TODOPIC
FORO TÉCNICO => Electrónica de potencia => Mensaje iniciado por: Picuino en 22 de Marzo de 2017, 06:36:45
-
Este nuevo tema continúa el proyecto finalizado en este otro tema:
[Proyecto] - Step UP 12V a 19V para notebook - Finalizado (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=46137.msg395472#msg395472)
Documentación:
Documentación para analizar la etapa Boost (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395869#msg395869)
UC3843 Datasheet and Technical notes (http://www.ti.com/product/UC3843/technicaldocuments)
UC3843 Datasheet (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uc3843.pdf)
MBR1645 (http://www.onsemi.com/pub/Collateral/MBR1635-D.PDF)
Cálculos:
Modelo en pequeña señal de la etapa Boost (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395914#msg395914)
Hoja de cálculo para compensador PID (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395929#msg395929)
Hoja de cálculo para representar diagrama de bode (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg396210#msg396210)
Red Snubber (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395743#msg395743)
Esquema:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=28184;image)
PCB:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=28186;image)
Primer PCB construido (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395651#msg395651)
Primer PCB con componentes montados (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395707#msg395707)
Funcionamiento:
Prueba de rizado a la salida (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395733#msg395733)
Aquí tienes el diseño básico del layout de un conversor Boost, según Linear Technology:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Un saludo.
Aquí explica Microchip la técnica de enrollar un cable en la punta del osciloscopio:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01466B.pdf
Un saludo.
-
De todas formas todo esto sirve para aprender, porque no creo que tu notebook te dé problemas con la salida que tienes ahora mismo.
Un saludo.
De eso se trata, de aprender. Voy a diseñar otra PCB, una dificultad que veo es como hacer el nodo más "ruidoso", el que une el drenador, diodo y bobina, tanto el diodo como el transistor necesitan un disipador, esto dificulta que estos componentes estén lo más cerca posible, además un automovil tiene vibraciones y los disipadores deberian estar bien sujetos, el anclaje al PCB puede separarlos aun más ¿alguna idea rspecto a esto?
Se me ocurre hacer un taladro en el disipador, y ponerlos más juntos, salvando los terminales de sujección del disipador.
Sobre este nodo habla la nota 136 en la página 4.
AN136. PCB Layout Considerations for Non-Isolated Switching Power Supplies http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an136f.pdf
Dice que se puede poner un plano de masa por debajo este nodo, pero quisiera hacer la placa de una sola cara.
-
Hola micro_pepe, y gracias por presentar el problema y compartir tus experiencias. Picuino, muchas gracias por los aportes, se está aprendiendo mucho, lastima que no tengo todo el tiempo que me gustaría poder dedicarle
Gracias a todos, un saludo.
Atte. CARLOS.
-
Gracias Chaly por tus aportes. Si no lo hubieses comentado, no me habría dado cuenta de que la frecuencia era el doble de lo que pensaba.
En cuanto al disipador, micro_pepe, ten en cuenta que con un conversor optimizado y con snubber, el calentamiento de ese mosfet va a ser muy bajo. Probablemente no necesite disipador.
El diodo sí que se va a calentar, no hay otro remedio, pero su disipación es baja, del orden de 2.5 vatios. Eso no necesita un gran disipador. Con uno de 25ºC/W es suficiente. https://www.aavid.com/products/standard/6236bg
Si quieres optimizarlo mucho tendrás que cambiar la bobina. Lo ideal es una que tenga las espiras separadas para que no haya capacidades parásitas.
Con tu núcleo no puedes hacer esa bobina porque con ese núcleo bobinando pocos hilos sale una inductancia baja y una corriente alta (30uH, 16A).
Puedes comprar una inductancia de 100uH y 8 Amperios, como esta:
http://www.mouser.es/ProductDetail/JW-Miller/2300HT-101-V-RC/?qs=sGAEpiMZZMsg%252by3WlYCkU2EAtjh1ljkbPptPmvh67h0%3d
Tiene más diámetro (33mm) y podrías hacerla tu mismo con un núcleo más grande, pero es muy difícil conseguir núcleos con las características a medida que uno quiera.
En cualquier caso, puedes comenzar con tu bobina y si ves que es ruidosa, la cambias más tarde.
Para diseñar el nodo, echa un vistazo a varios diseños que ya estén optimizados. En general suelen hacer una isla cuadrada o rectangular, a la que van conectados todos los componentes.
Tiene un poco de arte. Se puede hacer por prueba y error. Intenta diseñar algo y luego dibuja por encima el bucle de corriente. Si es grande, intenta hacerlo más pequeño. Así una y otra vez hasta que sea lo menor posible.
Ten en cuenta que lo que tiene que estar cerca no es el componente entero, sino sólo el pin correspondiente.
Si posteas el diseño podemos ayudar.
En cuanto a la doble cara, creo que deberías plantearte hacerlo por lo menos con 2 caras. No es difícil, sólo un poco más complicado que a simple cara. Además las pistas se pueden quedar todas en una cara y dejar la otra para plano de masa.
Un saludo.
-
Otro más:
Five Steps to a Good PCB Layout of a Boost Converter (http://www.ti.com/lit/an/slva773/slva773.pdf)
Saludos.
-
Bueno, presento un primer boceto de la parte de potencia:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Gracias!!! Un saludo.
-
Veo el lazo un poco grande, y eso que lo he dibujado para el recorrido más corto.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Puedes aprovechar que los componentes son THT para doblar un poco las patillas y que queden así:
* *
*
-
Añade un condensador entre diodo y gnd como el de aquí:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=46137.0;attach=27565)
-
Veo el lazo un poco grande, y eso que lo he dibujado para el recorrido más corto.
Sí es un poco grande, las resistencias shunt hacen la puñeta, quizás sea mejor ponerlas en vertical, pero por otro lado uno de los hilos de las resistencias iría en vertical con toda la longitud de la resistencia...
Puedes aprovechar que los componentes son THT para doblar un poco las patillas y que queden así:
* *
*
¿Te refieres al diodo y al transistor?
Añade un condensador entre diodo y gnd como el de aquí:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=46137.0;attach=27565)
Tengo puesto dos condensadores, uno de 10nF y otro de 100nF SMD (C4 y C10), están justo debajo de las resistencias shunt.
-
Si, con las resistencias es más difícil.
¿Y si les das media vuelta a las resistencias y colocas la red snubber por debajo?
No se si el plano de masa podrías rutearlo bien.
Hay dos cosas que vienen mal, una de ellas es el área del lazo. Cuanto más pequeña sea, mejor. Si dos cables son largos pero van muy juntos entre sí, el área entre ellos es pequeña. Eso está bien porque reduce mucho la inductancia parásita.
Luego también está la longitud de los conductores. Aunque el área sea pequeña, un cable largo tiene inductancia parásita por si solo. Cuanto más cortos sean los cables mejor. Pero lo más importante es el área.
Con el doblado de patillas me refería al diodo y al transistor (como si fuesen un TO-92, que a veces se dobla la patilla central para rutear mejor)
No me había dado cuenta de que C4 y C10 son el condensador entre diodo y mosfet. Con las resistencias de sensado de corriente me había despistado.
Un saludo.
-
A ver que tal de esta otra forma, con dos disipadores pequeñitos de este tipo:
https://www.electropolis.es/disipador-termico-de-aluminio-electro-dh-18-203-granel-8430552128938.html
les hay el doble de altos con la misma anchura.
El diodo lo he cambiado por un MBR745, de 45V y 7.5A, si se queda corto podría poner uno de 16A (MBR1645).
Creo que el lazo es algo más pequeño.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Otra opción es usar las resistencias del shunt de tipo SMD, si hago un pedido para el diodo, la bobina y algunas cosas más, podria meter las resistencias.
Una comparativa:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/sy7dzo.png)
Puede que el área del bucle sea similar, pero las conexiones son algo más cortas.
Gracias!!! Un saludo.
-
Podrías poner 2 o 3 resistencias de 0.1 Ohm y 1 vatio (depende de la corriente máxima que quieras)
http://www.mouser.es/ProductDetail/Bourns/CRM2010-FX-R100ELF/?qs=sGAEpiMZZMu61qfTUdNhG%2fYwJfESKBsXYZlsLff2C0s%3d
El MBR745 lo veo un poco pequeño. Vas a tener hasta 8 Amperios de pico con la carga de 70W.
El lazo sigue siendo grande, pero se puede mejorar si bajas un poco el diodo al lado del mosfet.
He puesto en amarillo el lazo de la snubber y en rojo el lazo de salida.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Las pistas, mejor que no tengan esquinas por donde pase la corriente.
(La pista que va del mosfet a las resistencias).
Un saludo.
-
Abusando un poco del bolígrafo (siempre empiezo a diseñar con lápiz) y del Paint, ¿que tal así?
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Así mejor:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Un par de cosas más.
El nodo que une L con D y con el Mosfet, es mejor hacerle como una pista, no cuadrado.
Eso es porque ese nodo tiene cambios muy bruscos de tensión y actua como una antena. Si lo minimizas, se emitirá menos ruido eléctrico (EMI).
Debajo de la bobina, es mejor no poner cobre, porque se inducen corrientes que producen pérdidas y ruido.
Aquí lo explica: http://rohmfs.rohm.com/en/products/databook/applinote/ic/power/switching_regulator/converter_pcb_layout_appli-e.pdf
La red snubber no creo que disipe mucho ahora. Se pueden poner mejor componentes pequeños smd y acercarla más al mosfet y al diodo.
¿Y si le das la vuelta al fusible y así tienes todos los conectores abajo?
Un saludo.
-
Las resistencias estarían mejor un poco a la izquierda, para que dejen sitio a los caminos de corriente GND y VO.
Creo que no se me ocurre nada más.
-
Adjunto las nuevas modificaciones:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Añade una pista entre el mosfet y el diodo para que desaparezca el pequeño pico que corta un poco la corriente.
La esquina entre el diodo y los condensadores igual, mejor suavizarla para que haya un camino directo.
Yo pondría una pista recta entre resistencia y capacidad del snubber.
El lazo sigue siendo grande, pero con componentes THT veo difícil mejorarlo más.
Otra vez abusando del Paint, ¿Qué tal así?:
Pero con el diodo un poco menos desviado para que esté más cerca del mosfet y de los condensadores de salida smd.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
La bobina creo que te ocupa menos espacio si la giras 90º
La red snubber no termina de convencerme. ¿Y si colocas el componente de abajo en vertical y el de arriba en horizontal para que hagan un ángulo de 90º hacia el drenador? La idea es unir drenador y fuente por el camino más corto posible.
Esta optimización va a tener un efecto pequeño, pero si la fuente tiene un sobrepulso pequeño por culpa de una ruta un poco más larga, luego no podrás reducirlo.
Es difícil saber que efecto va a tener al final un track un poco más largo, pero la idea es reducirlo todo lo que se pueda para que el ruido sea lo más bajo posible.
Un mal diseño ahora es muy difícil de mejorar luego.
Un saludo.
-
La red snubber girada y el diodo menos desplazado:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Con resistencias de sensado SMD mejoraría mucho.
Un saludo.
-
A ver así que tal, el diodo y el mosfet no quise juntarlos mucho por si el disipador hacia contacto con el pin central del mosfet, pero no creo.
He pulido un poco todas las esquinas.
Con resistencias de sensado SMD mejoraría mucho.
Un saludo.
Estas tendría que comprarlas, pero quisiera pedir ya una bobina con las espiras separadas como dijiste, el problema en las tiendas que he visto, que tiene un tiempo de entrega de 12 semanas. En TME he visto este toroide (t106-26b):
http://www.tme.eu/es/Document/82fc93ef93d05a020041f9203a13131a/MICROMETALS-Tseries.pdf
tiene un factor Al = 124nH/N^2
diametro externo 26.9mm y interno 14.5mm longitud 14.6mm
Para 100uH salen: sqr(100u/124n) = 28 espiras
en el orificio interno quedarían juntas, y en el externo separadas, no sé si puede valer.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Gracias!!! Un saludo.
-
Yo pondría C18 en vertical.
Puedes mantener algunas espiras separadas (un cuarto de vuelta) y el resto juntas. Así tienes una zona con inductancia sin capacidad parásita y la puedes hacer con tu núcleo.
Este diseño mejora bastante al anterior. No es necesario hacerlo perfecto.
Un saludo.
-
Si tienes miedo de que el drenador choque, puedes acercarlo más al mosfet. Todavía hay margen.
-
Yo creo que el mosfet no va a necesitar disipador. A ver como sale al final.
-
Se me olvidaba comentarlo.
Es mucho mejor utilizar varios condensadores pequeños que uno grande. La resistencia en serie equivalente de todos juntos es menor que la de un sólo condensador.
Las fuentes conmutadas suelen tener varios en paralelo a la salida.
Un saludo.
-
Y los pequeños condensadores bajo los electrolíticos, mejor ponerlos junto a los bornes de salida para filtrar las corrientes de alta frecuencia de la carga.
Un saludo.
-
Yo pondría C18 en vertical.
Puedes mantener algunas espiras separadas (un cuarto de vuelta) y el resto juntas. Así tienes una zona con inductancia sin capacidad parásita y la puedes hacer con tu núcleo.
Este diseño mejora bastante al anterior. No es necesario hacerlo perfecto.
Un saludo.
OK. Lo del núcleo lo decía porque tengo que pedir unas cosas, entonces aprovecho y pido un núcleo que vale 1€, y ya de paso unas resistencias SMD para el shunt.
Si tienes miedo de que el drenador choque, puedes acercarlo más al mosfet. Todavía hay margen.
No creo que llegue a chocar, si lo doblo como en los integrados de cinco o mas patas.
Se me olvidaba comentarlo.
Es mucho mejor utilizar varios condensadores pequeños que uno grande. La resistencia en serie equivalente de todos juntos es menor que la de un sólo condensador.
Las fuentes conmutadas suelen tener varios en paralelo a la salida.
Un saludo.
Tres de 1000uF en paralelo entonces.
Hago esos cambios y me pongo con la parte de control.
Otra cosa, ¿que tal un varistor a la salida?
Gracias!!! Un saludo.
-
La bobina hay que estudiarla bien. En principio, si compras una del tipo 26 (la más común con colores amarillo-blanco) un poco más grande, te dará más juego que la que tienes. Pero ocupará más espacio.
Otra solución es utilizar ferrita en vez de polvo de hierro. Se calienta menos, creo que genera menos ruido eléctrico y tiene una permeabilidad magnética más homogenea en DC y en AC, pero tienes que colocar un toroide más grande para conseguir la misma inductancia.
Otra fuente de toroides para conmutación son las placas base y las fuentes de alimentación de ordenadores. Están llenas de toroides que pueden ser útiles. El problema es que suelen ser más pequeños de lo que necesitas así que tendrías que colocar dos en paralelo de 200uH 4A o dos en serie de 50uH 8A.
El varistor creo que solo sirve para cortocircuitar picos de sobretensión de la red eléctrica que pueden dañar el circuito. En este caso las tensiones son bajas. No veo la utilidad.
-
Otro tema.
Los condensadores smd junto al diodo creo que son demasiado pequeños. Sólo sirven para quitar pulsos de muy alta frecuencia, pero hace falta añadir un condensador smd de 10uF para las frecuencias intermedias
La teoría:
Tenemos a la salida picos de corriente de +- 4 amperios.
Queremos pulsos de rizado o de ruido menores de 0.1 V
Necesitamos una impedancia en los condensadores como máximo de:
Z = V / I = 0.1 / 4 = 25 mili ohmios
Para frecuencias bajas (40kHz) nos sirven los condensadores electrolíticos. Su ESR conjunta debería ser menor de 25mOhmios, para lo que necesitas buenos condensadores.
La impedancia capacitiva de estos es:
Z = 1 / (2·pi·f·C) = 1 / (6.28 · 40kHz · 3000uF) = 1.3 mili Ohmios
Que es mucho menor y no dará problemas.
Esto significa que podrías poner condensadores más pequeños, siempre que la resistencia serie equivalente (ESR) se mantenga pequeña. Lo puedes conseguir con condensadores de tantalo. El problema es que son más caros, difíciles de conseguir y al ser más pequeños disipan peor el calor.
Para frecuencias altas (>50MHz) tenemos los condensadores de 10nF y 100nF
Z = 1 / (2·pi·f·C) = 1 / (6.28 · 50MHz · 0.100uF) = 31 miliOhmios
Funcionan
Pero para frecuencias medias (1Mhz) no hay nada. Es demasiada frecuencia para los electrolíticos y muy baja frecuencia para que filtren los de 100nF. Es necesario poner uno de 10uF para que funcione bien:
Z = 1 / (2·pi·f·C) = 1 / (6.28 · 1MHz · 10uF) = 16 miliOhmios
La regla práctica:
Conviene poner condensadores con valores que no estén demadiado separados entre sí.
3000uf (valdría uno de 500uF con baja ESR de 25mOhm) --> 50 kHz
10uf (50 veces menos) --> 1MHz
220nF (50 veces menos) --> 50 MHz
22 nf (10 veces menos) --> 500 MHz
Así todos los rangos de frecuencia se ven cubiertos.
Un saludo.
-
Otra cosa. No es lo mismo valores eficaces que valores de pico
1 V eficaz = +- 1.4 V de pico = 2.8V de pico a pico.
De manera que los +- 4 Amperios de salida son 8A de pico a pico con onda cuadrada, que equivalen a una onda senoidal de unos 12.6 Amperios pico a pico.
Una impedancia capacitiva de 25 mili Ohmios a la que le llegue esa señal cuadrada de corriente va a tener una tensión de:
V = R · I = 0.025 Ohmios · 12A
= 0.314 Voltios pico a pico en señal triangular
= 0.16 V de pico
= 0.10 V eficaces.
Si quieres conseguir valores menores, tendrás que sobredimensionar todas las capacidades.
Un saludo.
-
La regla práctica:
Conviene poner condensadores con valores que no estén demadiado separados entre sí.
3000uf (valdría uno de 500uF con baja ESR de 25mOhm) --> 50 kHz
10uf (50 veces menos) --> 1MHz
220nF (50 veces menos) --> 50 MHz
22 nf (10 veces menos) --> 500 MHz
Así todos los rangos de frecuencia se ven cubiertos.
Otra cosa. No es lo mismo valores eficaces que valores de pico
1 V eficaz = +- 1.4 V de pico = 2.8V de pico a pico.
De manera que los +- 4 Amperios de salida son 8A de pico a pico con onda cuadrada, que equivalen a una onda senoidal de unos 12.6 Amperios pico a pico.
Una impedancia capacitiva de 25 mili Ohmios a la que le llegue esa señal cuadrada de corriente va a tener una tensión de:
V = R · I = 0.025 Ohmios · 12A
= 0.314 Voltios pico a pico en señal triangular
= 0.16 V de pico
= 0.10 V eficaces.
Si quieres conseguir valores menores, tendrás que sobredimensionar todas las capacidades.
Tengo condensadores SMD cerámicos tamaño 1206, de 10uF, 470nF y 47nF, en circuitos de RF he visto que a veces ponen uno encima de otro, si duplico los valores mencionados ¿el de 10uF, valen uno encima de otro de 10uF? Por ahorrar un poco de espacio.
Otra fuente de toroides para conmutación son las placas base y las fuentes de alimentación de ordenadores. Están llenas de toroides que pueden ser útiles. El problema es que suelen ser más pequeños de lo que necesitas así que tendrías que colocar dos en paralelo de 200uH 4A o dos en serie de 50uH 8A.
Toroides de fuentes y placas base de PC tengo unos cuantos, la bobina actual es uno de ellos, voy a mirar si tengo uno grande, aunque creo que no, si no puedo comprar el de TME (T106-26B).
El varistor creo que solo sirve para cortocircuitar picos de sobretensión de la red eléctrica que pueden dañar el circuito. En este caso las tensiones son bajas. No veo la utilidad.
Hay varistores de baja tensión, sobre 30Vcc, si por un fallo la salida sube, imagino que se ponga en baja impedancia y funda el fusible.
Gracias!!! Un saludo.
-
Tengo este par de bobinas:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/106lp2s.jpg)
La de la derecha es de polvo de hierro, y tiene un valor de 140uH, es un poco más grande que la actual, pero para 100uH seguiría necesitando muchas espiras, la de la izquierda es de ferrita, y tiene un valor de 44uH, es de hilo doble, con hilo simple llegaría facilmente a 100uH sin muchas espiras.
-
La inductancia no importa mucho. Se puede cambiar con facilidad. Lo que importa en un núcleo es la energía que puede almacenar. Eso depende de la inductancia multiplicado por la corriente al cuadrado. Esa corriente máxima es lo que no sabemos.
A falta de datasheet, se puede estimar la corriente a partir de las dimensiones y el material del núcleo.
Qué dimensiones tienen los núcleos?
-
La inductancia no importa mucho. Se puede cambiar con facilidad. Lo que importa en un núcleo es la energía que puede almacenar. Eso depende de la inductancia multiplicado por la corriente al cuadrado. Esa corriente máxima es lo que no sabemos.
A falta de datasheet, se puede estimar la corriente a partir de las dimensiones y el material del núcleo.
Qué dimensiones tienen los núcleos?
La de ferrita (izquierda):
- Diámetro externo: 24.8mm
- Diámetro interno: 13.8mm
- Altura: 12.3mm
La de Polvo de hierro (derecha):
- Diámetro externo: 27mm
- Diámetro interno: 13.5mm
- Altura: 11.4mm
Adjunto el diseño del pcb total.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
La resistencia R8 la he conectado de la salida negativa, quizás debería ir en el punto común de GND de la parte de control, y el punto de esta GND hacia el control lo he tomado del centro de la isla de masa, no sé si es lo más correcto.
Gracias!!! Un saludo.
-
Creo que así está mejor:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
¿El mejor punto para unir las masas de potencia y control? Había en el hilo unos ejemplos de diseños de PCB, pero no los veo.
Gracias!!! Un saludo.
-
En los datasheet tienes varios ejemplos.
He colgado más en este hilo: http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=44997.0
Si encuentras algún otro, lo cuelgo también.
Sigo con los toroides.
ECUACIONES DEL TOROIDE MAGNÉTICO:
Dimensiones:
Do = 27mm Diámetro externo
Di = 13.5 mm Diámetro interno
H = 11.4 mm Altura
Am = 0.95 · H · (Do - Di) / 2 = 73mm2 Sección del toroide. Área del flujo magnético.
El factor 0.95 depende del redondeo de las esquinas.
Para toroides así de pequeños suele ser un poco menor.
L = (Do + Di) · pi / 2 = 63,6 mm Longitud media del flujo magnético
V = L · A = 4650 mm3 Volumen del toroide
Inductancia y energía:
N = 40 Número de espiras del toroide
L = 140uH Inductancia de la bobina
AL = L / N^2 = 0.088 uH Inductancia por vuelta
I = B · Am / ( N · AL )
B = inducción magnética en Teslas
B_max = 400 mT para que no llegue a saturación y no baje mucho la permeabilidad.
Iron Powder and Alloys. Ferroxcube (http://www.ferroxcube.com/FerroxcubeCorporateReception/material/action.do;jsessionid=(J2EE2566700)ID0210131050DB25ebff61d4cfa4bb6a435ae55a96919d6f442e90End;saplb_*=(J2EE2566700)2566752?action=gotoPage&pageName=material-5&pageType=_en)
I_max = 8.36 Amperios
E = (L · I^2 ) / 2 = ( 140uH · 8.36^2 ) / 2 = 4.9 mJulios
Esta energía es sólo una estimación para un núcleo de hierro porque su inductancia cambia con el aumento de la intensidad.
