ElectroYou - la comunità dei professionisti del mondo elettrico

da **Ste75** » 4 apr 2012, 15:28

Ciao.

Dai, direi mentre aspettiamo in regalo qualche chicca... ;-)

per quanto riguarda quello scritto negli ultimi post, direi che per ora il problema lo bypassiamo, tanto noi avevamo deciso di lavorare in CCM.

Quindi, se ti va, sempre con lo stesso "stile" (non ci corre dietro nessuno) e considerando che c'è tutto da imparare (almeno per me), continuerei con il nostro scopo. Chiudere l'anello e completare il progetto.
Anche perché una tua frase come questa:

EnChamade ha scritto:...
Quindi, se hai bande di controllo molto basse puoi copnsiderare di fatto solo il polo in bassa freqeunza ed ottieni un modello del primo ordine, facile da chiude in retroazione. Se però vuoi spingere la banda del controllo, ... cut ... cut

"spingere la banda del controllo"

Vorrei dare presto anch'io significato a questa frase :!:

... dicevo che come vedi sono ancora in altro mare sul "controllo in retroazione".

Solo una cosa: dato che ho paura che di carne al fuoco ce ne sia molta, non vorrei complicarmi ulteriormente la vita con cose strane.
Quindi avrei pensato di cambiare il progettino in un BUCK tradizionale (cosi vale tutta l'analisi che ho fatto nell'articolo) e chiudere l'anello sulla tensione di uscita (e non sulla corrente del led). Coonsideriamo comunque Vin 12V e Vout 6V su una 17 ohm, per avere quindi circa 350mA di corrente di uscita.
Dici che è meglio cosi?

In altri termini avrei buttato giù questo:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Di cui sappiamo già che la FdT del blocco G(id)=

$\frac{{666 \cdot 10^6 }}{{s^2 + s \cdot 11,7 \cdot 10^3 + 666 \cdot 10^6 }}$

e i poli sono:
$p_{1,2} = 5,8 \cdot 10^3 \pm j25,1 \cdot 10^3$

Non so... mi viene da dire che ora devo studiare il blocco che "confronta" la grandezza di uscita con il riferimento.

Che dici?

Ciao!

da **Ste75** » 4 apr 2012, 16:48

Avrei buttato giù questo:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Il segnale Err, deve andare in qualche modo ad agire sul Duty del PWM controller.

Temo però che qui entri in gioco qualcosa legato ai poli, zeri, stabilità ecc... perché di solito tra uscita OPAMP e ingresso invertente trovo sempre il famoso RC:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

e so che questi componenti sono legati alla "stabilità" dell'intero sistema...

Ecco, io di solito i valori di questi due componenti (di solito sono sullo shunt regulator tipo il 431 per esempio su un flyback) .... li .... "sparo a caso" finché la cosa funziona.
Vedi come sono messo?

Dici che è ora che inizio a studiarmi la stabilità di un anello chiuso? Cioè il discorso del Gloop, Guadagno di andata, criterio di Nyquist e tutte quelle cosette li? :roll:

Ciao
Stefano

da **EnChamade** » 5 apr 2012, 15:04

Ciao, tutto bene?

Ste75 ha scritto:Solo una cosa: dato che ho paura che di carne al fuoco ce ne sia molta, non vorrei complicarmi ulteriormente la vita con cose strane.
Quindi avrei pensato di cambiare il progettino in un BUCK tradizionale (cosi vale tutta l'analisi che ho fatto nell'articolo) e chiudere l'anello sulla tensione di uscita (e non sulla corrente del led). Coonsideriamo comunque Vin 12 V e Vout 6V su una 17 ohm, per avere quindi circa 350mA di corrente di uscita.
Dici che è meglio cosi?

