Проектирование импульсного источника питания с активным ККМ. Эпизод I

  • Tutorial

Предисловие


В своей предыдущей статье я говорил, что продолжу рассказ о работе с датчиками тока на эффекте Холла. С того момента прошло не мало времени, выход продолжения затянулся, да и писать «скучную теорию» я не любитель, поэтому ждал практической задачи.

Еще одной причиной отсутствия статей была моя работа в одной «современной успешной IT-hardware-компании», сейчас наконец-то я ее покинул и окончательно пересел на фриланс, так что время для статьи появилось))

Недавно ко мне обратился мой старый наставник и просто очень хороший человек. Естественно я не мог отказать в помощи, а оказалось все достаточно просто — меня попросили сделать блок питания для КВ трансивера FT-450, который будет более стабильный в работе, особенно при пониженном входном напряжении, чем уже имеющийся Mean Well. Прошу заметить, я не говорю о том, что Mean Well плохая фирма, просто в данном случае нагрузка достаточно специфическая, а так продукция у них вполне себе хорошая.

Диагноз примерно такой:


— Заявлен выходной ток в 40А, на деле при потреблением в 30-35А (на передаче) блок уходит в защиту;
— Наблюдается сильный нагрев при длительной нагрузке;
— Совсем становится плохо, когда использует его на даче, где напряжение в сети 160-180В;
— Напряжение максимальное 13,2-13,4В, а хотелось бы 13,8-14В с возможностью подкрутить +-20%.

Особенностью данной статьи будет то, что проект продвигается вместе с ней. Я за него только засел и поэтому смогу рассказать обо всех этапах разработки: от ТЗ до готового прототипа. В таком формате статей с наскоку на гике я не нашел, обычно люди пишут уже проделав всю работу и забыв половину мелочей, которые часто несут в себе главный интерес. Так же эту статью я хочу написать доступным для новичков языком, поэтому местным гуру стоит чуточку проще относиться к «неакадемичности» моего слога.

Технические требования


Любой проект всегда начинается с технического задания и обсуждений. Обсуждения мы прошли, остается ТЗ. У меня проект не коммерческий, а так сказать open source, поэтому я не буду тратить большое количество времени и ограничусь перечнем технических требований.

Для чего это нужно? Те, кто работает в компаниях связанных с разработкой чего либо меня поймут — «без ТЗ проект не взлетает», но для людей не связанных с промышленной разработкой этот момент может быть не очевиден. Поэтому немного объясню…

В процессе разработки если вы не опираетесь на ТЗ, то с вероятностью около 100% уйдете от изначально желаемого результата. Например, вначале вы хотели получить 1000 Вт мощности блока питания, но не нашли трансформатор подходящий и поставили тот, что попался под руку. В результате железка стала на 700 Вт, а вы то планировали на 1000! Для любителя это не смертельно, он просто убьет кучу денег и времени, не получив результата. Для работодателя инженера же это финансовая катастрофа, просроченный проект, а для инженера часто просто пинок под зад на улицу. И таких нюансов будет море, по мимо трансформатора еще что-то не найдется, вам яблоко на голову упадет и вы решите добавить каких нибудь «светюлек» и так далее.

Как этого избежать? Именно для этого сумрачный советский гений придумал «ГОСТ 34. Разработка автоматизированной системы управления (АСУ)». Достаточно просто сделать как надо ТЗ по данному ГОСТу, которое займет 30-50 страниц и ваш проект на стадии идеи будет соответствовать конечному результату в виде железки, надо лишь идти по пунктам. Если написано «трансформатор на 1000 Вт», то вы ищите/добываете его именно на 1000Вт, а не на авось берет «чуть чуть поменьше». Я работал и в ВПК и в частных компаниях: первые молятся на адекватные ТЗ и тех. проекты, которые обычно выглядят как томик «Война и Мир», поэтому наши танки лучше всех. Вторые же забивают «на бестолковую порчу леса», поэтому гражданская электронная продукция на выходе в России в большинстве случаев — «гуано на ардуине».

И так, чтобы избежать «хлама» на выходе мы составим список технических требований, которыми должен обладать наш прототип. Пока он их не достиг — проект считается незавершенным. Вроде все просто.

Требования к импульсному блоку питания:


— Выходное напряжение с возможностью регулировки в пределах 10-15В DC;
— Входное напряжение сети: 160-255В AC;
— Ток вторичных цепей: 40А
— Наличие синфазного фильтра;
— Наличие корректора коэффициента мощности (ККМ);
— Косинус фи: не менее 0,9;
— Гальваническая развязка входа с выходом;
— Защита от КЗ во вторичной цепи;
— Время срабатывания защиты по току: не более 1 мс;
— Стабильность выходного напряжения: не хуже 0.1%;
— Температура силовых элементов устройства: не более 55 градусов при 100% нагрузке;
— Общий КПД устройства: не менее 90%;
— Наличие индикатора напряжения и тока.

Еще хотел бы отметить одну особенность проектируемого ИИП — он полностью аналоговый. Это было достаточно важным требованием, т.к. я последние годы в основном проектировал с использованием DSP процессоров в качестве управляющего «мозга», но это пугает «заказчика». Ибо на данный момент он проживает в 2500 км от меня и в случае поломки ремонт затянется на долго, поэтому необходимо сделать устройство с максимальной ремонтопригодностью. Заказчик человек опытный в аналоговой схемотехники и отремонтирует в случае проблем без каких либо пересылок, максимум придется позвонить да обсудить проблему.

Подытожим: когда я разработаю, изготовлю, а затем протестирую ИИП и получу в результате тестов ТТХ, которые как минимум не хуже описанных выше — можно будет считать, что проект успешен, блок можно отдавать владельцу, а самому радоваться еще одно успешной железке. Но это все далеко впереди…

Функциональная схема


Обычно я с начальством воевал на тему, что функциональные схемы для чайников и отказывался рисовать, но т.к. статья все таки предназначена для новичков в электронике и чтобы всем было интересно читать я все таки ее нарисую и распишу, что делает каждый блок. Да и при условии отсутствия полноценного ТЗ данная схема позволит мне не отклоняться в процессе работы от изначальной идеи.

image
Рисунок 1 — Функциональная схема ИИП

Теперь кратко пробегусь по каждому блоку, а более подробно данные решения разберем уже на этапе разработки схемотехники. И так сами модули:

1) Синфазный фильтр — он призван спасти сеть и бытовые приборы подключенные к ней от помех, которые генерирует наш блок питания. Не пугайтесь — любой импульсный блок питания их выдает, поэтому в 90% ИИП имеется фильтр синфазных помех. Так же он оберегает и наш блок от помех приходящих из сети. На эту тему недавно наткнулся на чью-то бакалаврскую работу, там достаточно понятно все расписано — статья. Автор диплома Куринков А.В., за что его сердечно поблагодарим, хоть один диплом бакалавра в этом мире станет полезен))

2) Дежурное питание «классическое» на микросхеме TOP227, схема скорее всего будет взята прямо из даташита с добавление гальванической развязки от сети через оптрон. Выход будет реализован в виде 2-х развязанных друг от друга обмоток с напряжением 15В и 1А каждая. Одна будет питать ШИМ контроллер корректора, вторая ШИМ контроллер полумоста.

3) Выпрямитель выполнен на диодном мосте. Изначально хотел применить синхронный на N-канальных Mosfet, но на таких напряжениях и при токе 3-4А это будет бесполезная трата ресурсов.

4) Активный корректор мощности — без него никуда как только речь идет о хорошем КПД, да и по требованиям законодательства применение ККМ обязательно. ККМ это по факту обычный бустерный преобразователь, который закроет 2 проблемы: низкое входное напряжение, т.к. на своем выходе он стабильно будет выдавать 380В и позволит равномерно отбирать мощность из сети. Микросхему применил весьма популярную, китайцы (и не только) любят ставить ее в сварочные инвертора в тех же целях — ICE2PCS01. Таить не буду — взял ее как проверенное временем решение, на ней собирал ККМ на 6 кВА для полуавтомата и проблем нет уже не первый год, надежность меня подкупает.

5) Непосредственно преобразователь напряжения реализован по топологии — «полумост», советую для знакомство с ней прочитать главу в книге Семенова «Силовая электроника: от простого к сложному». Контроллер полумоста реализован на «классической» как Чайковский микросхеме TL494: дешево, функционально, надежно, проверено временем — что еще требуется? Кто считает ее старой может обратить свой взор на что-то от Texas из серии UCC38xxx. В данном модуле реализована обратная связь по напряжению на TL431 + PC817, а так же защита по току на датчике на эффекте Холла — ACS758.

6) Силовой трансформатор я планирую реализовать на сердечнике компании Epcos типа ETD44/22/15 из материала N95. Возможно мой выбор изменится дальше, когда буду рассчитывать моточные данные и габаритную мощность.

7) Долго колебался между выбором типа выпрямителя на вторичной обмотке между сдвоенным диодом Шоттки и синхронным выпрямителем. Можно поставить сдвоенный диод Шоттки, но это P = 0,6В * 40А = 24 Вт в тепло, при мощности ИИП примерно в 650 Вт получается потеря в 4%! При использование в синхронном выпрямителе самых обычных IRF3205 с сопротивление канала тепла выделится P = 0,008 Ом * 40А * 40А = 12,8 Вт. Получается выигрываем в 2 раза или 2% кпд! Все было красиво, пока я не собрал на макете решение на IR11688S. К статическим потерям на канале добавились динамические потери на коммутацию, в итоге то на то и вышло. Емкость у полевиков на большие токи все таки большая. лечется это драйверами по типу HCPL3120, но это увеличение цены изделия и чрезмерное усложнение схемотехники. Собственно из этих соображений решено было поставить сдвоенный Шоттки и спать спокойно.

8) LC-контур на выходе, во-первых, уменьшит пульсации тока, во-вторых, позволит «срезать» все гармоники. Последняя проблема крайне актуальна при питании устройств работающих в радиочастотном диапазоне и имеющие в своем составе высокочастотные аналоговые цепи. У нас же речь идет от КВ трансивере, поэтому тут фильтр просто жизненно необходим, иначе помехи «пролезут» в эфир. В иделе тут еще можно поставить на выход линейный стабилизатор и получить минимальные пульсации в единицы мВ, но на деле скорость ОС позволит и без «кипятильника» получить пульсации напряжения в пределах 20-30 мВ, внутри трансивера критичные узлы запитываются через свои LDO, так что его избыточность очевидна.

Ну вот мы и пробежались по функционалу и это только начало)) Но ничего, дальше пойдет бодрее ибо начинается самая интересная часть — расчеты всего и вся!

Расчет силового трансформатора для полумостового преобразователя напряжения


Сейчас немного стоит подумать о конструктиве и топологии. Я планирую применять полевые транзисторы, а не IGBT, поэтому рабочую частоту можно выбрать побольше, пока задумываюсь о 100 или 125 кГц, такая же частота кстати будет и на ККМ. Повышение частоты позволит несколько уменьшить габариты трансформатора. С другой стороны задирать сильно частоту не хочу, т.к. применяю TL494 в качестве контроллера, после 150 кГц она себя уже не так хорошо показывает, да и динамические потери вырастут.

Исходя из таких вводных, посчитаем наш трансформатор. У меня есть в наличии несколько комплектов ETD44/22/15 и поэтому пока ориентируюсь на него, список исходных данных таков:

1) Материал N95;
2) Тип сердечника ETD44/22/15;
3) Рабочая частота — 100 кГц;
4) Выходное напряжение — 15В;
5) Выходной ток — 40А.

Для расчетов трансформаторов до 5 кВт использую программу «Старичка», она удобна и достаточно точно считает. После 5 кВт начинается магия, частоты растут для уменьшения габаритов, а плотности поля и тока достигают таких значений, что даже скин-эффект способен менять параметры чуть ли не в 2 раза, поэтому для больших мощностей применяю дедовский метод «с формулами и выводом карандашом на бумаге». Вписав в программку свои вводные данные был получен следующий результат:

image
Рисунок 2 — Результат расчета трансформатора для полумоста

На рисунке с левой стороны отмечены вводные данные, их я описал выше. По центру фиолетовым цветом выделены результаты, которые нас больше всего интересуют, пробегусь кратко по ним:

1) Входное напряжение составляет 380В DC, оно стабилизированное, т.к. полумост питается с ККМ. Такое питание упрощает конструкцию многих узлов, т.к. пульсации токов минимальны и трансформатору не придется вытягивать напряжение при входном сетевом напряжение 140В.

2) Потребляемая (прокачиваемая через сердечник) мощность получилась 600 Вт, что в 2 раза меньше габаритной (той, которую сердечник может прокачать не уйдя в насыщение) мощности, а значит все хорошо. В программке не нашел материал N95, но на сайте Epcos в даташите подсмотрел, что N87 и N95 дадут очень похожие результаты, проверив на листочке выяснил, что разница в 50 Вт габаритной мощности — не страшная погрешность.

3) Данные по первичной обмотке: 21 виток мотаем в 2 провода диаметром 0.8 мм, думаю тут все понятно? Плотность тока около 8А/мм2, а это значит, что обмотки не будут перегреваться — все хорошо.

4) Данные по вторичной обмотке: мотаем 2 обмотки по 2 витка в каждой проводом так же 0.8 мм, но уже в 14 — все таки ток 40А! Далее соединяем начало одной обмотки и конец другой, как это сделать я объясню дальше, почему-то часто люди при сборке на этом моменте в ступор впадают. Тут тоже вроде магии никакой нету.

5) Индуктивность выходного дросселя — 4.9 мкГн, ток соответственно 40А. Нужен он, чтобы на выходе нашего блока не было огромных пульсаций ток, в процессе отладки я покажу на осциллографе работу с ним и без него, все станет ясно.

Расчет занял 5 минут, если у кого-то вопросы, то в комментариях или ЛС спрашивайте — подскажу. Чтобы не искали саму программу, предлагаю скачать ее с облака по ссылке. И моя огромная благодарность Старичку за его труд!

Следующим логичным этапом будет расчет выходного дросселя для полумоста, это как раз тот, что на 4.9 мкГн.

Расчет моточных параметров для выходного дросселя


Вводные данные мы получили в предыдущем пункте при расчет трансформатора, это:

1) Индуктивность — 4.9 мкГн;
2) Номинальный ток — 40А;
3) Амплитуда перед дросселем — 18В;
4) Напряжение после дросселя — 15В.

