改造的开关可调电源短路测试

ID:104059 · 发表于 2016-1-22 05:00

昨日看了总算让DP50烧了个手机啦,哈哈哈一贴。
顿然醒悟，貌似没测试过短路状态下电源的工作状态。
之前只测试过开关机。
所以今天特意测试了下，以免走dp50走过的路。

特意选了一个跟junyee一样的电压，方便大家对比。
先来个温柔的300ma。

还算漂亮，没有过冲，就是这上升速度有点慢。
大约耗时700ms。

再来个暴力点的，5a输出。

有没有看到区别，上升速度加宽了很多，这是因为这个电源限制的是输入电流。
所以设定电流限制了电容充电速度。
目前这个上升时间跟dp50跳高压的时间差不多。

放大一点看看，上升的尽头有一个点刚刚触碰到5v的线。
我理解这个点应当是恒流转恒压的地方。

再重新采集一次，还是刚刚触碰到5v的线。
仔细看这可是500m采样率，时间间隔只有2ns。
心里美滋滋的，这下铁定是不会有过冲了。
测试方法，输出端短接，尽量降低短路电压。

图省事，测量端接在输出线端。

如对此测量方法有意义，烦请悉心指正。

我这个开关电源是30k的，最快稳定时间大约在3ms左右。
3r33是350k的，理论上比这个反应速度更快才对。
dc电源调节速度受限制于pwm频率，不可能高于dc频率。
一般在100个波左右稳定就很保守了。
所以我认为，dp50目前只是系统参数没有调对而已。
过冲并不是apachectl所说的无药可救的绝症。

由于我这里改造所用的开关电源模块千差万别，所以当且仅当只能代表我这一个电源的特征。
忘已经改过这个电源的坛友一起测试一下，看看通用性怎么样。
简单一点可以用led，设定到led的极限电压，电流调到5a，然后短路释放。
烧几个led应当还是可以接受的吧！
短路电流响应速度还是别测了，一准很难看，这输出并着x000uf电容呢？
之前测过一次，基本取决于电容放电速度。
这点dp50也一样。
要解决只能用dc+线性的方式。
若是想用dc+线性的方式同时获得效率和波纹的朋友建议别妄想了。
你能得到的只是线性的响应速度而已，波纹什么的不可能有什么提升。

顺便测试下我那古董级的线性电源，1989年石家庄无线电四厂出品。

设定电压5v300ma，不能显示设定值真是麻烦，要两个图来说明设定值。

这响应速度，估计很多人都跌瞎了眼睛了。
其实这个指标在线性电源里还可以接受，你们去看看大多数卖家都在回避这个参数。
因为很难做，除非是小功率电源，电压低电流小，允许功率全耗散，所以敢标这个指标。
牛掰的都做到100us内了。
大功率的自动分压分档输出的大多都在500ms上下。
斩波的稍快一些，但也不会低于50ms。
这由市电特性决定，工频运行，至少要2-3个波的稳定时间。
就是33ms，这是极限了，不可能超越。
所以开关电源优势在这里，但劣势也在这里。
因为无法在单周期内达到预定值所以不可能有us级响应，所以想做到小功率线性的指标不现实。
同时为均衡波纹指标一般输出电容选的较大，所以向下调整时比线性电源困难。
所以dc+线性就成为了理想的组合方式，并不是为了减少波纹。

书归原题。

增大设定电流到最大。

看到了没，上升速度没有一点变化。
这是因为电路对电压的上升斜率进行了控制。
短路撤消后恒压回路立即接管了控制，而不是放任电压直线上升。

电压也调到头。

简直就是一模一样，慢慢的稳稳地。
这期间四个继电器，吸合释放了15次。
因为上升斜率进行了比较保守的控制所以输出电压没有明显跳动。

ID:104059 · 发表于 2016-1-22 05:03

问：
很详细，很有意思的测试。实际对于模拟控制的电源来说，恒压和恒流控制是“或”关系，就是要么恒压，要么恒流，二选一。如果是数控电源，依然是要遵从这个控制逻辑，并且是恒压优先。
我手头没有DP50，也没有完整的电路。但是就现在的情况看好像已经烧了不少“负载”，我个人以为是控制算法有缺陷。我曾经试过用M8控制LM2576，没有发现从恒流到恒压的转换时有过冲的现象，但是开关电源因为后级有电感和电容，控制起来要比纯电阻型负载要困难。

我之前做过一块恒压和恒流串联的，比较爽，不存在接管不接管问题，而是都是独立工作的，两个人管两个门

“接管”不过是一句通俗的描述罢了。
恒流状态下，输出电压跟恒压电路没关系
恒压状态下，输出电压受恒压电路控制，可以把从CC到CV的切换当做“接管”。

我觉得，即使一个单独的恒压电路，电流由最大瞬间变最小，输出电压也会有波动。
任何一个闭环控制系统，不管有没有声明采用了PID技术，都可以用PID的思路来理解、调整它。
像那DP50，所谓“过冲”是“超调”。
而楼主这个，所谓“上升速度有点慢”是“滞后”，不见得就是好事。

