Auf die Frage nach Wellen, interessanten Menschen und Induktivitäten

Gesetz 14 (Edisons Gesetz) "Besser" ist der Feind des "Guten"

Kürzlich hat mein Kollege, den ich in meinen Beiträgen wiederholt erwähne (in der Regel als Reinkarnation von Dr. Watson, dessen Hauptzweck es ist, die Hauptfigur brillanter zu machen, ich habe solche Witze, Danil), beschlossen, das Design von Stromversorgungen zu beherrschen (z Anfang von Low-Power, und dort wird es zu sehen sein). Da der Fall in den 201er Jahren auftritt, sind Transistoren billig und klein (selbst mit Treibern) und Induktivitäten sind groß und teuer (naja, nicht so groß wie zuvor, aber immer noch nicht klein), eine nicht invertierende (Brücken-) Aufwärtsschaltung mit einem Mikrocontroller Rolle des Steuerelements. Mit diesem Schema sind einige interessante Fragen verbunden, von denen einige in ST4 Ann448 beantwortet werden (nicht alles und nicht vollständig, vielleicht schreibe ich mehr darüber), aber das ist etwas anders.

Nach dem Zusammenbau der Schaltung schrieb ein Kollege eine Reihe von Tests, die es ermöglichten, die Richtigkeit der Schaltung (und Fehler wurden gefunden und korrigiert) und die Funktion einzelner Elemente (der Fehler wurde ebenfalls gefunden und behoben) zu überprüfen. (Ich verstehe nicht, Danil, warum schreibst du nicht selbst darüber, insbesondere über den Booster für die Ausgabetaste - es ist sehr lehrreich). Einer der Tests war die Funktion des Geräts als Aufwärtsstromversorgung mit festem Arbeitszyklus, was allgemein bestätigt wurde, wobei sich die Ausgangsspannung gemäß dem Berechnungsmodell änderte. Abschließend haben wir uns entschlossen, die Welligkeitsspannung am Quellausgang zu sehen. Ein Ersatzschaltbild für den Testmodus ist auf dem KDPV dargestellt.

Und hier waren wir mit einem etwas unverständlichen Phänomen konfrontiert - die Ausgangswellenform unterschied sich stark von der durch die Amplitude der Pulsationen berechneten (nun, dies wird allgemein erwartet, da sich die Parameter der realen Komponenten immer von den in der Spezifikation angegebenen unterscheiden, jedoch nicht zu bestimmten Zeiten) und Wellenform (aber das ist völlig unverständlich). Die spezifische Wellenform ist in Abbildung 1 (in Grün) dargestellt, die erwartete Welligkeitsform (in Rot) ist darauf aufgetragen. Der Unterschied scheint mir offensichtlich zu sein. Vor allem ist es überraschend, dass der Kondensator ständig entladen wird (mit Ausnahme der Bereiche mit abruptem Übergang), was in starkem Gegensatz zu der theoretisch vorhergesagten Gleichheit des Durchschnittsstroms durch den Kondensator für einen Zeitraum im stationären Zustand steht, auf dem die gesamte Methode zur Berechnung des Wandlers basiert.



Wir fangen an zu argumentieren. Die starken Spannungsspitzen lassen sich perfekt durch das Vorhandensein eines signifikanten ESR-Kondensators erklären, und wir können sogar dessen Wert = dU / I / 2 schätzen, was uns 100 mOhm ergibt - natürlich etwas zu groß, aber durchaus möglich. Aber warum sehen wir im Zyklus der Leistungsübertragung von der Induktivität keinen charakteristischen Spannungsanstieg über der Kapazität? Zusätzliche Untersuchungen sind erforderlich, und dazu ist es erforderlich, den Defekt auf einem anderen Gerät zu reproduzieren. Da es keine Möglichkeit gibt, die zweite Karte zu sammeln (genauer gesagt, es gibt keinen Wunsch, dies ist der entscheidende Faktor), benötigen Sie eine virtuelle Verbindung und Google "Electronic Circuit Simulator" führt zu einer völlig charmanten Website falstad.com. (Notwendiger Hinweis: Der Autor kennt die Existenz vieler anderer Simulatoren und hat sie viele Male verwendet. Die Sicherheitsrichtlinien der IT-Abteilung haben es jedoch unmöglich gemacht, das Paket zu installieren, und noch mehr die geknackte, also ist Online unser Alles).

