Lineárny zdroj napätia riadený PWM.

Zpráva

dudo02 · #1 Příspěvek od **dudo02** » 08 lis 2023, 12:08

Zdravim,

Procesor má len digitálne výstupy PWM.
Potrebujem týmto regulovať nejaký lineárny zdroj 0 - 12V 1A. Existuje nejaké riesenie?

#2 Příspěvek od **Zaky** » 08 lis 2023, 12:21

Jaké má PWM rozlišení a jakou požaduješ přesnost a stabilitu? Na PWM výstup připojíš RC filtr a máš regulovatelné DC napětí. Jen s celkem velkým výstupním odporem a je to samozřejmě závislé na stabilitě napájecího napětí procesoru.

#3 Příspěvek od **ok1hga** » 08 lis 2023, 12:24

ano, přes integrační článek budeš řídit referenci zdroje . . .

JirkaZ · #4 Příspěvek od **JirkaZ** » 08 lis 2023, 13:04

Pokud to má být bez zvlnění a přitom s malým regulačním zpožděním, tak pro filtraci PWM nestačí integrační článek, ale je potřeba použít dolní propust vyššího řádu (návrh pro Sallen-Key typ usnadní např. toto).

Přitom pochopitelně i tak použít co nejvyšší frekvenci PWM (pokud tomu něco nebrání).

Ale vše záleží na požadavcích, které jako obvykle nebyly napsány.

#5 Příspěvek od **Cust** » 08 lis 2023, 13:37

Pokud použiješ dolní propust druhého řádu, tak dosáhneš potlačení frekvence PWM vyšší, ale rozhodně nezískáš rychlejší odezvu, ta bude naopak pomalejší.
V příloze je odezva na pulz pro obyč integrační článek (vlevo) a na dolní propust druhého řádu (vpravo). Zlomové frekvence posazeny na 1 rad/s.

JirkaZ · #6 Příspěvek od **JirkaZ** » 08 lis 2023, 13:41

Nechci se pouštět do hlubší konkrétní diskuse, ale nezávisí náhodou odezva na jednotkový skok velmi na topologii propusti (filtru)?

#7 Příspěvek od **Cust** » 08 lis 2023, 13:52

Záleží na pólech a nulách přenosu, způsob realizace je vedlejší... (pokud způsob neovlivní vlastnosti filtru)

Ale abych řekl celou pravdu. pokud uděláš Sallen-Key filtr, a půjdeš na dvojnásobnou zlomovou frekvenci než u integračního článku, tak získáš rychlejší odezvu. A pokud bude frekvence PWM o řád vyšší než je zlomová frekvence integračního článku, tak bude Sallen-Key lepší jak v rychlosti odezvi, tak i v potlačení PWM frekvence a jejich harmonických.

Tedy ano, Sallen-Key bude vždy lepší, pokud systém navrhneš správně.

JirkaZ · #8 Příspěvek od **JirkaZ** » 08 lis 2023, 14:02

To byla taková malá kontrolní otázka ;-)

Před časem jsem potřeboval získat co nejrychlejší odezvu na skok při co nejlepší filtraci dvoucestně usměrněných 50 Hz. Hardwarově, žádné DSP (neumím).

Jednoznačně to vyhrály tři Sallen-Key dolní propusti za sebou...

Použil jsem samozřejmě simulaci, protože matika k tomu potřebná mě drtila už před těmi desítkami let, kdy jsem se to musel naučit a dokázat, že to umím ;-)

Měření na realizovaném obvodu (viz screenshot z *.wfm prohlížeče v příloze) pak potvrdilo, že simulace byla zcela přesná.

#9 Příspěvek od **Zaky** » 08 lis 2023, 14:07

Pokud má takto řízený zdroj aspoň trochu za něco stát, tak se stejně budou přes PWM dát generovat akorát reference pro analogové regulátory a tím pádem je časovka filtru celkem vedlejší.

JirkaZ · #10 Příspěvek od **JirkaZ** » 08 lis 2023, 14:11

To ano (viz i nedávná diskuse okolo zde zveřejněného projektu), ale zcela teoreticky by nic nebránilo udělat třeba programovatelné skoky výstupního napětí ovládaného zdroje.

No a pak je ta odezva docela důležitá (aby třeba nebyla zbytečně delší než odezva regulační smyčky)...

#11 Příspěvek od **Cust** » 08 lis 2023, 14:11

@zaky No, ale PWM na tom analogovém řídicím signálu vidět nechceš. A taky nechceš, aby ti nastavená hodnota nabíhala deset sekund, že?

ondraN · #12 Příspěvek od **ondraN** » 08 lis 2023, 14:57

Přesnost se dá pořešit tím, že se PWM výstup z MCU protáhne tvarovačem, který bude mít přesně definovanou horní a dolní úroveň signálu a malou výstupní impedanci.

JirkaZ · #13 Příspěvek od **JirkaZ** » 08 lis 2023, 15:05

ondraN: máš nějakou konkrétní zkušenost s tím, že by CMOS push-pull výstup běžného značkového MCU v L a H úrovních napěťově "coural"?

Pochopitelně za předpokladu dobře stabilizovaného napájení a neměnné zátěže...

Buzení velké impedance je samozřejmost (ať už má ta filtrace jakoukoliv podobu)...

Abych to ještě upřesnil: bavíme se tady řekněme o nějakém desetibitovém, maximálně o trochu lepším rozlišení D/A, ne nějaké extrémy...

#14 Příspěvek od **Zaky** » 08 lis 2023, 15:38

Myslím, že pokud to má být pro nenáročné použití, je vyfiltrovaná PWM úplně OK, pokud to má být pokročilejší záležitost, např. právě pro možnost generování časově proměnných průběhů, je na místě použít DAC. Většina MCU dnes DAC má běžně na čipu, nebo se použije nějaký se sériovým rozhraním. Když jsem si hrál s generováním audio signálu z MCU, tak při použití 8 bit PWM to má pochopitelně značný kvantizační šum, pokud se k signálu analogově přičte další 8 bit PWM s 1/256 amplitudou, je to "skoro jak 16 bit". Samozřejmě pro audio, seriózních 16 bitů se takhle nedosáhne.

ondraN · #15 Příspěvek od **ondraN** » 08 lis 2023, 15:42

Ano, nějaké zkušenosti bych měl. Hlavně, že courá napájení MCU, protože je většinou nevhodně řešené a hodně závisí na zátěži, tedy na tom, co budí ostatní IO. Při 8bit rozlišení a 3,3V napájení, je 1bit cca 13mV.
Hodně záleží na MCU, jaké je jeho pracovní napětí, použitý stablík atd. O tom nic nevíme, takže jen spekulujeme. Proto jsem spomenul i tenhle aspekt. Je jednodušší udělat ten přesný tvarovač, než nějak řešit courající napájení MCU a jeho chlupatost :wink:

A nebo je možné, že stačí přesnost na 4bity a nevadí že to bude pomalé a pak není co řešit :mrgreen: