Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

źródło prądowe

18 Maj 2004 15:52 6912 15
  • Poziom 10  
    Witam
    :) Czy któryś z kolegów ma doswiadczenie w budowie ładowarki mikroprocesorowej do akumulatorów NiCd lub gen PWM?
    Potrzebuję mianowicie schemat precyzyjnego źródła prądowego do ładowania akumulat.nicd 1.2V które mógłbym kluczować z procesora ATMEGA8
    źródełko powinno dawać 1A niezależnie od napięcia zas i być odpornym na zmiany temperatury
    Może MOS np. BUZ 10 połączony z np. TL 431, tylko żeby to poprawnie dzialalo.
    proszę o odp :?
  • IGE-XAO
  • Specjalista elektronik
    Jeśli zależy Ci na bardzo dużej precyzji (nie wiem po co), to pewnie trzeba użyć
    MOSFET-a jako elementu wykonawczego, albo trochę pokombinować; jeśli jest
    dopuszczalne, że źródło nominalnie 1A będzie dawać 980mA z pływaniem +- 5mA,
    to wystarczy zwykły tranzystor złączowy.

    Zasada konstruowania precyzyjnego źródła prądowego na duży prąd jest taka:
    w emiterze tranzystora umieszczasz opornik - jeśli używasz TL431, który ma
    napięcie wzorcowe 2.48V, i chcesz dostać prąd 1A, to dajesz opornik 2.48oma,
    tranzystor NPN, lub N-MOSFET; łączysz reference TL431 emiterem (i końcem
    opornika), a anodę z drugim końcem opornika, katodę z bazą, i zasilasz bazę
    jakimś prądem (mniejszym od 100mA); jeśli prąd płynący przez ten opornik
    przekracza 1A, to TL431 przepuszcza większy prąd i zmniejsza prąd tranzystora.

    Ograniczeniem precyzji jest prąd bazy (jeśli obciążenie jest po stronie kolektora
    - bo wchodzi do prądu opornika, a nie do prądu kolektora), lub prąd TL431 (jeśli
    po stronie emitera - bo nie płynie przez opornik, a płynie przez obciążenie).
    Dlatego, jeśli błąd około 2% jest za duży, to trzeba albo użyć MOSFET-a (wtedy
    nie ma "prądu bazy", i jest dokładnie), albo chociaż Darlingtona (i wtedy błąd
    spowodowany prądem bazy zmaleje poniżej 0.1%).

    Sam TL431 też ma błąd - średnio około 30ppm/stopień - jeśli użyjesz w układzie
    czegoś lepszego od zwykłego tranzystora mocy, to TL431 będzie głównym
    źródłem błedu - ale na to raczej nie ma rady, podobny błąd mają wszystkie
    łatwo dostępne wzorce, coś dokładniejszego będzie dużo kosztować.

    Można by się zastanowić nad użyciem LM4041-ADJ - chyba dokładniejszy,
    niższe napięcie wzorcowe (1.225 zamiast 2.48 - mniejsze straty mocy na
    oporniku w emiterze), i ma odwrotną polaryzację (potrzebuje tranzystora PNP,
    albo P-MOSFET-a) ; i niestety mniejszy prąd - tylko 12mA (więc MOSFET lub
    Darlington jest raczej koniecznością). Za to kosztuje 3x drożej.

    Co do dokładności, to proponuję obejrzeć karty katalogowe - dla LM4041 jest
    gwarantowany współczynnik temperaturowy poniżej 100ppm/stopień, TL431 ma
    gwarantowany 1% dla całego zakresu temperatur 0-70 stopni, i typowo 30ppm/
    stopień; do tego jeszcze mają różne wersje co do dokładności (to, co podałem,
    jest dla najdokładniejszej) - w sumie porównanie jest niejednoznaczne.

