Witam kolegów i jest wiele rozwiązań tematów ale jaki był by najlepszy schemat zasilacza z regulacją napięcia np. od 1,25-30V i prądu 10A na LM350, LM317 z zabezpieczeniem zwarciowym z zastosowaniem tranzystora wykonawczego mocy np. KD502, BD249C czy na innym NPN.
I mam propozycję może by tak przerobić układ kolegi krzysztof723 na obciążenie 10A max może jakieś propozycje zmiany przeróbki schematu z pewnością wiele osób tego szuka a jest to bardzo interesujący układ zasilacza lecz do 5A max na LM350.
Ja był bym za bo sam szukam takiego rozwiązania z zabezpieczeniem zwarciowym więc proszę o umieszczenie takiego schematu który pozwoli na zrobienie takiego zasilacza.
Witam kolegów i jest wiele rozwiązań tematów ale jaki był by najlepszy schemat zasilacza z regulacją napięcia np. od 1,25-30V i prądu 10A na LM350, LM317 z zabezpieczeniem zwarciowym z zastosowaniem tranzystora wykonawczego mocy np. KD502, BD249C czy na innym NPN.
I mam propozycję może by tak przerobić układ kolegi krzysztof723 na obciążenie 10A max może jakieś propozycje zmiany przeróbki schematu z pewnością wiele osób tego szuka a jest to bardzo interesujący układ zasilacza lecz do 5A max na LM350.
Ja był bym za bo sam szukam takiego rozwiązania z zabezpieczeniem zwarciowym więc proszę o umieszczenie takiego schematu który pozwoli na zrobienie takiego zasilacza.
Pozdrawiam
W/w zasilaczu (z LM350) maksymalną wartość prądu wyjściowego - 3A - determinuje tam zastosowany stabilizator typu LM350, a wejściowe tranzystory zmniejszają straty mocy w LM350 oraz ograniczają maksymalną wartość prądu, więc trzeba poszukać inny schemat.
Witam ponownie i dziękuję za bdb. odpowiedź i umieszczam następny schemat wzięty z zasilacza kitu AVT2462 i jest już podobny temat ale nie co do regulacji napięcia od praktycznie ,,0" może jakiś dobry pomysł by zrobić regulację napięcia od np. 2.5V - 32V pozostawiając obciążenie 10A i wyżej oraz zabezpieczenie zwarciowe bez zmian. Choć autor projektu podaje wskazówki zmian ale coś ponoć trzeba jeszcze usprawnić.
Podaję dokładny opis układu:
Możliwości zmian tylko dla dociekliwych i zaawansowanych
Moc i napięcie wtórne transformatora wyznaczają podstawowe parametry zasilacza.
W zasilaczu można wykorzystać dowolny transformator, jednak napięcie występujące na kondensatorze C3 nie może przekraczać 36V. Bo kondensatory C3, C4 muszą mieć wtedy odpowiednie napięcie nominalne;
Należy też wykorzystać tranzystory BC547/557 o napięciu pracy 45V. Napięcie na kondensatorze C3 nie może być wyższe niż 36V ze względu na układ TL431 (D2) i wzmacniacz TL071 (U1). Rezystory R13 i R14 wyznaczają zakres regulacji napięcia w układzie modelu potrzebne są napięcia 10...20V. Kto chciałby poszerzyć zakres regulacji, może zmniejszać ich wartość (R13: 0...10kΩ; R14: 820Ω...3,3kΩ). Teoretycznie może on wynosić 2,5....32V (P1=10kΩ, R13−zwora, R14=820Ω), jednak ze względu na właściwości kostki TL431 uzyskanie najniższych napięć w zakresie 2,5...3V może być utrudnione.
W roli T8 zamiast darlingtona PNP można zastosować MOSFET-a P. Ma to swoje zalety i wady.
MOSFET−y P odpowiednio dużej mocy są trudne do zdobycia, po drugie do
otwarcia MOSFET−a wymagane jest napięcie UGS rzędu 4...6V, co wręcz uniemożliwi
uzyskanie na wyjściu napięć w zakresie 2,5...6,5V. Dlatego należy pozostać raczej
przy darlingtonie.
Kto chce, we własnym zakresie może zmodyfikować wartości elementów ogranicznika prądowego R10, PR4, R11, co umożliwi regulację maksymalnego prądu. Wypadkowa rezystancja R10, PR4, R11 i R12 powinna wynosić 10kΩ±1kΩ. W najprostszym przypadku
R10, R11 można zastąpić zworami i usunąć R12 – wystarczy PR4 o wartości 10kΩ.
Ponieważ na emiterze T2 podczas normalnej pracy panuje napięcie 2,495V, próg ograniczania na pewno nie może być mniejszy niż 3,1A, a ze względu na działanie obwodu pomiaru prądu nie może być mniejszy niż 5...6A.
W modelu pierwotnie planowano ustawić stałą wartość ograniczenia prądowego na 7A, jednak podczas prób okazało się, że zasilacz może dostarczyć nawet 10A prądu, dlatego ostatecznie zdecydowano się na wartości R10, R11, PR4 podane na schemacie.
Można stwierdzić, że układ stara się utrzymać napięcie Uref równe 2,495V, a tym samym, co ważniejsze, także napięcie wyjściowe wyznaczone przez stosunek podziału napięcia przez potencjometr.
Kluczowym elementem jest tu znany od lat i popularny układ scalony TL431, nazywany też programowaną diodą Zenera.
Działanie kostki TL431 jest bardzo proste. Jeśli napięcie między nóżkami 1, 2 jest mniejsze od 2,495V, przez „diodę Zenera“ praktycznie nie płynie prąd (nóżki 3,2). Jeśli napięcie to byłoby większe niż 2,495V, przez „diodę“ popłynie znaczny prąd. W ten sposób układ TL431 jednocześnie pełni rolę precyzyjnego
źródła napięcia odniesienia (2,495V±50mV 50ppm/K) oraz wzmacniacza operacyjnego.
Jeśli na przykład przez chwilę napięcie wyjściowe jest małe i napięcie Uref jest
mniejsze niż 2,495V, przez układ TL431 praktycznie nie płynie prąd. Prąd płynie natomiast przez rezystor R3, obwód baza−emiter T1, R1. Tranzystor T1 jest otwarty i płynie przezeń prąd. Jest to głównie prąd bazy tranzystora TA. TA zostaje otwarty i napięcie wyjściowe rośnie. Jeśli wzrośnie tak, że przez chwilę napięcie Uref będzie większe niż 2,495V, przez układ TL431 popłynie
prąd. Można powiedzieć, że układ ten zabierze cały prąd płynący przez R3 i na bazie T1 napięcie wyniesie około 2V (napięcie to nie spadnie do zera – wynika to z właściwości kostki TL0431). Ponieważ w obwodzie emitera umieszczona jest dioda LED, więc przy napięciu na bazie, wynoszącym 2V, tranzystor T1 zostanie zatkany. Oznacza to, że przestanie płynąć prąd bazy TA i tranzystor ten zostanie zatkany, powodując spadek napięcia wyjściowego.
Nie wspomniałem że, układ zasilacza jest w sumie zadziwiająco prosty.
Rysunek 1
pokazuje wersję minimalną stabilizatora.
W czasie normalnej pracy ustali się stan równowagi, gdy układ TL431 będzie przewodził pewien prąd. Tranzystor T1 też będzie przewodził jakiś niewielki prąd. Warto zwrócić uwagę, że prąd ten będzie wprost proporcjonalny do prądu wyjściowego, płynącego przez tranzystor TA – przecież prąd T1 to praktycznie prąd bazy TA (pomijając niewielki prąd płynący przez R2).
Oznacza to, że jasność diody LED D1 będzie tym większa, im większy będzie prąd wyjściowy. Dioda ta pełni więc rolę wskaźnika prądu wyjściowego.
Jeśli taki stabilizator ma pracować przy dużych prądach, tranzystor TA musi być „darlingtonem mocy“ o wzmocnieniu rzędu 1000, a nie zwykłym, pojedynczym tranzystorem mocy o wzmocnieniu rzędu 20...50.
Kondensator o niewielkiej pojemności 100pF...10nF zapobiega samowzbudzeniu.
Taka wersja minimalna może się okazać przydatna w praktyce, warto jednak dodać trochę elementów i zrealizować szereg dodatkowych, pożytecznych funkcji.
Większość prostych zasilaczy nie ma wskaźników napięcia ani prądu. Wspomniana dioda LED jest orientacyjnym wskaźnikiem prądu wyjściowego, ale jej praktyczna
przydatność jest ograniczona.
Tymczasem w wielu przypadkach, także w docelowym
zastosowaniu opisywanego zasilacza, informacja o poborze prądu jest bardzo ważna, niekiedy wręcz kluczowa. Potrzebny jest dokładny wskaźnik napięcia i prądu.
Ponieważ z założenia zasilacz miał być niedrogi, w opisywanym układzie dodano obwody, pozwalające odczytać zarówno napięcie, jak i prąd za pomocą zewnętrznego woltomierza. Rysunek 2 pokazuje niecodzienny obwód pomiaru napięcia i prądu za pomocą tego samego woltomierza.
W pozycji U przełącznika S1 woltomierz mierzy po prostu napięcie
wyjściowe. Natomiast w pozycji I, dzięki układowi ze wzmacniaczem operacyjnym
U1, mierzy prąd, przy czym 1 wolt napięcia odpowiada 1 amperowi prądu.
Przepływający przez tranzystor TA i rezystor Rs prąd wyjściowy wywołuje niewielki spadek napięcia na rezystorze Rs. Wzmacniacz z tranzystorem TB pracuje jako źródło prądowe.
Prąd kolektora tranzystora TB (pomijając prąd bazy) jest równy prądowi płynącemu przez rezystor RB. Prąd ten jest wprost proporcjonalny do napięcia na rezystorze Rs, ponieważ w takim układzie pracy napięcia na rezystorach Rs i RB są równe.
Wynika to z zasady pracy wzmacniacza operacyjnego w którym napięcie między obydwoma wejściami jest praktycznie równe zeru. Na rysunku 2 pokazano sytuację, gdy prąd wyjściowy ma wartość 10A. Rezystory RB, RC są tak dobrane, że na rezystorze RC napięcie wynosi 10V. Oznacza to, że wartość prądu
można odczytać na tym samym woltomierzu, co wartość napięcia wyjściowego i to bez zmiany zakresu!.
Napięcie z rezystora RC może być w prosty sposób wykorzystane w obwodzie ogranicznika prądu. Wtedy przy zwarciu czy przeciążeniu prąd zostanie ograniczony do nastawionej wartości.
Dobry zasilacz powinien też być wyposażony z obwody sygnalizujące brak stabilizacji. Taka sytuacja może się zdarzyć przy nastawieniu napięcia na maksymalną wartość i przy próbie pobrania zbyt dużego prądu. Jeśli napięcie wejściowe zanadto się obniży, stabilizator przestanie pełnić swą funkcję. Do
prawidłowego działania każdego stabilizatora wymagana jest określona różnica napięć między wejściem a wyjściem.
W opisywanym układzie, jeśli ta różnica napięć będzie
zbyt mała, odezwie się brzęczyk. Rysunek 3 ilustruje wykorzystaną koncepcję. Przy prawidłowej pracy napięcie między emiterem a kolektorem tranzystora TA jest większe niż, powiedzmy 3V. Dzielnik R4, R5 jest tak do−
brany, żeby przy napięciu UT większym niż 3V tranzystor T3 był otwarty, a T4 zamknięty. Gdy napięcie na tranzystorze TA zmniejszy się poniżej 3V, tranzystor T3 przestanie przewodzić, co będzie oznaczać otwarcie T4 i uruchomienie brzęczyka.