Resultado:
Creo que esa bobina de hierro tal y como está te servirá para la fuente.
Otra cosa distinta es que se caliente mucho. El polvo de hierro no admite bien las altas frecuencias, tiene pérdidas y se calienta más que la ferrita.
Pero por probar no pierdes nada.
El toroide de ferrita ni lo miro. Es más pequeño y la ferrita apenas soporta 200mT de inducción (la mitad del anterior) por lo que a igualdad de corriente máxima, tendrá la mitad de inductancia. Lo bueno es que se calentará menos y que su inductancia no se modifica con la corriente. Si quieres hacemos pruebas con él.
Un saludo.
-
La Imax supongo que la calculas de aquí:
I = B · Am / ( N · AL )
A mi me sale 8.29A = 400 · 73 / ( 40 · 88 )
No es relevante, pero es por saber por donde viene.
Resultado:
Creo que esa bobina de hierro tal y como está te servirá para la fuente.
Otra cosa distinta es que se caliente mucho. El polvo de hierro no admite bien las altas frecuencias, tiene pérdidas y se calienta más que la ferrita.
Pero por probar no pierdes nada.
A esta conclusión supongo que llegas por el valor de Imax, comparando con lo que necesita el circuito.
El toroide de ferrita ni lo miro. Es más pequeño y la ferrita apenas soporta 200mT de inducción (la mitad del anterior) por lo que a igualdad de corriente máxima, tendrá la mitad de inductancia. Lo bueno es que se calentará menos y que su inductancia no se modifica con la corriente. Si quieres hacemos pruebas con él.
Esto explica porqué en otros experimentos con convertidores DC-DC, las bobinas de ferrita no me funcionaban bien, y las de polvo de hierro daban mejores resultados, me hacía falta una "señora" bobina de ferrita de buen tamaño para que todo fuese bien.
-
en esta nota:
http://www.ti.com/lit/an/slva773/slva773.pdf
en la pagina 6 conecta las masas en el condensador de filtro más cercano al integrado, en mi caso son los condensadores SMD cerca del diodo.
en esta otra nota:
http://rohmfs.rohm.com/en/products/databook/applinote/ic/power/switching_regulator/converter_pcb_layout_appli-e.pdf
en la página 7, explica la forma de conectar las líneas sensoras, de la forma que lo he echo, se cumple que sean paralelas, pero no que no esten paralelas a la linea de alimentación en un trozo, pero segun la figura 7b, puede verse afectado por la regulación de carga, no sé cual es mejor.
Lo he puesto como en la figura 7-a:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
La nota de aplicacion 4.7 no funciona:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=44997.0
Los condensadores que tengo son cerámicos multicapa, y tendrán las inducciones parasitas que comenta ahí.
Gracias!!! Un saludo.
-
Hola Picuino, pequeño aporte, conseguir capacitores de ESR tan baja como las mencionadas, pues no creo que sea nada sencillo, estamos hablando de unos pocos mili ohms, cuando la mayoría de los condensadores electrolíticos tienen normalmente fácilmente arriba de los 100 mili ohms.
Un saludo.
Atte. CARLOS.
-
El que utilizó micro_pepe de 3000uF no estaba mal. Si los de 1000uF son iguales no tendrá problemas.
Ten en cuenta que están en paralelo. Con que cada uno tenga 0,075 Ohm, entre los tres llegarán a 0,025 Ohm.
Para condensadores de baja ESR de 1000uF no es tanto. Este modelo cuesta 0,25 Eur y tiene ESR = 0,38 miliOhms el solo:
http://www.mouser.es/ProductDetail/Panasonic/EEU-FM0J102/?qs=sGAEpiMZZMvwFf0viD3Y3VIP%252bWhfym5m5AUhYsbLccQ%3d
-
Las rutas de control también son delicadas.
Yo tomaría la masa del negativo de los condensadores de salida (los SMD).
El integrado de control tiene que tener una buena capacidad cerámica SMD para desacoplar la alimentación.
El bucle de la puerta del mosfet es importante hacerlo muy pequeño. Por él puede pasar hasta 1 Amperio al conmutar, de manera que tienes que considerarle como si fuese de potencia. Los dos cables (masa y puerta) deben ir paralelos y cercanos.
La resistencia pequeña de puerta a masa podrías colocarla en la parte de control para que no moleste en la zona de potencia (desde la salida del integrado a masa por ejemplo).
El sensado de corriente también es delicado, pero como luego va filtrado antes de llegar al integrado, no creo que tenga problemas. De todas formas no viene mal leer las recomendaciones de las notas de aplicación.
Voy a buscar alguna que resuma lo más importante.
Un saludo.
-
La nota de aplicacion 4.7 no funciona:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=44997.0
Arreglado.
-
Aquí dan algunas indicaciones para ruteado de las señales:
http://www.ti.com/lit/an/slva773/slva773.pdf
http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an139f.pdf
Un saludo.
-
Las rutas de control también son delicadas.
Yo tomaría la masa del negativo de los condensadores de salida (los SMD).
....
El bucle de la puerta del mosfet es importante hacerlo muy pequeño. Por él puede pasar hasta 1 Amperio al conmutar, de manera que tienes que considerarle como si fuese de potencia. Los dos cables (masa y puerta) deben ir paralelos y cercanos.
Estas dos cosas creo que no son posibles, para que el bucle de puerta sea pequeño tengo que coger la masa cerca del mosfet, si luego tomo otra masa de la salida, hay un bucle de masa.
El sensado de corriente también es delicado, pero como luego va filtrado antes de llegar al integrado, no creo que tenga problemas. De todas formas no viene mal leer las recomendaciones de las notas de aplicación.
Recomienda que las líneas paralelas, bucle pequeño, plano de masa si es posible y si hay condensador de filtro, lo más cercano al integrado.
-
Tres versiones del lazo de puerta (pagina 7):
http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an139f.pdf
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
La última es más corto, pero pasan las líneas por el diodo, y el nodo de alto Dv/Dt, tengo que mirar si esto es aconsejable.
-
La primera está bien. El área es pequeña.
Otra cosa. Sería mejor que pusieras el esquema para estudiarlo. En PCB es difícil.
La masa de la salida no es necesaria. Lo ideal sería ponerla pero este circuito no tiene entrada diferencial y añadir otro comparador me parece un exceso.
Sí que vendría bien añadir un condensador en la resistencia conectada a Vo para sensar tensión. Hace la respuesta más rápida ante cambios de tensión.
Un saludo.
-
La primera está bien. El área es pequeña.
OK, no recordé que lineas paralelas tienen poco área, entonces esta es pequeña.
El esquema:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Hay que revisar algunos valores, C8 por ejemplo, al bajar la frecuencia habría que subirlo.
Sí que vendría bien añadir un condensador en la resistencia conectada a Vo para sensar tensión. Hace la respuesta más rápida ante cambios de tensión.
Te refieres a R9, un valor del orden de 220pF o así?
Gracias!!! Un saludo.
-
Me refiero en paralelo a R9 y R10. No sé que capacidad, pero es pequeña. Con que dejes hueco para un smd por ahora es suficiente.
Si quieres tener más juego para ajustar el lazo de tensión, puedes poner otra R y otra C en serie con C7 y R2, aunque luego no las utilices.
Es más seguro poner la resistencia de ajuste en paralelo. Si deja de tener continuidad, el lazo no se pierde.
-
Si pones una resistencia del pin 8 al pin 3, así podrás regular la máxima corriente de pico del regulador. Cuanto menor sea la resistencia, menos corriente de pico máxima.
Un saludo.
-
El condensador de sensado de tensión lo mejor es ponerle una resistencia en serie, por si quieres controlar su frecuencia.
Son muchos componentes, pero no se van a utilizarar si todo va bien y el hueco está ahí por si se necesita.
Un saludo.
-
Si quieres tener más juego para ajustar el lazo de tensión, puedes poner otra R y otra C en serie con C7 y R2, aunque luego no las utilices.
Supongo que esto es para poner un control derivativo.
Si pones una resistencia del pin 8 al pin 3, así podrás regular la máxima corriente de pico del regulador. Cuanto menor sea la resistencia, menos corriente de pico máxima.
Un saludo.
De esta manera no es necesario que por las resistencias del shunt caiga 1v para que actue el límite en corriente ¿Es así?
El condensador de sensado de tensión lo mejor es ponerle una resistencia en serie, por si quieres controlar su frecuencia.
Esto no sé a lo que te refieres. Creo que lo he cogido, sería en serie con C21. R16 la puse para proteger el integrado cuando se pone el potenciohmetro a cero, el pin 2 solo admite hasta 6V.
Estos serían los cambios, segun entiendo:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2nlwyoj.png)
-
Si, eso es. Todo lo que has comentado correcto.
R9 la puedes conectar al otro lado de R16. El caso es que la resistencia total tenga los dos valores que deseas con el potenciómetro en los dos extremos. Así, si quitas el potenciómetro o se desconecta, el lazo no se pierde.
Lo que no me convence es R14 y C22. Voy a mirar lazos de regulación y te comento.
Un saludo.
-
Una solución mejor para las resistencias de sensado de tensión en poner un zener en vez de R9
R8 = 1k (es importante que sea una resistencia pequeña)
R16 = 3k3 (tensión mínima de salida 10.8V)
R10 (potenciómetro) = 10k (tensión máxima de salida 35.8V)
Puedes poner un zener en paralelo con R10 o con R10 y R16 para que la salida no suba de un máximo.
Lo bueno de esta solución es que el potenciómetro será lineal, no como en la otra solución que no es lineal y limita poco.
Ahora conectas R8 con VFB mediante una red de resistencias y condensadores y VFB con COMP mediante otra red de resistencias y condensadores. Este es el diseño del PID:
(https://www.maximintegrated.com/en/images/appnotes/3318/3318Fig02.gif)
El círculo a la izquierda se conecta a R8.
La entrada negativa es VFB
La salida es COMP
Es importante que R8 valga poco para que tenga una impedancia baja que no afecte a la red PID que viene a continuación.
Un saludo.
-
Los valores de resistencia del PID serán altos y los condensadores pequeños, porque la salida del operacional apenas puede entregar 0.5mA positivos.
Algunos se podrán dejar abiertos o se podrán cortocircuitar.
Si pones 8 componentes (dos paralelos + dos en serie en cada rama) podrás poner los componentes como quieras sin necesidad de cortocircuitar nada, sólo dejando libres (sin componente) los que no te interesen.
Intenta poner pads grandes si vas a hacerlos SMD para que sea fácil cambiarlos.
También sería interesante poner un pin o un agujero en cada uno de los puntos importantes (R8, VFB, COMP) para poder hacer la red de realimentación por fuera y una vez ajustada, la sueldas de forma definitiva.
Así te ahorras soldar para ajustar el PID y evitas romper los pads desoldando.
Un saludo.
-
Algunos se podrán dejar abiertos o se podrán cortocircuitar.
Si pones 8 componentes (dos paralelos + dos en serie en cada rama) podrás poner los componentes como quieras sin necesidad de cortocircuitar nada, sólo dejando libres (sin componente) los que no te interesen.
Esto no lo entiendo muy bien, pero tampoco hay mucho espacio para añadir más componenetes.
Los pad los he puesto, es buena idea.
El zener tambien lo he puesto.
Esquema y pcb con las modificaciones:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/25rf41g.png)
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2zq4hgo.png)
Gracias!!! Un saludo.
-
Lo que decía es poner un componente en paralelo con R2 y otro con C23. Así, si necesitas hacer un paralelo o si necesitas hacer una serie tienes hueco para ambos, sin necesidad de puentear ningún componente.
Pero con los pad no vas a necesitar mas huecos para componentes. Así está bien.
No me queda claro si la masa de R8 debería ir al pin de entrada o a la masa del CI. Podrías llevar las dos con un pequeño corte y elegir más tarde cual conectar de ambas. O dejar una conectada con una zona para realizar un corte y otra preparada para conectar con un pequeño puente.
Creo que la correcta sería la masa del CI, pero tengo que confirmarlo.
En cualquier caso casi está terminado. Aunque ahora tengas prisa para montarlo, no estaría mal repasar algunas notas de aplicación como checklist, por si se nos ha olvidado algo.
Un detalle, une R18 y C12 con una pista más directa (sin ese pequeño hueco)
Un saludo.
-
Un detalle, une R18 y C12 con una pista más directa (sin ese pequeño hueco)
R18 no hay en el circuito, no sé a cual te refieres.
El resto de cambios los hago y pongo una imagen.
Repasaré las ApNote.
Gracias!!! Un saludo.
-
Es al revés: C18 y R12, la red snubber.
-
Es al revés: C18 y R12, la red snubber.
OK, así mejor:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
El esquema:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
En esta nota de aplicación, pagina 2
http://www.ti.com/lit/an/snva021c/snva021c.pdf
dice: "Organizar los componentes para que los bucles de corriente de conmutación se encorven en la misma dirección. Debido a la forma en que funcionan los reguladores de conmutación, hay dos estados de potencia. Un estado cuando el interruptor está encendido y uno cuando el interruptor está apagado. Durante cada estado habrá un bucle de corriente hecho por los componentes de potencia que se están realizando actualmente. Coloque los componentes de potencia de manera que durante cada uno de los dos estados el bucle de corriente esté conduciendo en la misma dirección. Esto evita la inversión del campo magnético causada por las trazas entre los dos semiciclos y reduce la EMI irradiada."
Esto en la práctica no se muy bien como interpretarlo, pero no se ha tenido en cuenta. Supongo que se refiere al sentido de estas corrientes, que si tienen el mismo:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Saludos!!!
-
Una pequeña tontería ¿Y un led que se encienda cuando haya tensión?
Otra cosa: dos agujeros un poco más a la izquierda para la bobina, para poder colocar una más grande si quieres.
Por ahora no se me ocurre nada más.
Un saludo.
-
Te está quedando estupenda la etapa.
Tengo ganas de montarla yo también ((:-))
-
Otra cosa más:
Podrías diseñarla para que sea de doble cara para pedirla a los chinos. Por 10 o 15 Euros te hacen 10 placas iguales y la calidad con los planos de masa sería mucho mayor.
Igual alguno se apunta a comprarte las PCB que te sobren (yo sería uno)
Un saludo.
-
Una pequeña tontería ¿Y un led que se encienda cuando haya tensión?
Otra cosa: dos agujeros un poco más a la izquierda para la bobina, para poder colocar una más grande si quieres.
Por ahora no se me ocurre nada más.
Un saludo.
Puede ser una tontería, pero a veces te ahorra tirar del multimetro, si solo quieres saber si hay tensión o no.
Lo de los pad es buena idea, siempre dá más juego a la hora de experimentar con otras bobinas.
Te está quedando estupenda la etapa.
Tengo ganas de montarla yo también ((:-))
Gracias, pero parte del diseño es tambien tuyo.
Otra cosa más:
Podrías diseñarla para que sea de doble cara para pedirla a los chinos. Por 10 o 15 Euros te hacen 10 placas iguales y la calidad con los planos de masa sería mucho mayor.
Igual alguno se apunta a comprarte las PCB que te sobren (yo sería uno)
Un saludo.
Primero probamos una de forma casera, y luego es posible que las encargue, como dices, alguien puede que quiera comprar una, o a través de Ebay, a veces he vendido cosas que me sobran y amortizas el lote entero :-)
Un saludo!!!
Me estoy dando cuenta que la pista del pad de la bobina es un poco grande, sería mejor ponerlo más fino, para que no radie EMI.
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/10s81li.png)
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/fcppgi.png)
-
¿Qué ancho tiene la pista? ¿Has calculado si aguanta bien la corriente?
Con la calculadora de KiCad:
Intensidad = 7.8 A
Ancho de pista 4 mm (con 35um)
Longitud = 20 mm
Resistencia = 2.5 mili Ohm
Potencia = 0.15 W
Aumento de temperatura = 15 ºC
Un saludo.
-
Te falta añadir nombre y versión de la placa.
;-)
-
¿Qué ancho tiene la pista? ¿Has calculado si aguanta bien la corriente?
Con la calculadora de KiCad:
Intensidad = 7.8 A
Ancho de pista 4 mm (con 35um)
Longitud = 20 mm
Resistencia = 2.5 mili Ohm
Potencia = 0.15 W
Aumento de temperatura = 15 ºC
Un saludo.
Pues era de 3.81mm, la he cambiado a 4.5mm, con estos datos:
Intensidad = 8.5 A
Ancho de pista 4,5 mm (con 35um)
Longitud = 32 mm
Resistencia = 3.5 mili Ohm
Potencia = 0.25 W
Aumento de temperatura = 15 ºC
Caida voltaje = 30mV
Te falta añadir nombre y versión de la placa.
;-)
Sí, lo pongo siempre, casi me olvido.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Si todo está correcto, mañana imprimo el fotolito, pues creo que para el método de la plancha tiene demasiados planos de cobre.
Gracias!!! Un saludo.
PD: Otra cosa, las resistencias shunt pensaba poner cuatro de 200mOhm y 2w, poniendo en cada una de las resistencias que hay en la PCB, una encima de la otra, en total 8w, que podrían manejar 12A de forma continua sin problemas, ¿Correcto así?
-
Esas resistencias necesitan un plano de masa para disipar el calor. Imagino que viene en el datasheet.
No creo que puedan disipar tanto unas encima de otras. Puedes soldarles un hilo de cobre de 1.5mm de diámetro en los terminales hacia el source del mosfet y otro hacia los condensadores de salida. Eso servirá como conductor eléctrico y también como radiador conductor del calor. En una placa definitiva hay que quitar el soldermask para poder hacerlo.
Si colocas 4 x 200 mOhm en total tendrás 50 mOhm.
Con 12A la potencia disipada es 12^2 * 0.050 = 7.2W
La potencia de entrada será 12V * 12A = 144W
y la de salida 0.8*144 = 115W (28V 4A)
¿Para que quieres tanta potencia? Creo que es llevar el circuito un poco al límite.
La red snubber debería ser un poco mayor en ese caso y vas a tener más rizado. Creo que los condensadores de salida se van a calentar.
De todas formas una vez motado puedes ir probando cuánto aguanta. (No te olvides poner un diodo de 16A)
Un saludo.
-
Si colocas 4 x 200 mOhm en total tendrás 50 mOhm.
Con 12A la potencia disipada es 12^2 * 0.050 = 7.2W
La potencia de entrada será 12V * 12A = 144W
y la de salida 0.8*144 = 115W (28V 4A)
¿Para que quieres tanta potencia? Creo que es llevar el circuito un poco al límite.
No pretendo manejar tanta potencia, solo estaba curandome en salud sobredimensionando la potencia de las resistencias, mejor 4 de 200mOhm que 2 de 100mOhm, hablaba de 12A pensando que si son capaces de soportar eso, con menos corriente va sobrado. A parte las de 100mOhm no estan en stock, y las de 200 sí.
Pongamos unos 70w en la salida, 70/.8 = 87.5W de entrada, I = 87.5 / 12 = 7.3A
P = 7.3^2 * 0.05 = 2.7W Cada resistencia 2.7 / 4 = 0.675w aunque estén una encima de otra supongo que esa potencia la pueden disipar, si no pongo dos de 120mOhm: P = 7.3^2 * 0.06 = 3.2w, cada una 3.2 / 2 = 1.6w
Este es el datasheet de las resistencias:
http://www.tme.eu/es/Document/a812535aec0aa18fd47b9a8fc0cc2be6/CS%20REV.D3-160715.pdf
la referencia de las de 120mOhm: CS12FTFSR120
Segun entiendo, a 70ºC de temperatura ambiente, puede disipar 2w.
-
En realidad por las resistencias sólo pasa la corriente la mitad del tiempo más o menos. Se calientan la mitad de eso.
La disipación habrá que comprobarla después en la práctica. Depende de la zona de cobre y va a ser menor de lo normal al estar en la parte de abajo de la PCB. No tiene buen flujo de aire.
Un saludo.
-
En realidad por las resistencias sólo pasa la corriente la mitad del tiempo más o menos. Se calientan la mitad de eso.
La disipación habrá que comprobarla después en la práctica. Depende de la zona de cobre y va a ser menor de lo normal al estar en la parte de abajo de la PCB. No tiene buen flujo de aire.
Un saludo.
OK, será cuestión de probar en la práctica. Efectivamente cuando medí la caida de voltaje en las resistencias, es una rampa que sube hasta un pico de corriente, y luego es cero, entonces el calentamiento será el valor eficaz de esa señal.
Voy a imprimir el fotolito.
-
El valor eficaz casi es igual a la corriente media de entrada (medida por el polímetro) multiplicado por el ciclo de trabajo, que vale aproximadamente 50%
Estoy deseando ver la placa montada. Suerte con el atacado.
Un saludo.
-
Estoy deseando ver la placa montada. Suerte con el atacado.
Un saludo.
Se dió bien :-)
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/tw9e.jpg)
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/ykkqw.jpg)
El insolado y revelado, es casi una lotería, a veces te venden una placa que lleva mucho tiempo con la emulsión, o tienes almacenado un recorte... Aunque ultimamente lo que hago es poner un fotolito encima de otro de buena calidad, impreso en una imprenta digital, sobreexpongo un poco la placa, y luego caliento 100ml de revelador, 3 minutos en el microondas a minima potencia, y suelen salir bien.
Mañana la taladro, y le doy una manita de barniz, y empiezo a montarla.
PD: Junté un poco los planos de cobre por donde hay condensadores SMD, en todos los ejemplos de las notas de aplicación viene el pad de los condensadores por dentro del plano, tal y como lo tenía estaban sobresaliendo un poco.
-
((:-)) ((:-)) ((:-))
Cuidado con la pista que pasa entre los pads del circuito, que no tenga un corto.
Un saludo.
-
Cuidado con la pista que pasa entre los pads del circuito, que no tenga un corto.
Lo tenia, le doy siempre un repaso con el multimetro en continuidad, en la foto se ve algo raro, y es que le pasé una aguja para eliminar el corto.
Una cosa, sobre el orden de los cerámicos SMD, los tengo colocados así, no sé si es lo correcto, los de entrada de 12v tengo dudas, los otros diría que es correcto:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Gracias!!! Un saludo.
-
Los más pequeños en el bucle más pequeño de corriente. Los más grandes en el bucle más grande:
En la salida el más pequeño cerca de los conectores.
En el mosfet, el más pequeño cerca del mosfet.
En la entrada da un poco igual porque el bucle no cambia mucho de tamaño de uno a otro condensador y las variaciones de corriente son pequeñas.
Al soldar, deja los componentes de control para el final. Habrá que recalcular sus valores. La resistencia de la compensación en rampa también. Mejor ir poco a poco.
Un saludo.
-
Ahora que lo veo, creo que el drenador ha quedado un poco separado. Intenta que el mosfet esté cerca del PCB, sin doblar demasiado los pines. Puedes doblar unos hacia atrás y el otro hacia delante. La idea es que los pines sean cortos para minimizar también ese lazo de corriente.
Un saludo.
-
Al soldar, deja los componentes de control para el final. Habrá que recalcular sus valores. La resistencia de la compensación en rampa también. Mejor ir poco a poco.
Entiendo que tengo que montar: R3, R7, R6, ¿R5?, C9, C12, R11, R10, D2, R16, R1, C6, y R8.
R1=6k8 y C6=6n8 para frecuencia de 40KHz.
Gracias!!! Un saludo.
-
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27663)
-
Por ahora necesitas R6 y R7. Puedes poner solo dos y más tarde otras más si las necesitas.
Dime de que valor para que pueda hacer los cálculos del resto.
