Kad već pominjete mag-amps i magnatu se sviđa, evo i literature orijentisane ka simulaciji mag-ams u LT Spice:
https://www.google.rs/url?sa=t...bv.129422649,d.d24&cad=rja
A evo malo i oko asimetričnog korišćenja kod SMPS:
https://www.google.rs/url?sa=t...CNFpfPzQ06aZFd9Hqk5fsZHB1w305Q
https://www.google.rs/url?sa=t...MmFFzoebLH06RlDSWw&cad=rja
Evo i praktičnog home-made primera, za 50Hz, veoma jednostavnog za izvođenje i za bilo koga (ne mora se biti stručan da bi radilo na keca):
http://sparkbangbuzz.com/mag-amp/mag-amp.htm
A evo i copy-paste nekog mog teksta o toj temi, sa par beznačajnih izmena, konkretnije oko mag-amp u ulozi predregulatora za analogni stabilizator:
--------------------------------------------------------------------
"Mag-amp je pronađen već na samom početku dvadesetog veka i jednu od prvih veoma ozbiljnih primena, u smislu odlične konstrukcije pojačavača, doživeo je u letećoj bombi V-2, koju su Nemci koristili u Drugom Svetskom ratu.
Mag-amp se i dan danas veoma uspešno koristi u mnogim aplikacijama.
Aplikacije gde je povoljno koristiti mag-amp:
- tamo gde aplikacija nije osetljiva na cenu mag-ampa, tj gde je ekonomski opravdana upotreba.
- gde nisu potrebne visoke frekvencije regulacije. Uglavnom nešto malo iznad audio učestanosti, maksimalno, i to zavisi najpre od noseće frekvencije.
- gde gabariti i težina nisu kritični a veoma je poželjno da nema jakog isijavanja toplote (neke vojne aplikacije).
- tamo gde je veoma važna ekstremno visoka pouzdanost uređaja, poput aerokosmičkih i vojnih borbenih aplikacija.
Imalo bi još mnogo mesta koja sam zaboravio spomenuti, ali ono ključno što treba reći o primeni mag-amps je sledeće:
- masivniji je i teži od njegove "braće" tranzistorskih i cevnih pojačavača, osim kad se radi o power delu gde je u upotrebi izlazni trafo, gde mag-amp može biti konkurentan težinom i gabaritima i visokim frekvencijama nosilaca gde takođe može biti malih gabarita.
- relativno je skupa verzija (kod nižih frekvencija nosioca), jer je neminovna primena bakra i nekog feromagnetskog jezgra.
- ekstremno je pouzdana naprava, koju je teško uništiti i u najgorim šok uslovima. Potrebno je mehanički uništiti: jezgro, namotaje, ili sve to do te temperature zagrejati da počnu da se razaraju delovi strukture. Postoje primene mag-amps u uslovima do 600*C, gde su izolacije od metalnih oksida na žici i između, a određena jezgra to podnose. Dakle, može raditi u uslovima u kojima ne može ni jedan poluprovodnički pojačavač na svetu.
- minimalno discipira, lokalno na mestu primene, jer regulacija počiva na kontroli reaktanse, ali to kao "kaznu" povlači sa sobom unos reaktivne energije u glavni sistem napajanja (kosinus fi). Mag-amp regulator se greje približno kao običan i normalno opterećen trafo slične snage, tj. neuporedivo manje nego neki analogni power regulator sa hladnjakom. Zbog niske termičke emisije i mogućnosti kontrole velikih snaga, rado je primenjen u vojnim aplikacijama koje bi mogle biti potencijalna meta rakete sa samo navođenjem pomoću IR emisije objekta.
- mag-amp ima daleko niže granične frekvencije primene od poluprovodničkih pojačavača, što je logično jer je induktivitet niskopropusna reaktansa.
-mag-amp može biti veoma složeno upotrebljen, jer podleže primenama i pozitivne i negativne povratne veze, kako lokalne tako i globalne.