在负载大幅度变化时，没有什么控制电路能保证输出完美的，只能根据需要在“超调”和“滞后”之间取个平衡点罢了。

答：
其实你理解错了，数控电源数字部分大多并不参与调节环路。
数字部分只是模拟部分的给定，电压电流分别给定，跟电位器一个道理。
除了m82r2这个电源，为了精简线路，用了数字直接控制功率管。

恒压和恒流是或的关系，但是并不是退出恒流就一定是恒压模式。
这里是线或，不是逻辑或。
退出一个模式进入另一个模式是因为前一模式所需要的输出比后一模式大。
例如短路退出，输出电流变小从而恒流模式企图增大输出来维持输出电流在设定值。
而后恒压模式检测到电压大于设定电压企图减小输出来维持输出电压在设定值。
问题是当恒流时，恒压模式希望输出最大值来保证电压，所以当电压达到时不能立即减小输出到设定值。
所以就会有过冲。
消除过冲有两种方法，一以极快的速度进行控制，二提前减小输出。
以极快的速度进行控制有些不太实际，就好比跑步想要立即停下来是不可能的。
所以就要提前减小输出，利用电压微分来提前减小输出。
恒压转恒流也是一样。

这里目的就是通俗的解释下，所以没有提到pid。
超调跟邂逅对于不同的系统影响是不一样的。
对于维修电源来讲，超调比邂逅要可怕得多。
就目前的一般电源结构来讲，大多只涉及pi而未使用d。
为了保证良好的负载调整率在没有d的情况下只能使用很大的p。
往往电源反馈环路的放大倍数都是接近无穷大的，运放工作在开环放大状态驱动功率管，x000db一点也不夸张。
由于运放带宽以及输出滤波电容等因素，环路带宽有限，所以需要加入i来抑制自激。
但添加i的量就需要仔细斟酌了，i太大了会影响调整速度。

这里单单将pid是不够的，你忽略了一个地方，电源系统并不是一个单环路控制系统。
而dp50就是跌在这个地方。
实际dp50的电路结构基本被隔离成了三个环路，输出、调整、反馈。
ap大只在调整环路加了很大的i，而反馈跟输出环节没有i。
所以就会出现在模式转换时输出超调。
恒流模式时，恒压条件不成立，所以恒压环路输出最大。
当短路撤销，恒流调节也不成立，于是恒流在pi的作用下慢慢增大。
而此时恒压条件仍不成立，所以恒压环路输出最大，仍是恒流环路控制输出。
而此时输出环路受恒流环路控制不断去开大输出，此时3r33的负载只有电容。
3r33内部有误差放大电路，只要给定有微小的电压变化，输出就会剧烈变化。
于是3r33火力全开对电容进行充电，电容电压直线上升。
从这个地方可以看出dp50把电流采样放在了滤波电容后，因为电容充电电流未计算在输出电流里面。
若是充电电流计算在输出电流里面，电容电压上升应当有斜率。
然后很快恒压环路就检测到输出电压等于或大于设定电压，于是开始关小输出。
因为这里有很大的i，所以控制输出关断有一个过程，而此时控制输出又在最大的位置。
3r33控制起作用的点又很低，所以要好长一段时间才能使3r33的输出进行变化。
好在3r33是同步整流，在占空比变小的同时可以将电容里的电泵回电源，所以才有了电容电压曲线下降的过程。
而下降到设定值以后，调整回路只要开大一点点就可以维持设定输出的状态。
所以ap大一直声明3r33输出端到滤波电容之间不能加二极管，这一点我也是刚刚才发现的。
在回调的过程中实际电流是反向流动的，也就是说多充给电容的电被回收了，如果查看电源输入电压应当有变化。
一般电源没有这个能力，电流方向是单向的，所以引入了死负载，来进行反向调节。
有机器的朋友可以试一下，给输出端加大于设定电压的电源，看看电流是不是负的。

ID:104059 · 发表于 2016-1-22 05:04

其实你理解错了，数控电源数字部分大多并不参与调节环路。
数字部分只是模拟部分的给定，电压电流分别给 ...