    Istotna jest raczej różnica napięcia wzorcowego (2.48 - 1.225), polaryzacji,
    i zakresu prądów (TL431 od 1 do 100mA, LM4041-ADJ od 70uA do 12mA -
    dla prądów poniżej dolnej granicy te układy dają mocno zaniżone napięcie).
  • IGE-XAO
  • Poziom 10  
    :D :) Witam
    Dzięki za odpowiedź. Chciałbym jeszcze o coś zapytać.
    Mianowicie pasuje mi żeby to się możliwie mało grzało(żeby nie trzeba było zakładać radiatora)
    Czy wobec tego lepiej użyć MOSFETA o dużym prądzie np właśnie BUZ10 niż Darlingtona?
    Jeśli tak to MOSa trzeba chyba wysterować (na bramkę podać wyższe napięcie - powyżej 7V i szeregowo opornik np 100R)jeśli dobrze rozumuję
    Jakie jest minimalne napięcie zasilania tego źródła pamiętając że ma on ładować ACC 1,2 V do napięcia ok 1,5 v i żeby te straty na tranzystorze byly najmniejsze?
    proszę o odp.
  • Specjalista elektronik
    Użycie MOSFET-a oznacza konieczność dostarczenia dość wysokiego napięcia dla
    bramki (no, może nie dla każdego MOSFET-a - są takie, które się włączają poniżej
    2V, ale też chyba jest to początek przewodzenia, a do pełnego trzeba 3-4V), co
    powoduje, że albo trzeba mieć dwa napięcia zasilające, albo duże straty mocy.

    Dla pojedyńczego napięcia zasilającego chyba najkorzystniej jest użyć połączenia
    tranzystora małej mocy NPN i dużej mocy PNP (jeśli mamy TL431 i wybieramy wersję
    z Darlingtonem), lub tranzystora NPN o dużym współczynniku wzmocnienia.

    Użycie LM4041-ADJ pozwala zaoszczędzić dodatkowo 1.24V na rezystorze, i ma on
    mały prąd minimalny - dzięki temu dobrze się nadaje do sterowanie MOSFET-a P
    (bo chyba pamiętamy, że ma odwrotną polaryzację).

    Suma napięć: 1.5V na akumulatorze, 1.5V na tranzystorze / tranzystorach, 1.25 lub 2.5
    na oporniku = 4.25 lub 5.5 (zależnie od tego, czy użyjemu LM4041-ADJ, czy TL431).
    Dla MOSFET-a (załóżmy, że już używamy LM4041-ADJ) suma napięć to napięcie
    na bramce (pewnie poniżej 3V nie da rady) i 1.25V na oporniku - może da się 4.25.
    A jeśli masz dodatkowe napięcie zasilające (na -), i użyjesz LM4041-ADJ i MOSFET-a
    P o małej oporności, to możesz ładować nawet z napięcia 2.8V (raczej nie z BUZ10,
    bo chyba ma kanał N, i za dużą oporność kanału - potrzeba kilka setnych oma).

    Co do strat w tranzystorze, to trzeba pamiętać, że jeśli na akumulatorze jest napięcie
    mniejsze od 1.5V, lub zasilanie da większe napięcie, to moc pochodząca z nadwyżki
    napięcia może wydzielić się tylko w tranzystorze - więc trochę rezerwy musi być.

    A, jeszcze jeden pomysł: gdyby opornik dać nie od strony źródła, a drenu, i dodać
    jakiś tranzystor do odwrócenia fazy? wtedy można użyć MOSFET-a N (łatwiej o taki),
    i jeśli akumulator może być między tranzystorem mocy a opornikiem, to możliwość
    użycia niskiego napięcia zasilania ogranicza tylko suma napięć opornik+akumulator
    +tranzystor mocy (razem te 2.8V), oraz napięcie sterowania bramki MOSFET-a.
    Można jeszcze brać pod uwagę użycie zwykłego tranzystora jako tranzystora mocy - jeśli
    prąd jest wielokrotnie mniejszy od dopuszcalnego, to napięcie nasycenia jest małe.
  • Poziom 10  
    Dięki za wyczerpującą odpowiedź
    Zdecydowałbym się na MOSa ( BUZ 10 ma rez w stanie otwarcia 0,07ohma niemniej jednak prąd*napięcie na nim
    da straty mocy i bez radiatora się nie obędzie :), i na LM431 bo on mi częsc mocy przełoży na opornik (przy 1 A - 2.5W ), sądzę że 5 W oporniki wystarczą
    Jeśli chodzi o zasilanie to wybiorę chyba Trafo toroidalne o mocy 50 W i 8V ( bo taki jest dostępny, mają byc zasilane 4 źródełka i odwinę zwoje na napięcie 5v co po wyprostowaniu daje 6.5V potrzebne na wysterowanie MOSa i zasilenie uP)
    Chciałbym jeszcze zapytać czy schemat załączony ma powodzenie działać, i będę wdzięcznu za wszelkie komentarze.
  • Poziom 10  
    Jak tu umieścić rysunek????? :( Jest to bmp
  • Poziom 34  
    Może użyć zmien oraz spakować do zip lub rar wg opisu
  • Poziom 10  
    Jeszcze pytanie dop _jta_