Opis układu
Schemat ideowy kompletnego zasilacza umieściłem na początku nad wykazem elementów który jest pokazany na rysunku jako 4. Nietrudno na nim
zlokalizować główne bloki, pokazane na rysunkach 1...3, niemniej kilka spraw wymaga komentarza. Kondensator C2 o pojemności 100...150pF okazał się niezbędny, by uniknąć samowzbudzenia układu, który zawiera elementy o dużym wzmocnieniu (D2 i T8). W modelu wykorzystano typowy “toroid” 200W 17V, więc napięcie po wyprostowaniu wynosi około 25V. Do filtrowania wykorzystano cztery połączone równolegle kondensatory 10000μF/25V, a tranzystory są typu BC548/558 o dopuszczalnym napięciu pracy wynoszącym 25V. Można wykorzystać dowolny mostek prostowniczy o prądzie
15...25A i napięciu od 35V.
Wzmacniacz operacyjny TL071 (U1) ma końcówki do korekcji wejściowego napięcia niezrównoważenia, co zapewnia wysoką precyzję obwodu pomiaru także przy bardzo małych prądach wyjściowych. Zastosowano dwa tranzystory T6, T7 w układzie Darlingtona oraz rezystor R9 i potencjometr PR2 zamiast jednego rezystora (500Ω), co dodatkowo zwiększa precyzję układu pomiaru prądu.
Obwód R10, PR4, R11, T2, R8, T5 to regulowany ogranicznik prądu do wartości 9...11A. Potencjometr PR4 jest tak ustawiony, że przy wzroście prądu i napięcia na R12 powyżej ustawionej wartości, zaczyna przewodzić tranzystor T2. Już niewielki prąd płynący przez T2 otworzy T5 i uruchomi brzęczyk.
Prąd ten podnosi także napięcie na nóżce 1 układu D2, a tym samym zmniejsza napięcie wyjściowe i ogranicza prąd. Wypadkowa rezystancja R12, R10, PR4,
R11 powinna wynosić 10kΩ, bo wtedy wskazania obwodu pomiaru prądu będą prawidłowe. Drobne odchyłki od tej wartości zostaną skorygowane przy regulacji PR2.
W pierwotnej wersji rezystor R6 był dołączony do masy (minusa). Podczas prób okazało się jednak, że kilkanaście sekund po wy−
łączeniu zasilania włączał się brzęczyk i wył niemiłosiernie przez kilka minut. Powód był prosty: napięcie na kondensatorze C3 zmniejszało się powoli, w pewnej chwili układ stwierdzał, że napięcie wyjściowe jest mniejsze od ustawionego, zaświecał D1 i, co najgorsze, włączał brzęczyk, który hałasował aż
do całkowitego rozładowania C3, co przy pojemności 40000μF trwało bardzo długo. Jedynym ratunkiem było szybkie rozładowanie
C3, choćby przez zwarcie zacisków wyjściowych, co niewątpliwie nie jest zabiegiem eleganckim.
Aby usunąć tę niedogodność, należało albo dodać obwód szybkiego rozładowania
C3 po wyłączeniu napięcia sieci, albo dodać obwód wyłączający brzęczyk po odłączeniu sieci. Obwód R18, C5, D3 realizuje to drugie zadanie. Jest to prościutki obwód zasilający, dostarczający napięcia tętniącego, ujemnego względem punktu P. Jeśli takie napięcie występuje, możliwe jest otwarcie tranzystora T4 prądem płynącym przez R6 (gdy T3 nie przewodzi). Ze względu na
obecność kondensatora C5, napięcie to występuje tylko wtedy, gdy na wtórnym uzwojeniu transformatora jest przebieg zmienny.
Tym samym po odłączeniu od sieci przez rezystor R6 nie płynie prąd, co uniemożliwia pracę T4 i brzęczyka, niezależnie od napięcia na kondensatorze C3.
Dzielnik napięcia R7, R15 ogranicza głośność brzęczyka. W modelu zastosowano R7 o wartości 1kΩ i zaklejono wylot brzęczyka taśmą klejącą. Wartość R7 można zwiększyć do kilku kiloomów, a w razie potrzeby dodać R15 (330Ω...10kΩ). Kondensator C1 zapewnia płynną pracę brzęczyka i nie jest niezbędny – można go pominąć lub zmniejszyć jego pojemność.
Tranzystor T9, diody D4, D5 i rezystory R20, R19 dodano po testach prototypu i spaleniu dwóch tranzystorów mocy BDW84C. Okazało się bowiem, że układ
ogranicznika prądowego z kostką U1 i tranzystorem T2 nie zabezpiecza w pełni przed zwarciem. Dodatkowy obwód z tranzystorem T9 i rezystorem R19 umożliwił przy okazji uzyskanie charakterystyki typu foldback. Oznacza to, że przy zwarciu czy silnym przeciążeniu następuje dodatkowe ograniczenie prądu. Przykładowo, model pracuje normalnie przy prądach 0...9,9A, natomiast próba dalszego zwiększenia prądu powoduje swego rodzaju zatrzaśnięcie i ograniczenie prądu – prąd zwarciowy wynosi około 6A. Oczywiście przy zwarciu odzywa się brzęczyk. Z analizy układu wynika, że dzieje się to dzięki diodzie D4.
W czasie testów okazało się jednak, że brzęczyk odzywa się podczas zwarcia także przy braku D4. To zagadkowe zjawisko wyjaśniło się po sprawdzeniu przebiegów oscyloskopem – podczas zwarcia w układzie wytwarzają się oscylacje i napięcie na emiterze T2 “w dolinach” powstającego przebiegu zmiennego wynosi około 1V, umożliwiając otwarcie T2 i T5.
Montaż i uruchomienie
Zmontowanie układu na płytce drukowanej, pokazanej na rysunku 5, jest proste. Tak samo regulacja nie sprawi znaczących trudności. Niemniej jednak jest to układ zawierający elementy o dużym wzmocnieniu w którym płyną prądy rzędu 10A, a więc mogą wystąpić znaczne spadki napięć na przewodach. Właśnie ze względu na różne niespodzianki, jakie mogą się ujawnić przy dużych prądach z powodu ewidentnych błędów w montażu, projekt oznaczono dwiema gwiazdkami.
Aby uniknąć takich niespodzianek, kluczowe obwody, gdzie będą płynąć duże prą−
dy, należy wykonać przewodami o przekroju 2,5mm2 lub lepiej jeszcze większym. Wszystkie połączenia powinny być możliwie krótkie.
W wersji podstawowej nie należy montować R12, bo rezystancja R10, R11, PR4 daje w sumie 10kΩ.
Mostek prostowniczy przy dużym prądzie
może się grzać – warto zastosować egzemplarz o większym prądzie nominalnym, mający lepsze warunki chłodzenia, ewentualnie dodać niewielki radiator. Zamiast mostka można zastosować cztery diody Schottkyego o odpowiednim prądzie.
Tranzystor mocy, a właściwie „darlington mocy“ T8 też powinien mieć stosowny radiator – patrz fotografie.
W modelu zastosowano darlington BDW84C w dużej obudowie TO−93, o mocy
ponad 100W i prądzie 15A. Kondensator C4 należy zmontować bezpośrednio na zaciskach wyjściowych, a nie na płytce.
Zmontowany układ trzeba wyregulować. Potencjometr PR1 pozwala ustalić, przy jakim napięciu na tranzystorze T8 włączy się brzęczyk, sygnalizujący brak stabilizacji i przeciążenie. Brzęczyk powinien się odzywać, gdy napięcie na tranzystorze T8 będzie mniejsze niż 2...3V. Posiadacze oscyloskopów obciążą
zasilacz prądem rzędu 5...10A i sprawdzą, kiedy w przebiegu wyjściowym pojawiają się tętnienia, i ustawią PR1, by sygnalizował to niebezpieczeństwo nieco wcześniej. Potencjometr PR1 można też wyregulować bez pomocy oscyloskopu. Bez zewnętrznego obciążenia należy na chwilę odłączyć bazę T8 od punktu
A płytki, natomiast między punkty P, A włączyć dwie połączone szeregowo bateryjki R6 (lub inne źródło napięcia 2...3V), włączyć zasilacz i wyregulować PR1, by brzęczyk był tuż przed progiem włączania. Potem, po dołączeniu bazy T8 do punktu A, należy wyregulować PR3, by przy napięciu wyjściowym 13...16V i braku zewnętrznego obciążenia (I=0A) napięcie na rezystorze R12 (punkty E, O – pomiar prądu) wynosiło 0,1...5mV. Potem do zacisków wyjściowych zasilacza należy dołączyć rezystor obciążenia z włączonym w szereg amperomierzem, by prąd wyjściowy wynosił 5...9A.
Należy wtedy wyregulować PR2, aby wskazanie (w woltach) woltomierza dołączonego do punktów E, O liczbowo odpowiadało wskazaniom amperomierza włączonego w szereg z obciążeniem. Testy modelu wykazały, że po takiej regulacji wskazania układu pomiaru prądu są precyzyjne w pełnym zakresie pomiarowym.
Podczas uruchamiania i testów prototypu wystąpiły pewne problemy, a w celu ich wyeliminowania trzeba było zmienić układ stąd też różnice między modelem a płytką z rysunku 5. Do pierwotnego układu trzeba było dodać kondensator C2 by zwiększyć stabilność i dodać obwód wygaszania brzęczyka R18, C5, D3.
Zmieniono też miejsce włączenia R16,R17, które wcześniej były umieszczone
w obwodzie kolektora T8. W pierwszej wersji prototypu z transformatorem 150W 17V zaobserwowano nieoczekiwanie duży spadek napięcia transformatora pod obciążeniem. Przyczyną była rezystancja uzwojenia transformatora, a głównie fakt, że w układzie z prostownikiem i kondensatorem filtrującym prąd pobierany
jest w postaci krótkich, silnych impulsów.
W związku z tym ostatecznie zastosowano większy transformator (200W 17V). Z tym transformatorem przy napięciu zasilania 224V i napięciu wyjściowym 14,4V uzyskano prąd wyjściowy 10,2A, co znacznie przekraczało postawione na początku założenia.
Przy większych prądach napięcie na C3 zmniejsza się na tyle, że odzywa się brzęczyk Y1 sygnalizując brak stabilizacji, czyli pojawienie się tętnień i obniżenie napięcia poniżej 14,4V.
Zasilacz wykorzystywano także do ładowania akumulatora 12V 80Ah oraz do pracy buforowej z takim akumulatorem. względu na układ TL431 (D2) i wzmacniacz TL071 (U1).
Rezystory R13 i R14 wyznaczają zakres regulacji napięcia − w modelu potrzebne są napięcia 10...20V. Kto chciałby poszerzyć zakres regulacji, może zmniejszać ich wartość (R13: 0...10kΩ; R14: 820Ω...3,3kΩ). Teoretycznie może on wynosić 2,5....32V (P1=10kΩ, R13−zwora, R14=820Ω), jednak ze względu na właściwości kostki TL431 uzyskanie najniższych napięć w zakresie 2,5...3V może być utrudnione.
W roli T8 zamiast darlingtona PNP można zastosować MOSFET−a P. Ma to swoje zalety i wady. MOSFET−y P odpowiednio dużej mocy są trudne do zdobycia, po drugie do otwarcia MOSFET−a wymagane jest napięcie UGS rzędu 4...6V, co wręcz uniemożliwi uzyskanie na wyjściu napięć w zakresie 2,5...6,5V. Dlatego należy pozostać raczej przy darlingtonie.
Kto chce, we własnym zakresie może zmodyfikować wartości elementów ogranicznika prądowego R10, PR4, R11, co umożliwi regulację maksymalnego prądu. Wypadkowa rezystancja R10, PR4, R11 i R12 powinna wynosić 10kΩ±1kΩ. W najprostszym przypadku R10, R11 można zastąpić zworami i usunąć R12 – wystarczy PR4 o wartości 10kΩ.
Ponieważ na emiterze T2 podczas normalnej pracy panuje napięcie 2,495V, próg ograniczania na pewno nie może być mniejszy niż 3,1A, a ze względu na działanie obwodu pomiaru prądu nie może być mniejszy niż 5...6A. W modelu pierwotnie planowano ustawić stałą wartość ograniczenia prądowego na 7A, jednak podczas prób okazało się, że zasilacz może dostarczyć nawet 10A prądu,
dlatego ostatecznie zdecydowano się na wartości R10, R11, PR4 podane na schemacie.
