💃🏼 🌝 👨🏼‍🔧 Desenvolvimento de uma fonte de alimentação de backup de baixa potência com uma saída senoidal. Parte 3. Trabalhar com erros ⁉️ 🤘🏼 💪🏿

Prefácio

A série de artigos “ Desenvolvimento de uma fonte de alimentação de backup de baixa potência com uma saída senoidal ” descreve o processo de projeto e criação de um RIP para uma bomba de circulação de um sistema de aquecimento. Na segunda parte da história, o autor propôs à ~~comunidade mundial~~ desenvolvedores mais experientes e prejudica o circuito elétrico do dispositivo que está sendo desenvolvido. Como se costuma dizer, uma mente não é ruim, mas a mente coletiva de Habra - residentes do recurso Geektimes.ru e usuários da comunidade easyelectronics.rumuito melhor Após discussões detalhadas das soluções de circuitos propostas, foi realizado um trabalho sobre os bugs. O circuito passou por várias mudanças críticas e não muito. Neste artigo, tentarei argumentar por mudanças no esquema com os cálculos necessários, etc.

Digressão lírica

, easyelectronics.ru. , , .

Começaremos a entender os esquemas iniciais. No processo de análise, além de levar em consideração os comentários dos usuários, levaremos o circuito à ~~perfeição de uma~~ versão viável.

A seguir, serão apresentados os nós individuais do circuito que sofreram alterações e, no final, um circuito elétrico generalizado projetado no CAD Dip Trace.

Esquema de energia

A fonte de alimentação baseada em estabilizadores LDO a 1% não mudou. Embora muitos tenham se manifestado, por substituir o LDO em 5 volts pelo LM7805 usual, argumentando que o gabinete LMK pode dissipar muita energia. Afinal, o consumo no barramento de 5 volts será de cerca de 250 - 300 mA, o que em termos de potência de dissipação: P = (Uin-Uout) * I = (12-5) * 0,3 = 2,1 W. O que para o caso SOT - 223, é simplesmente muito alto.

O consumo de corrente principal no barramento de força de 5 volts será selecionado pelo visor LCD. A luz de fundo do LCD não será constante, basicamente será desligada, de modo que o consumo atual neste barramento será metade do mesmo. Ou seja, precisamos dissipar 1W. Para fazer isso, selecione um polígono decente na placa de circuito impresso, conforme solicitado nos comentários , para que não haja problemas com isso.

No barramento de 3,3 volts, o LDO com o polígono na placa deve funcionar sem problemas ou superaquecimento.

No comentário , foi expressa uma opinião sobre a capacitância de saída para esses tipos de LDO NCP1117STxx, de que eles podem ser críticos para a operação estável do estabilizador. Vejamos a folha de dados:

Pelo que entendi neste diagrama, quase qualquer capacitor com capacidade de 47 microfarads e superior levará o LDO para um modo operacional estável e não é muito importante qual EMP ele possui. Correto se eu estiver errado. Terminamos as refeições, continuamos.

Diodo Schottky

Lembre-se do esquema original.

O diodo desconecta a bateria do barramento de força da ponte. Conforme observado corretamente neste comentário , muita energia será alocada no modo de operação da bateria. 10 Um diodo Schottky tem uma queda direta no diodo de 0,8 volts. Com uma corrente de 5 A, 4 W serão dissipados nela. Demais. Além disso, não quero perder 0,8 Volts. Então siga o conselho e coloque o mosfet do canal P. O IRF9310 possui uma resistência de canal aberto de 0,0046 ohms. Isso significa que a potência de dissipação será P = I * I * R = 5 * 5 * 0,0046 = 0,115 W. Um pedido e meio a menos. A queda de tensão no transistor será U = I * R = 5 * 0,0046 = 23 mV. Geralmente não é perceptível. Total de obter esse esquema.

O MK gerenciará esse mosfet. Ao trabalhar com a bateria, abra, ao carregar a bateria da rede, feche. Tudo é lógico. Além disso, é comparável em valor ao diodo Schottky, de modo que o custo do dispositivo neste componente não é esperado.

Transformador

Um erro crítico foi arrastado para este nó. Considere a opção original.

Ao trabalhar com a bateria, quando a ponte funciona com um transformador, quando a corrente flui do início do enrolamento para a sua derivação, um CEM de polaridade negativa em relação ao terra do circuito ocorre no final do enrolamento. Além disso, este EMF flui através do diodo para o terra do dispositivo, criando assim um curto-circuito. Com uma tensão EMF de 3-4 volts, a corrente de curto-circuito será da ordem de várias dezenas de amperes, o que é ruim para o diodo, o enrolamento e todo o dispositivo como um todo. Ou seja, com um curto-circuito na torneira no enrolamento de baixa tensão, não será possível obter a amplitude necessária para a bomba funcionar. Nesse caso, a proteção atual também será inútil. Em uma palavra, o dispositivo não funcionará, mas também queimará o chão do circuito. Essa situação foi vista claramente em vários comentários. Por exemplo, aquie aqui . Existem várias maneiras de sair.