- kada frekvencije nosioca budu više, onda gabariti mag-amp regulatora mogu biti veoma konkurentni poluprovodničkim napravama, posebno danas kada su "nanocristaline" jezgra dostigla veoma visok kvalitet. Primer je korišćenje u većini borbenih aviona lovaca, za glavni regulaor napona u rangu od par desetina KW, gde alternator na turbomlaznom motoru neretko proizvodi trofazni napon sa frekvencijama iznad 5000Hz. Tada mag-amp regulator tog ranga snage bude manji i neuporedivo efikasniji od elektronskog, a pri tom nemerljivo pouzdaniji.
- i danas se primenjuju u forward konvertorima koji napajaju većinu svetskih personalnih kompjutera, kao sekundarni postregulatori za neke napone (npr. za 3,3V i mnogo ampera) i u tim aplikacijama se svode na uobičajeni spisak delova od: jednog mag-amp jezgra tipičnog prečnika 12.5mm, jednog tranzistora, nekoliko pasivnih elemenata i jednog TL431, i okupira prostor koji je tipične zapremine od jedne četvrtine kutije šibica.
--------------------------------------------
Feromagnetna jezga su poznata po tome što mogu koncentrisati magnetske linije sila i dobro ih propustiti kroz sebe. Ta osobina se zove magnetska permeabilnost i što je ona veća - to je sposobnost koncentracije silnica veća i veća je propustljivost za iste. Kada je permeabilnost na primer 5000, to znači da je magnetska propustljivost 5000 puta veća nego kroz vazduh ili vakuum.
Kada u namotaju imamo jezgro visokog permeabiliteta, onda se induktivitet (reaktivni otpor, reaktansa) jako uvećava u odnosu na taj isti namotaj bez jezgra.
Ako želimo menjati tu reaktansu, onda nam sledi ili da izvlačimo i uvlačimo neko jezgro u namotaj, ili da jezgru menjamo permeabilitet. Klasična kriva magnećenja je nalik latiničnom slovu "S" koje je malo ispravljeno i zakošeno na desno (da vam ne crtam, svi to sigurno znate), i možemo zapaziti nekoliko detalja: da je nelinearna, da ima oblast saturacije ili zasićenja, gde permeabilitet opada i konačno se svodi na nulu.
Magnetske osobine jezgra poseduju neku vrstu "mehaničke inercije" da se laički izrazim, i zbog toga ih je najlakše modifikovati vrlo niskim frekvencijama, a najlakše jednosmernim magnetskim poljem. Dakle, saturabilnost magnetskog jezga je obrnuto proporcionalna frekvenciji polja. Odnosno, isto jezgro će veoma lako biti zasićeno jednosmernim poljem, a daleko teže naizmeničnim poljem neke frekvencije.
To je upravo iskorišćeno kod mag-amp.
Mag-amp, u svoj svojoj magnetskoj složenosti, u stvari radi veoma jednostavno.
Glavni reaktor (radna reaktansa, induktivitet) vezuje se serijski sa potrošačem (isključivo napajanje AC strujom), poput serijskog otpornika, i onda utičemo na permeabilitet jezgra, pomoću jednosmernih ili sporo promenljivih polja, gde se reaktivna otpornost menja i posledično se menja i napon na potrošaču.
Pošto se na jezgro utiče kontrolnim namotajem, gde se indukuje ono iz glavne reaktanse u njega i može nam ometati upravljanje, neko je se dosetio da mag-amp razdeli na dva manja (ili dve nezavisne magnetske putanje) gde su namotaju električno u opoziciji i poništavaju AC komponentu u kontrolnom namotaju. Onda nema indukovanog AC napona u kontrolnom namotaju i naša DC regulacija će biti neometana.
Bio mag-amp na dva nezavisna jezgra, ili na jednom koje ima tri stuba, na kraju se ipak svodi na dva nezavisna magnetska kola (pa nema bitne razlike u korišćenju trostubnog ili dva posebna, osim fizičkog smeštaja).