    Jeszcze jeden pomysł
    Gdybym chciał kluczować MOSa wzm op. np LM324 (bo np. posiadam takie na stanie.)
    wzmacniacz ten można zasilać pojedynczym nap od +3V.
    To czy taki układ jest prawidłowy jak na rys 2. ?( oczywiście jest to odwrócona logika)
  • Specjalista elektronik
    Przede wszystkim jest takie zastrzeżenie, że jeśli obciążenie układu z MOSFET-em
    jest od strony źródła, to prąd płynący przez TL431 dodaje się do prądu obciążenia,
    a nie przepływa on przez R(CL), więc dostajesz za duzy prąd.

    Następnie: w układzie 1 napięcie na oporniku 150 om jest tracone bezużytecznie
    - odpowiada mu jakiś spadek napięcia na mosfecie; w układzie 2 potrzeba, żeby
    wzmacniacz operacyjny dawał na wyjściu napięcie wystaczające dla mosfeta - więc
    musi być zasilany odpowiednim napięciem.

    Lepiej chyba dać mosfeta na minusie zasilania, a akumulator na plusie...

    Można by pomyśleć o sterowaniu przez pin reference TL431: do tego trzeba dodać
    opornik między tym pinem, a źródłem mosfeta, diody przewodzące od punktu, który
    nazwę X, do tego pinu i do katody TL431, i na punkt X podawać napięcie przez opór
    - przy ujemnym diody nie będą przewodzić, i źródło prądowe będzie normalnie
    działać, przy dodatnim TL431 obniży napięcie na bramce do około 2.5V - jeśli mosfet
    ma wyższe napięcie progowe, to go to odetnie; diody w taki układzie chronią TL431
    przed zbyt wysokim napięciem na pinie reference, pewnie da się z tych 2.5V zejść
    nieco niżej rozbudowując ten układ zabezpieczenia - ale niedużo, bo chyba włączy
    się jakaś dioda pasożytnicza w TL431... w sumie to nie musi być dobry pomysł.
    (aha, dioda do katody jest potrzebna tylko wtedy, gdy jest obawa, że prąd, który
    dopłynie do X, mógłby uszkodzić TL431, gdyby popłynął przez pin reference; jeśli
    to pojedyńczy miliamper, to można zrezygnować z tej diody... nie wiem, jakie uda
    się wtedy uzyskać napięcie na TL431 - chyba prawie 2V pozostaną; BUZ11 zaczyna
    przewodzić - 1mA - między 2.1 a 4V, więc to by wystarczyło, nie wiem jak BUZ10).

    Jeśli chcesz minimalizować straty mocy w tranzystorach, to należałoby to zrobić jakoś
    tak, jak na moim rysunku. Potrzebne są dodatkowe napięcia (trzeba albo zrobić układ
    prostujący z powielaniem, albo dodatkowe uzowjenie, żeby je uzyskać), wpisałem
    minimalną wartość. Nie widzę możliwości podłączenia tak, żeby koniec opornika
    nie był na masie - ze względu na TL431, który musi być tam podłączony.

