Power Electronics
http://valvol.ru/

Устойчивость ИБП
http://valvol.ru/topic64.html
Страница 6 из 17

Автор:  valvol [ 27-01, 16:09 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

ufolog писал(а):
Не могу разобраться, как построить график АФЧХ источника (20 Вт мощность, питание 10-14 вольт, выход 24 вольта). модель по ссылке:
https://transfiles.ru/lh3d6

Вообще существует несколько способов получения желаемого. Однако, в любом случае желательно иметь четкое предстваление о том, что делаешь.
1. Можно создать модель источника в предположении о его непрерывности (считаем, что источник не импульсный, а непрерывный). В принципе любой импульсный источник можно считать таковым при определенных условиях. Например, если частота ШИМ на порядок выше наибольшей частоты исследуемого частотного диапазона. В этом случае DC-DC преобразователь (ШИМ контроллер, вместе с трансформатором и выпрямителем) заменяется неким передаточным звеном, имеющим эквивалентный коэффициент передачи. Все остальные частотно зависимые компоненты остаются, что и позволяет снять частотную характеристику источника, используя штатный AC-анализ симулятора.
2. Можно создать в симуляторе работающую модель источника питания. Затем в разрыв обратной связи вставить генератор зондирующего синусоидального сигнала и затем снять частотную характеристику модели.
3. Можно использовать коммерческий симулятор PSIM, который позволяет снимать АФЧХ модели источника питания, замкнутого отрицательной обратной связью.

Однако перед этим надо позаботится о том, чтобы модель источника питания максимально соответствовала оригиналу в плане частотной характеристики. Т.е. все реактивные компоненты, влияющие на АФЧХ, должны иметь реалистичные данные (должны содержать паразитные элементы, свойственные реальным компонентам). В противном случае подобное моделирование не имеет ни какого смысла.

Автор:  SashaN123 [ 27-01, 19:23 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

Может проще анализировать по переходной характеристике , реакцию на ступеньку тока потребления, например?

Автор:  valvol [ 27-01, 19:43 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

SashaN123 писал(а):
Может проще анализировать по переходной характеристике

Способов много. В принципе можно составить представление о динамике системы, исследую её реакцию на какое-то возмущение. Зачастую так поступают при исследовании реальных объектов регулирования.
В данном случае мы имеем модель, которую можно крутить как хочешь. Поэтому врядли имеет смысл использовать какие-то косвенные методы испытания. Проще искать сразу то что требуется -> АФЧХ.
SashaN123 писал(а):
...реакцию на ступеньку тока потребления, например?

Это как? Ток потребления сам является реакцией на некое возмущение. Предлагаете исследовать реакцию на реакцию?

Автор:  student_2 [ 28-01, 09:18 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

valvol писал(а):
2. Можно создать в симуляторе работающую модель источника питания. Затем в разрыв обратной связи вставить генератор зондирующего синусоидального сигнала и затем снять частотную характеристику модели.
3. Можно использовать коммерческий симулятор PSIM, который позволяет снимать АФЧХ модели источника питания, замкнутого отрицательной обратной связью.

Однако перед этим надо позаботится о том, чтобы модель источника питания максимально соответствовала оригиналу в плане частотной характеристики. Т.е. все реактивные компоненты, влияющие на АФЧХ, должны иметь реалистичные данные (должны содержать паразитные элементы, свойственные реальным компонентам). В противном случае подобное моделирование не имеет ни какого смысла.

существует ли такой генератор в LTSpice? а если нет то где его взять?

Автор:  valvol [ 28-01, 10:29 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

В качестве такого генератора можно использовать обычный источник переменного напряжения.