Dipende. In realtà, se ci pensi, dal punto di vista dell'anello non cambia molto se prelevi la tensione o la corrente del carico. Nel primo caso la funzione di trasferimento la conosci già ed è proprio $G_{ud}(s)$ mentre nel secondo caso è $\frac{G_{ud}(s)}{R}$ . Nulla centra invece la $G_{id}(s)$ che è la FdT tra corrente media dell'induttore e il duty cycle, che avevo citato sui primi post senza aver ancora ben capito dove volevamo andare a parare.
Ovviamente dobbiamo fare delle scelte ora. Se vuoi controllare la corrente si può provare prelevandola in serie al carico. Dal dimensionamento fatto fino ad ora, non credo vi possano essere problemi di stabilità statica (o subarmonica) e quindi, a prima vista, la vedrei abbastanza liscia.
Tuttavia, se vuoi costruire il buck con controllo di tensione, per me va bene: ci divertiremo in ogni caso :ok:

.
Per quanto riguarda il sistema di controllo, mi sembra che tu volevi procedere senza utilizzare integrati specifici per il controllo di convertitori, giusto? E' interessante questa cosa. Non l'ho mai fatto e mi piacerebbe provarci: avevo avuto un paio di idee in passato ma non ho mai avuto tempo per perseguirle. Però, se fossi in compagnia, sicuramente la voglia di tirare fuori l'oscilloscopio aumenterebbe... Una prima idea stravagante? La butto là, senza sapere se può funzionare: utilizzando qualche operazionale e un paio di 555 credo che si potrebbe ottenere un anello di controllo della tensione o corrente sul carico con pure una limitazione della corrente sull'induttore (quindi non tecniche di controllo di corrente sull'induttore).
Se invece vuoi utilizzare qualcosa di specifico, allora proseguiremo per altra strada.

Ste75 ha scritto:Il segnale Err, deve andare in qualche modo ad agire sul Duty del PWM controller.

Un barlume di idea c'è, ma dobbiamo lavorarci.

Ste75 ha scritto:Temo però che qui entri in gioco qualcosa legato ai poli, zeri, stabilità ecc... perché di solito tra uscita OPAMP e ingresso invertente trovo sempre il famoso RC:

Purtroppo si. Quella rete RC messa così realizza un regolaotre PI, ossia qualcosa che, in prima approssimazione, ha una funzione di trasferimento del tipo:
$H(s)=\frac{1+s\tau _Z}{s\tau _P}$

Per rendertene conto, prova a calcolare la funzione di trasferimento del circuito:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Ste75 ha scritto:Ecco, io di solito i valori di questi due componenti (di solito sono sullo shunt regulator tipo il 431 per esempio su un flyback) .... li .... "sparo a caso" finché la cosa funziona.

Il flyback è un convertitore che funziona molto bene in discontinua. Come avevi giustamente ricordato, convertitore in DCM = dinamica ad un polo in bassa frequenza, diciamo con approssimazione accettabile fino a circa un decimo della frequenza di switching. Ora viene il difficile: intanto memorizzalo che poi lo capiremo meglio. Se accetti bande di controllo inferiori a quel famoso $\frac{f_s}{10}$ e sei in DCM, il controllo può essere eseguito anche solo tramite un PI proprio perché hai una dinamica del primo ordine. Quando invece hai dinamiche del scondo ordine e vuoi magari avere bande simili a quelle che otterresti con il PI nel caso DCM, per forza di cose devi usare un PID per avere uno zero in più a disposizione nel guadagno d'anello. Comunque lo si capirà più avanti.
Infine, il polo nell'origine è necessario per introdurre un polo nell'origine nel guadagno d'anello che porta ad avere un errore nullo per l'inseguimento al gradino del sistema chiuso in retroazione.

Ste75 ha scritto:Dici che è ora che inizio a studiarmi la stabilità di un anello chiuso? Cioè il discorso del Gloop, Guadagno di andata, criterio di Nyquist e tutte quelle cosette li?

Direi di si. E un po' di roba ce n'è... ma direi che per intanto basta il criterio di Bode (quando un sistema si può dire stabile valutando i poli e gli zeri del guadagno d'anello), il concetto di margine di fase e di banda del sistema e il discorso del polo sull'origine: credo sia nei capitoli dove si discute prestazioni di sistemi in retroazione e nei capitoli dove si parla di Nyquist. Prova darci un occhio, poi magari riassumiamo.

da **Ste75** » 5 apr 2012, 16:21

EnChamade ha scritto:Ciao, tutto bene?

