Atmega32u4/Atmega328 Regulowana przetwornica dc typu buck step-down.

[Yoshi_80]

Zrobienie prostego DAC w mikrokontrolerze to prosta sprawa, wystarczy ten filtr RC o odpowiednio dużej stałej czasowej. Jeżeli podasz sygnał PWM np 20kHz to przy stałej czasowej np 0.1s powinieneś już mieć gładki sygnał. A jeżeli pojawiłyby się jakieś zafalowania to zawsze można podnieść stałą czasową, chyba aż tak bardzo nie zależy Ci na szybkości ?

Pytanie zasadnicze czy chcesz z robić feedback do procesora i nadążnie nastawiać napięcie? Czyli powiedzmy cyfrowo ustalasz, że chcesz mieć na zasilaczu 5V i ten tak steruje aż tyle uzyska. Bo jeżeli tak to jest to sprawa bardziej skomplikowana. Robiłem kiedyś coś takiego i zrobienie zasilacza który nie wpadałby w oscylacje będzie bardzo trudne. Tak na prawdę najlepiej dać najprostszy regulator proporcjonalny a napięcie zasilacza wprowadzić w programie za pomocą np wzoru lub tabeli na podstawie którego procesor wie jaki ma nastawić PWM aby uzyskać zadane napięcie zasilacza. Nastawia i już się nie interesuje.

Drugie pytanie jaki zakres napięć chcesz mieć na zasilaczu i w jakim zakresie chcesz go regulować. Być może stąd są Twoje problemy z ujemnymi rezystancjami. Ten schemat (np nr 3) będzie działać w ograniczonym zakresie. Tak sobie myślę, że rozwiązanie podobne do drugiego może nie być głupie. Zastosować nastawny regulator liniowy o niskim napięciu np popularny LM317 byłby niezły, miałbyś regulację od 1,25V w górę.

Zastosowanie cyfrowego potencjometru mogłoby uprościć bardzo sprawę a napisanie programu do tego nie jest takie trudne a sam potencjometr kupisz za 2-5zł zależnie od rozdzielczości. Jednak może mieć wadę wynikającą z wąskiego pasma przenoszenia (zwykle ok kilkadziesiąt kHz) co może spowodować większe szumy, chodź niekoniecznie. A druga sprawa stan nieustalony przy uruchamianiu może spowodować dziwne napięcia na zasilaczu nim procesor wstanie i ustawi potencjometr na prawidłową wartość.

[morozaw]

Dziękuję Yoshi za zainteresowanie.
Tak jak wspomniałem wcześniej - chciałbym uniknąć prowadzenia feedbacku do procesora.
Scalak ma sam sobie już wszystko regulować - lepiej niż "analogowo" tego nie zrobię.

Chciałbym też uniknąć cyfrowych DAC i potencjometrów cyfrowych.
Nawiasem jestem ograniczony do ilości pinów I/O, chciałbym z ATmegi sterować 6 "kanałami" i jednocześnie nie komplikować schematu o dodatkowe elementy, których zasady działania do końca nie rozumiem.

ATmega ma tylko generować napięcie (po filtrze drugiego rzędu i buforze), na szybkości filtru wcale mi nie zależy.
Najlepiej zapomnijmy o całej ATmedze tymczasowo, gdyż ona ma tylko generować dodatkowe napięcie "referencyjne", które mogę generować też z innych źródeł. :)

Załóżmy, że chcę kontrolować scalakiem MIC29302WU o którym wspomniałem wcześniej.
Napięcie chciałbym regulować w zakresie 0V do ~Vin - czyli w pełnym zakresie.
Jednak wiem, że uzyskanie 0V jest "trudne", więc zadowala mnie także zakres Vref do ~Vin, a nawet od 3V do ~Vin.
0V uzyskam poprzez wyłączenie scalaka poprzez pin Shutdown.

Moje Vin to zasilacz ATX ~12,6V.
Ciężko jest mi się zdecydować jak to rozwiązać.
Najchętniej zrobiłbym to tak jak pokazał maxim (3 rezystory w dzielniku), tylko był problem z policzeniem rezystorów - nie do końca rozumiem jak działa to wprowadzanie napięcia czy natężenia do układu feedback.
Czy pierwsze rozwiązanie oparte na jednym opampie z mosaic - industries ma jakieś wady?