También necesitas R4 = 1k.
C8 me parece un poco grande. Creo que con 220pF tendrías suficiente. No conviene retrasar mucho la señal.
R10, D2, R16, R8 (y la conexión a la masa del integrado, no te olvides que se quema la fuente por sobretensión) con sus valores
También tendrás que poner R2 de 10k y un condensador C23 de 1nF (ponlo en los pines. no sueldes un SMD, que más tarde habrá que cambiarlo)
R5 y R3 con sus valores.
El resto de componentes de control ya iremos viendo. Los de potencia pon todos.
Un saludo.
-
Por ahora necesitas R6 y R7. Puedes poner solo dos y más tarde otras más si las necesitas.
Dime de que valor para que pueda hacer los cálculos del resto.
Pondré dos de 56mOhm, así al no poner resistencias una encima de otra, no se dan calor entre sí, y evacuan mejor el calor, la caida de voltaje será menor, pero para unos 8A de pico son: 8 · 0.028 = 0.224V no creo que dé problemas, no es un valor muy bajo.
Gracias!!! Un saludo.
-
Son resistencias bastante pequeñas y la señal que dan es baja, pero creo que podrán funcionar.
Ten en cuenta que el integrado da picos de corriente de 1A al transistor mosfet y que el circuito UC3843 no tiene masas separadas de control y potencia.
Eso significa que la señal de 1A pasa por el pin de masa de señal generando un pulso de tensión que afecta al sensor de corriente. Es inevitable porque se produce dentro del circuito integrado, así que el condensador C8 no sirve para nada en este efecto.
De todas formas espero que sea pequeño y que no te afecte.
En este caso hay que calcular e instalar R15 para que limite la corriente de pico ¿Qué corriente de pico ponemos?
Un saludo.
-
Son resistencias bastante pequeñas y la señal que dan es baja, pero creo que podrán funcionar.
Ten en cuenta que el integrado da picos de corriente de 1A al transistor mosfet y que el circuito UC3843 no tiene masas separadas de control y potencia.
Eso significa que la señal de 1A pasa por el pin de masa de señal generando un pulso de tensión que afecta al sensor de corriente. Es inevitable porque se produce dentro del circuito integrado, así que el condensador C8 no sirve para nada en este efecto.
De todas formas espero que sea pequeño y que no te afecte.
En este caso hay que calcular e instalar R15 para que limite la corriente de pico ¿Qué corriente de pico ponemos?
Un saludo.
Probamos así, si no, tengo tambien las de 200mOhm, se pueden cambiar.
En cuanto a la corriente de pico, pongamos un límite de 90w en la salida, entonces:
Pentrada = 90 / 0.8 = 112.5w
Ientrada = 112.5 / 11v = 10.2A
La bobina dijimos que llegaba a unos 8A, habria que experimentar con otra para 10.2A, pero si es posible limitamos a esa corriente de pico, para poder probar con otra bobina más adelante, aunque ahora no pasemos de 70w, la mayoría de los cargadores de portatil no llegaran a 70w, pero puede haber alguno de más potencia.
Lo digo con idea de exprimirle más adelante para ver si llega a unos 90w.
Esta página está bien para ver resultados, con una carga de 90w (24v y 3.75A) y bobina de 100uH, a 40KHz da 9.18A de pico para una entrada minima de 11v:
http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps_e/aww_smps_e.html
Pongo unas fotos del montaje:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/27bds.jpg)
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/4keauu.jpg)
El disipador del diodo está sin aislar electricamente, y el del transistor si está aislado.
Gracias!!! Un saludo.
-
Yo pondría R15 = 8k2
La tensión por R4 en el corte:
VR4 = (Vref - 1) / R15 · R4 = 4 / 8200 * 1000 = 0.4878 voltios
La corriente en las resistencias de sensado:
Isense = (1 - VR4) / Rsense = 0,5122 / 0.028 = 18.29 A
En realidad la corriente de pico será menor porque hay que añadir la rampa de compensación.
Un saludo.
-
Yo pondría R15 = 8k2
La tensión por R4 en el corte:
VR4 = (Vref - 1) / R15 · R4 = 4 / 8200 * 1000 = 0.4878 voltios
La corriente en las resistencias de sensado:
Isense = (1 - VR4) / Rsense = 0,5122 / 0.028 = 18.29 A
En realidad la corriente de pico será menor porque hay que añadir la rampa de compensación.
Un saludo.
OK. ¿Cual es el siguiente paso?
Saludos.
-
Compensación en rampa.
Hay muchas ecuaciones. Para intentar comprender cómo funciona el problema he desarrollado las mias propias.
La rampa de compensación depende del ciclo de trabajo. Intuitivamente:
Por debajo de D=0.5 no hay problema, el oscilador es estable.
Con D=0.55 hay una pequeña inestabilidad, hace falta una pequeña rampa.
Con D=0.90 hay una gran inestabilidad, hace falta una rampa de compensación grande.
Por lo tanto ahora es necesario definir el máximo ciclo de trabajo estable.
Si quieres que la etapa sea estable hasta tensiones de salida muy altas, que es algo deseable, el ciclo de trabajo será muy alto a esas tensiones y por lo tanto la rampa de compensación debe ser muy fuerte, pero eso limita mucho la corriente máxima y no es deseable.
Al final hay que llegar a un compromiso.
-
La rampa de compensación tiene esta fórmula para que el oscilador sea casi estable:
Rc = Ron · (2·D - 1) / (1 - D)
Rc = rampa de compensación (voltios por microsegundo)
Ron = rampa de ciclo on (voltios por microsegundo)
Rampas con más pendiente, serán estables. Rampas con menos pendiente serán inestables.
Ron = Rsense · Ve / L
Ron = 0.028 · 12 / 70 uH = 0,0048 V/us
Para D = 0.60
Vo = Ve / (1 - D) = 30 V
Rc = 0,0024 V/us
Ipico = -1.28 A
Para D = 0.66
Vo = Ve / (1 - D) = 36 V
Rc = 0,0048 V/us
Ipico = -2.86 A
Ipico es la pérdida de corriente de pico debido a la rampa de compensación.
En realidad será un poco distinta debido al offset.
Lo mejor será probar el circuito y luego ajustamos.
-
La rampa del condensador del oscilador tiene una tensión de 1.7V en el tiempo de ciclo.
R_osc = 1.7 / 25 us = 0.068 V/us
Esta rampa se divide por la resistencia R13 y el paralelo de R4 y R15 (890 ohm) para producir la rampa de compensación.
Por lo tanto con R13= 10k creo que sería suficiente para conseguir estabilidad hasta 36V de salida.
Pero ahora que veo el cálculo, creo que la resistencia R15 es demasiado alta.
-
A ver que tal esta configuración:
R15 = 6.8 kOhm
R13 = 4.7 kOhm
D = 0.5
Vo = 24V
Ipico = 13.2 A
D = 0.60
Vo = 30V
Ipico = 11.8 Amperios
D = 0.66
Vo = 36V
Ipico = 11 Amperios
La rampa creo que será suficiente para todos los rangos.
La corriente media en realidad será cerca de 1 amperio menor que la corriente de pico debido al rizado de la corriente.
La corriente es quizás un poco alta para la bobina, pero podemos probar a ver que tal va.
Un saludo.
-
La rampa de compensación tiene esta fórmula para que el oscilador sea casi estable:
Rc = Ron · (2·D - 1) / (1 - D)
Rc = rampa de compensación (voltios por microsegundo)
Ron = rampa de ciclo on (voltios por microsegundo)
Rampas con más pendiente, serán estables. Rampas con menos pendiente serán inestables.
Ron = Rsense · Ve / L
Ron = 0.028 · 12 / 70 uH = 0,0048 V/us
Para D = 0.60
Vo = Ve / (1 - D) = 30 V
Rc = 0,0024 V/us
Ipico = -1.28 A
Para D = 0.66
Vo = Ve / (1 - D) = 36 V
Rc = 0,0048 V/us
Ipico = -2.86 A
Ipico es la pérdida de corriente de pico debido a la rampa de compensación.
En realidad será un poco distinta debido al offset.
Lo mejor será probar el circuito y luego ajustamos.
¿Como calculas Ipico?
Pruebo con estos valores y comento:
R15 = 6.8 kOhm
R13 = 4.7 kOhm
Saludos!!!
-
Es parecido al cálculo de los operacionales.
Supongo que la patilla 3 (sense) se encuentra a 1 voltio.
El condensador oscilador tiene una tensión Vc = 1 + 1.7 · D
A esa tensión hay que restarle unos 0.65 voltios de caida en el transistor y esa es la tensión de la resistencia R13 de compensación en rampa.
La resistencia R15 de offset está conectada a 5 voltios.
A partir de ahí calculo sus corrientes y las sumo.
Esa corriente pasa por la resistencia R4, con lo que puedo calcular su tensión.
La tensión que falta hasta llegar a un voltio es la que cae en las resistencias de sensado.
Con esa tensión calculo la corriente de pico por las resistencias de sensado.
Un saludo.
-
Prueba con poca carga. Para comprobar si las resistencias tan pequeñas dan problemas.
El problema sería que la etapa produzca pulsos grandes seguidos de pulsos pequeños.
La regulación de tensión tampoco está bien afinada.
Mas tarde nos dedicamos a eso.
Un saludo.
-
Prueba con poca carga. Para comprobar si las resistencias tan pequeñas dan problemas.
Probé con 24v y 40w, todo parece ir bien. Luego he subido a 70w, los resultados son estos:
El rizado:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
La Vgs:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Voltaje en las resistencias del shunt (tenía que haberla invertido, tengo la masa en el sumidero del mosfet):
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Hasta aquí bien, ahora he subido el voltaje a 31v, y he puesto una carga de 46w, aparece el problema mencionado de los pulsos grandes, seguido de pequeños (en el siguiente post está en detalle la Vgs):
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Y el rizado:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Saludos!!!
-
Aquí un tetalle de los pulsos a 31V y 46W:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Eso es por la regulación que todavía no está afinada (el PID).
También falta instalar la red snubber.
¿Por donde seguimos?
El rizado está bastante bien, se ha reducido a una décima parte (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=46137.msg395404#msg395404).
¿Qué corriente de salida tenía?
Un saludo.
-
Si la corriente de salida es de unos 3A y el ciclo de trabajo de 0.5, la corriente de la bobina será de unos 6 Amperios.
El rizado de media frecuencia en el condensador parece de unos 60mV, eso significa que la ESR del condensador de salida es:
ESR = dVc / dIL = 0,060 / 6 = 10 miliohmios
Es demasiado pequeña. Cada condensador de salida parece tener 20 miliohmios. ¿Son condensadores especiales?
-
¿Se calienta alguno de los componentes?
Debería calentarse solo el diodo y la bobina.
Un saludo.
-
Eso es por la regulación que todavía no está afinada (el PID).
También falta instalar la red snubber.
¿Por donde seguimos?
Pienso que es mejor la red snubber primero, esto cambiará el sistema, y si se hace despues puede afectar a la regulación, ¿o me equivoco?
Si la corriente de salida es de unos 3A y el ciclo de trabajo de 0.5, la corriente de la bobina será de unos 6 Amperios.
El rizado de media frecuencia en el condensador parece de unos 60mV, eso significa que la ESR del condensador de salida es:
ESR = dVc / dIL = 0,060 / 6 = 10 miliohmios
Es demasiado pequeña. Cada condensador de salida parece tener 20 miliohmios. ¿Son condensadores especiales?
Sí, la corriente es de unos 3A, y los condensadores son de baja ESR, segun el fabricante tienen una ESR de 20mOhm, y valen solo 0,4€.
¿Se calienta alguno de los componentes?
Debería calentarse solo el diodo y la bobina.
Un saludo.
Tendría que dejarlo más tiempo funcionando, pero en unos 15 minutos calienta el diodo, la bobina un poco menos, el transistor templa un poco, y el resto están a temperatura ambiente. No he medido temperaturas, pero al tacto no hay nada alarmante.
PD: Una cosa, la bobina que estoy usando es la de 140uH que puse en una foto (la de la derecha):
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.30
La que se usó en el montaje anterior, era más pequeña de tamaño y valor (100uH).
-
El ruido de alta frecuencia no afecta a la regulación de tensión son independientes.
Pero la snubber es más sencilla, así que continuamos por ahí.
Podemos seguir este tutorial: https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2016/05/05/calculate-an-r-c-snubber-in-seven-steps
Primero tienes que medir la frecuencia de oscilación y luego añadir un condensador (sin resistencia) y volver a medir la frecuencia de oscilación. Debe ser con buena resolución en el tiempo:
(https://e2e.ti.com/resized-image/__size/400x0/__key/communityserver-blogs-components-weblogfiles/00-00-00-03-59/tables.jpg)
-
Bien, vamos con los resultados.
La oscilación libre, sin condensador:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
fo = 1/(2.9 · 8ns) = 43.1MHz
Con condensador de 1nF, probé hasta 220pF y a penas habia variación:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
f1 = 1/(1.8 · 20ns) = 27.8MHz
m = f0/f1 = 1.55
Co = c1/(m^2-1) = 713pF
L = (m^2-1)/((2·pi·fo)^2 · C1) = 19.12nH
Csnubb = 3·Co = 2.14nF -->> 2.2nF
Rsnubb = sqr(L/Co) = 5.2 Ohm -->> Pondré dos de 10 ohm en paralelo, 5.6 no tengo, o quizás 1nF y 10 ohm para que disipe menos potencia.
Gracias!!! Un saludo.
-
Yo pondría incluso menos resistencia 2.2, para intentar reducir el sobrepulso aunque oscile un poco.
Un saludo.
-
Yo pondría incluso menos resistencia 2.2, para intentar reducir el sobrepulso aunque oscile un poco.
Un saludo.
De 2.2 tampoco tengo, me faltan bastantes valores entre 1 ohm y 82ohm, tendría que completar la colección :mrgreen:
Bueno, con 3.3 ohm y 2.2nF, los resultados son estos:
El transitorio en Vgs, con 24v y 70w de carga:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Y el rizado en la salida:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Saludos!!!
-
Prueba de calentamiento a 24v y 3A, tras 40 minutos funcionando:
- Diodo: 50ºC
- Transistor: 44ºC
- Bobina: 53ºC
- Condensador de salida: 37ºC
- Condensador de entrada: 34ºC
- Resistencias del shunt: 43ºC
- Resistencia de la red snubber: 44ºC
- Ambiente, a unos 3cm de la placa: 26ºC
El transistor está disipando un vatio aproximadamente:
P = (Td-Ta)/(Rth_disipador + Rjc + Rcd)= (44-26)/(17 + 0.9 + 1.3)= 0.94w
Rcd = 1.3ºC/W para contacto con aislante de silicona.
El disipador es el modelo 18.205:
http://www.electrodh.com/catalogo/ver-item.action?id=17921&d=1
-
La red snubber ha funcionado bien con el transistor, pero mal con la salida.
De todas formas el ruido es pequeño. Ya lo mejoraremos.
Por ahora no se calienta mucho.
?Ajustamos el lazo de regulación de tensión?
-
La red snubber ha funcionado bien con el transistor, pero mal con la salida.
De todas formas el ruido es pequeño. Ya lo mejoraremos.
Por ahora no se calienta mucho.
?Ajustamos el lazo de regulación de tensión?
Sí, vamos a ello.
-
Hay dos métodos para hacerlo.
El primer método, académico, consiste en identificar los polos y ceros del sistema y luego diseñar la compensación para que cumpla con un margen de fase y de ganancia.
Es instructivo porque permite conocer cuáles son los componentes que limitan la respuesta en frecuencia y cómo realizar un diseño que la mejore.
El problema es que es complejo y tiene una buena cantidad de teoría.
El segundo método, práctico, consiste en seguir las reglas de Ziegler-Nichols. No intenta identificar el sistema y se puede utilizar sin saber cómo está construida la fuente. Es menos teórico y da buenos resultados, aunque no te permite conocer cómo mejorar la fuente.
-
Yo creo que podemos comenzar por el método de Ziegler-Nichols, compensar de forma sencilla la fuente y ver qué respuesta consigue.
A continuación podemos identificar de forma teórica los polos y los ceros de la fuente (de la forma más sencilla que se pueda) para saber cómo se podría mejorar más ese comportamiento y dónde están las mayores limitaciones.
-
Para comenzar con el método de Ziegler-Nichols hay dos formas distintas de sintonizar el regulador PID (respuesta al escalón y ganancia crítica).
En este caso creo que se podrá manejar mejor con la ganancia crítica porque no veo una forma sencilla de manejar la fuente en lazo abierto para comprobar la respuesta al escalón.
Método de Ziegler-Nichols con la ganancia crítica:
1º. Ajustas la fuente a una salida de 24V y colocas una carga de 40W
2º. Con la fuente apagada, hay que colocar un cable desde R8 hasta la patilla 2 (VFB) y una resistencia variable de 10k desde la patilla 2 hasta la patilla 1 (COMP). No se coloca ningún otro componente, ni resistencias ni condensadores.
3º. Con la fuente encendida Aumentas poco a poco el valor de la resistencia variable hasta que la salida de tensión comience a oscilar de forma mantenida. Es posible que necesites una resistencia mayor de 10k, si es así coloca una de 100k
4º. Una vez conseguida la oscilación en la tensión de salida hay que medir dos parámetros:
El periodo de la oscilación (o su frecuencia)
El valor de la resistencia variable (con la fuente apagada)
5º. A partir de esos valores se calculan los valores del regulador PID y los valores de las resistencias y condensadores necesarios.
Un saludo.
-
Yo creo que podemos comenzar por el método de Ziegler-Nichols, compensar de forma sencilla la fuente y ver qué respuesta consigue.
A continuación podemos identificar de forma teórica los polos y los ceros de la fuente (de la forma más sencilla que se pueda) para saber cómo se podría mejorar más ese comportamiento y dónde están las mayores limitaciones.
Estoy de acuerdo. En mis estudios, tuve una asignatura de sistemas electrónicos de control, pero todos los ejercicios partían de un enunciado tal como: Un sistema cuya planta responde a la función de transferencia... y te daban los polos y ceros de la planta. Luego calculábamos el filtro o controlador, pero nos quedábamos en ese punto, en una ecuación, nunca implementamos un filtro con un operacional, o el código para un micro si era en tiempo discreto, ni obtuvimos los polos y ceros de un sistema. Tengo un poco olvidado todo esto del lugar de las raíces, y los diagramas de Bode, no está mal recordarlo.
Así eran todas las asignaturas, se hacía mucho análisis, pero de síntesis más bien poco.
En otro hilo hicimos algunos ensayos para un regulador lineal tipo LDO, no se si lo recuerdas, supongo que será parecido, dar un escalón a la salida, medir la oscilación crítica, y a partir de ahí calcular el filtro.
Gracias!!! Un saludo.
-
Hay dos métodos de ajuste con Ziegler-Nichols. Creo que con el LDO también usamos el método de ganacia crítica (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=45358.msg378191#msg378191). Ese método trabaja con el sistema en lazo cerrado.
El método del escalón es distinto y trabaja con el sistema en lazo abierto. Pero muchos sistemas, como este, no trabajan bien en lazo abierto y es preferible el primer método.
Aquí más información sobre los dos métodos de Ziegler-Nichols (http://www.picuino.com/es/arduprog/control-ziegler-nichols.html)
-
Es importante saber que esta fuente es no lineal (no se si mucho o poco, no lo he calculado todavía).
El caso es que estaremos optimizando el PID para 24V y 40W, pero se comportará peor en otros puntos de trabajo.
Si quieres optimizar su comportamiento para otra tensión y potencia, este es el momento de cambiarlos.
Un saludo.
-
Es importante saber que esta fuente es no lineal (no se si mucho o poco, no lo he calculado todavía).
El caso es que estaremos optimizando el PID para 24V y 40W, pero se comportará peor en otros puntos de trabajo.
Si quieres optimizar su comportamiento para otra tensión y potencia, este es el momento de cambiarlos.
Un saludo.
Entiendo que optimizarlo para un rango amplio de tensiones y potencias es complicado hacerlo, creo que la mayoría de los cargadores de portátil funcionan sobre 19V, y una potencia de unos 70W, luego les habrá por encima y por debajo de esa potencia y voltaje, creo que 19v y 70w es el punto ideal.
-
70 W será el punto de mayor consumo. Un poco menos estaría bien.
De todas formas depende más del ciclo de trabajo y la tension de salida. Voy a poner las ecuaciones para que se vea mejor.
Un saludo.
-
El lazo de regulación de tensión está formado por los siguientes elementos:
1. Condensadores de salida y carga. Incluye las resistencias ESR e inductancias en serie.
La carga puede ser una resistencia o una carga distinta más difícil de controlar. Por ahora voy a suponer que solo es una resistencia y luego comento que puede pasar con el Laptop como carga.
2. Divisor de tensión. Está formado por R8, R10 y R16.
3. Regulador de tensión (puede ser un PID, sólo un proporcional u otro tipo de regulador)
4. Etapa de potencia, que regula corriente de pico en la bobina.
En un sistema regulado, su respuesta cambia cuando cambiamos la ganancia o amplificación de alguno de sus componentes. En general, si aumentamos una ganancia, la respuesta será más rápida y el sistema se hará más inestable, con más oscilaciones. Por el contrario si disminuimos la ganancia, el sistema se hará más lento y más estable, sin sobrepulsos ni oscilaciones.
Por lo tanto hay que estudiar la ganancia de cada etapa para saber cómo se comportará el sistema:
La etapa 1 no cambia, sólo influye la carga y por ahora vamos a suponer que es una resistencia fija.
La etapa 2 si que cambia, cuanto mayor sea la tensión de salida menos ganancia tiene. Su ecuación es la de un divisor de tensión:
VR4 = Vo · R8 / (R8 + R16 + R10)
Eso significa que cuanto mayor sea R10, menos ganancia tendrá, más lento será el sistema y más estable.
La etapa 3 es fija y no cambia una vez afinada. Puede ser no lineal y dar problemas con la velocidad de subida de la tensión porque el operacional en el que está basado entrega como máximo 0.5mA positivos con una fuente de corriente constante. En el lado negativo no hay problema porque tiene un transistor en emisor común que puede absorber mucha más corriente y será más rápido. Para evitar este comportamiento no lineal intentaremos utilizar valores de resistencias altos.
La etapa 4 es no lineal. Por un lado recibe una tensión de referencia de la etapa 3 que consiste en un voltaje entre 0V y 1V. Este voltaje se compara con la tensión de las resistencias de sensado de corriente y eso determina el encendido y apagado del transistor y diodo. Estos a su vez controlan la corriente de pico por la bobina. En realidad es un poco más complicado por la rampa de compensación, pero por ahora podemos no tenerla en cuenta.
Tampoco voy a tener en cuenta la diferencia entre la corriente de pico y la corriente media (que es un poco menor). Esto no es exacto, pero sirve perfectamente para entender cómo funciona la etapa.
Lo que nos interesa en este caso es la corriente de salida que valdrá:
Io = I_pico · (1 - D)
Es decir la corriente media de salida será igual a la corriente de pico de la bobina, multiplicado por el tiempo que la bobina está conectada a la salida. A su vez, el ciclo de trabajo depende de la tensión de salida:
D = (Vo - Ve) / Vo
Cuanto mayor sea la tensión de salida, mayor será el ciclo de trabajo. Si combinamos ambas ecuaciones:
Io = I_pico · Ve / Vo
Esto significa que cuanto mayor sea la tensión de salida, menor será la corriente de salida y la ganancia será menor.
