Электронный ЛАТР

DWD: А вообще, у меня тоже была идея сделать электронный ЛАТР, но по такому принципу:

Прикинул схемку, промоделировал - вроде бы не плохо получается...
(по ссылке на первой странице - блок схема, на второй - принципиальная).

По схеме:
ШИМ контроллер - на TL494 в однотактном режиме. Рабочая частота 50КГц. Ключи на IRF740.
Управление полевиками по методу, описанному в доке AN-950.

На ОУ DA1,DA3 и DA2,DA4 собраны выпрямители переменного напряжения цепи стабилизации выходного тока и напряжения соответственно.
ОУ DA1,DA2 - пиковые детекторы, DA3,DA4 - НЧ фильтры.
Пиковый детектор напряжения с датчика тока (DA1) - с усилением.

Пределы изменения коэффициента заполнения ШИМ - 0,05...0,95.
При этом регулировка выходного напряжения возможна в пределах 10...200В, а тока - 0...2,5А.
Регулировка выходного напряжения и тока осуществляется переменными резисторами R15 и R19 соответственно. Максимальное значение выходного напряжения и тока соответствуют управляющему напряжению +5В.
При использовании МК и 8-и разрядных ЦАП регулировка выходного напряжения возможна в пределах 10...200В с шагом 1В, а тока - в пределах 0...2,5А с шагом 10мА при дискретности управляющего напряжения ЦАП 20мВ.

КПД ключевого каскада 95%.

Пульсации напряжения на нагрузке с частотой ШИМ не превышают 0,25В при максимальном выходном напряжении и токе. Пульсации тока - менее 5мВ.
КНИ выходного напряжения - меньше 0,1%.
Уровень 3-й гармоники -70дБ, остальных - не более -77дБ.

Есть два крупных недостатка:
1) максимальное выходное напряжение не превышает 200В при входном 220В,
2) гальваническая связь с сетью.

Повысить выходное напряжение до 250В (как в обычных ЛАТр-ах) можно установкой обычного автотрансформатора мощностью 50В*2,5А=125Вт. Этот же трансформатор может обеспечивать питанием электронику (+20В и -5В).

Второй недостаток не такой уже и крупный, если учесть, что обычные ЛАТр-ы так же не имеют гальванической развязки от сети.

http://cxem.net/pitanie/5-269.php

kotosob, по моему, недостатки у этого варианта ещё больше.

1) Нет стабилизации выходного напряжения и тока.
2) Нет регулировки выходного тока. Правда, и у обычного ЛАТр-а этого всего нет.
3) Релейная комутация. В таких условиях контакты долго не живут. А если переключать реле при снятой нагрузке, то теряется оперативность регулировки.
4) Большой вес и габариты. Трансформатор нужен на полную мощность 250В*3А=750Вт.

В общем, это обычный ЛАТр, только с электронным управлением и индикацией.
Всё равно хорошо. Такой вариант тоже востребован.

Я же хочу перевести ЛАТр в ранг лабораторного устройства... Не могу выразить мысль...
ЛАТр - и так лабораторное устройство, но в таком варианте он больше похож на ИБП, только переменного тока.
И мой вариант может оказаться не востребованым только из-за гальванической связи с сетью, так как решить эту проблему можно только изменением принципа работы.

Если же диапазон регулировки (до 200В) окажется приемлем а гальваническая развязка не важна, то такой вариант очень хорош:
- стабилизация выходного напряжения и тока,
- полная защита от КЗ, так как КЗ - это режим источника тока с выбором значения.
- вес и размеры определяются только радиаторами.
Для варианта 200В*2,5А=500Вт и КПД=0,95 требуемая площадь радиаторов
S = 16см2 * 500Вт * 0,05 = 400см2.
- легко умощняется. Без переделки держит ток 5А при КПД=0,9 (Р=1кВт, S=1600см2). А с заменой полевиков с меньшим сопротивлением канала или их параллельным включением можно увеличивать мощность без изменения размеров радиатора.

Что ещё...
Можно сразу расширить диапазон выходного напряжения хотя бы до 220В установкой небольшого автотрансформатора. От него же запитывается электроника.
Для данного варианта нужно поднять напряжение на 20В, а это трансформатор на мощность всего 20В*2,5А=50Вт.

Нужно только программиста найти и заинтересовать, что бы программку написал для МК ... Требуется управление и индикация.