Ich finde ein Modellierungsprogramm, lese die Entstehungsgeschichte und verstehe, dass dies ein Indie-Projekt ist, dh eine Person (in ihrer Freizeit) schreibt einen Simulator (in Java), liefert ihm eine Reihe von Modellen und unterstützt die Arbeit der Site mit dieser Anwendung - einfach verrückt. Ich verstehe die Grundprinzipien der Simulation elektronischer Schaltungen, ich kann zugeben, dass eine Reihe von Modellen im Web in zugänglicher Form vorliegen, aber ich habe trotzdem keinen solchen Simulator geschrieben (und die große Mehrheit der Habrach-Bewohner auch). Aber unterdrücken Sie das Gefühl des hellen Neides und beginnen Sie, das problematische Schema zu studieren.

Ich mache nicht sofort ein Modell der Schaltung, aber (mithilfe von Videolektionen) lerne ich, die Ergebnisse in Form von Oszillogrammen zu visualisieren (dieses Programm ermöglicht es uns, den Stromfluss in der untersuchten Schaltung in Form von Miniaturkreisen zu überwachen, was lustig und sehr lehrreich, aber nicht sehr informativ ist, obwohl Sie dies können Zeigen Sie die Bewegung der Elektronen, dann laufen die Kreise in die entgegengesetzte Richtung, was noch mehr Spaß macht, wenn auch nicht informativer) und beobachten Sie die Ergebnisse. Der Empfang des Ergebnisses stimmt vollständig mit dem theoretisch vorhergesagten überein, was nicht überraschend ist - wir haben alle Elemente perfekt, wie bei der Berechnung.


Ich addiere den erwarteten Wert des Widerstands und bin überrascht zu sehen, dass sich die Form der Pulsationen dramatisch geändert hat und vollständig mit der im Experiment beobachteten übereinstimmt, was nur Freude macht, was bedeutet, dass wir das Modell weiter untersuchen können. Zunächst messe ich die Spannung am Kondensator und stelle gerne sicher, dass das Volt-Sekunden-Gleichgewicht nicht unterbrochen wird und der Kondensator während des Arbeitszyklus wie gewünscht geladen und entladen wird. Dann wird das Verhalten der Spannung an der Last klar - dies ist die Summe der Spannung am Kondensator und des Spannungsabfalls am Widerstand, der proportional zum fließenden Strom ist. Da sich der Strom durch die Induktivität während der Energieübertragung von der Induktivität zur Kapazität ändert (abnimmt), führt dies zu einer Abnahme des Widerstandsabfalls, und ab einem bestimmten Wert des letzteren gewinnt der Spannungsanstieg über der mit seiner Ladung verbundenen Kapazität.

Um unsere Hypothese zu testen, spielen wir mit den Parametern der Schaltung (ich empfehle dringend, dies selbst auf der bereitgestellten Seite zu tun). Zuerst schalten wir den Keramikkondensator aus. Dadurch wird die Glättung der Fronten mit einer Zeitkonstante von 1 ms entfernt und wir können die Effekte in reiner Form beobachten. Wir beginnen, den Widerstand zu erhöhen, und wir sehen das Auftreten eines charakteristischen Schritts, dessen Größe zunimmt. Ab einem bestimmten Punkt können Sie sehen, dass der Neigungswinkel der Durchlassspannung an der Last im Ladeabschnitt abnimmt, bis das Segment horizontal wird, und sich dann in ein fallendes Segment verwandelt.

