Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Всё, что касается преобразователей напряжения, стабилизаторов и регуляторов напряжения и тока
Аватара пользователя
rhf-admin
администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
Сообщения: 3060
Зарегистрирован: 25 авг 2009, 23:19
Откуда: Уфа
Контактная информация:

Re: Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Сообщение rhf-admin »

Расчёты правильные, но я бы в этом случае вообще ничего не сглаживал, там амплитуда-то чуть больше 600 мВ, от этого всё равно транзистор не пробьёт.
Или поставил бы резистор раза в 4 побольше расчётного. Жалко на снаббер 1,5 Вт, да и нафига плату греть.
С уважением, администрация сайта.
hamrad
Читатель
Читатель
Сообщения: 27
Зарегистрирован: 12 фев 2015, 17:23

Re: Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Сообщение hamrad »

Да вот тоже про 1,5Вт на ветер - жалко, да, согласен... Пожалуй, поставлю резистор Ом на 22 - вроде лежали 0805 такие...
В качестве стабилизатора по питанию ШИМа оставлю 78L08.
Заметил, что от преобразователя идут помехи на радио: заметны при ухудшенном приёме - в виде дополнительного "шипения". Думаю из компьютерного БП выдернуть входной двухобмоточный дроссель и включить так же, по входу.
Аватара пользователя
VladyMile
Читатель
Читатель
Сообщения: 19
Зарегистрирован: 02 июн 2015, 18:56
Откуда: Русь, Новороссийск

Re: Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Сообщение VladyMile »

Я пока не столь искушён в вопросах построения степдаунов, но заметил в схеме пару явных неувязок.
Поскольку на них никто не указал, то вставлю свои пять копеек без спроса:

1. Фатально мала индуктивность дросселя для перепада с 12 до 5 вольт, тока в 5А и частоты 300кГц. Оптимально примерно 33...50мкГн. Меньше - маловато, больше - потери на катушке возрастут значительно.
Объясняется тем, что ваш преобразователь будет работать не только в режиме максимальных токов, но и при довольно небольших - 0,5...0,7А (одиночная простая мобилка). И при малых индуктивностях он будет работать сильно неоптимально, причём все проблемы обрушатся на ключи и выходные ёмкости - переменные токи будут измеряться амперами, а отсюда помехи, дохлые электролиты и т.д., и т.п.

2. Номиналы снаббера в вашей схеме обескураживают. Он служит для подавления звона, который обычно имеет частоту примерно в (50...)100 раз выше той, на которой работает преобразователь. При рабочей 300кГц звон стоит обычно (умножаем на 100) на 30 МГц. Или, как вы сами увидели на осциллографе, 50 МГц. Соответственно, давить надо всё, что выше этих 30МГц, а всё что ниже - это полезно, это всё в копилку КПД. Соответственно, на глаз, нужно в снаббере поменять детальки на 5...20pF (разумеется, ВЧ-керамика) и 6,2кОм (безиндукционный, т.е. "высокочастотный", минимальной мощности - на нём выделение тепла будет мизерным, на уровне долей милливатт; можно не морочиться и взять SMD с матери). Более того, в силу конструкционных особенностей самой платы, в снаббере можно даже исключить ёмкость совсем и оставить только резистор (с дросселя на землю), но рассеиваемая на нём мощность тогда возрастёт на пару порядков за счёт "постоянной" составляющей. Так что в погоне за КПД конденсатор всё же лучше оставить.

3. На входе и выходе схему полезно дополнить LC-фильтрами в любом случае. Но главная причина "шипения приёмника" - злобный режим работы преобразователя с фатально-недостаточной индуктивностью дросселя. Более того, этот злобный режим обрушивается ещё и на аккумулятор автомобиля, снижая его ресурс.

4. Кстати, про выходной фильтр. Фидбек тогда лучше брать за выходным фильтром, с самой "последней точки" на плате. Тогда при изменении нагрузки у вас всегда будут стабильные 5,1В (или сколько там у вас должно быть), а не "что останется".

5. R3 и R4 надо увеличить раз в сто. И взять самые точные, самые независимые от температуры.

В заключение: у вас получился прекрасный степдаун. И он у вас уже прекрасно работает. Мелкие исправления - и вы сможете им по праву гордиться.