Proszę o opinie i przeróbkę regulacji napięcia jak w/w może ktoś ma lepszy pomysł.
motochrapek w/w schemat nadaje się do zwiększenia wartości maksymalnego prądu obciążenia poprzez dodanie równolegle połączonych tranzystorów N-PN a tworzących z tranzystorem (ze schematu) - T8 - układ Sziklay'ego.
Oczywiście należy zmienić sposób pomiaru prądu płynącego do obciążenia - poprzez włączenie w kolektor równolegle połączonych tranzystorów N-P-N stosownego rezystora - ale i w szereg ich emiterów również należy włączyć rezystory wyrównujące rozpływ prądów pomiędzy poszczególnymi tranzystorami, a połączonymi równolegle.
Witam ponownie i bardzo dziękuję za odpowiedź i wygląda na to z odpowiedzi kolegi wynika że jedynie tu można tylko zwiększyć wartość prądu a co do regulacji napięcia jak autor projektu wspomina w opisie że jest możliwość zmiany regulacji.
W odpowiedzi mam że jedynie zmiana wartości prądu lub źle zrozumiałem ?. Proszę o sprostowanie czy da się czy nie da się zrobić tu regulacji napięcia od 2.5V do 32V ?.
Witam ponownie i bardzo dziękuję za odpowiedź i wygląda na to z odpowiedzi kolegi wynika że jedynie tu można tylko zwiększyć wartość prądu a co do regulacji napięcia jak autor projektu wspomina w opisie że jest możliwość zmiany regulacji.
Wartość prądu można zwiększyć - jak już napisałem - przez dodanie tranzystorów N-P-N - a ograniczenie prądu jest regulowane (nastawiane - patrz opis) za pomocą PR4 w korelacji z odpowiednim rezystorem pomiarowym - R16 i R17 - a którym wspominałem w poprzednim moim tu poście.
Natomiast regulacja napięcia odbywa się za pomocą reostatu (potencjometr z dwoma wyprowadzeniami) P1 - zakres regulacji można zmienić poprzez zmianę rezystorów R14 i R13 w korelacji z P1.
motochrapek wrote:
W odpowiedzi mam że jedynie zmiana wartości prądu lub źle zrozumiałem ?. Proszę o sprostowanie czy da się czy nie da się zrobić tu regulacji napięcia od 2.5V do 32V?.
Da się - patrz wyżej - ale wtedy zamiast tylko potencjometru warto zastosować przełącznik i szereg połączonych szeregowo precyzyjnych rezystorów o wartości jak R14 (nie musi to być 3,3kΩ, ale istotne aby miały taką samą wartość, a reostat ma mieć wartość 120% rezystancji jednego z owych rezystorów), a wtedy skok byłby co o 2,5V - przy zwartych rezystorach przełącznika oraz zwartym reostacie.
Dla regulacji skokowej w zakresie 2,5V do 32,5V potrzeba 11 rezystorów (plus jeden) i 12-pozycyjnego przełącznika.
Witam serdecznie i bardzo dziękuję Panu za wyczerpującą odpowiedź jest to bardzo dla mnie cenna porada i przejrzyście to opisano co i jak zrobić super pochwała dla Pana Quarz !!!.
A teraz muszę poszukać gdzieś takiego przełącznika może znajdę a może ma Pan jakiś namiar by kupić !.
Witam ponownie i dziękuję za wskazówki a ja umieszczam jeszcze notę w/w opisu oraz inny sposób na regulację napięcia proszę o opinię.
w/g opisu:
Rezystory R13 i R14 wyznaczają zakres regulacji napięcia jak wiadomo w tym modelu nominalnie są potrzebne napięcia 10...20V. Kto chciałby poszerzyć zakres regulacji, może zmniejszać ich wartość (R13: 0...10kΩ; R14: 820Ω...3,3kΩ). Teoretycznie może on wynosić 2,5....32V (P1=10kΩ, R13−zwora, R14=820Ω).
Spróbuję wpierw te rozwiązanie jest prostsze i może będzie trafne ?. Proszę o wypowiedź w tej kwestii.
pozdrawiam
Dodano po 26 [minuty]:
Podaję link do przełącznika obrotowego czy taki może być ?
3.1.18. Zabronione jest publikowanie informacji do źródeł, które po pewnym czasie wygasają (publikowanie odnośników do stron o charakterze krótkotrwałym).
Dar.El
Jest trafne, tylko będziesz miał stosunkowo duże zmiany napięcia przy lekkim ruchu potencjometru. W takim wypadku warto zastanowić się nad potencjometrem wieloobrotowym.
Co do przełącznika, to nie ma blokady i będzie się obracał w koło - z pozycji max do min (i w drugą stronę również) będzie można przejść jednym kliknięciem. Jeżeli Ci to nie przeszkadza, to elektrycznie jest w porządku. Do takiego przełącznika pomyśl o pokrętle, chyba że chcesz się bawić kleszczami, bo palcami może być ciężko obracać
Witam i bardzo dziękuję za odpowiedź koledze tadzikkk i jednak spróbuję mniej rygorystycznemu rozwiązaniu i tu racja lepiej będzie na wieloobrotowym potencjometrze a jeśli coś będzie szwankować to zrobię na przełączniku a co do zrobienia blokady to już nie problem szczegół i jak to przedstawił wcześniej w/w odpowiedzi kolega Quarz .
I naturalne chyba jest że trzeba dać gałeczkę na czonku przełącznika palcem żartujesz i troszkę ci humor dopisuje.
Nawiązując do pytania kolegi motochrapka , czy można zmodyfikować mój schemat zasilacza 3A z udziałem kostki LM350 na zasilacz o wydajności prądowej 10A , to odpowiadam , że można .
Na załączonym rysunku jest przedstawiony schemat zasilacza w uproszczonym układzie o regulowanym napięciu i prądzie wyjściowym w zakresie napięcia od +1,25V do +30V i w zakresie prądu od 1A do 10A .
Projektując tego typu zasilacz miałem na uwadze znaczne zmniejszenie tętnień napięcia na wyjściu zasilacza .
Wyjście zasilacza jest zabezpieczone przed przeciążeniem prądowym i przed zwarciem gniazda wyjściowego do masy .
Przedstawiony układ zasilacza został zbudowany , sprawdzony i jeżeli zostanie wykonany prawidłowo według schematu musi działać , a po uruchomieniu nie wymaga żadnej dodatkowej regulacji i jest natychmiast gotowy do pracy .
Prąd zwarcia gniazda wyjściowego do masy wynosi od 1A do 4,5A w zależności od ustawienia potencjometru liniowego 470 Ohm/A - 0,25W służącego do regulacji ograniczania prądu na wyjściu zasilacza .
Podstawowymi elementami w przedstawionym zasilaczu są trzy połączone równolegle regulowane stabilizatory napięcia dodatniego LM350 , które w takim połączeniu umożliwiają obciążenie wyjścia zasilacza prądem do 10A przy jednoczesnym regulowaniu napięcia wyjściowego w szerokim zakresie .
Już na wstępie wyjaśniam , że rezystory wyrównawcze na wyjściach każdego z połączonych równolegle stabilizatorów LM350 nie są potrzebne i nie powinny być montowane , bo po zainstalowaniu rezystorów o,1 Ohm/5W i obciążeniu wyjścia zasilacza maksymalnym prądem napięcie na wyjściu spadło o kilka volt , nastąpił brak stabilizacji napięcia .
Pojedynczy układ LM350 stabilizuje napięcie wyjściowe w zakresie +1,25...30V przy obciążeniu wyjścia prądem do 3A . Maksymalne napięcie zasilające układ LM350 może wynosić +35V . Maksymalna moc wydzielana w układzie pojedynczego stabilizatora LM350 wynosi 30W . Z tego wynika , że różnica napięcia między wejściem i wyjściem stabilizatora nie może przekraczać 10V , gdyż różnica napięcia większa od podanej powoduje ograniczenie maksymalnego prądu na wyjściu stabilizatora przez uruchomienie ogranicznika napięcia i prądu wbudowanego w strukturę stabilizatora LM350 .
Aby można było bez żadnych problemów obciążyć wyjście połączonych równolegle trzech stabilizatorów LM350 maksymalnym prądem 10A przy minimalnym napięciu wyjściowym zastosowałem w układzie zasilacza prosty stabilizator wstępny o wydajności prądowej 10A , którego zadaniem jest konieczność ograniczenia napięcia na wejściu połączonych równolegle stabilizatorów LM350 do +34,5V oraz automatyczne utrzymywanie niewielkiej różnicy napięcia (około 5V) między wejściem i wyjściem stabilizatorów LM350 przy szerokich zmianach napięcia wyjściowego .
Do regulacji napięcia wyjściowego służy potencjometr liniowy 2,2k/2W . Przez zmianę wartości rezystora 91 Ohm...100 Ohm można ustawić dokładnie maksymalne napięcie wyjściowe +30V .
Do regulacji ograniczania prądu służy potencjometr liniowy 470 Ohm/A-0,25W .
Przy minimalnym napięciu wyjściowym regulacja ograniczania prądu wyjściowego odbywa się przy pełnym (100%) obrocie pokrętła potencjometru . Natomiast przy maksymalnym napięciu wyjściowym regulacja ograniczania prądu odbywa się w połowie (50%) obrotu pokrętła potencjometru .
W zasilaczu zastosowano transformator sieciowy o mocy P=400W z dwoma uzwojeniami wtórnymi 2 x 18...19VAC/10A połączonymi szeregowo .
Aby zmniejszyć moc strat tranzystorów BD249C uzwojenia wtórne transformatora są odpowiednio przełączane w zależności od wielkości napięcia jakie występuje na wyjściu zasilacza w efekcie zostaje zmniejszone lub zwiększone napięcie wejściowe na kolektorach tranzystorów BD249C .
Należy pamiętać o zastosowaniu w zasilaczu układu soft-start.
W zasilaczu zastosowano analogowe mierniki tablicowe , które po podłączeniu na wyjściu zasilacza pełnią rolę amperomierza oraz woltomierza służąc do określania zmian prądu i napięcia .
LM350 nigdy nie rozproszy 30W mocy - z jakimkolwiek radiatorem.
Wg http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS009061.PDF dla obudowy TO-220 (gdyż w obudowie TO-3 od dawna nie jest produkowany) Rthjc =4stC/W, zaś Tjmax=125stC. Łatwo policzyć, że dla idealnego chłodzenia (ciekły azot?) w temp. otoczenia 45stC maksymalna moc to (125-45)/4=20W.
Przy bardzo dużym radiatorze (albo przy dużym z nadmuchem) o Rth=2stC/W moc wyniesie (125-45)/(4+2)=13W.
Nawet zakładając po partyzancku Tjmax=150stC (no bo przecież LM150 tyle ma ), i że trafimy na dobry egzemplarz o Rthjc=3stC/W też nie da rady 30W.
W tym układzie LM350 pracują każdy z prądem 3,3A i z napięciem Uwe-Uwy=5V co oznacza moc strat ok. 16W na każdym LM350 (w krańcowym przypadku). Wymaga to bardzo efektywnego chłodzenia (bardzo duży radiator z nadmuchem i kontrolą temperatury). Praca na granicy bezpieczeństwa, zwłaszcza że i prąd maksymalny przekroczony.
I dziwi mnie informacja, iż rezystory 0,1Ω na wyjściach spowodowały spadek napięcia o kilka V. Przecież 0,1Ω x3,3A=0,33V. Może przyczyna była inna? - np. wzbudzanie się układu? Tym bardziej że producent zaleca takie rozwiązanie (link powyżej - str.8, str.12), z rezystorami , nawet gdzieś widziałem schemat gdzie zalecano użycie jako tych oporników zwykłych przewodów miedzianych. Chociaż moim zdaniem to też partyzantka - psuć dobrą stabilizację opornikami na wyjściu.