Mogę wygenerować dodatkowe napięcie "referencyjne" w zakresie 0V do 5V (z ATmegi), lub 0V do 12V (poprzez dodatkowy tranzystor) - tylko takie napięcia mam dostępne z wtyku molex zasilacza ATX.

Pozdrawiam!

[irek]

Dziwi mnie fakt, że w sieci jest tak mało tego - moim zdaniem przecież to świetny sposób na budowę regulowanego zasilacza sterowanego napięciem z uC.

Jak juz sie dowiesz jak dziala taka regulacja to szybko stwierdzisz ze wcale nie jest to taki swietny sposob.

A zeby sie tego dowiedziec to najpierw poeksperymentuj z zasilaczami liniowymi. Najlepiej takimi z referencja zadawana z zewnatrz i mozliwoscia pracy od 0V.

- - - - - aktualizacja - - - - -

nie do końca rozumiem jak działa to wprowadzanie napięcia czy natężenia do układu feedback.

Bardzo prosto. Jak prad wplywa do wezla pomiarowego czyli jak dolaczasz nepiecie wieksze od ref to napiecie wyjsciowe spada. I w druga strone jak jest zmniejsze to tak jakbys dolaczal rezystor do masy a wiec zwiekszal dzielnik, wtedy napiecie wyjsciowe rosnie.

Jesli ref =1,2V a ty masz sterowanie 0-5V to dla napiec do 1,2V zwiekszy ci sie napiecie a powyzej zmniejszy. Mozna napiecie sterowania ograniczyc do 1,2V i tym sposobem tylko podnosci napiecie calego ukladu.

[morozaw]

Dziękuję Irku za wiadomość :)

Niestety nie znalazłem nigdzie gotowego regulatora czy to stabilizatora z referencją podawaną z zewnątrz :(
Nie chcę budować własnego od podstaw na elementach dyskretnych, dlatego wybrałem gotowy scalak i szukam sposobu na sterowanie nim.

Niestety dalej do końca nie rozumiem jak to działa mimo Twojego szczegółowego opisu.
Czy możesz wskazać lekturę do poczytania, by zrozumieć? :)

Za dużo czytam i mam już mętlik - nie wiem jaki schemat wybrać, czy odpowiednio dobrane 3 rezystory i wprowadzanie napięcia do układu feedback poprzez dodatkowy rezystor, czy jedno z powyższych rozwiązań oparte na wzmacniaczach operacyjnych :( Jak wybrać i co wybrać? Wszystkie schematy wydają mnie się dobre :(

[irek]

No coz. To znaczy ze troche za wczesnie na konstruowanie takich ukladow.

[morozaw]

Oj rozpisałem się... Wybaczcie, mam nadzieję, że nie ma tu nikogo tl;dr ...

Jak juz sie dowiesz jak dziala taka regulacja to szybko stwierdzisz ze wcale nie jest to taki swietny sposob.

A zeby sie tego dowiedziec to najpierw poeksperymentuj z zasilaczami liniowymi. Najlepiej takimi z referencja zadawana z zewnatrz i mozliwoscia pracy od 0V.

Domyślam się, że chodzi o słabszą stabilizację, szybkość oraz dokładność? Na szczęście nie zależy mi bardzo na tych parametrach.
Najprościej by było zbudować od zera cały zasilacz liniowy, ale wybrałem już ten sposób i chciałbym się trzymać scalaków.

Nawet Dave zalecał budowę zasilacza na scalaku i chciałbym przy tym pozostać, niestety z tego co rozumiem, feedback czy też pin Adjust w LM317 i LT3080 działa inaczej niż w większości scalaków, które mnie interesują w tym Micrela MIC29302WU czy też większości przetwornic DC-DC. Bez modyfikacji feedbacku tutaj traci się stabilizację, bo scalak nie wie co się dzieje na wyjściu - inaczej niż w LM317 i LT3080.