Используем так же программу от Старичка (все они есть в ссылке выше) и получаем следующие данные:

image
Рисунок 3 — Расчетные данные для намотки выходного дросселя

Теперь пробежимся по результатам:


1) По вводным данным есть 2 нюанса: частота выбирается та же самая, на которой работает преобразователь, это думаю логично. Второй момент связан с плотностью тока, сразу отмечу — дроссель должен греться! Вот только насколько сильно уже определяем мы, я выбрал плотность тока 8А/мм2, чтобы получить температуру в 35 градусов, это видно в выходных данных (отмечено зеленым). Ведь как мы помним по требованиям на выходе нужен «холодный ИИП». Так же хочется отметить для новичков возможно не совсем очевидный момент — дроссель будет греться меньше, если через него протекает большой ток, то есть при номинальной нагрузке 40А дроссель будет иметь минимальный нагрев. Когда ток меньше номинального, то для части энергии он начинает работать как активная нагрузка (резистор) и превращает все избытки энергии в тепло;

2) Максимальная индукция, это значение которое нельзя превышать, иначе магнитное поле насытит сердечник и будет все очень плохо. Данный параметр зависит от материала и его габаритных размеров. Для современных сердечников из распыленного железа типовым значение является 0,5-0,55 Тл;

3) Намоточные данные: 9 витков мотаются косой из 10 жил провода диаметром 0.8 мм. Программка даже примерно указывает сколько слоев для этого понадобится. Я буду мотать в 9 жил, т.к. потом удобно будет разделить большую косу на 3 «косички» по 3 жилы и без проблем их распаять на плате;

4) Собственно само кольцо на котором буду мотать имеет размеры — 40/24/14.5 мм, его хватает с запасом. Материал №52, думаю многие видели в АТХ блоках кольца желто-голубого цвета, часто они используются в дросселях групповой стабилизации (ДГС).

Расчет трансформатора дежурного источника питания


На функциональной схеме видно, что я хочу использовать в качестве дежурного блока питания «классический» flayback на TOP227, от него будут запитываться все ШИМ контроллеры, индикацию и вентиляторы системы охлаждения. То, что вентиляторы будут запитываться от дежурки я понял только спустя какое-то время, поэтому данный момент на схеме не отображен, но ничего это же реалтайм разработка))

Скорректируем немного наши вводные данные, что же нам нужно:


1) Выходные обмотки для ШИМ: 15В 1А + 15В 1А;
2) Выходная обмотка самопитания: 15В 0.1А;
3) Выходная обмотка для охлаждения: 15В 1А.

Получаем необходимость в блоке питания с суммарной мощностью — 2*15Вт + 1.5Вт + 15Вт = 46.5 Вт. Это нормальная мощность для TOP227, я ее использую в мелких ИИП до 75 Вт для всяких зарядок АКБ, шуруповертов и прочего хлама, за много лет что странно еще ни один пока не сгорел.

Идем в другую программку Старичка и считаем трансформатор для flayback:

image
Рисунок 4 — Расчетные данные для трансформатора дежурного питания

1) Выбор сердечника обоснован просто — он у меня есть в количестве ящика и те самый 75 Вт он вытягивает)) Данные на сердечника тут. Он из материала N87 и имеет зазор 0.2 мм на каждой половинке или 0.4 мм так называемый полный зазор. Данный сердечник прямо предназначен для дросселей, а у обратноходовых преобразователей эта индуктивность именно дроссель, но не буду пока в дебри влезать. Если в трансформаторе полумоста зазора не было, то для обратноходового преобразователя он обязателен иначе как и любой дроссель он просто уйдет в насыщение без зазора.

2) Данные о ключе 700В «сток-исток» и 2.7 Ом сопротивления канала, взяты из даташита на TOP227, у данного контроллера силовой ключ встроен в саму микросхему.

3) Входного напряжение минимальное взял чуть с запасом — 160В, это сделано для того, чтобы в случае выключения самого блока питания в работе осталась дежурка и индикация, они сообщат о аварийно низком напряжении питания.

4) Первичная обмотка у нас представляет из себя 45 витков проводом 0.335 мм в одну жилу. Вторичные обмотки силовые по 4 витка и 4 жилы проводом 0.335 мм (диаметр), обмотка самопитания обладает такими же параметрами, поэтому все тоже самое, только 1 жила, ибо ток на порядок ниже.

Расчет силового дросселя активного корректора мощности


Думаю самый интересный участок данного проекта именно корректор коэффициента мощности, т.к. по ним достаточно мало информации в интернете, а рабочих и описанных схем еще меньше.

Выбираем программку для расчета — PFC_ring (PFC это по-басурмански ККМ), вводные используем следующие:

1) Входное напряжение питания — 140 — 265В;
2) Номинальная мощность — 600 Вт;
3) Выходное напряжение — 380В DC;
4) Рабочая частота — 100 кГц, обусловлена выбором ШИМ контроллера.

image
Рисунок 5 — Расчет силового дросселя активного ККМ

1) Слева как обычно вводим исходные данные, установив 140В минимальным порогом мы получаем блок, который сможет работать при напряжение сети 140В, так мы получаем «встроенный стабилизатор напряжения»;

2) Сердечник выбрал — К46/24/18. По расчетам впритык влезало и на кольцо диаметром 39 мм, но там получалось 110 витков — мотать сложно будет в кучу слоев, да и запас по индукции в ККМ весьма кстати, в итоге получает 0.35 Тл при допустимых 0.5 Тл;

3) Многих пугает такая надпись: «Емкость выходного конденсатора» 4000 мкФ! Те, кто в теме ужаснутся такой цифре, это 15 огромных и дорогих кондеров (300-350р/шт), но не пугайтесь — это цифра бесполезна для нас и ориентироваться на нее нельзя, Старичок наверное в расчетах или лишний ноль где-то дописал, или речь идет о конденсаторах к огромным ESR и надо 15 штук параллелить. Для нас есть параметр более грамотный — «Действующий ток в выходной емкости» 3.845А. 1 хороший электролит от Epcos со своим низким внутренним ESR способен отдавать 3-4А. Я перестрахуюсь и поставлю 2 штуки параллельно, чтобы уменьшить ESR и получить минимум 6А с ног кондеров.

Какие на самом деле конденсаторы надо применять
Существуют специальные пленочные конденсаторы, они способны отдавать огромные токи, а их ESR измеряется в единицах мили Ом! Да, у них меньшие емкости 10-50 мкФ, но 1 такой конденсатор заменяет батарею из нескольких огромных электролитов алюминиевых, а самое главное работает на больших частотах, тогда как «классически» электролит после 200 кГц превращается в резистор и просто греет планету.

Выглядят они вот так. Как видите ценник очень даже преятный на фоне тех же электролитов, так что советую использовать именно их. У меня их просто нету в наличии, а digikey только после праздников отправит.

Схемотехника активного корректора коэффициента мощности и входных цепей


Вот и подошли на верное к самому интересному пункту — схемотехника. Начну разумеется по порядку: от входа к выходу. Думаю те, кто разбирал любой импульсный блок питания видел скопление конденсаторов (чаще синего цвета) и дроссель сразу около разъема подключения вводного кабеля, этот модуль называется как раз — фильтр синфазных помех.

Что такое синфазные помехи и зачем с ними бороться можно нагуглить без проблем, я же лишь вкратце объясню. Синфазные помехи — это все помехи, блуждающие между проводниками тока и землей. Они приходят к нам из сети питания, да и наш блок питания так же излучает их в определенном виде, чтобы избавиться от них — мы и ставим фильтр.

Методика расчета есть во многих источниках, так же советую посмотреть книги Семенова: первую (3.3) и вторую (3.2). Я же предпочитаю задачи связанные с ЭМИ моделировать в CST Suite Studio и «методом подбора» получать наиболее оптимальные параметры. К тому же данный фильтр в отличии от LC фильтра низкой частоты не требует высокой точности, поэтому для 90% ИИП вы можете использовать данные приведенные в моем схематике.

Для управления ККМом я решил применить микросхему — ICE2PCS01GXUMA1. Она позволяет построить достаточно простой и надежный преобразователь, как уже было написано АККМ — это ни что иное как booster.

image
Рисунок 6 — Схема входных цепей и активного ККМ

Немного о схемотехнике… В современном мире трудно что-то изобрести — это факт. Можно сделать классную железку, но с вероятностью 99,99% ее уже кто-то делал, но возможно просто в более плохом исполнение. Все это касается и электроники, можно месяцами сидеть и изобретать схемы и в итоге окажется, что ее придумали лет так 10 назад. Это ни в коем случае не повод перестать изобретать! Это лишь повод получше поискать информацию. Я использую микросхему, которую производит гигант индустрии — Infineon Technologies. Поэтому с большой вероятностью они предусмотрели для своего контроллера некую отладочную плату, поэтому я сразу пошел на digikey.com, где обычно закупаюсь, и вбил название своего камня — по мимо возможности купить микросхему поисковик на сайте мне выдал одну отладку (Evaluation Board) — EVALPFC2-ICE2PCS01. Купить ее уже нельзя, только у производителя под заказ, но мне и не надо. Зато тут есть документация на готовое рабочее решение с открытой схемой, трассировкой платы и списком компонентов! Вот оно готовое решение, ничего не надо придумывать, производитель сделал все, чтобы его продукцию покупали, а для разработчиков практически всегда на первом месте в требованиях к элементам стоит доступность документации и только потом цена. Есть только одно «НО» — отладочная плата на 300Вт, а мне надо 700, но не страшно — сама архитектура это уже 90% работы, пересчитать номиналы это дело 15 минут, и так поехали:

1) Силовой дроссель L5 я пересчитал и данные для его намотки отображены на рисунке 5. Мы получили, что вместо индуктивности в 1240 мкГн понадобится значение в 480 мкГн, правда и значение тока выросло в 2,5 раза;

2) Диоды VD11,12 должны быть на напряжение не менее выходного, то есть 400В и выше, а так же должны выдерживать импульсное значение тока в устройстве. Еще одним важнейшим параметром является время обратного восстановления, т.к. мой корректор работает на частоте в 100 кГц и обычный диод просто не будет успевать. Для данной задачи подойдут импульсные или ultrafast диоды. Я применил диоды VS-HFA16TB120-N3 на 1200В и 16А с временем восстановления всего 30 мкс, т.к. они соответствую всем параметрам, выпускаются в удобном для охлаждения корпусе TO-220-2 и стоят не дорого около 2-2,5$;

3) Транзистор VT1 должен быть не менее чем с 1,5 запасом по напряжению «сток-исток» и выдерживать импульсное значение тока (х2 от номинального). Учитывая частоту лучше применить N-канальный Mosfet, тем более в последние пару лет они стали очень доступны по цене. Я применил ключ на 800В, т.к. выбросы могут достигать 1,5й амплитуды (около 550В) и запас дополнительный лишним не бывает. Ток у данного ключа 11А и что важно он изготавливается в корпусе TO-247, а значит его очень легко охлаждать и изолировать от радиатора;

4) Выходные конденсаторы C18,19 являются важным узлом, т.к. у нас преобразователь однотактный и именно они сглаживают пульсации тока. Конденсатор должен быть желательно на 450В чтобы иметь запас по напряжению и способен отдавать до 8А тока на пиковых нагрузках. В спойлере выше я писал про конденсаторы, хороший электролит способен отдавать 3-4А мгновенного тока и он ограничивается исключительно ESR конденсатора. Чтобы получить необходимые 8А я решил уменьшить ESR за счет параллельного включения 2-х конденсаторов, каждый на 470 мкФ и 450В. Такая «батарея» способна отдать 11А, т.к. применил кондесаторы весьма хорошие от Epcos из линейки Low ESR;

5) Еще стоит пересчитать датчик тока в виде шунта, в даташите эта тема полностью раскрыта в виде целого раздела.

Узел дежурного питания ИИП


Немного по гальванической развязке, решение у меня тут немного своеобразное, объясню почему так и не иначе:

1) «Первичка и вторичка развязаны» — сделал для того, чтобы в случае пробоя TOP227 «мозги» не сгорели и ремонт ограничится лишь в замене самой микросхемы;

2) «Вторичные обмотки между собой не развязаны» — а зачем? У меня все модули управления объединены общей землей. Конечно можно озадачиться и развязать «мозги» ККМа, полумоста и индикации, но это актуально, когда цена управляющих цепей очень высока и составляют 20-30% от стоимости самого устройства. Такое бывает если для управления применяю DSP или какой-то МК motor control, в моем же случае TL-ка за 15 рублей и IR2110 не стоят таких затрат как оптическая развязка или развязка на трансформаторах — сложность такого решения сильно возрастет вместе с ценником;

3) «Если вторички гальванически связаны, то зачем делать их аж 3 штуки, когда можно сделать 1 штуку на 3А?» — я художник и я так вижу сделано это ради просто удобства: удорожание копеечное, а разводить ПП и искать дефекты при ремонте будет намного проще. Ведь каждая цепь питания целый, логически завершенный блок на схеме.

Теперь сама схемотехника, как я и предполагал — особо не удалялся от даташита на TOP227, из «изысков» добавил дроссели на вторичных обмотках ради уменьшения пульсаций тока, добавлена индикация светодиодная на каждый канал. Снаббер применил RC-шный, т.к. супрессор почему-то не успевал за выбросами, хотя должен. Да и я не сторонник использования супрессоров, ну не нравятся они мне просто после того, как пару раз намучился с ними. Еще «камень в их огород» — не работают на большой частоте, современная база позволяет проектировать обратноходовые преобразователи на частотах 1-1,5 МГц и там они нужны как козе баян.
Еще один момент — питание для дежурки я взял после синфазного фильтра, но до диодного моста. Да, мне пришлось поставить еще один диодный мост за 0.2$, но зато я сэкономил около 3$ на еще одном синфазнике — профит!

image
Рисунок 7 — Схема дежурного блока питания для цепей управления ИИП

Я упоминал, что данную статью в первую очередь пишу для новичков и тех, кто хочет познать джедайскую мощь схемотехники, поэтому покажу откуда взялись номиналы всех компонентов в данном модуле, ведь часто открыв даташит мы обнаруживаем, что далеко не все компоненты можно посчитать по имеющимся формулам, т.к. производители делают документацию для подготовленных инженеров, а не новичков и любители — о этот жестокий мир!

1) VD4 – напряжение его должно быть не менее, чем: UМ = 265В * 1.41 = 374В. Откуда взялись эти цифры: «265В» – максимальное напряжение работы ИИП равно 255В и 10В в запас, «1.41» — это множитель, что пересчитать переменное напряжение до диодного моста в постоянное напряжение после него.