    Korekta: znalazłem taką możliwość, ale akumulator musi być na plusie zasilania;
    wystarcza pojedyńcze napięcie, tylko musi być o około 1V większe, niż MOSFET
    potrzebuje mieć na bramce, żeby przepuścić ten 1A... sterowanie można zrobić
    przez bazę tranzystora (i tu ciekawostka: czy jest na niej 0V, czy 4.5V, źródło NIE
    przewodzi; przewodzi jak jest około 3.5V), lub na bramce - bo opornik w emiterze
    ogranicza prąd, i można wymusić na bramce stan niski; sugeruję dać w bazie
    opornik taki, że jak jest na nim stan niski, to tranzystor PNP przewodzi; może
    by jeszcze zamiast tych dwóch diód dać opornik i lepiej dobrać napięcie bazy?

    Z ograniczeniem na kolejność elementów (MOSFET, opornik, akumulator) jest
    tak, że akumulator musi być powyżej opornika, jeśli używa się TL431, inaczej
    prąd TL431 będzie płynął przez akumulator (i źródło będzie niedokładne).

    Dołączyłem twój rysunek skonwertowany na GIF-a (jako PNG jest mniejszy, ale
    nie pokazuje się automatycznie - przynajmniej na podglądzie). Do konwersji
    używałem programu "xv" pod Linux-em Slackware (żeby obciąć pusty obszar).
    Pod jakim systemem robiłeś edycję schematu?
  • Poziom 10  
    Dzięki za pomoc :)
    Mam jednak jeszcze pytanka
    1. Przeglądając Twój schemacik gdzie ACC znajduje sie po stronie źródła
    pomyślałem żeby między +acc a masą wstawić drugi tranzystor MOS który byłby odpow.
    za rozładowanie acc, jednoczesnie zaoszczędziłbym na opornikach które musialy by orraniczać prąd rozładowania
    Jednak wtedy podczas rozładowania na tymże oporniku odłoży się napięcie które wysteruje mi TL 431 no i sprawa do bani :)
    Czy mogła by coś poradzić na to jakaś dioda wstawiona między np. bramkę MOSa a TL431?
    2. Poza tym, co byś proponował wstawić ( prosty pojemnościowy powielacz napięcia, czy przetwornicę podnoszącą nap. i
    czy taki układ wystarczy do zasilenia 4 lub 8 MOS, czy trzeba by budować 8 takich powielaczy) może lepiej nawinąć to drugie uzwojenie?
    Czy wtedy opornik między zasilaniem bramki a bramką będzie zależał od rozwiązania z powielaczem lub drugim uzwojeniem?

    W odpowiedzi na twoje pytanie - rysunek tworzyłem w Paint :) pod Win98, niestety mam świeży system i nie chcę instalować
    trialu Protela 99 bo tylko taki posiadam a do prostych rysunków Paint wystarcza
  • Specjalista elektronik
    MAX_PAZDROS napisał:
    1. Przeglądając Twój schemacik gdzie ACC znajduje się po stronie źródła

    czyli ten środkowy?
    Cytat:
    pomyślałem żeby między +acc a masą wstawić drugi tranzystor MOS który byłby odpow.
    za rozładowanie acc, jednoczesnie zaoszczędziłbym na opornikach które musialy by orraniczać prąd rozładowania
    Jednak wtedy podczas rozładowania na tymże oporniku odłoży się napięcie które wysteruje mi TL 431 no i sprawa do bani :)
    Czy mogła by coś poradzić na to jakaś dioda wstawiona między np. bramkę MOSa a TL431?

    Problemem wtedy jest ujemne napięcie na pinie reference TL431 - na pewno
    trzeba ograniczyć prąd (opornik 5-10k między ten pin a opornik ograniczający prąd
    akumulatora), być może jeszcze dioda od anody do tego pinu.

    Absolutnie nie może to być dioda między ten pin a opornik ograniczający prąd -
    bo spadek napięcia na diodzie przesunie skalę, i nie wiadomo o ile...