Conclusión:
La fuente tiene una ganancia menor con tensiones de salida altas. En este caso será más lenta y estable. En tensiones bajas será más rápida e inestable.
Ajustamos el lazo para 19V y luego comprobamos hasta dónde es estable por debajo de esa tensión y cómo cambia por encima. Si los resultados son buenos lo dejamos así. En caso contrario volvemos a ajustar.
Un saludo.
-
Cargas con resistencia negativa
Los laptop suponen una carga algo complicada porque tienen una resistencia negativa que tiende a oscilar. Lo explico.
En su interior el laptop tiene una fuente de alimentación conmutada que reduce los 19V a 5, 3.3v y todas las tensiones necesarias. Si esta fuente es buena, absorbe sólo la potencia que necesita el ordenador para funcionar, que será más o menos estable. Vamos a imaginar que el ordenador consume en cierto momento 60W, la corriente de alimentación dependerá de la tensión de alimentación:
P = 60W Ve = 19 v Ie = 3,16 A
Si la tensión baja un poco, la fuente del ordenador se ajusta y demandará más corriente:
P = 60W Ve =18v Ie = 3,33 A
Esto significa que si la tensión de alimentación del ordenador baja, la corriente sube. Esto es lo contrario de lo que pasa con las resistencias, se denomina resistencia negativa y es ideal para producir oscilaciones. Cuanto más baje la tensión más subirá la corriente y tenderá todavía más a bajar la tensión. Por el otro lado, cuanto más suba la tensión, menos corriente consumirá y más tenderá a subir la tensión. Es como en un oscilador, existe una realimentación positiva que hace que oscile.
Por eso la carga del laptop o cualquier otra fuente conmutada es una carga difícil. Hay que tenerlo en cuenta a la hora de regular la etapa Step-Up.
Vamos a ajustarla con una resistencia, pero eso no es la carga real. Una resistencia es mucho más simple y no da estos problemas.
Cuando acabemos de afinar la etapa habrá que hacer pruebas con el ordenador para comprobar que todo va bien. Lo ideal sería que acoplases una etapa Buck o reductora que simulase el comportamiento del ordenador para no hacer experimentos con él.
Un saludo.
-
Resistencias de sensado de tensión
En esta fuente la forma de regular la tensión de salida es hacer un divisor de tensión variable. Cuanto más se divide la tensión de salida, mayor tensión de salida se consigue. Este método se implemena con un simple potenciómetro y es un circuito muy usado.
Pero hay otra manera de conseguir variar la tensión de salida sin divisor de tensión. El beneficio consiste en que la ganancia de esta etapa no varía con la variación de la tensión de salida y la fuente es más robusta, un poco más estable en todo el rango de tensiones de salida.
Esta otra solución consiste en hacer un divisor de tensión fijo para conseguir la tensión de salida media.
A continuación se le inyecta una corriente al divisor de tensión (en R8) que dependa de un potenciómetro. Cuanta más corriente se inyecte en el divisor de tensión, menos tensión de salida tendrá la fuente y viceversa.
Una forma sencilla de implementarlo es poner un potenciómetro entre 0V y 5V. La salida del potenciómetro (el cursor) se une mediante una resistencia al divisor de tensión (R8). La tensión del potenciómetro se sumará o restará a la tensión de la salida de la fuente, como en un operacional sumador, modificando con este Offset la tensión de salida.
Un saludo.
-
Bueno, he echo el ensallo con 18.5V y 2.55A (47w), entiendo que la oscilación es la envolvente de esta señal:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
entonces Tc = 5.3 · 80us = 424us
eso ocurre con una resistencia de 33Kohm, lo que no sé es como calcular la ganancia crítica ¿no habría que poner una resistencia entre R8 y el pin 2?
Gracias!!! Un saludo.
-
Resistencias de sensado de tensión
En esta fuente la forma de regular la tensión de salida es hacer un divisor de tensión variable. Cuanto más se divide la tensión de salida, mayor tensión de salida se consigue. Este método se implemena con un simple potenciómetro y es un circuito muy usado.
Pero hay otra manera de conseguir variar la tensión de salida sin divisor de tensión. El beneficio consiste en que la ganancia de esta etapa no varía con la variación de la tensión de salida y la fuente es más robusta, un poco más estable en todo el rango de tensiones de salida.
Esta otra solución consiste en hacer un divisor de tensión fijo para conseguir la tensión de salida media.
A continuación se le inyecta una corriente al divisor de tensión (en R8) que dependa de un potenciómetro. Cuanta más corriente se inyecte en el divisor de tensión, menos tensión de salida tendrá la fuente y viceversa.
Una forma sencilla de implementarlo es poner un potenciómetro entre 0V y 5V. La salida del potenciómetro (el cursor) se une mediante una resistencia al divisor de tensión (R8). La tensión del potenciómetro se sumará o restará a la tensión de la salida de la fuente, como en un operacional sumador, modificando con este Offset la tensión de salida.
Un saludo.
Esto habría que haberlo tenido en cuenta en el diseño del PCB, pero está bien saberlo para otros circuitos.
Para hacer pruebas tengo una fuentecita basada en un BUCK, así se puede simular un portatil.
Despues de todo el razonamiento que has echo, entiendo que diseñar un convertidor DC-DC que abarque muchos voltajes y corrientes diferentes, es complicado, una fuente de esas de laboratorio que venden los chinos basadas en un BUCK, seguro que oscilan en algún momento, con algún tipo de carga.
-
Vamos por pasos.
No estoy seguro de saber cómo has hecho el ensayo de ganancia crítica. Si conectas R8 directamente con el pin 2 y unes el pin 1 y el pin 2 con una resistencia variable, está bien.
La ganancia será más o menos Rvariable / R8
Pero es importante ir variando poco a poco la resistencia hasta que comience a oscilar. Si lo haces con valores discretos puede que te saltes por mucho el valor de la ganancia crítica.
El conversor Buck es mucho más estable que el Boost (Step-Up) y no tiene estos problemas.
No te preocupes por el método para realizar el sensado de tensión. El rango no es muy grande y la propia etapa ya da problemas propios de ganancia. Es verdad que se podría haber diseñado de la otra forma y mejoraría un poco, pero no es demasiado importante y genera problemas. Para hacer ese método R8 debe tener un valor alto y no nos conviene. También puedes poner un transistor o un buffer, que complica el circuito y tampoco venía bien. Para otra fuente lo cambiaremos.
Un saludo.
-
Suponiendo que hayas estimado correctamente la ganancia crítica:
ZR8 = paralelo de R8 con R16 y R10 = 900 Ohm
Tc = 424 us
Kc = 33k / ZR8 = 36
Kp = 0.59 * Kc = 21
Ti = 0.50 * Tc = 212 us
Td = 0.125 * Tc = 53 us
-
Vamos por pasos.
No estoy seguro de saber cómo has hecho el ensayo de ganancia crítica. Si conectas R8 directamente con el pin 2 y unes el pin 1 y el pin 2 con una resistencia variable, está bien.
La ganancia será más o menos Rvariable / R8
Pero es importante ir variando poco a poco la resistencia hasta que comience a oscilar. Si lo haces con valores discretos puede que te saltes por mucho el valor de la ganancia crítica.
Así lo hice, puse primero un ajustable multivuelta de 10K, y como no oscilaba, luego uno de 50K, cuando empezó a oscilar apagué la fuente y medí la resistencia, que dá 33k.
-
Ok, pues ahora a diseñar el operacional.
Ahora colocamos una resistencia R2 en paralelo con un condensador C7 desde R8 hasta el pin 2 (VFB)
(R9 es un cortocircuito y valdrá 0)
Y colocamos una resistencia R14 en serie con un condensador C22 entre el pin 2 y el pin 1 (COMP)
-
Por ahora podemos probar con un simple PI
Tc = 424 us
Kc = 33k / ZR8 = 36
Kp = 0.45*Kc = 16
Ti = 0.83*Tc = 352 us
Ecuaciones del operacional:
Kp = R14 / R2 = 16
Ti = R14 · C7 = 352 us
De aquí se pueden averiguar los valores probando:
R2 = 10k
R14 = 180k
C7 = 33nF
No lo montes soldando SMD, porque cambiaremos los valores más adelante.
-
Ahora hay que probar la estabilidad de esta regulación. Para eso hay que conectar una carga a través de un transistor para que se conecte y desconecte.
La idea es, por ejemplo, pasar de 40W de salida a 70W, luego de 70W a 40W y así todo el tiempo.
La frecuencia de cambio debe ser baja (50 Hz por ejemplo) para dar tiempo a la fuente a responder.
Mirando en el osciloscopio la tensión de salida en en las transiciones se puede comprobar que la fuente responde rápido y sin oscilaciones.
Un saludo.
-
Por ahora podemos probar con un simple PI
Tc = 424 us
Kc = 33k / ZR8 = 36
Kp = 0.45*Kc = 16
Ti = 0.83*Tc = 352 us
Ecuaciones del operacional:
Kp = R14 / R2 = 16
Ti = R14 · C7 = 352 us
De aquí se pueden averiguar los valores probando:
R2 = 10k
R14 = 180k
C7 = 33nF
No lo montes soldando SMD, porque cambiaremos los valores más adelante.
Una duda, el condensador ¿no debería ser C22?
-
Si, C22
Como estoy mirando dos esquemas a la vez (la fuente y otro esquema PID) me he liado. Es el condensador que va en serie del pin1 al 2
-
Si, C22
Como estoy mirando dos esquemas a la vez (la fuente y otro esquema PID) me he liado. Es el condensador que va en serie del pin1 al 2
Ok, dividí entre R14:
C22 = Ci = Ti / R14 = 352u / 180k = 2.2nF
El resultado conmutando a 51Hz, aproximadamente de 40w a 70w:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
La respuesta no sale de +- 200mV, no está mal.
Ahora que veo la gráfica me doy cuenta de que se me ha pasado la no linealidad más importante de toda la fuente.
Esta etapa es capaz de entregar corriente pero no es capaz de absorberla (como lo puede hacer por ejemplo un puente en H).
El resultado final es que la respuesta es distinta cuando añades carga que cuando la retiras. Y hay que afinar el PID para los dos casos.
Es evidente también que se necesita acción derivativa para frenar las oscilaciones.
-
Vamos a añadir la parte derivativa. Hacer cálculos exactos es difícil, así que mejor será estimar los componentes y a partir de ahí los ajustamos a mano.
Cálculo del PID
Tc = 424 us
Kc = 33k / ZR8 = 33000 / 900 = 36
Kp = 0.59 * Kc = 21
Ti = 0.50 * Tc = 212 us
Td = 0.125 * Tc = 53 us
Cálculo de los componentes
Voy a buscar un buen tutorial que explique los pasos y lo enlazo antes de continuar.
Un saludo.
-
Sólo he encontrado este de maxim:
https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/3318
Las ecuaciones del operacional:
Kp = R14 / R2 + C22/C7
Ti = C22 * R14
Td = R2 * C7
Estimando los componentes:
R2 = 10 k
R14 = 10k * 21 = 220k
C22 = 212us / 220k = 1nF
C7 = 53us / 10k = 4.7nF
La ganancia va a ser mayor porque no he tenido en cuenta el término C22/C7, pero es un buen punto para comenzar. A partir de aquí lo ajustamos a mano.
-
Otro punto donde podemos añadir control derivativo es en C21:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27663)
Tiene la ventaja de no inyectar corriente directamente en la entrada VFB, pero su frecuencia depende del ajuste del potenciómetro. Por ahora no lo añadimos.
Un saludo.
-
Algo de teoría de controladores PID con operacionales:
PID Controller with Operational Amplifier (http://www.anale-ing.uem.ro/2009/2009_a9.pdf)
Single Active Element PID Controllers (http://www.postreh.com/vmichal/papers/PID-Radio.pdf)
Nuts and Volts. The PID Controller - Part 1 (http://www.nutsvolts.com/magazine/article/the_pid_controller_part_1)
Nuts and Volts. The PID Controller - Part 2 (http://www.nutsvolts.com/magazine/article/the_pid_controller_part_2)
PID Control Theory (http://cdn.intechopen.com/pdfs/29826/intech-pid_control_theory.pdf)
-
Sólo he encontrado este de maxim:
https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/3318
Las ecuaciones del operacional:
Kp = R14 / R2 + C22/C7
Ti = C22 * R14
Td = R2 * C7
Estimando los componentes:
R2 = 10 k
R14 = 10k * 21 = 220k
C22 = 212us / 220k = 1nF
C7 = 53us / 10k = 4.7nF
La ganancia va a ser mayor porque no he tenido en cuenta el término C22/C7, pero es un buen punto para comenzar. A partir de aquí lo ajustamos a mano.
Muestro el resultado, tiende a oscilar, he probado a subir C22, y no se soluciona, creo que es demasiada ganancia y habria que bajar R14:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Baja R14 a 180k a ver cómo va.
-
Baja R14 a 180k a ver cómo va.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Ahora yo diría que le falta derivativo.
-
Si, eso parece. El problema es que el derivativo estaba bién calculado. No entiendo porqué hace falta más.
Prueba a subir C7 un poco a ver que tal con 6.8nF o 12nF, hasta que se estabilice.
En caso contrario habrá que reducir más todavía la resistencia R14 (la ganancia proporcional)
Otro punto en el que se puede añadir una capacidad es en C21, que también aporta derivativo.
C21 debería valer más o menos como C7, unos 4,7nF.
Un saludo.
-
R2 = 10 k
R14 = 180k
C22 = 1nF
C7 = 10nF
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
*******************************************************R2 = 10 k
R14 = 120k
C22 = 1nF
C7 = 10nF
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Prueba a bajar C7 a 4.7nF y añadir:
C21 = 4.7nF
R17 = 1k
Así añadimos dos derivativos. A ver si mejora la oscilación con 40W
El próximo paso será analizar la función de transferencia de la fuente en detalle.
Un saludo.
-
Espera, que calculo mejor los valores.
El problema es que estoy calculándolos en base a los resultados del método de Ziegler-Nichols y estos no están funcionando bien.
Hay que intentar entender mejor la fuente antes de seguir, pero tardaré un tiempo.
Mientras tanto puedes bajar aún más la ganancia con R14, hasta que sea bien estable, y probar:
Tensiones de 15V y de 30V a ver si la fuente sigue estable.
La carga con el conversor Buck a ver si los resultados siguen estables.
Probar la fuente con cargas menores (5W) para comprobar si también es estable.
Si quieres puedes hacer como yo: simular el circuito para comprobarlo antes en el ordenador.
Un saludo.
-
Espera, que calculo mejor los valores.
El problema es que estoy calculándolos en base a los resultados del método de Ziegler-Nichols y estos no están funcionando bien.
Hay que intentar entender mejor la fuente antes de seguir, pero tardaré un tiempo.
OK, espero.
Mientras tanto puedes bajar aún más la ganancia con R14, hasta que sea bien estable, y probar:
Tensiones de 15V y de 30V a ver si la fuente sigue estable.
La carga con el conversor Buck a ver si los resultados siguen estables.
Probar la fuente con cargas menores (5W) para comprobar si también es estable.
Si quieres puedes hacer como yo: simular el circuito para comprobarlo antes en el ordenador.
Un saludo.
He bajado aún más la resistencia, hasta 62k, con 18.5v, este es el resultado, la oscilación tiende a amortiguarse:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Con 15v, oscila mucho:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Y con 24v mucho más:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
He comprobado la fuente con la que alimento el conversor, esto es lo que hay en la entrada de 12v, con 24V en la salida, y conmutando la carga a 51Hz:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Qué desastre.
Con poca ganancia proporcional las oscilaciones no se hacen menores, simplemente se hacen de menor frecuencia.
Hay que analizar la fuente para ver cuáles son sus polos dominantes y cómo cambian con los parámetros (tensión de salida, potencia de salida) y luego intentar encontrar una regulación que sea estable en todos los casos, si se puede.
Voy a analizar la fuente y lo posteo.
La topología Buck la conozco de memoria, pero la Boost no. Imagino que será igual que la Flyback.
Como no estoy del todo seguro, quiero simular también la etapa para comprobarlo. Y todo eso lleva tiempo.
Un saludo.
-
Respecto a la regulación. Esta etapa PID no se ajusta con facilidad porque al cambiar un componente cambian todos los valores.
Para ajustar bien la etapa:
Kp = R14 / R2 + C22/C7
Ti = C22 * R14
Td = R2 * C7
No conviene hacer Ti menor. Si reduces R14 hay que aumentar en la misma proporción C22 porque si no el control integral se hace más rápido y más inestable. Quizás probando con estos valores:
Kp = R14 / R2 + C22/C7 = 14
Ti = C22 * R14 = 260us
Td = R2 * C7 = 50 us
R2 = 10K
R14 = 120K
C22 = 2,2nF
C7 = 4,7nF
Un saludo.
PD: Modifico los valores para que cuadren más entre sí
-
Documentación para analizar el Boost:
1. TI. Understanding and Applying Current-Mode Control Theory (http://www.ti.com/lit/an/snva555/snva555.pdf)
2. MODELING AND DESIGN OF A CURRENT MODE CONTROL BOOST CONVERTER (https://dspace.library.colostate.edu/bitstream/handle/10217/75301/Yao_colostate_0053N_11458.pdf?sequence=1)
3. Practical Feedback Loop Analysis for Current-Mode Boost Converter (http://www.ti.com/lit/an/slva636/slva636.pdf)
4. TI. AN-1994 Modeling and Design of Current Mode Control Boost Converters (http://www.ti.com/lit/an/snva408b/snva408b.pdf)
5. Current-Mode Control: Modeling and its Digital Application (https://theses.lib.vt.edu/theses/available/etd-04192009-152740/unrestricted/Disseration_JianLi_revision_new.pdf)
6. Design and Analysis of Current Mode Control of Boost Converter (https://www.ijsr.net/archive/v5i1/NOV152882.pdf)
7. Ridley. Boost Converter with Current-Mode Control (http://old.ridleyengineering.com/design-center-ridley-engineering/38-control/61-18-boost-converter-with-current-mode-control.html)
8. A New Small-Signal Model for Current-Mode Control (1999) (http://old.ridleyengineering.com/images/current_mode_book/Current_Mode_Chapter_1.pdf)
9. Ridley Power Supply Design Book . Current mode control (http://old.ridleyengineering.com/books.html#current-mode-control)
10. T.I. Compensating the Current-Mode-Controlled Boost Converter (http://www.ti.com/lit/an/slva452/slva452.pdf)
11. Maxim. Using a Peak-Current-Mode Controller to Design a Boost Converter (https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/5503)
-
Estoy intentando simular y no recuerdo bien todos los valores que hemos escogido al final para todos los componentes.
¿Podrías colgar un esquema actualizado micro_pepe?
Muchas gracias.
-
Estoy intentando simular y no recuerdo bien todos los valores que hemos escogido al final para todos los componentes.
¿Podrías colgar un esquema actualizado micro_pepe?
Muchas gracias.
Gracias a tí.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Respecto a la regulación. Esta etapa PID no se ajusta con facilidad porque al cambiar un componente cambian todos los valores.
Para ajustar bien la etapa:
Kp = R14 / R2 + C22/C7
Ti = C22 * R14
Td = R2 * C7
No conviene hacer Ti menor. Si reduces R14 hay que aumentar en la misma proporción C22 porque si no el control integral se hace más rápido y más inestable. Quizás probando con estos valores:
Kp = R14 / R2 + C22/C7 = 14
Ti = C22 * R14 = 260us
Td = R2 * C7 = 50 us
R2 = 10K
R14 = 120K
C22 = 2,2nF
C7 = 4,7nF
Un saludo.
PD: Modifico los valores para que cuadren más entre sí
Probé con esos valores, este es el resultado:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Luego bajé R14 a 62k, y subí C22 a 4.7nF, este es el resultado:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Si bajo el voltaje sigue mas o menos estable, pero al subir a unos 24v oscila mucho la salida, la carga cuando comuto con el transistor, pasa de 50w a 70w.
Saludos!!!
-
Las simulaciones no me están dando buen resultado.
Una de ellas tiene una respuesta a la carga que no se parece en nada a la fuente.
La otra (con Pspice) se eterniza. Tarda muchísimo en simular. Como la conmutación tiene una frecuencia de 40kHz y la carga 1000 veces menos, tarda muchísimo en realizar cualquier pequeño cambio. No lo veo muy práctico.
Al final las simulaciones sirven para hacer lo mismo que estás haciendo tú, probar a ojo varios valores del PID, de manera que no aportan mucho más al análisis del problema. Esperaba poder manejar así la fuente para familiarizarme con ella, pero me costaría menos tiempo fabricarla.
Creo que va a ser mejor calcular las ecuaciones de la etapa, sus polos y ceros y a partir de ahí calcular los parámetros del regulador PID.
Un saludo.
-
Una cosa, una bobina de menos valor, ¿puede hacerla más estable?
Saludos!!!
-
Eso cambiaría un poco la frecuencia, pero creo que no se va a notar en la estabilidad.
Cero en el plano positivo:
Esa etapa es más compleja que un buck y cuesta más estabilizarla.
Por ejemplo uno de los problemas que tiene es la forma de aumentar la corriente de salida. Cuando la salida baja de tensión el regulador tiende a aumentar la corriente de pico de la bobina. Al hacer esto el siguiente ciclo de trabajo aumenta y la corriente de pico de la bobina aumenta un poco, pero al ser el ciclo de trabajo más grande, el tiempo que la bobina descarga corriente en la salida es menor. El resultado es que la corriente de pico aumenta pero la corriente de salida disminuye. Esto hace que en el siguiente ciclo de trabajo se le pida a la bobina más corriente aún. Al final la corriente de salida aumenta, pero para entonces la corriente de la bobina ha aumentado más de lo necesario y hay que reducir su corriente de pico. En este caso el efecto se repite al contrario, al intentar disminuir la corriente de pico de la bobina, la corriente de salida aumenta.
Este efecto produce oscilaciones con frecuencia relativamente alta (unos pocos ciclos de trabajo). Además el control derivativo no resuelve el problema, sino que lo aumenta.
Este comportamiento se denomina cero en el plano positivo.
Este efecto se puede ver en tus gráficas. Después del sobrepulso que dura aproximadamente 1ms la semionda positiva (2ms de tiempo de ciclo) hay unas oscilaciones con una frecuencia mayor, 500us de tiempo de ciclo. Se observa en el tiempo de máxima potencia.
En la última gráfica, con menos ganancia (R14 a 62k, y C22 a 4.7nF), el efecto ya no se observa.
Hay varias soluciones, algunas peores que otras:
1. Hacer una regulación PID pura, optimizada solo para una tensión de entrada y salida (20V) y que funcione bien para ese punto de trabajo. Esta regulación será un poco lenta para evitar las oscilaciones (como la última que has hecho) y no funcionará para altas tensiones de salida.
2. Afinar el PID en el caso más inestable (alta tensión de salida) y conformarse con una regulación más pobre en bajas tensiones de salida.
3. Esperar a que analice la etapa con detalle y añadir más componentes al PID actual para mejorar su comportamiento. En este caso ya no estaremos hablando de un PID puro. Todavía no sé si será suficiente con el espacio que hemos dejado para más componentes en el regulador. Desde luego utilizando los 6 componentes el comportamiento será mejor que utilizando solo 4, pero todavía no sé si hará falta añadir más.
Un saludo.
-
Creo que se puede probar la solución 2, ajustar para un voltaje alto, y ver como se comporta para voltajes menores.
Supongo por lo que dices que los convertidores elevadores tienen este problema en general, he visto algunos convertidores de este tipo, incluso algunos integrados de potencia en el mismo datasheet, que usan un simple PI, será que lo calculan para una salida fija.
