Питалово для МЭК-2015

Разработка новой версии МЭК была вызвана тем, что в старой все цепи были гальванически завязаны друг с другом. А это оказалось не совсем правильно. Поэтому было принято решение сделать гальванически развязанные домены питания. А это в свою очередь наложило отпечаток на блок питания.

Теперь блок питания собран на IR21531S, ферритовом колечке 16x8x6, силовые ключи — IRFL014.

DSC00482

Схема традиционная, смотреть не на что.

На кольце намотано пять обмоток: первичная обмотка, три обмотки на 6.0В, и ещё одна обмотка для 17В. Поскольку обмоток получилось до фига и более, то я решил делать выпрямители по мостовой схеме, а не по полумостовой. Во втором случае на каждый домен питания пришлось бы от колечка тащить в два раза больше проводков, общее количество которых составило бы 16 штук.

В общем, я очень опечалился бы от такого количества проводов и обмоток. Я посчитал, что мне выгоднее потерять 0.7 В на дополнительном диоде (мостовая схема), чем разбираться с концами.

Таким образом получился экономичный генератор и четыре выпрямителя.

Благодаря макетной плате (не этой!) я опытным путем подобрал резистор в цепи питания IR21531, в результате чего в режиме холостого хода блока питания потребляет всего 5 мА (при входном напряжении с каротажного кабеля 30В): IR21531 — около 3.5-4 мА и ток в первичной обмотке ненагруженного кольца — около 0.8 мА.

При полной нагрузке МЭК жрёт чуть больше 21 мА. Вообще хорошо! А с подключенным передатчиком — около 30 мА.

Реклама

11 responses to “Питалово для МЭК-2015

  1. Отличная работа ! Мои потуги в изготовлении БП на флайбэке в 20 Вт закончились полным поражением 🙂 Поскольку обратная связь бралась только от одного из пяти выходных напряжений, то остальные выходные напряжения плавали в широких пределах, в зависимости от нагрузки на этом измеряемом выходе. Грелось и шумело в принципе допустимо, но с групповой стабилизацией выходных напряжений при изменении тока нагрузок ничего придумать не смог. Забросил. Тупо поставил троих степ-даунов и одного ап-даун, и пару DC/DC там где нужно было получить развязанные питания для
    RS485, на этом и угомонился 🙂 Получилось даже компактнее.

    • Дак, я ведь тоже не гений. У меня три выпрямителя выдают примерно по 6 В, а на плате МЭК для стабилизации напряжения стоят LDO. А четвертый выпрямитель на 17В тоже подключен на схему стабилизации. Здесь применяю LM1117 в качестве генератора тока (20 мА) и связку из TL431 и pnp-транзистора в качестве параллельного стабилизатора.

      Входное для схемы МЭК (выходное из кабеля) напряжение 30В поддерживается регулировкой входного в кабель напряжения. Регулировка осуществляется на основе данных, которые пересылаются по кабелю на регулирующий элемент. АЦП в МЭК измеряет напряжение на выходе из кабеля и посылает обратно по кабелю измеренное значение. Правда, измеренные значения попадают не сразу на регулирующий элемент стабилизатора, а сначала осуществляется несложная (математическая) их обработка, и только потом микроконтроллер задает стабилизатору уровень выходного напряжения.

      Таким образом, на дальнем конце кабеля поддерживаются заданные 30В, в не зависимости от того сколько кабеля смотано с бухты.

      Тут нужно пояснить. Дело в том, что если бы оплетка кабеля была в изоляции, то с электрической точки зрения сопротивление оплетки всегда было бы постоянно и не зависимо от условия — намотан кабель на бухту или нет. Наш каротажный кабель не имеет изоляции оплетки. Поэтому, когда кабель намотан на бухту, сопротивление оплетки практически равно нулю. А когда кабель размотан, то сопротивление обмотки составляет несколько десятком ом.

      Таким образом, питающее схему МЭК напряжение будет зависеть от того, намотан кабель или нет. Падение напряжения на кабеле может достигать 10 и более вольт. На фоне заданных 30В — это вынуждает задуматься.