Автор:  valvol [ 28-01, 15:59 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

valvol писал(а):
ufolog писал(а):
Не могу разобраться, как построить график АФЧХ источника (20 Вт мощность, питание 10-14 вольт, выход 24 вольта). модель по ссылке:
https://transfiles.ru/lh3d6

Вообще существует несколько способов получения желаемого. Однако, в любом случае желательно иметь четкое предстваление о том, что делаешь.
1. Можно создать модель источника в предположении о его непрерывности (считаем, что источник не импульсный, а непрерывный). В принципе любой импульсный источник можно считать таковым при определенных условиях. Например, если частота ШИМ на порядок выше наибольшей частоты исследуемого частотного диапазона. В этом случае DC-DC преобразователь (ШИМ контроллер, вместе с трансформатором и выпрямителем) заменяется неким передаточным звеном, имеющим эквивалентный коэффициент передачи. Все остальные частотно зависимые компоненты остаются, что и позволяет снять частотную характеристику источника, используя штатный AC-анализ симулятора...

Я не зря расписал очень подробно первый способ. Этот способ обеспечивает более точный и быстрый результат.
DC-DC преобразователь (ШИМ контроллер, вместе с трансформатором и выпрямителем) можно заменить эквивалентным усилительный узлом (на базе ИНУН, например) имеющим коэффициент передачи:
Ks = Kpwm * Ktr * Krd = 6.667 * 2.727 * 0.1079 = 1.9617
Где:
Kpwm - коэффициент передачи ШИМ контроллера UC3825 при напряжении питания 12 В;
Ktr - коэффициент передачи трансформатора;
Krd - коэффициент передачи резистивного делителя.
Однако, если резистивный делитель входит в схему компенсатора (так обычно и есть), то Krd лучше исключить из формулы Ks, и учитывать делитель уже на стадии проектирования компенсатора. Тогда:
Ks = Kpwm * Ktr = 6.667 * 2.727 = 18.18

Теперь, согласно рекомендациям, делаем модель (скачать)
И запускаем моделирование для определения АФЧХ.

Изображение

Из графика видно, что частотная характеристика имеет пик на частоте 13.4 кГц. Этот пик определяется частотой резонанса последовательного колебательного контура L1C1. Так как сейчас в модели используются идеальные компоненты, то и величина пика неопределенная. Чтобы увидеть реальную картину, необходимо указать паразитные параметры L1C1 (по крайней мере указать последовательные сопротивления Series Resistance для L1 и Equiv. Series Resistance для C1).

Автор:  SashaN123 [ 28-01, 17:20 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

valvol писал(а):
Это как? Ток потребления сам является реакцией на некое возмущение. Предлагаете исследовать реакцию на реакцию?

На выходе создать скачек тока с помощью источника тока в симуляторе. И посмотреть как реагирует напряжение на "нагрузке". Если источник питания имеет годограф, близко подходящий к критической точке (-1,0), то реакция будет близка к затухающему синусу. Иначе - монотонная.
Также посмотреть время реакции. Уровень перерегулирования. Выходное сопротивление.

Автор:  student_2 [ 29-01, 09:52 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

valvol писал(а):
Я не зря расписал очень подробно первый способ. Этот способ обеспечивает более точный и быстрый результат.
DC-DC преобразователь (ШИМ контроллер, вместе с трансформатором и выпрямителем) можно заменить эквивалентным усилительный узлом (на базе ИНУН, например) имеющим коэффициент передачи:
Ks = Kpwm * Ktr * Krd = 6.667 * 2.727 * 0.1079 = 1.9617
Где:
Kpwm - коэффициент передачи ШИМ контроллера UC3825 при напряжении питания 12 В;
Ktr - коэффициент передачи трансформатора;
Krd - коэффициент передачи резистивного делителя.
Однако, если резистивный делитель входит в схему компенсатора (так обычно и есть), то Krd лучше исключить из формулы Ks, и учитывать делитель уже на стадии проектирования компенсатора. Тогда:
Ks = Kpwm * Ktr = 6.667 * 2.727 = 18.18

valvol, извините не соображу, откуда берем эти коэффициенты передачи?

Автор:  valvol [ 29-01, 10:57 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

student_2 писал(а):
valvol, извините не соображу, откуда берем эти коэффициенты передачи?

