Разрабатываю: эквивалент нагрузки

[_vintik]

Извиняюсь, добавил уже после Вашего ответа.
Про дискретность измерения, можно наглядно увидеть создав таблицу в екселе. На краях графика моощности, изменения будут в десятые и сотые доли.
Да чего говорить, сами знаете.

[Леонид Иванович]

У IRFP260 (250) - 200 Вольт, этого должно хватить на 99,9% случаев.

Да, хватит. Если мало, можно поставить другие транзисторы. Редко бывают нужны одновременно и большой ток, и большое напряжение.

Тогда можно дать пользователю выбирать, что делать - например, включать режим ограничения 200 В, или нет.

На данном этапе требуется нарисовать схему, для этого нужно знать, какие потребуются узлы. В принципе, отключаемый узел ограничения напряжения сильно сложности не добавит.

Т.е. получается, что работа OVP может быть нужна, но только в нескольких, строго ограниченных режимах. В остальных случаях - ни к чему (но пользователю можно дать возможность включить OVP, хз зачем).

Вообще, OVP и ограничение максимального напряжения 200 В - это разные вещи. OVP - программно реализованная защита с задаваемым порогом, нагрузка выключается при превышении порога. Есть почти у всех промышленных нагрузок. Ума не приложу, зачем она нужна. Но еще труднее представить, что разработчики этих нагрузок - глупцы.

У ремонтников и радиолюбителей нет особых требований к такому устройству. Конкурировать кустарю-одиночке с профессиональными изделиями работа неблагодарная и бессмысленная.

Это не отменяет того, что радиолюбительская конструкция должна быть хорошо продумана.

для регулятора тока в аналоговой части хочу применить не ЦАП, а цифр. потенциометр.

Цифровой потенциометр применить можно, он тоже позволит не только регулировать ток и напряжение, но и сопротивление в режиме CR. Но цифровые потенциометры обычно имеют очень мало градаций, регулировка будет грубой. Раз Вы делаете такую большую работу, то портить ее одним компонентом - глупо. Примените сразу умножающий ЦАП достаточной разрядности, управление им не сложнее, чем потенциометром. А его цена потеряется на фоне силовой части.

Прибор самопальный. Сам спалил - сам отремонтировал.

Это пять! Но еще лучше вариант EW1UA: Самопал - "сам сделал - сам спалил" Получается, всякого рода защита - злейший враг самопального.

Хоть я и не понял, о каких защелкиваниях Вы ведете беседу

К примеру, работаем в режиме CPV. Допустим, у тестируемого источника сработала защита, выходное напряжение выключилось. Нагрузка, чтобы поддержать постоянную мощность, попытается увеличить ток и откроет транзисторы, устроив полное КЗ. Из этого состояния ни нагрузка, ни БП не выйдут, если нагрузка не будет выключена. Так же и с режимом CPC, только в другую сторону. В первом случае спасает программируемый порог Von, во втором, по идее, нужен верхний порог. Приходит понимание, зачем нужны два порога напряжения на включение нагрузки.

[Vovk_Z]

Вообще, OVP и ограничение максимального напряжения 200 В - это разные вещи. OVP - программно реализованная защита с задаваемым порогом, нагрузка выключается при превышении порога. Есть почти у всех промышленных нагрузок. Ума не приложу, зачем она нужна. Но еще труднее представить, что разработчики этих нагрузок - глупцы.

И я хз, но это не может быть связано с различным пром.применением нагрузок - типа, каких нибудь последовательно/параллельных включений?

[_vintik]

Попробовал выразить свои мысли графически, предыдущий мой рисунок не совсем правильный.

[Леонид Иванович]

На краях диапазона тока или напряжения программная стабилизация мощности будет плохо работать, но за этим и не гонимся. Режимы CPV и CPC все же не для этого предназначены.

[_vintik]

Хорошо, попробую найти информацию сам, для чего эти режимы, и как они должны работать.

[p210]

Допустим, у тестируемого источника сработала защита

Мне кажется, Вы излишне усложняете. Если защита триггерная, так по-барабану, как будет себя вести нагрузка после срабатывания защиты... Вы предполагаете, что Ваш эквивалент нагрузки будет работать только с "интеллектуальными" источниками? Или, всё-таки, с любыми? Мне кажется, что при срабатывании защиты, нагрузка должна вернуться в исходное состояние. Т.е. излишне быстрое изменение выхода производит "сброс". А потом нужно нажать "пуск".

