Autor Tema: Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up  (Leído 67072 veces)

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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #120 en: 01 de Abril de 2017, 14:21:07 »
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.

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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #121 en: 01 de Abril de 2017, 14:29:17 »
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

Desconectado micro_pepe

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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #122 en: 01 de Abril de 2017, 14:35:02 »
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.
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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #123 en: 01 de Abril de 2017, 14:43:05 »
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)

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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #124 en: 01 de Abril de 2017, 14:59:42 »
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.

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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #125 en: 01 de Abril de 2017, 15:04:22 »
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.

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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #126 en: 01 de Abril de 2017, 15:09:17 »
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?
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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #127 en: 01 de Abril de 2017, 15:14:32 »
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

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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #128 en: 01 de Abril de 2017, 15:50:27 »
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:


* Escalon-40w-70w-51Hz.gif
(20.59 kB, 800x480 - visto 370 veces)


« Última modificación: 01 de Abril de 2017, 15:52:32 por micro_pepe »
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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #129 en: 01 de Abril de 2017, 16:31:21 »
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.


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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #130 en: 01 de Abril de 2017, 16:40:23 »
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.

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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #131 en: 01 de Abril de 2017, 17:04:19 »
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.
« Última modificación: 01 de Abril de 2017, 17:06:59 por Picuino »

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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #132 en: 01 de Abril de 2017, 17:12:53 »
Otro punto donde podemos añadir control derivativo es en C21:



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.

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Re:Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up
« Respuesta #134 en: 02 de Abril de 2017, 14:21:39 »
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:


* pid-10k-220k-1n-4_7n-40w-70w-51Hz.gif
(21.92 kB, 800x480 - visto 415 veces)
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