В данном случае
Kpwm = Vc / Vramp = 12 / 1.8 = 6.667
Где:
Vc - напряжение питания преобразователя и ШИМ-контроллера;
Vramp - размах пилы на ножке Ramp ШИМ-контроллера.

Коэффициент передачи трансформатора
Ktr = N2/N1 = sqrt(L2/L1) = sqrt(23.8m / 3.2m) = 2.727
По сути, это обратная величина от коэффициента трансформации.

Автор:  student_2 [ 29-01, 15:06 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

valvol писал(а):
student_2 писал(а):
valvol, извините не соображу, откуда берем эти коэффициенты передачи?

В данном случае
Kpwm = Vc / Vramp = 12 / 1.8 = 6.667
Где:
Vc - напряжение питания преобразователя и ШИМ-контроллера;
Vramp - размах пилы на ножке Ramp ШИМ-контроллера.

Коэффициент передачи трансформатора
Ktr = N2/N1 = sqrt(L2/L1) = sqrt(23.8m / 3.2m) = 2.727
По сути, это обратная величина от коэффициента трансформации.

valvol, спасибо!

Автор:  ufolog [ 29-01, 23:44 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

valvol писал(а):
Из графика видно, что частотная характеристика имеет пик на частоте 13.4 кГц


подскажите пожалуйста, как эту информацию правильно использовать для выбора корректирующей цепочки в обратной связи ШИМ-контроллера? понятно, что придется подбирать номиналы при отладке реального макета, но хотя бы определиться с первоначальными номиналами.

и еще подскажите, какие моменты нужно отследить при моделировании источника, чтобы можно было говорить о том, что реальное устройство получится жизнеспособным?

Автор:  valvol [ 30-01, 11:06 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

ufolog писал(а):
valvol писал(а):
Из графика видно, что частотная характеристика имеет пик на частоте 13.4 кГц

подскажите пожалуйста, как эту информацию правильно использовать для выбора корректирующей цепочки в обратной связи ШИМ-контроллера?

При определенных условиях (на холостом ходу, например), наличие этого пика может приводить к автоколебаниям источника на этой частоте.
Для чего предназначен данный источник? Почему выбраны именно такие параметры LC фильтра?
ufolog писал(а):
...понятно, что придется подбирать номиналы при отладке реального макета, но хотя бы определиться с первоначальными номиналами.

Обычно, при использовании корректной модели, каких-то доводок на реальном устройстве не требуется.
ufolog писал(а):
и еще подскажите, какие моменты нужно отследить при моделировании источника, чтобы можно было говорить о том, что реальное устройство получится жизнеспособным?

Уже говорил выше. Необходимо ввести в модель паразитные (не основные) элементы, присущие реальным компонентам. В данном случае, по крайней мере, необходимо указать последовательные сопротивления для элементов LC фильтра. Эти сопротивления обычно указываются в справочных данных или просто измеряются прибором.

Автор:  SashaN123 [ 31-01, 19:04 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

valvol писал(а):
Уже говорил выше. Необходимо ввести в модель паразитные (не основные) элементы, присущие реальным компонентам. ...


Линейная модель шим преобразователя с силовым ключём и трансформатором тоже много чего не учитывает, полагаю.

Автор:  valvol [ 31-01, 19:55 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

SashaN123 писал(а):
Линейная модель шим преобразователя с силовым ключём и трансформатором тоже много чего не учитывает, полагаю.

Выходной НЧ фильтр усредняет ШИМ, превращая его в практически линейный регулятор. Заметное отклонение от линейности, а также искажения фазочастотной характеристики будут наблюдаться на частотах соизмеримых с частотой ШИМ. Но на этих частотах завал уже на столько велик, что подобные артефакты можно просто не принимать во внимание.

Автор:  ufolog [ 31-01, 23:15 ]
Заголовок сообщения:  Re: Устойчивость ИБП

касаемо выбора параметров корректирующей цепочки в ОС шим-контроллера не прояснилось ровным счетом ничего :nea:

Страница 6 из 17 Часовой пояс: UTC + 4 часа
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
http://www.phpbb.com/