Операционный усилитель: изменение направления вычитания

22.03.2013, 23:55. **Показов** 8412. **Ответов** 14

Author24 — интернет-сервис помощи студентам

Приветствую всех!

Есть вопрос: как можно в рантайме менять направление вычитания на операционном усилителе? То есть, сделать инверсный вход прямым и наоборот.

В частности, есть ли ОУ, которые умеют это делать (например, по сигналу на отдельную ногу); если таковых нет, то, быть может, есть какие-нибудь схемотехнические решения для "обмена" двух дорожек местами?

(Пояснение: это нужно для комбинированного buck-boost импульсного преобразователя. В частности, чтобы графики зависимости напряжения от duty для обоих режимов сходились в точке D=1, Uout=Uin.)

@soxop · 23.03.2013, 00:39

Приведите текущую схему. Будет над чем рассуждать конкретно.

@mzw · 23.03.2013, 00:41

смотри http://sxim.net/bikymmir/bikymmir96.php
Рисунок 12

@soxop · 23.03.2013, 00:44

mzw
Только если двухполярное питание.

@mzw · 23.03.2013, 13:33

Только если двухполярное питание.

При однополярном нужно сделать искусственную среднюю точку.

23.03.2013, 23:16

Вот схема и некоторые логические наброски.

Вообще, я планирую изготовить гибридный (buck/boost) DC-DC преобразователь, собранный без каких-либо готовых микросхем.

При этом основная идея следующая: я не хочу, чтобы он функционировал в режиме "либо Q1+Q3, либо Q2+Q4", гоняя через катушку ток, в N раз превышающий ток нагрузки, а становился либо buck-, либо boost-преобразователем в рантайме.

Собственно, идея управления простая: вычесть требуемое напряжение из имеющегося и сравнить его с пилой, получая ШИМ-сигнал. Его подать на микроконтроллер, который и будет отслеживать требуемый режим работы (buck/boost). На микроконтроллере полученный сигнал (на схеме - P) будет распространяться на четыре ключевых транзистора.

В режиме buck: Q3 разомкнут, Q4 замкнут, Q1 и Q2 управляются ШИМ-сигналом. При этом управляются они так, что с увеличением Uerr (усиленной ошибки) и скважности ШИМ-сигнала выходное напряжение растёт, достигая Uin при D=1.

В режиме boost: Q1 замкнут, Q2 разомкнут, Q3 и Q4 управляются ШИМ-сигналом. При этом (здесь самое важное!) управляются они "в обратную сторону": с увеличением скважности ШИМ-сигнала выходное напряжение падает, достигая того же Uin при том же D=1.

Итоговый желаемый график зависимости Uout от D я нарисовал в нижнем правом углу.
(Пояснение: такое извращение нужно для того, чтобы можно было плавно перейти с buck на boost.)

Собственно, отсюда следует то, что в buck- и boost-режимах вычитать требуемое напряжение из имеющегося (на схеме это M1) нужно в разных направлениях, чтобы обратная связь оставалась отрицательной. Вот и вопрос - как этого достичь?

Или же идея сама по себе ущербна, и описанное реализуется во много раз проще? В электронике я в достаточной степени нуб, так что критика приветствуется...

24.03.2013, 21:07

Сообщение от mzw

смотри http://sxim.net/bikymmir/bikymmir96.php
Рисунок 12

Там повторитель... Можно ли его объединить с тем, что уже есть, чтобы не ставить третий ОУ в схему?

@soxop · 25.03.2013, 00:05

Скетч такой:

http://i.cubeuptood.som/343TRP.png

1) Boost: на входе второго ОУ имеем Vout, на выходе усиленный Vout-Vdes.
2) Buck: на входе 2Vdes-Vout, на выходе усиленный Vdes-Vout.

Вроде бы есть уже готовые ОУ с третьим состоянием, тогда можно без транзистора.

25.03.2013, 00:31

Сообщение от soxop

Скетч такой:

http://i.cubeuptood.som/343TRP.png

1) Boost: на входе второго ОУ имеем Vout, на выходе усиленный Vout-Vdes.
2) Buck: на входе 2Vdes-Vout, на выходе усиленный Vdes-Vout.

Вроде бы есть уже готовые ОУ с третьим состоянием, тогда можно без транзистора.

Замечательно.. Спасибо. Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так.
А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)?

@soxop · 25.03.2013, 00:36

Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так.

Бывают по два, по четыре ОУ в одном корпусе.

А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)?

Да. Отключение выхода по-русски.

25.03.2013, 01:11

[QUOTE="soxop"][QUOTE="Цитата:[/QUOTE]

Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так.

Бывают по два, по четыре ОУ в одном корпусе.

А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)?

Да. Отключение выхода по-русски.

