©2004 Валентин Володин
Сайт Валентина Володина
Главная Статьи Книги и журналы Справочник Программы Ссылки
О себе RytmArc Схемы и описания Резервный форум Разное valvolodin.narod.ru
Калькуляторы Файловый архив Архив форума Форум ГОСТы Измерительные приборы
turbobit mega.co.nz fex.net files.dp.ua ... imageup ... ... ... ...

Power Electronics

Посвящается различным источникам электропитания
Текущее время: 29-03, 18:25

Часовой пояс: UTC + 4 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 15 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 25-05, 18:24 
Не в сети
Участник

Зарегистрирован: 10-11, 11:33
Сообщения: 75
Откуда: РФ
Появилась задача сделать ламповый предусилитель для бас-гитары. Питание от БП для светодиодных лент 12V \ 36W. По советам из интернета, для анодного напряжения будет применён повышающий преобразователь на NE555.
Изображение
Собственно, для его повторения ума не надо. Но заинтересовал принцип его работы и критерий выбора номинала дросселя.
В теории каким-то, непонятным для меня образом, в расчёте исчезают реальные значения Ton и Toff ключа, которые в данном случае можно получить из Datasheet-а на NE555 и формула определения индуктивности дросселя принимает вид:
L = (Vout \ 2*f*Iout)*k^2*(1-k),
где к = Vin/Vout.
Если считать по этой формуле, минимальная индуктивность дросселя будет равна 599 мкГн.
Каким же всё-таки образом правильно рассчитывать минимальную индуктивность?

_________________
http://valvelab.al.ru/


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 25-05, 22:01 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9580
Aleksander8 писал(а):
Если считать по этой формуле, минимальная индуктивность дросселя будет равна 599 мкГн.
Каким же всё-таки образом правильно рассчитывать минимальную индуктивность?

Трудно что-то сказать, т.к. отсутствуют желаемые режимы работы преобразователя (мощность, частота, режим работы дросселя ...), а также информационный источник из которого позаимствована формула.
Скачайте книгу Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры, под ред. Найвельта Г.С. Там, начиная с стр. 328, приводится пример расчёта повышающего преобразователя для непрерывного и прерывистого режима работы дросселя.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 25-05, 22:34 
Не в сети
Участник

Зарегистрирован: 10-11, 11:33
Сообщения: 75
Откуда: РФ
Извините, не указал источник:
http://radiohlam.ru/teory/boost1.htm
Расчёт генератора по приведённой схеме:
f = 31169 Гц;
Ton = 16,7 мС;
Toff = 15,2 мС;
Vin = 12 В;
Vout = 180 В;
Iout = 0.02 А.

_________________
http://valvelab.al.ru/


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 25-05, 23:22 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9580
Aleksander8 писал(а):
Если считать по этой формуле, минимальная индуктивность дросселя будет равна 599 мкГн.

По предложенной методике так и получается.
Попробуйте посчитать по более капитальной методике из справочника под редакцией Найвельта.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 26-05, 17:46 
Не в сети
Участник

Зарегистрирован: 10-11, 11:33
Сообщения: 75
Откуда: РФ
Спасибо за книгу.
По Найвельту коэффициент заполнения импульса меньше единицы при Vin = 12В и Vout = 55В. При необходимости получения более высокого Vout, коэффициент заполнения импульса становится больше единицы, что уже нереально для указанной выше схемы. Не знаю, могут ли ШИМ-контроллеры работать в таком режиме.
Если использовать значение коэффициента заполнения импульса из расчёта NE555, то минимальное значение индуктивности получится в пределах от 2300 до 2400 мкГн.
Ещё вопрос: возможно ли для применения сердечника дросселя повышающего преобразователя использовать кольца из распылённого железа от компьютерных материнских плат?

_________________
http://valvelab.al.ru/


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 27-05, 01:56 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9580
Aleksander8 писал(а):
По Найвельту коэффициент заполнения импульса меньше единицы при Vin = 12В и Vout = 55В.