Номинальный ток не менее: I = P/(µ * UВХ) = (15В * 1А * 3 + 15В * 0,1А) / (140В * 0,85) = 0,39А. Тут лучше взять хотя бы с двойным запасом, т.к. в момент включения будет заряжаться конденсатор и будет пик тока достаточно большой. Теперь по цифрам: «15В и 1А» – это наши обмотки, «140В» – это минимальное напряжение на входе нашего БП. Почему минимальное? А потому, что в данном случае будет максимальный ток – рассматривать всегда надо худшие условия, чтобы ничего не взрывалось. «0,85» — это КПД нашего преобразователя, как показывает практика — это среднее значение для данной микросхемы, и оно даже оговорено в даташите.

2) R1 и C13 – считаются в программе Старичка там же где и трансформатор, в левом верхнем углу «RCD-снаббер».

3) VD8 – берется исходя из соображений, что максимальное напряжение не меньше, чем у встроенного в микросхему силового ключа, в моем случае это не менее 700В. Ток не менее тока потребления схемой, то есть требования к диоду: >700В и >0.4А, у FR207 значения 1000В и 2А – все подходит.

4) VD2,3,5,6 – это должны быть диоды Шоттки или импульсные диоды. Шоттки предпочтительнее из-за меньшего падения напряжения, хотя при таких токах не критично. Так же в таблице расчета трансформатора (рисунок 4) есть показатель «обратное напряжение», у меня оно 46В – значит напряжение диодов должно быть, не менее 46В. Ближайшие Шоттки 60В отлично подойдут под эту задачу. Ток диода же не менее, чем номинальный, правда есть одна тонкость – нагрузка будет импульсная: ток номинальный 1А, но потребление теоретически может быть и выше до 2А просто кратковременно при заряде затвора ключа. Поэтому взял Шоттки на 60В и 2А – запас жопу не жмет как говорят в нашей доблестной армии.

5) С6-С11 – минимальная емкость выходного конденсатора указана на рисунке 4, в однотактных преобразователях именно он уменьшает пульсации тока, отдавая энергию. У меня получилось 99 мкФ – на деле работать будет, но пульсации будут около 1-2В. Это опять же опыт, либо считать руками. Чтобы не портить бумагу можно смоделировать выходную цепь в MicroCap. Я поставил суммарную емкость в 660 мкФ, этого более чем достаточно для получения пульсаций в пределах 100 мВ.

6) L2-L4 – индуктивности моделируются так же в MicroCap, самый простой способ и точный. А так можно ставить с индуктивностью от 2.2 до 10 мкГн без каких-либо опасений, будет работать достойно. Ток дросселя должен быть не менее, чем номинальный, то есть 1А. Я применил дроссели с индуктивностью 10 мкГн и током 1.1А от Epcos.

7) R3 – тут все по закону Ома: R = (UП — UД) / IС = (15,3В – 2,6В) / 0,008А = 1570 Ом – ближайший номинал 1,5 кОм. «15,3В» — это напряжение на выходе от которого питается светодиод оптрона. «2,6В» — падение на светодиоде (в даташите берется). «0.008А или 8 мА» — ток, который мы направим в оптрон, вообще можно до 20 мА, но смысла нет и 1-10 мА вполне достаточно – дольше проживет.

8) R6 и R8 – образуют делитель напряжения, который собственно задает напряжение на выходе. Оно считается так: UВЫХ = UREF * (1+R2/R8) = 2,56В * (1+100/20) = 2,56В * 6 = 15,36В – отлично же! «UREF = 2,56В» — это напряжение при котором пробивает «программируемый стабилитрон» TL431, то есть при достижении напряжения 2,56В на управляющей ноге 2 стабилитрон открывается и подает «землю» с ноги 3 на ногу 1 и соответственно на анод светодиода оптрон. Так TOP227 узнает, что хватит качать энергию. Сами номиналы резисторов подбираются так, чтобы при деление выходного напряжения (которое мы хотим) получалось ровно 2,56В.

9) R2, R4, R7 – токоограничивающие резисторы на светодиодах, я не хочу светить ими в полный накал, поэтому подавать буду не 12-15 мА, которые они хотят по даташиту, а всего 5 мА иначе они слепят не плохо так. Опять прибегаем к закону Ому: R = (UП — UД) / IС = (15,3В – 2,6В) / 0,005А = 2540 Ом – ближайший номинал 2,4 кОм.

Схемотехника преобразователя напряжения по топологии «полумост»


Задача данного модуля преобразовать напряжение с ККМ с номиналом 380В в необходимое выходное 15В. Полумост я выбрал исходя из уменьшенного количества компонентов на фоне полного моста, а так же достаточно высокого значения КПД. С резонансником я заморачиваться не стал, габариты мне не критичны, а выигрыш в 1-2% не стоит таких усилий.

Устройство построено по распространенной схеме: «ШИМ контроллер (TL494) + драйвер полумоста (IR2110S) + 2 х N-канальных Mosfet-ах + диод Шоттки в выходном выпрямителе», поэтому ничего сверхнового тут не будет, единственное я добавил защиту по току на Холловском датчике тока ACS758, т.к. ток достаточно большой и измерять его хочется по возможности точнее — оборудование целее будет.

image
Рисунок 8 — Схема полумостового преобразователя напряжения

Теперь пробегусь по компонентам, чтобы читателю, желающему повторить данное устройство, было понятно откуда что берется и как пересчитать номиналы под собственную задачу:

1) Один из основных параметров для ШИМ контроллера — это частота встроенного генератора. Рабочая частота для двухтактного блока питания будет составлять 1/2 от частоты генератора. Задается данный параметр с помощью RC-цепочки, на схеме это R37-C43. Формула для расчета частоты генератора приведена в даташите и выглядит следующим образом: fosc = 1,1 / (RT * CT). Рабочая частота у меня 100 кГц, значит расчетная частота для генератора должна быть вдвое больше — 200 кГц. Считаем: пусть С43 имеет емкость 2.2 нФ, тогда RT = 1,1 / (200 000 Гц * 0,0000022 Ф) = 2500 Ом — беру ближайший номинал 2.4 кОм;

2) Обратная связь по току реализована на встроенном, в ШИМ-контроллер, компараторе. При токе 40А согласно даташиту на ACS758-50B будет напряжение: UВЫХ = UVCC + Iизм*0,04В/А = (5В / 2) + (40А * 0,04В/А) = 2,5В + 1,6В = 4,1В. Чтобы компаратор выдал ошибку в видел лог.1 и ШИМ-контроллер понял, что пора уменьшить скважность ШИМа, неоходимо сигнал с датчика подавать на положительный вход ОУ, а на инверсный надо подать опорное напряжение значение 4.1В. У TL494 есть встроенный источник опорного напряжения (ИОН) на 5В, необходимо сделать делитель напряжения с коэф. деления равному: 5В / 4.1В = 1.22. Данный делитель реализован на R27-R26, я подобрал номиналы 2 и 10 кОм, коэф. деления будет равен 1,2В и на инверсном входе компаратора будет опорное напряжение, равное: UОП = UREF / (1+R27 / R26) = 5В / (1 + 2/10) = 4,16В — это значение соответствует току в 41.3А. Так и оставляем;

3) Обратная связь по напряжению «классическая», сильно рассказывать о ней не будут. Выходное напряжение через делитель поступает на TL431 с напряжением открытия 2,56В. Как только напряжение достигает нужного значения TL431 подключает светодиод оптрона к земле и он загорается, подавая +5В на положительный вход встроенного ОУ (их аж 2 штуки у TL494). Когда оптрон закрыт вход через резистор R30 подтянут к земле и компаратор выдает лог.0. На инверсный вход через делитель подается 1/2 UREF равное 2.5В, поэтому при закрытом оптроне на прямом входе 0В и выход ОУ равен 0, когда оптрон открыт, то на прямом входе 5В, что больше 2.5В и на выходе ОУ устанавливается 1, сообщая об ошибке;

4) C25, 26 — конденсаторы создают «среднюю точку», конденсаторы применяются с рабочим напряжением 200-250В. Я поставил конденсаторы от Epcos на 220 мкФ и 250В;

5) VT2, 3 — полевые транзисторы, такие же как в ККМ. Напряжение «сток-исток» с большим запасом, реально там не будет более 200В + выбросы 50-100В. Такой запас позволяет отказаться от снабберных цепей. Ток в ключах будет: IVT = PВЫХ / UДЕЛ = 600 Вт / (380В / 2) = 600 Вт / 190В = 3,15А. Наши ключи на 11А, так что даже пиковые кратковременные перегрузки не навредят преобразователю;

6) Выходной дроссель L6 мы уже рассчитывали и результаты приведены на рисунке 3.

Схемотехника силовой части и управления достаточно стандартные, если вдруг у вас остались вопросы, то смело спрашивайте в комментариях или в личных сообщениях. По возможности постараюсь всем ответить и объяснить.

Дизайн печатной платы импульсного блока питания


Вот я и добрался до этапа, который остается для многих чем-то сакральным — дизайн/разработка/трассировка печатной платы. Почему предпочитаю именно термин «дизайн»? Он ближе к сущности данной операции, для меня «разводка» платы всегда процесс творческий как у художника написание картины, да и людям из других стран будет проще понять чем вы занимаетесь.

Сам процесс проектирования платы не содержит в себе каких либо подводных камней, они содержатся в том устройстве для которого она предназначена. На деле силовая электроника не выдвигает какое-то дикое количество правил и требований на фоне того же СВЧ аналога или скоростных цифровых шин данных.

Я перечислю основные требования и правила касающиеся именно силовой схемотехники, это позволит реализовать 99% любительских конструкций. О нюансах и «хитростях» рассказывать не буду — каждый должен сам набить себе шишек, получить опыт и уже оперировать им. И так поехали:

1) Ширина проводников — чем они шире, тем лучше. Причин для этого несколько. Во-первых, увеличивая данный параметр мы снижаем паразитную индуктивность проводников, а значит помех, наводок и прочих гадостей в управляющем сигнале будет меньше. Во-вторых, мы сможем пропускать больший ток, т.к. сечение проводника будет больше. В-третьих, увеличивая площадь поверхности проводника мы увеличиваем количество тепла и интенсивность с которой оно отдается, а значит и охлаждать такие проводники намного проще и можно позволить себе большую плотность тока;

Немного о плотности тока в печатных проводниках
Часто люди не задумываются о данном параметре и мне приходилось встречать, где силовая часть выполнена проводниками 0.6 мм при 80% площади платы просто пустующей. Зачем так делать для меня лично загадка.

Так какую же плотность тока можно брать в расчеты? Для обычного провода стандартной цифрой является 10А/мм2, это ограничение привязано к охлаждению провода. Можно пропускать и больший ток, но перед этим опустите его в жидкий азот. У плоских проводников, как на печатной плате к примеру, площадь поверхности большая, охлаждать их проще, а значит можно позволить себе большие плотности тока. Для нормальных условий с пассивных или воздушным охлаждением принято брать в расчет 35-50 А/мм2, где 35 — для пассивного охлаждения, 50 — при наличии искусственной циркуляции воздуха (мой случай). Есть еще одна цифра — 125 А/мм2, это по настоящему большая цифра, не все сверхпроводники могут ее себе позволить, но она достижима лишь при погружном жидкостном охлаждение.

С последним я столкнулся при работе с одной компанией, занимавшейся инженерными коммуникациями и проектированием серверов, на мою доля выпал как раз дизайн материнской платы, а именно часть с многофазным питанием и коммутацией. Сильно удивился, когда увидел плотность тока в 125 А/мм2, но мне объяснили и показали на стенде такую возможность — тут я понял зачем же целые стеллажи с серверами погружают в огромные бассейны с маслом)))

В моей железке все по проще, 50 А/мм2 цифра вполне себе адекватная, при толщине меди в 35 мкм полигоны без проблем обеспечат нужное сечение. Остальное же было для общего развития и понимания вопроса.

2) Длина проводников — в данном пункте нету необходимости равнять линии с точностью до 0,1 мм как это делают, например, при «разводке» шины данных DDR3. Хотя все равно крайне желательно делать длину сигнальных линий примерно равно длины. Достаточно будет и +-30% длины, главное не делать HIN в 10 раз длиннее, чем LIN. Это необходимо, чтобы фронты сигналов не смещались относительно друг друга, ведь даже на частоте всего в сотню килогерц разница в 5-10 раз может вызвать сквозной ток в ключах. Особенно это актуально при малом значение «мертвого времени», даже при 3% у TL494 это актуально;

3) Зазор между проводниками — он необходим для уменьшения токов утечки, особенно это касается проводников, где протекает ВЧ сигнал (ШИМ), ведь поле в проводниках возникает сильно и ВЧ сигнал за счет скин-эффекта стремится вырваться как на поверхность проводника, так и за его пределы. Обычно достаточно зазора в 2-3 мм;

4) Зазор гальванической развязки — это зазор между гальванически развязанными участками платы, обычно требование на пробой около 5 кВ. Чтобы пробить 1 мм воздуха надо около 1-1,2 кВ, но у нас пробой возможен не только по воздуху, но и по текстолиту и маске. В заводских условиях используются материалы проходящие электротестирование и можно спать спокойно. Поэтому основная проблема воздух и из вышеописанных условий можно сделать вывод, что достаточно будет около 5-6 мм зазора. В основном разделение полигонов под трансформатором, т.к. он является основным средством гальванической развязки.

Теперь перейдем непосредственно к дизайну платы, я не буду в данной статье рассказывать ну супер подробно, да и вообще писать целую книгу текста желания не много. Если наберется большая группа желающих (в конце опрос сделаю), то просто сниму видеоролики по «разводке» данного устройства, это будет и быстрее и информативнее.