Benone grazie!
Sono immerso nello "rispolveramento" dei concetti sulla retroazione (sto prendendo appunti su un documento word).
Al solito a me piace affrontare la cosa in modo non troppo rigoroso ma semplice ed efficace.
Cosi che tra un po' di tempo, se dovessi scordarmi la cosa, rileggendo quello che scrivo, cerco di ricordare più velocemente i concetti.
E' un po' questo lo scopo dei miei documenti che sto scrivendo qui su EY.

Il fatto è che questo argomento è "bello ampio".
Al solito parto dalle basi, e pian piano cerco di arrivarci.
Ora sono in ballo con:
- perché è utile un sistema retroazionato? Che vantaggi mi da?
- G andata, G feedback, G loop, G ideale...

per ora SENZA considerare la frequenza., tutto a frequenza zero, quindi in continua.

Poi vorrei applicare questi concetti ad un alimentatore switching, identificare i blocchi appena studiati e cercare di capire quali sono in quel caso G andata, G feedback, G loop, G ideale. Anche qui SENZA CONSIDERARE sta benedetta frequenza.
E già qui avrei domande su domande: una per tutte: ma quale cavolo è "l'ingresso" in un alimentatore switching ??? #-o

Cioè, considerando questo:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

e questo:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Quale è "In" nel caso del circuito sotto?!?! Il 12V? o la Vz? o Vp? Oppure NON ha senso parlare di "Ingresso". L'uscita invece posso considerarla la tensione di uscita?
Ovvio che poi dovrò scontrarmi nel trovare quale è A e quale F, sempre nello schema 2 che ho postato :cry:

Se non è troppo un casino rispondere a questa domanda, ammetto che mi toglierebbe un po' di dubbi...

EnChamade ha scritto:Tuttavia, se vuoi costruire il buck con controllo di tensione, per me va bene: ci divertiremo in ogni caso .

Si, dai. Facciamo buck controllato in tensione. 12V in e 6V out. Carico fisso 17 ohm. Funzionamento in CCM come già descritto in post indietro.

EnChamade ha scritto:Per quanto riguarda il sistema di controllo, mi sembra che tu volevi procedere senza utilizzare integrati specifici per il controllo di convertitori, giusto?

Si, si! Assolutamente si!! :ok:

Tieni presente che, oltre ad essere un modo per colmare tutte le lacune che ho su questi argomenti, io poi vorrei proprio realizzarlo "davvero" :-)

(sempre considerando che non c'è fretta).
E meno costa ($$), meglio è!
Quindi OK per 555 come oscillatore se non addirittura poter usare un oscillatore a porte NOT come avevo messo in uno dei primissimi messaggi.
Anche se non avesse una limitazione sulla corrente nel carico, no problem. L'importante è la regolazione della Vout al variare della Vin entro certi limiti (che potrebbe essere l'uscita di un trafo lineare 230Vac-12Vac raddrizzato da ponte e livellato da C elettrolitico) e della Rout (sempre entro certi limiti, diciamo +/- 5%).

Infine prendo per oro colato (e ammetto con molta invidia) frasi come:

EnChamade ha scritto:... un regolatore PI...
... Se accetti bande di controllo inferiori a quel famoso $\frac{f_s}{10}$ e sei in DCM...
... introdurre un polo nell'origine nel guadagno d'anello che porta ad avere un errore nullo per l'inseguimento al gradino del sistema chiuso in retroazione...

WOW!
Spero di arrivarci anch'io a parlare cosi :-)

Se non ci sentiamo prima.... buona Pasqua! O_/

Stefano

da **IsidoroKZ** » 5 apr 2012, 19:13

Ste75 ha scritto:Quale è "In" nel caso del circuito sotto?!?! Il 12 V? o la Vz? o Vp?

La tensione di ingresso del loop e` Vz, che viene amplificata e la si ritrova in uscita.