Wir führen das letzte Experiment durch, das zeigt, dass es neben dem Stromabfall in der Induktivität keine anderen Gründe für den Spannungsabfall gibt (wir sehen sie sowieso nicht, aber Sie wissen es nie ...) - es ist notwendig, die Stromwelligkeit in der Induktivität zu reduzieren, und dies ist am einfachsten durch Erhöhen der Induktivität zu erreichen. Im wirklichen Leben wäre die Aufgabe, eine 1-mF-Spule für einen Strom von 4A zu erhalten, nicht einfach, aber im Simulator gibt es nichts Einfacheres - und mit Sicherheit nimmt die Stromwelligkeit stark ab und die Ausgangsspannung hat wieder einen linear ansteigenden Abschnitt. Wie immer passiert nichts Wunderbares und alle Prozesse, die im Schema stattfinden, haben eine naturwissenschaftliche Erklärung, BST.

Wir kehren zur ursprünglichen Live-Schaltung zurück, sehen uns die Kapazitätsparameter für das Datum an, sehen die erwarteten 100 mOhm Widerstand, stellen die verwirrte Frage „und warum ist es hier“, wir erhalten die Antwort „Nach den Berechnungen hat es 200uf gedauert, ich habe beschlossen, mehr zu setzen“ („was Victor Stepanovich erlaubt, sich daran zu erinnern, wie ein Visionär von Wangs Niveau “- Entschuldigung, nicht mein Satz), wir legten zwei 100-Mikrofon-Keramiken (100-Mikrofer-Keramiken in Millimeterdimensionen) auf den Tisch, Karl - wenn mir das vor 20 Jahren gesagt worden wäre, würde ich einfach meinen Finger am Tempel drehen, und jetzt sind sie es Sich suhlen ... Komponente b weil sie einen großen Sprung im Laufe der Jahre, obwohl ein Schaltungsentwurf nicht gesagt werden kann, ist uns alles durchdacht) und alles ist gut. Was mich an einen anderen nicht weniger bemerkenswerten Satz erinnert: "Es ist nicht notwendig, wie es besser ist, es ist notwendig, wie es sein sollte."

Abschließend möchte ich Herrn Falstad meinen Dank für das Vergnügen aussprechen, sein wunderbares Programm zu nutzen und froh zu sein, dass solche Leute es immer noch tun, sonst wurde mir nach dem Verlassen von Robert Pease etwas langweilig. Obwohl mir nicht ganz langweilig ist - vor ungefähr 3 Jahren habe ich ein erstaunliches Programm und auch einen Simulator entdeckt - VMLab und auch den Status freier Software -, ist wahrscheinlich etwas in diesem Konzept, da so wundervolle Leute es fördern. Sie können sich auch an Godbolt erinnern - es ist auch sehr gut, wahrscheinlich egal, nicht alles ist verloren und der Satz "sie machen solche Leute nicht mehr" ist falsch, sie machen, sie machen nur ein bisschen andere Dinge.

PS. Da es sich um Induktivitäten handelt (ja, wir haben darüber gesprochen, wenn auch nicht lange), möchte ich auf eine Funktion eingehen (ich würde sagen, härter, aber „toxisches Verhalten“ wird in Habré nicht begrüßt), die sich auf die Wahl der Induktivität aus Standardprodukten bezieht. Der Hauptparameter ist zusammen mit der Induktivität selbst der zulässige Strom durch die Spule, und hier gibt es eine unangenehme Nuance, die wir betrachten werden.

Lassen Sie uns zunächst die Gefahr eines Überschreitens des Maximalstroms (Sättigungsstroms) anhand der Tatsache bestimmen, dass die Induktivität, wie Sie vielleicht vermuten, in den Sättigungsmodus wechselt, in dem keine lineare Beziehung zwischen dem fließenden Strom und der Kernmagnetisierung besteht, was zu Energieverlusten aufgrund der Magnetisierungsumkehr führt. Dieser Parameter verfügt über zwei Funktionen, die berücksichtigt werden sollten:

Tatsächlich ist dieser Parameter für jede reale Induktivität Null, da für jeden fließenden Strom eine Nichtlinearität auftritt und die Frage nur den Grad der Nichtlinearität an einem bestimmten Punkt betrifft. In den Tagen meiner Jugend war es üblich, einen aktuellen Wert anzugeben, bei dem die Verluste 5% betragen (und dies ist der richtige Ansatz), damit Sie sich der Induktivität bei niedrigeren Strömen sicher sein können. Leider geben einige Hersteller den Strom jetzt mit 20% Verlust an, andere mit 30%. Bei Strömen, die nahe an den angegebenen liegen, werden Sie von den Ergebnissen in Bezug auf die Effizienz sehr verwirrt sein. Natürlich ist die Höhe der Verluste am Grenzstrom im Datum ehrlich angegeben und Sie können immer auf RTFM (F) antworten, aber irgendwie ist es in Bezug auf die Erwartungen der Entwickler etwas nicht ehrlich. Ich verstehe, dass die Marketingabteilung auf den höchsten Raten in Flugblättern besteht (und ein ehrlicher Strom wird um 50 Prozent niedriger sein), aber wir sind immer noch hauptsächlich Ingenieure, na ja, ich denke schon.

2. Dies ist nicht der Durchschnittsstrom, sondern der Maximalstrom. Wenn Sie kurzfristige Überschüsse (was typisch für Schaltnetzteile ist) des Sättigungsstroms haben, sind Verluste unvermeidlich, selbst wenn der Durchschnittsstrom viel geringer ist. Diese Funktion sollte nur verständlich sein und hier sind die Hersteller ehrlich - Sie müssen es selbst in Betracht ziehen. Daher muss im kontinuierlichen Modus bleiben, da in diesem Modus das Verhältnis des maximalen Stroms zum Durchschnitt am kleinsten ist und zwischen eins und zwei liegt.

Es gibt jedoch noch einen weiteren Parameter, der zuvor einfach nicht vorhanden war. Tatsache ist, dass in den letzten mehr als 10 Jahren viele hervorragende Materialien entstanden sind, die aus Sicht der Kerne einfach erstaunliche Parameter aufweisen, vor allem magnetische Permeabilität und Frequenzeigenschaften. All dies ermöglichte es, die geometrischen Abmessungen der Wicklungselemente zusammen mit einer Erhöhung der Betriebsfrequenzen um eine Größenordnung (oder sogar nicht um eine) zu verringern. Aber Sie müssen für alles auf dieser Welt bezahlen - und wenn Sie einen Transformator mit einem Kern aus beladenem Eisen auf den Schmelzpunkt eines Kupferdrahtes erwärmen könnten (es war einfach mit Kurzschluss) und er verlor keinen Wirkungsgrad (er könnte verloren haben, aber er war nicht spürbar). Ein solcher Trick funktioniert bei modernen Materialien nicht, und wenn er über eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, beginnt die magnetische Permeabilität (und damit der Sättigungsstrom) mit vollständig vorhersehbaren Konsequenzen zu sinken.

Der zweite Parameter ist aus den oben genannten Gründen der maximal zulässige Durchschnittsstrom durch die Wicklung. In der Regel ist es 2-mal weniger als der Sättigungsstrom (obwohl dies nicht erforderlich ist). Wenn Sie sich also an der Grenze des Kontinuitätsmodus befinden, ist alles wunderbar und alle Bedingungen sind erfüllt (vergessen Sie nicht etwa 20-30% der Verluste), aber wenn Sie sich tief im Inneren befinden Durchgangszonen und maximaler Strom = 120% Durchschnitt und Brunnen überschreiten den Sättigungsstrom nicht. Dann müssen Sie den Durchschnittsstrom noch auf Zulässigkeit prüfen. Daher die Faustregel: Teilen Sie den Sättigungsstrom moderner Spulen durch ungefähr 1,5 (mehr ist bereits zu viel) und wählen Sie dieses Kriterium. Sie werden in der von Ihnen entwickelten Schaltung glücklich und hocheffizient sein.

Übrigens tun gute Chinesen genau das - sie legen eine Induktivität mit einem Sättigungsstrom von 12 A in eine Stromquelle von 8 A und alles funktioniert zu 90% perfekt im Wirkungsgrad.