À la question des ondulations, des gens intéressants et des inductances

Loi 14 (loi d'Edison) «Mieux» est l'ennemi du «bien»

Récemment, mon collègue, que je mentionne à plusieurs reprises dans mes messages (en règle générale, comme la réincarnation du Dr Watson, dont le but principal est de rendre le personnage principal plus brillant, j'ai de telles blagues, Danil), a décidé de maîtriser la conception des alimentations (pour début de faible puissance, et là on le verra). Étant donné que le cas se produit dans les années 201, les transistors sont bon marché et petits (même avec des pilotes), et les inductances sont grandes et coûteuses (enfin, pas aussi grandes qu'auparavant, mais toujours pas petites), un circuit élévateur non inverseur (pont) avec un microcontrôleur dans rôle de l'élément de contrôle. Un certain nombre de questions intéressantes sont liées à ce schéma, dont certaines sont traitées dans ST4 Ann448 (pas tout et pas complet, j'écrirai peut-être plus à ce sujet), mais c'est un peu différent.

Après avoir assemblé le circuit, un collègue a rédigé une série de tests qui ont permis de vérifier l'exactitude du circuit (et des erreurs ont été trouvées et corrigées) et le fonctionnement des éléments individuels (l'erreur a également été trouvée et corrigée). (Je ne comprends pas, Danil, pourquoi n’écrivez-vous pas vous-même, en particulier sur le booster de sortie - c’est très instructif) L'un des tests a été le fonctionnement de l'appareil en tant qu'alimentation élévatrice avec un rapport cyclique fixe, ce qui a été généralement confirmé, la tension de sortie a changé conformément au modèle de calcul. Eh bien, en conclusion, nous avons décidé de voir la tension d'ondulation à la sortie de la source. Un circuit équivalent pour le mode test est présenté sur le KDPV.

Et ici, nous avons été confrontés à un phénomène légèrement incompréhensible - la forme d'onde de sortie était très différente de celle calculée par l'amplitude des pulsations (enfin, cela est généralement attendu, car les paramètres des composants réels seront toujours différents de ceux indiqués dans la spécification, mais pas parfois), et forme d'onde (mais cela est complètement incompréhensible). La forme d'onde spécifique est représentée sur la figure 1 (en vert), la forme d'ondulation attendue (en rouge) est tracée dessus, il me semble que la différence est évidente. Surtout, il est surprenant que le condensateur soit constamment déchargé (à l'exception des zones de transition abrupte), ce qui contraste fortement avec l'égalité théoriquement prédite à zéro du courant moyen traversant le condensateur pendant une période à l'état stationnaire, sur laquelle repose toute la méthodologie de calcul du convertisseur.



Nous commençons à raisonner. Les fortes surtensions s'expliquent parfaitement par la présence d'un important condensateur ESR, et nous pouvons même estimer sa valeur = dU / I / 2, ce qui nous donne 100 mOhm - un peu trop gros bien sûr, mais tout à fait possible. Mais pourquoi ne voit-on pas une augmentation caractéristique de la tension aux bornes de la capacité dans le cycle de transfert de puissance de l'inductance? Des recherches supplémentaires sont nécessaires, et pour cela, il est nécessaire de reproduire le défaut sur un autre appareil. Puisqu'il n'y a aucun moyen de récupérer la deuxième carte (plus précisément, il n'y a pas de désir, c'est le facteur déterminant), vous avez besoin d'un circuit virtuel et google "simulateur de circuit électronique" mène à un site complètement charmant falstad.com. (Remarque nécessaire - l'auteur connaît l'existence de nombreux autres simulateurs, et il les a utilisés à plusieurs reprises, mais la politique de sécurité du service informatique a rendu impossible l'installation du package, et plus encore le cracké, donc en ligne est notre tout).

Je trouve un programme de modélisation, lis l'histoire de sa création, et je comprends qu'il s'agit d'un projet indépendant, c'est-à-dire qu'une personne (pendant son temps libre) écrit un simulateur (en Java), lui fournit un ensemble de modèles et prend en charge le travail du site avec cette application - il suffit de devenir fou. Je comprends les principes de base de la simulation de circuits électroniques, je peux admettre qu'un certain nombre de modèles sont sous une forme accessible sur le Web, mais, néanmoins, je n'ai pas écrit un tel simulateur (et la grande majorité des habitants de habrach aussi). Mais supprimez le sentiment d'envie lumineuse et commencez à étudier le schéma problématique.