[maksipus]

Планирую четыре вида защиты:
1. от переполюсовки - диоды на входе блока.
2. превышение максимального тока - триггерная, (проще программная, надежнее аналоговая), пока не определился.
3. превышение по мощности - программная.
4. превышение температуры радиаторов- программная.
В программу вставлен второй термометр (выносной) для измерения температуры проблемных мест в блоке питания. Тут проблема с тепловым сопротивлением корпуса датчика температуры и самим сьемом температуры с дискретных элементов подопытного кролика. Оставлю, пригодится. Сама программа позволяет осуществить краивый "понт". Включен датчик - на экране автоматически появляется термометр, нет датчика-нет термометра. Ради освоения этой функции и вставил его.

Я проверять не буду высоковольтные блоки питания, но предполагаяю, что простейший вид защиты от высокого напряжения: плавкий предохранитель и супрессор парал-но силовым транз-рам.

[Леонид Иванович]

1. от переполюсовки - диоды на входе блока.

Диод чаще всего ставят шунтирующий. Если поставить диод последовательно, то на нем будет выделяться слишком большая мощность при больших рабочих токах.

2. превышение максимального тока - триггерная, (проще программная, надежнее аналоговая), пока не определился.

Токовая защита может преследовать две цели - защиты самой нагрузки и защиты проверяемого устройства. В первом случае достаточно фиксированного порога, во втором порог должен быть программируемым. Проще программная реализация, но там неизбежны задержки. По результатам обсуждения пока решили предусмотреть аппаратную петлю ограничения тока в дополнение к программной триггерной защите.

4. превышение температуры радиаторов- программная.

Кроме того, программное пропорциональное управление вентилятором.

Тут проблема с тепловым сопротивлением корпуса датчика температуры и самим сьемом температуры с дискретных элементов

Жаль, что тепловизоры пока дорогие для радиолюбителей. Профессиональные электронщики говорят, что очень полезная в работе штука.

[maksipus]

Раз Вы делаете такую большую работу, то портить ее одним компонентом - глупо. Примените сразу умножающий ЦАП достаточной разрядности, управление им не сложнее, чем потенциометром. А его цена потеряется на фоне силовой части.

Есть в закромах 572ПА1, но реально с ним шагов будет не больше чем с цифровым потенц-р. Цены кусаются на ЦАПы. Да и железо пытаюсь спроектировать минимально-функциональным.

[Леонид Иванович]

ПА1 неудобен тем, что имеет параллельную шину и большой корпус. Да и 10 бит довольно мало, столько есть и у потенциометров, правда, не у многих. ЦАП на 12 разрядов стоит примерно 5$. Но я планирую поставить еще дороже, сдвоенный, чтобы реализовать динамический режим. Исследование реакции БП на скачок нагрузки - это основное, зачем электронная нагрузка нужна.

[Vovk_Z]

Диод чаще всего ставят шунтирующий. Если поставить диод последовательно, то на нем будет выделяться слишком большая мощность при больших рабочих токах.

Мощность все равно где-то нужно рассеивать. Последовательный диод (Шотки) в корпусе ТО220, становится на тот же радиатор, что и силовые транзисторы, и даже изолировать ничего не надо (катод диода соединится со стоком мосфета).

[maksipus]

Да и 10 бит довольно мало.........Но я планирую поставить еще дороже, сдвоенный, чтобы реализовать динамический режим.

ПА1 был куплен для "Низкочастотного синусоидального генератора с шагом сетки 0,01 Гц" Проект не удался из-за отсутствия индикатора на то время.
...................
Меня мелкий шаг настройки не очень напрягает. Наоборот было бы удобнее ( в железном варианте) иметь логарифмический шаг настройки. Для компового варианта это не играет роли. Крутанул виртуальную ручку куда надо, точную подстройку сделал кнопочками цифрового дисплея под ручкой.
.................
Обьясните почему нельзя сделать динамическую нагрузку на обычном ЦАПе, не понимаю. Предусмотрел ручки (слайдеры) настройки генератора динамической нагрузки (они под дисплеем регистратора). Но до этого режима пока не успел еще дойти. На сейчас, программа гонит в комп код положения этих слайдеров. Потом разберемся как МК этот код обработать. Предусмотрен отдельный бит и выкл\вкл генератора.
Предварительный (очень-очень предварительный) алгоритм такой:
-один слайдер управляет отношением времени мах и мин нагрузки
-второй слайдер - отношением тока мах и мин нагрузки.
Частота изменения тока постоянная. Можно и её менять. Но это после. В том и прелесть виртуального прибора, что переднюю панель можно сделать без напильника и тисков. Добавить еще один регулятор минутное дело. Кибернетика -ммать её...

