Источник питания для РКС. Часть 2

Вот так получается, что для полноценной работы РКС (Регистратор Каротажных Сигналов) должен иметь несколько питающих напряжений. Первичное напряжение — 220В 50 Гц. Перечисляю зоопарк необходимых напряжений и их потребителей:

+3.3 В — питание микроконтроллера и его обрамления,

+5.0В — питание модуля конвертера Manchester-II -> UART. Я не смог найти нормальный одновибратор 4538 с питанием 3.3 В. Хотя в характеристиках на эту микросхему пишут, что она может работать от 3.0 до +15 В, но уже при напряжении +3.3 В она начинает «дурить». При напряжении ниже 3.5-4.0 В сложнее гарантировать длительность импульсов, которые она должна четко выдерживать. Собственно, качество конвертера определяется стабильностью этого параметра. Поэтому пусть будет +5.0 В. К тому же и операционные усилители при питании +5.0В имеют лучше показатели, чем при питании +3.3В. В общем, «и раб бы в рай, да грехи не пускают!»

+12В — питание модулей магнитных меток и энкодеров, отвечающих за расход каротажного кабеля (глубину погружения ПРК).

+30..+50В — питание ПРК (Прибор Рудного Каротажа). Напряжение питания должно изменяться в зависимости от длины кабеля. Когда ПРК погружается в скважину, кабель разматывается, сопротивление кабеля возрастает, следовательно возрастает падение напряжения на активном сопротивлении кабеля. Алгоритм работы РКС построен так, что РКС отслеживает напряжение питания на снаряде и при необходимости дает команду источнику питания поднять или, наоборот, опустить напряжение так, чтобы на снаряде были неизменные +30 В.

Таким образом, можно заметить, что у нас есть три фиксированных напряжения и одно не фиксированное.

Источник питания для ПРК должен выдавать в нагрузку ток до 300 мА. Иначе говоря, его мощность составляет примерно 10-15 Вт (без учета КПД). Суммарная мощность же источника питания +3.3В, +5.0В и + 12В составляет ориентировочно 1.5-2Вт, то есть примерно раз в 10 меньше.

Итак, нужно определиться — нам построить источник питания. Есть два варианта решения.

1. Создать источник питания с фиксированным напряжением для всех потребителей — +3.3В, +5.0В, +12В и +55В для ПРК. На канал +55В дополнительно навесить регулятор, который позволит получить желанные +30..50-В.

2. Создать два источника питания — один для фиксированных напряжений, другой для регулируемого напряжения +30..50В.

Первый вариант наиболее приятный. Но засада в том, что регулируемый источник питания желательно сделать импульсным, иначе придется сбрасывать около 10 Вт тепловой мощности. Сдувать вентилятором 10 Вт в офисе — не проблема! Но в полевых условиях вентиляторы и щели — это зло!

Таким образом, согласно первому варианту мы всё равно будем иметь два импульсных преобразователя. На этом проблемы первого варианта не заканчиваются. Я не смог подобрать микросхему для импульсного Step-Down, которая бы могла работать от +55..60В. Правда, я не очень плотно искал. Я остановился на мысли, что возможно я всё таки найду такую микросхему, но эта микросхемы будет скорее экзотика, чем ширпотреб. Экзотика чревата тем, что можно «попасть». Поэтому ну его нафиг, этот вариант!

Вариант номер два. Источник для фиксированных напряжений выполняем на одной микросхеме, а источник питания для регулируемого напряжения — на другой. Оба источники питания выполнены по схеме fly-back. Это схема достаточно надежна и прекрасно переносит варварское отношение со стороны пользователя.

У меня под руками оказалась TNY255 — довольно-таки удачный выбор для источника фиксированных напряжений. Для источника регулируемого напряжения я выбрал TOP224.

Схема стабилизатора, опубликованная в первой части статьи, подверглась небольшим изменениям.

Во первых, пришлось изменить часть схемы, отвечающую за перегрузку по току. Сейчас при превышении потребляемого тока схема не уходит в режим стабилизации тока, «отрубает» выходное напряжение полностью. Стабилизация по току требует рассеивания большой мощности. А с другой стороны, ПРК не использует режим стабилизации тока. Так вот, как только происходит превышение потребляемого тока, срабатывает таймер на 555, который и отрубает стабилизатор. По истечение примерно одной секунды, стабилизатор на короткое время вновь пытается подать напряжение на кабель, и если короткое замыкание не устранено, то снова отрубается. В общем, хоть зазамыкайся — ничего не греется и ничего не выходит из строя!

Во вторых, регулирование напряжения на нагрузке осуществляется аналоговым способом — путем изменения падения напряжения на регулирующем транзисторе. Если бы транзистор получал +60В, а выдавал +30В, то он был бы очень горячий. Весь фокус в том, что конвертер на TOP224 занимается отслеживанием не входного напряжения (+60В), а напряжения падения на регулирующем транзисторе. Это напряжение всего 3.5В. Таким образом при максимальной нагрузке (300 мА) тепловая мощность, рассеиваемая на регулирующем транзисторе, составляет около одного ватта. И эта мощность не зависит от выходного напряжения источника питания.

После нескольких итераций я разработал и изготовил печатную плату объединенного источника питания РКС. Плата получилась довольно-таки большой — примерно 10 х 10 сантимов. Я посчитал, что возможно еще придется схему дорабатывать, поэтому пока решил делать всё на штыревых элементах. На SMD перейду потом, когда увижу, что схема «устаканилась» и ничего дорабатывать белее не надо.

 

DSC00297

DSC00295

DSC00298

 UPDATE 07.09.2014

Схема обратной связи для управления флай-бэком:

DSC00293

Транзистор BC640 начинает открываться при превышении напряжения на регулирующем транзисторе (который справа от него) 3.5 В. Схема стабилизатора показана условно, см. предыдущую статью — там более подробно. Номиналы резисторов даны только для ориентации. Эти номиналы актуальны только для этой схемы, в схемах же иных стабилизаторов они будут скорее всего другими.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s