Надо бы себе такой сделать. :)
Аватара пользователя
VladyMile
Читатель
Читатель
Сообщения: 19
Зарегистрирован: 02 июн 2015, 18:56
Откуда: Русь, Новороссийск

Re: Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Сообщение VladyMile »

Простите, чуть не забыл:

6. Всё, что вы мотаете на сердечники, должно быть плотно прижато к сердечнику (или к нижним слоям обмотки). Всё, что не прижато к сердечнику, образует индуктивность рассеяния - это потери КПД, причём при особо неаккуратной намотке - до 30% потерь.
Аватара пользователя
rhf-admin
администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
Сообщения: 3060
Зарегистрирован: 25 авг 2009, 23:19
Откуда: Уфа
Контактная информация:

Re: Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Сообщение rhf-admin »

1) Что-то я внимания не обратил на индуктивность, но да, она-таки маловата. Это видимо объясняется тем, что в некоторых методиках рассчитывается минимальная индуктивность (как вот тут), а в некоторых - оптимальная (как вот здесь). В приведённой выше схеме расчёт видимо сделан как раз на минимальную индуктивность.
2) Расчёт снаббера - это вольный перевод буржуинской методики из какого-то даташита. А вы на чём основываетесь? Хотя цифры, согласен, получились обескураживающие.
С уважением, администрация сайта.
Аватара пользователя
rhf-admin
администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
Сообщения: 3060
Зарегистрирован: 25 авг 2009, 23:19
Откуда: Уфа
Контактная информация:

Re: Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Сообщение rhf-admin »

Вообще-то вопрос, кстати, интересный. Первая же формула Rsn=КОРЕНЬ(L/C) вызывает вопросы. Как одно с другим связано? Если бы этот резистор стоял последовательно с ключом (т.е. с C) - всё было бы ясно, - величина R напрямую влияет на добротность контура, чем больше R - тем меньше добротность. А тут получается, что параллельно ёмкости колебательного контура стоит ещё ёмкость и резистор. Почему при этом нужно брать сопротивление R равным КОРЕНЬ(L/C) - вообще не очевидно.
Ну и в любом случае, если в результате расчётов получается Csn > Сoss, то уже нельзя утверждать, что паразитная ёмкость - это в основном ёмкость Coss, раз мы сами параллельно воткнули ещё большую ёмкость.
Так что, согласен, так себе методика. Но другой не имеем. Выложите свою.
С уважением, администрация сайта.
Аватара пользователя
VladyMile
Читатель
Читатель
Сообщения: 19
Зарегистрирован: 02 июн 2015, 18:56
Откуда: Русь, Новороссийск

Re: Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Сообщение VladyMile »

1.
Расчёт и моделирование ситуаций по индуктивности дросселя я делаю по "Сборник программ Владимира Денисенко для расчета трансформаторов и дросселей" (ссылки на единую оболочку для всех этих программ я влёт не нашел, но просто плохо гуглил, видимо). Точнее, по "DrosselRing" (удобно смотреть необходимую длину провода и количество слоёв обмотки) и "BoosterRing" (выбор индуктивности смотрю по "без тока"). Окончательный выбор величины индуктивности делаю умозрительно по диапазону рабочих токов (расчёт на минимальный ток плюс допустимая температура дросселя при максимальном токе - всё это на основе имеющихся у меня толщин обмоточных проводов) и при минимуме пульсаций тока в дросселе (и, соответственно, на выходном конденсаторе - от этого зависит его температура и, соответственно, надёжность).
Ориентироваться лучше, подчёркиваю, на бОльшую индуктивность (т.е. расчёт делать на минимальном токе нагрузки и минимальных пульсациях на конденсаторе). Но, поскольку большая индуктивность требует больше провода, то растут омические потери на проводе (что на больших токах вызывает бОльшие потери в обмотке) - и тут надо выбирать
- ОПТИМАЛЬНУЮ ИНДУКТИВНОСТЬ
- самую оптимальную толстую одиночную жилу или пучок жил (это тоже легко моделируется в программках)
- самое большое порошковое кольцо с самой большой магнитной проницаемостью из имеющихся - и мотать легче, и потерь меньше (и в сердечнике, и по индуктивности рассеяния - проще "прижать" провод к сердечнику).
В вышеуказанных калькуляторах ВСЁ ЭТО делается буквально за несколько минут (после пары недель тренировок :) ).
На 300кГц в диапазоне рабочих токов 0,2...12А я выбираю обычно 30...50µH.
Да, это много. Зато схема работает "плавненько".