如果是数控电源，数字部分不参加环路就没有数控的意义了，只能算是数字设定电源，像你所说的电源只是脱胎于模拟电源，实际从更广泛的如电机控制等工业电源中都可以看到数字闭环，所以数控电源一定要有数字环路才可以叫数控电源。
在模拟电源里，运放和调整管之间多数有两个二极管，这两个二极管就是简单的或门，“或”本身就是一个逻辑概念，所以不存在所谓的“线或”。在常见的模拟电源里，所以在模拟电源里实际就是两个概念，要么恒压，要么恒流，一旦电流的输出达到设定点就由恒流部分接管，这时候只保证输出电流小于设定值，一旦输出电流小于设定，则直接被恒压接管。示波器看到的短路恢复的滞后不是因为存在第三状态，是设计者故意的，其目的就是防止输出过冲。在模拟电源的控制运放的输入端和输出段之间一般会看到一只电容，或者是阻容，很多人以为这个是防止自激的，其实际的作用是和运放构成积分运算，正是这个积分器延迟了输出电压的恢复，人为的造成了电压恢复曲线的滞后。

例如短路退出，输出电流变小从而恒流模式企图增大输出来维持输出电流在设定值。--在模拟电源中，不存在短路退出后恒流部分试图恢复最大电流的可能，恒流部分始终是限制电流，假设没有恒压的部分，恒流也是限制输出电路而不是企图增大输出电流
而后恒压模式检测到电压大于设定电压企图减小输出来维持输出电压在设定值。--从恒流模式恢复到恒压模式也不会有检测到电压大于设定电压的可能，因为恒流状态电压一定低于设定电压，所以唯一的就是恒压模式发现电压小于设定电压而恢复电压。
输出端的电容在这时不会影响恒压的恢复，因为电容两端的电压低于调整管的输出。
对于开关电源在恒流的时候开关电源的占空比大于空载的时候，而因为电感有蓄能，所以在短路恢复的瞬间电感中积蓄的能量大于需要的值，才比较容易造成过冲。

ID:104059 · 发表于 2016-1-22 05:05

如果是数控电源，数字部分不参加环路就没有数控的意义了，只能算是数字设定电源，像你所说的电源只是脱胎 ...

如果对市场上的数控电源进行分析，你会发现都是数字设定电源。
即使有数字调整回路，也仅仅是消除静差而已，只能说是准闭环。
因为是维修电源，要求调整速度快，数字处理带宽不足。

电机控制是交流电源，因为是电感负载，带宽低。
同时交流负载比较复杂，用模拟电路来实现太过复杂。
即使是这样，也要使用dsp来进行数据处理。
其计算量的复杂度不是单片机所能处理的。

我所说的恒流恒压之间存在第三态特指的是dp50。
在恒压恒流状态切换时存在不可控的第三态。
3r33的adj端实际只对0.925附近极小范围的电压有响应。
所以当恒压恒流环路输出同时大于1.1v时，实际3r33就是不受控的。
这里主要是针对测试数据，反推dp50的不足之处。

另外，运放输入输出之间的电容就是消除自激用的，叫相位补偿电容。
你可以当做是运放输出到输入的微分负反馈，解释做积分作用是不对的。
这个补偿电容实际降低了运放的高频增益，会导致调整速度变慢。
这个上升滞后是由于输入采样端有微分电容所致。
补偿电容会导致过冲，虽然也有一部分的滞后。

输出端的电容在电压恢复期间是充电的，会消耗一部分输出。
所以上升段电源的输出实际是大于负载所需的电流，所以在电压达到设定时需要回调。
这跟短路恢复的瞬间电感中积蓄的能量没有关系。
我测试这个电源的目的是为了告诉ap大过冲是可以消除的，因为我这也是dcdc，而且频率更低。
只采用补偿电容在消震的同时会导致调整带宽不足而过冲。
实际需要降低环路增益和增加微分来补偿。

ID:104059 · 发表于 2016-1-22 05:07

如果对市场上的数控电源进行分析，你会发现都是数字设定电源。
即使有数字调整回路，也仅仅是消除静差而 ...

如果说补偿是针对整个环路的，那肯定是对的，但是具体补偿的是什么参数？按照你的说法，这么大的补偿量带宽下降到很低的水平了？？实际上对于电源，带宽的意义不大，甚至说带宽不港没意义还有负作用，或许我孤陋寡闻，还没有在成品电源的这个位置上见到过宽带运放。对于直流放大器何来带宽？并且带宽过宽前级整流滤波的谐波和噪声都会被放大。早期的比如大华1718之类的这个电容都比较小，一般不超过500p，这个时候可以说补偿是设计目的，一是提供交流通道，降低对交流的放大倍率，二十提供相位补偿，防止自激，这些实际是针对交流的波纹和噪声的。早期的直流电源都很少提动态参数，如瞬态响应时间，瞬态恢复时间。而电源的瞬态相应时间不是由带宽来决定的，决定这个参数对应的运放参数是压摆率，压摆率决定了运放的相应时间（当然运放的动态参数指标也有左右），所以后期的电源都专门针对压摆率进行了补偿，就是为了补偿，瞬态响应时间，瞬态恢复时间。上述的电路基本说是山寨固纬的305之类，这个电源的设计还是比较有功力的。

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