Trostubno (EI) jezgro u stvari deli srednji stub sa oba kola, a pošto je srednji stub tačno dvostrukog preseka od bočnih stubova, fluks obe magnetske putanje će nezavisno teći kroz njega. Odnosno, bočni namotaji se motaju u opoziciji, da ne indukuju ništa u srednjem stubu, tj. da im pri zajedničkoj struji pojedinačna polja u srednjem stubu budu bezuslovno simetrična i suprotnog smera. Drugačije rečeno, fluks u srednjem stubu nikako nije nula, već sve vreme teku fluksevi od oba bočna stuba kroz srednji, samo su suprotnog smera, potpuno simetrični i ne tangiraju jedan drugog, a kao posledica toga se u namotaju na srednjem stubu ne indukuje ništa iz bočnih namotaja.
Međutim, centralni namotaj obuhvata oba magnetska kola i može zasititi oba.
Po pravilu se kontrolni namotaj, sa dosta navojaka i tankom žicom, mota na srednji stub, a power reaktori na bočne stubove, potom vezuju serijski ili paralelno, tako da im polja u srednjem stubu budu u opoziciji, i to je mag-amp.
Na potpuno istu stvar se svodi primena dva transformatora u ulozi mag-amp, gde su naponi u opoziciji, a deli se zajednička struja za power namotaje, kao i zajednička struja za kontrolne namotaje.
Power namotaji se potpuno klasično proračunavaju (za 50Hz), kao i za običan transformator. Na primer kod običnih EI jezgara će broj navoja po voltu biti klasičnih 45/S, samo što se uzima presek jednog bočnog stuba i napon na jednom bočnom stubu. Konačno imamo dva takva koja na primer možemo vezati na red i regulisati onaj opseg koji je zbir njihovih maksimalnih pojedinačnih napona.
Praktično, trostubnom mag-ampu proračunavamo power reaktore na bočnim stubovima, kao kada bi smo rasekli EI jezgro po sredini srednjeg stuba na dva simetrična O jezgra, što je u stvari i konačna istina sa aspekta njihovih magnetskih kola.
Kada imamo dva posebna transformatora i želimo da ih upotrebimo kao mag-amp, onda je maksimalni napon koji smemo regulisati (napon na power reaktorima) onoliko koliki je napon sekundara pojedinačnih trafoa (stvar maksimalne indukcije za konkretno jezgro, max. B).
E sad, ako sekundare vežemo serijski, onda možemo regulisati napon koji je jednak njihovom zbiru, a struju koja je nominalna za pojedinačni, a ako ih vežemo paralelno onda dvostruku struju sa nominalnim naponom jednog.
Primer: Imamo dva transformatora 230/12V i sa 1A kod svakog. Možemo regulisati 0-24Vac i 1A vezujući sekundare serijski, ili 0-12Vac i 2A vezujući ih paralelno, naravno u oba slučaja takvim smerom da se na krajevima kontrolnih namotaja ne indukuje nikakav AC napon.
Naravno, mag-amp nije idealna komponenta i regulacija neće biti od totalne nule do totalnog maksimuma, već malo uže od toga, zbog raznoraznih parazitnih osobina (rasipna induktivnost, otpornost žice...). Drugi razlog je nesimetričnost pojedinačnih magnetskih kola, gde će power namotaji biti asimetrično opterećeni i ipak neće savršeno poništiti indukciju u kontrolnim namotajima. No to su sve uobičajene priče o nesavršenosti bilo čega u elektronici.
Kada se pravi mag-amp sa dva transformatora, valja se potruditi da budu potpuno isti, tj. "braća blizanci", isti model, ista snaga isti naponi isti materijal jezgra... Dva ista komada. Onda će asimetrija biti minimalna i mag-amp najefkasniji (mada radi i kad nije tako efikasan :-).
Kontrolni namotaj je sasvim druga priča. Njegov uticaj na permeabilitet jezgra ili jezgara (u bilo kom slučaju se radi o uticaju na dva magnetska kola) je jako određen inicijalnom permeabilnošću jezgra (saturacionom krivom).
Uticaj na jezgra je određen sa magnetomotornom silom (MMF) koja se izražava umnoškom struje i broja navoja (ampernavoj).