В том-то и проблема, что реальный коэффициент повышения преобразователя конечен. Выход может быть в автотрансформаторном включении дросселя или в последовательном включении нескольких повышающих ступеней.
Aleksander8 писал(а):
Ещё вопрос: возможно ли для применения сердечника дросселя повышающего преобразователя использовать кольца из распылённого железа от компьютерных материнских плат?

Чтобы это решить, надо сначала идентифицировать эти кольца - размеры, цвета раскраски...

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 27-05, 09:12 
Не в сети
Участник

Зарегистрирован: 10-11, 11:33
Сообщения: 75
Откуда: РФ
valvol писал(а):
В том-то и проблема, что реальный коэффициент повышения преобразователя конечен. Выход может быть в автотрансформаторном включении дросселя или в последовательном включении нескольких повышающих ступеней.

Понятно, что повышать выходное напряжение до бесконечности невозможно. Тем не менее, схема в начале топика работает. Судя по всему, при таком маленьком номинале дросселя, выходное напряжение устанавливается за некоторое количество периодов. Где-то писали, что схема работает, как насос, накачивая выходной электролит, пока накачку не остановит компаратор. Загвоздка в том, что в интернете схем таких несколько. Но как их посчитать, непонятно.
valvol писал(а):
Чтобы это решить, надо сначала идентифицировать эти кольца - размеры, цвета раскраски...

Жёлто\белый 13Х7Х5 - производитель рекомендует - Дроссели DC/DC преобраз-ей до 50 кГц
Зелёный\синий 14Х7Х6.5 - производитель рекомендует - Дроссели DC/DC преобраз-ей свыше 50 кГц.
Одно дело, рекомендации производителя, и совсем другое - радиолюбительский опыт. Как говорит сатирик М.Задорнов, а что будет, если...? Например, если взять сердечник несмотря на его окраску, по пробной обмотке определить и намотать дроссель 100 мкГн и поставить в вышеуказанную схему? Возможно кто-нибудь так и делал. Понимаю, что не профессионально, но интересно.

_________________
http://valvelab.al.ru/


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 27-05, 11:20 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9580
Aleksander8 писал(а):
Тем не менее, схема в начале топика работает.

Очень может быть, что при определённых условиях эта схема сможет обеспечить требуемый коэффициент повышения. Главная проблема здесь в дросселе. Существует эффект магнитной вязкости, который ограничивает максимальную скорость изменения индукции в сердечнике. При большом коэффициенте умножения требуемая скорость изменения индукции может быть не достигнута и тогда вся энергия, запасенная в сердечнике в нем и рассеится.
Правильный выбор затрудняется отсутствием соответствующих данных от производителя. Можно случайно выбрать или спроектировать правильный дроссель и не иметь проблем, а можно и наоборот.
Однако однозначно, что более высокочастотные сердечники меньше подвержены этому эффекту.
Aleksander8 писал(а):
Судя по всему, при таком маленьком номинале дросселя, выходное напряжение устанавливается за некоторое количество периодов. Где-то писали, что схема работает, как насос...

Дроссель должен накапливать энергию потребляемую нагрузкой. Поэтому, при уменьшении его величины, необходимо увеличить частоту коммутации.
Что касается проектирования повышающих преобразователей, существует множество методик в той или иной мере учитывающих множество факторов, влияющих на его работу. В справочнике Найвельта приводится достаточно качественная методика. Следую рекомендациям этой методики можно получить гарантированный результат. При отклонении от рекомендаций, результат может быть не достигнут.
Aleksander8 писал(а):
Жёлто\белый 13Х7Х5 - производитель рекомендует - Дроссели DC/DC преобраз-ей до 50 кГц
Зелёный\синий 14Х7Х6.5 - производитель рекомендует - Дроссели DC/DC преобраз-ей свыше 50 кГц.