Witam kolegów i powiem tak wykonałem jak na początku postu zasilacz do 10A ale z projektu AVT 2462 który opisałem ale po wykonaniu według opisu autora i wykazu elementów, okazało się to wielkim niewypałem szkoda było czasu i kasy a nie wspomnę o elementach które były nie takie jak trzeba już w samym kicie.
Prosiłbym kolegę krzysztof723 o umieszczenie wzorca płytki pod ten zasilacz i proszę o fotkę wykonania jak działa ale spróbuję wykonać i zobaczyć czy będzie działać jak należy a obciążenie nie jest mi potrzebne non stop jedynie chwilowe do 10A więc wystarczyłby i ten projekt jak dla mnie.
Lub proszę o wstawienie konkretnego projektu który na 100% jest sprawdzonym i z działającym zasilaczem a z tego co wiem to spora grupa ludzi szuka na elektrodzie i nie tylko ale każdy próbuje różnych rozwiązań lepszych gorszych.
Na wstępie uzupełnię zamieszczony powyżej opis dotyczący mojego projektu zasilacza o wydajności prądowej 10A z udziałem trzech równolegle połączonych stabilizatorów LM350 .
Przedstawiony przeze mnie zasilacz jest w wersji uproszczonej , natomiast jest wersja bardziej rozbudowana wraz z sygnalizacją przeciążenia prądowego i zwarcia gniazda wyjściowego do masy za pomocą diody LED .
Zasilacz posiada zabezpieczenie przeciążeniowe i zabezpieczenie przeciwzwarciowe o tzw. charakterystyce powrotnej czyli z prądem zanikającym (nazwa angielska : foldback) .
Podstawową zasadą działania zabezpieczenia przeciwzwarciowego z prądem zanikającym jest następująca : moc strat tranzystora regulacyjnego przy zwarciu gniazda wyjściowego do masy nie może być większa od mocy strat tranzystora regulacyjnego przy pełnym obciążeniu .
W przypadku przedstawionego zasilacza taka zasada funkcjonuje , np. po przekroczeniu ustalonego prądu obciążenia 10A ogranicznik prądu obniża prąd na wyjściu zasilacza do 4A .
W zasilaczu pracują stabilizatory LM350T w obudowie TO-220 .
Tranzystory BD249C wraz ze stabilizatorami LM350T można umieścić wspólnie na jednym dużym , jednostronnie żebrowanym radiatorze . Trzeba pamiętać o izolacyjnych podkładkach mikowych lub silikonowych pod tranzystory BD249C .
Przy ciągłym obciążeniu wyjścia zasilacza maksymalnym prądem 10A tranzystory BD249C i stabilizatory LM350T wymagają po za radiatorem stosowania dodatkowego chłodzenia wymuszonym obiegiem powietrza za pomocą
przymocowanych do radiatora wentylatorów . Dodatkowo na tylnej ściance obudowy zasilacza należy umieścić wentylator , który będzie wyciągał ciepłe powietrze nagromadzone wewnątrz obudowy .
Tranzystor BD911 należy umieścić na niewielkim oddzielnym radiatorze .
Mostek prostowniczy jest typu KBPC1506 (15A/600V) lub podobny .
A teraz odniosę się do komentarza kolegi trymer01 , bo to , co napisał dotyczy mojego układu zasilacza oraz mojej wypowiedzi na ten temat .
Ja wychodzę z takiego założenia , że nigdy nie można mówić nigdy .
Stabilizatory LM350 podczas użytkowania są powiedziałbym najbardziej przyjaznymi stabilizatorami z serii stabilizatorów liniowych regulowanych LM..., w porównaniu np. do takich stabilizatorów jak LM338 :
- przede wszystkim posiadają optymalną i rzeczywistą wydajność prądową 3A z bardzo dobrą stabilnością napięcia,
- mają wbudowany skuteczny ogranicznik prądowy blokujący wyjście stabilizatora , gdy prąd obciążenia przekroczy niewiele ponad 4A ,
- posiadają ogranicznik prądu i napięcia , gdy różnica napięcia między wejściem , a wyjściem stabilizatora przekroczy znacznie ustaloną normę ,
- mają skuteczne zabezpieczenie przeciwzwarciowe i mogą w takim stanie wytrzymać dosyć długo przy zachowaniu odpowiedniej różnicy napięcia między wejściem , a wyjściem , co oczywiście wiąże się z ustaloną katalogowo mocą
strat stabilizatora
- posiadają wbudowany układ termiczny ograniczający napięcie i prąd po przekroczeniu bezpiecznej temperatury struktury stabilizatora podczas np. długotrwałego zwarcia wyjścia .
Podczas budowy zasilacza z udziałem stabilizatorów LM350T kierowałem się właśnie tym podanymi powyżej podstawowymi cechami jakie posiadają te stabilizatory .
Kolega trymer01 teoretycznie dowodzi , że zastosowane w moim projekcie zasilacza stabilizatory LM350T będę pracowały "w krańcowym przypadku" "na granicy bezpieczeństwa" , a tak w ogóle , aby mogły swobodnie pracować to
do chłodzenia trzeba użyć "ciekłego azotu"...
Przedstawiane przez kolegę wyliczenia świadczą jednak o tym , że praca stabilizatorów LM350T w moim układzie zasilacza będzie odbywała się w warunkach odpowiadających normom katalogowym , bo według tych wyliczeń moc strat każdego z trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T wynosi 16W...
W nocie katalogowej załączonej przez kolegę na stronie 3 pod tabelką w uwadze 2 jest zaznaczone , ze stabilizator LM350K w obudowie TO-3 rozproszy 30W mocy , a stabilizator LM350T w obudowie TO-220 rozproszy 25W mocy..., a taka strata mocy jest gwarantowana przy różnicy napięcia 15V między wejściem , a wyjściem (dotyczy LM350K) , to tyle teorii , a teraz , jak to wygląda w praktyce .
Żeby wykazać , ze nie jest tak strasznie jak , to przedstawia kolega trymer01 przymocowałem trzy stabilizatory LM350T (każdy innego producenta) do trzech niewielkich radiatorów jednostronnie żebrowanych , poczernionych o wym. 50mm x 50mm x 25mm !!! (takie miałem pod ręką) . Radiatory ze stabilizatorami zostały ułożone jeden na drugim tworząc w ten sposób coś w rodzaju kostki sześcianu .
Do wejścia trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T zostało doprowadzone napięcie stabilizowane +20V z zasilacza o wydajności prądowej 10A z ustawionym napięciem na wyjściu stabilizatorów +5V . W takim przypadku
różnica napięcia między wejściem , a wyjściem stabilizatorów wynosiła 15V . Po obciążeniu wyjścia stabilizatorów prądem 10A zimne stabilizatory przez krótką chwilę wytrzymały to obciążenie , a następnie wartość prądu powoli spadała przy równocześnie wzrastającej temperaturze radiatorów , aby przy temp.
radiatorów +70 st.C ustalić się na poziomie 5A (zadziałały wewnętrzne obwody ochronne stabilizatorów) .
W takich ekstremalnych warunkach (małe radiatory , wysoka temperatura radiatorów +70 st.C , brak dodatkowego chłodzenia wentylatorem , duża różnica napięcia 15V między wejściem , a wyjściem) trzy połączone równolegle
stabilizatory LM350T nie uległy uszkodzeniu , a przecież moc strat każdego z nich wynosiła początkowo 15 x 3,33A = 49,95W !!! , a później 15 x 1,65A = 24,75W ...
I teraz najważniejsza rzecz...
Następną próbę z trzema równolegle połączonymi stabilizatorami LM350T przeprowadziłem w warunkach , jakie występują w zaprezentowanym przeze mnie układzie zasilacza , czyli doprowadziłem do wejścia stabilizatorów napięcie +10V o wydajności prądowej 10A z ustawionym napięciem na wyjściu stabilizatorów +5V . Różnica napięcia między wejściem , a wyjściem stabilizatorów wynosiła w tym przypadku 5V.
Zastosowałem dodatkowe chłodzenie wentylatorem . Obok radiatorów ustawiłem wentylator o wym. 80mm x 80mm x 25mm o mocy P=1,92W (DC12V x 0,16A = 1,92W) z bezpośrednim nadmuchem powietrza na te radiatory .
Po 10 minutach obciążenia wyjścia trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T prądem 10A temperatura radiatorów z przymocowanymi do nich stabilizatorami ustaliła się i na poziomie 37...38 st.C i taka pozostała przez następne 60 minut przy ciągłym obciążeniu wyjścia prądem 10A...
Powtórzyłem próbę przy ustawionym napięciu na wejściu stabilizatorów +20V i ustawionym napięciu na wyjściu stabilizatorów +15V z prądem obciążenia 10A . Temperatura radiatorów ustaliła się na poziomie 40...41 st.C i taka pozostała przez kolejne 40 minut przy ciągłym obciążeniu wyjścia prądem 10A...
A więc w zaprezentowanym przeze mnie układzie zasilacza trzy połączone równolegle stabilizatory LM350T nie będą pracowały "w krańcowym przypadku" "na granicy bezpieczeństwa" i na pewno nie wymagają chłodzenia "ciekłym azotem"...,, ale przy odpowiednio dużym radiatorze i wydajnych wentylatorach o mocy P=2...5W oraz różnicy napięcia między wejściem , a wyjściem 5V będą mogły pracować efektywnie bez większych problemów .
Witam moim zdaniem jest to pierwszy bdb. projekt zasilacza kolegi krzysztof723 na elektrodzie który robi wrażenie i jest wszystko ładnie opisane i wytłumaczone co i jak a przecież o to, tu chodzi ja zabieram się do roboty i zrobię ten zasilacz tylko brakuje jeszcze tu wzorca płytki może kolega by umieścił wskazane było by.
Na początek powiem tak: nie obrażaj się - bo to czytam z tonu Twojego posta.
Krytyka to dobra rzecz, przyjmij ją "na klatę", dyskutujmy rzeczowo i bez emocji.
Twoje zasilacze (a przeglądając forum znalazłem jeszcze jeden czy dwa) są ciekawe - głównie od strony edukacyjnej. Młodzi adepci mogą się na nich wiele nauczyć. Ale też są przykładem jak można w zwiększaniu wydajności zabrnąć w ślepą uliczkę trzymając się kurczowo pewnych rozwiązań przeznaczonych do mniejszych prądów.
Takie rozwiązania są dobre dla prądów 1A, nawet 3A. Powyżej 5A tracą sens i jest to konstruowanie grzejników - drogich, skomplikowanych i awaryjnych jak na grzejnik.
Dla liniowej stabilizacji takich prądów jedynym rozwiązaniem jest preregulator, np. w postaci przełączanych uzwojeń transformatora. I dowodem na to jest fakt, że wszystkie zasilacze fabryczne taki preregulator wykorzystują, nie spotkałem się natomiast z takim jak Twój zasilaczem fabrycznym.
krzysztof723 wrote:
Stabilizatory LM350 podczas użytkowania są powiedziałbym najbardziej przyjaznymi stabilizatorami z serii stabilizatorów liniowych regulowanych LM..., w porównaniu np. do takich stabilizatorów jak LM338 :
- przede wszystkim posiadają optymalną i rzeczywistą wydajność prądową 3A z bardzo dobrą stabilnością napięcia,
- mają wbudowany skuteczny ogranicznik prądowy blokujący wyjście stabilizatora , gdy prąd obciążenia przekroczy niewiele ponad 4A ,
- posiadają ogranicznik prądu i napięcia , gdy różnica napięcia między wejściem , a wyjściem stabilizatora przekroczy znacznie ustaloną normę ,
- mają skuteczne zabezpieczenie przeciwzwarciowe i mogą w takim stanie wytrzymać dosyć długo przy zachowaniu odpowiedniej różnicy napięcia między wejściem , a wyjściem , co oczywiście wiąże się z ustaloną katalogowo mocą
strat stabilizatora
- posiadają wbudowany układ termiczny ograniczający napięcie i prąd po przekroczeniu bezpiecznej temperatury struktury stabilizatora podczas np. długotrwałego zwarcia wyjścia .