2.
Простой, но эффективный расчёт снаббера я тоже подсмотрел в Инете, но ссылки не осталось. Технология следующая (на примере 300 кГцового преобразователя):

2.1. Определяем частоту "звона" осциллографом. Ленивые (или не имеющие осциллографа) этот шаг могут пропустить на основании того, что КАК ПРАВИЛО звон превышает рабочую частоту примерно на два порядка (в 100 раз) и выше (что подтверждается осциллографом hamrad в предыдущих постах - у него звон порядка на 50МГц при рабочих 300кГц). Остановимся на f=30МГц, т.к. всё, что выше, при высокочастотных конденсаторах, безындуктивных резисторах и игнорировании паразитных параметров разводки платы отфильтруется автоматически.

2.2. Волевым решением определяемся с индуктивностью рассеяния L. Просто потому, что ни толком рассчитать, ни определить её "влёгкую" мы не сможем, а именно индуктивность рассеяния вносит главную лепту в частоту звона и при этом зависит в первую очередь от аккуратности намотки дросселя. Как я писал выше, её величина в особо плачевных случаях может достигать 30% от "полезной" индуктивности дросселя. На основании этого делим "полезную" индуктивность дросселя на 3 и получаем индуктивность рассеяния L=10µH.
Рассчитываем эквивалентный RLC-контур под частоту и добротность звона. Характеристическое сопротивление получается порядка (особая точность ни к чему, т.к. у нас масса других допущений):
Z = 2 * Pi * f * L = 2 * 3 * (30*10^6) * (10*10^-6) = 2кОм

2.3. Для начала оцениваем Z с точки зрения R-шунта: Z = R. Если R слишком малО для данного напряжения (высоки будут тепловые потери на нём - а в нашем случае да, они будут велики, а ведь мы же боремся за каждый процент КПД), то добавляем в снаббер C:
С = 1 / (Pi * f * R) = 1 / (3 * 30*10^6 * 2*10^3) = 5pF

2.4. Проверяем тепловые потери на R (для пущего страха берём V равным подводимому питанию 15Вольт, а наша F = 300кГц):
P = 2 * C * V * F = 2 * (5*10^-12) * 15 * (3*10^5) = (45*10^-6) = 0,000045Вт

Итого, снаббер должен быть С = 5пФ и R = 2кОм.
Подчёркиваю, конденсатор и резистор должны быть высокочастотными.

2.5. Проверяем граничную частоту нашего снаббера (ака ФНЧ):
Fгр = 1 / (2 * Pi * t) = 1 / (2 * Pi * RC) = 1 / (2 * 3 * (2*10^3) * (5*10^-12)) = 1 / (60*10^-9) = 16МГц, при этом подавление сигнала составляет ~63%, а при 3*Fгр = 50 МГц - примерно 95% при потерях мощности на снаббере порядка 0,000 ватт.

Что и требовалось доказать.
Аватара пользователя
rhf-admin
администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
Сообщения: 3060
Зарегистрирован: 25 авг 2009, 23:19
Откуда: Уфа
Контактная информация:

Re: Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Сообщение rhf-admin »

Вот чтобы всё таки умозрительно не делать, я лично предпочитаю методику, которая ориентируется на LIR. Расчёт на минимальный ток - это неправильно. Во-первых, непонятно это вообще как? А если надо от нуля? Во-вторых, максимальные по абсолютной величине пульсации тока (а именно они нас интересуют с точки зрения катушки, а также ключа и прочего) будут при максимальной нагрузке (при меньшей нагрузке относительные пульсации могут быть выше, но абсолютные - нет). Поэтому делая расчёт на меньший ток, мы рискуем при большем токе попасть-таки в насыщение. А вот методика с LIR позволяет с одной стороны сделать расчёт на максимальный ток, а с другой стороны сразу отодвинуться от границы между непрерывным и прерывистым режимом (т.е. от минимальной / пограничной индуктивности).

З.Ы. А про снаббер интересная методика.
С уважением, администрация сайта.
Аватара пользователя
VladyMile
Читатель
Читатель
Сообщения: 19
Зарегистрирован: 02 июн 2015, 18:56
Откуда: Русь, Новороссийск

Re: Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Сообщение VladyMile »

Мы не противоречим друг другу.
Расчёт на максимальные рабочие режимы - всегда прост.
Всегда сложно рассчитать диапазон приемлемых рабочих режимов.

Расчёт на минимальный рабочий ток - это первая ступень приближения к результату расчёта нужной минимальной индуктивности и гарантия работы с приемлемыми показателями тока в выходном конденсаторе.
Про это все радиолюбители на форумах забывают, но у каждого типа и модели конденсаторов есть максимальный рабочий ток, который гарантируется производителем на период в 1000...2000 (крайне специально - 5000) рабочих часов. Это очень короткий срок, не так ли? И величины этих токов колеблются около 0,7А для просто дорогих конденсаторов до 2,5А для очень дорогих (таких в России без спецзаказа не купить ни у кого). Типовые же конденсаторы, к которым мы привыкли, живут долго, если токи в них не превышают 0,2...0,4А, причём лучше ориентироваться на меньшую цифру.