      Сопротивление центральной жилы, понятно, не зависит от того смотан или размотан кабель.

  2. А какой допустимый диапазон для входного питающего напряжения получился?

    • Нижнее напряжение, при котором МЭК может начать работать (заработает проц и будет отсылать пакеты на верх) — примерно 18-24 В. Можно считать, что в среднем около 20 В. Но при таком питалове достоверных результатов не получить.

      Достоверные результаты геофизических измерений начинают появляться при питании от 26-27 В.

      Верхнее значение ограничено супрессором, который на 36 В.

      Работа в поле показала, что система удерживает питание 30 В с точностью +/- (0.3-0.4) В.

      При включении, РКС сходу выдает в кабель 35 В. То есть максимум из того, что можно вообще влупить и получить что-то разумное. А дальше начинается процесс измерения напряжения на выходе из кабеля и его коррекция.

      Если в кабель подать не 35 В, а 30 В, то может оказаться так, что кабель будет размотан полностью. Тогда на выходе из кабеля будет около 20 В, а может оказаться и меньше. А при 35 В входных, на выходе получим 25 или чуть меньше. В любом случае МЭК это подхватит.

      А если в кабель подавать, допустим, 40 В — а вдруг кабель будет смотан на бухту? Тогда в МЭК сработает супрессор, и закоротит сигнал передатчика. Обратно связи не будет.

      Не надо думать, что каротажные работы проводятся специалистами с высокой квалификацией. Порой там работают та-акие колхозники, что иногда думаешь — а что я, собственно, делаю в этом мире? Кому мой труд нужен?

      Но такой подход не только в геофизике. Несколько лет назад я работал в одной компании, которая производит противопожарные извещатели. Я таких там товарищей видел, что в зоопарк ходить не надо! Они могут даже специально делать неправильно, чтобы посмотреть:

      — Интересно, а что будет?»

      Нормальный противопожарный извещатель должен сработать на газовую зажигалку (свечку, спичку) на расстоянии 1.65 м.

      Так, например, один клоун решил проверить, как будет срабатывать если ему вплотную поднести пламя. Кончилось дело тем, что он сжег пластмассу корпуса вокруг колбы стеклянного датчика. Потом ацетоном стер обуглившиеся места.

      Другой клоун решил проверять устойчивость извещателей на удар. Я понимаю — собрал бы комиссию, установил бы изделие на вибростенд, составили бы протокол испытаний… Нет! Он решил у себя в кабинете скидывать изделия со стола на цементный пол.

      Ну ладно бы скинул 5-10 штук! Успокойся уже. Я не знаю, выпей там валерьянки что-ли или конъячку намахни… Чучело провел 100% входной контроль всей партии (не то 50, не то 100 штук). В результате более половины приборов вышло из строя. Убытков чуть ли не под 100 тыр.

      Фигали тут думать! Два часа и готово! Забирайте!

      А этот хохляцкий самолет, который в Непал полетел спасать соотечественников. Весь мир ржет.

      Простите, от кого или от их чего спасать? На работе работа встала, все читают новости и хихикают из-под стола.

      Дебилизм — это нормально явление. Им то что — они не отвечают даже за свои действия. Какой с них спрос. А нам, разработчикам, приходится учитывать и эту сторону эксплуатации своих приборов.

  3. «А этот хохляцкий самолет, который в Непал полетел спасать соотечественников. Весь мир ржет.»

    Он не соотечественников спасать полетел, а посонов с блядями повез )))

    • — Не пали кантору! (с)

    • Еще вчера ржали, что самолет по пути обязательно должен сломаться. Ну не должен это квест так быстро закончится.

      Утром прочитал, что у самолета колесо разорвало при посадке в Дели. Ага! Знак. Значит всё идет по плану.

      А сейчас зашел глянуть как там дела. Ну, нормально дела, чо!

      Отдых измотанных передрягами и ночевками в чужестранных аэропортах людей на свежем воздухе помогает восстановить силы. Хохляцкий лоу-костер (low-coster) рядом стоит, если что — все успеют запрыгнуть на борт.

