Untuk pertanyaan tentang riak, orang-orang yang menarik dan induktansi

Hukum 14 (Hukum Edison) 'Lebih baik' adalah musuh 'baik'

Baru-baru ini, kolega saya, yang berulang kali saya sebutkan di posting saya (sebagai aturan, sebagai reinkarnasi dari Dr. Watson, yang tujuan utamanya adalah untuk membuat karakter utama lebih cemerlang, saya punya lelucon seperti itu, Danil), memutuskan untuk menguasai desain catu daya (untuk mulai dari daya rendah, dan di sana akan terlihat). Karena kasus ini terjadi pada tahun 201-an, transistor murah dan kecil (bahkan dengan driver), dan induktor besar dan mahal (well, tidak sebesar sebelumnya, tetapi masih tidak kecil), sirkuit step-up-non-pembalik (jembatan) dengan mikrokontroler di peran elemen kontrol. Sejumlah pertanyaan menarik terhubung dengan skema ini, beberapa di antaranya dijawab dalam ST4 Ann448 (tidak semuanya dan tidak lengkap, mungkin saya akan menulis lebih banyak tentang ini), tetapi ini sedikit berbeda.

Setelah merakit sirkuit, seorang kolega menulis serangkaian tes yang memungkinkan untuk memeriksa kebenaran sirkuit (dan kesalahan ditemukan dan diperbaiki) dan fungsi elemen individu (kesalahan juga ditemukan dan diperbaiki). (Saya tidak mengerti, Danil, mengapa Anda tidak menulis sendiri, terutama tentang penguat kunci output - ini sangat instruktif). Salah satu tes adalah fungsi perangkat sebagai catu daya step-up dengan siklus tetap, yang secara umum dikonfirmasi, tegangan output berubah sesuai dengan model perhitungan. Kesimpulannya, kami memutuskan untuk melihat tegangan riak pada keluaran sumber. Sirkuit setara untuk mode uji disajikan pada KDPV.

Dan di sini kita dihadapkan dengan fenomena yang sedikit tidak dapat dipahami - bentuk gelombang keluaran sangat berbeda dari yang dihitung oleh amplitudo dari denyutan (well, ini umumnya diharapkan, karena parameter komponen nyata akan selalu berbeda dari yang ditunjukkan dalam spesifikasi, tetapi tidak pada waktu), dan bentuk gelombang (tapi ini benar-benar tidak bisa dipahami). Bentuk gelombang spesifik ditunjukkan pada Gambar 1 (hijau), bentuk riak yang diharapkan (merah) diplot padanya, menurut saya perbedaannya jelas. Yang terutama, mengejutkan bahwa kapasitor terus-menerus habis (kecuali untuk bidang transisi mendadak), yang sangat kontras dengan persamaan yang diprediksi secara teoritis dengan nol dari arus rata-rata melalui kapasitor untuk periode dalam kondisi mapan, yang menjadi dasar seluruh metodologi penghitungan konverter.



Kami mulai berpikir. Lonjakan tajam dalam tegangan dijelaskan dengan sempurna oleh adanya kapasitor ESR yang signifikan, dan kita bahkan dapat memperkirakan nilainya = dU / I / 2, yang memberi kita 100 mOhm - agak terlalu besar, tentu saja, tetapi sangat mungkin. Tetapi mengapa kita tidak melihat peningkatan karakteristik tegangan melintasi kapasitansi dalam siklus transfer daya dari induktansi? Diperlukan penelitian tambahan, dan untuk ini perlu mereproduksi cacat pada perangkat lain. Karena tidak ada cara untuk mengumpulkan papan kedua (lebih tepatnya, tidak ada keinginan, ini adalah faktor penentu), Anda memerlukan sirkuit virtual dan google "simulator sirkuit elektronik" mengarah ke situs falstad.com yang benar-benar menarik. (Catatan yang diperlukan - penulis tahu tentang keberadaan banyak simulator lain, dan ia menggunakannya berkali-kali, tetapi kebijakan keamanan departemen TI membuatnya tidak mungkin untuk menginstal paket, dan terlebih lagi yang retak, jadi online adalah segalanya bagi kami).

Saya menemukan program pemodelan, membaca sejarah pembuatannya, dan saya mengerti bahwa ini adalah proyek indie, yaitu, seseorang (di waktu luangnya) menulis simulator (di Jawa), memasoknya dengan serangkaian model dan mendukung pekerjaan situs dengan aplikasi ini - cukup gila. Saya memahami prinsip dasar simulasi sirkuit elektronik, saya dapat mengakui bahwa sejumlah model berada dalam bentuk yang dapat diakses di Web, tetapi, bagaimanapun, saya tidak menulis simulator seperti itu (dan sebagian besar penghuni habrach juga). Tetapi menekan perasaan iri hati dan mulai mempelajari skema yang bermasalah.