Il circuito "equivalente" formato da amplificatore di errore, modulatore PWM e blocco di potenza puo` essere visto come un grande amplificatore operazionale, quello disegnato in blu qui sotto, dove ho solo spostato i blocchi che avevi disegnato.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Qui si vede che tutto il sistema e` semplicemente un amplificatore non invertente, il cui guadagno in continua e` dato da 1+R2/R1 (occhio che ho cambiato i nomi alle resistenze). I componenti RC che ho aggiunto servono per la compensazione, vedrai piu` avanti come calcolarli.

da **Ste75** » 6 apr 2012, 9:26

Accipicchia! :shock:

MAI e poi mai sarei arrivato a capire che la cosa si potesse vedere cosi... GRAZIE!
Mi è cambiata la giornata :-)

Ora continuo con il mio studio in questa direzione (NB: per ora considero solo segnali IN CONTINUA):

Parto da

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

E dopo il mio ripasso di ieri, posso dire che SE guadagno d'anello è >> di 1, allora
$\frac{{Out}}{{In}} = \frac{1}{F}$

ovvero la retroazione aiuta ad "eliminare tutte le imprecisioni del blocco di andata" dovute a tolleranze, temperatura ecc.... (sempre che poi il blocco F sia "bello" e preciso)

Quindi mi chiedo: ma nello schema del post [55] di

IsidoroKZ, il guadagno d'anello (in continua) sarà molto maggiore di 1???
Vediamo prima cosa vale F: se non sbaglio F è dato come Vp/Vout.
$\frac{{Vp}}{{Vout}} = \frac{{R1}}{{R1 + R2}}$

Ora anche senza mettere valori a resistenze, considerando che (se il triangolo blu sarà davvero un BEL operazionale) Vp cercherà di essere "virtualmente" Vz e considerando che Vz non lo prenderò molto alto, il guadagno di F sarà "piccolono" forse sotto l'unità.
Allora devo sperare che il guadagno di andata (blocco A) sia bello grande (il Guadagno di anello è A*F).

Provo a calcolarlo (ricordo ancora, per ora IN CONTINUA).
Però chiedo conferma se posso muovermi cosi:
Considero il blocco di andata diviso in 3 blocchi in serie:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Poi provo ad identificarli qui (attenzione: nel primo blocco ho messo anche il nodo sommatore):

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

A questo punto, valuto i tre singoli guadagni in continua considerando le grandezze di ingresso ed uscita cosi:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Ora spero di non dire bestiate se:

1) Il primo blocco ha guadagno (in continua) quello di quell'opamp li (non so, 200000).
2) Il blocco A'' ha guadagno "Vin" ... :?:

giusto? perché se ci ricordiamo avevo scritto che il modello medio del buck vale:
Vout=Vin*Duty
Boh, spero sia giusto. #-o

3) Ora mi rimane da capire il guadagno del blocco A' ... e qui devo ragionarci un po' :roll:

Ho commesso qualche erroraccio?

Ciao
Stefano

da **Ste75** » 10 apr 2012, 8:43

Ciao.
Aggiungo il guadagno del blocco A'.

Considerando questo:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Quello che voglio trovare è:

$G = \frac{{Duty}}{{Verr}}$

Considerando la "rampa" che è di coefficente angolare: Vp/T scrivo:
$Verr = \frac{{Vp}}{T} \cdot t_{on}$
e considerando
duty=ton/T

ottengo:
$Verr = Vp \cdot Duty$

e quindi:
$\frac{{Duty}}{{Verr}} = \frac{1}{{Vp}}$

Es: se Vp vale 0.5V, il guadagno vale 2.
In effetti se Verr fosse 0.25V, in uscita avrei 0.25*2=0.5 di duty... che è vero...

Torna?

Posso quindi dire che, in continua, il circuito è "ben retroazionato"?

Ciao
Stefano

da **IsidoroKZ** » 10 apr 2012, 14:59

Ste75 ha scritto:Es: se Vp vale 0.5 V, il guadagno vale 2.

Torna?