      Не, нуачо? Нормально же!

      Бродячий цирк.

  4. Грешно смеяться над убогими. А по сути. При всех вышеперечисленных факторах, как себя поведёт эта схема питания, учитывая что наружная оплётка электрически контактирует в грунтовыми водами, при ближних атмосферных разрядах ? Наверняка ваше изделие могут не вытаскивать из скважины если началась гроза и все пошли под навес. И какой материал оплётки кабеля ? Это нержавейка что-ли ? Потому как если медь, то это наверное недолговечно ? Это именно полевые испытания показывают такую разницу в сопротивлении наружной оплётки в намотанном на барабан и размотанном виде на постоянном токе ? На сколько я понимаю процессорная часть сама по себе потребляет не много, основной ток идёт на питание каких-то технологических цепей ? Потому как на миллиамперах, разница в десяток ом вроде не принципиальна ? Т.е. если потребляется мало, то сопротивление пофик, и приходить будет столько сколько подали на том конце, а если работает технология, то будет просадка. Решение с обратной связью по информационному каналу мне кажется красивое и правильное. Вы уже проверяли его жизнеспособность ?

    • 1. >> как себя поведёт эта схема питания…

      Честно — не знаю. Случаев работы во время приближающейся грозы мне неизвестно. Но я предполагаю, что работать будет. Прямой удар молнии однозначно схема не переживет. (Но ведь таких задач и не ставилось.) А ближние грозовые разряды они не страшны поскольку запитка измерительного комплекса происходит от переносного электрогенератора. Куда там разрядным токам-то течь и зачем?

      2. >> какой материал оплётки кабеля

      оцинкованная сталь

      3. >> Это именно полевые испытания показывают такую разницу в сопротивлении наружной оплётки

      нет. Это данные производителя кабеля. Прямым способом сопротивление обмотки размотанного кабеля мы не измеряли. Честно говоря, я даже не представляю как это практически сделать.

      Это нужно погрузить катушку с кабелем на прицеп, и провести этот прицеп по кругу в поле, разматывая кабель. Совместить начало и конец кабеля и померить тестером сопротивление. Длина кабеля 5 км. Кто это будет делать? Смысл?

      4. >> процессорная часть сама по себе потребляет не много, основной ток идёт на питание каких-то технологических цепей

      Я не совсем понял ваш вопрос. Что Вы подразумеваете под «процессорной частью» и что под «технологическими цепями»?

      Сам микроконтроллер потребляет примерно 8-12 мА, нпаряжение питания +5В. Но он работает в окружении других микросхем этого же домен питания. Весь домен запитан от +6 В (с этого блока питания) и потребляет примерно 15 мА. Другие два домена (тоже 6-вольтовых) потребляют прмерно 3-5мА. Есть еще один домен на +17-18 В. Он хавает около 20-22 мА.

      Все это хозяйство питается от указанного в статье блока питания.

      В свою очередь этот БП берет питание от кабеля. К нему приходит 30В. Потребление от кабеля составляет около 20 мА.

      На кабеле еще сидит передатчик, который создает дополнительное потребление (информационный сигнал) примерно 15 мА во время передачи.

      В сумме получается стрелка «цэ-шки» колеблетсяв районе 25-35 мА.

      Это все я описал для случая, когда к кабелю подключен только один модуль МЭК. Но мы иногда цепляем дополнительно еще модуль гамма-каротажа и модуль магнитного каротажа. В сумме набегает под 250 мА тока, потребляемого «из кабеля».

      При изменении сопротивления оплетки даже на 10 Ом, падение напряжения уже почувствуется. И это падение напряжения нужно компенсировать. Эту компенсацию мы осуществляется на «верху», на входе в кабель.

      Каротажные приборы иных производителей вообще не заморачиваются этим вопросом. Они, конечно, подстраивают напряжение питания, которое подают в кабель, но делают это в слепую. То есть оператор не знает — поднять ли напряжение или наоборот, опустить. А уж на какую величину изменить — это вообще за гранью добра и зла! Вот опытным путём и пытаются найти то напряжение которое обеспечивает работу каротажных приборов.