Enrolando um enrolamento independente completo para carregar a bateria,
Deixe esse fio enrolado no ar enquanto estiver usando a bateria,
Talvez algo mais possa surgir.

Eu decidi pela segunda opção. Durante a operação com a bateria, o relé interrompe essa saída do enrolamento da ponte de carregamento do retificador de diodo e durante a conexão de carga, proporcionando, assim, um aumento da tensão de carga.

Agora, para o circuito de medição, para feedback. Ela também não funcionará em tal inclusão. Como a tensão da ponte de diodos sofre suavização em capacitores grandes, durante a operação da bateria na saída do divisor resistivo, será definida uma tensão constante que praticamente não reage às mudanças de tensão no enrolamento. Portanto, a regulação PID da tensão de saída por este sinal não fornece. Para resolver, proponho encerrar um enrolamento de medição independente adicional. Com uma saída de volts 5-6. Endireite com uma ponte de diodos, alise com uma pequena capacidade com uma constante de tempo de 5-7 ms e direcione esse sinal ao ADC MK para obter feedback. Felizmente, a energia retirada desse enrolamento será escassa. Portanto, a eficiência geral do transformador não sofrerá praticamente, e o consumo com a bateria não aumentará muito,a 10-15 mA. Um fio para esse enrolamento precisará de um fio fino, e a velocidade fornecerá de 1 a 1,5 períodos para controle.

O esquema final deste nó acabou como tal.

O esquema de detecção de rede permaneceu inalterado. A única coisa a acrescentar é o software anti-rejeição das leituras do detector.

Proteção de sobrecorrente de derivação

O esquema em si não mudou. O sinal da derivação é amplificado no amplificador operacional e, em seguida, é ligado ao comparador. A saída do comparador, quando acionada, torna-se trava através do diodo. O próprio sinal entra no MK e também é projetado para desconectar TODOS os transistores de ponte. Tudo ficaria bem, mas o circuito de redefinição do comparador trabalhado não implementa proteção de corrente no momento de pressionar o botão RESET, como foi observado corretamente neste comentário .

Eu vejo uma solução para este problema como tal. Botão "RESET" para fazer no MK. O algoritmo no MK grava o pressionar e pressionar o botão. Em seguida, através do transistor, redefina a proteção. E somente após a chegada de um sinal ao MK de que a proteção não está ativa, comece a gerar PWM para a ponte. Portanto, se a causa da sobrecarga não tiver sido eliminada, a proteção atual funcionará novamente e não importa se o usuário pressiona o botão ou não. A propósito, com o toque de um botão, enquanto o dispositivo estiver em operação, ligaremos a luz de fundo do LCD por alguns segundos. O circuito total ficou assim.

Controle de relé

O circuito usa 3 relés para 12 volts. Dois deles têm uma bobina de alta resistência e contatos bastante fracos, 1 A por grupo. Para comutação de alta tensão, 220 volts é suficiente com uma margem, porque a carga é de 60 W na bomba e 20-60 W durante a carga da bateria. Ou seja, nos encaixamos no chão ampères. Mas o relé no número 3 já comuta 5 ampéres de corrente de carga, por um tempo decente. Assim, o relé tendo contatos para essa corrente, a resistência da bobina já tem 400 Ohms.

Controlaremos o relé através de transistores NPN com MK. Os relés serão energizados apenas durante a operação do RIP na carga da bateria. Portanto, o tempo de operação do relé será calculado várias horas por semana, ou até menos. Porém, mesmo esse fato tende a reduzir ao mínimo o consumo dessa corrente enquanto as bobinas do relé estão abaixo da corrente.

Este artigo escreveu bem como isso pode ser alcançado sem recorrer a esquemas muito complicados.

A imagem mostra uma unidade de controle de bobina de relé separada.

Calculamos os resistores e capacitores para esse relé. Tipo de relé: HJR4102-L-12VDC-SZ e SRD-12VDC-SL-C.

Calculamos o consumo atual do relé em operação normal. I = Upit / Rcat = 12/720 = 0,0167 A = 16,7 mA. Essa corrente será consumida pela bobina. Para manter a armadura em um estado atraído, o valor atual pode ser reduzido em um terço. Ou seja, I = 16,7 * (2/3) = 11 mA. Arredonde esse valor para 10 mA. Agora a resistência total deve ser. R = U / I = 12/10 * 10-3 = 1200 Ohms. Destes, 720 Ohms é a resistência da bobina, e a resistência adicional Rr = 1200-720 = 480 Ohms sai. Escolha da linha padrão para o lado inferior. 470 Ohm, usaremos o tamanho padrão do resistor SMD 1206. A potência dissipada desse tamanho padrão é de 0,25 W. Agora calculamos a potência que realmente se destacará nesse resistor. P = I * I * R = 10 * 10-3 * 10 * 10-3 * 470 = 47000 * 10-6 = 0,047 W. Portanto, o resistor nem esquenta.Por analogia, o valor do resistor para uma bobina de 400 ohm é 200 Ohms. Vamos tirar um pouco menos da série padrão - 180 Ohms. A corrente de retenção será de 20 mA. A potência dissipada desse resistor é obtida P = 0,072 watts. Também não excede o declarado para este tamanho padrão de 0,25 watts.