Kada koristimo dva trafoa, sa već postojećim primarima za kontrolne namotaje, onda ne smemo preći dozvoljenu STRUJU za datu žicu primara. Na primer, imamo dva trafoa 230/12 od 230VA snage, što znači da je dozvoljena struja njihovih primara 230VA/230V=1A max.
Dakle u takvom primeru, kontrolna struja nam ne sme trajno biti veća od 1A ili njena osrednjena vrednost u desetominutnom intervalu veća od tih 1A (može na primer 2A u trajanju od na primer 1 minut, potom jedan minut hlađenja sa 0A, što opet daje osrednjen 1A u dužem periodu, i to je samo stvar termike, tj. konačne temperature žice).
Primer za praksu: potrebno nam je recimo da imamo predregulator za neki stabilizator napona, čiji je izlaz 0-50VDC i 5A maksimalno. Snaga na izlazu nam može biti max. 250W.
Glavni trafo ćemo napraviti sa izvesnom rezervom (naravno da nije pametno opterećivati bilo koju komponentu sa 100%, posebno u kontinualnom opterećenju) od na primer 300VA, a imamo sa mag-amp iza i reaktivnu komponentu.
Želimo da glavnom analognom regulatoru održimo korak od na primer 5V između krajeva, što produkuje maksimalnu discipaciju na njemu od 5V x 5A = 25W. Znači da nam preostaje 225W discipacije koju mora preuzeti mag-amp.
Potrebno nam je dva trafoa snage po 120-tak W za mag amp i glavni trafo od 300VA.
Kroz njihove primare možemo propustiti po: 120W/230V=0.53A. Ako ih vežemo serijski (i njih možemo kombinovati takođe) onda ukupno 0.53A, a ako ih vežemo paralelno onda 1,06A.
Sekundar našeg glavnog trafoa će biti na primer 50Vac za naših 50VDC na izlazu, a sekundari mag-amps mogu biti na primer za (50-5=45V) ili po 22,5Vac za 5A ili po 45Vac za 2,5A, u prvom slučaju serijska veza, u drugom paralelna, kako god...
Brzina odziva mag-amp će nam veoma zavisiti od induktivitet primara, a discipacija kontrolnog dela od željene brzine odziva i termogenih otpora primara one strukture koja nam sada formira mag-amp. Da potsetim: dva trafoa, čiji su primari u ulozi kontrolnih namotaja, a sekudari u ulozi power reaktora.
Brzina narastanja struje u kontrolnom namotaju će biti određena klasičnim zakonom dU/L x dt = dI, i varijabilna je zato što se jezgro kontrolom zasićuje i induktivnost kontrolnih namotaja takođe opada.
Srećna i nama povoljna okolnost je da mag-amp pri većim izlaznim strujama ima manju induktivnost kontrolnog namotaja, tj. što je veća snaga na izlazu - to brži odziv.
To nam ide na ruku, jer kod malih "trzaja" u potrošnji na izlazu, to pokrije elko ispred glavnog regulatora (posle mag-amp) a pri većim strujama mag-ampu već sve više raste brzina odziva.
Ako nam je na primer otpornost namotaja primara ona dva trafoa (sada kontrolni namotaji) recimo po 10 oma, znači da ćemo moći da razvijemo kontrolnu struju sa: minimalno 10,6V ako su vezani serijski, ili sa 5,3V ako su paralelno.
Bolji je izbor ako se upotrebe paralelno jer je tad induktivitet jedna četvrtina od onog kada bi bili serijski, što znači 4 puta brži odziv mag-ampa.
Povećanje brzine odziva se može značajno pospešiti upotrebom strujnog izvora za kontrolu, sa dosta većim naponom napajanja od ovih zamišljenih 5,3V, na primer 15V. U tom slučaju će brzina naknadno biti utrostručena uz "kaznu" maksimalnih 15W discipacije za kontrolu (u teoretskom slučaju). U praksi stvari nisu tako loše jer mag-amp čak i bez povratne veze ima solidno pojačanje, i ono je veće ako jezgro ima veći inicijalni permeabilitet (što manje vazdušnih procepa). Vrlo zatvorena jezgra poput torusnih imaju veće pojačanje kada se upotrebe kao mag-amp, jer imaju strmiju histerezisnu krivu i veći inicijalni permeabilitet.
