Операционный усилитель: изменение направления вычитания

22.03.2013, 23:55. **Показов** 8419. **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 /
Обмен данными в микросервисной архитектуре ArchitectMsa 06.04.2025 Когда разработчики начинают погружаться в мир микросервисов, они часто сталкиваются с парадоксальным правилом: "два сервиса не должны делить один источник данных". Эта мантра звучит повсюду в. . .	PostgreSQL в Kubernetes: Автоматизация обслуживания с CNPG Mr. Docker 06.04.2025 Администраторы баз данных сталкиваются с целым рядом проблем при обслуживании PostgreSQL в Kubernetes: как обеспечить правильную репликацию данных, как настроить автоматическое переключение при. . .	Async/await в TypeScript run.dev 06.04.2025 Асинхронное программирование — это подход к разработке программного обеспечения, при котором операции выполняются независимо друг от друга. В отличие от синхронного выполнения, где каждая последующая. . .	Многопоточность в C#: Синхронизация потоков UnmanagedCoder 06.04.2025 Многопоточное программирование стало неотъемлемой частью разработки современных приложений на C#. С появлением многоядерных процессоров возможность выполнять несколько задач параллельно значительно. . .	TypeScript: Классы и конструкторы run.dev 06.04.2025 TypeScript, как статически типизированный язык, построенный на основе JavaScript, привнес в веб-разработку новый уровень надежности и структурированности кода. Одним из важнейших элементов этой. . .
Многопоточное программирование: Rust против C++ golander 06.04.2025 C++ существует уже несколько десятилетий и его поддержка параллелизма постепенно наращивалась со временем. Начиная с C++11, язык получил стандартную библиотеку для работы с потоками, а в последующих. . .	std::vector в C++: от основ к оптимизации производительности NullReferenced 05.04.2025 Для многих программистов знакомство с std::vector происходит на ранних этапах изучения языка, но между базовым пониманием и подлинным мастерством лежит огромная дистанция. Контейнер std::vector. . .	Реляционная модель и правила Кодда: фундамент современных баз данных Codd 05.04.2025 Конец 1960-х — начало 1970-х годов был периодом глубоких трансформаций в области хранения и обработки данных. На фоне растущих потребностей бизнеса и правительственных структур существовавшие на тот. . .	Асинхронные операции в Django с Celery py-thonny 05.04.2025 Разработчики Django часто сталкиваются с проблемой, когда пользователь нажимает кнопку отправки формы и. . . ждёт. Секунды растягиваются в минуты, терпение иссякает, а интерфейс приложения замирает. . . .	Использование кэшей CPU: Максимальная производительность в Go golander 05.04.2025 Разработчикам хорошо известно, что эффективность кода зависит не только от алгоритмов и структур данных, но и от того, насколько удачно программа взаимодействует с железом. Среди множества факторов,. . .

ymtitfx

	Операционный усилитель: изменение направления вычитания 22.03.2013, 23:55. Показов 8419. 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...