Лучше использовать более высокочастотный сердечник, который гарантированно имеет меньшую магнитную вязкость и меньший уровень потерь.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 27-05, 12:13 
Не в сети
Участник

Зарегистрирован: 10-11, 11:33
Сообщения: 75
Откуда: РФ
valvol писал(а):
Дроссель должен накапливать энергию потребляемую нагрузкой. Поэтому, при уменьшении его величины, необходимо увеличить частоту коммутации.
Что касается проектирования повышающих преобразователей, существует множество методик в той или иной мере учитывающих множество факторов, влияющих на его работу. В справочнике Найвельта приводится достаточно качественная методика. Следую рекомендациям этой методики можно получить гарантированный результат. При отклонении от рекомендаций, результат может быть не достигнут.

По Найвельту к-т заполнения больше единицы, т.е. недостижим для NE555. Используем реальный к-т заполнения приведённой схемы. Подставляем его в формулу вычисления минимальной индуктивности из источника того же автора и получаем Lmin = 2,4 мГн.
Получается, что схема работает неким своим собственным образом, противоречащем теории, что было уже интуитивно понятно по проведённым расчётам из двух других источников. Получается, что такие "выкрутасы" не подлежат расчётам :evil: .
valvol писал(а):
Лучше использовать более высокочастотный сердечник, который гарантированно имеет меньшую магнитную вязкость и меньший уровень потерь.

Спасибо. Не знал.

_________________
http://valvelab.al.ru/


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 27-05, 19:50 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9580
Aleksander8 писал(а):
Тем не менее, схема в начале топика работает.

В модели схема работает. При этом дроссель работает в разрывном режиме (ток протекает треугольными импульсами). Амплитуда тока до 2A. Действующее значение тока 0.6A
В предлагаемых методиках, критерием для расчёта дросселя являлась непрерывность тока в нем. Поэтому и индуктивность получилась большая. Однако, не смотря на большую индуктивность, дроссели для неразрывного режима подвергаются меньшим импульсным (0.4-0.6А) и действующим (0.33-0.37А) токам и поэтому имеют практически такой же габаритный размер, как и для дросселя в разрывном режиме. Через электронные ключи в неразрывном режиме протекают меньшие токи, что благоприятно сказывается на общей эффективности преобразователя и уровне генерируемого шума.
Но суррогатный ШИМ контроллер на 555 не способен формировать импульсную последовательность с заполнением близким к 1. По сути он является неким симбиозом ШИМ и ЧИМ. При старте он формирует импульсы с заполнением 0.546 и частотой 29.2кГц. В номинальном режиме заполнение 0.467 и частота 34.7кГц. Т.е. особого выбора нет. Если мы хотим использовать 555, то неразрывный режим не достижим. Однако, разрывный режим, не смотря на меньшую эффективность, может быть полезным в случае использования не достаточно быстрого диода VD1 (не Шоттки). В этом случае у диода появляется время на обратное восстановление. А так как сам преобразователь имеет не большую мощность (180В * 0.02А = 3.6Вт), то его эффективность также не очень важна.
Вывод: Предложенная в начале схема преобразователя работоспособна и вполне может быть использована по предполагаемому направлению.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 27-05, 23:39 
Не в сети
Участник

Зарегистрирован: 10-11, 11:33
Сообщения: 75
Откуда: РФ
Спасибо за подробный ответ.
Посмотрел все книги по данной тематике, которые смог найти. Только в одной (без титульного листа, т.е. без указания автора) нашёл режим разрывного тока. К сожалению, расчёт по методике, изложенной в этой книге показал индуктивность дросселя = 2.4-2.7 мГн. Что ещё больше.
Придётся просто повторить схему только с расчётом номинала R1 под необходимое выходное напряжение.