DWD: Требуется управление и индикация.

А типа такое ? http://pro-radio.ru/it-works/3458-2/2013/01/02/17-25-52/

Программу я-б сделал, но не обещаю, что оперативно - сейчас делую регулятор мощности для мощного электронагревателя (4 кВт ) по алгоритму Брезенхэма причем с пропуском полных периодов (учимтывая инерционность нагревателя - пофих). Схему уже прикинул - теперь ПП развожу. На макетке смысла особого нет. Доведу - займусь непрерывным.

Присоединяюсь к просьбе DWD.Уж очень интересное у него схемное решение.
Хотелось бы повторить.

DWD: kotosob, по моему, недостатки у этого варианта ещё больше.

Некоторые из недостатков преодолимы. Релейная коммутация заменима на симисторную, переключаемую в "нулевой" момент (помнится, где-то была такая конструкция). Если стабилизатором (переменного напряжения!) считать устройство, удерживающее выход в рамках, скажем,+\-10% от номинала, что для большинства бытовых нагрузок достаточно, то это будет-таки стабилизатор (и такая конструкция тоже вроде была, что-то такое припоминается).
Далее, если трансформировать в достаточно узком диапазоне (скажем, +\- 30%), то АВТОтрансформатор должен будет иметь мощность всего лишь "разница напряжений"х"ток", что более чем втрое меньше полной мощности. И наконец, есть ведь принцип двоичного дробления - скажем, можно сделать всего шесть обмоток: на 1 вольт, 2, 4,8, 16 и 32 (не так уж много!), и подключать их на сложение или вычитание с входным напряжением. Ступенчатость выхода получится при этом всего 1 вольт (такова будет дискретность регулирования - для множества применений это почти линейно), а диапазон - более 60 вольт, т.е. почти +\- 30%. В конце концов, когда у обычного ЛАТРа движок скачет по виткам, то тоже получается дискретное регулирование, но мы же принимаем это без лишнего бурчания...
Правда, управлять таким стабилизатором сможет только МК с весьма хитрым софтом - но ведь это софт, т.е. однократное вложение труда, а аппаратно такая штука будет несложна, тем более структура схемы будет регулярной, её можно сделать модульной.

poruchik: А типа такое ? http://pro-radio.ru/it-works/3458-2/2013/01/02/17-25-52/

Как Вам сказать...
Конечно, подойдёт. В принципе.
Но мне лично хочется на ЖК модуле (WH1602 и подобные).
Что бы отображалось по-больше служебной информации.

Wladimir_TS: Программу я-б сделал, но не обещаю, что оперативно

А тут оперативность и не нужна. Нужна целенаправленность и желание.

Постепенно делается ещё одно устройство (лабораторный БП со встроенной электронной нагрузкой), так для него можно было бы сделать такой же интерфейс (управление с индикацией).
Сам я МК по прежнему не тяну...

Спец, извините, но я не понял, что Вы хотели сказать...

Спец: Некоторые из недостатков преодолимы. Релейная коммутация заменима на симисторную...

Согласен. Но по прежнему остаются недостатки, связянные с дискретностью (отсюда - и разрывностью) тока нагрузки. В предлагаемом же варианте дискретность - вынужденное условие для управления от МК. При этом дискретность может быть уменьшена увеличением разрядности ЦАП и(или) дополнительно схемотехникой, а разрывности тока нагрузки можно вообще избежать.

Спец: Если стабилизатором (переменного напряжения!) считать устройство, удерживающее выход в рамках, скажем,+\-10% от номинала, что для большинства бытовых нагрузок достаточно, то это будет-таки стабилизатор

И?
К тому же, я расчитываю на бОльшую стабильность. Скажем, обычный комповый БП на таком же принципе и ШИМ контроллере обеспечивает не больше 1% даже при изменении нагрузки, не говоря уже о нестабильности напряжения питания.
При такой точности поддержания выходного напряжения устройство, естественно, является стабилизатором.

Спец: Далее, если трансформировать в достаточно узком диапазоне (скажем, +\- 30%), то АВТОтрансформатор должен будет иметь мощность всего лишь "разница напряжений"х"ток", что более чем втрое меньше полной мощности.

А если в широком?
В предлагаемом варианте трансформатор отсутствует. Правда я думаю, что его нужно поставить (на 50Вт), что бы иметь возможность получать выходное напряжение хотя бы 220В. Ну а если устройство будет хорошо выполнено, то не жалко и поставить в него трансформатор по-больше (на 150Вт) для получения на выходе 250В.