[Леонид Иванович]

Мощность все равно где-то нужно рассеивать. Последовательный диод (Шотки) в корпусе ТО220, становится на тот же радиатор, что и силовые транзисторы, и даже изолировать ничего не надо (катод диода соединится со стоком мосфета).

Как по мне, так увеличение минимального напряжения почти на вольт - это большее зло, чем менее надежная защита от переполюсовки. Так же считают и разработчики фирменных нагрузок, там я встречал только параллельные диоды.

Наоборот было бы удобнее ( в железном варианте) иметь логарифмический шаг настройки.

Какой бы ни была шкала, разрядность ЦАП определяет динамический диапазон перестройки. Обычно логарифмическую шкалу не делают, нет такой традиции. Обычно делают программируемый шаг перестройки. Я иногда делаю адаптивный шаг, который зависит от редактируемой величины. Так сделано, например, в генераторах PG-872 и SG-642. Довольно удобно, очень редко приходится переходить на постоянный шаг.

Обьясните почему нельзя сделать динамическую нагрузку на обычном ЦАПе, не понимаю.

Можно, но есть некоторые трудности. Во-первых, ЦАП должен быть достаточно быстрым (максимальная скорость изменения тока планируется порядка 1 А/мкс). Во-вторых, процессор будет больше загружен, нужно по SPI успевать загружать в ЦАП новые значения и делать это в строгой временной сетке. Максимальная частота модуляции, думаю, порядка 10 кГц, шаг сетки устроит 10 мкс. Для STM32 с его DMA, вроде, реализуемо. В-третьих, процессор должен генерировать выходной сигнал синхронизации без джиттера относительно сигнала ЦАП. С этим вопрос. Ну и еще один довод в пользу сдвоенного ЦАП - можно будет реализовать внешнюю синхронизацию.

[EW1UA]

Хорошо, попробую найти информацию сам, для чего эти режимы, и как они должны работать.
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 4#p2244894

Режимы CPV и CPC — это два частных случая более общего режима CP.
CP = constant power; ПМ = постоянная мощность. Электронный эквивалент нагрузки пытается поддерживать постоянную мощность, отбираемую от источника питания. P=UI, мощность = ток × напряжение. P=const. Больше напряжение — меньше ток. Больше ток — меньше напряжение. Поэтому ВАХ (вольт-амперная характеристика) нагрузки имеет (должна иметь) вид гиперболы.

Остальные режимы.
CC = constant current; ПТ = постоянный ток. Нагрузка старается поддерживать неизменным протекающий через неё ток I=const. Большинство встречающихся мне схем нагрузок (~90%) реализуют этот и только этот режим. График ВАХ имеет вид прямой, параллельной оси U. Напряжение «бегает» по своей оси, а ток остаётся неизменным.

CV = constant voltage; ПН = постоянное напряжение. Нагрузка стремится поддерживать неизменным падение напряжения на её клеммах U=const. График ВАХ имеет вид прямой, параллельной оси I. Ток «бегает» по своей оси, а напряжение остаётся неизменным.

CR = constant resistance; ПС = постоянное сопротивление. Нагрузка моделирует поведение резистора. Ток и напряжение прпорциональны. U~I, I~U. График ВАХ имеет вид прямой линии, исходящей из начала координат. Наклон графика зависит от сопротивления резистора (нагрузки).

Графики ВАХ могут рисоваться в системе координат [U, I] или [I, U]. В случае различных электронных компонентов — двухполюсников нас обычно интересует ВАХ в виде зависимости тока от приложенного напряжения, I=f(U). Поэтому U — по горизонтали, I — по вертикали. Но не в случае источников питания! В случае источников питания наоборот, нас интересует его внешняя нагрузочная характеристика — ВНХ, ВНХИП или НХ, НХИП. Интересна зависимость напряжения источника от потребляемого от него тока U=f(I). Поэтому для источников питания I — по горизонтали, U — по вертикали.

Несмотря на «переворот» осей, общий вид остаётся прежним. Прямые остаются прямыми, гиперболы остаются гиперболами. Только вертикаль обменивается с горизонталью, а пологий наклон обменивается с крутым.

Вернёмся к CP, CPV и CPC.
График постоянной мощности представляет собой гиперболу. График НХИП может быть различным, типичные картины представлены здесь и здесь.