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/10701fe.pdf
Saludos!!!
-
Si, ya lo he visto antes. Hay varias redes de compensación posibles.
La del tipo PI es la primera que intentamos. Este documento de TI está muy bien y utiliza la misma:
TI. Understanding and Applying Current-Mode Control Theory (http://www.ti.com/lit/an/snva555/snva555.pdf)
Y este también:
Design and Analysis of Current Mode Control of Boost Converter (https://www.ijsr.net/archive/v5i1/NOV152882.pdf)
Pero me pareció que no era suficientemente estable, o que se podía mejorar con derivativo.
Este otro documento de TI utiliza una compensación PID (la llaman lag compensator pero es lo mismo que un PID, un polo y un cero, un integral y un derivativo):
TI. AN-1994 Modeling and Design of Current Mode Control Boost Converters (http://www.ti.com/lit/an/snva408b/snva408b.pdf)
Al probar esta otra compensación he visto que este tipo de circuito Boost no responde bien al derivativo puro. Tampoco es la mejor solución.
En esta tesis (página 36 o 45 del pdf) aparece otra compensación más completa, con dos polos y un cero:
MODELING AND DESIGN OF A CURRENT MODE CONTROL BOOST CONVERTER (https://dspace.library.colostate.edu/bitstream/handle/10217/75301/Yao_colostate_0053N_11458.pdf?sequence=1)
Recuerdo haber leído otros documentos con compensaciones todavía más complejas.
Estoy en ello. A ver si damos con la correcta.
Un saludo.
-
ANÁLISIS DE LA ETAPA:
Basado en la documentación de Texas Instruments: Understanding and Applying Current-Mode Control Theory (http://www.ti.com/lit/an/snva555/snva555.pdf)
Nomenclatura:
Vin = Tensión de entrada
Iin = Corriente de entrada
Vo = Tensión de salida
Io = Corriente de salida
D = Ciclo de trabajo
Vc = Tensión de control = pin 1 (COMP)
d = Símbolo diferencial. Pequeña variación de una magnitud
R = Vo / Io = Resistencia equivalente de salida
Ro = dVo / dIo = Impedancia de salida o resistencia dinámica
= Diferencia de la tensión de salida dividido por la diferencia de la corriente de salida.
= R para cargas resistivas puras
Co = Condensador de salida
Rc = Resistencia equivalente en serie (ESR) del condensador de salida
L = Inductancia boost
Rs = Resistencia de sensado de corriente
Ri = Rs * Gs = Resistencia de sensado de corriente por la ganancia de su amplificador
Vsl = Rampa de compensación para evitar oscilaciones subarmónicas [Voltio/ciclo]
fn = Frecuencia de conmutación
wn = pi * fn = Frecuencia angular de conmutación
T = 1 / fn = Tiempo de ciclo de conmutación
Q = 0.637
Km = Vin / Vramp = Modulator Gain
Vramp = diferencia de tensión de control que cambia el ciclo de trabajo de 0% a 100%
Polos y ceros en frecuencia angular:
wr = Cero del plano positivo debido a la bobina conmutada
wp = Polo por la impedancia de salida (condensador y carga)
wz = Cero del condensador de salida (debido a la resistencia ESR del condensador de salida)
Rampa de compensación:
Vsl = (Vo - Vin) * Rs * T / L [V/ciclo]
Ecuaciones en pequeña señal:
D = (Vo - Vin) / Vo
(1-D) = Vin / Vo
Vsl = (Vo - Vin)*Rs*T/L
Vo/Vc = Ro*(1-D)/(Rs*Kd) * (1 - s/wr)*(1 + s/wz)/( (1 + s/wp)*(1 + s/(wn*Q) + s^2/wn^2) )
K = 0.5*D*(1-D)* Rs * T / L
Km = 1/((0.5-D)*Rs*T/L + Vsl/Vo)
Kd = 1 + Ro/R + (Ro*(1-D)^2/Rs)*(1/Km + K/(1-D))
wr = R*(1-D)^2/L
wz = 1/(Co*Rc)
wp = Kd/(Co*Ro)
Ejemplo de aplicación a la etapa:
Vin = 11V (teniendo en cuenta la caída de tensión en fusible, mosfet, Rsense, etc)
Vo = 21 (teniendo en cuenta la caída de tensión en el diodo y pérdidas de potencia)
Io = 3 A
fn = 40000 Hz
Co = 0,003 F
Rc = 0,01 Ohm
L = 0,000070 H
Rs = 0,028 Ohm
D = 0,476
T = 0,000025 s
R = 7,000 Ohm
Ro = 7,000 Ohm
Vsl = 0,3 V/ciclo
K = 1,247E-03 V/s
Km = 6,885E+01
Kd 3,160E+00
wr = 2,744E+04 rad/s
fr = 4,367E+03 Hz
wz = 3,333E+04 rad/s
fz = 5,305E+03 Hz
wp = 1,505E+02 rad/s
fp = 2,395E+01 Hz
-
Compensador:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27727;image)
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27729;image)
Polo 1: w = 0
Polo 2: w = (C2+C3) / (R3 * C2 * C3)
Polo 3: w = 1 / (C1 * R1)
Cero 1: w = 1 / (C3 * R3)
Cero 2: w = 1 / (C1 *(R1 + R2))
Un saludo.
-
Un ejemplo del compensador:
R1= 1 kOhm
R2= 10 kOhm
R3= 100 kOhm
C1= 33 nF
C2= 0,33 nF
C3= 4,7 nF
Pole 1 = 0,000 kHz
Zero 1 = 0,339 kHz
Zero 2 = 0,438 kHz
Pole 2 = 5,162 kHz
Pole 3 = 4,823 kHz
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27731;image)
Con este compensador se puede crear una curva a medida mucho más precisa que con el primero, que sólo utilizaba 4 componentes.
Un saludo.
-
Muchas gracias Picuino!!!
No lo he probado aun, pero quisiera saber como has obtenido los valores de los componentes, imagino que fijas primero una resistencia, por ejemplo R1 = 1k, y luego despejas de aquí:
Polo 3: w = 1 / (C1 * R1) --> C1 = 1 / (w * R1)
siendo w = wp = 1,505E+02 rad/s
al igual con R3, se fija a 100K, y se calcula C3 = 1 / (w * R3)
siendo w = wz = 3,333E+04 rad/s
Pero no salen las cuentas
-
He metido las ecuaciones en una hoja excel y voy probando valores cambiando las resistencias y los condensadores hasta que obtengo los polos que quiero.
La hoja excel y las ecuaciones acabo de hacerlas por mi cuenta (con un software CAS) por lo que es posible que tengan algún error, aunque he tenido mucho cuidado de ir paso a paso para no cometer errores. No sé por qué no te salen las cuentas. Ponme un ejemplo concreto y lo compruebo, para descartar que sea un error.
Este compensador de 6 componentes se diferencia del PID con 4 componentes en que en las frecuencias más altas en vez de crecer, la ganancia decrece. Eso es bueno porque elimina el ruido de conmutación y las oscilaciones de frecuencia más alta.
El problema ahora es sacar el diagrama de Bode de la fuente. Por lo que he puesto arriba los cálculos teóricos no son sencillos. Además son teóricos y puede que no se ajusten bien del todo. Lo bueno de esas ecuaciones es que permiten ver cómo afectan a la respuesta en frecuencia los distintos componentes. Tengo un excel (de Ridley) en el que metes los componentes de la etapa Boost y te dibuja el bode:
http://old.ridleyengineering.com/freesoftware.html
Luego hay que comprobar que estas gráficas y ecuaciones concuerdan con los resultados de la fuente.
Empieza a ser mucha tarea, espero que no sea demasiado.
También se puede calcular el Bode de forma práctica metiendo una señal senoidal al controlador y mirando en el osciloscopio la señal del controlador y su resultado en la salida (cómo cambia en amplitud y cómo cambia en desfase). Repitiendo eso con varias frecuencias puedes dibujar al final el bode. Es un poco tedioso, por eso hay instrumentos que lo hacen de forma automática (graficar el bode), pero suelen ser caros y pocos poseen uno.
Un saludo.
-
Ponme un ejemplo concreto y lo compruebo, para descartar que sea un error.
He repasado todas las cuentas, Vsl me sale 0.1:
Vsl = (Vo-Vin) · Rs · T / L = (21-11) · 0.028 · (1/40K) / 70u = 0.1
A partir de aquí algunos valores cambian:
Km = 201.5
Kd = 2.5
wr = 27.04E+3
wz = 33.33E+3
wp = 119
Ahora, si fijamos R1 = 1K, y R3 = 100K, y despejando de aquí:
Polo 3: w = 1 / (C1 * R1)
Cero 1: w = 1 / (C3 * R3)
C1 = 1 / (wp * R1) = 1 / (119 · 1000) = 8.4uF
C3 = 1 / (wz * R3) = 1 / (33.33E+3 · 100E+3) = 300pF
No sé si es la forma de calcularlo.
-
Vsl es V_slope, es decir la tensión de la rampa de compensación que evita la oscilación subarmónica.
Esta tensión hay que calcularla para el peor caso posible y añadir un poco más para evitar que esté a punto de oscilar.
Vsl = (Vo-Vin) · Rs · T / L = (36-12) · 0.028 · 25us / 70uH = 0.24 v/ciclo
En nuestro caso, al final pusimos una resistencia R13=4k7 que hace un divisor resistivo con la resistencia R4=1k que a su vez estaba unida a las resistencias de sensado. También hay conectada una resistencia R15=6k8 a 5v.
La rampa del condensador oscilador es de 1.7V que dividida por el divisor resistivo formado por R13=4k7 y la impedancia equivalente de R15 y R4 en paralelo (872 Ohm) da como resultado Vsl = 0.266 V
Yo había puesto Vsl=0.3V porque no había tenido en cuenta el efecto de la resistencia R15=6k8.
En cuanto a los polos de la fuente y del compensador, no tienen nada que ver.
La fuente tiene unos polos y unos ceros y a partir de ahí tendrá un diagrama de bode.
El compensador tendrá otros polos y otros ceros y a partir de ahí tendrá otro diagrama de bode completamente distinto.
Al sumar los dos diagramas de bode obtenemos el diagrama de bode total, de la fuente y del compensador juntos.
Este último diagrama es el que debe ser estable y funcionar bien.
Normalmente la respuesta de la fuente no es ideal, hay que modificarla para que funcione mejor. Ahí es donde entra en juego el compensador que modifica la respuesta de la fuente para conseguir una respuesta lo más parecida al ideal.
Para conseguir eso hay varios métodos, como el de Ziegler-Nichols, que ayudan a escoger cómo debe ser el compensador para mejorar lo máximo posible la respuesta del conjunto.
Yo no conozco qué método utilizar para afinar un compensador de tantos polos y ceros. Lo intentaré ajustar a mano a partir de la respuesta de la fuente (dada por sus gráficas de bode).
El primer paso para eso es calcular la respuesta de la fuente y comprobar que se ajusta a la realidad. Yo ahora voy a repasar los cálculos y voy a intentar comprobar que todo está bien y luego intentaré comparar los resultados con las gráficas que has puesto hasta ahora. A ver si consigo afinar el compensador a partir de ahí.
Un saludo.
-
He creado una hoja excel para calcular la gráfica de Bode del compensador PID de 6 componentes.
La adjunto.
6/04/2017
Nueva versión v2 que permite calcular polos y ceros a partir de los componentes y al revés, componentes a partir de polos y ceros.
Esta versión está bloqueda para evitar que se cambie las fórmulas por error. El bloqueo no tiene contraseña.
-
Veo que hay dos trabas importantes, obtener el bode de la fuente, y una vez encontrado el bode necesario del controlador, traducirlo a sus resistencias y condensadores.
En clase haciamos cosas como los ejercicios del adjunto, la funcion de transferencia en lazo abierto sería la de nuestra fuente (que no conocemos), y luego se quedan en la función del controlador que dá matlab, pero nunca llegamos a implementar eso con un filtro en un operacional.
Dices que se puede obtener experimentalmente, ¿hay que tomar muchos valores? y ¿la fuente senoidal tiene que poder entregar una cierta potencia? y ¿de que frecuencias estamos hablando? lo digo por si con un generador de funciones basado en un microcontrolador se puede hacer.
Saludos!!!
-
Veo que hay dos trabas importantes, obtener el bode de la fuente, y una vez encontrado el bode necesario del controlador, traducirlo a sus resistencias y condensadores.
En realidad el bode de la fuente ya lo tenemos en la parte de baja frecuencia, que es sencillo de calcular. Hay un polo formado por el condensador y por la carga externa y un cero formado por la resistencia ESR y el condensador de salida. Son valores de baja frecuencia, se basan en valores conocidos y son sencillos de calcular. Una ventaja de esta fuente en modo corriente es que elimina la inductancia del filtro de salida, simplificando la respuesta en baja frecuencia.
El problema viene con la ganancia y con el comportamiento a frecuencias más altas. Esa es la parte que no me queda clara del modelo de Texas Instruments.
Calcular las resistencias y condensadores del compensador no es demasiado complicado. Simplemente probando y ajustando a mano se pueden conseguir resultados aceptables. Con la hoja excel es rápido, aunque todavía tengo que completarla con el modelo de la fuente.
En clase haciamos cosas como los ejercicios del adjunto, la funcion de transferencia en lazo abierto sería la de nuestra fuente (que no conocemos), y luego se quedan en la función del controlador que dá matlab, pero nunca llegamos a implementar eso con un filtro en un operacional.
En esta fuente lo vamos a hacer en la práctica con un operacional.
El problema de este caso es que algunos polos y ceros son inestables (están en el semiplano positivo) y eso complica las cosas. No es lo mismo estabilizar un palo de escoba de punta que estabilizarlo tumbado. En nuestro caso está de punta. Ese es un problema de 'péndulo invertido'. Cualquier pequeño cambio tiende a hacerse mayor y que la fuente se caiga.
Esto pasa sobre todo por culpa del tipo de carga (laptop) que consume potencia constante. Si la fuente entrega una corriente constante a una resistencia, su tensión se mantiene estable aunque haya pequeñas variaciones. Pero si alimentas un ordenador a 20V con corriente constante de 3A y el ordenador consume 60W al principio todo va bien hasta que la tensión cambia un poco y todo se va al traste:
tensión = 19V el ordenador intenta consumir 3.16A, pero la fuente entrega 3A constantes, la tensión baja todavía más hasta que al final cae a cero.
Al revés lo mismo. Tensión = 21V el ordenador intenta consumir 2.84A, pero como la fuente entrega 3A, la tensión tiende a subir hasta que algo falla.
Es inestable y más difícil de regular que otros tipos de carga. Pero se puede regular.
Dices que se puede obtener experimentalmente, ¿hay que tomar muchos valores? y ¿la fuente senoidal tiene que poder entregar una cierta potencia? y ¿de que frecuencias estamos hablando? lo digo por si con un generador de funciones basado en un microcontrolador se puede hacer.
Para hacer un bode experimental, tienes que inyectar una pequeña señal analógica en la fuente funcionando.
La señal es mejor que sea lo más senoidal posible para evitar ruido y lo más pequeña posible para evitar efectos de gran señal no lineales. Pero no debe ser muy pequeña porque entonces no la distingues del ruido.
Se puede generar con un microcontrolador que tenga DAC. Con uno sencillo (de 5 bits) es suficiente. Haces una tabla de valores senoidal y los vas escribiendo en el DAC.
El mejor compensador que se puede poner es uno integral, que filtra muy bien el ruido de escalón del DAC, y que sea muy estable (baja ganancia) para que no añada oscilaciones.
La señal senoidal puedes inyectarla por ejemplo en el divisor de tensión de salida (R8), porque es uno de los sitios más sencillos.
A continuación tienes que observar dos puntos:
La señal de compensación en el pin 1 del controlador (COMP)
La señal de salida en el condensador C19 (Vo)
El valor de ganancia es la relación entre la amplitud de la primera señal y la segunda señal
El valor de fase es el desplazamiento entre la primera señal y la segunda señal, en grados.
Si tienes un osciloscopio que haga FFT o diagramas de frecuencia y fase, te puede facilitar las cosas.
Las frecuencias escogidas serán las que pueden presentar oscilaciones:
100Hz, 200Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 5000Hz, 10000Hz,
No son muchas, pero son suficientes para comprobar la estabilidad y diseñar el compensador.
Un saludo.
-
Otra herramienta que se puede utilizar alternativa a Matlab (que es un software de pago) es Python con la librería científica scipy:
https://docs.scipy.org/doc/scipy-0.14.0/reference/generated/scipy.signal.bode.html
https://docs.scipy.org/doc/scipy-0.14.0/reference/signal.html
Lo prefiero porque es software libre, con un lenguaje más flexible y potente. Aunque no tiene tantas posibilidades como Matlab, lo que tiene nos sirve de sobra para nuestro caso.
Un saludo.
-
Si vas a intentar calcular el bode de forma práctica, puedes intentar primero poner un compensador con:
R2= 10k
C23 = 10nF
Y nada más. Creo que será estable. Si no lo es, aumenta el condensador hasta que sea estable.
Si no llega a ser estable, coloca en vez de C23 una simple resistencia. Cuanto más baja sea, más estable será la etapa.
Lo mejor es hacer el ensayo con la tensión de salida alta (unos 30V) que es el punto más inestable de todos.
Lo ideal es que funcione con una carga de potencia constante (un Buck con salida de potencia constante). No pongas el Laptop por si oscila mucho la tensión y lo quemas. Esta carga es inestable, pero así se consigue ver el peor caso posible.
Un saludo.
-
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395929#msg395929
Nueva versión de la hoja excel. Ahora calcula los componentes a partir de la ganancia, los polos y ceros.
Para eliminar un polo o un cero, hay que hacer su valor muy grande (con que sea mayor de 60 millones es suficiente)
Un saludo.
-
He probado ha hacer el bode de forma experimental, le he metido una senoidal de 100Hz y 300mVpp en R8 (divisor de voltaje de la salida), he puesto R2= 10k y C23 = 10nF, con una salida ajustada a 28v, y como carga un BUCK ajustado a 12v con carga de 70w. En la salida si mido, veo esto:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
aunque suba un poco la amplitud de la senoidal en R8 no varia mucho la salida, pero no veo una senoidal de 100Hz en ese oscilograma, la envolvente tiene más frecuencia. Con la función FFT podría ver la componente de 100Hz, podría ver la amplitud y obtener la ganancia comparando entrada y salida, pero ¿el desfase se puede medir con la FFT?
Gracias!!! un saludo.
-
Primero hay que conseguir que la etapa sea estable. Reduciendo la ganancia por ejemplo (mas capacidad o poniendo una resistencia pequeña en vez del condensador).
De todas formas no sé si con esa carga conseguirá la fuente ser estable con un compensador cualquiera. Es posible que no.
Si no consigues estabilizarla, habrá que cambiar a una carga resistiva. Así seguro que la podrás hacer estable con facilidad.
Una vez que sea estable, verás claramente la señal de 100Hz.
Ahora, con ruido, también se puede sacar la señal, pero es mucho más difícil porque no puedes verla. Se puede hacer con la FFT o con un lock-in amplifier, un instrumento que rescata señales pequeñas enterradas en un ruido muchisimo más grande.
Pero mejor no complicar las cosas. Si se puede ver, todo queda más claro.
PD. Aunque se está complicando un poco, me encanta el proyecto. Espero que no tardemos mucho en acabarlo bien.
Un saludo.
-
Lo mejor es añadir otro canal al osciloscopio con la señal del pin 1, para comparar las dos.
En R8 la señal inyectada debería ser de unos 25uA, que debería producir una onda visible en la salida de unos 0,25V.
Se puede conseguir por ejemplo inyectando a R8 una señal de 5v a través de una resistencia de 220k y un condensador grande en serie para eliminar la componente continua.
Después filtras la salida con un filtro paso bajos que no añada desfase (para 100Hz, un filtro de más de 1000Hz) por ejemplo con una resistencia de 1K y un condensador de 10nF se eliminan los picos de conmutación y no desfasa las señales hasta 10kHz. Esto ayuda un poco.
Si la señal es todavía muy pequeña comparada con el ruido, se puede subir un poco más. Pero una señal de 250mV se debería poder ver con el ruido de 60mV y 40kHz que tiene esta fuente a la salida.
Un saludo.
-
Creo que ahora la fuente es suficientemente estable. Aunque tenga algo de ruido la salida, con un pequeño filtro como el que te he comentado el ruido apenas afectará la medida.
El problema está en que la señal de 100Hz no se ve. Hay que añadir más señal en R8.
Un saludo.
-
Adjunto resultados de la obtención del bode de forma practica, a partir de 1KHz a pesar de subir la amplitud de la senoidal y bajar la resistencia a través de la cual la inyecto, no es muy legible.
En amarillo es el pin 1, y en azul la salida.
Entre unas frecuencias y otras he tenido que bajar el valor de la resistencia, a través de la que inyecto la senoidal a R8, para poder ver algo legible, al quedarse corto el mando de amplitud del generador.
100Hz:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2hrzoth.gif)
200Hz:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2dgndqg.gif)
500Hz:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2pqw8y9.gif)
1KHz:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/33bmzqc.gif)
2KHz:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/144cmko.gif)
5KHz:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2sb739w.gif)
Quizás habría que tomar más valores a bajas frecuencias, y no sé si la atenuación tán grande a frecuencias más altas dice algo.
Saludos!!!
-
Esto es lo que veo.
100Hz
Ganancia=señal azul (salida) / señal amarilla (control) = 700mV/600mV = 1.16
Fase=180 * tiempo entre pico amarillo y pico azul / tiempo entre picos amarillos =180 * 3ms / 5ms = 108 grados
Con señales así de limpias, la FFT te dará una lectura buena y sencilla de leer de la amplitud y de la fase. Tienes que ampliar la gráfica en 100 Hz y ayudarte con las lecturas que te da el cursor.
Esta primera lectura concuerda con el modelo que predice un polo en baja frecuencia (unos 15Hz) debido al condensador de salida y la carga.
El margen de fase hasta los 180° (el desfase que provoca oscilaciones) es grande, pero este desfase que se puede leer (108°) no tiene en cuenta el desfase del compensador, que también añade el suyo propio.
200Hz
Ganancia=0.5
Fase=180 * 1.2 / 5 = 86°
La frecuencia sube al doble, la ganancia baja a la mitad y el desfase es de unos 90°
Los valores no son exactos porque pueden tener errores de medida grandes (no es fácil medir con precisión en las gráficas)
Más tarde seguimos.
Un saludo.
-
500Hz
Ganancia 0,22
Fase: 100°
1000Hz
Ganancia=0,16
Fase=86°
Este dato ya no me cuadra. A esta frecuencia la fase debería comenzar a crecer por los polos de mayor frecuencia que comienzan a notarse. La ganancia también debería ser menor (la mitad de la ganancia a 500Hz)
La respuesta puede ser un error de medida o, más probable, que un cero cercano se está comenzando a notar. El condensador de salida tiene un cero en 5300Hz. Está cerca como para que afecte a la fase, pero no para que afecte tanto a la ganancia.
2000Hz
Imposible distinguir nada. Habría que inyectar una señal mayor o añadir ganancia al compensador para tener una señal de control mayor. También hay que ampliar la base de tiempos para que los tiempos se vean con detalle.
Un saludo.
-
He afinado un poco los valores desde 1KHz, para 5KHz he tenido que bajar la resistencia de inyección de la señal a 100ohm.