Saya membuat model rangkaian, tidak langsung, tetapi (menggunakan pelajaran video) Saya belajar memvisualisasikan hasil dalam bentuk osilogram (program ini memungkinkan kami untuk memantau aliran arus dalam rangkaian yang sedang dipelajari dalam bentuk lingkaran miniatur, yang lucu dan sangat instruktif, tetapi tidak terlalu informatif, meskipun Anda bisa menunjukkan pergerakan elektron, maka lingkaran akan berjalan ke arah yang berlawanan, yang bahkan lebih menyenangkan, meskipun tidak lebih informatif) dan amati hasilnya. Penerimaan hasil sepenuhnya bertepatan dengan prediksi teoritis, yang tidak mengejutkan - kita memiliki semua elemen yang sempurna, seperti dalam perhitungan.


Saya menambahkan nilai yang diharapkan dari perlawanan dan saya terkejut melihat bahwa bentuk denyutnya telah berubah secara dramatis dan sepenuhnya bertepatan dengan yang diamati dalam percobaan, yang tidak bisa lain kecuali bersukacita, yang berarti bahwa kita dapat terus mempelajari model. Pertama-tama, saya mengukur voltase melintasi kapasitor dan saya senang untuk memastikan bahwa keseimbangan volt-detik tidak rusak dan kapasitor, sebagaimana mestinya, diisi dan dikosongkan selama siklus kerja. Kemudian perilaku tegangan pada beban menjadi jelas - ini adalah jumlah tegangan melintasi kapasitor dan penurunan tegangan melintasi resistansi, yang sebanding dengan arus yang mengalir. Karena arus melalui perubahan induktansi (menurun) selama transfer energi dari induktansi ke kapasitansi, ini mengarah pada penurunan penurunan resistensi dan, dimulai dengan nilai tertentu dari yang terakhir, peningkatan tegangan melintasi kapasitansi yang terkait dengan muatannya menang.

Untuk menguji hipotesis kami, mari bermain dengan parameter rangkaian (saya sangat menyarankan melakukannya sendiri pada halaman yang disediakan), pertama kita matikan kapasitor keramik, ini akan menghapus perataan bagian depan dengan konstanta waktu 1 ms dan memungkinkan kita untuk mengamati efeknya dalam bentuk murni. Kami mulai meningkatkan resistensi dan kami melihat penampilan langkah yang khas, yang mulai meningkat besarnya. Dari beberapa titik, Anda dapat melihat bahwa sudut kemiringan tegangan maju pada beban di bagian pengisian mulai berkurang hingga segmen menjadi horizontal, dan kemudian berubah menjadi jatuh.

Kami melakukan percobaan terakhir, yang akan menunjukkan bahwa selain penurunan induktansi saat ini, tidak ada alasan lain untuk penurunan tegangan (kami tidak melihatnya, tetapi Anda tidak pernah tahu ...) - perlu untuk mengurangi riak arus dalam induktansi dan paling mudah untuk mencapai ini dengan meningkatkan induktansi. Dalam kehidupan nyata, tugas mendapatkan kumparan 1 mF untuk arus 4A tidak akan mudah, tetapi dalam simulator tidak ada yang lebih sederhana - dan yang pasti, riak arus berkurang tajam dan tegangan output lagi memiliki bagian yang meningkat secara linear. Seperti biasa, tidak ada yang ajaib terjadi dan semua proses yang terjadi dalam skema memiliki penjelasan ilmiah-alami, BST.

Kami kembali ke sirkuit langsung asli, melihat parameter kapasitansi untuk tanggal, melihat 100mOhm yang diharapkan dari perlawanan, menanyakan pertanyaan membingungkan "dan mengapa ada di sini", kami mendapatkan jawaban "menurut perhitungan, butuh 200 uF, saya memutuskan untuk menambahkan lebih" ("yang memungkinkan Victor Stepanovich mengingat kembali bagaimana seorang visioner tingkat Wang "- maaf, bukan frasa saya), kami meletakkan dua keramik 100 mikrof (keramik 100 mikrof dalam dimensi milimeter) di atas meja, Karl - jika saya diberitahu ini 20 tahun lalu, saya hanya akan memutar jari saya di kuil, dan sekarang mereka berkubang ... komponen b karena mereka membuat lompatan besar selama bertahun-tahun, meskipun desain sirkuit tidak dapat dikatakan, semuanya dipikirkan untuk kita) dan semuanya baik-baik saja. Yang membuat saya mengingat frasa lain yang tidak kalah luar biasa: "Itu tidak perlu, yang terbaik, perlu, sebagaimana mestinya."

Sebagai penutup, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada Mr. Falstad atas kesenangannya mengambil manfaat dari programnya yang luar biasa dan senang bahwa orang-orang seperti itu masih melakukannya, kalau tidak saya bosan setelah meninggalkan Robert Pease. Meskipun saya tidak sepenuhnya bosan - sekitar 3 tahun yang lalu saya menemukan program yang luar biasa dan juga simulator - VMLab, dan juga dalam status perangkat lunak bebas - mungkin ada sesuatu dalam konsep ini, karena orang-orang hebat mempromosikannya. Anda juga dapat mengingat godbolt - itu juga sangat bagus, mungkin semuanya sama, tidak semuanya hilang dan frasa "mereka tidak melakukan orang seperti itu lagi" salah, mereka melakukannya, mereka hanya melakukan sedikit hal yang berbeda.

