Zum Thema Pulsationen, interessante Menschen und Induktivitäten

    Gesetz 14 (Edisons Gesetz) "Besser" ist der Feind des "Guten"




    Vor kurzem hat mein Kollege, den ich wiederholt in meinen Beiträgen erwähnte (in der Regel in der Rolle von Dr. Watsons Reinkarnation, dessen Hauptzweck es ist, der Hauptfigur der Präsentation einen Glanz zu verleihen, ich habe solche bösen Witze, Danil), beschlossen, die Gestaltung von Energiequellen zu beherrschen (für Low-Power-Start, aber wir werden sehen). Da dies in den 201er Jahren der Fall ist, sind Transistoren billig und klein (auch mit Treibern), und Induktivitäten sind groß und teuer (gut, nicht so groß wie früher, aber immer noch nicht klein). Daher wird eine nicht invertierende (Brücken-) Schaltung mit Mikrocontroller ausgewählt Rolle des Steuerelements. Mit diesem Schema sind einige interessante Fragen verbunden, von denen einige in Ann448 von ST beantwortet werden (nicht alle von ihnen sind nicht vollständig, vielleicht schreibe ich noch mehr dazu), aber es geht jetzt um etwas anderes.

    Nach dem Zusammenstellen des Schemas schrieb ein Kollege eine Reihe von Tests, mit denen die Richtigkeit des Schemas (und es wurden Fehler gefunden und korrigiert) sowie die Funktionsweise einzelner Elemente (der Fehler wurde auch gefunden und korrigiert) überprüft werden konnte. (Ich verstehe nicht, Danil, warum schreibst du nicht selbst darüber, besonders über den Output Key Booster - sehr lehrreich)? Zu den Tests gehörte der Betrieb des Geräts als Hochspannungsquelle mit festem Füllfaktor, was im Allgemeinen bestätigt wurde: Die Ausgangsspannung variierte je nach Designmodell. Nun, am Ende haben wir uns entschieden, die Spannungswelligkeit am Quellenausgang zu betrachten. Das äquivalente Schema für den untersuchten Modus wird im KDPV vorgestellt.

    Und hier wartete ein etwas unverständliches Phänomen auf uns - das Ausgangsoszillogramm unterschied sich hinsichtlich der Amplitude der Pulsationen deutlich von dem berechneten (gut erwartet, da dies im Allgemeinen der Fall ist, da sich die Parameter der realen Komponenten immer von den in der Spezifikation angegebenen unterscheiden, jedoch nicht durch dieselben). Wellenform (und das ist völlig unverständlich). Die spezifische Wellenform ist in Abbildung 1 (in grün) dargestellt, und die erwartete Form der Pulsationen (in rot) ist auf ihr aufgetragen. Es scheint mir, dass der Unterschied offensichtlich ist. Es ist sehr überraschend, dass der Kondensator (mit Ausnahme der abrupten Übergangsabschnitte) ständig entladen wird, was in starkem Widerspruch zur theoretisch vorhergesagten Gleichheit des durchschnittlichen Stroms durch den Kondensator über einen Zeitraum in einem stabilen Zustand steht, auf dem die gesamte Berechnungsmethode des Konverters basiert.



    Wir fangen an zu streiten. Abrupte Spannungsspitzen werden durch das Vorhandensein eines erheblichen ESR-Kondensators perfekt erklärt, und wir können sogar seinen Wert = dU / I / 2 schätzen, was 100 mΩ ergibt - natürlich viel, aber durchaus möglich. Aber warum sehen wir keinen charakteristischen Anstieg der Spannung am Kondensator im Zyklus der Leistungsübertragung von der Induktivität? Es ist mehr Forschung erforderlich, und dazu müssen Sie den Fehler auf einem anderen Gerät abspielen. Da es keine Möglichkeit gibt, die zweite Gebühr zu erheben (genauer gesagt, es gibt keinen Wunsch, das ist der bestimmende Faktor), benötigen wir eine virtuelle Schaltung, und der Google-Simulator für elektronische Schaltungen online führt zu der absolut reizvollen Seite falstad.com. (Notwendige Anmerkung - der Autor weiß von der Existenz vieler anderer Simulatoren, und er selbst hat sie wiederholt benutzt,