Naravno, oko pojačanja mag-amp stoji nam na raspolaganju masa korisnih trikova.
Mag-amp, poput bilo kog pojačavača apsolutno podleže upotrebi povratnih veza. Mi na primer možemo preko kontrolnog namotaja namotati neki navojak debele žice i kroz njega pustiti izlaznu struju regulatora.
Na taj način možemo imati ili negativnu ili pozitivnu povratnu vezu po izlaznoj struji, a u našem slučaju je potrebna blaga pozitivna povratna veza po izlaznoj struji.
Ako je ta naša pozitivna povratna veza po struji manja od neke veličine, odziv mag ampa će se ubrzati i pojačanje će mu biti veliko, gde nam sada treba daleko manja kontrolna struja za upravljanje, a ako preteramo onda će zalečovati na maksimum (interesantna moguća primena kao power RS flip-flop, promenom polariteta okidnog impulsa u kontrolnom naponskom namotaju). Veličinu povratne veze će odrediti broj navoja tih nekoliko navojaka, namotanih preko kontrolnog namotaja (MMF, broja ampernavoja).
Koliko kontrolne struje će nam biti potrebno to niko ne može da vam kaže, jer to veoma zavisi od permeabilnosti i ostalih osobina upotrebljenih jezgara za mag amp, a to može biti bilo šta čega se dohvatite oko te priče.
Najbolje će biti da snimite karakteristiku mag-amp, što je veoma lepa zanimacija i slatko ćete se poigrati a pri tom naučiti neke nove stvari.
Uzećemo našu hipotetičku kombinaciju od glavnog trafoa, ili nešto slično što vama odgovara, jer ovo je samo primer koja logika važi (300VA, 230/50Vac, 5A) i dva komada na primer od 120VA, 22,5Vac i 5A. Vezaćemo glavni trafo na 230Vac iz mreže, ona dva sekundara od mag-amp para, na red kao za 45Vac, potom dobijeni power reaktor na red sa sekundarom glavnog trafoa, ovako:
(vidi pdf u prilogu)
Ponavljam da vam neće ni malo pomoći poznavanje sve matematike ovog sveta ukoliko nemate SVE podatke konkretnih jezgara, a u taj spisak ide poveliki broj podataka.
Eksperimentalni put je u home-made sučaju neuporedivo brži postupak sa veoma zadovoljavajućim rezulatom.
Za hipotetički primer našeg ispravljača sa mag-amp predregulatorom, od 0-50Vdc i 5A max. gde nam je korak na regulatoru oko 5V. Biće nam zadovoljavajući ispravljen napon na elkos od nekih 60-65Vdc, uzevši u obzir i kolebanje mreže kod nas.
Kombinacijom sa slike se otprilike postiže baš to.
Za eksperiment će nam biti potreban potrošač koji može crpsti 5A pri 65Vdc (R1 na slici) 65/5=13 oma, odnosno dva grejača od bojlera ili rerne, vezana paralelno :-). Nije kritično ako nije baš tačno 13 oma.
Polako ćemo povećavati napon na kontrolnim namotajima od nule, prateći pri tom napon i struju na našem R1.
U nekoliko tačaka ćemo snimiti krivu upravljačke struje vs izlazna struja i napon. To ćemo negde zapisati ili nacrtati...
Za mag-amp je veoma povoljno koristiti toroidne transformatore iz više razloga: prvo se jako lepo mogu smestiti jedan na drugi, postiže se veliko pojačanje zbog velikog Al i konačno lako se mogu provući novi namotaji za povratnu spregu.
Sada, kad imamo snimljenu krivu bez FB, provučemo po par navojaka (strogo isti broj na oba) kroz pojedinačna jezgra i pustimo izlaznu DC struju kroz to.