1KHz:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/35jjafr.gif)
Ganancia=señal azul (salida) / señal amarilla (control) =
220mV/3600mV = 0.061
Fase=180 * tiempo entre pico amarillo y pico azul / tiempo entre picos amarillos =
180 * 380us / 1000us = 68.4 grados
2KHz:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2wqwpl5.gif)
Ganancia=señal azul (salida) / señal amarilla (control) =
45mV/1300mV = 0.035
Fase=180 * tiempo entre pico amarillo y pico azul / tiempo entre picos amarillos =
180 * 160us / 500us = 57.6 grados
5KHz:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2iqfu3m.gif)
Ganancia=señal azul (salida) / señal amarilla (control) =
24mV/1400mV = 0.017
Fase=180 * tiempo entre pico amarillo y pico azul / tiempo entre picos amarillos =
180 * 84us / 200us = 75.6 grados
Saludos!!!
-
Lo siento mucho. No sé en qué estaba pensando cuando puse la fórmula. Tiene un error en 180°, que debe ser 360°. Lo repito corregido:
Fase=360 * tiempo entre pico amarillo y pico azul / tiempo entre picos amarillos
Los valores que calculé estaban bien. Aunque en el caso de 100Hz la fórmula es:
Fase=360*3ms/10ms = 108°
El valor final es el mismo, aunque los valores de la fórmula han cambiado.
Un saludo.
-
Creo que ahora la señal de control es demasiado grande. Se nota porque la salida está distorsionada. Lo ideal es que la salida sea también una onda senoidal. En caso contrario los resultados de ganancia y de fase se distorsionan también.
El mejor punto para medir los tiempos es el valle de las ondas senoidales. El valle coincide con el momento de menor corriente de la bobina y por eso la salida tiene menos ruido y resulta más sencillo hacer las medidas.
En 5kHz veo un desplazamiento mayor de 180°. Voy a calcularlo bien y lo publico. Aunque como he comentado los valores estarán distorsionados, servirán para hacer un bode aproximado.
Saludos.
-
Creo que ahora la señal de control es demasiado grande. Se nota porque la salida está distorsionada. Lo ideal es que la salida sea también una onda senoidal. En caso contrario los resultados de ganancia y de fase se distorsionan también.
El mejor punto para medir los tiempos es el valle de las ondas senoidales. El valle coincide con el momento de menor corriente de la bobina y por eso la salida tiene menos ruido y resulta más sencillo hacer las medidas.
En 5kHz veo un desplazamiento mayor de 180°. Voy a calcularlo bien y lo publico. Aunque como he comentado los valores estarán distorsionados, servirán para hacer un bode aproximado.
Saludos.
Las medidas son muy inestables, hay que afinar muy fino con la amplitud de la senoidal, a nada que subas o bajes, se distorsiona o desaparece, intentaré tomarlas con menos distorsión. Trabajo en la hostelería y estos días son de mucho trabajo, cuando tenga un tiempo lo hago y lo publico.
Gracias, un saludo!!!
-
No hay prisa. Ahora también estoy yo ocupado.
Un saludo.
-
Bien, he representado los datos en un diagrama de bode:
| FREQUENCY | GAIN | PHASE |
| [Hz] | [Vo/Vc] | [º] |
| 100 | 1,16 | -108 |
| 200 | 0,5 | -86 |
| 500 | 0,22 | -100 |
| 1000 | 0,1 | -86 |
| 2000 | 0,035 | -180 |
| 5000 | 0,017 | -216 |
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27759;image)
En rojo los datos medidos. La gráfica de fase tiene errores de medida evidentes.
En azul, una estimación de los polos y ceros del sistema.
Sólo han hecho falta 3 polos: en 12Hz, 4000Hz y 4000Hz (polo doble)
No veo el efecto del cero que debería estar en 5300Hz.
Con estos datos se puede diseñar el compensador.
Adjunto la hoja excel que he utilizado para representar el diagrama de bode.
Un saludo.
-
A ver que sale con estos valores:
R1 = 0 kOhm
R2 = 10 kOhm
R3 = 15 kOhm
C1 = 15 nF
C2 = 2,2 nF
C3 = 47 nF
He cambiado los nombres de los condensadores y las resistencias para que se adapten a este esquema:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27766;image)
En las simulaciones me sale que tendrás suficiente margen de fase y de ganancia. Espero que sea estable:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Un saludo.
-
Adjunto hoja de cálculo que he utilizado.
Un saludo.
-
A ver que sale con estos valores:
R1 = 0 kOhm
R2 = 10 kOhm
R3 = 15 kOhm
C1 = 15 nF
C2 = 2,2 nF
C3 = 47 nF
He cambiado los nombres de los condensadores y las resistencias para que se adapten a este esquema:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27766;image)
En las simulaciones me sale que tendrás suficiente margen de fase y de ganancia. Espero que sea estable:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Un saludo.
Resultado con esos valores:
Con 20.7V de salida, carga fija de 36w, y conmutada a 50Hz de 30w:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Con 16V de salida, carga fija de 32w, y conmutada a 50Hz de 18w:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
El problema es que la respuesta de la fuente varía mucho con la tensión de salida y con la potencia de salida.
Esas respuestas no son demasiado buenas. Recuerdo otras gráficas que conseguían sobrepulsos de solo 200mV y ahora llegan a 400mV.
Además parece que a tensiones de salida mayores será inestable.
La parte buena es que parece que no hay oscilaciones de alta frecuencia.
¿Qué hacemos? ¿Intentamos optimizar para una tensión fija de salida o para el caso más inestable, que debe ser alta tensión de salida?
Un saludo.
-
El problema es que la respuesta de la fuente varía mucho con la tensión de salida y con la potencia de salida.
Esas respuestas no son demasiado buenas. Recuerdo otras gráficas que conseguían sobrepulsos de solo 200mV y ahora llegan a 400mV.
Además parece que a tensiones de salida mayores será inestable.
La parte buena es que parece que no hay oscilaciones de alta frecuencia.
¿Qué hacemos? ¿Intentamos optimizar para una tensión fija de salida o para el caso más inestable, que debe ser alta tensión de salida?
Un saludo.
Efectivamente a tensiones más altas es inestable, no he puesto las gráficas, pero oscila mucho.
Pienso que es mejor optimizar para el caso más inestable (tension de salida alta), aunque para tensiones inferiores sea un poco peor, se hace más versatil.
Gracias, un saludo!!!
-
Los modelos que he visto hasta ahora de la etapa no se ajustan a los valores medidos.
Creo que lo mejor sera ajustar a mano el controlador.
A partir de ahora me refiero a los nombres de componentes de mi esquema:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27766;image)
Comienza por una resistencia de 10k en R2 y aumenta poco a poco R3 hasta que comience a tener un poco de sobrepulso (con C3 cortocircuitado).
Entonces añades un condensador C3 grande y lo vas reduciendo hasta que el sobrepulso comience a crecer.
Luego hay que probar que la fuente también sea estable a bajas tensiones de salida.
En caso de que no sea estable, hay que volver a empezar con una ganancia menor (reduciendo R3 y aumentando C3)
Espero que por ahora con eso sea suficiente.
-
Los modelos que he visto hasta ahora de la etapa no se ajustan a los valores medidos.
Creo que lo mejor sera ajustar a mano el controlador.
A partir de ahora me refiero a los nombres de componentes de mi esquema:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27766;image)
Comienza por una resistencia de 10k en R2 y aumenta poco a poco R3 hasta que comience a tener un poco de sobrepulso (con C3 cortocircuitado).
Entonces añades un condensador C3 grande y lo vas reduciendo hasta que el sobrepulso comience a crecer.
Luego hay que probar que la fuente también sea estable a bajas tensiones de salida.
En caso de que no sea estable, hay que volver a empezar con una ganancia menor (reduciendo R3 y aumentando C3)
Espero que por ahora con eso sea suficiente.
Algo estoy haciendo mal, he puesto una carga fija de 40w a 24v, y una de 10w conmutada a 50Hz. Luego mido la salida con R3 (un potenciohmetro multivuelta de 50K) ajustado a unos pocos ohmios, voy subiendo poco a poco, y veo siempre la señal del adjunto, que desaparece con un valor de 9.3Kohm. Si sigo aumentando veo una señal cuadrada, con las esquinas redondeadas.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Bien. Esa señal es normal.
Si aumentas más la ganancia, el pulso se hará más rápido y empezará a ser más inestable, hasta que comience a oscilar él solo.
Mantén la ganancia baja, antes de que sea inestable:
(http://3.bp.blogspot.com/-jwcBx_fCEMw/Tzw3M_ekDCI/AAAAAAAADHw/XbNIDv8h01s/s1600/f2.png)
Ahora hay que añadir un condensador algo grande (por ejemplo 1uF) y cambiarlo poco a poco por otros más pequeños.
Cuanto más pequeño sea, menos tardará en eliminar el error que ves (linea amarilla lejos del centro) y más inestable hará la salida de la fuente.
Cuando comience a ser inestable y tarde varios ciclos en estabilizarse, es que el condensador es demasiado pequeño.
Un saludo.
-
Bien. Esa señal es normal.
Si aumentas más la ganancia, el pulso se hará más rápido y empezará a ser más inestable, hasta que comience a oscilar él solo.
Mantén la ganancia baja, antes de que sea inestable:
(http://3.bp.blogspot.com/-jwcBx_fCEMw/Tzw3M_ekDCI/AAAAAAAADHw/XbNIDv8h01s/s1600/f2.png)
Ahora hay que añadir un condensador algo grande (por ejemplo 1uF) y cambiarlo poco a poco por otros más pequeños.
Cuanto más pequeño sea, menos tardará en eliminar el error que ves (linea amarilla lejos del centro) y más inestable hará la salida de la fuente.
Cuando comience a ser inestable y tarde varios ciclos en estabilizarse, es que el condensador es demasiado pequeño.
Un saludo.
OK. Pensaba que el sobrepico tendría que aparecer al aumentar R3, pero lo importante es el punto antes de ser inestable.
Voy a estar ocupado hasta el Viernes, cuando pueda sigo con el ajuste del PID. Cuando llegue al valor crítico de C3 ¿Cual es el siguiente paso?
Gracias, un saludo!!!
-
Ya está. Con eso has terminado.
Solo habría que probar a baja tensión de salida para comprobar que el control sigue funcionando.
Se podría añadir derivativo, pero este circuito responde muy mal a ese tipo de control y termina produciendo oscilaciones de alta frecuencia.
Todos los circuitos boost en modo corriente que he visto hasta ahora utilizan este tipo de control con dos resistencias y un condensador. No será tan malo.
Un saludo.
-
Bueno, el límite para la resistencia R3 es de 9.25Kohm, he puesto una resistencia fija de 8k2 y un condensador en C3 de 1uF, y lo que hace la salida es oscilar, todo lo que baje C3 es empeorar, y si subo C3 a 2uF no noto diferencia.
Gracias, un saludo!!!
-
No entiendo bien.
La gráfica de bode que hicimos indicaba que la fuente debería oscilar con una frecuencia de 2kHz al añadir una resistencia de 20k (R3) en el compensador.
La oscilación que se ve con una resistencia de 9.2k probablemente se debe a que la tensión de salida ha cambiado y al cambiar la tensión de salida ha cambiado también la gráfica de bode.
¿La frecuencia de oscilación es la esperada de 2kHz?
Si la salida oscila con 9.25k, lo mejor es poner una resistencia en torno a 5.6k que haga que la salida no tenga mucho sobrepulso.
En cuanto a que la salida oscile al añadir un condensador, tampoco lo esperaba.
Creí que con un condensador de 1uF tendría todavía margen para ser estable. Al menos eso parece con los valores que medimos.
Prueba con un condensador de 47nF y valores alrededor. Es más rápido y probablemente oscilará más, pero en la simulación me aparece que es estable. Por probar no se pierde nada.
El problema con esta etapa es que es bastante difícil hacer un modelo que represente con precisión cómo se comporta la etapa. Con otras etapas como la Buck (reductora) es mucho más sencillo.
Un saludo.
-
No entiendo bien.
La gráfica de bode que hicimos indicaba que la fuente debería oscilar con una frecuencia de 2kHz al añadir una resistencia de 20k (R3) en el compensador.
La oscilación que se ve con una resistencia de 9.2k probablemente se debe a que la tensión de salida ha cambiado y al cambiar la tensión de salida ha cambiado también la gráfica de bode.
¿La frecuencia de oscilación es la esperada de 2kHz?
Si la salida oscila con 9.25k, lo mejor es poner una resistencia en torno a 5.6k que haga que la salida no tenga mucho sobrepulso.
En cuanto a que la salida oscile al añadir un condensador, tampoco lo esperaba.
Creí que con un condensador de 1uF tendría todavía margen para ser estable. Al menos eso parece con los valores que medimos.
Prueba con un condensador de 47nF y valores alrededor. Es más rápido y probablemente oscilará más, pero en la simulación me aparece que es estable. Por probar no se pierde nada.
El problema con esta etapa es que es bastante difícil hacer un modelo que represente con precisión cómo se comporta la etapa. Con otras etapas como la Buck (reductora) es mucho más sencillo.
Un saludo.
Estoy tonto, no es que oscile, lo que estaba viendo es la señal de 50Hz con la que conmuto la carga para hacer una respuesta al escalón.
Efectivamente habia modificado el voltaje de salida, he repetido el proceso con una salida de 22v, la resistencia medida al límite es de 11.8Kohm, entonces he probado con R3 = 8k2 y valores para C3 en torno a 47nF, con 22nF se obtiene un buen resultado:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Y con un voltaje de salida menor, de 16.5v:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Con menor voltaje la respuesta es mejor, al revés de lo esperado, quizás sea porque la carga es la misma y al bajar el voltaje el escalón es menor.
Un saludo!!!
-
Bien, la salida oscila demasiado a 22v y está poco amortiguada a 16v.
Si la ganancia crítica se alcanza con una resistencia de 11.8kOhm, vamos a seguir el método de Ziegler-Nichols:
Resistencia3 = 0.45*Rcritic = 5.31k
Redondeamos hacia abajo para conseguir más estabilidad = 4.7kOhm
En cuanto al condensador, no se cuál es el periodo de la oscilación crítica.
El condensador se calcula con la fórmula:
C = 0.83*Tc / R
Siendo Tc el periodo de la oscilación crítica y R la resistencia anterior, de 4.7kOhm.
Por ejemplo, si la oscilación crítica tiene un periodo de 1ms, el condensador debería ser de 180nF
Un saludo.
-
Hay algo que no entiendo, dijimos que para ajustar por Ziegler-Nichols se hace en lazo cerrado y sin respuesta al escalón, en estas ultimas pruebas estamos dando un escalón. Para esto:
Si la ganancia crítica se alcanza con una resistencia de 11.8kOhm, vamos a seguir el método de Ziegler-Nichols:
Resistencia3 = 0.45*Rcritic = 5.31k
Redondeamos hacia abajo para conseguir más estabilidad = 4.7kOhm
En cuanto al condensador, no se cuál es el periodo de la oscilación crítica.
¿Mido la oscilación con el escalón? En realidad sin escalón a esa ganancia no oscila.
Gracias, un saludo!!!
-
Bien, vamos por partes.
Ganancia crítica:
Tienes razón, en teoría la ganancia crítica se mide sin escalón.
También hay que entender que la ganancia crítica no es importante medirla con total exactitud. Al final la ganancia que se va a poner en el regulador es aproximadamente la mitad de la ganancia crítica y un error del 10% no afecta mucho al resultado final.
La ganancia crítica hace que el sistema oscile todo el tiempo sin amortiguación, pero lo deseable es que el sistema se amortigue en uno o dos ciclos como mucho, por lo que la ganancia final estará muy lejos de la ganancia crítica. En concreto la ganancia crítica será el doble que la que pongamos. Esto se llama margen de ganancia y es el margen o cantidad de ganancia que tenemos que añadir al sistema para que se vuelva inestable. Cuanto mayor sea el margen de ganancia, más robusto será el regulador. Pero tampoco es conveniente dejar mucho margen porque entonces el sistema será demasiado lento.
Conclusión, con el ruido que genera la señal escalón es más difícil ver con exactitud la ganancia crítica, pero no imposible. En las últimas gráficas que has puesto, por ejemplo, se ve entre escalón y escalón como la señal senoidal va poco a poco amortiguándose. Todavía no tiene la ganancia crítica, pero está muy cerca.
Si quieres puedes eliminar el escalón para ver la ganancia crítica, pero lo mejor de todo es poner escalones de baja frecuencia (5Hz en este caso) para ir viendo si te acercas a la ganancia crítica (cuanto menos se amortigue el escalón más te acercas) y que el escalón no te estorbe para comprobar si se mantiene la oscilación.
Comprobar el funcionamiento del regulador
Una vez que has calculado la ganancia crítica y has ajustado el regulador, la salida no oscila como bien dices. Esto hace que no se pueda ver el desempeño del sistema y que no se pueda ajustar a mano.
Aquí es donde entra otra vez el escalón. Con el escalón puedes ver cómo responde el sistema. Si está suficientemente amortiguado o si el regulador amortigua demasiado. Lo ideal es que se produzca una oscilación y nada más, como aparece en la gráfica que puse antes (un pulso positivo, otro negativo y luego la salida ya entra dentro del rango de error admisible):
(http://3.bp.blogspot.com/-jwcBx_fCEMw/Tzw3M_ekDCI/AAAAAAAADHw/XbNIDv8h01s/s1600/f2.png)
Esto significa que es rápido, pero no demasiado rápido. Está bien ajustado.
Un saludo.
-
Bien, con un escalón de 5Hz veo esto:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/505gmp.gif)
entre tanto ruido no se ve la oscilación, eso es con una resistencia de 15kohm = R3, y C3 un corto. En todo el recorrido del ajustable de 50K que pongo como R3, veo una señal similar a la que muestro.
-
Hay un punto en el que parece oscilar más, con una resistencia R3 = 12.5Kohm, las graficas son estas (son la misma en diferente escala):
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/aw6ubo.gif)
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/k53hvm.gif)
Con un poco de imaginación veo un Tc = 8ms.
R3 = 0.45 * 12.5k = 5K6 ---> ponemos 4k7.
C3 = ( 0.83 * 8ms ) / 4k7 = 1.4uF
-
No, tiene que oscilar más y se tiene que ver bien.
Hemos vuelto al principio, a calcular la regulación con Ziegler-Nichols, de manera que los valores se parecerán bastante a los que calculamos en su momento.
Pero ahora hay que buscar el punto más inestable, para estar seguros de que la fuente no oscila ella sola nunca.
En la otra ocasión calculamos con Ziegler-Nichols para una tensión media (creo que eran 18v) y luego la fuente oscilaba con tensiones de salida más altas.
Si bajas la tensión de entrada la fuente también se hace más inestable.
Si la carga conectada a la salida es pequeña, la fuente también parece más inestable. Pero eso puede depender del tipo de carga (resistencia o conversor buck)
Vamos a elegir un punto de trabajo especialmente inestable y ajustamos el regulador para ese punto. No deberías elegir el más inestable porque luego el rendimiento será muy pobre con otras tensiones.
Yo te propongo:
Vi= 11V
Vo=24V
Po=12W - 24W (0.5A - 1A)
A partir de este punto de trabajo, la resistencia para que oscile debería estar entre 200k y 400k.
Mayor que los valores de este mensaje:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395818#msg395818
Un saludo.
-
El caso es que yo también veo una oscilación de 8 ms en la gráfica. Pero esta fuente tiende a oscilar con una frecuencia mayor.
Puede que se deba a la carga. Si has conectado un buck (fuente reductora) a la salida quizás oscila por eso.
Un saludo.
-
Ahora que me he fijado con más detalle, también veo una oscilación de unos 1.6ms en una zona de la gráfica.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Pero son oscilaciones muy pequeñas, de 20 a 40mV que están dentro del ruido de conmutación.
Por lo que se ve, la fuente tiene muchas oscilaciones. Esta topología no es muy estable.
Vamos a ignorar las oscilaciones que sean demasiado pequeñas (menores de 50mV) porque están por debajo del ruido de conmutación y no tiene mucho sentido intentar eliminarlas.
Intenta aumentar la ganancia para que se vean un poco más claras.
Un saludo.
P.D. Mientras tanto voy a intentar buscar un modelo que represente bien la respuesta de la fuente. Lo malo del método de Ziegler-Nichols es que vas a ciegas y en sistemas con mucho ruido o que no sean claros, como este, es difícil saber por donde seguir. Hace falta un modelo que aclare las cosas y con el que sepas qué es propio de la fuente y que se debe al ruido o a los elementos externos (como la carga). En caso contrario tantas señales y oscilaciones tienden a confundir.
Voy a seguir por lo tanto este datasheet:
http://www.ti.com/lit/an/slva452/slva452.pdf
a ver si me aclara las cosas. Otros documentos que he leído no se corresponden con los resultados de las pruebas. A ver si esta vez hay más suerte.
-
Bueno, adjunto los resultados con Ziegler-Nichols con los siguientes datos:
Vi = 11v
Vo = 24v
Po = 21w
El periodo crítico se hace mantenido con una resistencia de 720Kohm, y tiene el siguiente aspecto:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Tenemos un periodo Tc = 600us
R3 = 0.45 * 720kohm = 324Kohm --> Pongo 270Kohm
C3 = (0.83 * 600us) / 270Kohm = 1.8nF --> Pongo 2.2nF
Con esos valores le he dado un escalón para ver el comportamiento, con cargas resistivas.
Para 24v:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Para 19v:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Y para 15v:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
-
Por fin ((:-)) ((:-)) ((:-))
Menos mal que empieza a funcionar bien.
Ahora sólo queda probar a conectar una fuente reductora a su salida a ver si se mantiene estable.
Yo quiero fabricarme una fuente como esta.
Un saludo.
-
Por fin ((:-)) ((:-)) ((:-))
Menos mal que empieza a funcionar bien.
Si :-/ :-/ :-/
Ahora sólo queda probar a conectar una fuente reductora a su salida a ver si se mantiene estable.
He probado con el buck como carga, ajustado a 13v y con una carga fija de 9w y otra conmutada de 5w. Los resultados son estos (con Vi = 11v):
Con el step-up ajustado a 15v:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Con el step-up a 19v:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Step-up a 24v:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Yo quiero fabricarme una fuente como esta.
Un saludo.
Quizás mande a fabricar unas plaquitas, tengo que mandar otro diseño y puede que me compensen los gastos de envío, en pcbway:
https://www.pcbway.com/orderonline.aspx
10 placas salen por 5$.
Gracias, saludos!!!
PD: Las medidas están echas con el canal 1, valores en amarillo, no me di cuenta de quitar los controles del 2.
-
Pero hay que mejorar alguna cosilla más antes de darlo por terminado.
Creo que se puede mejorar la red Snubber. Habría que incluir al diodo y posiblemente la resistencia de sensado para reducir los picos y la oscilación de alta frecuencia de salida.
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27721;image)
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395733
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27667;image)
Otra cosa más. Veo que has probado con bajas potencias de salida ¿Funciona bien con cargas más altas?
Un saludo.
-
Otra cosa más. Veo que has probado con bajas potencias de salida ¿Funciona bien con cargas más altas?
Un saludo.
Un poco más de amplitud del rizado. Adjunto resultados para una carga de 21w fija y 5w conmutada.
Fuente a 16v:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2vci1xj.gif)
Fuente a 19v:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/zn4ho0.gif)
Fuente a 24v:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/6pntc3.gif)
En cuanto a la red Snubber, que te refieres, ¿a cambiar de sitio la que ya hay "estirándola"?, o ¿a poner otras dos redes?