    Ich finde ein Simulationsprogramm, lese die Geschichte seiner Entstehung und verstehe, dass dies ein Indie-Projekt ist, das heißt, eine Person (in ihrer Freizeit) schreibt einen Simulator (in Java), stellt ihm eine Reihe von Modellen zur Verfügung und unterstützt die Website mit dieser Anwendung - einfach nur, um verrückt zu werden. Ich verstehe die Grundprinzipien der Simulation elektronischer Schaltungen. Ich kann davon ausgehen, dass eine Reihe von Modellen im Web in einer zugänglichen Form liegen, aber ich habe keinen solchen Simulator geschrieben (und auch die große Mehrheit von Habravchan). Unterdrücke aber das Gefühl des Lichtneides und fahre mit dem Studium des Problemschemas fort.

    Ich modelliere das Modell des Schemas nicht sofort, sondern beherrsche (mit Hilfe von Videolektionen) die Visualisierung der Ergebnisse in Form von Oszillogrammen (dieses Programm ermöglicht es uns, die Bewegung des Stroms in der untersuchten Schaltung in Form von Miniaturkreisen zu verfolgen, was lustig und sehr lehrreich ist, aber nicht sehr aufschlussreich, wenn auch nicht zeigen und die Bewegung der Elektronen, dann laufen die Kreise in die entgegengesetzte Richtung, was noch mehr Spaß macht (wenn auch nicht informativ)) und die Ergebnisse beobachten. Der Empfang des Ergebnisses stimmt völlig mit dem theoretisch vorhergesagten überein, was nicht überraschend ist - wir haben alle Elemente ideal, wie in der Berechnung.

    Ich konnte den Link nicht einfügen, hier ist der Text
    www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+1+1e-9+19.867427341514983+44+5+50%0Al+368+240+464+240+0+0.00009999999999999999+2.6008195407028163%0Ac+624+256+704+256+0+0.00047+8.587226788166596%0Ar+592+320+688+320+0+10%0Ad+496+240+576+240+1+0.805904783%0Ag+768+320+800+320+0%0Av+288+240+368+240+0+0+40+5+0+0+0.5%0AR+368+336+416+336+0+2+40000+25+25+0+0.66%0Aw+592+320+592+256+0%0Aw+592+256+624+256+3%0Aw+688+320+736+320+0%0Aw+752+256+736+320+0%0Aw+736+320+768+320+0%0Aw+288+240+288+320+0%0Aw+464+240+496+240+0%0Aw+576+240+592+240+0%0Aw+592+240+592+256+0%0Aw+496+240+512+272+0%0Aw+512+304+496+320+0%0Aw+368+288+464+288+0%0Aw+736+320+736+384+0%0Aw+736+384+496+384+0%0Aw+496+384+288+384+0%0Aw+288+384+288+320+0%0Aw+496+320+496+384+0%0Aw+368+288+368+336+0%0Af+464+288+512+288+0+1.5+0.02%0Ar+704+256+752+256+0+0.1%0Ac+656+192+752+192+0+0.000009999999999999999+8.50394262258968%0Aw+752+192+752+256+0%0Aw+656+192+592+240+0%0Ao+18+64+0+4099+80+0.00009765625+0+2+18+3%0Ao+0+64+0+4099+40+6.4+1+2+0+3%0Ao+8+64+0+12290+8.751594683701885+0.0001+2+2+8+3%0A

    Ich addiere den erwarteten Widerstandswert hinzu und bin überrascht zu sehen, dass sich die Form der Pulsationen dramatisch verändert hat und vollständig mit den Beobachtungen des Experiments übereinstimmt, was eine gute Nachricht ist, was bedeutet, dass wir das Modell weiter studieren können. Zunächst messe ich die Spannung am Kondensator, und ich bin froh zu sehen, dass die Spannungs-Sekunden-Waage nicht gestört wird und der Kondensator, wie er sollte, während des Betriebszyklus geladen und entladen wird. Dann wird klar, dass das Verhalten der Spannung über der Last die Summe der Spannung über dem Kondensator und dem Spannungsabfall über dem Widerstand ist, der proportional zum fließenden Strom ist. Da sich der Strom durch die Induktivität während der Energieübertragung von der Induktivität auf die Kapazität ändert (verringert), führt dies zu einer Abnahme des Widerstandsabfalls und ab einem bestimmten Wert des Widerstands.