Normalno, orijentacija smerova tih navojaka treba da je takva da se polje sabira sa pojedinačnim poljima koje uzrokuju kontrolni namotaji, tj. da postoji dejstvo samopojačavanja od toka izlazne struje (a da pritom nema indukovanog AC napona na krajevima, međusobno opozicioni).
Snimićemo ponovo upravljačku karakteristiku i iterativnim postupkom uvećavati broj navojaka povratne veze dok ne dobijemo veliko pojačanje (relativno malu promenu upravljačke struje za punu promenu izlaza).
Granica će biti ona gde se javlja sklonost ka oscilovanju, tj. kada nam pri povećanju kontrolne struje ceo mag-amp iznenada zalečuje na maksimum.
To znači da nam je povratna veza prejaka i da treba smanjiti broj navoja FB.
Izbor je vaš. Tako se može dobiti da malenom upravljačkom snagom kontrolišemo veliku izlaznu snagu.
Nadam se da ste poentu shvatil i da ćete uživati u eksperimentu.
Integrisani trafo sa mag ampom nije ništa drugo do jedno dugačko jezgro, gde međugvožđe potpuno odvaja magnetsko kolo glavnog trafoa (koje se ne sme saturirati) od mag amp kola koje se saturira. Ta struktura je takođe glomazna i možete videti nešto veoma slično u starim ferorezonantnim stailizatorima koji su se nekad koristili za crno-bele TV prijemnike. Jezgro za integrisanu strukturu mag-amp - trafo isto izgleda samo ima motane i bočne stubove na jednom delu.
Mislim da je za home made najjednostavniji put da se upotrebi glavni trafo, kojeg god tipa, a za mag amp dva manja toroida smeštenih jedan na drugi. Sve prednosti su tu, posebno za motanje dodatnih povratnih veza.
Svakako, mag-amp može imati i povratnu vezu po naponu i to obe, pozitivnu i(ili) negativnu, tj. namotaj sa dosta navoja tanke žice, i može se sa mag-amp vršiti dosta ozbiljna direktna stabilizacija napona i bez eksterne elektronike.
Na primer, može se vratiti jedan namotaj koji očitava korak napona na izlaznom regulatoru i koji desaturira osnovno kontrolno polje, tj. da aktivno učestvuje u kontroli razlike napona na regulatoru, uz malo truda bez ijednog tranzistora okolo :-)
Jednostavno, radi se o tome da se kontrolna polja pojedinačnih namotaj sabiraju ili oduzimaju jedna od drugih, čineći jedno rezultantno polje u magnetskom kolu koje konačno određuje saturaciju.
Kod nekih primena se koristi i permanentni magnet za predbias mag-ampa, obično okrugao sa razrezom za šrafciger, i smešten je u otvor na jezgru, izbušen za te namene. Tim se proširuju mogućnosti primene mag-amp, tj. moguće mu je permanentnim magnetom namestiti radnu tačku.
Naravno, o tome svemu se može reći još neograničeno mnogo toga, jer čitava jedna "elektronska era" od nekolilko zlatnih decenija je bila posvećena razvoju mag-amps, a ja sam se samo potrudio da vam približim tu veoma zanimljivu oblast..."
------------------------------------------------
Naravno, iz svega prethodno rečenog se može zaključiti da je mag-amp, iako glomazan za 50Hz izuzetno robustan i nepokvariv kandidat za regulaciju teških opterećenja poput onog od kondenzatora za CDW, gde ispravljač maltene sve vreme radi u kratkom spoju.
Pošto je mag-amp uglavnom skoro čista reaktansa, što se tiče njegovih power, reaktorskih namotaja, sledi da će termički gubici takve regulacije za CDW biti bliski termičkim gubicima transformatora sa sličnom ukupnom veličinom jezgra, tj. glomazan ali ne greje...
U principu se za CDW može upotrebiti mag-amp polovine očekivane snage kada se kondovi pune konstantnom strujom (stvar povratne veze na mag-amp) jer je onda proizvod discipacije nalik trouglu čija je vrednost polovina amplitude snage.
Pozdrav
Re: Borin, 1OXB, ispravljac
Re: Borin, 1OXB, ispravljac