Этапы создания печатной платы:

1) Первым делом необходимо определиться с примерными габаритами устройства. Если у вас есть уже готовый корпус, то вы должны измерить посадочное место в нем и отталкиваться в размерах платы именно от него. Я же планирую корпус сделать на заказ из алюминия или латуни, поэтому буду стараться сделать максимально компактное устройство без потери качества и ТТХ.

image
Рисунок 9 — Создаем заготовку будущей платы

Запомните — габариты платы должны быть кратны 1 мм! Или хотя бы 0.5 мм, иначе вы еще вспомните мое завещание Ленина, когда будете собирать все в панели и делать заготовку на производство, а конструкторы, которые будут создавать по вашей плате корпус засыпят вас проклятиями. Не надо создавать плату с размерами аля «208,625 мм» без крайней необходимости!
P.S. спасибо тов. Лунькову за то, что он все таки донес мне эту светлую мысль))

Тут я сделал 4 операции:

а) Сделал саму плату с габаритными размерами 250х150 мм. Пока это примерный размер, дальше думаю ужмется ощутимо;
б) Закруглил углы, т.к. в процессе доставки и сборку острые убьются и сомнутся + плата приятнее выглядит;
в) Разместил крепежные отверстия, не металлизированные, с диаметром отверстия 3 мм под стандартный крепеж и стойки;
г) Создал класс «NPTH», в который определил все не металлизированные отверстия и создал для него правило, создающие зазор 0.4 мм между всеми другими компонентами и компонентами класса. Это технологическое требование «Резонита» для стандартного класса точности (4-й).

image
Рисунок 10 — Создание правила для не металлизированных отверстий

2) Следующим этапом необходимо сделать расстановку компонентов с учетом всех требований, она должна быть уже сильно приближена к конечному варианту, т.к. побольше части сейчас определятся финальные габариты платы и ее форм-фактор.

image
Рисунок 11 — Выполнена первичная расстановка компонентов

Установил основные компоненты, они уже с большой вероятностью не будут перемещаться, а следовательно габаритные размеры платы окончательно определены — 220 х 150 мм. Свободное место на плате оставлено не просто так, там будут размещены модули управления и прочие мелкие SMD компоненты. Для удешевления платы и удобства монтажа все компоненты будут только на верхнем слое, соответственно и слой шелкографии только один.

image
Рисунок 13 — 3D вид платы после расстановки компонентов

3) Теперь, определив расположение и общую структуру расставляем оставшиеся компоненты и «разводим» плату. Дизайн платы можно выполнить двумя способами: в ручную и с помощью автотрассировщика, предварительно описав его действия парой десятков правил. Оба способа хороши, но данную плату сделаю все таки руками, т.к. компонентов мало и особых требований по выравниваю линий и целостности сигналов тут нет и не должно быть. Так будет определенно быстрее, автотрассировка хороша, когда много компонентов (от 500 и далее) и основная часть схемы цифровая. Хотя если кому-то будет интересно, то могу показать как «разводить» платы автоматически за 2 минуты. Правда перед этим надо будет весь день писать правила, хех.

После 3-4х часов «колдунства» (половину времени отрисовывал модели недостающие) с температурой и чашечкой чая я наконец-то развел плату. Я даже не задумывался от экономии места, многие скажу, что габариты можно было ужать на 20-30% и будут правы. У меня штучный экземпляр и тратить свое время, которое явно дороже 1 дм2 за двухслойную плату, было просто жалко. Кстати о цене платы — при заказе в «Резонит»-е, 1 дм2 двухслойной платы стандартного класса, обходится примерно в 180-200 рублей, так что много тут не сэкономить если у вас конечно не партия в 500+ штук. Исходя из этого, могу посоветовать — не извращайтесь с уменьшением площади, если 4 класс и не требований к габаритам. И вот что получилось на выходе:

image
Рисунок 14 — Дизайн платы для импульсного блока питания

В дальнейшем я буду проектировать корпус для данного устройства и мне необходимо знать его полные габариты, а так же иметь возможность «примерить» его внутрь корпуса, чтобы на финальной стадии не выяснилось, например, что основная плата мешает разъемам на корпусе или индикации. Для этого я всегда страюсь отрисовывать все компоненты в 3D виде, на выходе вот такой результат и файлик в формате .step для моего Autodesk Inventor:

image
Рисунок 15 — Трехмерный вид на получившиеся устройство

image
Рисунок 16 — Трехмерный вид на устройство (вид сверху)

Теперь документация готова. Сейчас необходимо сформировать необходимый пакет файлов для заказа компонентов, у меня все настройки уже прописаны в Altium-е, поэтому выгружается все одной кнопкой. Нам необходимы Gerber-файлы и файл NC Drill, в первом хранится информация о слоях, во втором координаты сверловки. Посмотреть файлик для выгрузки документации можно будет в конце статьи в проекте, выглядит это все примерно так:

image
Рисунок 17 — Формирования пакета документации для заказа печатных плат

После того, как файлы готовы можно заказывать платы. Конкретных производителей рекомендовать не буду, наверняка есть лучше и дешевле именно для прототипов. Все платы стандартного класса 2,4,6 слоев я заказываю в Резоните, там же 2 и 4-х слойный платы 5-го класса. Платы 5 класса, где 6-24 слоя в Китае (например, pcbway), а вот платы HDI и 5-го класса с 24 и более слоями уже только на Тайване, все таки качество к Китае еще хромает, а где не хромает ценник уже не такой приятный. Это все касается прототипов!

Следуя своим убеждениям я иду в Резонит, ох сколько они нервов потрепали и крови выпили… но в последнее время вроде исправились и начали более адекватно работать, хоть и с пинками. Заказы я формирую через личный кабинет, вводите данные о плате, подгружаете файлы и отправляете. Личный кабинет у них мне нравится, цену кстати тут же считает и можно меняя параметры добиться лучше цены без потери качества.

Например, сейчас я хотел плату на текстолите 2 мм с медью 35 мкм, но оказалось, что такой вариант в 2,5 раза дороже чем вариант с 1,5 мм текстолитом и 35 мкм — поэтому выбрал последний. Для увеличения жесткости платы я добавил дополнительные отверстия под стойки — проблема решена, цена оптимизирована. Кстати, если бы плата шла в серию, то где-то на 100 штуках эта разница в 2,5 раза пропала и цены сравнялись, ибо тогда нестандартный лист закупали под нас и потратили без остатков.

image
Рисунок 18 — Финальный вид расчета стоимости плат

Финальная стоимость определена: 3618 рублей. Из них 2100 — это подготовка, она платится только один раз на проект, все последующие повторения заказа идут уже без нее и выплатите лишь за площадь. В данном случае 759 рублей за плату площадью 3.3 дм2, чем больше серия, тем меньше будет стоимость, хотя и сейчас она 230 руб/дм2, что вполне приемлемо. Можно было конечно сделать срочное изготовление, но я заказываю часто, работаю с одним менеджером и девушка всегда старается пропихнуть заказ быстрее если производство не загружено — в итоге и с вариантом «мелкая серия» по сроком выходит 5-6 дней, достаточно просто вежливо общаться и не хамить людям. Да и спешить мне сильно некуда, поэтому решено сэкономить около 40%, что как минимум приятно.

Эпилог


Ну вот я и подошел к логическому завершению статьи — получение схемотехники, дизайна платы и заказ плат на производстве. Всего же будет 2 части, первая перед вами, а во второй буду рассказывать как я проводил монтаж, сборку и отладку устройства.

Как и обещал делюсь исходниками проекта и прочими продуктами деятельности:

1) Исходник проекта в Altium Designer 16 — тут;
2) Файлы для заказа печатных плат — тут. Вдруг вы захотите повторить и заказать, например, в Китае, этого архива более чем достаточно;
3) Схема устройства в pdf — тут. Для тех, кто с телефона или для ознакомления не хочет тратить время на установку Altium (качество высокое);
4) Опять же для тех, кто не хочет ставить тяжеловесный софт, но интересно покрутить железку выкладываю 3D модель в pdf — тут. Для просмотра надо обязательно скачать файл, когда откроете в правом верхнем углу жмем «доверять документу только один раз», дальше тыкаем в центр файла и белый экран превращается в модельку.

Так же хочется поинтересоваться мнение читателей… Сейчас платы заказаны, компоненты тоже — по факту есть 2 недели, о чем написать статью? По мимо таких «мутантов» как эта иногда хочется наваять что-то миниатюрное, но полезное, несколько вариантов я представил в опросах, либо предлагайте свой вариант наверное в личку, чтобы не засорять комментарии.
Какую тему для следующей статьи выбрать?

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

Поделиться публикацией
Похожие публикации
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама
Комментарии 278
  • 0
    Норм статья, прочитал с интересом. Хотя расчёты, сделанные в программе, всё же интересней было бы видеть в виде формул.
    • +1
      А зачем? Статья итак насыщена информацией. Давайте еще и калькулятор на логике соберем, чтобы формулы считать ;)
      • +1
        Просто автор такую интригу тут сделал:
        «Думаю самый интересный участок данного проекта именно корректор коэффициента мощности, т.к. по ним достаточно мало информации в интернете, а рабочих и описанных схем еще меньше. „

        А потом “бац» и вбиваем значения в программу)
        • 0
          Я в статье предложил, что если будет интересно, то могу сделать уже статью поменьше именно по расчетам руками) Учту, что как минимум пару человек будут такое читать.
          Почему калькулятор — это быстро, все таки в современном мире живем, правда сам часто и в столбик считаю если до калькулятора надо идти. Статья просто и так разрослась сильно, мне кажется половина и нынешний вариант не дочитает)
          • 0
            Думаю, далеко не пара. Я своим в отделе дал прочитать, все довольны.
            Большое спасибо, с и хотя и были некоторые моменты не совсем ясны, но гугление никто не отменял.
            • 0
              Тогда совсем очевидный повод) сейчас за DC/AC рисовалку синуса засел писать, дальше если успею про расчеты напишу — до прихода плат с производства
          • 0
            С удовольствием бы прочитал именно про расчеты, т.к. когда разработчик понимает откуда что взялось, он лучше представляет себе работу устройства и лучше понимает, как добиться той или иной цели.
        • 0
          [зануда-on]Формулы помогают вникнуть в суть и понимать процессы, а бездумное тыкание в калькулятор дает только некий результат. А непонимание того как получен результат не дает возможности проверить его. [зануда-off]

          а так статья понравилась, достаточно развернутый материал.
          • 0
            Вы правы от части, но переписывать книгу Семенова в статью было бы еще тем извращением)) В ней есть наверное все, что касается базы и ссылку приложил. Я формулы приводил там, где необходимо было «заполнить пробел», например, чтобы было понятно откуда взялись номиналы на схеме и где их искать, чтобы пересчитать под свои нужды.
            • 0
              Тогда добавьте еще один пункт к голосованию, который касается теории рассчета ккм, допустим. Потому как, всё же, гораздо лучше и надежнее, если человек сам будет понимать, что он делает, а не «тыкать кнопки». Я бы с удовольствием почитал такую статью, например.
              • 0
                Думаю ее реализую в обязательном порядке после части с отладкой.
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • +1
          Оо, кажется кто-то еще собрался собирать блок=)
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          • 0
            Чистого времени на проект, без сторонних отвлечений — около 2-х часов. Не мало времени ушло на отрисовку колец, радиаторов, транзисторов, в общем всего, что не нашел на «3D контент».
            Все библиотеки с компонентами я делаю интегрированные, если вы об этом. VIA там всего около 300 штук, если речь и вич стичинг. Резонит без проблем такое делает, в цифровых схемах иногда заливаю 0.4/0.2 via с шагом 0.5 мм и делают. Оправдано ли? Да, вполне, нет скопления заряда в конкретных узлах, а значит и уровень излучений меньше. Можно ли без этого было обойтись? Разумеется можно, но сделал, т.к. технологических трудностей это не вызывает, цену не увеличивает, а небольшой профит есть.

            Это не легенды, к контору старую осенью такое письмо тоже приходило, ох и шумихи было. Мне несколько проще — Altium у меня лицензионный, один из постоянных заказчиков оплатил, а раньше использовал универскую версию. Выходные файлы тоже выложил.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              • 0
                Библиотеки свои уже года 3 делаю, каждый день парочка новый элементов да добавляется) Тут оценить сложно. Возможно как нибудь напишу статейку именно о методах и подходах к проектированию. Цифры на форумах расходятся, т.к. человеческий фактор тут огромен, квалификацию у людей отличается очень сильно. А так тему достаточно интересную поняли, именно о процессах разработки инфы действительно мало, иногда бывают семинары и курсы от всяких Altium, правда ценник там жуткий, по-моему контора платила около 200 тыс. за человека, курсы были 36 часов.
            • +1
              некоторые люди из некоторой организации отправляли на завод исходники вместо gerber, вскоре к ним позвонили некоторые люди с словами «парни, купите у нас пакеты

              Что говорит о том, что с этой организацией, которая сливает данные о клиентах левой конторе (Altium-у, например), лучше больше дела не иметь. Это Резонит, я правильно понял?
              • 0
                Именно они) Организацию действительно интересная, правда пока замены для прототипов по скорости и цене не вижу. Если что-то подскажут в замену буду признателен, а так был случай, что я «суперэкспресс» ждал 2 месяца.
            • +1

              Я так и не увидел выкладок почему именно такая емкость на выходе ККМ. Или просмотрел? Были расчеты или просто эмпирически с запасом?
              Почему 494 а не что-нибудь типа 3525 с встроенным драйвером? Не потянет затворы?
              Не сказал бы что статья прям для новичков, правда и подготовленным слушателям интересно лишь для общего развития. К примеру как-то вскользь упомянуть про емкость транзисторов а синхронно выпрямителе, не зная можно подумать про емкости сток-исток или еще что а не о проблемах с управлением. Ну а формул не надо, кому надо в литературе почитает. Да, грамматику просмотрите, спойлер про конденсаторы не совсем хорошо написано. Вобщем с интересом почитал, спасибо.