LM338, LM317 itp mają te same funkcje i zabezpieczenia, jedyna różnica w wartościach prądów maksymalnych.
krzysztof723 wrote:
Kolega trymer01 teoretycznie dowodzi , że zastosowane w moim projekcie zasilacza stabilizatory LM350T będę pracowały "w krańcowym przypadku" "na granicy bezpieczeństwa" , a tak w ogóle , aby mogły swobodnie pracować to
do chłodzenia trzeba użyć "ciekłego azotu"...
Nic podobnego.
Proszę czytać ze zrozumieniem. Pisałem o ciekłym azocie
trymer01 wrote:
LM350 nigdy nie rozproszy 30W mocy - z jakimkolwiek radiatorem.
Wg http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS009061.PDF dla obudowy TO-220 (gdyż w obudowie TO-3 od dawna nie jest produkowany) Rthjc =4stC/W, zaś Tjmax=125stC. Łatwo policzyć, że dla idealnego chłodzenia (ciekły azot?) w temp. otoczenia 45stC maksymalna moc to (125-45)/4=20W.
tylko jako o przykładzie idealnego chłodzenia czyli dla Rthra=0.
Proszę nie przypisywać mi zdań, których nie wypowiedziałem, ani nie przekręcać ich.
krzysztof723 wrote:
Przedstawiane przez kolegę wyliczenia świadczą jednak o tym , że praca stabilizatorów LM350T w moim układzie zasilacza będzie odbywała się w warunkach odpowiadających normom katalogowym , bo według tych wyliczeń moc strat każdego z trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T wynosi 16W...
LM-y pracują w tym układzie poza warunkami katalogowymi. Prąd jest przekroczony, wprawdzie tylko o 10% - ale jest. To jest fakt - czy będziemy spierać się o fakty?
A co to za argument iż 16W mocy to norma katalogowa?
Co do mocy nie istnieje ograniczenie, tylko co do temperatury. Można tracić na LM350 nawet 40W mocy - w temp otoczenia -40stC, stosując chłodzenie wodne albo ciekłym azotem tak, aby nie przekroczyć temperatury złącza Tj=125 stC.
krzysztof723 wrote:
W nocie katalogowej załączonej przez kolegę na stronie 3 pod tabelką w uwadze 2 jest zaznaczone , ze stabilizator LM350K w obudowie TO-3 rozproszy 30W mocy , a stabilizator LM350T w obudowie TO-220 rozproszy 25W mocy..., a taka strata mocy jest gwarantowana przy różnicy napięcia 15V między wejściem , a wyjściem (dotyczy LM350K) , to tyle teorii , a teraz , jak to wygląda w praktyce .
Kolega jest w grubym błędzie.
Ta notka (note 2) odnosi się tylko do nagłówka tabeli parametrów i mówi dla jakich warunków te parametry tam podane obowiązują. Absolutnie nie znaczy to, że LM350 w obudowie TO-220 może rozproszyć 25W - bo to jest możliwe tylko w określonych warunkach (jak piszę wyżej - super chłodzenie w niskiej Ta).
Jak można mówić coś takiego? - przecież moc rozpraszana zależy od chłodzenia, a w tej notce nie ma o tym ani słowa. Więc może bez radiatora da radę 25W? - a jeśli potrzebny radiator to jaki?
Polecam zaznajomienie się z podstawami techniki cieplej półprzewodników. Podstawa to wzór na moc rozpraszaną/rezystancję termiczną radiatora: Pmax=(Tjmax-Tamax)/(Rthjc+Rthcr+Rthra)
Wprawdzie National Semiconductor w tym datasheet nie podaje tego wzoru, ale wszyscy producenci i konstruktorzy z niego korzystają - to jak prawo Ohma, ale dla ciepła w tanzystorach, diodach, ukł. scalonych itp. Np. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm117.pdf str.10-11.
krzysztof723 wrote:
Żeby wykazać , ze nie jest tak strasznie jak , to przedstawia kolega trymer01 przymocowałem trzy stabilizatory LM350T (każdy innego producenta) do trzech niewielkich radiatorów jednostronnie żebrowanych , poczernionych o wym. 50mm x 50mm x 25mm !!! (takie miałem pod ręką) . Radiatory ze stabilizatorami zostały ułożone jeden na drugim tworząc w ten sposób coś w rodzaju kostki sześcianu .
...
trzy połączone równolegle
stabilizatory LM350T nie uległy uszkodzeniu , a przecież moc strat każdego z nich wynosiła początkowo 15 x 3,33A = 49,95W !!! , a później 15 x 1,65A = 24,75W ...
A co w tym dziwnego? - zadziałały ograniczenia prądowe (Uwe-Uwe=15V) oraz temperaturowe.
Takie próby nie świadczą o niczym. Skąd wiesz ile wynosiła Tj wówczas? - i jak długo LM działałby z tą temperaturą?
Ładnych kilka lat temu, zainspirowany wiadomościami z sieci wysterowałem 2N3055 (stare zapasy, bodajże f-my SGS-ATES) tak że parzył i zwiększałem mu prąd. Tak, da się na nim topić cynę. Na pewno Tj wynosiła ponad 250 stC (a katalogowo Tjmax=200stC) - ile by tak popracował? - godzinę, tydzień? Tę krótką próbę przeżył bez szwanku. Podobnie jak i Twoje LM-y. Zwróć uwagę na to, że te LM-y można bardziej przeciążać cieplnie niż np. tego 2N3055. Jeśli ja tego 2N zagrzałem do 250stC, to przekroczyłem katalogowe Tjmax o 50stC. W LM-ie gdy Tj=200stC nic mu się w krótkim czasie i w bezruchu dziać nie powinno - a "podkręciłeś" go o 75stC.
krzysztof723 wrote:
Następną próbę z trzema równolegle połączonymi stabilizatorami LM350T przeprowadziłem w warunkach , jakie występują w zaprezentowanym przeze mnie układzie zasilacza , czyli doprowadziłem do wejścia stabilizatorów napięcie +10V o wydajności prądowej 10A z ustawionym napięciem na wyjściu stabilizatorów +5V . Różnica napięcia między wejściem , a wyjściem stabilizatorów wynosiła w tym przypadku 5V.
Zastosowałem dodatkowe chłodzenie wentylatorem . Obok radiatorów ustawiłem wentylator o wym. 80mm x 80mm x 25mm o mocy P=1,92W (DC12V x 0,16A = 1,92W) z bezpośrednim nadmuchem powietrza na te radiatory .
Po 10 minutach obciążenia wyjścia trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T prądem 10A temperatura radiatorów z przymocowanymi do nich stabilizatorami ustaliła się i na poziomie 37...38 st.C i taka pozostała przez następne 60 minut przy ciągłym obciążeniu wyjścia prądem 10A...
Powtórzyłem próbę przy ustawionym napięciu na wejściu stabilizatorów +20V i ustawionym napięciu na wyjściu stabilizatorów +15V z prądem obciążenia 10A . Temperatura radiatorów ustaliła się na poziomie 40...41 st.C i taka pozostała przez kolejne 40 minut przy ciągłym obciążeniu wyjścia prądem 10A...
A więc w zaprezentowanym przeze mnie układzie zasilacza trzy połączone równolegle stabilizatory LM350T nie będą pracowały "w krańcowym przypadku" "na granicy bezpieczeństwa" i na pewno nie wymagają chłodzenia "ciekłym azotem"...,, ale przy odpowiednio dużym radiatorze i wydajnych wentylatorach o mocy P=2...5W oraz różnicy napięcia między wejściem , a wyjściem 5V będą mogły pracować efektywnie bez większych problemów
Kolego, jak piszę wyżej takie próby nie są miarodajne.
Nic tym nie udowodniłeś, katowałeś tylko LM-y.
Bezpiecznie skonstruowany projekt to taki który nie ignoruje danych katalogowych: Pmax=(125-45)/4=20W - to przy idealnym chłodzeniu (nie do wykonania, żebyś nie wiem jak duże zastosował radiator i wentylator).
Czy naprawdę muszę wyjaśniać co to jest "krańcowy przypadek"?
Na schemacie pisze, że jest to zasilacz 1,25-30V/10A, więc wypadałoby abyś zrobił takie próby dla maksymalnego napięcia na wejściu preregulatora i przy minimalnym napięciu wyjściowym czyli 1,25V. I to przy 10A.
Krótkie oszacowanie: przy zasilaniu z 19VAC uzyskasz ok. 25V, co przy Uwy=1,25V da moc strat całkowitą na Twoim preregulatorze i LM-ach (25-1,25)x10A=240W. A będzie jeszcze ciepło z transformatora, z prostownika.
Ponad 250W ciepła z zasilacza? - to jest właśnie grzejnik.
Nie tędy droga - należy przełączać odczepy uzwojenia wtórnego transformatora, ale nie jeden odczep jak u Ciebie ale co najmniej trzy. I do napięć z nich uzyskiwanych dopasować/zaprojektować układ kontroli napięcia/przełączania odczepów tak, aby zawsze różnica napięć Uwe i Uwy stabilizatora była jak najmniejsza. To daje najmniej ciepła, największą sprawność, i tak są robione zasilacze fabryczne. Widziałeś zasilacz fabryczny o prądzie 3A lub większym w którym użyto LM350? Z takim preregulatorem jak Twój? Z LM-ami połączonymi równolegle? - przy okazji, to jest partyzantka takie łaczenie bez rezystorów wyrównawczych. Dlaczego? - pomyśl chwilę, bo mnie się już tłumaczyć nie chce. Pomijając fakt, że nawet z rezystorami wyrównawczymi łączenie równoległe to też partyzantka. Ale czego to producent nie wymyśli aby sprzedać.
Proszę mi wybaczyć , że po tak długim okresie czasu wracam do tematu , ale właśnie brak tego czasu nie pozwalał mi na wcześniejsze odniesienie się do szeregu uwag wniesionych przez kolegę trymer01 dotyczących przedstawionego przeze mnie zasilacza . Po za tym chciałbym dokończyć rozpoczęty temat i wyjaśnić wiele szczegółów związanych z tym prostym zasilaczem .
W zawiązku z tym załączam szczegółowy i obszerny tekst odnoszący się do kluczowych kwestii poruszonych przez kolegę trymer01 oraz moje argumenty uzasadniające prawidłowe funkcjonowanie tego zasilacza .
Zgadzam się z kolegą trymer01 o prawidłowym podejściu do danych katalogowych dotyczących stabilizatora LM350T (obudowa TO-220) , ale nadal twierdzę , że trzy połączone równolegle stabilizatory LM350T mogą pracować w tym zasilaczu bez użycia wody i ciekłego azotu...
Mając na uwadze wątpliwości kolegi trymer01 w związku z połączonymi równolegle trzema stabilizatorami LM350T i zastosowaniem ich w zasilaczu wysoko prądowym , to na stronie 8 i 12 noty katalogowej załączonej przez kolegę trymer01 w poście 13 są pokazane przez producenta dwa schematy zasilaczy o wydajności prądowej 10A z trzema połączonymi równolegle stabilizatorami LM350 . W tych układach zasilaczy podobnie jak i w moim projekcie prąd jest przekroczony o 10%... Wynika z tego , że takie połączenie stabilizatorów w układzie wysoko prądowego zasilacza jest możliwe .
W tej samej nocie katalogowej na str 12 jest załączony przez producenta schemat zasilacza o wydajności prądowej 6A zbudowany w oparciu o dwa połączone równolegle stabilizatory LM350 . Producent w tym układzie nie zastosował na wyjściach stabilizatorów rezystorów wyrównawczych .
I w tym przypadku widać , że stabilizatory LM350 połączone równolegle mogą pracować bez rezystorów wyrównawczych na wyjściach..., a w omawianym zasilaczu brak takich rezystorów absolutnie nie przeszkadza w prawidłowym działaniu tego zasilacza.