      При таком подходе им приходится делать стабилизаторы, которые устанавливаются «внизу» (в приборах рудного каротажа), рассчитанные на большой разброс входного напряжения (поступающего с кабеля). А поскольку стабилизаторы линейные (не импульсные), то избыток энергии они сбрасывают в тепло. В общем, ад и израиль!

      Оценив эти танцы, я пошел немного по другому пути. Не знаю, на сколько это будет верный путь. Пока еще не очень много практики. На столе работает прекрасно. А испытания на скважинах пока еще не очень интенсивные. Вот, отработают ребята лето в поле, тогда и будет ясно — стоит так делать или лучше делать по-старинке, как все.

      Вот, как-то так.

  5. Ну чо, вроде всё правильно придумано 🙂 Только 250мА максимального потребляемого тока на 10 омах сопротивления провода питания, дают перепад 2,5 вольта. Не знаю, критично ли это для Вашего стабилизатора питания у того прибора который потребляет. А вот если у Вас не развязан канал передачи данных, то это смещение будет накладываться на уровни сигналов информационной магистрали. Т.е. если передатчик дует в линию уровни 0…5 вольт, то к приёмнику они уже будут приходить в виде 2,5/7,5 вольт. Это конечно только если наружная оплётка у вас соединена с нулем передатчика. Ну я думаю Вы это конечно учли.

    • 1. >> Только 250мА максимального потребляемого тока на 10 омах сопротивления провода питания, дают перепад 2,5 вольта

      Ну, всё правильно. Только вот у кабеля, который мы используем (КГЛ-1х0,75-20-90) сопротивление брони 15.5 Ом/км. В ТЗ сказано, что ПРК будет использоваться на глубине 2.5 км, в перспективе до 5.0 км. Значит сопротивление оплетки на глубине 2.5 км составит 63 Ома, что при токе 250 мА даст падение напряжения более 15 В.

      2. >> А вот если у Вас не развязан канал передачи данных …
      >> передатчик дует в линию уровни 0…5 вольт…

      У меня не классическая схема передачи информации, которая принята других геофизических приборах. У меня своё. Я передаю информацию не изменением напряжения, а изменением тока. У меня вообще все другое! Лабораторные испытания на столе показали, что моя идея работает. Сигнал проходит через на эквивалент кабеля (5 км) и успешно без потерь пакетов принимается. Испытания в скважинах на глубине 250 м тоже проходят. Но на глубину 2500 м мы еще не опускали.

      Более того, я Вам по секрету скажу, когда во время очередных испытаний, при проверке живучести прибора при коротком замыкании в кабеле, я случайно замкнул не те контакты я очень удивился! Вместо того чтобы закоротить жилу на оплетку и получить аварийное отключение питания я замкнул входные цепи приемника и созерцал, что пакеты продолжают поступать в комп. Оказалось, что схема приемника оказалась способна восстанавливать вообще убитые сигналы. Честно говоря этого никто не ожидал. Поэтому этот случай еще больше вдохновил нас — мы на правильном пути. Нужно продолжать дальше двигаться в этом направлении.

      К сожалению, «Москва не сразу строилась» — всё сразу сделать не получается. Кроме того, еще бывают и принципиальные ошибки типа гальванически связанных цепей. Казалось бы, чего тут такого! Ан-нет, есть определенные нюансы, которые не лежат на поверхности. И когда только лбом стукнешься в стену, начинаешь понимать физику происходящих процессов. А до этого — вообще не очевидно!

      Ну, когда электронщикам рассказываешь про эти плюхи — понимают, кивают головами — элементарные вещи! Но ведь даже Фарадей не сразу просек, что стрелка прибора отклоняется только тогда, когда в катушку вставляется магнит. А когда магнит неподвижен — тока в катушке нет. Вот и бегал наш уважаемый ученый из комнаты в комнату в течении длительного времени, проверял — не отклонилась ли стрелка! Элементарные же вещи!

      Это когда о них знаешь. А когда не знаешь?

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