              • 0
                Было описание и цифры — все завязано на мгновенном токе (или ESR как удобно) у конденсаторов. Чем выше емкость, тем меньше ESR, т.к. площадь обкладок увеличивается. Подбор осуществляется не по емкости, а по esr. Минимально ниобходимый был у 2-х банок на 330 мкФ, у меня большое количество на 470 мкФ уже имеется, поэтому применил их.
                Я думаю потянет, но ток там меньше и фронты похуже, в таком исполнение затворы будут шустрее заряжаться, а значит динамические потери упадут.
                За замечания по синхронникам спасибо, тут вы правы, в следующий раз как минимум дам ссылки на информацию, где с ними ознакомиться лучше. Если рассказывать сильно подробнее, то опять же объем растет и напрягает голову.
                • 0
                  Не только по потерям на ESR — при проектировании необходимо уложиться по допустимым пульсациям на нагрузке ККМ.
                  • 0
                    Пульсации от тока зависят в том числе. Насколько мне известно из современных журналов, книг и семинаров — подход, когда опирались от емкости уже себя изжил. Стараются повышать частоты и мгновенный ток, тогда необходимость в больших емкостях отпадает.
                    Хотя возможно я тут и не до конца прав, именно поэтому и взял «проверенный вариант» в предыдущих поделках о чем и указал в статье.
                    В статье про отладку я обязательно освещу этот момент и потыкаюсь осциллографом и посмотрю зависимости.
                    • 0
                      Упс. Это неправильный ответ. Я имел в виду пульсации на 100гц.
              • 0
                Замечательная публикация, непременно пишите ещё! Вопрос: проект простой, почему Altium, а не KiCAD?
                • +1
                  Спасибо!
                  По САПР сложный вопрос, я использую Altium в проектах по проще, а в работе в основном Cadence. К первому привык и многие заказчики хотят видеть проекты именно в нем из-за его распространения, второй не разваливается если проект большой с кучей слоев и компонентов.
                  KiCAD в живую даже не видел)) Из бесплатного достаточно неплох ДипТрейс, но это «любительский» софт все таки. В поддержку altium-а могу сказать так:
                  1) система библиотек удобная
                  2) система правил гибкая и удобная
                  3) интерфейс удобен, современен и приятен глазу
                  4) все в одной единственно программе
                  5) как ни странно — цена! Cadence и Mentor дороже
                  • 0
                    Вопрос был не совсем про САПР, скорее про поддержку open source путём его использования :)
                    • +2
                      я не так понял тогда) Для open source есть схема в pdf, кто захочет может перерисовать в любой удобный САПР открытый. Насколько известно большинство вообще до сих пор используют layout, так что с исходником проекта не угадать.
                      Можно кстати еще импортировать проект альтиума, опять же известный мне диптрейс вроде такое умеет.
                • 0
                  Подскажите пожалуйста, я хотел бы собрать электронную сигарету на микроконтроллере, работающую как обычно от литий-ионных аккумуляторов так и от отдельного мощного блока питания.
                  Я вот не знаю, какой преобразователь мне сделать, что бы входное напряжение было примерно от 3 до 12 вольт, а выходное регулировалось микроконтроллером?
                  Просто это было бы очень удобно, например, походил с электронкой на аккумуляторах, разрядил, пришел домой подключил к станции (блоку питания) и сидишь дальше паришь, а в этот момент нагрузка висит на блоке питания, а аккумуляторы спокойно заряжаются.
                  Смотрел на Алиэкспрессе приблизительно подходящие DC-DC преобразователи, но у них максимальный ток 2-3 ампера, что очень мало.
                  Кстати, спасибо за интересную статью)
                  • 0
                    а выход напряжения в каких диапазонах? Какой ток хотите на выходе? Скорее всего подойдет пуш-пулл или полный мост (Н-мост), первый проще в реализации и компактнее.
                    • 0
                      Выходное напряжение примерно такое же как и входное, с учетом КПД конечно же, ток 20-30 ампер.
                      Вообще все это интересно, как так сделать что бы компактно, высокий КПД, большой ток и возможность регулировки напряжения, защита от КЗ.
                      Наверное это все довольно таки сложно, есть модели которые можно одновременно использовать и заряжать, но там нагрузка остается висеть на аккумах продолжая их разряжать, что там тех 2А от зарядки то, в итоге аккумы теряют емкость.
                      Такой диапазон входного напряжения будет удобен, например можно использовать в автомобиле, что бы провод не больно толстый получился.
                      • 0
                        Задача не простая, но думаю сделать реально. Для компактности есть современные сборки GaN ключей + контроллер встроенный, 20-30А не сильно большой ток. Если бы мне пришлось такую задачу, то начал бы с push-pull топологии и макете, чтобы обкатать идею. Дальше уже бы искал пути как уменьшить габариты и увеличить кпд.
                        • 0
                          Интересный вариант для посмотреть — контроллеры для питания процессора, есть даже многофазные. Обычно они рассчитываются под высокий КПД на токи под 100А и есть несколько вариантов с питанием от 12В или от 3.3В, с материнок же можно взять и полевики.
                          • 0
                            На материнках прелесть, что входное напряжение не имеет такого разброса: 3...12В. В них обычно разница входного и выходного 0,2-0,5В, чтобы не было падения большого и кпд максимален был. Тут народ хочет «универсальности», а она обычно дорого обходится))
                            • 0
                              зато там заточено под максимальный КПД, дроссель пересчитать только под нужный диапазон входных напряжений… а так у нас готовый выход в несколько вольт с синхронным выпрямителем и прочими плюшками — контроль тока, цифровая установка напряжения и т.д.
                              • 0
                                Это да, главное чтобы дроссель не сильно вырос в размерах, тогда можно правда частоту задрать.
                              • 0
                                В каком смысле разница входного и выходного 0.2-0.5?

                                На входе же 12В с приличным достустимым разбросом (не 3..12 конечно, но плюс минус 5% просто обязан работать по стандарту, а в реальности и ± 10% обычно нормально работает), а на выходе очень качественно стабилизированные от 0.7 до 1.5 В примерно.
                              • 0
                                Да я уже думал насчет этого, но мне кажется габариты получатся через-чур велики.
                                Нашел старый огрызок материнки, по питанию процессора стоят три дросселя R68, на каждый дроссель стоит по паре транзисторов p75n02ldg и p0903bdg, еще пара последних с ШИМ apw7120 около разъема psi.
                                В общем, мне подсказали вариант по проще, сделать простой ШИМ-регулятор, без всяких трансформаторов и дросселей, просто ШИМка и мощные транзисторы, мол так делают в заводских вейпах.
                                А я пока думаю, как бы это все сделать, есть 3 БП АТХ с разными ШИМ и старый блок питания для первой плойки в смд исполнении с ШИМом UC3843A, хотелось бы последний использовать.
                          • 0
                            Делайте для двух аккумуляторов последовательно, как я в своих. Все равно же не от одного питать будете. Оно и проще, и надежнее (от аккумуляторов меньший ток требуется — меньше риск бабаха).

                            Повышатель 3 вольта в 12 при токах в десятки ампер — это весьма габаритная конструкция получится.
                            • 0
                              Ага, вариант поднять напругу, уменьшив ток в 2 раза весьма хорош. Есть кстати и контроллеры у Texas для 2-х последовательно включенных Li-ion, серия вроде BQ24xxx. Вроде есть даже с BMSом встроенным сразу.
                              • 0
                                На самом деле есть проблемы с поднятием напряжением в сигаретах, народ заводские спирали делает шибко низкоомные часто (как раз под одну ячейку или параллельно все). Так что ток нагрузки в два раза больше даже получается (а мощность вообще за разумные рамки выходит, хотя это решается термоконтролем/регулировкой мощности). Приходится либо более высокоомные спирали делать, либо понижать напряжение с импульсным ключом и дросселем.
                              • 0
                                Идея действительно не плохая, раз уж на то пошло, то мне проще взять сразу три аккума соединенных последовательно.
                                В таком случае, имеет смысл отказаться от возможности повысить напругу выше той что дают аккумы, а только понижать.
                                Например, поставил два аккума полностью заряженных 4.2*2=8.4 вот и предел, или 4.2*3=12.6, хочешь уменьшить мощность, понижаем напругу.
                                Подключились к станции, нагрузка переключилась, аккумы через балансир заряжаются, а предел уже повысился до 12 вольт.
                                Что думаете?
                                • 0
                                  3 еще лучше теоритически, только надо на макетке собирать и тестировать, мне кажется потенциально возникнут проблем с полной зарядкой Li-ion банок от бортовой сети автомобиля. Контроллер потребует наверняка 12.6В + падение на его внутренних ключах и диодах, то есть не меньше 13.5В.
                                  Со станцией зарядки проще, ее можно сделать любую под свои параметры.
                                  • 0
                                    Думаю, так как конечная реализация будет на микроконтроллере, можно ведь сделать свой балансир?
                                    Я имею ввиду, определять напряжение подключенного питания и в зависимости от количества вставленных аккумов выбирать режимы зарядки.
                                    Например, подключил к борт-сети автомобиля, контроллер померил напряжение 12.4, затем исходя из значения какой-либо переменной, означающей о количестве подключенных аккумуляторов, контроллер выставляет режим зарядки.
                                    Если напряжение 12.4 вольта, что недостаточно для одновременной зарядки 3 аккумов, то заряжаем сначала два, а затем и третий.
                                    Если напряжение достаточное для зарядки сразу 3х аккумов и их действительно установлено 3, то например, до заряжаем по очереди самый посаженные, так сказать балансируем, а затем все вместе.
                                    Просто насколько я понимаю, в контроллерах есть свой генератор частоты (или внешний кварц), а это значит что можно поставить пару-тройку маломощных транзисторов и управлять током заряда аккумуляторов, верно?
                                    • 0
                                      В теории можно, но будет слишком габаритно, т.к. функционал и его разветвления слишком накручены)
                                    • 0
                                      Станцию думаю сделать не проблема, возьму АТХ БП 400-500 ватт и перемотаю трансформатор литцендратом на 13-14 вольт, добавлю подстроечник в делитель цепи обратной связи усилителя ошибки, шины по жирнее и клеммы, готово)
                                      Я вот определиться с преобразователем не могу, пуш-пул это я так понимаю надо делать на Ш-образном трансформаторе, две первичной обмотки, но каких он будет габаритов? Что бы хотя-бы 100ватт тянул.
                                      Хотя наверное можно и на ферритовом бублике, должен по меньше получиться.
                                      Еще думаю может сделать многофазный преобразователь, по типу питания процессоров и видео-карт, но в конечном итоге выйдет по габаритам еще больше и тяжелее, к тому же ШИМка специализированная заведется только от 12 вольт.
                                      У меня валяется моя старая материнка, вроде 4 фазы на проц, надо будет глянуть.
                                    • 0
                                      Ну, если Вам действительно нужно от 12 вольт питать, то понижалку придется делать (но заряжать все же проще два аккумулятора последовательно, а не три). Впрочем, не особо сложная вещь получается, мосфет, драйвер его и дроссель (я для своего вейпинг-мода подобрал из серии IHLP5050*) с конденсатором, на сотнях килогерц должен выдавать ток в десяток-полтора ампер.

                                      Но проще сделать с двумя ячейками, без питания от 12 вольт (только зарядка через понижалку меньшей мощности).
                                      • 0
                                        Да проще, только вот под основную задумку не вписывается, как универсальный вейп.
                                        Например, аля вейп-бар, на столах стоят мощные блоки питания ватт по 400-500, к каждому блоку подключено по 4-5 вейпа.
                                        Можно придти компанией по парить, можно купить отдельно вейп, станцию на одного или несколько подключений, а так зашел подключил свой и паришь, сел в машину и паришь, аккумуляторы при этом заряжаются.
                                        В качестве вейп-станции буду переделывать комп. БП, как для прототипа, а затем может спроектирую свой БП, добавлю контроллер ESP для управления через WiFi, придумать много чего можно)
                                • 0
                                  Несколько замечаний:
                                  • 1. В схеме «дежурки» во вторичке указаны выпрямительные диоды на 1 А (VD2-VD5 типа 10MQ060), а в тексте — на 2 А.
                                  • 2.
                                    7) R3 – тут все по закону Ома: R = (UП — UД) / IС = (15,3В – 2,6В) / 0,008А = 1570 Ом – ближайший номинал 1,5 кОм. «15,3В» — это напряжение на выходе от которого питается светодиод оптрона. «2,6В» — падение на светодиоде (в даташите берется).
                                    Для PC817 это 1.2 В ном. и 1.4 В макс. при токе светодиода 20 мА. Если ещё строже — также вычесть в скобках минимальное напряжение катод-анод на TL431 (Vka мин. = Vref). Впрочем, уточнения всё-равно приводят к цифре 1.5 кОм. ;-)
                                    Но при меньшем выходном напряжении — R3 был-бы существенно другим.
                                  • 3. В схеме делителя ОС по напряжению основного канала — я-бы добавил резистор в 0.51-1.5 кОм параллельно светодиоду оптрона. Считая, что в рабочем режиме напряжения на 1IN- и 1IN+ равны (петля ОС замкнута) мы получим, что ток через транзистор оптрона V2 составляет около 1 мА (1IN+ ток не потребляет, 2.5 В / R30). При достаточно высоком коэффициенте передачи тока V2 (уже для верхней границы CTR в 160% у группы «А») мы можем получить падение тока через DA6 ниже минимально допустимого (0.4 мА ном., 1.0 мА макс. для TL431 производства Texas Instr.). Это существенно снизит точностные и динамические параметры цепи ОС и блока в целом.
                                  • 4. При выбранных номиналах R31 и R33 пределы регулирования получаются существенно шире заданных ± 20%. Так-же — я-бы уменьшил сопротивления R25, R31 и R33 на порядок. FTGJ от ловли помех. И, вишенкой, включить R33 параллельно R31 для того, что-бы при нарушениях подвижного контакта выходное напряжение «соскакивало» вниз, а не вверх.
                                  • 0
                                    1. Я использую обычно именно 1А Шоттки, но в поисках по digikey увидел, что бывают в SMA корпусе и на 2А. Первых у меня катушка целая, поэтому использую их.
                                    2. Все верно, но в китайских 2.6В измерил и написано на них было)) Данные узлы показал как считать специально, т.к. многие могут поставить и другой оптрон, так что лучше измерять и пересчитывать. Так же для избежания всяких казусов с параметрами всегда оставляю некоторый запас — пока спасает даже с китайчиной)
                                    3. Раньше тоже в параллель ставил 1 кОм, но сейчас перестал, т.к. с его отсутствием каких либо проблем ни разу не наблюдал, быстродействие ОС и ее динамика ограничены лишь ШИМ-контроллером, хотя если брать что-то современное из техасов, например, упомянутые в статье UC38xxx, то уже актуально. Хотя замечание хорошее, думаю тем, кто надумает повторять будет поводом посчитать самому и посмотреть в комментарии.
                                    4. Да, номинал специально расширил, чтобы потом не отгребать когда будут испытания под нагрузкой. Если подстроечник все таки умрет, а такого не видел еще, то просто вылетит TL431 — поменять ее не проблема. Стоит учесть, что данный подстроечник не будет постоянно крутиться — один раз выставят номинальное напряжение (скорее всего 13.8В) и забудут.
                                    • 0
                                      • но в китайских 2.6В измерил и написано на них было

                                        Ух, шайтан! Как звали пациента, именно PC817?
                                      • По резистору в параллель светодиоду — наблюдал один раз. На всякий лучай — «дую на воду».
                                      • Если подстроечник все таки умрет, а такого не видел еще, то просто вылетит TL431 — поменять ее не проблема.