Je fais une maquette du circuit, pas immédiatement, mais (à l'aide de leçons vidéo) j'apprends à visualiser les résultats sous forme d'oscillogrammes (ce programme nous permet de suivre le flux de courant dans le circuit à l'étude sous forme de cercles miniatures, ce qui est drôle et très instructif, mais pas très informatif, bien que vous puissiez montrer le mouvement des électrons, puis les cercles se dérouleront dans la direction opposée, ce qui est encore plus amusant, mais pas plus informatif) et observer les résultats. La réception du résultat coïncide complètement avec la prévision théorique, ce qui n'est pas surprenant - nous avons tous les éléments parfaits, comme dans le calcul.


J'ajoute la valeur attendue de la résistance et je suis surpris de voir que la forme des pulsations a radicalement changé et coïncide complètement avec celle observée dans l'expérience, qui ne peut que se réjouir, ce qui signifie que nous pouvons continuer à étudier le modèle. Tout d'abord, je mesure la tension aux bornes du condensateur et je suis heureux de m'assurer que l'équilibre volt-seconde n'est pas cassé et que le condensateur, comme il se doit, est chargé et déchargé pendant le cycle de travail. Ensuite, le comportement de la tension à la charge devient clair - c'est la somme de la tension aux bornes du condensateur et de la chute de tension aux bornes de la résistance, qui est proportionnelle au courant qui coule. Étant donné que le courant traversant l'inductance change (diminue) pendant le transfert d'énergie de l'inductance à la capacité, cela entraîne une diminution de la chute de résistance et, à partir d'une certaine valeur de celle-ci, l'augmentation de la tension aux bornes de la capacité associée à sa charge gagne.

Pour tester notre hypothèse, jouons avec les paramètres du circuit (je recommande fortement de le faire vous-même sur la page fournie), nous éteignons d'abord le condensateur céramique, cela supprimera le lissage des fronts avec une constante de temps de 1ms et nous permettra d'observer les effets sous une forme pure. Nous commençons à augmenter la résistance et nous voyons l'apparition d'une étape caractéristique, qui commence à augmenter en amplitude. À partir d'un certain point, vous pouvez voir que l'angle d'inclinaison de la tension directe à la charge dans la section de charge commence à diminuer jusqu'à ce que le segment devienne horizontal, puis se transforme en chute.

Nous menons la dernière expérience, qui montrera qu'en plus de la chute de courant dans l'inductance, il n'y a pas d'autres raisons à la chute de tension (nous ne les voyons pas de toute façon, mais vous ne savez jamais ...) - il est nécessaire de réduire l'ondulation de courant dans l'inductance et cela est plus facilement réalisé en augmentant l'inductance. Dans la vraie vie, la tâche d'obtenir une bobine de 1 mF pour un courant de 4A ne serait pas facile, mais dans le simulateur il n'y a rien de plus simple - et bien sûr, l'ondulation du courant diminue fortement et la tension de sortie a à nouveau une section qui augmente linéairement. Comme toujours, rien de miraculeux ne se produit et tous les processus qui ont lieu dans le schéma ont une explication naturelle et scientifique, BST.

Nous revenons au circuit en direct d'origine, regardons les paramètres de capacité pour la date, voyons les 100mOhm de résistance attendus, posons la question perplexe «et pourquoi est-ce ici», nous obtenons la réponse «selon les calculs, il a fallu 200 uf, j'ai décidé d'en mettre plus» («ce qui permet à Victor Stepanovich de se rappeler comment un visionnaire du niveau de Wang "- désolé, pas ma phrase), nous avons mis deux 100 microf céramique (100 microf céramique en millimètres) sur la table, Karl - si on me l'avait dit il y a 20 ans, je me contenterais de tordre le doigt au temple, et maintenant ils se vautrer ... composant b parce qu'ils ont fait un bond énorme au fil des ans, même si une conception de circuit ne peut pas dire, tout est pensé pour nous) et tout va bien. Ce qui me fait rappeler une autre phrase non moins remarquable: "Ce n'est pas nécessaire, car c'est mieux, c'est nécessaire, comme il se doit."

En conclusion, je voudrais exprimer ma gratitude à M. Falstad pour le plaisir de profiter de son merveilleux programme et être heureux que de telles personnes continuent de le faire, sinon je me suis un peu ennuyé après avoir quitté Robert Pease. Bien que je ne m'ennuie pas complètement - il y a environ 3 ans, j'ai découvert un programme incroyable et aussi un simulateur - VMLab, et aussi dans le statut de logiciel libre - il y a probablement quelque chose dans ce concept, car des gens si merveilleux le promeuvent. Vous pouvez également vous souvenir de Godbolt - c'est aussi très bien, probablement tout de même, tout n'est pas perdu et la phrase «ils ne font plus de telles personnes» est fausse, ils le font, ils font juste des choses un peu différentes.