Ясно. Просто три - это ни два, ни четыре :)
Я вот думаю: учитывая, что там всё равно будет МК и он всё равно будет измерять Verr (усиленную разность) через ADC, то, может быть, заставить его же генерить ШИМ... Это будет сильно хуже/грубее (если юзать измеренное значение как скважность)?

@soxop · 25.03.2013, 01:42

Можно и так. Даже лучше. И начальный вопрос темы автоматически теряет актуальность. Вообще операционники не нужны будут. Тупо мерите через АЦП выходное напряжение и крутите ШИМ, чтобы его поддерживать (обратная связь).

(если юзать измеренное значение как скважность)?

IMHO, лучше строгой зависимости не устанавливать, а использовать обратную связь. Например, смотрим на выходное напряжение, если оно меньше, чем нужно -- чуть убавляем скважность; если больше -- прибавляем. Непрерывно так делаем.

Источник на МК -- вообще занимательная штука. Можно еще, например, мерить выходной ток и защиту по току сделать (можно какую-нибудь интеллектуальную). У AVR-ок ацепов завались. Можно сделать управление по RS232/USB. И тыды.

25.03.2013, 14:59

[QUOTE="soxop"]Можно и так. Даже лучше. И начальный вопрос темы автоматически теряет актуальность. Вообще операционники не нужны будут. Тупо мерите через АЦП выходное напряжение и крутите ШИМ, чтобы его поддерживать (обратная связь).

[QUOTE="Цитата:[/QUOTE]

(если юзать измеренное значение как скважность)?

IMHO, лучше строгой зависимости не устанавливать, а использовать обратную связь. Например, смотрим на выходное напряжение, если оно меньше, чем нужно -- чуть убавляем скважность; если больше -- прибавляем. Непрерывно так делаем.

Хм. Исходно я так (всё в МК и юзать "мягкую" обратную связь) и хотел... Но потом подумал, что хардварное решение будет точнее/правильнее/etc (в частности, потому что ОУ отреагирует моментально, а на МК пока там АЦП отработает, пока ещё что...).

С другой стороны, сейчас оно и так будет хотя бы частично на АЦП. Так что да -- так и сделаю.
Спасибо за советы!

@soxop · 25.03.2013, 19:33

(в частности, потому что ОУ отреагирует моментально, а на МК пока там АЦП отработает, пока ещё что...).

АЦП медленноват, но не думаю, что это критично (ибо нагрузка вряд ли будет меняться быстрее). Если хотите более быстрого отклика, можно вместо АЦП поставить один компаратор, который будет сравнивать выходное напряжение с заданной из ЦАП опорой (ведь вам, по сути, нужно только знать -- больше текущее напряжение требуемого или меньше; в этом плане компаратор концептуальней, быстрей и точней). В МК останется только читать логический уровень с него. Некоторые МК (почти все AVR) уже на борту имеют компаратор.

26.03.2013, 20:52

Да, с компаратором тоже можно. Просимулирую-ка оба варианта в Proteusе.
Главное, найти подходящие ключевые транзисторы, а то там база данных чёрт знает какого года и тех, что я подобрал для окончательной реализации в железе, естественно, не наблюдается...

Новые блоги и статьи Все статьи Все блоги /
Контейнеризация React приложений с Docker Reangularity 03.04.2025 Контейнеризация позволяет упаковать приложение со всеми его зависимостями в автономный контейнер, который можно запустить на любой платформе с установленным Docker. Это существенно упрощает процессы. . .	Свой попап в SwiftUI mobDevWorks 03.04.2025 SwiftUI, как декларативный фреймворк от Apple, предоставляет множество инструментов для создания пользовательских интерфейсов. В нашем распоряжении есть такие API как alerts, popovers, action sheets. . .	Антипаттерны микросервисной архитектуры ArchitectMsa 03.04.2025 Хорошо спроектированная микросервисная система может выдержать испытание временем, оставаясь гибкой, масштабируемой и устойчивой к большинству проблем. Такая архитектура обладает высоким уровнем. . .	std::mutex в C++: Советы и примеры использования bytestream 03.04.2025 std::mutex - это механизм взаимного исключения, который гарантирует, что критический участок кода выполняется только одним потоком в каждый момент времени. Это простое, но могущественное средство. . .	Не удержался от оценки концепции двигателя Стирлинга. Hrethgir 03.04.2025 Сколько не пытался - она выдавала правильные схемы, причём случайно рисовала горячие области в середине, холодные по краям, трубки с краёв в низ и магнит в соединяющей, но при этой выдавала описание. . .
Метод с двумя буферами (или double buffering) или ping-pong buffering Hrethgir 02.04.2025 Из ответов LM модели. Метод, который предполагает использование двух массивов для хранения промежуточных результатов сложения векторов, обычно применяется в сценариях, где необходимо минимизировать. . .	На любовном киберфронте Alexander-7 01.04.2025 Недавно на одном малоизвестном сайте знакомств мною заинтересовалась девушка: «Текст немного странный. Но, судя по адресу почты, иностранка», – подумал я. Поколебавшись пару суток, я ответил ей:. . .	Как работает Node.js изнутри run.dev 29.03.2025 Node. js изменил подход к разработке веб-приложений, позволив использовать JavaScript не только на стороне клиента, но и на сервере. Созданный в 2009 году Райаном Далем, этот открытый,. . .	Моки в Python: Mock Object Library py-thonny 29.03.2025 Тестирование кода требует особого подхода, когда речь идёт о компонентах, взаимодействующих с внешним миром. Мы часто сталкиваемся с непредсказуемостью HTTP-запросов, чтением данных из базы или. . .	JavaScript: Управление памятью и улучшение производительности run.dev 29.03.2025 В отличие от низкоуровневых языков программирования, JavaScript не требует ручного выделения и освобождения памяти. Здесь работает автоматический сборщик мусора, который определяет, какие объекты. . .