Niestety przy końcówce się już pogubiłem, ale większość rozumiem :(

Nie potrzebuje sterowania prądem, wystarczy mi tylko sterowanie napięciem :)

Bardzo prosto. Jak prad wplywa do wezla pomiarowego czyli jak dolaczasz nepiecie wieksze od ref to napiecie wyjsciowe spada. I w druga strone jak jest zmniejsze to tak jakbys dolaczal rezystor do masy a wiec zwiekszal dzielnik, wtedy napiecie wyjsciowe rosnie.
Jesli ref =1,2V a ty masz sterowanie 0-5V to dla napiec do 1,2V zwiekszy ci sie napiecie a powyzej zmniejszy. Mozna napiecie sterowania ograniczyc do 1,2V i tym sposobem tylko podnosci napiecie calego ukladu.

No coz. To znaczy ze troche za wczesnie na konstruowanie takich ukladow.

Tzn rozumiem, co do mnie napisałeś i co widzi przetwornica (jak to działa), jest to dość logiczne, ale nie jestem sam w stanie zaprojektować od zera schematu, czy też dobrać wartości rezystorów, który to wykorzysta. :(
Myślę jednak, że mimo moich braków uruchomienie gotowego schematu składającego się z 4 elementów nie powinno mi sprawić problemów - to nie statek kosmiczny, ale mimo wszystko najtrudniejszy element mojego kontrolera.
Mam wrażenie, że dam sobie radę spokojnie z wykonaniem tego układu, jednak nie mogę się zdecydować który schemat wybrać.

Prawdopodobnie zdecyduję się na schemat z mosaic industries - o ile jest poprawny - zmieniając tylko R4 i R5 :)
Tylko czy zmiana R4 wystarczy do przystosowania tego schematu dla MIC29302WU? Niestety tego nie wiem :(
Wg arkusza Excel napięcia ładnie się układają po zmianie. Co o tym myślicie? :)

Niestety nie mogę dodać załącznika Excela :(


Wzór na napięcie to Vout = 3,25Vc - 3,25


http://www.mosaic-industries.com/emb...ulator-voltage

Co o tym myślicie? :)

[Yoshi_80]

Sorry 37 min filmu nie chce mi się oglądać, może innym razem :). Możesz to zrobić w inny bardzo prosty sposób, podobny do tego prezentowanego przez Ciebie wcześniej.

Robisz układ PWM -> filtr na op-ampie wygładzający. Lub PWM -> filtr RC -> wtórnik na OP. Masz prosty konwerter PWM-> napięcie. To napięcie podajesz w miejsce gdzie normalnie dzielnik napięciowy na wyjściu przetwornicy podłączony jest do masy. Czyli patrząc na schemat powyżej, zamiast R5 podłączać do masy podłączasz do wyjścia tego opka.

Działanie jest banalnie proste podając 0 wypełnienia na PWM masz 0 na wyjściu fitlru czyli de facto dzielnik jest ma masie, przetwornica pompuje maksymalne napięcie. Zwiększając wypełnienie na PWM podnosisz "punkt masy" dzielnika i przetwornica obniża napięcie proporcjonalne do podanego sygnału PWM aż do momentu zupełnego zatkania gdy napięcie wirtualnego punktu masy przekroczy napięcie progowe na wejściu przetwornicy (zwykle coś koło 0,5V).

Problemy inżynierskie masz dwa. Dobrać odpowiednio filtr dla PWM aby sygnał był możliwie gładki bo inaczej przeniesie się to na wyjście przetwornicy oraz żeby najlepiej pracował w wymaganym zakresie napięć wyjściowych. Czyli żebyś nie miał przypadku że masz 10 bitowy PWM a przy wykorzystaniu 7 bitów masz już 0,5V na wyjściu i wyłączoną przetwornicę bo stracisz na rozdzielczości nastawiania napięcia.
Drugi, prostszy problem, przeliczyć dzielnik napięcia na wyjściu przetwornicy do zakładanego maksymalnego napięcia wyjściowego (bo tym sposobem regulacji będziesz tylko je obniżać).