PS. Puisque nous parlons d'inductances (oui, nous en avons parlé, mais pas pour longtemps), je voudrais aborder une caractéristique (je dirais plus sévère, mais le «comportement toxique» n'est pas le bienvenu à Habré) liée au choix de l'inductance à partir de produits standards. Le paramètre principal, avec l'inductance elle-même, est le courant admissible à travers la bobine et ici il y a une nuance désagréable, que nous considérerons.

Pour commencer, déterminons le danger de dépasser le courant maximum (courant de saturation) par le fait que, comme vous pouvez le deviner, l'inductance passe en mode de saturation, où il n'y a pas de relation linéaire entre le courant circulant et la magnétisation du noyau, ce qui entraîne des pertes d'énergie dues à l'inversion de la magnétisation. Ce paramètre a 2 fonctionnalités à considérer:

1. En fait, pour chaque inductance réelle, ce paramètre est nul, car pour tout courant passant, la non-linéarité aura lieu et la question ne concerne que le degré de non-linéarité à un point particulier. À l'époque de ma jeunesse, il était habituel de donner une valeur actuelle à laquelle les pertes sont de 5% (et c'est la bonne approche), afin que vous puissiez être sûr de l'inductance à des courants inférieurs. Malheureusement, maintenant certains fabricants indiquent le courant à 20% de perte, d'autres à 30%, donc à des courants proches de ceux indiqués, vous serez très perplexe devant les résultats obtenus en termes d'efficacité. Bien sûr, le niveau de pertes au courant limite est honnêtement indiqué dans la date et vous pouvez toujours répondre à RTFM (F), mais en quelque sorte ce n'est pas du tout honnête par rapport aux attentes des développeurs. Je comprends que le département marketing insiste sur les taux les plus élevés dans les brochures (et un niveau honnête de courant sera de 50% inférieur), mais nous sommes toujours principalement des ingénieurs, eh bien, je pense que oui.

2. Ce n'est pas le courant moyen, mais le maximum, et si vous avez des excès à court terme (ce qui est typique pour les alimentations à découpage) du courant de saturation, alors les pertes sont inévitables, même si le courant moyen est beaucoup moins. Cette fonctionnalité doit être compréhensible et ici, les fabricants sont honnêtes - vous devez la considérer vous-même. D'où la nécessité de rester en mode continu, puisque c'est dans ce mode que le rapport du courant maximum sur la moyenne est le plus petit et se situe de un à deux.

Mais il y a un autre paramètre qui n'existait pas auparavant. Le fait est qu'au cours des 10 dernières années, de nombreux matériaux excellents sont apparus qui ont des paramètres tout simplement incroyables, du point de vue des noyaux, principalement la perméabilité magnétique et les propriétés de fréquence. Tout cela a permis de réduire d'un ordre (voire pas un) les dimensions géométriques des éléments d'enroulement, ainsi qu'une augmentation des fréquences de fonctionnement. Mais vous devez payer pour tout dans ce monde - et si vous pouviez chauffer un transformateur avec un noyau en fer chargé au point de fusion d'un fil de cuivre (c'était facile avec un court-circuit) et il n'a pas perdu d'efficacité (il a peut-être perdu, mais ce n'était pas perceptible) , une telle astuce ne fonctionne pas avec les matériaux modernes, et lorsqu'elle est chauffée au-dessus d'une certaine température, la perméabilité magnétique (et avec elle le courant de saturation) commence à chuter avec des conséquences complètement prévisibles.

Ainsi, le deuxième paramètre est le courant moyen maximal admissible à travers l'enroulement, pour les raisons ci-dessus. En règle générale, il est 2 fois inférieur au courant de saturation (bien que ce ne soit pas nécessaire), donc, si vous êtes à la frontière du mode de continuité, alors tout est merveilleux et toutes les conditions sont remplies (n'oubliez pas environ 20-30% des pertes), mais si vous êtes profondément à l'intérieur zones de continuité et de courant maximum = 120% en moyenne et bien ne dépasse pas le courant de saturation, alors vous devez toujours vérifier le courant moyen pour la permissibilité. D'où la règle d'or - divisez le courant de saturation des bobines modernes par environ 1,5 (plus c'est déjà trop) et choisissez ce critère et vous serez heureux et très efficace dans le circuit que vous avez développé.

Au fait, les bons chinois font exactement cela - ils mettent une inductance avec un courant de saturation de 12A dans une source de courant 8A et tout fonctionne parfaitement avec une efficacité de 90%.