    Dioda między bramkę MOSa a TL431 - nie bardzo rozumiem - kiedy akumulator ma
    się rozładowywać, MOSFET przez który się ładuje powinien być zamknięty, bo nie
    ma sensu puszczanie przez MOSFET-a do rozładowywanie prądu z zasilacza, na
    dodatek bez ograniczenia (mogłoby to coś uszkodzić); katoda TL431 jest w układzie
    o którym mówimy połączona z bramką MOSFET-a, i wyłączanie tego MOSFET-a
    polega na zwieraniu ich obu do masy przez włączenie tranzystora NPN; w takiej
    sytuacji... TL431 ma diodę pasożytniczą która może przewodzić, kiedy potencjał
    katody będzie znacznie niższy, niż reference - żeby przez nią nie popłynął za duży
    prąd konieczny jest opornik na pinie reference (5-10k), o którym już pisałem.

    I jeszcze jedno: prąd rozładowania przez ten opornik będzie ograniczony ilozrazem
    napięcia akumulatora przez ten opornik; będzie więc około 2x (zależnie od napięcia
    akumulatora od 1.8 do 2.7) mniejszy od prądu ładowania - czy tak potrzeba?
    Cytat:
    2. Poza tym, co byś proponował wstawić ( prosty pojemnościowy powielacz napięcia, czy przetwornicę podnoszącą nap. i
    czy taki układ wystarczy do zasilenia 4 lub 8 MOS, czy trzeba by budować 8 takich powielaczy) może lepiej nawinąć to drugie uzwojenie?
    Czy wtedy opornik między zasilaniem bramki a bramką będzie zależał od rozwiązania z powielaczem lub drugim uzwojeniem?

    Raczej prosty - potrzeba kilka mA na każdego MOSFET-a (chodzi o prąd dla TL431,
    który potrzebuje minimum 1mA, i o to, że jak wyłączasz MOSFET-a przez zwarcie
    jego bramki do masy, to przez ten opornik płynie kilkakrotnie większy prąd).

    Napięcie 9V, które podałem dla tego układu, to minimum, i to przy założeniu niskiego
    napięcia na bramce - jeśli MOSFET będzie przebował większego, by przepuścić 1A, to
    trzeba będzie je jakoś uzyskać; im większe będzie to napięcie, tym mniejszy prąd będzie
    potrzebny (bo będzie można dać większy opornik), ale może lepiej nie przekroczyć
    dopuszczalnego napięcia bramki MOSFET-a.
    Cytat:
    W odpowiedzi na twoje pytanie - rysunek tworzyłem w Paint :) pod Win98, niestety mam świeży system i nie chcę instalować
    trialu Protela 99 bo tylko taki posiadam a do prostych rysunków Paint wystarcza

    A Paint nie ma zapisywania obrazków w formacie GIF?
    Może trzeba poszukać po menu?
    Trochę szkoda zajmować tyle miejsca na dysku na każdy rysunek...

    U mnie PPM jest jednym z bardziej rozrzutnych formatów zapisu (twój rysunek po konwersji
    na PPM zajął prawie 2MB!) - tyle, że również jednym z najprostszych, więc przydaje się jako
    pośredni, większość konwerterów rysunków pod Linuxem go używa; dlatego kiedy mam
    zapisać rysunek, program proponuje mi PPM, i muszę zmieniać to w menu na GIF...
  • Poziom 10  
    Dzięki. Jestem Ci wdzięczny za nieocenioną pomoc :)
    Myślałem, że to będzie prostsze, czyli wezmę aplikację źródła prądowego na TL431 i po wszystkim :(
    Jednak tak nie jest
    Wobec tego zastanawiam się czy "to jest warte zachodu"?
    Chciałbym jeszcze na chwilę zatrzymać się przy moim drugim rysunku
    Jeśli TL431 zastąpić tranzystorem npn małej mocy, jak bardzo wtedy układ ucierpi na stabilności zadanego prądui czy wogóle?
    To po pierwsze. Po drugie; czy mógłbym wtedy skutecznie wysterować tranzystor MOSFET wzmacniaczem LM324 oczywiście o odpowiednim napięciu?
    Czy wtedy jeśli źródło podłączę do + akumulatora, jego - do masy i równolegle do akumulatora, MOSa przez rezystor - to czy to ma szansę poprawnie działać?
    Drugi obwód (MOS+rezystor) oczywiście będą załączane do rozładowania wtedy gdy obwód ze źródłem nie będzie aktywny
  • Specjalista elektronik
    MAX_PAZDROS napisał:

    Chciałbym jeszcze na chwilę zatrzymać się przy moim drugim rysunku
    Jeśli TL431 zastąpić tranzystorem npn małej mocy, jak bardzo wtedy układ ucierpi na stabilności zadanego prądui czy wogóle?