Теперь об индуктивности.

Вот пример расчёта индуктивности на минимальный ток 0,5А.
1.png
Высоковаты потери в сердечнике и, соответственно, дроссель практически без нагрузки уже начал греться, но можно забить на эти 5 градусов.
Зато у нас шикарный ток в конденсаторе.

Теперь для этой же намотки (сердечник+витки+провод) найдём параметры при токе в 5А:
2.png
Перегрев всего 11 градусов, а ток в конденсаторе нас не тревожит.

Теперь посмотрим, что получилось у топикстартера с его 4.7мкГн (точнее, с его 9 витками на его кольце) сначала на максимальном токе:
3.png
Ну, тут всё понятно - дросселю и конденсатору (обоим!) долго не жить по перегреву.

А теперь на "минимальном" токе - в "обычные" для простых мобилок 0,5А:
4.png
4.png (5.63 КБ) 5854 просмотра
Пичалька.
Тут разрыв наступает сразу.

Пересчёт на минимально допустимый ток для катушки топикстартера - около 2А, но при этом сразу нагрев на 20 градусов.

Как-то так.

И про "насыщение". Неудачный термин. Имеется в виду выход за пределы регулирования коэффициента заполнения преобразователем, как я понимаю?
Делая расчёт на минимальный ток, мы ясно указываем калькулятору, какие пульсации тока в дросселе мы допускаем, и в каком диапазоне коэффициентов заполнения, допустимых для данного конкретного ШИМа, это должно получиться. Так что получаем именно адекватный расчёт.

Повторяю, у нас нет противоречия.
Вариант начинать расчёт с "минимального рабочего тока" позволяет сразу и СОЗНАТЕЛЬНО вычислить минимальную индуктивность без разрывных токов. Т.е. понять границу разрывных токов и уйти от неё (или с чем-то смириться, или СОЗНАТЕЛЬНО изменить условия). Он даст понимание - ниже какой индуктивности нельзя опуститься. Это наша минимальная индуктивность.
После этого вся оптимизация проводится на номинальные (обычные для конкретной задачи!) токи - кольца, обмотки, токи, температуры. Тут получится (скорее всего!), что изначально взятое кольцо окажется малО для размещения в нём обмотки проводом нужного диаметра. Тогда выбираем кольцо побольше и повторяем расчёт для нашей полученной ранее минимальной индуктивности и номинальных токов на нём при отсутствии перегрева (я выбираю не выше 10 градусов) - т.е. подбираем толщину провода и витки, которые без перегрева влезут в это кольцо. Если что - выбираем кольцо ещё больше и снова смотрим - пролезет провод в кольцо на нашей минимальной индуктивности или нет, и проверяем перегрев.
Потом закладываются и просматриваются параметры под максимально допустимые режимы - тут важно не перегреть дроссель выше 25 градусов, чтобы при температуре окружающей среды под 40 градусов летом в нагретой машине катушка не перегревалась выше 65 градусов.
При этом СОЗНАТЕЛЬНО получается полная картина.
Зачем она нужна?
Например, самое простое - во время намотки кончился провод (так бывает, мы все просчитываемся). Или при реальной намотке чуть не помещаются витки. И в случае расчёта на минимальные токи будет понимание, за какие границы мы переступаем и допустимы ли такие жертвы. И или соглашаемся на "недомот", или перематываем аккуратнее, или снова выбираем кольцо ещё больше. А максимальные режимы в этом случае не страдают.

Простите, если где-то "не так" выразился. :)
Аватара пользователя
rhf-admin
администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
Сообщения: 3060
Зарегистрирован: 25 авг 2009, 23:19
Откуда: Уфа
Контактная информация:

Re: Ещё один преобразователь на RT9214 :)

Сообщение rhf-admin »

Говоря про насыщение я имел ввиду именно насыщение сердечника. Насколько я понимаю, от величины тока и нужной нам индуктивности зависят размеры сердечника. И если ориентируясь на заниженный ток мы выберем слишком маленькое колечко, то при большем токе может оказаться, что это колечко просто не в силах переварить столько энергии, сколько нам нужно.
С уважением, администрация сайта.
Ответить

Вернуться в «Преобразователи / стабилизаторы / регуляторы»