Gracias, un saludo!!!
-
No entiendo bien los escalones que aparecen en las gráficas (en especial la de 24V). De todas formas la variación de tensión es baja.
Con respecto a la snubber no se si estirarla o poner otra. Voy a buscar una solución en notas de aplicación y te comento.
Un saludo.
-
No entiendo bien los escalones que aparecen en las gráficas (en especial la de 24V). De todas formas la variación de tensión es baja.
Pues tienes razón, a simple vista pensé que eran las conmutaciones propias de la fuente a 40KHz, pero tienen unos 160Hz :shock:
Saludos!!!
-
Tienen una amplitud de unos 25mV. Como la ESR de salida es de unos 0.01 Ohmios, el escalón de corriente es de 2.5 Amperios.
La corriente media de salida es aproximadamente de 1 Amperio (24V de salida 21/26W de salida), esto significa que la fuente no está funcionando en la parte baja y entrega 2.5A en la parte alta con un ciclo de trabajo aproximadamente de 40%.
Está funcionando mal. Oscila continuamente a 160 Hz. Es como un controlador todo/nada.
Mira en la patilla 1 (COMP) a ver que salida tiene el regulador.
Un saludo.
-
Tienen una amplitud de unos 25mV. Como la ESR de salida es de unos 0.01 Ohmios, el escalón de corriente es de 2.5 Amperios.
La corriente media de salida es aproximadamente de 1 Amperio (24V de salida 21/26W de salida), esto significa que la fuente no está funcionando en la parte baja y entrega 2.5A en la parte alta con un ciclo de trabajo aproximadamente de 40%.
Está funcionando mal. Oscila continuamente a 160 Hz. Es como un controlador todo/nada.
Mira en la patilla 1 (COMP) a ver que salida tiene el regulador.
Un saludo.
Esto es lo que hay en el pin 1:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Gracias, saludos!!!
-
Hay poco cambio (0.2V) que corresponde con un cambio de corriente de salida de:
0.2V / (3 * 0.028 Ohm) = 2.4 Amperios de pico.
Todo concuerda.
No parece oscilar por que sea inestable. Pero debe haber una razón para esa oscilación.
¿Qué frecuencia de conmutación tiene la carga de la salida entre 21w y 21+5w?
-
¿Qué frecuencia de conmutación tiene la carga de la salida entre 21w y 21+5w?
Son 5Hz.
Hay poco cambio (0.2V) que corresponde con un cambio de corriente de salida de:
0.2V / (3 * 0.028 Ohm) = 2.4 Amperios de pico.
¿Como hiciste esa cuenta? En la salida del operacional hay 0.2Vp de rizado, tiene una ganancia de 30 aproximadamente, entonces en R8 hay un voltaje de pico 30 veces menor; luego si la salida son 24v, el voltaje en R8 es 10 veces menor aproximadamente, con lo cual el rizado en la salida es 3 veces menor a los 0.2Vp, pero no veo la relación de ese voltaje en la salida, con el voltaje que cae en la resistencia de sensado de 0.028ohm en la misma proporción.
Saludos!!!
-
La tensión del pin 1 (COMP) se divide por tres dentro del integrado y esa señal sirve para comparar con la corriente de pico en la resistencia de sensado:
(http://escooter.org.ua/foto/zariadnihshemi/3842.jpg)
Por lo tanto V_pin1 / 3 = I_pico * R_sense
Y de la ecuación anterior: I_pico = V_pin1 / (3 * R_sense)
Esto vale solo para cambios de tensión, no he incluído el offset.
Si añadimos offset de los dos diodos en serie y el offset de R15 y la rampa de compensación:
I_pico * R_sense + V_slope = (V_pin1 - 1.4V) / 3
V_slope = tensión añadida por la rampa de compensación y por la resistencia R15
En este caso (aproximando porque no he hecho cálculos exactos):
I_pico * 0.028 + 0,7 = (4.4v - 1.4v) / 3
I_pico = 10A
No me cuadra. No se si estoy tomando bien la tensión de la gráfica (4.4V de media)
¿Qué corriente se puede medir en la resistencia de sensado?
Un saludo.
-
Hay otro punto que no cuadra, la tensión del condensador.
Si realmente estuviese cambiando la corriente de salida del conversor Boost, el rizado del condensador debería ser mucho más alto:
dVc = I * dt / C
dVc = variación de la tensión del condensador de salida
I = variación de la corriente del condensador = 2.5 Amperios
dt = tiempo durante el cual varía la corriente = 6.25ms * 0.4 = 2.5ms
dVc = 2.5A * 2.5ms / 2mF = 3.13V
Como la tensión del condensador apenas cambia unos 30mV, esto no es una oscilación debida a que la fuente sea inestable.
Es un cambio externo a la fuente de alimentación. Prueba a colocar una carga constante o mira el conversor buck de salida.
Un saludo.
-
Un consejo para tomar medidas.
Cuando quieres afinar mucho, es difícil saber si la tensión de salida baja con la carga debido a que la fuente regula mal o debido a que hay una resistencia de salida apreciable.
Si la corriente de salida cambia 2.5A y hay una resistencia de 20m Ohms entre el punto eléctrico en el que está regulando la fuente y el punto en el que tomas las medidas, verás una caída de tensión de 50mV.
Esto se puede confundir con una mala regulación de la fuente, pero se debe a la resistencia de salida. Realmente 20m Ohms no es mucho y se puede dar en un cable o en pistas relativamente cortos.
Para comprobar que la regulación es buena, es preferible medir la tensión de salida en bornes de R8.
Como es un divisor de la tensión de salida, su tensión será de unos 2.5V y no podrás medir tensiones de salida reales, pero si se podrán ver bien las variaciones de la tensión de salida (si hay oscilaciones, si hay error permanente, etc)
Además, en el circuito hay dos masas distintas para conectar a R8. Ahora es el momento de comprobar cuál de las dos es mejor.
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27721;image)
Un saludo.
-
Fué movidito el puente en el trabajo :x
No me cuadra. No se si estoy tomando bien la tensión de la gráfica (4.4V de media)
¿Qué corriente se puede medir en la resistencia de sensado?
Si son 4.4v de media.
En las resistencias de sensado se vé esto (unos 3A de pico):
N
Como la tensión del condensador apenas cambia unos 30mV, esto no es una oscilación debida a que la fuente sea inestable.
Es un cambio externo a la fuente de alimentación. Prueba a colocar una carga constante o mira el conversor buck de salida.
Esta es la señal con carga constante, salida del Boost a 24v, y carga del Buck 21w:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Un consejo para tomar medidas.
Cuando quieres afinar mucho, es difícil saber si la tensión de salida baja con la carga debido a que la fuente regula mal o debido a que hay una resistencia de salida apreciable.
Si la corriente de salida cambia 2.5A y hay una resistencia de 20m Ohms entre el punto eléctrico en el que está regulando la fuente y el punto en el que tomas las medidas, verás una caída de tensión de 50mV.
Esto se puede confundir con una mala regulación de la fuente, pero se debe a la resistencia de salida. Realmente 20m Ohms no es mucho y se puede dar en un cable o en pistas relativamente cortos.
Para comprobar que la regulación es buena, es preferible medir la tensión de salida en bornes de R8.
Como es un divisor de la tensión de salida, su tensión será de unos 2.5V y no podrás medir tensiones de salida reales, pero si se podrán ver bien las variaciones de la tensión de salida (si hay oscilaciones, si hay error permanente, etc)
Además, en el circuito hay dos masas distintas para conectar a R8. Ahora es el momento de comprobar cuál de las dos es mejor.
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27721;image)
Un saludo.
Voy a tomar medidas en R8 con las dos configuraciones de masa, y compararlas.
Gracias, un saludo!!!
-
Rizado de salida
Con ese paso (20ms) no se ve bien si la salida oscila (parece que si, a unos 500Hz).
Desde luego ya no oscila a 160Hz.
Puede deberse a la etapa buck de salida. Deberías mirar también su tensión de salida porque quizás es la que está oscilando.
Resistencias de sensado
No veo bien la gráfica de las resistencias de sensado. Si es la que aparece abajo adjunta, no se ve bien todo el rango de tiempo (hasta 10ms).
Lo que se vé parece estable y sin problemas.
La corriente media es de 2.5 Amperios de entrada, que corresponde con una corriente de salida aproximada de 1.1 Amperios (26W). Así que más o menos coincide.
Vamos a hacer una cosa. Pon el osciloscopio en un paso de 200us por división (3.2ms por pantalla) y así se podrá ver tanto las oscilaciones de conmutación (25us) como las oscilaciones debidas a una mala regulación (desde 300Hz).
Un saludo.
-
La gráfica es la de abajo, no sé que pasó que no ha quedado adjunta en el texto. Es estable en todo el rango, cuando se conmuta la carga un poco más alta, y al liberarla un poco menor.
Vamos a hacer una cosa. Pon el osciloscopio en un paso de 200us por división (3.2ms por pantalla) y así se podrá ver tanto las oscilaciones de conmutación (25us) como las oscilaciones debidas a una mala regulación (desde 300Hz).
Este es el resultado (en esta escala no veo la oscilación de baja frecuencia):
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
En la salida del buck hay esto:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/eiqao3.gif)
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/1z3w015.gif)
Es un BUCK basado en el LM2596, que funciona a 150KHz.
Gracias!!! Un saludo.
-
Midiendo en R8 con las dos configuraciones de conexión de masa veo esto:
- Con la conexión tomada del terminal de salida:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/slnvy8.gif)
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/sy1sev.gif)
- Con la conexión tomada de la parte de control:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/1fwdxx.gif)
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2z82mqb.gif)
Creo que gana por goleada la conexión tomada del terminal de masa.
-
En las primeras gráficas no veo oscilación. No sé si al cambiar rangos puedes ver algo, pero parece que la fuente ahora no oscila en la salida. Todo lo que veo yo son conmutaciones de 25us y unos 20mv (lo esperable para una corriente de bobina de unos 2 amperios) y ninguna oscilación apreciable durante los 3.2ms de la pantalla. Parece que todo va bien.
En cuanto a las gráficas de tensión en R8. El circuito es este:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27655;image)
Lo mejor es medir con el cable de masa corto (esa especie de muelle colocado sobre la sonda del osciloscopio)
¿Cómo las has medido? ¿Dónde has pinchado la masa del osciloscopio?
Un saludo.
-
En las primeras gráficas no veo oscilación. No sé si al cambiar rangos puedes ver algo, pero parece que la fuente ahora no oscila en la salida. Todo lo que veo yo son conmutaciones de 25us y unos 20mv (lo esperable para una corriente de bobina de unos 2 amperios)
Parece que todo va bien.
Al cambiar la escala se deja de ver esa oscilación de baja frecuencia, y conforme hago más pequeña la base de tiempo, se va viendo mejor la frecuencia de conmutación de la fuente (40KHz).
En cuanto a las gráficas de tensión en R8. El circuito es este:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27655;image)
Lo mejor es medir con el cable de masa corto (esa especie de muelle colocado sobre la sonda del osciloscopio)
¿Cómo las has medido? ¿Dónde has pinchado la masa?
Un saludo.
Medí como dices, con el muellecito en la sonda del osciloscopio, lo más cerca posible de la punta. He ajustado la distancia entre el vivo de la sonda y el muellecito, a la de la resistencia R8, y he medido directamente en R8.
Saludos!!!
-
En las primeras gráficas no veo oscilación. No sé si al cambiar rangos puedes ver algo, pero parece que la fuente ahora no oscila en la salida. Todo lo que veo yo son conmutaciones de 25us y unos 20mv (lo esperable para una corriente de bobina de unos 2 amperios)
Parece que todo va bien.
Al cambiar la escala se deja de ver esa oscilación de baja frecuencia, y conforme hago más pequeña la base de tiempo, se va viendo mejor la frecuencia de conmutación de la fuente (40KHz).
Ok. Entonces parece que ahora la salida no oscila (solo se ven las conmutaciones de 40kHz = 25us)
-
Respecto a la señal de R8 todavía no se bien cómo interpretar que una tenga un poco más de ruido que la otra.
En cualquier caso las dos están bien. La tensión continua en R8 es de 2500mV y el ruido máximo es de unos 20mV pico a pico.
Eso es muy poco ruido en comparación con la señal continua. Cualquiera de las dos masas es buena.
La masa cercana al transistor parece mostrar más ruido, más señal alterna de 40kHz y más pulsos de alta frecuencia, pero ahora no sé decir si esto es bueno o malo.
Déjame pensarlo y te contesto.
Un saludo.
-
Se me ha ocurrido un pequeño experimento.
1. Ajustas la salida aproximadamente a 19v para que se pueda medir con un polímetro a fondo de escala (por ejemplo 19.12v)
2. Conectas la resistencia R8 a una de las dos masas.
3. A continuación colocas una carga de 1 amperio y mides tensión de salida.
A continuación colocas una carga de 2 amperios y mides tensión de salida.
Así se puede ver la caída de tensión en la salida cuando la carga aumenta 1 amperio.
4. Esto se repite con la masa de R8 conectada a la otra masa.
5. La masa que tenga menor caída de tensión a la salida cuando aumenta la carga, gana a la otra.
Un saludo.
-
Se me ha ocurrido un pequeño experimento.
1. Ajustas la salida aproximadamente a 19v para que se pueda medir con un polímetro a fondo de escala (por ejemplo 19.12v)
2. Conectas la resistencia R8 a una de las dos masas.
3. A continuación colocas una carga de 1 amperio y mides tensión de salida.
A continuación colocas una carga de 2 amperios y mides tensión de salida.
Así se puede ver la caída de tensión en la salida cuando la carga aumenta 1 amperio.
4. Esto se repite con la masa de R8 conectada a la otra masa.
5. La masa que tenga menor caída de tensión a la salida cuando aumenta la carga, gana a la otra.
Un saludo.
Ocurre algo curioso, de una forma sube, y de otra baja:
- Tomado del transistor:
1A --> 19.55v
2A --> 19.54v
- Tomado de la salida:
1A --> 19.55v
2A --> 19.56v
Saludos!!!
-
Lo normal es que baje. En la primera opción baja porque hay una resistencia pequeña (unos 10m Ohms) desde el transistor hasta la salida.
En la segunda opción, la tensión de la masa de R8 baja por la caída de tensión, de manera que la tensión de R8 baja y el chip intenta compensarlo subiendo la tensión de salida.
Es como añadir una compensación de corriente.
Las dos caídas de tensión son bastante pequeñas, de manera que no veo mucho problema en escoger cualquiera de ellas.
Pero creo que sería mejor tomar la masa del transistor por ser más estable (aunque algo más ruidosa).
En la versión final, se podría poner un condensador en paralelo con R8 para eliminar el ruido de mayor frecuencia (C=4.7nF para eliminar frecuencias de 200kHz para arriba), igual que se hace con el condensador C8.
Un saludo.
-
En la versión final, se podría poner un condensador en paralelo con R8 para eliminar el ruido de mayor frecuencia (C=4.7nF para eliminar frecuencias de 200kHz para arriba), igual que se hace con el condensador C8.
¿Alguna prueba más?
Gracias, un saludo!!!
-
Falta mejorar la red snubber para el diodo. No lo he calculado todavía.
¿Podrías soldar una R y una C en serie y los dos en paralelo con el diodo?
saludos.
-
Falta mejorar la red snubber para el diodo. No lo he calculado todavía.
¿Podrías soldar una R y una C en serie y los dos en paralelo con el diodo?
saludos.
Sí, hay sitio para ello.
Una cosa, si se pone un condensador en paralelo con R8, ¿No se haría más lenta la respuesta de la fuente?
Saludos!!!
-
Red Snubber
Puedes calcular de nuevo la red snubber para el diodo:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395743#msg395743
O colocar los mismos valores que en el caso anterior y esperar que funcione bien:
3.3 ohm y 2.2nF
Condensador de filtro en R8
Ese condensador sólo quita el ruido, la regulación de la fuente casi no se entera. Un condensador de 10nF y la resistencia R8 de 1k tienen un tiempo característico de 10us y la fuente conmuta cada 25us.
Por el funcionamiento discreto que tienen las fuentes conmutadas, no pueden responder rápido. En este caso la fuente conmuta a 40kHz, de manera que todas las frecuencias por encima de 20kHz las considera ruido. Como este filtro tendrá una frecuencia de corte de 100kHz, está muy por encima de las frecuencias que maneja la fuente en su regulación.
Sí es cierto que el filtro añade un pequeño desfase desde una frecuencia de 10kHz hacia arriba. Espero que no afecte al comportamiento de la fuente porque esa frecuencia también está muy por encima de la frecuencia a la que la fuente suele oscilar (en torno a 2kHz).
Si a un amplificador operacional le inyectas ruido de alta frecuencia, aunque no debería responder, en la práctica responde añadiendo un pequeño offset a la entrada. Esto significa que el ruido de alta frecuencia puede producir un pequeño error en la respuesta en continua, es decir un pequeño error en la tensión media de salida.
Si lo reducimos, mejor.
Un saludo.
-
Un momento micro_pepe, no añadas nada al diodo todavía.
¿Por qué está resonando con esos picos de alta frecuencia la tensión de salida? Se supone que ya hemos instalado una red snubber que filtra las las oscilaciones en el mosfet. Se me ha ocurrido que quizás esto no tiene nada que ver con el diodo de potencia.
¿Puedes mirar la señal en bornes del diodo con el método del "muelle" en la sonda del osciloscopio?
Si el diodo no tiene oscilaciones, no es necesario añadir ninguna red snubber.
Saludos.
PD. Añado la gráfica de tensión en las resistencias de sensado de corriente:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=27899;image)
No parece que añadan muchas oscilaciones.
-
Un momento micro_pepe, no añadas nada al diodo todavía.
....
¿Puedes mirar la señal en bornes del diodo con el método del "muelle" en la sonda del osciloscopio?
Si el diodo no tiene oscilaciones, no es necesario añadir ninguna red snubber.
Saludos.
Pues es una señal cuadradita, aunque amplie la base de tiempo para ver en detalle las esquinas no tiene oscilaciones.
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/behog1.gif)
Saludos!!!
-
Bien, entonces no es necesario añadir ninguna red snubber.
Las oscilaciones que se veían en la tensión de salida (de pocos milivoltios) probablemente se deben a las inductancias parásitas de los condensadores y pistas de salida. Son pequeñas en amplitud y frecuencia, así que no creo que sea necesario hacer nada.
Entonces ¿Hemos terminado?
Yo no me atrevo a intentar ajustar más el regulador a través del foro.
Sí que me gustaría tener la placa montada por mí para hacer pruebas in situ a ver si puedo mejorarlo algo más. También me gustaría graficar su diagrama de bode para varios puntos de funcionamiento. Pero eso es otro proyecto diferente.
Para que funcione como fuente de un portatil yo quitaría el potenciómetro y colocaría una resistencia fija. No me fio mucho de los potenciómetros y no me gustaría que al aumentar la tensión quemase el portátil.
Un saludo.
-
Entonces ¿Hemos terminado?
Yo no me atrevo a intentar ajustar más el regulador a través del foro.
Sí que me gustaría tener la placa montada por mí para hacer pruebas in situ a ver si puedo mejorarlo algo más. También me gustaría graficar su diagrama de bode para varios puntos de funcionamiento. Pero eso es otro proyecto diferente.
Es el momento de hacer un PCB para mandar a fabricar, ¿que cambios habría que hacer? ¿un plano de masa por la cara de arriba?, y los pad y resistencias y condensadores puestos a mayores para desarrollar la fuente, ¿se dejan? yo creo que sí, no molestan y se puede experimentar un poco.
Para que funcione como fuente de un portatil yo quitaría el potenciómetro y colocaría una resistencia fija. No me fio mucho de los potenciómetros y no me gustaría que al aumentar la tensión quemase el portátil.
Un saludo.
Que tal añadirle un protector como este:
http://www.reballing.es/viewtopic.php?t=9100
El fusible sería el mismo de la placa, si el tiristor se activa, a través del diodo y la bobina volaría igualmente que en la salida.
Saludos!!!
-
Si, mejor dejar los componentes extra para poder experimentar.
Ese circuito parece un poco bestia. ¿Y si se cortocircuita la salida con la entrada de Vcc?. Así no se daña ningún componente.
También habíamos puesto una protección que consistía en un zener conectado a R8. Eso a mí me parece suficientemente seguro, pero habría que calcular muy bien la tensión máxima de salida.
Otra cosa ¿A quién le interesa tener una fuente así?. Vamos a hacer una encuesta porque no es lo mismo hacer 2 que hacer 20.
¿Quién se apunta a comprar un PCB de la fuente que estamos diseñando?
Saludos.
-
Creo que la encuesta no es el mejor método porque es anónima.
Si alguien quiere apuntarse, que postee.
Uno de los planos deberíamos dejarlo sólo para masa y yo añadiría varios puntos de prueba para tomar tensiones o inyectar señales.
Otra cosa que se podría hacer es pasar todos los componentes a SMT. Queda raro esa mezcla SMT/THT.
¿Con qué programa estás diseñando? Yo lo hago con KiCad
Para pedir placas podemos utilizar http://www.smart-prototyping.com/PCB-Prototyping.html
Saludos.
-
Mosfet: NTD5865NLT4G, 60V, 46A, 16mOhm, 0.58€
http://www.tme.eu/es/details/ntd5865nlt4g/transistores-con-canal-n-smd/on-semiconductor
http://www.tme.eu/es/Document/6a8f66b2e9ef77883d196cc28d8400c3/NTD5865NL.PDF
Diodo: MBRB2545CTG Schottky, 45V, 30A, 0.90 €
http://www.tme.eu/es/details/mbrb2545ctg/diodos-schottky-smd/on-semiconductor
http://www.tme.eu/es/Document/d2a5c2dc2e51a18ab45e43ffb4e309f9/MBRB2545CTG.PDF
¿Qué opinas?
-
En cuanto a la bobina, se puede comprar:
FERYSTER DTMSS-27/0.068/10-V
THT, 68µH, 10A, 20mΩ, 32mm diámetro x 16mm ancho, 2.63€
http://www.tme.eu/es/details/dtmss-27_0.068_10v/chokes-de-anilla/feryster/dtmss-27006810-v/
Sólo aguanta 10 Amperios (120W de potencia), pero creo que es suficiente.
Saludos.
PD: De todas formas no sé si este choke va a funcionar porque tiene una inductancia muy variable con la corriente. Habría que fabricar uno con ferritas, que sería mucho más estable con las diferentes corrientes de salida.
-
En cuanto a la bobina, se puede comprar:
FERYSTER DTMSS-27/0.068/10-V
THT, 68µH, 10A, 20mΩ, 32mm diámetro x 16mm ancho, 2.63€
http://www.tme.eu/es/details/dtmss-27_0.068_10v/chokes-de-anilla/feryster/dtmss-27006810-v/
Sólo aguanta 10 Amperios (120W de potencia), pero creo que es suficiente.
Saludos.
PD: De todas formas no sé si este choke va a funcionar porque tiene una inductancia muy variable con la corriente. Habría que fabricar uno con ferritas, que sería mucho más estable con las diferentes corrientes de salida.
La bobina se podría hacer con uno de estos toroides:
http://www.ariston.es/producto/ntf36-rohs-ntf-36-nucleo-toroidal-ferrita-9573.aspx
Ariston creo que lo tiene como proveedor casi cualquier tienda, en mi ciudad hay dos tiendas y ambas hacen pedidos a ariston, y las que cerraron también lo hacían.