    Um unsere Hypothese zu testen, spielen wir mit den Parametern der Schaltung (ich empfehle Ihnen auf der folgenden Seite dringend), zuerst den Keramikkondensator auszuschalten. Dadurch wird die Glättung der Fronten mit einer Zeitkonstante von 1 ms aufgehoben, und Sie können die Auswirkungen in reiner Form beobachten. Wir beginnen, den Widerstand zu erhöhen und sehen das Auftreten einer charakteristischen Stufe, die an Größe zuzunehmen beginnt. Von einem bestimmten Punkt aus können Sie sehen, dass der Neigungswinkel der Gleichspannung an der Last des Ladeabschnitts abnimmt, bis das Segment horizontal wird und dann zu einem abfallenden Teil wird.

    Wir führen das letzte Experiment durch, das zeigen wird, dass es außer dem Stromabfall an der Induktivität keine anderen Ursachen für den Spannungsabfall gibt (wir sehen sie nicht, aber es reicht nicht aus ...). Es ist notwendig, die Stromwelligkeit in der Induktivität zu reduzieren. Dies lässt sich am einfachsten durch Erhöhung der Induktivität erreichen. In der Praxis wäre die Aufgabe, eine 1-mf-Spule mit 4 A zu bekommen, schwierig, aber im Simulator ist nichts einfacher - und die Stromwelligkeit fällt sicher stark ab, und die Ausgangsspannung hat wieder einen linear ansteigenden Anteil. Wie immer geschieht nichts Wunderbares, und alle im System ablaufenden Prozesse haben eine naturwissenschaftliche Erklärung, CTD.

    Wir kehren zum ursprünglichen Wohnschema zurück, sehen uns die Parameter des Panzers am Datum an, sehen die erwarteten 100m Ohm Widerstände, stellen die rätselhafte Frage "und warum ist sie da", wir bekommen die Antwort "Nach den Berechnungen waren 200 Mikrofarad erforderlich, ich entschied mich, mehr zu sagen" ("was Victor Stepanovich erlaubt, sich zu erinnern." der Seher des Vanga-Levels “- schade, nicht mein Satz), wir haben zwei 100-µF-Keramiken in der Tabelle herumgelegt (100 Mikrofarad-Keramiken in Millimeter-Dimensionen, Karl - wenn ich das vor 20 Jahren gesagt hätte, hätte ich einfach den Finger an der Schläfe verdreht und jetzt herumliegen ... komponente b weil sie einen großen Sprung im Laufe der Jahre, obwohl ein Schaltungsentwurf nicht gesagt werden kann, ist uns alles durchdacht) und alles ist gut. Was bringt Sie dazu, sich an einen anderen, nicht weniger bemerkenswerten Satz zu erinnern: "Nicht, wie es besser ist, es ist notwendig, wie es sein sollte."

    Abschließend möchte ich Herrn Falstad für das Vergnügen danken, dass er sein wundervolles Programm verwendet, und ich freue mich, dass solche Leute immer noch gemacht werden, sonst langweilte ich mich nach Robert Pease und plötzlich ein solches Geschenk. Obwohl nicht ganz gelangweilt, entdeckte ich vor 3 Jahren ein erstaunliches Programm und auch einen Simulator - VMLab und auch den Status freier Software - wahrscheinlich in diesem Konzept, das heißt, da so wunderbare Leute es fördern. Man kann sich auch an den Godbolt erinnern - auch sehr gut, wahrscheinlich, trotzdem ist nicht alles verloren, und der Satz "solche Leute tun das nicht mehr" stimmt nicht, sie tun, sie tun nur ein paar andere Dinge.

    Ps. Wenn wir über Induktivitäten sprechen (ja, wir haben darüber geredet, wenn auch nicht lange), möchte ich die Besonderheit ansprechen (ich würde es strikter formulieren, aber "toxisches Verhalten" ist in Habré nicht gern gesehen), was mit der Wahl der Induktivität von Standardprodukten verbunden ist. Der Hauptparameter ist neben der Induktivität selbst der zulässige Strom durch die Spule, und hier gibt es eine unangenehme Nuance, die wir betrachten werden.