[morozaw]

Filmik wrzuciłem dla osób zainteresowanych i w nawiązaniu do tego co Dave proponował za rozwiązanie
W skrócie dla zainteresowanych - wycięte klatki jak to się rozwijało :)
Mimo wszystko nie przyda się do mojego projektu, ale informacja o tym tak przy okazji dla innych zainteresowanych :)

Od końca - tak akurat wrzucił wbudowany skrypt obrazków forum :(


Myślę, że filtr bez problemu dam radę policzyć i wykonać - w powyższej serii Dave ładnie filtrował PWM filtrem drugiego rzędu z wtórnikiem.

To napięcie podajesz w miejsce gdzie normalnie dzielnik napięciowy na wyjściu przetwornicy podłączony jest do masy. Czyli patrząc na schemat powyżej, zamiast R5 podłączać do masy podłączasz do wyjścia tego opka.

Myślałem o tym, ale gdy wspomniałem znajomemu koledze elektronikowi o tym to zrobił wielkie oczy "co ja chcę wykonać? to nie będzie działać" - więc porzuciłem pomysł :)

Pomysł wydaje się OK, gdy będę miał elementy to będę mógł przetestować, ale chyba jednak bardziej skłaniam się ku wcześniejszym rozwiązaniom do których jest jakaś dokumentacja
Jestem "programistą", a nie inżynierem elektroniki (mam na myśli samodzielnego konstruktora), ale ilość oleju w głowie podobna

Mogę policzyć coś ze wzorów i wykonać układ, ale sam go nie zaprojektuję od podstaw(ewentualnie jedynie zmodyfikuję pod własne potrzeby), tak samo nie dam rady policzyć sam czy też wyprowadzić wzoru na rezystory do dzielnika :(
Projekt robię dla własnej satysfakcji oraz może się przyda na przyszłe lata studiów jako projekt aplikacji czy coś, podchodzę do tego bardziej od strony programowania - elektronika przy okazji, stąd też szukam wszędzie pomocy :)

[Yoshi_80]

Myślałem o tym, ale gdy wspomniałem znajomemu koledze elektronikowi o tym to zrobił wielkie oczy "co ja chcę wykonać? to nie będzie działać" - więc porzuciłem pomysł

Pomysł wydaje się OK, gdy będę miał elementy to będę mógł przetestować, ale chyba jednak bardziej skłaniam się ku wcześniejszym rozwiązaniom do których jest jakaś dokumentacja

Będzie działać i to dobrze. Wszystko zależy od filtru dla PWM ale to jest i tak banalnie proste. Jeżeli responsywność układu nie musi być duża to robisz po prostu przesadzony filtr RC o dużej stałej czasowej np 10..100k ohm + 1uF do tego zwykły wtórnik na jednym opku aby wydajność prądowa układu była przyzwoita i gotowe. Taki układ możesz sobie zlutować na pająka, podłączyć do atmegi i jak masz oscyloskop sprawdzić jak działa. Zamiast do przetwornicy równie dobrze możesz to zastosować do podnoszenia potencjału na nóżce GND stabilizatora napięcia. Wówczas będzie tylko działać to na odwrót, podniesienie potencjału spowoduje podniesienie napięcia wyjściowego. Ogólnie koncepcja z przetwornicą jest lepsza niż ze stabilizatorem.

[irek]

filtr RC o dużej stałej czasowej np 10..100k ohm + 1uF do tego zwykły wtórnik na jednym opku

Mozna tez dac 1kom i 100uF i wtedy wydajnosc pradowa bedzie na tyle duza ze nie bedzie potrzebny opamp.

[morozaw]

Witajcie, testuję właśnie układ widoczny poniżej:


Niby wszystko pięknie działa, ale mam problem z uzyskaniem wartości napięcia takich jak w arkuszu kalkulacyjnym.
Z tego co sprawdziłem pewnie jest to związane z napięciem wyjściowym z LM358.
Nie mogę uzyskać na wyjściu napięcia zbliżonego do 0V (w arkuszu jest wyliczone, że po podaniu 5Vc na wyjściu z wzmacniacza powinno być blisko 0V).
W konfiguracji jak poniżej na wyjściu mam 0.63V.