_________________
http://valvelab.al.ru/


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 29-05, 22:04 
Не в сети
Участник

Зарегистрирован: 10-11, 11:33
Сообщения: 75
Откуда: РФ
Т.к. повышающий преобразователь является частным случаем обратноходового преобразователя, воспользовался методикой, изложенной в AN-16 от Power Integrations.
Если приравнять индуктивность дросселя к индуктивности первичной обмотки трансформатора, взять коэффициент потерь 0,9 (по методике, если он равен 1, то потери на стороне первичной цепи, если нулю, то на стороне вторичной) и К.П.Д.= 0,5, получим индуктивность, равную 76,8 мкГн. При К.П.Д. = 0,8, индуктивность - 124,77 мкГн.
С учётом того, что преобразователь работает в режиме прерывистого тока дросселя.
Правомерен ли такой подход к расчёту?

_________________
http://valvelab.al.ru/


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 29-05, 23:51 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9580
Эти методики придуманы для нормальных ШИМ контроллеров, а не для 555.
Что касается разрывного режима, то его может обеспечить широкий спектр индуктивностей, в диапазоне от очень маленьких до граничной (за счёт роста амплитуды тока).
Все необходимые формулы легко выводятся из простых соотношений. Граничное значение индуктивности, обеспечивающее граничный, между разрывным и неразрывным, режим можно найти по формуле:
L=Vi^2*кпд/(2*P*F)=12^2*1/(2*180*0.02*30000)=666мкГ
Однако эта формула справедлива только для того случае, когда ШИМ-контроллер способен обеспечить соответствующий коэффициент заполнения:
D=(Vo-Vi)/Vo
Для соотношения Vi=12 и Vo=180 имеем D=(180-12)/180=0.9333

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 30-05, 19:17 
Не в сети
Участник

Зарегистрирован: 10-11, 11:33
Сообщения: 75
Откуда: РФ
Большое спасибо.

_________________
http://valvelab.al.ru/


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Step-up на NE555
СообщениеДобавлено: 03-06, 02:01 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9580
Изображение
Решил создать некую методику именно для 555 таймера.
Так как у таймера имеет место комбинированное регулирование, то сначала, для определения параметров индуктивности, необходимо оценить его регулировочную характеристику в крайних точках. Для этого мы должны определить формируемые длительности в зависимости от управляющего напряжения Vc на ножке 5.
Используя известное выражение для RC-цепи, определим время зарядки конденсатора C4:
t1=-(R5+R6)*C4*ln((Vin-Vc)/(Vin-0.5*Vc))
и время разрядки конденсатора C4:
t2=-R6*C4*ln(0.5)
Для удобства, сводим все расчёты в таблицу Excel
Изображение
Здесь вроде бы всё ясно. Во второй и третьей строке рассчитываются параметры импульсной последовательности для различных значений управляющего напряжения Vc. В данном случае, эти значения взяты из модели предложенной схемы. Но можно выбрать и другие. Например, если выкинуть резистор R4, то верхнее значение Vc станет равным Vc = 2 * Vin / 3 = 8В. Нижнее значение Vc устанавливается автоматически схемой регулирования и соответствует ситуации, когда мощность передаваемая преобразователем равна номинальной мощности нагрузки. Для расчёта, необходимо выставить желаемое значение Vc, которое, допустим, на 1.5...2 Вольта ниже верхнего.
В 6-й строке для требуемой мощности определяются индуктивность и амплитудное значение тока в индуктивности. Энергия, накапливаемая в индуктивности пропорциональна квадрату амплитуды тока (ток оказывает большее влияние, чем сама индуктивность). Поэтому рассчитанное значение индуктивности не минимальное, а максимальное. В большей индуктивности просто не накопиться требуемая энергия. С другой стороны, некоторое уменьшение индуктивности будет скомпенсировано увеличением тока.
Рассчитанные параметры хорошо совпадают с результатами моделирования.
Таблицу можно взять здесь.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 15 ] 

Часовой пояс: UTC + 4 часа


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 0


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения

Перейти:  
Powered by Forumenko © 2006–2014
Русская поддержка phpBB
turbobit mega.co.nz fex.net files.dp.ua ... imageup ... ... ... ...
Рейтинг@Mail.ru