    Lassen Sie uns zunächst die Gefahr des Überschreitens des Maximalstroms (Sättigungsstrom) definieren - durch die Tatsache, dass, wie Sie sich vorstellen können, die Induktivität in den Sättigungsmodus geht, wo keine lineare Verbindung zwischen dem fließenden Strom und der Magnetisierung des Kerns besteht, was zu Energieverlusten bei der Magnetisierungsumkehrung führt. Dieser Parameter hat 2 Funktionen, die berücksichtigt werden sollten:

    Tatsächlich ist dieser Parameter für jede reale Induktivität Null, da für jeden fließenden Strom eine Nichtlinearität auftritt und die einzige Frage der Grad der Nichtlinearität an einem bestimmten Punkt ist. In meiner Jugend war es üblich, einen aktuellen Wert anzugeben, bei dem der Verlust 5% beträgt (und dies ist der richtige Ansatz), so dass Sie sich bei niedrigeren Strömen auf die Induktivität verlassen können. Leider geben jetzt einige Hersteller Strom bei 20% an, andere - bei 30% bei Strömen in der Nähe der angegebenen Strömungen werden Sie von den Ergebnissen hinsichtlich der Effizienz sehr verwirrt sein. Natürlich gibt das Datum ehrlich die Höhe der Verluste am Grenzstrom an und Sie können RTFM (F) jederzeit beantworten, aber irgendwie ist es den Erwartungen der Entwickler nicht gerecht. Ich verstehe,

    2. Gemeint ist nicht der Durchschnittsstrom, nämlich der Maximalstrom, und wenn Sie kurzzeitige (für Schaltnetzteile typische) Überschreitungen des Sättigungsstroms haben, sind Verluste unvermeidlich, selbst wenn der Durchschnittsstrom viel niedriger ist. Diese Funktion sollte nur klar sein und die Hersteller sind hier ehrlich - Sie müssen dies alleine hinnehmen. Daher ist es notwendig, im Rahmen des kontinuierlichen Modus zu bleiben, da in diesem Modus das Verhältnis von maximalem Strom zu Durchschnitt am kleinsten ist und zwischen eins und zwei liegt.

    Es gibt jedoch einen weiteren Parameter, den es vorher einfach nicht gab. Tatsache ist, dass in den letzten 10 Jahren viele hervorragende Materialien aufgetaucht sind, die aus der Sicht der Kerne erstaunliche Parameter aufweisen, vor allem die magnetische Permeabilität und die Frequenzeigenschaften. All dies erlaubte es einer Größenordnung (oder auch nicht einer), die geometrischen Abmessungen der Wicklungselemente zusammen mit einer Erhöhung der Betriebsfrequenzen zu reduzieren. Aber Sie müssen für alles auf dieser Welt bezahlen - und wenn Sie einen Transformator mit einem Kern aus laminiertem Eisen auf den Schmelzpunkt von Kupferdraht aufheizen könnten (mit einem Kurzschluss war das nicht schwierig), hat er an Effizienz nicht eingebüßt (vielleicht war es das, aber es war wenig spürbar). .

    Der zweite Parameter ist also der maximal zulässige Durchschnittsstrom durch die Wicklung aus den oben genannten Gründen. In der Regel ist er zweimal so groß wie der Sättigungsstrom (obwohl dies nicht notwendig ist). Wenn Sie sich also an der Grenze des Kontinuitätsmodus befinden, ist alles wunderbar und alle Bedingungen sind erfüllt (20-30% Verlust nicht vergessen), aber wenn Sie tief drin sind Kontinuitätszone und Maximalstrom = 120% des Durchschnitts und überschreitet den Sättigungsstrom nicht deutlich, dann müssen Sie noch den Durchschnittsstrom auf Zulässigkeit prüfen. Daher gilt als Faustregel, den Sättigungsstrom moderner Spulen durch etwa 1,5 zu teilen (mehr ist bereits erschöpfend) und nach diesem Kriterium zu wählen, und Sie werden mit der von Ihnen entwickelten Schaltung zufrieden und effizient sein.

    Übrigens: Gute Chinesen tun genau das - eine Induktivität mit einem Sättigungsstrom von 12 A wird in eine Quelle für einen Strom von 8 A gesteckt und alles funktioniert in einem Wirkungsgrad von 90%.

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