i=2мкс*8В/16А=1мкГн (входное напр. берем максимальное). Длина средней линии у Б18 равна le=25.8мм. Введем зазор g=1мм (прокладка 0.5мм), эквивалентная проницаемость ue=le/g=25.8/1~25.8. Зная AL для сердечника без зазора (3.1мкГн для материала с проницаемостью 1470) найдем AL для сердечника с зазором 1мм, AL'=3.1*25.8/1470=0.054 мкГн. Требуемое кол-во витков N1=sqrt(1мкГн/0.054мкГн)=4.3.

Округляем до 4 витков. При этом L=0.054*4^2=0.864мкГн, ток в конце прямого хода при макс. вх. напряжении i=2*8/0.864=18.5А, энергия 149 мкДж, что достаточно близко к желаемым 152.5 мкДж

Максимальный ток сердечника Imax=(Bmax*g)/(u0*N1), где Bmax~0.35T (для хорошего силового феррита), зазор g=1мм, u0=1.257*10^-3 мкГн/мм, N1 - кол-во витков в первичной. Получаем Imax=(0.35*1)/(1.257*10^-3 * 4)= 69А, запас есть, так что даже сердечник можно взять поменьше чем Б18, или же закачивать в него больше энергии, чтобы зарядить кондер не за 200 циклов, а быстрее.

Примем, что при напряжении на нагрузке в 200В мы сможем перейти на скважность 2. При этом индуктивность вторичной должна быть не более L'=(2мкс*200В)^2/(2*149мкДж)=537мкГн. Коэфф трансформации K=sqrt(537/0.864)=25 (100 витков во вторичке), реальная индуктивность 540 мкГн. В принципе можно отмотать один виток от вторичной, однако сути дела это не меняет.

В первом цикле, как уже ранее было подсчитано, при передаче 149 мкДж напряжение на кондере возрастет примерно до 25В, "среднее" составит примерно 8.5В, ток в начале обратного хода 18.5/25=0.74А, а длительность обратного хода должна быть не менее 0.74*540/8.5=47мкс. При помощи TOP устанавливаем период, например 52 мкс (с запасом), и задаем, например, что в течении первых 10 циклов период не меняем, чтобы не грузить проц.

То есть, за первые 0.52мс мы закачаем в кондер 10 порций по 149мкДж, в сумме 1490мкдж. Напряжение на кондере при этом возрастет до V10=sqrt(2*E/C)=79.6В

После этого запишем в TOP такое новое меньшее значение, чтобы при 80В (т.е. в следующем цикле) на нагрузке энергия все же полностью ушла в кондер. Для этого длительность обратного хода должна быть не менее 0.74*540/80=5мкс, округляем до 6мкс чтобы было кратно 2мкс, а период, соответственно, 2+6=8мкс, что тоже с запасом. Посчитаем, сколько циклов мы должны закачивать энергию в нагрузку, чтобы напряжение выросло до 200В.

Энергия кондера при 200В равна 0.47*200^2/2=9400мкДж. Мы в него уже закачали 1490мкдж, осталось 7910мкДж, для чего надо выполнить 53 цикла закачки. По 8мкс на цикл, это 424 мкс. То есть, через 0.52+0.424=0.944мс напряжение на кондере достигнет 200В, можно переключаться на скважность 2 (период 4 мкс).

Конечное значение энергии в кондере 30500мкДж, 9400мкДж уже закачали, осталось 21100 мкДж. Это закачивается за 142 цикла, которые займут 4*142=568мкс.

Суммарное время заряда, таким образом, равно 0.52+0.424+0.568=1.512мс, корректировка значения TOP делалась всего лишь дважды.

Чем это Вас не устраивает, если не секрет? Вы считаете, что на Atmega8 этого реализовать нельзя?

"Боже мой, в чьем лоне нет противоречий, пролей дождем в мое сердце кротость, чтобы терпеливо переносить мне таких людей. Они говорят со мной так не потому, что вдохновлены свыше и увидели в сердце слуги Твоего то, что говорят, а потому, что они гордецы; они не знают мысли Моисея, они любят свою собственную, и не потому, что она истинна, а потому, что она их собственная. Иначе они бы в равной степени любили и чужую, истинную мысль, как я люблю слова их, когда они говорят истину, - люблю не потому, что это их слова, а потому, что это истина, а раз это истина, то она уже не их собственность" (с) Августин

Говорите, умеете признавать свои ошибки?