                                        В БП, думаю, — никто. Расчётный максимум выходного — 19.2 В. А трансиверу — не поплохеет?
                                      • 0
                                        PC817 именно, взял еще с дуру 200 штук. Проблем с ними нет, но падение больше, ток такой же. Как пыхнет что-то тоже опять ставить начну)) А вообще если что-то серийное, то поставить имеет смысл на всякий случай.
                                        У трансивера внутри линейник свой, от 19В не сгорит, но яичницу пожарить на нем можно будет. Там в требованиях была циферка в 13,8-14В — именно такое значение идеально подходит по паспорту для получения максимальных 100 Вт в передатчике.
                                        • 0
                                          Зато при 19В IMD на выходе улучшится :)
                                    • 0
                                      P.P.S. Это предложение объявляю недействительным. По дороге, от нечего делать, представил схему делителя ещё раз. Сейчас при нарушениях подвижного контакта выходное напряжение будет «соскакивать» как раз вниз.
                                      И, вишенкой, включить R33 параллельно R31 для того, что-бы при нарушениях подвижного контакта выходное напряжение «соскакивало» вниз, а не вверх.
                                    • –1
                                      Большое спасибо за статью! Видео с процессом разводки платы на мой взгляд было бы очень полезным, интересно было бы понаблюдать за ходом принятия решений у профессионала.
                                      • +3
                                        Формат статей с видео тут обычно не очень хорошо встречают, но я хочу попытаться найти компромисс: небольшое описание в виде тезисов и ключевые моменты, чтобы статья не была из одного видео + сам ролик в конце. В любом случае такой вариант попробую в ближайшее время)
                                      • 0
                                        У вас в схеме нет защиты ключей — как Вы оцениваете надежность изделия?
                                        • 0
                                          Что вы подразумеваете под защитой ключей? Снабберы? Про это написано — на ключах рабочее напряжение 190-200В, а сами ключи с напряжением «сток-исток» 800В. Были добавлены только быстрые диоды в параллель технологическим.
                                          • 0
                                            Защита по току имеется в виду, конечно.
                                            • 0
                                              Почему же нету? Прошу обратить внимание на резистивный шунт в ККМ, он нужен и для отслеживания формы тока и для защиты по току, при превышении «номинального значение + 40%» ШИМ заглохнет и энергия в полумост подаваться не будет. Поэтому защита по току есть и в первичных цепях, и во вторичных.
                                              • 0
                                                Я, видимо, недостаточно ясно написал вопрос — защита токовых ключей пуш-пула VT2, VT3 никак не организована, поэтому у меня и возник вопрос — как Вы сами оцениваете надежность изделия? Та защита, которая в ККМ их не защитит никак вообще.

                                                Попутно еще возник вопрос — какова цель установки VD14 и VD16? В транзисторах VT2, VT3 нарисованы встроенные антипараллельные диоды.
                                                • 0
                                                  Тут не пуш-пул, а полумост. При росте тока в ключах VT2,3 ток в шунте ККМ тоже вырастит, ведь полумост именно от него запитывается. Получается ККМ защищает и себя и сам преобразователь напряжения в виде VT2,VT3.
                                                  Ну как же не защищает? Что произойдет с током в ККМе если будет КЗ или сквозной ток в полумосте? Вероятно ток на шунте вырастит и ШИМ-контроллер уйдет в защиту, попутно обесточив и полумост. Вроде у vt2,3 всего один источник энергии.

                                                  Транзисторы в полевиках — технологический (побочный) результат, они достаточно медленные. Я же использую частоту 100 кГц и решил включить внешние импульсные диоды, которые быстрее «встроенных».
                                                  • +1
                                                    Пока защита ККМ прочухает хоть что-то, С18&C19 вместе попытаются слить примерно 200 Дж (лень точно считать) энергии в VT2&VT3 и они (транзисторы, конечно, не кондеры) не выдержат, поставлю сотню против одного. Будет, выражаясь словами другого конструктора инверторов «бах». То же интересно начал, замахнулся на 6 квт, а это для меня лично уже ощутимо за границей опыта. Но вот как-то до конца не довел.

                                                    А может и не будет «бах» (но по другой причине), поэтому я и начал спрашивать — мне интересно а можно ли так как у вас, не пострадает ли надежность (потому что я по шаблону леплю защиту ключей), а вы ответить не можете. Но я бы все-таки сотню на «бах» поставил бы.

                                                    Просто у вас флажок «tutorial» ну и как бы ожидаешь что тут реально конструктор учит как надо и объясняет что будет если делать как не надо. Тем более что в электронике вообще, и в силовой особенно, выражаясь словами Великого Морфеуса «знать путь и пройти его — не одно и тоже».
                                                    • 0
                                                      Я вроде вполне внятно ответил — защиты в ККМ хватает. Если все таки жажда сделать защиту по току, то между землей и истоком ключа можно добавить еще один резистивный шунт, компаратор и завести его на 4 ногу TL-ки. По мне так это избыточно в данной задаче, а именно:
                                                      1) DT большой, а значик сквозные токи ключи не убьют
                                                      2) по напряжению канала запас огромный
                                                      3) КЗ во вторичных цепях отслеживается датчиком тока

                                                      Так что для разряда 2-х банок электролит в ключи надо наверное в рабочий блок отвертку в ноги ключей засунуть) Поэтому надежность по моим оценкам высокая, самые «опасные» узлы охвачены обратными связями и защитами.

                                                      tutorial в применение электроники не означает, что будет разжёвано все, это просто невозможно сделать на 20-30 страницах А4. Это означает, что в статье не будет непонятно матана и «добрые люди» пнут в нужную сторону или книгу, по возможности отвечая на возникшие вопросы. Конечно извиняйте, но я не волшебник, чтобы заранее предвидеть возникающие в головах читателей вопросы)
                                                      • 0
                                                        Да что ж вы так все этих сквозных токов боитесь, аж на первое место ставите? С ними как раз проще всего — понятно что является их причиной и какими мерами избежать этого.

                                                        У вас да, защищен по КЗ выходе, но защита выхода — это не защита ключей.

                                                        Вот включили вы изделие, и начался переходный процесс. И тут возникает вопрос — что быстрее зарядится: C18-С19 или С27-С30. Вот лично мой опыт настойчиво говорит, что ККМ быстрее справится со своим переходным процессом. А это значит, что с точки зрения динамики на выходе выпрямителя VD13 у вас коза. Может ключи протянули это у вас на столе, а в реальной жизни солнечные лучи падают через окно на оборудование и догревают его до +40 и вот тут включают прибор и он, внезапно, уже не работает.

                                                        Полевикам, я вас уверяю, много не надо, из насыщения могут выйти только в путь, что за отвертка, о чем Вы?

                                                        Вы, если еще производство не начали, подумайте о защите ключей по overcurrent.

                                                        Я лично (большинство, думаю, тоже) под tutorial понимает то, что эксперт делится знаниями и опытом со специалистами среднего и ниже уровня. Я, на всякий случай, не отношу себя к специалистам экспертного уровня, на случай если Вы не поняли.
                                        • –1
                                          1. Зачем всё так сложно для типовой задачи?
                                            Поставить готовый ККМ на вход готовому Минвеллу религиязонит не позволял? :)
                                            Или вых.диоды в готовом БП можно было заменить на потолще, если именно они макс. ток ограничивали.


                                          2. open source проекты идеологически правильнее делать в таком же открытом софте.
                                            Или экспорт в его форматы провести, чтоб KiCAD принял например.

                                          Об орфографии:

                                          в статье нашёл >8 опечаток, но за их указание тут люто минусуют (по моему прошлому опыту с менее грамотным разработчиком с позывным R4ABI).

                                          • 0
                                            Можно было и синфазный фильтр готовый взять, и корректор, а лучше купить родной БП для трансивера за 20-25 тыс. руб — все это можно, но не интересно)) Поэтому и решил самостоятельно собрать, 90% комплектующих в наличие были.
                                            Что касается переделки мианвела — судя по описанию проблема/ограничение в намотке трансформатора, а он залит компаундом. Перематывать и шаманить не захотелось, это как разбираться в чужом коде — скучно и долго.

                                            Как писал выше схематик я выложил в pdf, наверное самый универсальный формат) Разбираться в новом САПР, который потом не буду использовать, опять же не хочется. А вот показать варианты конвертации и пересборки проекта наверное в дальнейшем рассмотрю — спасибо за сформулированный совет)

                                            По поводу орфографии напишите в ЛС, к сожалению на больших текстах глаз замыливается и тут без помощи никак. Тут вроде нет поводов минусовать.
                                            • +1
                                              Минусуют люто за указание орфографических ошибок в коментариях к статье — ошибки-то автор исправит а комментарий останется(поэтому минусуют)… поэтому ошибки надо слать в ЛИЧКУ, а дальше зависит только от автора.
                                              • 0
                                                поэтому ошибки надо слать в ЛИЧКУ

                                                Слал, безрезультатно.


                                                "Статья не глиняная табличка" (с), автор должен иметь возможность стирать ненужные комменты или хоть жаловаться модераторам на отдельные предложения, чтоб они стёрли.


                                                Вышеупомянутый Илья уже много месяцев не исправляет тучу опечаток и кверх ногами установленный главный транзистор в своей схеме PFC.


                                                Поэтому считаю, что Гиктаймс — машина для подавления угнетённых кармой классов, а без ООС качество статей снижается.


                                                Ещё по идеологии схемы: бояться 50Гц глупо.
                                                АМ тракт имеет типичную полосу речевого сигнала от 300 до 5000Гц или у'же.
                                                50Гц отлично излучаются окружающими сетями, 100Гц — выпрямителем.


                                                Варистора и предохранителя в тексте и на схемах нет. Есть лишь ссылка на бакалавра с невнятным .doc, который .html внутри.


                                                C worldcrisis стащил абзац и адаптировал:


                                                "Статья написана для потребителей контента, мыслящих, как и сам автор, в категориях "жопа" и матерщинными междометиями в комментариях. И пробиться через эти слои до чистого разума невозможно. Но, по крайней мере, вы можете узнать, что существуют и иные подходы к проблеме."


                                                https://habrahabr.ru/post/319414/#comment_10010676

                                            • 0
                                              > Запомните — габариты платы должны быть кратны 1 мм! Или хотя бы 0.5 мм… Не надо создавать плату с размерами аля «208,625 мм» без крайней необходимости!

                                              А можно прояснить вот эту мысль? А то до Вас товарищ Луньков донёс, а до других нет.
                                              • 0
                                                Можно конечно:

                                                1) При сборки плат в мультизаготовку ооочень запарно выставлять все по сетке и потом обрисовывать вырезы, в итоге времени намного больше уходит;

                                                2) Altium и другие софтины в своей «голове» используют дюймовую сетку, даже если используешь метрическую. В процессе его внутренних конвертации из метрической в дюймовку и обратно он округляет значения, поэтому размеры уплывают. Например, если размеры на пару десяток уплыли, то при фрезеровке уже может задеть дороги — это из тех дефектов, что сам видел.

                                                В общем такое пожелание позволяет избежать именно технологических ошибок. Надеюсь достаточно подробно раскрыл вопрос.
                                                • 0

                                                  1) ну не знаю, я мультисборку ещё ни когда не делал.


                                                  2) это вообще странно, я сделал много плат, но чтобы уплывали размеры… Такого я не видел ни когда. Если только не выдержан технологический зазор от края меди до края платы.

                                                  • 0
                                                    Мне кажется в 1 мм сетке проще работать, когда создаешь поля для фрезы 2 мм. Даже визуально проще отслеживать косяки. Косяки с фрезой именно на сборке актуально, если вам собирал завод-изготовитель, то они сами колдуют что хотят.
                                                    Я часто делаю заготовки где 5-15 видов разных плат для прототипов и отдавать 300 руб за каждое объединение слишком жирно, цена в 2 раза может увеличиться.
                                                    • +1
                                                      Я работаю в разных сетках, в одном проекте использую и дюймовую и метрическую. Да, с метрической привычнее, я согласен. Но часто требуется и дюймовая.

                                                      Дешевле заказывать в китае, например pcbway. Но дольше конечно ждать.

                                                      За 3d модели к элементам отдельное спасибо, всё очень красиво. Единственное не дорисована одна индуктивность;)
                                                      • 0
                                                        Дюймовую использую на платах с высокой плотностью монтажа, Тайвань и Китай больше любят их + точно не будет проблем с конвертацией дюймы-милиметры. Pcbway использую иногда, меня напрягает только минимальная партия в 5 штук, для прототипов больше 1-2х не заказываю, хотя 10$ конечно иногда подкупают))

                                                        А тыкните пожалуйста меня носом на элемент что не отрисован. Что-то не вижу… иначе спать спокойно не смогу))
                                                        • 0

                                                          Ну это я занудствую


                                                          Скрытый текст
                                                          • 0
                                                            Так я вроде их отрисовал, просто в финальной версии повернут на 90 градусов дроссель. На первой картинке кольца были оба R39, я модельки нарисовал уже соответствующие или вы про отсутствие проволоки?))
                                                            Картинка
                                                            image
                                                            • 0

                                                              Да, я про проволоку

                                                              • 0
                                                                Это да, поленился) Хотя как будет «простой» во времени, до дорисую и не только дроссели
                                              • +1
                                                Вообще-то, учитывая назначение источника, в первую очередь интересно было бы услышать о планах борьбы с вч продуктами преобразования во время приёма.
                                                Чувствительность трансивера — единицы-доли микровольта, и при частоте преобразования в 100 килогерц это практически гарантированная сетка гармонических составляющих на всех диапазонах ниже 10 мгц.
                                                • 0
                                                  Линейный стабилизатор внутри и ФНЧ, это все заложено при проектирование трансивера хитрыми японцами))
                                                  • –3
                                                    Линейный стабилизатор не сильно спасает от импульсных помех. ФНЧ — тоже сомнительно, хотя смотря что под ним понимать.
                                                    • +1
                                                      Линейник спасает отлично от пульсаций напряжения. ФНЧ спасет уже от ВЧ шумов, обычно частота среза выбирается в несколько десятко герц. Конструктивно из себя представляет П-фильтр, порядок обычно от 2-го до 7-го из тех, что встречал.
                                                      • 0
                                                        Речь в пролазе не через провода питания в трансивер. Речь о пролазе назад в сеть и потом в антенну. И вот тут уже только натурные испытания. На загородной позиции такое часто наблюдалось. Трансивер питался от кислотной батареи, а импульсный бп без нагрузки включался в соседней комнате, и вуаля, что на 160м что на 80м диапазонах начинался шум. Не критичный, но заметный. И оно понятно — за окном 42метра луч — антенна фукса, и перпендикулярно оной — воздушные линии.
                                                        Интересно как будет работать Ваш аппарат?
                                                        Обычно, «эстеты» в таких случаях предпочитают заказывать большой, тяжелый классический тороидальный трансформатор.
                                                        • 0
                                                          Фильтр синфазных помех как раз и служит для того, чтобы ничего в сеть не пролазило, в идеале еще добавить можно после синфазника дифференциальный фильтр, но сколько раз его делал — ничего особо не улучшал.
                                                          Хорошее заземление спасает от помех извне, не надо использовать то, что в розетках — там «защитное зануление». Как будет FT450й я к сожалению не могу сказать, хотя мне расскажу) с моим самопальным DDC/DUC все хорошо, антенны диполи на 160 и 80 + 1/4GP на остальное.