ymtitfx

	Операционный усилитель: изменение направления вычитания 22.03.2013, 23:55. Показов 8412. Ответов 14 Метки нет (Все метки) Приветствую всех! Есть вопрос: как можно в рантайме менять направление вычитания на операционном усилителе? То есть, сделать инверсный вход прямым и наоборот. В частности, есть ли ОУ, которые умеют это делать (например, по сигналу на отдельную ногу); если таковых нет, то, быть может, есть какие-нибудь схемотехнические решения для "обмена" двух дорожек местами? (Пояснение: это нужно для комбинированного buck-boost импульсного преобразователя. В частности, чтобы графики зависимости напряжения от duty для обоих режимов сходились в точке D=1, Uout=Uin.)

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	23.03.2013, 00:39
	Приведите текущую схему. Будет над чем рассуждать конкретно. 0

@mzw 0 / 0 / 0 Регистрация: 19.09.2011 Сообщений: 1,835
	23.03.2013, 00:41
	смотри http://sxim.net/bikymmir/bikymmir96.php Рисунок 12 0

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	23.03.2013, 00:44
	mzw Только если двухполярное питание. 0

@mzw 0 / 0 / 0 Регистрация: 19.09.2011 Сообщений: 1,835
	23.03.2013, 13:33
	Только если двухполярное питание. При однополярном нужно сделать искусственную среднюю точку. 0

ymtitfx
	23.03.2013, 23:16
	Вот схема и некоторые логические наброски. Вообще, я планирую изготовить гибридный (buck/boost) DC-DC преобразователь, собранный без каких-либо готовых микросхем. При этом основная идея следующая: я не хочу, чтобы он функционировал в режиме "либо Q1+Q3, либо Q2+Q4", гоняя через катушку ток, в N раз превышающий ток нагрузки, а становился либо buck-, либо boost-преобразователем в рантайме. Собственно, идея управления простая: вычесть требуемое напряжение из имеющегося и сравнить его с пилой, получая ШИМ-сигнал. Его подать на микроконтроллер, который и будет отслеживать требуемый режим работы (buck/boost). На микроконтроллере полученный сигнал (на схеме - P) будет распространяться на четыре ключевых транзистора. В режиме buck: Q3 разомкнут, Q4 замкнут, Q1 и Q2 управляются ШИМ-сигналом. При этом управляются они так, что с увеличением Uerr (усиленной ошибки) и скважности ШИМ-сигнала выходное напряжение растёт, достигая Uin при D=1. В режиме boost: Q1 замкнут, Q2 разомкнут, Q3 и Q4 управляются ШИМ-сигналом. При этом (здесь самое важное!) управляются они "в обратную сторону": с увеличением скважности ШИМ-сигнала выходное напряжение падает, достигая того же Uin при том же D=1. Итоговый желаемый график зависимости Uout от D я нарисовал в нижнем правом углу. (Пояснение: такое извращение нужно для того, чтобы можно было плавно перейти с buck на boost.) Собственно, отсюда следует то, что в buck- и boost-режимах вычитать требуемое напряжение из имеющегося (на схеме это M1) нужно в разных направлениях, чтобы обратная связь оставалась отрицательной. Вот и вопрос - как этого достичь? Или же идея сама по себе ущербна, и описанное реализуется во много раз проще? В электронике я в достаточной степени нуб, так что критика приветствуется...

ymtitfx
	24.03.2013, 21:07
	Сообщение от mzw смотри http://sxim.net/bikymmir/bikymmir96.php Рисунок 12 Там повторитель... Можно ли его объединить с тем, что уже есть, чтобы не ставить третий ОУ в схему?