Zdaję sobie sprawę z nietypowego rozwiązania konstrukcyjnego całego układu zasilacza , ale to nie znaczy , ze tak zbudowany zasilacz nie może pracować poprawnie . Rzeczywista wydajność prądowa 10A w tym zasilaczu z powodu zastosowania w nim połączonych równolegle trzech stabilizatorów LM350T (obudowa TO-220) może budzić pewne wątpliwości i teoretyczne rozważania o słuszności takiego rozwiązania , ale w praktyce zasilacz ten w takim układzie konstrukcyjnym podczas wielogodzinnych prób potwierdził swoją wysoko prądową wydajność i 100% bezawaryjność .
Stabilizatory LM350T w swojej strukturze ma wiele wbudowanych zabezpieczeń , które zapewniają tym stabilizatorom bezpieczną pracę bez uszkodzeń , a takie właściwości są bardzo pożądane w zasilaczach liniowych i dlatego m.in. stabilizatory te zostały zastosowane w tym zasilaczu. Wykonana z powodzeniem próba trwającą 60 minut ze zwarciem gniazda wyjściowego do masy potwierdziła przydatne właściwości tych stabilizatorów w tym zasilaczu .
Sprawa ciepła i mocy trzech stabilizatorów LM350T jest do opanowania i nie stwarza , jak by się wydawało większych problemów , ale o tym dalej...
Kolega trymer01 skrytykował rozwiązania konstrukcyjne tego zasilacza odwołując się do układów zasilaczy fabrycznych jako przykład prawidłowych konstrukcji .
Ten zasilacz nie jest zasilaczem fabrycznym , jest konstrukcją amatorską , niedrogą , użytkową , najprostszą jaką można wykonać przy zastosowaniu minimalnej ilości elementów o możliwie maksymalnej do uzyskania wydajności prądowej 10A w szerokim możliwym zakresie regulacji napięcia i prądu .
Widziałem zasilacze fabryczne nawet wewnątrz..., ale gdybym chciał zaprojektować i zbudować zasilacz podobny do fabrycznego , to po prostu kupiłbym zasilacz fabryczny , bo po co uprawiać sztukę dla sztuki...
Na rys. 2, 3, są przedstawione schematy zasilacza na LM350T poprawione i uzupełnione o sygnalizator LED przeciążenia prądowego i zwarcia gniazda wyjściowego do masy .
Na rys. 4, 5 są pokazane sposoby umieszczenia w obudowie radiatorów z wentylatorami , gdzie odpowiednio ulokowane wentylatory ułatwiają skuteczne chłodzenie radiatorów i utrzymanie niskiej temperatury otoczenia wewnątrz obudowy.
Natomiast na rys. 6 i 7 przedstawiam schematy drugiego projektu zasilacza liniowego , który na pewno nie wzbudzi tyle kontrowersji i wątpliwości , co zasilacz z trzema stabilizatorami LM350T , a w dodatku pod względem swoich właściwości nawet go przewyższa .
Jest to zasilacz o wydajności prądowej do 12A z płynną regulacją napięcia w zakresie +1,25...30V i płynną regulacją ograniczania prądu w zakresie od 1A do 12A .
Na rys. 8, 9 podobnie , jak poprzednio są pokazane sposoby umieszczenia w obudowie radiatora z wentylatorami dotyczące zasilacza o wydajności prądowej do 12A , gdzie odpowiednio ulokowane wentylatory ułatwiają skuteczne chłodzenie radiatora i utrzymanie niskiej temperatury otoczenia wewnątrz obudowy.
Poniżej przedstawię obliczenia dotyczące radiatorów i warunków chłodzenia trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T i pięciu szeregowych tranzystorów regulacyjnych BD249C w zasilaczu o wydajności prądowej do 10A.
Pierwsze przykłady obliczeń odniosą się do pojedynczego stabilizatora LM350T mającego pracować z mocą strat P=16,65W przy obciążeniu prądem I=3,33A z różnicą napięcia U=Vin-Vout=5V , która to moc w praktycznym wykonaniu przez ten stabilizator była poddawana pod wątpliwość przez kolegę trymer01 .
Otrzymałem sześć Wyników obliczeń , z których pięć wskazuje na możliwość pracy tego stabilizatora z parametrami , jak powyżej bez chłodzenia wodą i ciekłym azotem nie ignorując przy tym danych katalogowych . Nie są to wyniki rewelacyjne , bo stabilizator będzie pracował na granicy swoich temperaturowych możliwości , ale jak zaznaczyłem nie będzie podczas pracy przekraczał ważnego parametru katalogowego jakim jest dopuszczalna temperatura złącza Tjmax=125st.C .
Następne obliczenia będą dotyczyły warunków pracy połączonych równolegle i umieszczonych wspólnie na jednym radiatorze trzech stabilizatorów LM350T oraz pięciu tranzystorów BD249C.
Jeżeli już poświęciłem trochę czasu na wykonanie wielu obliczeń dotyczących warunków pracy stabilizatorów LM350T , to postanowiłem obszernie rozwinąć ten temat i w przystępny sposób przybliżyć go tym , którzy nie orientują się w tym temacie dostatecznie dobrze , aby mogli poznać szerzej to zagadnienie i ewentualnie później wykorzystać podane przykłady do swoich potrzeb .
Przedstawione poniżej przykłady związane z mocą i ciepłem w układach elektronicznych można wykonać w warunkach amatorskich i po zmianie danych mogą być wykorzystane do obliczeń temperatury złącza , rezystancji termicznej radiatora oraz mocy rozpraszanej dla różnego rodzaju pojedynczych elementów półprzewodnikowych takich , jak diody , tranzystory mocy , monolityczne wzmacniacze mocy m.cz , monolityczne stabilizatory , układy scalone.
I. Między złączem półprzewodnika , a otoczeniem występują trzy połączone szeregowo oporności cieplne , które łącznie są określane jako całkowita rezystancja termiczna od złącza do otoczenia o wartości Rthja . Rezystancja termiczna Rthja (ang. Junction ambient) jest sumą tych trzech rezystancji cieplnych i jest wyrażana w stopniach Celsjusza na Wat - st.C/W lub w równoważnych stopniach Kelwina - K/W (trzy rezystancje zawarte w Rthja też są wyrażane w st.C lub w K/W) . Wartość rezystancji Rthja można obliczyć na podstawie wzoru:
II. Rezystancja Rthjc :
- Rthjc = (ang. Junction case) jest to rezystancja termiczna złącze-korpus , czyli inaczej jest, to wewnętrzna oporność termiczna między strukturą krzemową (złączem) , a obudową (korpusem) elementu . Ta rezystancja jest stała i użytkownik nie ma na nią wpływu , a jej wartość jest przeważnie podawana przez producenta w katalogu dla danego półprzewodnika . W przypadku braku danych może być wyznaczona z innych danych katalogowych na podstawie wzoru:
Rthjc = Tjmax - Tc : Pcmax gdzie :
Tjmax - maksymalna dopuszczalna temperatura złącza (dane z katalogu) ,
Pcmax - maksymalna moc strat przy określonej temperaturze korpusu (dane z katalogu) ,
Tc - temperatura korpusu, przy której określono maksymalną moc strat (przeważnie 25 st.C - dane z katalogu).
III. Rezystancja Rthra :
- Rthra = jest to rezystancja termiczna radiator-otoczenie wskazująca na skuteczność odprowadzenia ciepła przez radiator , ale ta rezystancja nie jest stała i zależy od warunków jakie otaczają radiator (np. nadmuch wentylatorem) oraz od rozmiarów powierzchni radiatora , jego kształtu (np. płyta aluminiowa ustawiona pionowo lub kształtownik z ożebrowaniem) , jego barwy (radiator poczerniony ma lepsze właściwości odprowadzania ciepła) oraz z materiału , z jakiego został wykonany radiator (aluminium , miedź , stal) . Tą rezystancję można oblczyć na podstawie wzoru :
Rthra = Rthja - (Rthjc + Rthrc)
Podczas obliczania rezystancji termicznej Rthra potrzebne jest nieraz wykonanie dodatkowego obliczenia w celu określenia nieznanej wartości rezystancji Rthja i wtedy należy skorzystać ze wzoru :
Rthja = (Tjmax - Ta) / Pmax gdzie :
Tjmax - maksymalna dopuszczalna temperatura złącza półprzewodnika
Ta - maksymalna temperatura otoczenia przy której ma pracować półprzewodnik
Pmax - maksymalna moc strat półprzewodnika przy określonej temperaturze otoczenia
IV. Rezystancja Rthrc :
- Rthrc = jest to rezystancja termiczna korpus-radiator , która odnosi się do izolacji galwanicznej między korpusem półprzewodnika , a radiatorem . Wartość tej rezystancji nie jest stała i zmienia się w zależności od rodzaju stosowania podkładek izolujących oraz od stosowania pasty silikonowej . W przybliżeniu wartości tej rezystancji przedstawiają się następująco :
1,0...2,0 st.C/W - przy bezpośrednim przykręceniu półprzewodnika do radiatora ,
0,1...0,3 st.C/W - przy bezpośrednim przykręceniu półprzewodnika do radiatora i zastosowaniu pasty silikonowej,
0,6...2,0 st.C/W - przy zastosowaniu podkładki mikowej (ma znaczenie grubość podkładki) i pasty silikonowej,
0,3...1,0 st.C/W - przy zastosowaniu podkładki silikonowej (ma znaczenie grubość podkładki) i pasty silikonowej.
2,0...2,5 st.C/W - przy zastosowaniu podkładki mikowej bez pasty silikonowej .
V. Po wstępie można przedstawić metody obliczania radiatorów i warunków chłodzenia pojedynczych elementów półprzewodnikowych.
Przyrost temperatury złącza danego półprzewodnika będzie zależny od wartości wydzielanej w nim mocy i od rezystancji termicznej do otoczenia zgodnie z zależnością na podstawie wzoru :
delta T = Pmax x Rthja
Tjmax - Ta = Pmax x Rthja
Korzystając z tego wzoru można wyznaczyć rezystancję termiczną radiatora , maksymalną moc strat i temperaturę złącza danego półprzewodnika :
Wzór na obliczanie rezystancji termicznej radiatora w określonej temperaturze otaczającego powietrza przy maksymalnej mocy strat półprzewodnika :
Rthra = Rthja - (Rthjc + Rthrc)
po rozwinięciu wzoru :
Rthra = [(Tjmax-Ta)/Pmax] - (Rthjc + Rthrc) ,
Wzór na obliczanie maksymalnej mocy rozpraszanej przez półprzewodnik w określonej temperaturze otaczającego powietrza na radiatorze o danej rezystancji :
Pmax = (Tjmax-Ta) / Rthja
po rozwinięciu wzoru :
Pmax = (Tjmax-Ta) / (Rthjc + Rthcr + Rthra)
Wzór na obliczanie temperatury złacza półprzewodnika w określonej temperaturze otaczającego powietrza na radiatorze o danej rezystancji :
Tjmax = Ta + Rthja x Pmax ,
po rozwinięciu wzoru :
Tjmax = Ta + ((Rthjc + Rthcr + Rthra) x Pmax
Wzór na obliczanie płaskiej powierzchni radiatora podawanej w cm2 (blacha) :
S = 1/^T x Rthra gdzie :
Rthra = wartość rezystancji termicznej radiatora ,
^T = (lambda T) = jest to współczynnik wymiany ciepła , wartość tego współczynnika zależy od materiału z jakiego został wykonany radiator i przedstawiana jest tak :
aluminium - ^T = 0,00075,
miedź - ^T = 0,00143,
stal - ^T = 0,00021,
zadaniem jest obliczenie rezystancji termicznej radiatora-Rthra oraz temperatury złącza-Tj dla pojedynczego stabilizatora LM350T (obudowa TO-220) z mocą strat P=16,65W przy obciążeniu prądem I=3,33A z różnicą napięcia Vin-Vout=5V . Stabilizator LM350T jest bezpośrednio przykręcony do radiatora z użyciem pasty silikonowej . Przyjmujemy następujące wartości parametrów danych :
- Tjmax = 125 st.C maksymalna - dopuszczalna temperatura złącza LM350T podana przez producenta w nocie katalogowej,
- Ta = 40 st.C jest to temperatura otoczenia w jakiej ma pracować LM350T (zazwyczaj przyjmuje się temperaturę 30...50 st.C). Temperatura Ta = 40st.C została przyjęta ze względu na dobrą wentylację wnętrza obudowy przy pomocy wentylatora(ów),
- Pmax = 16,65W jest to maksymalna moc strat LM350T wynikajaca z obciążenia prądem I=3,33A oraz z różnicy napięcia U=Vin-Vout=5V i po przeliczeniu wynosi Pmax = 5V x 3,33A = 16,65W,
- Rthrc = 0,1 st.C/W, stabilizator jest bezpośrednio przykręcony do radiatora z użyciem pasty silikonowej.