Нагрузка подсоединена к источнику проводами. Следовательно, напряжение на них одинаковое. И протекающий ток один. Следовательно, ВАХ нагрузки и НХ источника питания должны пересекаться. В режиме CP/ПМ таких точек пересечения может быть две. Или больше. Или меньше. Обычно две. Отсюда дополнительные обозначения CPV и CPC, это два частных случая более общего режима CP. Чтобы получить только одну точку пересечения, для точного попадания нужно постараться. Чтобы их было более двух, нужен некий особо хитрый ИП. Итак, точек должно быть две. Но вполне вероятен случай, когда не будет ни одной точки пересечения. Например, если нагрузка хочет потреблять больше, чем может обеспечить ИП. Или ИП ослаб: аккумулятор сел, солнечая батарея ушла в тень.

Если точек пересечения нет, тем не менее, напряжение на них одинаковое и протекающий ток один. Ибо они соединены проводами. Общая точка где-то должна быть... должна быть... где-то. Где же она? Где-то она есть, но не на той гиперболе, которую хотела бы нагрузка. Общая точка куда-то убежала. Где-то в крайнем положении, в одном из них. Или в х.х., или в к.з.

Так происходит проскок и защёлкивание рабочей точки.

Чтобы определить факт проскока и защёлкивания и чтобы вернуться из него, нужен некий программный супервизор или надсмотрщик. Он должен определять, может ли источник обеспечить желаемую мощность, есть ли точки пересечения. Если пересечение потерялось, оно должно быть заново найдено, причём, именно в одной, заданной операторм, одной из двух возможных точек — CPV или CPC.

[EW1UA]

Можно, но есть некоторые трудности. Во-первых, ЦАП должен быть достаточно быстрым (максимальная скорость изменения тока планируется порядка 1 А/мкс). Во-вторых, процессор будет больше загружен, нужно по SPI успевать загружать в ЦАП новые значения и делать это в строгой временной сетке. Максимальная частота модуляции, думаю, порядка 10 кГц, шаг сетки устроит 10 мкс. Для STM32 с его DMA, вроде, реализуемо. В-третьих, процессор должен генерировать выходной сигнал синхронизации без джиттера относительно сигнала ЦАП. С этим вопрос. Ну и еще один довод в пользу сдвоенного ЦАП - можно будет реализовать внешнюю синхронизацию.

Вы уже продумываете технические детали.
А можете ли озвучить сформулированное вами общее ТЗ для нагрузки?

[Леонид Иванович]

Так я и блок-схему уже приводил, вполне конкретную. Требуются лишь мелкие уточнения.

По мере убывания важности:

- корпус Z-2A
- дисплей графический, 132х64 точек, монохромный с подсветкой
- управление: энкодер + кнопки (9 штук)
- интерфейс USB, изолированный
- максимальный ток 2 А (диапазон L), 20 А (диапазон H)
- максимальное напряжение 80 В
- максимальная мощность 200 Вт
- разрешение 1 мА (L), 10 мА (H), 10 мВ
- режимы CC (диапазоны 2 А, 20 А), CV, CR (диапазоны 0.1 - 4 Ом, 1 - 400 Ом, 10 - 4000 Ом), СP
- отключение выхода (>100 кОм), короткое замыкание выхода (<0.1 Ом)
- четырехпроводное подключение (remote sense), выбор из меню
- минимальное рабочее напряжение 1 В для полной нагрузки
- динамический режим для CC, CV, CR
- внутренний генератор, диапазон перестройки 100 мкс - 1 с, шаг 10 мкс
- внешний вход/выход синхронизации
- скорость нарастания тока 1 А/мкс (регулируемая?)
- выход монитора тока
- программируемое напряжение включения Von (и выключения Voff?)
- защита OCP (sw, hw?), OVP (алгоритм?), OPP, OTP

[koyodza]

- корпус Z-2A
- дисплей графический, 132х64 точек, монохромный с подсветкой
- управление: энкодер + кнопки (9 штук)
- четырехпроводное подключение (remote sense), выбор из меню

Для этого всего места не хватит. Особенно если внешний вход/выход синхронизации тоже делать спереди.

А выход монитора тока как делать собираетесь и зачем?

[Леонид Иванович]

Я же дизайн передней панели здесь приводил, все уместилось. Вход/выход синхронизации и выход монитора тока тоже спереди.



Монитор тока собираюсь делать так же, как сделано в Agilent - выход ОУ суммирования сигналов тока со всех секций через буфер и защитную цепочку на разъем BNC. Для контроля формы тока в динамических режимах.

[sergey_mak]

Слева от кнопки set немного наезжает серая заливка на рамку вокруг дисплея. И вопрос, шрифт на индикаторе самодельный?