No, non va bene. Il guadagno del modulatore PWM e` $\frac{1}{.5\text{V}}=2\,\text{V}^{-1}$

Poi bisognerebbe anche dimostrare che quel modulatore non introduce poli, zeri ritardi... Questo non li ha.

da **Ste75** » 10 apr 2012, 15:57

Ciao.
Non ho molto capito: non va bene perché non ho espresso il termine $V^{ - 1}$ invece io l'ho lasciato adimensionale?

Intanto provo a procedere con lo scopo di chiudere l'anello sul buck.

In questi giorni mi sono ripassato il più possibile le questioni sulla retroazione di un sistema.
Ora è un po meno fumoso il discorso, anche se ho ancora da imparare.

Comunque provo a riassumere qui i "punti" che penso siano importanti nel discorso:
1. La retroazione aiuta perché, se il guagagno d'anello è bello grande, i disturbi vengono attenuati. E in un alimentatore i disturbi sono ad esempio una variaizone di Vin e un carico variabile che provocherebbe una variazione di Vout.

Per me questo punto è stato "duro" da digerire... nel senso che spesso tutta la trattazione dei sistemi retroazionati viene fatta con un amplificatore che magari voglio renedere insensibile alle variazioni di guadagno, alle non linearità ecc..
Invece, spero di dire bene, in un power supply io non ho variazioni dell'ingresso, che posso invece considerare il mio riferimento da "amplificare". Invece VOGLIO essere insensibile alle variazioni dei componenti (del blocco di andata...) e alle perturbazioni di Vin e carico.

2. Anche se però ho verificato che ho un bel GUADAGNO di ANELLO in continua, in verità potrebbe succedere che per certe frequenze (e a questo punto intendo frequenze delle perturbazioni, non del Vref ... che invece è fisso...) il guadagno di anello sia non cosi bello.
O meglio, all'aumentare della frequenza, il Gloop diminuisce.
Quindi mi chiedo: fino a che frequenza voglio avere un bel guadagno di anello? Penso che qui sia legato il discorso di quale frequenza di "disturbo" voglio uccidere...

3. Una volta capito che devo avere un certo guadagno di anello alto fino a certe frequenze, devo però anche fare attenzione che il guadagno d'anello NON deve tagliare l'asse a 0dB con pendenza maggiore o uguale a -40dB/decade.
Questo perché rischio che altrimenti trovo una frequenza che mi torna indietro con la sessa fase e stessa ampiezza che quindi si autogenera, creando oscillazione.

Quindi, penso che tornando all'esercizio, provo a disegnare... a grandi linee... il diagramma di bode del guadagno di anello e vedo cosa esce.

Però chiedo: posso considerare corretto questo guadagno d'anello:

Gloop= $\frac{{666 \cdot 10^6 }}{{s^2 + s \cdot 11,7 \cdot 10^3 + 666 \cdot 10^6 }} \cdot \frac{1}{{0.5}} \cdot 12 \cdot \frac{{200000}}{{1 + \tau _{opamp} s}}$

(Ho considerato 200000 il guadagno in continua dell'OPAMP del modulatore e considero il polo dell'opamp a 10Hz)

che ha due poli CC:

$p_{1,2} = 5,8 \cdot 10^3 \pm j25,1 \cdot 10^3$

Se ho un OK, provo a buttare giù il diagramma di bode del modulo e della fase del Gloop.

Ciao
Stefano

da **Ste75** » 11 apr 2012, 9:24

Ciao.

Ho un dubbio.
Cercando in giro in rete un po di documentazione, ho trovato questo:

http://www.intersil.com/data/tb/tb417.pdf

Innanzitutto vedo che lui considera anche lo zero dell' ESR del condensatore di uscita del filtro LC. Ok ora cerco di tenere presente anche di questo.

Però non capisco perché non si considera il POLO del'OPAMP usato per fare il modulatore, quello che io, nel mio guadagno di anello, ho messo a 10Hz.
Infatti il guadagno d'anello che considera questo documento ha il primo polo alla frequenza che lui chiama FLC da dove poi scende con -40dB/decade.

Boh, .... non capisco... quindi il polo dell'operazionale che genera il duty cicle non si tiene in considerazione?

Ciao

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