- Rthjc = 3,0 st.C/W lub Rthjc = 4,0 st.C/W , typowa i maksymalna rezystancja termiczna złącze-korpus podana przez producenta w nocie katalogowej dla stabilizatora LM350T (obudowa TO-220) ,
1) Obliczamy rezystancję Rthjc stabilizatora LM350T. W nocie katalogowej dla LM350T są podane dwie wartości Rthjc : 3,0st.C/W i 4,0st.C/W . Sprawdzimy , którą wartość Rthjc przyjmiemy w dalszych obliczeniach .
Przyjmujemy dane katalogowe :
Tjmax = 125 st.C
Tc = 25 st.C
Pcmax = 25W
Podstawiamy wzór :
Rthjc = Tjmax - Tc / Pcmax
Rthjc = 125 - 25 / 25
Rthjc = 100 / 25 = 4
Rthjc = 4,0 st.C = 4,0K/W
Rezystancja termiczna Rthjc dla stabilizatora LM350T wynosi 4,0K/W . Taka wartość Rthjc będzie podstawiana w dalszych obliczeniach .
Ten sposób obliczeń rezystancji Rthjc nie jest zawsze poprawny i trzeba podchodzić do takich obliczeń z pewnym rozeznaniem . Gdyby trzymać się zasady , że trzeba przyjąć wynik Rthjc z powyżej podstawionego wzoru , a nie z noty katalogowej , to okazałoby się, że w nocie katalogowej National Semiconductor podane wartości Rthjc (Thermal Resistance Junction to Case) dla stabilizatora LM350K (obudowa TO-3) i dla stabilizatora LM150 (obudowa TO-3) są nie prawidłowe...
W nocie katalogowej dla stabilizatora LM350K (obudowa TO-3) jest podana przez producenta rezystancja Rthjc o dwóch wartościach : typowa Rthjc = 1,2st.C/W i maksymalna Rthjc = 1,5st.C/W , ale z obliczenia wynikałoby (przykład obliczenia powyżej z przyjętymi parametrami danych dla stabilizatora LM350K), że rezystancja ta ma wartość Rthjc=3,33 st.C/W...
Podobna sytuacja wyglądałaby ze stabilizatorem LM150 (obudowa TO-3) , gdzie w nocie katalogowej rezystancja Rthjc dla tego stabilizatora jest podana o dwóch wartościach podobnych , jak dla stabilizatora LM350K , a z obliczenia wynika że rezystancja ta powinna mieć wartość Rthjc=4,16st.C/W...
W tych obu przypadkach ma znaczenie rodzaj obudowy TO-3 , gdzie możliwość odprowadzenia ciepła jest skuteczniejsza w obudowie TO-3 (mniejsza wartość Rthja) niż W obudowie TO-220 . Potwierdzają to dane katalogowe , gdzie podana wartość rezystancji złącze-otoczenie (Thermal Resistance, Junction to Ambient) dla stabilizatora LM350K (obudowa TO-3) wynosi Rthja=35st.C/W , a dla stabilizatora LM350T (obudowa TO-220) wynosi Rthja=50st.C/W . Dlatego przy ewentualnym obliczaniu rezystancji Rthjc (gdy nie jest podana przez producenta) trzeba zwrócić uwagę na rodzaj obudowy danego półprzewodnika , gdzie wartość rezystancji termicznej złącze-korpus dla obudowy TO-3 powinna się kształtować w granicach Rthjc=0,7...1,5St.C/W (w starszych typach tranzystorów Rthjc=2,0st.C/W), a dla obudowy TO-220 w granicach Rthjc=1,4...4,0st.C/W .
2) Obliczamy Rthra-rezystancję termiczną radiatora dla pojedynczego stabilizatora LM350T pracującego z mocą strat Pmax=16,65W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C przyjmując w obliczeniu pozostałe parametry danych RThjc=4,0K/W , Rthrc=0,1K/W , Tjmax=125st.C .
Podstawiamy wzór :
Rthra = Rthja - (Rthjc + Rthrc)
Rthra = (Tjmax - Ta)/Pmax - (Rthjc + Rthrc)
Rthra = 125 - 40/16,65 - (4,0 + 0,1)
Rthra = 85/16,65 - (4,0 + 0,1)
Rthra = 5,105 - 4,1 = 1,005 st.C/W = 1,005K/W
Dla stabilizatora LM350T pracującego z mocą strat P=16,65W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C można zastosować radiator o rezystancji termicznej Rthra=1,0K/W . Ta rezystancja Rthra odpowiada radiatorowi jednostronnie żebrowanemu o wym.: szer. profilu 160mm, wys. ożebrowania 40mm, ilość żeber 16, dł. 80mm (poniżej wykaz rezystancji radiatorów i ich wymiary).
3) Sprawdzamy czy stabilizator LM350T może pracować z mocą strat Pmax=16,65W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=1,0K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C przyjmując w obliczeniu pozostałe parametry danych RThjc=4,0st.C/W , Rthrc=0,1K/W , Tjmax=125st.C .
Podstawiamy wzór :
Pmax = Tjmax - Ta / Rthja
Pmax = Tjmax - Ta / (Rthjc + Rthrc + Rthra)
Pmax = 125-40 / (4,0 + 0,1 + 1,0) = 85/5,1 = 16,666W
Stabilizator LM350T może rozproszyć 16,666W mocy przy pomocy radiatora o rezystancji cieplnej Rthra=1,0K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C
4) Obliczamy Tj-temperaturę złącza stabilizatora LM350T pracującego z mocą strat Pmax=16,65W na radiatorze o rezystancji Rthra=1,0K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C przyjmując w obliczeniu pozostałe parametry danych RThjc=4,0st.C/W , Rthrc=0,1K/W .
Podstawiamy podstawowy wzór :
delta T = Pmax x Rthja
Tjmax - Ta = Pmax x Rthja
po przekształceniu :
Tj = Ta + Rthja x Pmax
Tj = Ta + (Rthjc + Rthrc + Rthra) x Pmax
Tj = 40 + (4,0 + 0,1 + 1,0) x 16,65 = 40 + 5,1 x 16,65 = 40 + 84,916 = 124,915 st.C
Temperatura złącza stabilizatora LM350T pracującego z mocą strat P=16,65W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=1,0K/W w temperaturze otoczenia Ta=40 st.C wynosi Tj=124,915 st.C .
Aby uzyskać mniejszą temperaturę złącza należy zmniejszyć wartość rezystancji radiatora np. Rthra=0,6K/W , a to odpowiada radiatorowi jednostronnie żebrowanego o wymiarach : szer. profilu radiatora 160mm, wys. ożebrowania 40mm, ilość żeber 16, dł. 175mm (poniżej wykaz rezystancji radiatorów i ich wymiary).
5) Obliczamy z jaką mocą strat może pracować stabilizator LM350T umieszczony na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,6K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C przyjmując w obliczeniu pozostałe parametry danych RThjc=4,0st.C/W , Rthrc=0,1K/W .
Podstawiamy wzór:
Pmax = (Tjmax - Ta) / Rthja
Pmax = (Tjmax - Ta) / (Rthjc + Rthcr + Rthra)
Pmax = 125-40 / (4,0 + 0,1 + 0,6) = 85/4,7 = 18,085W
Stabilizator LM350T może pracować z mocą strat P=18,085W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,6K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C.
6) Obliczamy Tj-temperaturę złącza stabilizatora LM350T pracującego z mocą strat P=16,65W na radiatorze o rezystancji Rthra=0,6K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C przyjmując w obliczeniu pozostałe parametry danych RThjc=4,0st.C/W , Rthrc=0,1K/W.
Podstawiamy podstawowy wzór :
delta T = Pmax x Rthja
Tjmax - Ta = Pmax x Rthja
po przekształceniu :
Tj = Ta + Rthja x Pmax
Tj = Ta + (Rthjc + Rthrc + Rthra) x Pmax.
Tj = 40 + (4,0 + 0,1 + 0,6) x 16,65 = 40 + 4,7 x 16,65 = 40 + 78,255 = 118,255 st.C
Temperatura złącza stabilizatora LM350T pracującego z mocą strat P=16,65W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,6K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C wynosi Tj=118,26st.C .
Ale teraz wykonamy obliczenia w inny sposób biorąc pod uwagę Tr-temperaturę radiatora i przyjmując rezystancję radiatora Rthra=0,3K/W , co odpowiada radiatorowi jednostronnie żebrowanemu o wym. : szer. profilu radiatora 300mm, wys. ożebrowania 80mm, ilość żeber 23, dł. 100mm (poniżej wykaz rezystancji radiatorów i ich wymiary) . Inne wartości rezystancji termicznej radiatora powyżej Rthra=0,3K/W nie spełniały wymogów katalogowych dotyczących dopuszczalnej temperatury złącza Tjmax=125st.C .
7) Obliczamy Tr-temperaturę radiatora podczas pracy stabilizatora LM350T z mocą strat Pmax=16,65W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,3K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C . .
Podstawiamy wzór :
Tr = Ta + (Pmax x Rthra)
Tr = 40 st.C + (16,65W x 0,3K/W) = 40 + 4,995 = 44,995
Temperatura radiatora o rezystancji termicznej Rthra=0,3K/W przy rozproszeniu 16,65W mocy pracującego stabilizatora LM350T w temperaturze otoczenia Ta=40st.C wynosi Tr=44,995st.C
8) Obliczamy Tj-temperaturę złącza pojedynczego stabilizatora LM350T pracującego z mocą strat Pmax=16,65W na radiatorze o rezystancji Rthra=0,3K/W z temperaturą radiatora Tr=44,995st.C w temperaturze otoczenia Ta=40st.C przyjmując w obliczeniu rezystancję RThjc=4,0st.C/W i Rthrc=0,1K/W .
Podstawiamy wzór:
Tj = Tr + P x (Rthja + Rthrc)
Obliczamy Rthja :
Rthja = Rthjc + Rthrc + Rthra
Rthja = 4,0K/W + 0,1K/W + 0,3K/W = 4,4K/W
Ponownie podstawiamy wzór z obliczoną wartością Rthja = 4,4K/W :
Tj = Tr + P * (Rthja + Rthrc)
Tj = 44,995 + 16,65 x (4,4 + 0,1)
Tj = 44,995 + 16,65 x 4,5
Tj = 44,995 + 74,925 = 119,92
Tj = 119,92 st.C
Temperatura złącza stabilizatora LM350T podczas pracy z mocą strat Pmax=16,65W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,3K/W z temperaturą radiatora Tr=44,995st.C w temperaturze otoczenia Ta=40st,C wynosi Tj=119,92st.C .
Ten wynik także wskazuje na możliwość pracy stabilizatora LM350T z temperaturą złącza Tj=119,92st.C poniżej temperatury dopuszczalnej Tjmax=125st.C przy mocy strat Pmax=16,65W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C. Jednak wielkość powierzchni radiatora stwarza problem konstrukcyjny , bo zastosowanie radiatora o takich dużych wymiarach dla chłodzenia pojedynczego stabilizatora LM350T staje się nie racjonalne .