    W takim układzie, żeby emiter do ujemnego końca opornika R(CL), a bazę do
    dodatniego, używając napięcia emiter-baza jako wzorca do określenia prądu?
    Po pierwsze to napięcie maleje z temperaturą o około 3mV na stopień (może taki
    efekt mógłby być przydatny - prąd ładowania malałby kiedy jest ciepło, i akumulator
    łatwiej może się przegrzać), po drugie to napięcie zależy od prądu (dla prądów
    znacznie mniejszych od dopuszczalnych rośnie około 27mV na e-krotny wzrost prądu).

    Tego typu układ ograniczający prąd stosuje się w układach scalonych na wyjściu,
    np. w uA723, uA741.

    MAX_PAZDROS napisał:

    To po pierwsze. Po drugie; czy mógłbym wtedy skutecznie wysterować tranzystor MOSFET wzmacniaczem LM324 oczywiście o odpowiednim napięciu?

    Trzeba pamiętać, że napięcie na wyjściu LM324 jest o 2-3 wolty niższe od napięcia
    zasilania, więc napięcie zasilania musi być z odpowiednim zapasem - żeby można
    było uzyskać wystarczające napięcie na bramce. Poza tym nie ma przeciwwskazań.

    LM324 mógłby porównywać napięcie na oporniku R(CL) z wzorcem, i dzięki temu
    wystarczyłby jeden wzorzec. To jest "podręcznikowy" układ źródła prądowego.

    MAX_PAZDROS napisał:

    Czy wtedy jeśli źródło podłączę do + akumulatora, jego - do masy i równolegle do akumulatora, MOSa przez rezystor - to czy to ma szansę poprawnie działać?

    A gdzie opornik R(CL)?
  • Poziom 10  
    Dzięki za wszystkie rady i sorrki że dopiero teraz daję o sobie znać ale miałem pewnw problemy ze sprzętem
    Twoje rady na pewno mi pomogły i jeśli będę miał problemy to się jeszcze odezwę
    Jeszcze raz dzięki
  • Specjalista elektronik
    Wymiana tranzystora na polowy nie zwiększy wzmocnienia - raczej zmniejszy, bo
    tranzystory polowe mają mniejsze nachylenie charakterystyki, niż bipolarne;
    ograniczeniem jest to, że obciążeniem T3 jest opornik, i tylko duże nachylenie
    charakterystyki daje duże wzmocnienie w pętli, a przez to małą zależność prądu
    od napięcia. Można zwiększyć wzmocnienie zastępując ten opornik źródłem
    prądowym, albo dodając dodatkowy stopień wzmocnienia.

    Załączam cztery układy źródła prądowego:
    1) najprostsze, i bez sterowania;
    2) to samo ze sterowaniem; opornik bocznikujący diody jest potrzebny, żeby w stanie
    wyłączenia prąd zerowy tranzystora NPN nie był wzmacniany przez tranzystor PNP;
    3) zastosowanie źródła z (1) zamiast opornika w twoim układzie;
    4) inna wersja zwiększenia wzmocnienia w twoim układzie; tranzystor NPN spełnia
    funkcję wzmacniacza sygnału sterowania, i wzmacniacza sygnału z tranzystora PNP;
    opornik między bazą a emiterem tranzystora NPN ma przepuścić z 99% prądu
    z PNP, prądy obu mają być zbliżone - wtedy układ daje wzmocnienie napięciowe.
  • Poziom 10  
    Jeszcze raz wielkie dzięki
    Pomoc bardzo mi się przydała :D