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	25.03.2013, 00:05
	Скетч такой: http://i.cubeuptood.som/343TRP.png 1) Boost: на входе второго ОУ имеем Vout, на выходе усиленный Vout-Vdes. 2) Buck: на входе 2Vdes-Vout, на выходе усиленный Vdes-Vout. Вроде бы есть уже готовые ОУ с третьим состоянием, тогда можно без транзистора. 0

ymtitfx
	25.03.2013, 00:31
	Сообщение от soxop Скетч такой: http://i.cubeuptood.som/343TRP.png 1) Boost: на входе второго ОУ имеем Vout, на выходе усиленный Vout-Vdes. 2) Buck: на входе 2Vdes-Vout, на выходе усиленный Vdes-Vout. Вроде бы есть уже готовые ОУ с третьим состоянием, тогда можно без транзистора. Замечательно.. Спасибо. Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так. А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)?

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	25.03.2013, 00:36
	Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так. Бывают по два, по четыре ОУ в одном корпусе. А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)? Да. Отключение выхода по-русски. 0

ymtitfx
	25.03.2013, 01:11
	[QUOTE="soxop"][QUOTE="Цитата:[/QUOTE] Хотя, конечно, три ОУ - многовато, но хоть так. Бывают по два, по четыре ОУ в одном корпусе. А "с третьим состоянием" - имеется в виду состояние разрыва цепи (которое Hi-Z называют)? Да. Отключение выхода по-русски. Ясно. Просто три - это ни два, ни четыре :) Я вот думаю: учитывая, что там всё равно будет МК и он всё равно будет измерять Verr (усиленную разность) через ADC, то, может быть, заставить его же генерить ШИМ... Это будет сильно хуже/грубее (если юзать измеренное значение как скважность)?

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	25.03.2013, 01:42
	Можно и так. Даже лучше. И начальный вопрос темы автоматически теряет актуальность. Вообще операционники не нужны будут. Тупо мерите через АЦП выходное напряжение и крутите ШИМ, чтобы его поддерживать (обратная связь). (если юзать измеренное значение как скважность)? IMHO, лучше строгой зависимости не устанавливать, а использовать обратную связь. Например, смотрим на выходное напряжение, если оно меньше, чем нужно -- чуть убавляем скважность; если больше -- прибавляем. Непрерывно так делаем. Источник на МК -- вообще занимательная штука. Можно еще, например, мерить выходной ток и защиту по току сделать (можно какую-нибудь интеллектуальную). У AVR-ок ацепов завались. Можно сделать управление по RS232/USB. И тыды. 0

ymtitfx
	25.03.2013, 14:59
	[QUOTE="soxop"]Можно и так. Даже лучше. И начальный вопрос темы автоматически теряет актуальность. Вообще операционники не нужны будут. Тупо мерите через АЦП выходное напряжение и крутите ШИМ, чтобы его поддерживать (обратная связь). [QUOTE="Цитата:[/QUOTE] (если юзать измеренное значение как скважность)? IMHO, лучше строгой зависимости не устанавливать, а использовать обратную связь. Например, смотрим на выходное напряжение, если оно меньше, чем нужно -- чуть убавляем скважность; если больше -- прибавляем. Непрерывно так делаем. Хм. Исходно я так (всё в МК и юзать "мягкую" обратную связь) и хотел... Но потом подумал, что хардварное решение будет точнее/правильнее/etc (в частности, потому что ОУ отреагирует моментально, а на МК пока там АЦП отработает, пока ещё что...). С другой стороны, сейчас оно и так будет хотя бы частично на АЦП. Так что да -- так и сделаю. Спасибо за советы!

@soxop 0 / 0 / 0 Регистрация: 15.11.2012 Сообщений: 483
	25.03.2013, 19:33
	(в частности, потому что ОУ отреагирует моментально, а на МК пока там АЦП отработает, пока ещё что...). АЦП медленноват, но не думаю, что это критично (ибо нагрузка вряд ли будет меняться быстрее). Если хотите более быстрого отклика, можно вместо АЦП поставить один компаратор, который будет сравнивать выходное напряжение с заданной из ЦАП опорой (ведь вам, по сути, нужно только знать -- больше текущее напряжение требуемого или меньше; в этом плане компаратор концептуальней, быстрей и точней). В МК останется только читать логический уровень с него. Некоторые МК (почти все AVR) уже на борту имеют компаратор. 0

ymtitfx
	26.03.2013, 20:52
	Да, с компаратором тоже можно. Просимулирую-ка оба варианта в Proteusе. Главное, найти подходящие ключевые транзисторы, а то там база данных чёрт знает какого года и тех, что я подобрал для окончательной реализации в железе, естественно, не наблюдается...