VR = 2,5 V
R1 = 9,9 k
R2 = 9,9 k
R3 = 9,9 k
Wzmacniacz zasilam napięciem 12.2V

Czy jest to związane z rozrzutem parametrów rezystorów lub napięć referencyjnych? Czy może LM358 nie jest w stanie zejść tak blisko GND?
Rezystory starałem się dobrać co do 0.1k oma - wg mojego miernika.

Napięcie 5V mam dzięki lm7805 (w praktyce 5,05V i lekko pływa) i z tego również 2,5 V (dzielnik również dobrany możliwie najdokładniej - w praktyce około 2,56V i również lekko pływa tak jak napięcie zasilające dzielnik).

Proszę, czy ktoś z doświadczeniem może podpowiedzieć w czym tkwi błąd?

[.3lite]

Podaj wszystkie wartości rezystorów i napięć (Vin, VrR, Vc, Vref).

I co to znaczy podaniu 5 VDC, gdzie? Ciężko cokolwiek odczytać.

[morozaw]

Wygląda to tak:

Niestety nie mogę osiągnąć pełnego napięcia 11V na wyjściu (bez zmiany dzielnika r4 / r5).
Napięcie zasilające LM358 i LM2596 to 12.2V.
Max napięcie wyjściowe z LM2596 jakie udało mi się osiągnąć to 11.3V.

Dwa skrajne przypadki:
Napięcie Vc (wyjście z potencjometru) = 5,06V ~ 5,07V
Napięcie Vr (wyjście z dzielnika napięcia 5V) = 2,53V ~ 2,54V
Napięcie wyjściowe z LM358 (nóżka out) = 0,65V ~ 0,66V
Napięcie wyjściowe z LM2596 = 9,18V ~ 9,20V
Napięcie na nóżce ADJ LM2596 = 1,26V

Napięcie Vc (wyjście z potencjometru) = 0,00V ~ 0,01V
Napięcie Vr (wyjście z dzielnika napięcia 5V) = 2,53V ~ 2,54V
Napięcie wyjściowe z LM358 (nóżka out) = 5,06V ~ 5,08V
Napięcie wyjściowe z LM2596 = 0,65V ~ 0,66V
Napięcie na nóżce ADJ LM2596 = 1,62V ~ 1,63V

Dziękuję za zainteresowanie tematem.

[irek]

Nie mogę uzyskać na wyjściu napięcia zbliżonego do 0V (w arkuszu jest wyliczone, że po podaniu 5Vc na wyjściu z wzmacniacza powinno być blisko 0V).

Nie zupelnie. Zero na wyjsciu uzyskasz jak Vc i Vr beda sobie rowne. Minimalne napiecie wyjsciowe lm358 zalezy od pradu, przy malym pradzie katalogowo mozna uzyskac max 50mV.
W twoim ukladzie dochodzi do nasycenia stopni wejsciowych bo Vc>Vr, wzmacniacz probuje wygenerowac napiecie ujemne mozliwe ze to nasycenie daje to 0,6V na wyjsciu. Ustaw potencjometr w polowie na 2,5V i wtedy powinno byc 0V na wyjsciu opampa.
Aby skompensowac prad polaryzacji wejscia na wejsciu nieodwracajacym tez powinien byc rezystor.

[morozaw]

Dziękuję Irku za naprowadzenie, nie ma to jak ktoś z głową i doświadczeniem :)

Zapomniałem dodać, że to dodatkowe napięcie referencyjne 2.5V generuję na dzielniku napięcia zbudowanym z rezystorów po 1k (mogłem je dobrać z większą dokładnością niż 10k), a napięcie Vc 0-5V na potencjometrze 10k - nie wiem czy ma to jakiekolwiek znaczenie. Może muszę coś i z tym zmienić?
Rezystor pull-down R7 u mnie ma 4.7k (zgodnie z tym co zaproponowali w artykule).

Czytam właśnie o tych prądach polaryzacji.
Pomierzę jeszcze napięcia na nóżkach LM358 w tym skrajnym przypadku.
Zrozumiałem na chwilę obecną mniej więcej tyle, że rezystory wejściowe na obu wejściach powinny mieć zbliżoną wartość, ale dalej czytam o tym zjawisku.
Czyli wystarczy, że dobiorę rezystor 9.9k na wejście nieodwracające?