Calculamos a capacitância dos capacitores para garantir a atual "paralisação" da armadura. Vamos definir o tempo de "falha" da armadura e a inclusão do relé em 20 ms. A corrente que flui através da bobina neste momento deve ser de 30 mA para uma bobina "reforçada". Portanto, C = t * I / U = 20 * 10-3 * 30 * 10-3 / 12 = 50 * 10-6 = 50 μF. Dobramos a capacidade, para maior segurança, ou seja, obtenha 100 uF. Para bobinas mais fracas, metade dessa capacidade é suficiente.

Geração de pulsos para ponte H

Na segunda parte da história, decidi que usaria uma saída PWM com MK e duas saídas trocando os ombros da ponte. Colete tudo isso na lógica e envie os sinais resultantes para os principais drivers.

Link para o esquema dessa abordagem aqui .

Nos comentários, aqui e aqui , mostrou claramente a falha dessa abordagem, porque o MK selecionado permite gerar PWM, conforme necessário, para cada chave pessoal, sem problemas especiais de software.

Digressão lírica

, STM32. 32 Cortex-M3, 4 4 . , , «» . , , . . , , .

No total, o circuito de formação de pulsos foi simplificado. Nenhum chip lógico. Todos os quatro canais PWM diretamente do MK vão para os drivers. A entrada do comparador de proteção de corrente entra no MK, na perna, que hardware desliga o PWM em todas as saídas.

O algoritmo final será mais ou menos assim. Um PWM senoidal é gerado no MC na saída de CH1 e CH1N. Ou seja, para o acostamento da ponte, obtemos PWM nas duas chaves, até o fim do prazo. Esta é a primeira meia-onda, neste momento é zero no CH2 e uma no CH2N, ou seja, a tecla inferior do segundo ombro está aberta. A próxima meia-onda será exatamente o oposto. CH2 e CH2N através do tempo morto, geram um PWM sinusoidal e um chega ao CH1N. E assim por diante no ciclo, mais precisamente no DMA para o "infinito". Vou publicar todas as soluções de software no próximo artigo, com códigos-fonte e explicações.

Resumir

Após todas as alterações nos circuitos, a versão ~~final~~ corrigida é apresentada na forma de desenhos, bem como o arquivo CAD Dip Trace.

Os esquemas, bem como as especificações dos componentes, são apresentados abaixo. Especificação sob o spoiler. Número da folha 1. A imagem é clicável na folha nº 2. Imagem clicável

Especificação

( )

Conclusão

Depois de todas as atualizações, as mudanças se estabeleceram nesse esquema. Agora, de acordo com a especificação, farei um pedido para componentes de rádio que não tenho disponíveis. E, como se vê, não tenho nada, exceto resistores de centavo, capacitores, NPN - transistores e blocos de terminais. Então surgiu a tarefa de comprar componentes de rádio. Felizmente, para a fabricação de placas de circuito impresso pelo método LUT, existem todos os consumíveis necessários.

O pedido principal será feito na loja online http://chip-nn.ru/ . Mas o transformador, capacitores de filme de grande capacidade terá que ser comprado em http://chipdip.ru Algo em um só lugar, não pôde ser encontrado.

É assim que a declaração de compras se parece no momento.

A quantia já está ficando decente. Para isso devem ser adicionadas pequenas coisas, 100 rublos, taxa - 100. tela de LCD, que eu tenho estado por aqui Na taxa de hoje, custa cerca de 500 rublos. Além disso, qualquer um por todo esse bem. Assim, à custa de um radioamador, chegaremos mais perto da quantidade de 3.500 rublos.

Como os fins de semana e feriados estão próximos, farei o pedido imediatamente após o feriado de homens de verdade.

Epílogo

Quero agradecer a todos que participaram da discussão e do "debate de ideias" ao considerar o circuito deste dispositivo. Um ser humano especial AGRADECE àqueles que descobriram comentários críticos no esquema e também propôs soluções mais corretas e simples para alguns nós.

PS
Links para todas as partes do ciclo:

. 1.
. 2.
. 3.

Desenvolvimento de uma fonte de alimentação de backup de baixa potência com uma saída senoidal. Parte 3. Trabalhar com erros