Mosfet: NTD5865NLT4G, 60V, 46A, 16mOhm, 0.58€
http://www.tme.eu/es/details/ntd5865nlt4g/transistores-con-canal-n-smd/on-semiconductor
http://www.tme.eu/es/Document/6a8f66b2e9ef77883d196cc28d8400c3/NTD5865NL.PDF
Diodo: MBRB2545CTG Schottky, 45V, 30A, 0.90 €
http://www.tme.eu/es/details/mbrb2545ctg/diodos-schottky-smd/on-semiconductor
http://www.tme.eu/es/Document/d2a5c2dc2e51a18ab45e43ffb4e309f9/MBRB2545CTG.PDF
¿Qué opinas?
¿Que tal sería la disipación de calor con esos SMD? En los componentes THL les tengo puesto un pequeño disipador, y creo recordar que calentaban unos 50ºC.
Para pedir placas podemos utilizar http://www.smart-prototyping.com/PCB-Prototyping.html
¿Los conoces? yo he pedido algunas veces a Seedstudio.
Saludos!!!
-
Esta bobina no se puede hacer con toroides de ferrita porque en esos toroides no se puede ajustar el entrehierro.
Esta es una bobina que guarda mucha energía:
E = 0.5 * I^2 * L = 0.5 *10^2 * 70uH = 3.5m Julios
Para poder almacenar toda esa energía es necesario añadir un entrehierro de aire grande. Los toroides de polvo de hierro ya tienen huecos que hacen de entrehierro, pero las ferritas generalmente no. Es mejor utilizar un doble núcleo en E o un RM (más cerrado) añadiendo entrehierro.
Los componentes no tienen por qué calentarse mucho. El cobre de la PCB también puede disipar calor.
El Mosfet disipará algo más de 1W y el diodo unos 2.5W para una salida de 24V y 5A.
Yo creo que con el cobre del PCB bien diseñado puede ser suficiente.
Si no es suficiente, también hay disipadores para SMD.
Para pocas placas Smart Prototyping es barato (10$ + envío por 10 placas de 10x10cm a doble cara) y fabrica con buena calidad.
Si envían por DHL no suelen tardar demasiado (7 a 10 días).
Ya les he pedido placas en varias ocasiones y todo ha ido bien.
Saludos.
-
La bobina que estoy usando está echa con un toroide de una fuente de PC, no es muy complicado encontrar una y fabricarla.
Si los componentes SMD pueden disipar la potencia a través del cobre, se pueden poner, tal y como está diseñado el PCB, habría que ponerlos por debajo y dejar la capa de arriba para el plano de masa. Si los condensadores son THL, y pongo los SMD por arriba, la conexión de los condensadores se haría a través de la vía, y eso no me gusta, si haces una reparación y se daña la vía, el condensador se queda sin conexión.
Saludos!!!
-
También podemos hacer todo THT. La mayoría de las fuentes están hechas así. La ventaja es que cualquiera podría montarla.
Lo que no me gusta de esa bobina es que su inductancia cambia con la corriente que circula por ella. Cuanta más corriente circula por ella menos inductancia tiene. Además no sé que bobina equivalente comprar. No voy a desarmar una fuente ATX para conseguir una, que ni siquiera sé si va a funcionar igual.
Saludos.
PD: También habría que decidir tamaño del PCB. Los máximos son 100x100mm pero habría que reducirlo para que entre en una caja barata.
-
Una carcasa interesante:
http://www.tme.eu/es/details/z-45w/carcasas-universales/kradex/z45w/
(http://static1.tme.eu/products_pics/5/8/7/5878434c426084bb59b017a6477acf13/322209.jpg)
Precio 1.43€
Tipo de carcasa universal
Medida X 56mm
Medida Y 100mm
Medida Z 43mm
Versión ventilado
Material de carcasa poliestireno
Esta otra es igual pero de plástico ABS:
http://www.tme.eu/es/details/z45w-abs/carcasas-universales/kradex/z45w-abs/
Saludos.
-
Otra de ABS. 75x78mm x30mm
En esta hay que tumbar la bobina.
http://www.tme.eu/es/details/z-123/carcasas-universales/kradex/z123-abs/
(http://static1.tme.eu/products_pics/8/4/5/8451854d696b040cae38b6e250489d75/453580.jpg)
PD: Versión en blanco:
http://www.tme.eu/es/details/z-123_j/carcasas-universales/kradex/z123j-abs/
-
También podemos hacer todo THT. La mayoría de las fuentes están hechas así. La ventaja es que cualquiera podría montarla.
Sí, THT entonces, así abarcamos más publico que quiera montarla, aunque de momento no se apuntó nadie :(
Lo que no me gusta de esa bobina es que su inductancia cambia con la corriente que circula por ella. Cuanta más corriente circula por ella menos inductancia tiene. Además no sé que bobina equivalente comprar. No voy a desarmar una fuente ATX para conseguir una, que ni siquiera sé si va a funcionar igual.
Una de este tipo sería mejor, pero no las hay de un valor sobre 68uH:
http://www.tme.eu/es/details/1422311c/chokes-verticales/murata/
o como esta ¿podría funcionar? solo hay dos en existencias:
http://www.tme.eu/es/details/5520-rc/chokes-verticales/bourns/
Saludos!!!
-
PD: También habría que decidir tamaño del PCB. Los máximos son 100x100mm pero habría que reducirlo para que entre en una caja barata.
Las medidas actuales de la fuente son:
- Ancho: 82mm.
- Fondo: 71mm.
- Alto: 55mm (contando unos separadores de 10mm).
La altura está limitada por los condensadores que encontré, son estrechos pero bastante altos.
Esta, reduciendo un poco el PCB podría valer, hay que tener en cuenta que las medidas que dan son las externas de la caja, y luego la caja tiene por dentro unos postes a lo largo del eje z, que limitan el espacio interno aun más:
http://www.tme.eu/es/details/z-16_b/carcasas-para-alimentadores/kradex/z16/
Saludos!!!
PD: Las medidas parecen ser estas:
https://voron.ua/catalog/000916
-
La caja me parece un poco grande. Tumbando la bobina y los disipadores debería poder ser más bajo.
Las bobinas no parecen de potencia. Además están abiertas y eso produce mucho ruido EMI.
También hay que considerar que para alimentar el portatil se puede comprar uno de estos muy baratos:
https://www.amazon.es/Transformador-Regulador-Controlador-Estabilizador-Automotriz/dp/B0183JLLD4/ref=sr_1_2?ie=UTF8&qid=1494055828&sr=8-2-spons&keywords=drok&psc=1
O este otro de 600 vatios:
https://www.amazon.es/convertidor-Transformador-ajustable-Regulador-Alimentaci%C3%B3n/dp/B0194NBHLE/ref=sr_1_4?ie=UTF8&qid=1494055998&sr=8-4&keywords=drok+step-up
Yo quería montar este que estamos diseñando para jugar con él, más que darle una aplicación práctica.
Saludos.
PD: en este otro se puede ver mejor el layout del PCB, aunque no se ven casi pistas.
https://www.amazon.es/Regulator-Convertidor-Convierte-transformadores-bricolaje/dp/B017VSQ3OK/ref=pd_bxgy_263_img_2?_encoding=UTF8&psc=1&refRID=05YE8WBNNQ0RCQNFE7ZW
-
Los condensadores de salida que tenemos puestos son de 1500uF y 35v, tienen una altura de 35mm, esos modulitos los tienen de 330uF, que son más pequeños, si tumbamos la bobina, los disipadores y ponemos los condensadores más pequeños, nos obliga a hacer un PCB totalmente distinto al actual, habría que distribuir los componentes de otra forma, y estaríamos otra vez al principio.
Sería conveniente hacer primero una placa de forma casera, pues me parece muy arriesgado mandarlas hacer sin antes ver como se comporta, no sé, esos modulitos los hay incluso más baratos en Aliexpress, y no veo que se apunte nadie al montaje de una fuente, creo que diseñar otra placa más pequeña es hacer más de lo mismo ¿Que piensas tú?
Gracias, un saludo!!!
-
A mi no me importa la altura ni que la placa no tenga caja. Si que me gustaría pedir la PCB y añadir muchos puntos de prueba. La PCB cuesta unos 15 euros en total, de forma que no se arriesga mucho.
En cuanto a los componentes no quiero cambiarles. Probablemente la fuente de Amazon será mucho peor en cuanto a ruido y regulación con esos componentes que tiene.
Teniendo en cuenta que nadie más se ha apuntado, Te interesa mandar a hacer la PCB?
Un saludo.
-
A mi no me importa la altura ni que la placa no tenga caja. Si que me gustaría pedir la PCB y añadir muchos puntos de prueba. La PCB cuesta unos 15 euros en total, de forma que no se arriesga mucho.
En cuanto a los componentes no quiero cambiarles. Probablemente la fuente de Amazon será mucho peor en cuanto a ruido y regulación con esos componentes que tiene.
Teniendo en cuenta que nadie más se ha apuntado, Te interesa mandar a hacer la PCB?
Un saludo.
Sí me interesa, 15€ no es mucho.
En cuanto al tamaño de la placa, mucho no se puede reducir, la bobina montada físicamente ocupa más espacio de la serigrafía, llega hasta el borde de la placa. Si el disipador del transistor se pone más pequeño, o se le doblan las aletas al que hay puesto, se puede hacer un poco más corta.
La bobina se podrían poner unos pines para un núcleo RM, ¿cual de estos sería válido?
http://www.tme.eu/es/katalog/#search=nucleo+rm&s_field=artykul&s_order=ASC&id_category=112517&page=1
Lo que no veo son los carretes para bobinar el hilo.
Saludos!!!
-
Los núcleos de ferrita funcionan mejor, pero son caros y más voluminosos. Voy a buscar un toroide de hierro que sea grande y lo más lineal posible.
Añadimos algo más?
Me gustaría diseñar también yo la pcb con kicad.
Saludos.
-
Los núcleos de ferrita funcionan mejor, pero son caros y más voluminosos. Voy a buscar un toroide de hierro que sea grande y lo más lineal posible.
Añadimos algo más?
Me gustaría diseñar también yo la pcb con kicad.
Saludos.
No se me ocurre nada más.
He encogido un poco la placa:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/dc9b20.png)
he reducido unos 11mm de fondo y 2mm de ancho.
Saludos!!!
-
((:-)) ((:-)) ((:-))
Creo que no voy a tener tiempo para diseñar otra y tu diseño está bien.
Sólo hay una cosa que no me gusta y es dividir el plano de masa con esas pistas horizontales.
Una de ellas se puede llevar por fuera (si no vamos a meterno en una caja, puede ser más grande sin problemas) y las otras no sé si será mejor sustituirlas por puentes.
No veo bien la diferencia entre caras.
PD: Otra cosa, ¿Hay suficientes holes para tener puntos de prueba en el circuito?
Saludos.
-
Hice algunos cambios, puentes de hilo y pista por la parte de abajo para que no cruce:
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2hzo1va.png)
No veo bien la diferencia entre caras.
La roja clara es la de arriba, la azul la de abajo y las partes más oscuras donde coinciden las dos caras.
Si quieres pongo el Gerber para que lo veas con un editor.
PD: Otra cosa, ¿Hay suficientes holes para tener puntos de prueba en el circuito?
Hay en el pin 1, el 2 del integrado, en R8, en el gate del Mosfet puesto que hay un puente de hilo se puede medir en el, en la salida hay dos pad, en la resistencia de sensado de corriente se puede medir con el muellecito haciendo contacto en las soldaduras, no sé si hace falta algo más.
Saludos!!!
-
Por mi parte está estupendo.
¿Cómo las pedimos?
Saludos.
-
Por mi parte está estupendo.
¿Cómo las pedimos?
Saludos.
Supongo que querrás una o dos, entonces las pido yo y luego te las envío, a no ser que quieras más de cinco, y lo haríamos al revés, ¿de acuerdo?
Saludos!!!
PD: En Seeedstudio salen también por unos 15$, pero no cobran recargo por hacerlas en otro color que no sea el verde, a la hora de vender las placas es más llamativo otro color, les he pedido alguna vez y la calidad es buena, no sé si has podido comparar Seeedstudio con el que dices tu. La serigrafía es lo que les falla un poco.
-
Por mi parte vamos a medias en todo, costes y placas. No voy a necesitar todas las PCB, pero me parece bien repartirlo.
También si es necesario, repartir la compra de componentes (al menos yo tengo que comprar unos cuantos).
Si quieres continuamos por MP.
Saludos.
-
Hola micro_pepe. ¿Puedes publicar el BOM para tener la lista completa de componentes?
Así puedo saber qué tengo que comprar sin que se me pase ninguno.
Gracias.
-
Hola micro_pepe. ¿Puedes publicar el BOM para tener la lista completa de componentes?
Así puedo saber qué tengo que comprar sin que se me pase ninguno.
Gracias.
Ahí va eso.
Saludos!!!
-
Estoy repasando la lista y creo que deberíamos intentar reducir la cantidad de referencias.
Por ejemplo hay varios condensadores de desacoplo de 47nF que se pueden sustituir por condensadores de 100nF sin problema.
Los condensadores de entrada y de salida también se pueden poner iguales. Dos de 1500uF para la entrada creo que es suficiente (la entrada no tiene tanto rizado como la salida) y así no hay tantos valores distintos.
Otro punto que he visto es el punto de alimentación del led. Como es la salida (que tiene una tensión muy variable), va a tener problemas para estar bien polarizado y además añade un zener. Yo lo conectaría a la tensión de entrada (12V) ¿Qué te parece?
Un saludo.
-
También he visto que hay resistencias smd 1206 y 0805 ¿Por qué esa diferencia?
Yo prefiero valores 0805. Son pequeños, pero se manejan bien.
Saludos.
-
Otra cosa, vendría bien un condensador en paralelo a R8 y una resistencia en serie o paralelo con R15 (para afinar su valor con más precisión)
Si quieres y me pasas el esquema, puedo ayudarte con los cambios.
Saludos.
-
Estoy repasando la lista y creo que deberíamos intentar reducir la cantidad de referencias.
Por ejemplo hay varios condensadores de desacoplo de 47nF que se pueden sustituir por condensadores de 100nF sin problema.
Los condensadores de entrada y de salida también se pueden poner iguales. Dos de 1500uF para la entrada creo que es suficiente (la entrada no tiene tanto rizado como la salida) y así no hay tantos valores distintos.
Otro punto que he visto es el punto de alimentación del led. Como es la salida (que tiene una tensión muy variable), va a tener problemas para estar bien polarizado y además añade un zener. Yo lo conectaría a la tensión de entrada (12V) ¿Qué te parece?
Un saludo.
Los condensadores OK. Lo del LED lo hice así para que el brillo diese una indicación del voltaje de salida, si se ajusta a 19v por ejemplo, y brilla mucho en algún momento es que algo ha pasado.
También he visto que hay resistencias smd 1206 y 0805 ¿Por qué esa diferencia?
Yo prefiero valores 0805. Son pequeños, pero se manejan bien.
Saludos.
Puse resistencias 1206 en los lugares que de antemano no sabía la potencia que iban a disipar, al menos yo las que tengo 1206 son de 1/4w y las 0805 son de 1/8w, seguramente estas últimas las hay de 1/4w pero yo no las tengo.
Otra cosa, vendría bien un condensador en paralelo a R8 y una resistencia en serie o paralelo con R15 (para afinar su valor con más precisión)
Si quieres y me pasas el esquema, puedo ayudarte con los cambios.
Saludos.
El diseño está en Eagle, si quieres te lo paso.
Gracias, un saludo!!!
-
He repasado todas las resistencias y solo he encontrado tres valores que tienen más potencia de 1/8W:
Las resistencias de sensado de corriente (R6, R7) que son muy grandes
Las resistencias de polarización del led (depende de la tensión máxima de salida)
La resistencia del snubber R12
Respecto al Zener D3, hay que reducirle porque en el led ya puede haber una caída de 2 a 3 voltios y la salida puede llegar a un mínimo de 12V. Yo pondría zener de 8v y 2 resistencias de polarización de 820 Ohm. A 40V de salida, la corriente será de 18mA, casi el límite de la mayoría de leds.
No suelo utilizar Eagle. Creo que tardaría menos repetirlo en KiCad que aprender otro entorno. :(
Un saludo.
-
Adjunto las modificaciones, la resistencia del gate del Mosfet la he dejado tamaño 1206, da 1A de pico de corriente, y creo que lo soportará mejor una de 1/4w ¿que opinas? y con R11 que hacemos la dejamos de 1/2w THT?
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/qqcu9h.png)
(http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/1zbtdox.png)
En cuanto a los valores de los componentes que ajustan el PI o PID, la resistencia en serie con R15 y el condensador en paralelo con R8 ¿los dejo sin poner? puede que al experimentar cambien y la serigrafía de lugar a confusión.
Otra cosa, los condensadores de desacoplo cerámicos SMD de 22uF, en el montaje puse dos de 10uF uno encima de otro, pero creo que con poner uno de 10uF es suficiente.
Saludos!!!
-
El PCB no hace falta cambiarle. En los pads de un 1206 puedo soldar también un 0805, así que no hay problema.
Yo dejaría todos los componentes extras para poder experimentar.
Saludos.
-
Estoy revisando los cálculos de la rampa de compensación según la hoja de datos del integrado (pag 28):
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uc2844.pdf
Siguiendo esas formulas, con los datos:
L=100uH
D=0.6
Vi=12v
Fsw = 40KHz
Rcs = 28mOhm
Mideal = (1/pi + 0.5)/(1-D) = 2.046
Sn = (Vin · Rcs)/L = (12v · 0.028Ohm)/100uH = 3.36mV/us
Se = (M - 1)·Sn = (2.046 - 1) · 3.36 = 3.51mV/us
tonmin = D / Fsw = 0.6 / 40KHz = 15us
Sosc = Voscpp/Tonmin = 1.7 / 15 = 113mV/us
Rramp = R13 = Rcsf · (Sosc/Se - 1) = 1Kohm · (113/3.51 - 1) = 31Kohm
Rcsf es R4 = 1Kohm
Sin embargo en el montaje R13 es mucho menor, de 4k7, ¿Como lo calculaste? supongo que la diferencia viene por el añadido de R15.
Gracias, un saludo!!!
-
Ya publiqué la formula, que era distinta a la del datasheet. Voy a revisarla y te respondo.
Saludos.
-
Ya publiqué la formula, que era distinta a la del datasheet. Voy a revisarla y te respondo.
Saludos.
Sí, aquí:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.75
pero no veo muy claro de donde salen los valores que usamos en la práctica.
Gracias, un saludo!!!
-
He repasado los cálculos. La fórmula que funciona es la siguiente:
m3 = m1 * (D - 0.5) / (1 - D)
m3 = rampa de compensación marginalmente estable
m1 = rampa de subida de corriente (Ve/L)
D = Ciclo de trabajo
Para valores de m3 mayores, la fuente es estable.
Para valores de m3 menores, la fuente es inestable.
La justificación no es sencilla. Las oscilaciones se producen cuando un pequeño cambio en la corriente de la bobina produce un cambio mayor al final del ciclo.
Esta es la gráfica de la corriente con y sin perturbación:
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=47512.0;attach=28014;image)
Si la pendiente m3 se hace menor, al final del ciclo la corriente termina con un cambio (-h) mayor que el cambio inicial (h). De manera que cualquier pequeña perturbación se va amplificando hasta que se hace muy grande y cambia el ciclo de trabajo.
Caos
Esto se denomina comportamiento caótico. Sigue las reglas de la teoría del caos. Para que se produzca caos en un sistema dinámico es necesario que se cumplan dos condiciones:
1. Pequeñas perturbaciones iniciales se van ampliando hasta que sus trayectorias se separen contínuamente.
2. Después de esa dispersión de trayectorias hay una mezcla, de forma que las trayectorias separadas vuelven a juntarse.
En este sistema también se da la segunda condición, porque por mucho que se separen las trayectorias de corriente, al final sus valores están acotados por 0 y por Imax de manera que la corriente no puede crecer o decrecer indefinidamente y volverá a valores medios.
Ecuaciones
Para llegar a la ecuación anterior he utilizado las siguientes ecuaciones del sistema:
m1 * D = m2 * (1 - D)
m1 * T * D' = m2 * (1 - D') * T - h
dt = (D - D') * T
dI = h + m1 * T * D' - m1 * T * D
m3 = dI / dt
D = Ciclo de trabajo estable
T = Tiempo de ciclo
m1 = pendiente de subida de corriente = Ve / L
m2 = pendiente de bajada de corriente = (Vo - Ve) / L
D' = Ciclo de trabajo de la corriente con perturbación (línea rayada)
h = pequeña perturbación de corriente en la bobina
dt = cambio de tiempo en el ciclo de trabajo debido a la perturbación de corriente
dI = cambio de corriente máxima debido a la perturbación de corriente
A partir de las ecuaciones anteriores y con un poco de trabajo, sale la ecuación que puse al comienzo:
m3 = m1 * (D - 0.5) / (1 - D)
Ahora sólo falta traducirlo a componentes electrónicos.
Saludos.
-
Para traducirlo a componentes hay que tener en cuenta que la conmutación se produce sólo cuando el pin 3 (sens) vale un voltio. Esa será la condición para calcular todo.
Corriente por R4: I_R4 = (1v - (I_pico * Rsense)) / R4
Corriente por R15 (offset): I_R15 = (5v - 1v) / R15
Tensión en condensador oscilador: Vc = 1 + 1.7 * D
Corriente por R13 (rampa): I_R13 = (1.7 * D - 0.65v) / R13
Este valor es aproximado. La tensión 0.65 es la caída base-emisor del transistor. La corriente sólo puede ser positiva, de manera que el el inicio del ciclo no existe rampa de compensación, sólo a partir de D= 0.38 comienza la rampa a funcionar.
Rampa de compensación
Rampa m1 en el sensor de corriente:
m1 = (Rsense * Ve / L) / R4 [A/s]
Rampa m3 de compensación en el sensor de corriente:
m3 = 1.7v / (T * R13) [A/s]
Ecuación de rampa:
m3 = m1 * (D - 0.5) / (1 - D)
Despejando:
R13 = 1.7 * L * R4 / (Rsense * T * Ve ) * (1 - D) / (D - 0.5)
Aquí hay que pensar en el peor de los casos. Por ejemplo Ve = 11V, Vo = 35V
D = (Vo - Ve) / Vo = 0.686
Rsense = 0.028
R4 = 1k
L = 70uH
T = 25us
R13 = 1.7 * 70u * 1000 / (0.028 * 25u * 11) * 1.69 = 26k Ohmios.
La resistencia que hay ahora puesta (de 4k7) es muy conservadora. No sé si la calcule mal o si puse un valor mucho más pequeño para asegurar que no habría oscilaciones.
Lo mejor es aumentarla para que no limite la corriente de pico para valores de tensión de salida altos.
Saludos.
-
Gracias Picuino, muy buena explicación.
Habrá que probar con un valor más alto para R13, no se hizo la prueba de poner una carga alta a alto voltaje, quizás el valor actual de R13 limite un poco la corriente de pico.
Saludos!!!
-
Ya estoy comenzando a montar mi placa:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Saludos.
-
Me estoy basando en este esquema y PCB:
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Saludos.
-
Va tomando forma :) La bobina ¿la bobinaste tú?
Saludos!!!
-
Si. Utilicé una hoja de cálculo y un pequeño ensayo para conocer sus valores y luego la bobiné con 30 vueltas de dos hilos paralelos de 0.8mm cada uno.
-
Adjunto la hoja de cálculo por si quieres utilizarla.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
Un saludo.