[morozaw]

Próbowałem z dodanym szeregowo rezystorem 9,9k na wejście nieodwracające - bez efektu.
Teraz testuje układ z wtórnikami dla Vc (0-5V) i Vr (2.5V) - niestety efekt ten sam. Wtórniki bez rezystorów między (-) a wyjściem (nie wiedziałem jakie dobrać).

Wtórniki działają same OK - na wyjściu jest takie napięcie jak na wejściu nieodwracającym (+).

Sytuacja zmienia się gdy podepnę wyjście wtórnika Vc (sygnał 0-5V) przez rezystor 10k na wejście nieodwracające (+) głównego wzmacniacza operacyjnego.
Wtedy na nóżce wyjściowej wtórnika pojawia się 0.6V, spadek napięcia na rezystorze R2 to 1.9V, a na nóżce (+) głównego wzmacniacza (za rezystorem) jest 2,53V.
Na wyjściu głównego wzmacniacza operacyjnego wtedy jest 4,42V, a na nóżce (-) jest około 2,51V.

Sprawdzałem różne możliwości w LTSpice na LT1013 i napięcie wyjściowe z opampa powinno być w granicy 60-80mV, a nie ponad 600mV.
Jeśli ktoś wie co mogę zrobić by to działało tak jak powinno to proszę o pomoc.

[irek]

Juz wiem o co chodzi!

Przez R2 wplywa prad na wyjscie opampa a ten przyjmujac prad moze wygenerowac wlasnie 0,6V. Gdyby prad wyplywal z wyjscia opampa czyli jakby wyjscie opampa bylo obciazone do masy to wtedy moze on zejsc do 50mV.

Mozesz sprobowac zwiekszyc R2 i dodatkowo na wyjsciu opampa do masy dodac rezystor.

[morozaw]

Dziękuję Irku za odpowiedź.
Zwiększenie R2 zmieni mi także wzmocnienie opampa. Żeby zachować takie samo wzmocnienie muszę zwiększyć także R1.
Dziś potestuje to :) Domyślam się, że rezystor do masy na wyjściu z opampa ma być sporo mniejszy od R2. :)

Odezwę się gdy przetestuję całość :)

[morozaw]

Zwiększenie R2 razem z R1 nic nie dało, ale sprawę załatwił rezystor 1k na wyjściu opampa do masy.
Przy Vc ~ 0V - mam 60mV na wyjściu z opampa i trochę ponad 5V przy Vc ~ 5V.

Teraz tylko czy nie będzie to miało wpływu na pozostałą część układu?
Przetestuję teraz sterowanie LM2596 z tym dodatkowym rezystorem do masy.

[morozaw]

Z rezystorem 220 om na wyjściu opampa do masy działa to prawie już tak jak powinno.
Z mniejszymi nie mogę zejść poniżej 2V na wyjściu z przetwornicy, a z większymi nie mogę osiągnąć pełnego napięcia obliczonego w arkuszu tylko jakieś 100-150mV mniej.
Rezystory R1 i R2 to 22k, R3 10K.

Niestety co mnie lekko zaskoczyło to napięcie jest trochę słabo stabilizowane - nie przeszkadza mi to w moich zastosowaniach, ale liczyłem, że będzie lepiej. :cool:
Cały układ jest testowany na płytce stykowej, więc nie wymagam zbyt wiele :)

Obciążenie to wentylator 0.19A, po podpięciu / odpięciu dodatkowego wentylatora 0,16A napięcie potrafi się zmienić o kilkadziesiąt mV.
Co ciekawe bez układu dodatkowego sterowania - zwykły dzielnik tak jak w dokumentacji LM2596 - napięcie też przysiada.
Oczywiście nie testuję przy max napięciu wyjściowym tylko przy około 70% napięcia maksymalnego, tak by przetwornica mogła zwiększyć wypełnienie klucza.

Zabieram się za podłączenie do tego Arduino i pisanie programu. Kolejne testy już na Arduino jako źródle napięcia 0-5V.
Zdecydowałem się, że sterować tym będzie ATmega32u4 w postaci Arduino Pro Micro.