                                                          По поводу трансов 50 Гц палка о двух концах — что проще: отфильтровать шум 50 Гц в эфире или шум от ШИМа?
                                                          В аналоговых трансиверах как по мне проще победить «побочные продукты» ШИМа, а так наверное у каждого свое мнение по данному вопросу, обычно споры по ним доводят до драки даже самых уважаемых людей))
                                                          • 0
                                                            Отличная статья. Но счастлив ли Заказчик?
                                                            FT-450 не самый шумный аппарат, а деревня не самое плохое место по помеховой обстановке. Слова «шумит на нижнем КВ» еще не говорил? Недаром до сих пор процветают производители на этом рынке имеют в арсенале и трансформаторные БП как раз для коротковолновиков.
                                                            • 0
                                                              На FT450 жалобы есть, все таки это достаточно бюджетный аппарат, но основные беды от ЛЭП и лампочек типа ДРЛ — с шумами по питанию проблем нету, кстати возможно собственные шумы просто на уровне, все таки это не аппарат с каким нибудь космическим диапазоном -120 или -140 дБ))
                                                              Я не говорю, что трансформаторный плохо, только 50 Гц шум несколько сложнее фильтровать в трансиверах без DSP + масса, а аппарат в основном с дачи эксплуатируется в теплый период.
                                                    • 0
                                                      Ну, всё бы так просто… )) На самом деле приём может убить одна китайская ЛДС на 10 вт этажом ниже )
                                                      ФНЧ не спасает от гармоник, они честно попадают в спектр приёма.
                                                      • 0
                                                        Я сейчас говорю только за шумы от самого преобразователя. ЛДС-ки и ДРЛ — зло жуткое, тут только хорошая экранировка спасет, ну либо разбитая лампочка)
                                                  • 0
                                                    А есть BOM отдельным списком?
                                                    • 0
                                                      Нету, но можно с проекта выгрузить. Немного позже выложу в экселе файлик в самой статье тогда.
                                                    • 0
                                                      Ваш блок опроса полностью соответствует моим интересам, т.е. мне полностью интересны эти темы, как с прикладной так и «может что то новенькое». И вообще, смотреть, как кто-то работает — можно вечно.

                                                      Есть одно дополнение «35 градусов» в программе — это повышение температуры над окружающей т.е. если окружающая 25 град, а по программе 35, то температура будет 60 градусов. Думаю, вы и так это знаете, но вдруг читающие подумали иначе.

                                                      На самом деле непонятно, почему на DSP не сделали или STM32, что написано про причину — как то не очень похоже на истину. Программируется(ремонтируется) он без проблем, но значительно повышает гибкость.

                                                      Статья отличная, программы — это хорошо, но не хватает отсылки к формулам.

                                                      Кстати, есть у меня в закладках https://geektimes.ru/post/267682/
                                                      • 0
                                                        Да, вы правы абсолютно, программа считает превышение о чем там написано. Именно поэтому, чтобы уложиться в 55-60 градусов пришлось предусмотреть 4 вентилятора: по 2 на каждый радиатор «вдув+выдув». Расположение радиаторов туннельное, чтобы было проще охлаждать и потоки воздушные не влияли друг на друга.

                                                        Человеку в 60 лет прошивка МК и перепайки LQFP корпусов не настолько очевидны и просты)) Особой гибкости тут не нужно в принципе, особых задач по регулированию скорости ОС и параметров нету, хотя никто не запрещает выкинуть TL494 и поставить stm, код дам в 50 строк. Еще кстати видел модули EG8010 и подобные им, какой-то прямо готовый контроллер.
                                                        Судя по опросу следующая статья будет по dc/ac инвертору, там как раз или на базе STM32 или TMS320C20 соберу макетку и код.
                                                      • +1

                                                        Старичок не ошибся с размером емкости для ККМ. Причины для такой емкости в том, что нужно переносить энергию на 5-20 миллисекунд между пиками в сети 50 герц, чтобы источник работал даже когда текущее значение напряжения в сети около нуля в момент перехода нуля. Вторая причина в совершенно диких границах напряжения для ККМ, 370-390в означает что конденсатор должен быть примерно в 20 раз больше, чем если бы вы позволили колебания в 0-390в.


                                                        Возможно вы решили что эти числа относятся к колебаниям за ваш период в 100 кгц, но забыли про период в 50 гц от самой сети, которые тоже нужно учитывать.


                                                        поставив конденсаторы в 10 раз меньше вы во столько же раз увеличили амплитуду колебаний напряжения на полной мощности за период в 5-20 миллисекунд из-за 50гц сети, проверьте, чтобы ваша вторая ступень адекватно работала при таких колебаниях напряжения.


                                                        Еще один момент — индуктор, даже для обратноходового преобразователя не требует зазора. Просто используйте индуктор со значительно более низким коэфициентом проницаемости. В вашем примере материал имеет проницаемость окодо 1600 и зазор 0.4мм из магнитной линии в примерно 80мм. Это абсолютно то же, что взять сердечник из материала с проницаемостью около 200 без зазора. Но в вашем сердечнике потери будут во столько же раз больше в самом материале и еще значительная часть — в материале рядом с зазором из-за граничных эффектов.


                                                        Еще раз — сам зазор не важен. Важна только общая магнитная проницаемость. Зазор "эмулирует" пониженную проницаемость, ценой больших потерь в материале.


                                                        Интересная особенность полумоста: в первичной сети конденсаторы на входе работают как делитель напряжения и умножитель тока. В результате за каждый 1А среднего входящего тока каждый из двух транзисторов должен пропустить через себя 1А, и потери на проводимость удваиваются. В качестве бонуса понижается вдвое напряжение на транзисторе, но вы и так взяли их с большим запасом.


                                                        хотел спросить про обязательность ККМ — в законе указано именно наличие отдельной ступени преобразователя для ККМ или просто указан минимальный допустимый кофициент мощности? Некоторые потребители могут потреблять сильно пульсирующий ток, поддерживая коэфициент мощности близкий к единице без использования ККМ?


                                                        Было интересно почитать, спасибо =)

                                                        • 0
                                                          Я честно не знаю что насчитал Старичок, не общался с ним на эту тему, но схематик почти полность взят с референс дизайна отладки производителя. Так же уже несколько раз повторял такое решение — пульсации не более 7-10В, поэтому разброс взял +-10В. Да и еще не видел корректоров, где были мощности подобного порядка, а вот на пленке Эпкоса видел решение на 11 кВт и 220 мкФ)) Там правда каждый кондер может отдавать до 20-25А. Единственное, что сам такое решение пока не повторял.

                                                          По сердечнику верно все, я в статье написал, что задача не в создание зазора, а в том, чтобы не дать сердечнику насытиться. Сердечники для флайбеков как-то закупил достаточно много, поэтому их и использую.

                                                          Транзисторы взял такие ибо есть в наличии, а запас по напряжению позволил не углубляться в проблему борьбы с выбросами ЭДС. А так можно поставить и IRF740 самые дешевые, добавив снабберы.

                                                          Что конкретно указано в законе не скажу, но когда начинал работать энергетиком, то проверке подвергалось лишь измерение коэффициента. Если память не отбило, то если 0,85 и выше — ККМ не нужен.

                                                          Пожалуйста, рад что понравилось)
                                                          • +1
                                                            Для расчетов трансформаторов до 5 кВт использую программу «Старичка»
                                                            Старичок наверное в расчетах или лишний ноль где-то дописал ...

                                                            Для проверки:


                                                            © Емкость 4мФ
                                                            (U1) Напряжение пустого: 370 в
                                                            (U2) Напряжение полного: 390 в
                                                            (E1) Энергия пустого: U1^2C/2=273.8дж
                                                            (E2) Энергия полного: 304.2 дж
                                                            (Ediff) Используемая энергия: Е2-Е1=30.4дж
                                                            (F) частота сети 50 гц
                                                            (P) Используемая мощность
                                                            Ediff
                                                            F2=30.450*2=3040 ватт
                                                            А требуемая мощность 600в
                                                            Итого: Конденсаторы взяты с запасом в 5 раз
                                                            Оптимальная емкость 800мкФ


                                                            По этому очень грубому расчету старичок берет запас в 5 раз, и хватит (впритык) всего 800мкФ, но меньше — уже увеличит амплитуду напряжения. Хотя в реальных условиях результат будет чуть лучше потому что энергию нужно переносить не на все 10мс а только на 3-5мс, т.е. не между самыми пиками, а только на момент провала напряжения меньше половины. Вот оно и получается эти 10 раз откуда, видимо...

                                                            • 0
                                                              Я думаю многие читатели обрадуются вашему расчету, народ хотел формул) Вот, что сделал Старичок для меня небольшая загадка, поэтому с емкостями в момент отладки поиграюсь, допаять пару банок в параллель не сложно. А осцилограммы потом в статье будут, сравним разные варианты. Спасибо за отличные вопросы и комментарии!)
                                                              • 0
                                                                У нас на площадке есть усилитель класса D у которого вообще нет высоковольтных конденсаторов (маленькие, плёночные не в счёт) и как я понимаю если сделать не совсем честный ККМ и кушать в моменты просадки побольше, то можно сэкономить. Но я бы конечно так не стал делать!
                                                                • 0
                                                                  Ответ Старичка помещу сюда, как в наиболее информационную подветку по теме «сколько вешать в мкФ на выход ККМ»:
                                                                  автор статьи не правильно указал минимальное напряжение, поэтому емкость получилась такая большая.
                                                                  в программу вводится не минимальное, на которое рассчитан ККМ, а то минимальное, до которого допускается провал, когда ККМ не справляется. такие провалы длятся кратковременно, но они могут быть.
                                                                  программу я писал то ли по даташиту, толи по апоту на какую-то микросхему — уже не помню название, и от себя ничего не придумывал.

                                                                  если хочешь, можешь передать этот мой ответ.
                                                                  • 0
                                                                    Ну то есть как выше уже обсуждали — при больших пульсациях и емкость мощно уменьшить, интересная фраза «когда ККМ не справляется», то есть на пиках нагрузки выше номинальных?
                                                                    • 0
                                                                      Думаю, как указывали выше, это моменты прохождения входного через 0.
                                                            • 0
                                                              Статья интересная, но turorial зря помечена. Рассчитана явно не на начинающих!
                                                              • +1
                                                                Статья более чем простая, просто по мимо нее надо еще читать то, что я предлагаю по ссылкам. Это если нужно именно глубокое понимание. Так же я отвечаю на практически все вопросы и в комментариях и в ЛС, особенно новичкам желающим понять как это работает и повторить конструкцию))
                                                                • 0
                                                                  Хорошо, сойдёмся на том, что туториал для подготовленных пользователей. В конце-концов даже ГУРУ надо учиться.
                                                                  GT не специализированный ресурс разработчиков и уровень подготовки тут очень сильно отличается. Для большинства ардуинщиков думаю воспринимать этот материал будет крайне сложно.
                                                                  • 0
                                                                    Да, на таком варианте можно сойтись) Учиться нужно всем и всегда, иначе даже гуру через 2 года превращается в «устаревший экспонат». Я просто надеялся, что все таки люди будут по мимо статьи заглядывать по ссылкам, судя по вопросам в личку некоторые так и сделали. В следующий раз подумаю как более доступно все донести людям и даже ардуинщикам)
                                                              • 0
                                                                Будут ли четырнадатым альтинумом читаться файлы от шестнадцатого, если нет, то есть ли простой способ конвертации?
                                                                • 0
                                                                  14-й открывает файлы 16-го без проблем. 13,14,15,16,17 версии совместимы в обе стороны. С более младшими версиями не сталкивался, а так вроде даже 9-17 совместимо все.
                                                              • –1

                                                                В начале статьи Вы написали что решили создать именно аналоговую схему источника питания.и если по вашему это аналоговая схема то какая по вашему альтернатива была бы не аналоговая схема.спасибо

                                                                • +1
                                                                  В схеме полностью аналог, никаких программируемых элементов и цифровой логики тут не используется. «Не аналоговый» вариант, это выбросить оба ШИМ-контроллера, поставить STM32, а лучше TMS320C2000 и реализозовать все алгоритмы управления и защиты программно. Данные с датчиков обратной связи при этом заводить на встроенные АЦП.
                                                                  Как писали выше в комментариях такое решение более гибкое, но сложнее, т.к. набыдлокодить тут нельзя — пыхнет)
                                                                  • 0
                                                                    а STM32 успеет справиться в подобной задачей, по крайней мере из бюджетной 103 серии?
                                                                    • 0
                                                                      Да, до 100 кГц стабильно работают при своих 72 МГц тактовой. На больших частотах не пробовал. Единственное не стоит на него вешать еще что-то кроме управления преобразователем, либо жестко выставлять приоритеты задач в rtos, чтобы периферия АЦП и ШИМ была с высшим приоритетом.
                                                                    • –1

                                                                      Может он имел в виду линейный стабилизатор против импульсного?
                                                                      Линейник возможен на понижающем НЧ трансформаторе с переключаемыми отводами. Получился бы 50Гц PFC и относительно высокий КПД стабилизатора, без ВЧ помех и взрывных отказов при высыхании электролитов.


                                                                      Ваше же решение пока уступает готовым тем, что нет синхронизации частот ККМ и полумоста. Сетка "поражённых частот" радиоприёма удвоится и возможны биения.


                                                                      Входные С1, С2 — слишком малы для такой мощности.
                                                                      Туда 0,1...1,5 мкФ обычно ставят, для аналоговых нагрузок — ещё и многоступенчатый фильтр.
                                                                      Или готовые экранированные фильтры:
                                                                      http://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=263956
                                                                      http://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=264032


                                                                      У вас ещё по сравнению с "брэндами" нет варисторов на входе, ферритовых бусин (дросселей с ППГ) на выводах ключей и диодов. Но их легче всего повесить.


                                                                      4 мелких вентилятора по надёжности вряд ли догонят один с толстой осью.


                                                                      Стабилизатор LM1117 выбран неправильно, не нужен там low drop, который работает на границе макс. входного напряжения (20В — предел, а у 7805 — 35В).


                                                                      Про отделение трансформатора плёнкой от входных накопительных электролитов вы не правы, оно нужно. Тут даже 6,8 мкФ плёнку раскритиковали:
                                                                      https://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=114772&view=findpost&p=1184881


                                                                      "не надо только электролитические конденсаторы присоединять к трансформатору — только 2 пленки.
                                                                      (с одной и такой здоровой ёмкостиной у вас трансформатор уходил в насыщение на старте, вероятно)"


                                                                      Где не первый год и тысячи раз считали полумостовые блоки, тоже плёночный кондёр ставят перед трансом:
                                                                      http://poweresim.com/index2.jsp?topologytype=89&lang=E&count=1&ACDCinput=AC&Vmax=240&Vmin=100&fo_max=&fo_min=&Vo0=14&Io0=40&Vo1=null&Io1=null&Vo2=null&Io2=null&Vo3=null&Io3=null&Vo4=null&Io4=null&deduct=40&HvStack1=false&HvStack2=false&HvStack3=false&HvStack4=false&HvSign0=1&HvSign1=1&HvSign2=1&HvSign3=1&HvSign4=1&Reinit=false&bShowVo=true&Loading0=-1&Loading1=-1&Load_ini_N=-1&Load_Iled=-1


                                                                      И можно было сделать покомпактнее, использовав дочернюю плату:
                                                                      https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:PFC_active_IMG_1703.JPG
                                                                      Там и ферритовые бусины видно.
                                                                      И дешевле изготовление и легче заэкранировать блок.

