Снова о лабораторном БП

[krian]

Приветствую Вас форумчане. Здесь уже много писали о построении лабораторных блоков питания (ЛБП). Но я снова хочу поговорить на эту тему, т.к. столкнулся с некоторыми непонятностями. Нужна, как теперь говорят, «помощь клуба». Я хочу обсудить широкорегулируемые импульсные преобразователи, которые применяют в этих случаях.

Многие описывают, как они переделали компьютерные блоки питания. Там используются полумостовые преобразователи. Те, кто это делал, пишут положительные отзывы. Некоторые ЛБП промышленного изготовления, например Wanptek, построены на тех же принципах. Т.е. в качестве регулируемого используется полумостовой преобразователь. В большинстве случаев для управления используется контроллер TL494 или аналогичный. Такие ЛБП также получают положительные отзывы.

По образу и подобию я попробовал сделать такой же преобразователь. Только, в отличие от упомянутых, у меня для управления силовыми ключами на полевых транзисторах используется не трансформатор, а специальные оптроны (PC925). Работает он, так же, как и прототипы, на частоте 50 …75 кГц. Пределы изменения напряжения 0 … 35В.

Проблема заключается в том, что длительность импульсов сильно зависит, как от выходного напряжения, так и от тока нагрузки. При малом токе нагрузки или его отсутствии, когда напряжение на выходе становится меньше 4 вольт, импульсы становятся очень короткими (игольчатыми). Для удержания выходного напряжения при приближении к нулю ШИМ контроллер начинает их пропускать. Начинается так называемый «капающий режим». Причем, импульсы пропускаются несимметрично. Это приводит к несимметричному перемагничиванию сердечника, отчего трансформатор начинает шкварчать, шипеть или свистеть. Это не приводит к аварийной ситуации, потому что импульсы очень короткие. Они, хоть и неравномерно, но пермагничивают сердечник в обе стороны по петле гистерезиса, поэтому он не может войти в насыщение. Но такой режим нельзя считать нормальным. Кроме прочего, при таком режиме работы переход от стабилизации напряжения к стабилизации тока происходит весьма нечетко и имеет широкую зону неопределенности. Я сначала принял это за возбуждение в петле ООС, но оказалось, что причина именно в хаотическом капающем режиме работы ШИМ-контроллера.

В принципе, так и должно быть. Согласно известным формулам, если в выходном дросселе непрерывный ток, то выходное напряжение зависит только от скважности импульсов и не зависит от тока нагрузки. А если ток прерывистый, то для получения заданного напряжения необходимо менять скважность в зависимости от тока нагрузки. Поэтому в режиме прерывистого тока дросселя пределы изменения скважности импульсов при прочих равных условиях получаются гораздо больше, чем в режиме непрерывного тока. Это приводит к возникновению игольчатых импульсов и капающему режиму при малых токах и напряжениях. По расчету получается, что для непрерывного тока дросселя при минимальном токе нагрузки 10мА и максимальном – 5А на частоте 50кГц требуется индуктивность больше 3мГн. Но тогда, габариты дросселя увеличиваются настолько, что он становится соизмеримым с объемом самого преобразователя вместе с радиаторами. Но даже в этом случае нужно будет обеспечить выходной ток не менее 10 мА, иначе ток дросселя все равно станет прерывистым. Подключение постоянного балластного резистора– не слишком хорошее решение при изменении напряжения от 0 до 35В. Как вариант, можно рассматривать источник тока, но чтобы он работал вблизи нуля, ему потребуется отрицательное смещение (впрочем, как и болластному резистору).

Кроме этого, при непрерывном токе дросселя появляются обратные сквозные токи диодов выпрямителя, что на максимальном токе нагрузки тоже весьма неприятно.

Мне непонятно, неужели другие не наблюдают такого явления или просто не обращают на него внимания? Работает и ладно… Ведь, исходя из физической природы, с ним должны были столкнуться все, кто переделывал компьютерные БП в лабораторные. Там, так же, как и у меня, в выходном фильтре используются дроссели с небольшой индуктивностью, поэтому имеет место режим прерывистого тока дросселя. Я конечно допускаю, что применение биполярных транзисторов и трансформаторов в цепях управления, а также многочисленных снаберов по всей схеме, каким-то хитрым образом может сглаживать подобный эффект.
Кто что про это думает?
Сразу скажу, что по моему мнению, применение двухтактных ШИМ преобразователей при широком диапазоне регулирования, особенно от нуля и как это делается в упомянутых прототипах - не слишком хорошее решение.