PS. Karena kita berbicara tentang induktansi (ya, kita membicarakannya, meskipun tidak lama), saya ingin menyentuh fitur (saya akan mengatakan lebih keras, tetapi "perilaku beracun" tidak diterima di Habré) terkait dengan pilihan induktansi dari produk standar. Parameter utama, bersama dengan induktansi itu sendiri, adalah arus yang diizinkan melalui koil dan di sini ada nuansa yang tidak menyenangkan, yang akan kita pertimbangkan.

Untuk mulai dengan, mari kita tentukan bahaya melebihi arus maksimum (arus jenuh) oleh fakta bahwa, seperti yang Anda duga, induktansi memasuki mode saturasi, di mana tidak ada hubungan linier antara arus yang mengalir dan magnetisasi inti, yang menyebabkan hilangnya energi karena pembalikan magnetisasi. Parameter ini memiliki 2 fitur yang harus dipertimbangkan:

1. Pada kenyataannya, untuk setiap induktansi nyata parameter ini adalah nol, karena untuk setiap arus yang mengalir nonlinier akan terjadi dan pertanyaannya hanya tentang tingkat nonlinier pada titik tertentu. Pada masa muda saya, sudah biasa untuk memberikan nilai saat ini di mana kerugian adalah 5% (dan ini adalah pendekatan yang tepat), sehingga Anda dapat yakin akan induktansi pada arus yang lebih rendah. Sayangnya, sekarang beberapa produsen mengindikasikan kehilangan 20% saat ini, yang lain 30%, sehingga pada arus yang dekat dengan yang ditunjukkan, Anda akan sangat bingung dengan hasil yang diperoleh dalam hal efisiensi. Tentu saja, tingkat kerugian pada batas saat ini secara jujur ​​ditunjukkan pada tanggal dan Anda selalu dapat menjawab RTFM (P), tetapi entah bagaimana itu sedikit tidak jujur ​​sehubungan dengan harapan para pengembang. Saya mengerti bahwa departemen pemasaran bersikeras pada tingkat tertinggi dalam selebaran (dan tingkat arus yang jujur ​​akan menjadi 50 persen lebih sedikit), tetapi kami terutama masih insinyur, yah, saya kira begitu.

2. Ini bukan arus rata-rata, tetapi arus maksimum, dan jika Anda memiliki kelebihan jangka pendek (yang khas untuk mengganti pasokan listrik) dari arus jenuh, maka kerugian tidak dapat dihindari, bahkan jika arus rata-rata jauh lebih sedikit. Fitur ini seharusnya dapat dimengerti dan di sini produsennya jujur ​​- Anda harus mempertimbangkannya sendiri. Oleh karena itu, kebutuhan untuk tetap dalam mode kontinu, karena dalam mode ini rasio dari arus maksimum ke rata-rata adalah yang terkecil dan terletak dari satu ke dua.

Tetapi ada satu parameter lagi yang sebelumnya tidak ada. Faktanya adalah bahwa dalam 10+ tahun terakhir, banyak bahan yang sangat baik telah muncul yang memiliki parameter yang sangat menakjubkan, dari sudut pandang inti, terutama permeabilitas magnetik dan sifat frekuensi. Semua ini memungkinkan untuk mengurangi dengan urutan (atau bahkan tidak satu) dimensi geometrik elemen berliku, bersama dengan peningkatan frekuensi operasi. Tetapi Anda harus membayar semuanya di dunia ini - dan jika Anda dapat memanaskan transformator dengan inti yang terbuat dari besi sarat ke titik lebur kawat tembaga (mudah dengan korsleting) dan tidak kehilangan efisiensi (mungkin hilang, tetapi tidak terlihat) , trik seperti itu tidak bekerja dengan bahan-bahan modern, dan ketika dipanaskan di atas suhu tertentu, permeabilitas magnetik (dan dengan itu arus jenuh) mulai turun dengan konsekuensi yang sepenuhnya dapat diprediksi.

Jadi, parameter kedua adalah arus rata-rata maksimum yang diijinkan melalui belitan, karena alasan di atas. Sebagai aturan, ini adalah 2 kali lebih kecil dari arus saturasi (meskipun ini tidak perlu), oleh karena itu, jika Anda berada di perbatasan mode kontinuitas, maka semuanya indah dan semua kondisi terpenuhi (jangan lupa sekitar 20-30% dari kerugian), tetapi jika Anda jauh di dalam hati zona kontinuitas dan arus maksimum = rata-rata 120% dan sumur tidak melebihi arus saturasi, maka Anda masih perlu memeriksa arus rata-rata untuk mendapatkan izin. Karenanya aturan praktis - bagi arus jenuh dari kumparan modern sekitar 1,5 (lebih sudah terlalu banyak) dan pilih kriteria ini dan Anda akan bahagia dan sangat efisien dalam sirkuit yang Anda kembangkan.

Ngomong-ngomong, orang Cina baik melakukan hal itu - mereka menempatkan induktansi dengan arus saturasi 12A ke sumber 8A saat ini dan semuanya bekerja dengan sempurna dalam efisiensi sebesar 90%.