                                                                      • 0
                                                                        1) Хорошо, а с 50 Гц шумами вы как бороться будете? Типичный для России подход что ли: «давайте свергнем белых с их террором, чтобы пришли красные и устроили такой же террор»?)) ВЧ шумы побороть намного проще, пока только слышу ничем не подкрепленные предложения о 50 Гц трансе, а как бороться с шумом в НЧ тракте трансивера никто не написал.

                                                                        2) Про отказа от диф. фильтра входного я писал, можете стоило не по диагонали прочитать?

                                                                        3) Варистор как и предохранитель будет вне платы, о чем тоже писал…

                                                                        4) А вы обратили внимание на размер радиаторов? Вентиляторы там лишь для эстетики и успокоения, при нынешнем уровне выделяемого тепла пассивного охлаждения будет достаточно

                                                                        5) Почему не правильно? При питании стабильными 15В разве какие-то проблемы? 25% запас есть, зачем ставить еще больше? Какие-то слабы аргументы у вас

                                                                        6) «Раскритиковали» — давайте все таки использовать нормальные источники, если так сильно хочется поспорить, либо свое опять же аргументированное мнение. В журнале «КиТ» на тему силовой электроники куча статей, много забугорных книг — почему не использовать серьезные источники? Я конечно все понимаю, но форум…

                                                                        7) Компактнее? Просто распределив компоненты на разные платы, сохранив значение площади — это не компактно. Да и уменьшите габариты можно на 20-30% при желание, о чем тоже написано было. Не пропадает ощущение, что статья по диагонали все таки была просмотрена.
                                                                        • 0
                                                                          1) Хорошо, а с 50 Гц шумами вы как бороться будете?

                                                                          Никак, этот фон везде от сетевых проводов лезет. Хоть от аккумулятора трансивер запитайте, может появляться наводка на микрофонные цепи, если рядом есть 220В переменка. Но в полосу речевого радиоприёма 300Гц-5кГц этот фон не попадает, т.к. режется в микрофонном усилителе и фильтрах питания трансивера, как и более вероятные 100 Гц.


                                                                          Ещё можно вх. диоды зашунтировать кондёрами 10-47 нФ для подавления т.н. "мультипликативного фона".


                                                                          3) Варистор как и предохранитель будет вне платы, о чем тоже писал…

                                                                          не увидел, поиск делал


                                                                          5) Почему не правильно? При питании стабильными 15В разве какие-то проблемы?

                                                                          15В для той микросхемы тоже максимум. 20В — абсолютный предел по даташиту.


                                                                          давайте все таки использовать нормальные источники, если так сильно хочется поспорить

                                                                          "В однофазных полумостовых инверторах из-за разности емкостей (имевшей место вследствие заводского разброса номиналов, процесса "старения" и пр.) напряжения конденсаторного делителя оказываются разными, что приводит к ряду отрицательных последствий. В частности, магнитопровод выходного трансформатора перемагничивается по несимметричному циклу, вследствие чего увеличиваются потери в нем и искажается форма передаваемого напряжения [1]."
                                                                          Г.В. Барегамян. Исследование симметрированной схемы полумостового инвертора.


                                                                          Плёночный кондёр между силовым трансом и средней точкой вх. электролитов не ставят только в случае current mode управления, т.е. поциклового ограничения тока, как тут:


                                                                          http://www.ti.com/lit/an/snva607/snva607.pdf


                                                                          Но TL494 — voltage mode контроллер ШИМ, отреагирует на насыщение транса поздно.


                                                                          И здесь про этот балансирующий мелкий плёночный кондёр (в тексте — Cx) пишут:


                                                                          http://caxapa.ru/thumbs/348441/Switchmode_Power_Supply_Handbook_3rd_edi.pdf


                                                                          "Even when this capacitor Cx is not fitted, this problem can still occur when the input link is removed for 220-V operation, as C2 and C3 now provide DC blocking. Special DC restoration techniques must be used if automatic balancing is to be provided, or current-mode control is applied to the half-bridge converter. (See Part 3, Sec. 10.10.)"


                                                                          Кстати случай из ремонтной практики: в полумостовом AC/DC минвелле (350Вт/24В) через 8 лет работы этот плёночный кондёр, балансирующий и запитывающий трансформатор, самовыпаялся одной ножкой из платы. От тепловых циклов расшатался безсвинцовый припой. Потом какой-то ОУ обратной связи помер. Сам кондёр живой был, MPE красный на 2,2 мкФ 250В ЕМНИП. Вх. электролиты не сильно высохли и разброс емкостей пары невелик был. После перепайки с загибом ног уже 1,5 года блок работает.

                                                                  • 0
                                                                    Почему не использовали улучшенный вариант тлки 594?
                                                                    • 0
                                                                      В живую не видел 594 если честно, хотя слышал, а под рукой парочку 494-х держу всегда. Тем более она с данной задачей справится вполне.
                                                                      Элементарную базу тут можно применять очень разную, я перед собой ставил задачу донести архитектуру ИИП, объяснить почему в данном случае именно такие решения.
                                                                    • 0
                                                                      Если можно обьясните в двух словах по поводу синхронного выпрямителя -действительно ли на таких токах проще диод штки а не какой нибудь http://www.liisemi.com/Datasheets/LN5S01_Datasheet_SC_Rev_C_Summary.pdf на какой мощности рассеивания имеет смысл использовать синхронные выпрямители.
                                                                      • 0
                                                                        Может я тоже подскажу?

                                                                        Основные потери в синхронном выпрямлении это:
                                                                        1) заряд, разряд емкости(в тепло) затвора — искать по словам: «расчет динамических потерь;
                                                                        2) сопротивление открытого транзистора, тут ситуация интересная, во-первых, он не сразу открывается/закрывается, какие то наносекунды, в этом режиме работает как линейный стабилизатор, плюсом сопротивление уже открытого транзистора.

                                                                        Как правило, чем выше ток, тем больше затворная емкость+чем выше частота преобразователя, тем выше потери+чем выше напряжение, тем выше сопротивление открытого транзистора.

                                                                        Дальше считается и сравнивается с решением диодами Шоттки.
                                                                        Если есть профит по потерям, смотрим, сколько профита теряем в стоимости.

                                                                        Кратенько.
                                                                        • +1
                                                                          Товарищ ukt все подробно расписал уже, за что ему спасибо больше!) В статье же я писал, что синхронный выпрямитель выигрывает, если мы считаем что он идеальный, то есть открывается/закрывается мгновенно, в противном случае появляются динамические потери на коммутацию и они выравниваются с Шоттки.

                                                                          Но есть одно «но»… Синхронный выпрямитель выигрывает по теплу, если выходное напряжение мало! Например, у вас выходное напряжение 3.3В, а диод Шоттки на 60А имеет в реалиях падение около 0.5-0.6В, получается, что мы 20% кпд просто на этом Шоттки теряем. Если напряжение 1,2В, например, ядро FPGA, то там падение 0,6В уже означает потерю 50% КПД просто на одном Шоттки.

                                                                          Четкой границы, когда стоит менять Шоттки на синхронник нету, надо считать опять же.
                                                                        • +1
                                                                          Повернуть трансформатор на 90 против часовой стрелки — укорочение проводника от средней точки конденсаторов на порядок величины. Цепь 380В разведена неоптимально.… Почему если не для себя, так торопимся? Обычно оставляю платку на 2-3 дня отлежаться. Потом смотришь и думаешь и кто же так делал?
                                                                          • 0
                                                                            Как раз повернув его на 90 градусов все станет плохо, дорога от ключей до трансформатора более критична, не забывайте что есть емкость «сток-исток».
                                                                            Почему торопимся? Нужно оптимизировать соотношение «необходимость/затраты времени», явно необходимости тут что-то дополнительно оптимизировать нету, особенно в плане эми, а вот время оно стоит не малых денег если человек не на окладе 5/2 сидит))
                                                                            Оптимизация тут формальна нужна лишь для уменьшения площади, но опять же оно не стоит затраченного времени. И кстати если обратить внимание в заказе 2 платы, так что для себя один экземпляр тоже будет)
                                                                          • 0
                                                                            А нагрузка постоянная? Как мне видится, то есть немальій риск при смене нагрузок (прием/передача потребителя) и/или отсечек по току (она же просто рвет шим, не снижает ширину, если я верно понял) нарваться на самое неприятное в 494 — пропуск тактов. Потом естественно одностороннее насьіщение трансформатора и вьілет силовьіх ключей, зазор сдержит немного, но єто не панацея. И да, входньіе конденсаторьі катастрофически мальі, как справедливо заметил dudiego. Но если работает в железе и на ослике гладко, то может бьіть и нормально, я не сталкивался прежде что бьі оценить влет, очень интересно увидеть ток ККМ-а. Не сможете ли при отладке снять его и вьіложить гифку или видео?
                                                                            Ну да, и ток первички ж не прикрьіт, вьіше уже говорили, но на таких мощностях можно ключи помощнее вставить и не на 800 вольт для полумоста на 700вт и забьіть про него.
                                                                            • 0
                                                                              Во время отладки видео будет и не одно, т.к. данный процесс в картинках показывать очень не удобно. Нагрузка постоянная 80% времени и составляет около 7А, оставшиеся 20% времени она составляет 30.5А. Тут вы немного не правильно понял, встроенные компараторы ошибки как раз не рвут ШИМ, а уменьшают плавно его скважность. Единственно часто китайцы заводят одну из ОС, чаще по току, на 4-ю ногу. Вот при подаче на нее +5В как раз мертвое время становится 100% и ШИМ резко обрывается, такое решение я никогда не использую и не понимаю зачем его китайцы используют.
                                                                              По трансформатору — прошу обратить внимание, что он с 2-м запасом по габаритной мощности, заверяю вас — с ним все будет хорошо как и с ключами.
                                                                              Что касается емкостей в корректоре, то уже в паре железок такое решение работает, как и у производителя в отладке, ну а если вдруг будет плохо, то никогда не поздно эти емкости увеличить для этого отладка и проводится))
                                                                              • 0
                                                                                А, да, вьі правьі, просто ваши лог.1 сбило с толку, там нет же логических уровней просто вьіход усилителя ошибки пилу подрезает снизу. А стоп по четвертой ноге в апноте каком-то есть, так что єто не китайцьі придумали, они чаще на 15-16 ставят полньій стоп с защелкой, ибо легче, чем играться с компенсациями обратной связи, пьітаясь упорядочить драку двух усилителей. Что, впрочем, и вам может предстоять. Єто очень спорное решение, использовать оба усилителя на 494 в таком режиме, и, опасаюсь, что если вьі не задерете порог по току, куда точно потребитель не зайдет без аварийной ситуации (первичная зарядка емкостей потребителя думаю сдюжит и так), то на токе, близкому к максимальному, начнутся очень неприятньіе єффектьі, заставляющие лепить на третью ногу (там же фидбек, если память не изменяет) все что есть под рукой в различньіх комбинациях с молитвами и бубнами.
                                                                                Ну и про 2110 дурная слава ходит даж без бутстрепного режима, трансформатор с драйвером или оптика там бьі смотрелись вьігоднее, имхо.
                                                                                И спасибо огромное за статью, с нетерпением жду продолжения.
                                                                                • 0
                                                                                  У меня ОС по напряжению не срубает ШИМ, а плавно уменьшает. С ОС по току хитрее, она вступает в работу лишь при достижения номинального тока, то есть по сути это ограничитель, а задачи регулировать ток не стоит. Если бы надо было еще и регулировать предел по току, то тогда решение было бы действительно спорным.
                                                                                  Цепочка на 3-й ноге FB спасает от «мусора», возможно будет иметь смысл на нее побавить еще RC-цепочку ФНЧ, но навешаю «соплей» если прижмет — куда деваться)
                                                                                  Трансформаторы не очень люблю, хотя вот такие все таки заказал попробовать. HCPL3120 можно было бы использовать, но тогда нужна еще одна обмотка для запитки верхнего плеча — в этот раз не стал так заморачиваться. IR2110 достаточно стабильно работает и есть под рукой, хотя IRS2304 все же сильно лучше
                                                                            • +1
                                                                              С разводкой есть недоработка. Если с плюсовой шиной 380В все нормально, от бочек идет внизу и коротко к силовому транзистору, то вот в минусовой шине путь дальше значительно, не мало где полигон сужается и самое главное — проходит аккурат под драйвером IR2110.
                                                                              Падение на кусочке полигона от драйвера до силового нижнего полевика будет для драйвера губительно и скорей всего под нагрузкой драйвер будет вылетать…

                                                                              Картинка, показывающая пути токов
                                                                              image

                                                                              • 0
                                                                                Не забывайте, что оба полигона и на bot и на top являются земляными, так что сечения вполне достаточно чтобы даже перегрева не возникало.
                                                                                Что касается драйвера, то не замечал с ним проблем еще, обычно проблемы только если он прям впритык к дросселю ККМ стоит. Хотя если вдруг и будет плохо, то сделаю 2-ю ревизию железки. Довольно редко что-то с первого раза взлетает идеально))
                                                                                • 0
                                                                                  Хотя если вдруг и будет плохо, то сделаю 2-ю ревизию железки. Довольно редко что-то с первого раза взлетает идеально))

                                                                                  Это чистая правда. Но в таком случае всё менее натурально выглядит легенда проекта — единичное устройство для Дорогого Друга. Даже если ваша работа для него ничего не стоит, стоимость и время выполнения проекта вылетает за разумные пределы — заказ и доставка из-за бугра родного источника питания для данного девайса. Ради одного экземпляра такая канитель не имеет смысла.
                                                                                  • 0
                                                                                    Родной стоит около 700$ сейчас, компоненты и платы в моей варианте вышли в пределах 5000 руб. Платы я засунул в одну мультизаготовку с коммерческим заказом, поэтому подготовку не считаем. Ощутимая разница? Да и в подарок родной БП от меня не примут, ибо человек такой, а хорошую поделку сами даже попросили сделать.
                                                                                    Не вижу в данной «легенде» чего-то сверхестественного, вполне обычная просьба. Меня иногда знакомые еще атакуют с ремонтов телефонов)