[zoog]

Я плохо представляю, как можно использовать низковольтный 300Вт-блок для стабилизации 10мА. Обычный диапазон изменения тока - 10..100% для норм. работы БП, то, что меньше - нормальный человек будет стабилизировать линейно, если неприемлемо ухудшение точности.

[avp94]

Здесь уже много писали о построении лабораторных блоков питания (ЛБП). Но я снова хочу поговорить на эту тему

Предполагаю желающие найдутся.
Расшифруйте, что вы под этим понимаете: какие функции он должен выполнять, диапазон входного и выходного напряжения, стабильность и пульсации, дискретность регулирования последнего. Диапазон выходных токов, стабильность и пульсации, дискретность регулирования. Мощность на нагрузке.
Когда все это пропишете, то можно обсуждать структуру (функциональную схему) устройства.

[ForcePoint]

И ещё, разве старушка 494-я может пропускать импульсы?

[krian]

Я плохо представляю, как можно использовать низковольтный 300Вт-блок для стабилизации 10мА.

Вы немножечко не о том говорите.

ЛБП должен держать установленное напряжение и при 0 мА. Если позволяет точность регулировки и вам удается выставить 10 мА, то 10 мА он тоже должен стабилизировать при любом напряжении. Даже если его мощность 1кВт. И это не должно зависеть от того, линейный он или импульсный. Иначе он не лабораторный.

Меня интересует, как компьтерный БП с двутактным полумостовым преобразователем работает при таком токе. Ведь пишут о том, что он работает при токах и напряжениях близких к нулю. Как и положено любому ЛБП. А по причине проявления эффектов, которые я наблюдаю и которые у меня описаны, он не может так работать.

[krian]

Предполагаю желающие найдутся.
Расшифруйте, что вы под этим понимаете: какие функции он должен выполнять, диапазон входного и выходного напряжения, стабильность и пульсации, дискретность регулирования последнего. Диапазон выходных токов, стабильность и пульсации, дискретность регулирования. Мощность на нагрузке.
Когда все это пропишете, то можно обсуждать структуру (функциональную схему) устройства.

Мне не надо ставить условия. Я ТЗ не пишу и вы мне не начальник.
Вы, видимо, не до конца прочитали то, что я написал. И не знакомы с прототипами, о которых я написал. Для ответа на мой вопрос не обязательно знать все то, о чем вы спрашиваете. Причем, вопросы не корректные. Вот сами подумайте, какая "мощность на нагрузке" у !!!ЛАБОРАТОРНОГО!!! блока питания??? Ответ очевиден - от нуля до максимума. "какие функции должен выполнять" лабораторный блок питания? Мне казалось, это и так знают все, кто хоть раз с ним работал. В потивном случае и обсуждать нечего.

[krian]

И ещё, разве старушка 494-я может пропускать импульсы?

Я вам больше скажу. Когда нет нагрузки и эта старушка зарядит выходной конденсатор до заданного уровня, то импульсы вообще прекращаются, пока её компаратор не почувствует, что конденсатор разрядился и его снова нужно снова подзарядить. Если конденсатор большой и хороший, то импульсы не возобновляются довольно долго.

[avp94]

вы мне не начальник

А я никому не начальник .

обсуждать нечего

Это точно. Для обсуждения нужны параметры, хотя бы основные.
Ну хотя бы как здесь, на вкладке "Подробная спецификация".
Поскольку с вашими неизвестными мне "хотелками" не работал и не знаком, то закругляюсь - выхожу из топика.
Удачи в обсуждениях.

[Alex9797]

Мне не надо ставить условия. Я ТЗ не пишу и вы мне не начальник.
Вы, видимо, не до конца прочитали то, что я написал. И не знакомы с прототипами, о которых я написал.

Даже одной только первой фразы вполне достаточно, чтобы у большинства настоящих специалистов напрочь отбить желание к участию в этой теме.
А вторая фраза, а особенно тональность обеих, отбивают и остатки желания.

Похоже, вам не нужны советы, вы сами собрались учить других.
Удачи.

[vavan1983]

krian, можно сделать отдельный каскад на биполярном транзисторе в разрыв по плюсу и отдельный выход для работы с низкими напряжениями. То есть порог скважности управляющих импульсов ограничить так что бы форма этих импульсов была достаточной для симметричной работы обеих плеч. Оставшиеся напряжения срезать биполярным транзистором.