Спец: И наконец, есть ведь принцип двоичного дробления - скажем, можно сделать всего шесть обмоток: на 1 вольт, 2, 4,8, 16 и 32 (не так уж много!), и подключать их на сложение или вычитание с входным напряжением. Ступенчатость выхода получится при этом всего 1 вольт (такова будет дискретность регулирования - для множества применений это почти линейно)...

Можно, но недостаток дискретности (разрывности тока нагрузки) останется. В то время как в предлагаемом варианте её нет исходно (плавность регулировки определяется плавностью изменения сопротивления переменных резисторов.
А в цифровом варианте управления (МК) - шагом ЦАП.
И ни какой перемотки трансформатора.
К тому же, намотать обмотки с двоичным шагом напряжения при хорошей точности - нужно постараться...

Стабильность же, всё равно, будет хуже, так как она определяется шагом регулировки, то есть +-1В.
В предлагаемом же варианте даже при шаге 1В стабильность может поддерживаться на уровне 1%, так как целиком определяется точностью и стабильностью опорного напряжения.

Спец: В конце концов, когда у обычного ЛАТРа движок скачет по виткам, то тоже получается дискретное регулирование...

Да как сказать...
Исправный ползунок, перекрывая (замыкая) соседние витки, обеспечивает хорошую плавность регулировки, не достижимую при релейной или симисторной коммутации, так как из-за замыкания соседних витков и сопротивления контакта их с ползунком может обеспечить какое-то промежуточное значение напряжения.

DWD, можно несколько замечаний по вашей разработке?
Во-первых, амплитудный детектор в обратной связи совершенно непригоден для стабилизации переменного напряжения, так как в сети отнюдь не синусоидальное напряжение, и реальный коэффициент формы нередко весьма далёк от корня из двух. К тому же сеть нередко загрязнена импульсными помехами, к которым амплитудный детектор весьма чувствителен. Если вы пытались когда-нибудь измерить сетевое напряжение с работающим поблизости частотником цифровым тестером, вы поймёте, о чём речь. Я неоднократно видел, как их зашкаливает на пределе 1000В. А ведь в них - именно амплитудный детектор. А у вас там в непосредственной близости - силовой ШИМ, т.е. то же, что и частотник.
Во-вторых, амплитудный детектор вносит существенную задержку в цепь ОС, к тому же несимметричную, т.е. постоянная времени при увеличении напряжения одна - определяется временем заряда фильтрующего конденсатора с выхода ОУ, а постоянная времени разряда - другая, определяется сопротивлением 10 кОм, что серьёзно осложнит проблему настройки устойчивости цепи стабилизации.
В третьих, с управлением посредством трансформаторов имеется ограничение на коэффициент заполнения, видимо, поэтому вы ограничиваетесь 200 вольтами на выходе, а я думаю, что и их будет получить весьма непросто. Наверное, лучше всё-таки применить драйверы с опторазвязкой, типа HCPL3120, хотя это и несколько усложнит конструкцию, т.к. потребует галваноразвязанных ИП, но повысит надёжность и улучшит параметры, на выходе можно получить практически полное напряжение 220 В. Да и намотка этих трансформаторов непроста - требует бифилярной намотки, для уменьшения индуктивности рассеяния, что усложняет межобмоточную изоляцию.
И последнее - вместо МОСФЕТов предпочтительнее всё-таки применить IGBT, так как ЛАТР нередко применяется для испытаний всякого сырья, вполне вероятны перегрузки, пробои и замыкания в нагрузке, а IGBT гораздо надёжнее в таких применениях.
И вообще все эти соображения наводят на мысль использовать архитектуру частотника, а не привязываться к регулировке сетевого напряжения непосредственно. Если к тому же применить активный ККМ, решится проблема ограничения диапазона выходного напряжения - его можно получить выше входного, хоть 250 В. Да и частота и форма выходного напряжения не будет зависеть от сети, можно даже их изменять при желании, например, если потребовалось 60 Гц, или искажённый синус, к примеру, с подрезанной верхушкой, как она бывает в реальной сети. Короче - шире возможности и более гибкая архитектура при не слишком большом усложнении силовой части. Правда, требует применения контроллера не просто для управления параметрами, а для управления всем процессом, соответственно, усложняется программная начинка.