Radiator o rezystancji Rthra=0,3K/W i wym. szer.profilu 300mm x Wys.ożebrowania 80mm x dł.100mm stosuje się dla półprzewodników przy rozpraszaniu 300W mocy...
Jak nietrudno zauważyć wyniki Tj-temperatury złącza stabilizatora LM350T w ostatnich obliczeniach nie różnią się znacznie , ale różnią się wartości Rthra rezystancji cieplnej zastosowanych radiatorów czyli ich wymiary.
Wrażliwym punktem dla warunków chłodzenia elementów półprzewodnikowych jest rezystancja termiczna złącze-korpus określana jako wartość Rthjc . Ta rezystancja termiczna ma znaczny wpływ na wyniki obliczeń parametrów rezystancji termicznej radiatora-Rthra oraz temperatury złącza-Tj danego półprzewodnika . Czym mniejsza wartość Rthjc tym korzystniejsze parametry warunków pracy dla danego półprzewodnika .
Po wykonaniu obliczenia (pozycja 1) rezystancja termiczna złącze-korpus dla stabilizatora LM350T ma wartość Rthjc=4,0st.C/W . Taka wartość rezystancji została przyjęta w powyższych obliczeniach , ale w nocie katalogowej Firmy National Semiconductor dla stabilizatora LM350T są podane dwie wartości rezystancji Rthjc (Thermal Resistance Junction to Case) : typowa Rthjc=3,0st.C/W i maksymalna Rthjc=4,0st.C/W . Jeżeli producent podaje rezystancję Rthjc o dwóch wartościach , to dlaczego nie wykonać obliczeń przyjmując jedną i drugą wartość rezystancji Rthjc , czyli w dalszych obliczeniach przyjąć rezystancję Rthjc=3,0st.C/W .
Dlatego , aby nie ignorować danych katalogowych, wykonamy kolejne obliczenia z rezystancją Rthjc=3,0st.C/W (wartość z katalogu) dotyczącą pojedynczego stabilizatora LM350T (obudowa TO-220) .
9) Obliczamy Tr-temperaturę radiatora podczas pracy stabilizatora LM350T z mocą strat P=16,65W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,6K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C przyjmując w obliczeniach rezystancję Rthjc=3,0st.C/W .
Podstawiamy wzór :
Tr = Ta + (Pmax x Rthra)
Tr = 40st.C + (16,65W x 0,6K/W) = 40 + 9,99 = 49,99st.C
Temperatura radiatora o rezystancji termicznej Rthra=0,6K/W przy rozproszeniu 16,65W mocy pracującego stabilizatora LM350T w temperaturze otoczenia Tamax=40st.C wynosi Tr=49,99st.C
10) Obliczamy Tj-temperaturę złącza pojedynczego stabilizatora LM350T pracującego z mocą strat Pmax=16,65W na radiatorze o rezystancji Rthra=0,6K/W z temperaturą radiatora Tr=49,99 st.C przyjmując w obliczeniu rezystancję Rthjc=3,0st.C/W oraz rezystancję Rthrc=0,1st.C/W .
Podstawiamy wzór :
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Obliczamy nieznaną Rthja :
Rthja = Rthjc + Rthrc + Rthra
Rthja = 3,0K/W + 0,1K/W + 0,6K/W = 3,7K/W
Ponownie podstawiamy wzór z obliczoną wartością Rthja = 3,7K/W :
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Tj = 49,99 + 16,65 x (3,7 + 0,1)
Tj = 49,99 + 16,65 x 3,8
Tj = 49,99 + 63,27 = 113,26
Tj = 113,26 st.C
Temperatura złącza podczas pracy stabilizatora LM350T z mocą strat Pmax=16,65W na radiatorze o rezystancji termicznej 0,6K/W z temperaturą radiatora Tr=49,99st.C w temperaturze otoczenia Ta=40st.C z przyjętą w obliczeniach rezystancją termiczną Rthjc=3,0st.C/W wynosi Tj=113,26st.C.
Sprawdzimy temperaturę złącza stabilizatora LM350T w temperaturze otoczenia Ta=40st.C z rezystancją Rthjc=3,0st.C.
11) Obliczamy Tj-temperaturę złącza stabilizatora LM350T pracującego z mocą strat Pmax=16,65W na radiatorze o rezystancji Rthra=0,6K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C przyjmując w obliczeniu rezystancję Rthjc=3,0st.C/W oraz rezystancję Rthrc=0,1st.C/W .
Podstawiamy podstawowy wzór :
delta T = Pmax x Rthja
Tjmax - Ta = Pmax x Rthja
po przekształceniu :
Tjmax = Ta + Rthja x Pmax
Tjmax = Ta + (Rthjc + Rthrc + Rthra) x Pmax
Tjmax = 40 + (3,0 + 0,1 + 0,6) x 16,65 = 40 + 3,7 x 16,65 = 40 + 61,60 = 101,60 st.C
Temperatura złącza pojedynczego stabilizatora LM350T pracującego z mocą strat P=16,65W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,6K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C z uwzględnioną w obliczeniach rezystancją Rthjc=3,0K/W wynosi Tj=101,60 st.C...
z powyższych obliczeń uzyskaliśmy sześć następujących wyników temperatury złącza stabilizatora LM350T :
-Tj=124,91 st.C przy Rthra=1,0K/W z przyjętą Rthjc=4,0 st.C/W
-Tj=118,26 st.C przy Rthra=o,6K/W z przyjętą Rthjc=4,0 st.C/W
-Tj=119,92 st.C przy Rthra=0,3K/W z przyjętą Rthjc=4,0 st.C/W
-Tj=113,26 st.C przy Rthra=0,6K/W z przyjętą Rthjc=3,0 st.C/W
-Tj=101,60 st.C przy Rthra=0,6K/W z przyjętą Rthjc=3,0 st.C/W
Pięć wyników wskazuje na możliwość pracy stabilizatora LM350T z mocą strat P=16,65W przy obciążeniu prądem I=3,33A w temperaturze otoczenia Ta=40st.C z temperaturą złącza poniżej temperatury dopuszczalnej Tjmax=125st.C , a według trzech obliczeń widać , że do skutecznego odprowadzenia ciepła dla stabilizatora LM350T pracującego z podanymi parametrami potrzeba zastosować radiator o rezystancji Rthra=0,6K/W (wym. 160mmx40mmx175mm), który powinien zapewnić prawidłową pracą stabilizatorowi LM350T w tych warunkach .
A teraz rzecz najistotniejsza...
Powyższe obliczenia dotyczą odprowadzania ciepła tylko przez sam radiator , a przecież można zmniejszyć nawet kilkakrotnie rezystancję termiczną radiatora przez dodatkowe chłodzenie radiatora wymuszonym obiegiem powietrza za pomocą wentylatora(ów) (wszyscy doskonale o tym wiedzą) . A zatem rezystancja termiczna radiatora Rthra=0,6K/W znacznie się zmniejszy po zamontowaniu na radiatorze wentylatorów i w ten sposób również zmniejszy się temperatura złącza-Tj stabilizatora LM350T , który wtedy będzie mógł pracować w korzystniejszych warunkach.
Dla przykładu podam : radiator o wymiarach 63mm x 25mm x 50mm ma rezystancję termiczną Rthra=6.0K/W , a radiator o podobnych o wymiarach : 50mm x 20mm x 50mm z zamontowanym wentylatorem (zestaw do chłodzenia procesorów) ma rezystancję termiczną Rthra=1,5K/W , czyli przy pomocy chłodzenia radiatora wentylatorem zmniejsza się kilkakrotnie jego rezystancję termiczną Rthra nie zwiększając przy tym jego wymiarów .
Po za tym efekt zmniejszania rezystancji termicznej radiatora , który znajduje się w obudowie można jeszcze zwiększyć przez przepływ powietrza wokół radiatora stosując dodatkowy wentylator(y) wyciągający ciepłe powietrze z obudowy przy jednoczesnym wciąganiu zimnego powietrze przez otwory wentylacyjne .
Przy takim przepływie powietrza w obudowie zmniejsza się wartość jednego z parametrów przyjmowanych w obliczeniach Ta-temperatura otoczenia , co ma wpływ na zmniejszenie temperatury złącza .
Reasumując : w przypadku pojedynczego stabilizatora LM350T (obudowa TO-220) , który będzie pracował w temperaturze otoczenia Ta=40st.C z mocą strat P=16,65W przy obciążeniu prądem I=3,33A z różnicą napięcia U=Vin-Vout=5V przestrzegając przy tym wymaganych danych katalogowych dotyczących dopuszczalnej temperatury Tjmax=125st.C nie potrzeba do chłodzenia tego stabilizatora wody ani ciekłego azotu , a wystarczy radiator o rezystancji Rthra=0,6K/W i wym.: szer. profilu 160mm, wys. ożebrowania 40mm, ilość żeber 16, dł. 175mm z zamontowanymi dwoma lub czterema wentylatorami od strony ożebrowania o wym.: 80mmx80mmx25mm i mocy P=2...3W .
Można także zastosować radiator o wym. : szer. profilu 190mm, wys. ożebrowania 50mm, ilość żeber 16, dł. 110mm (który odpowiada rezystancji Rthra=0,6K/W) z zamontowanymi dwoma wentylatorami o wym.: 92mmx92mmmx25mm i mocy P=2...3W . Dołożymy do tego wentylator , który będzie wyciągał ciepłe powietrze z obudowy i jednocześnie wciągał zimne powietrze przez otwory wentylacyjne , co spowoduje zwiększenie przepływu powietrza wokół radiatora , a wtedy uzyskamy prawie "idealne chłodzenie...
I jeszcze jedna sprawa . Gdyby radiator o rezystancji Rthra=0,6K/W z przykręconym stabilizatorem LM350T został umieszczony na zewnątrz obudowy , to wartość temperatury złącza-Tj wyraźnie się zmniejszy , bo zmniejszy się temperatura otoczenia-Ta .
Z obliczeń wynika , ze po umieszczeniu radiatora ze stabilizatorem LM350T na zewnątrz obudowy jego temperatura złącza podczas pracy z mocą strat P=16,65W na radiatorze o rezystancji Rthra=0,6K/W z temperaturą radiatora Tr=34,99st.C w temperaturze otoczenia Ta=25st.C z przyjętą w obliczeniu rezystancją Rthjc=4,0st.C wynosi Tj=114,91st.C . Natomiast temperatura złącza stabilizatora LM350T podczas pracy z rozpraszaną mocą P=16,65W w warunkach takich , jak powyżej i z przyjętą w obliczeniu rezystancją Rthjc=3,0st.C wynosi Tj=88,27st.C . Gdy dwa lub cztery wentylatory zamontowane od strony ożebrowania radiatora zaczną chłodzić radiator, to wynik temperatury złącza stabilizatora LM350T w obu przypadkach jeszcze się zmniejszy ...
Na początku projektowania tego zasilacza zakładałem , że pojedynczy stabilizator LM350T będzie pracował z mocą strat Pmax=16...17W (obciążenie prądem I=3,33A , różnica napięcia U=Vin-Vout=5V - Pmax=3,5Vx3,33A=16,65W). Jednak rozpraszanie mocy przez trzy połączone równolegle stabilizatory LM350T (Pmax=3 x 16,65W = 49,95W) mogło stwarzać problemy konstrukcyjne , ponieważ nalezałoby w tym przypadku zastosować radiator o absuradalnie dużych wymiarach w stosunku do trzech małych stabilizatorów . Oczywiście można było próbować pokonać te trudności stosując radiator o mniejszym rozmiarze z chłodzeniem tunelowym z wydajnymi wentylatorami lub np. zastosować chłodzenie ogniwami Poltiera...
Podczas pierwszych prób zasilacza zastanawiała mnie niska temperatura radiatora , na którym znajdowały się trzy stabilizatory oraz ich niska temperatura korpusów wtedy , gdy wyjścia stabilizatorów były obciążane prądem 10A .
Dlatego po ponownym zmontowania zasilacza i po przeprowadzeniu pomiarów napięć przy obciążeniu prądem 10A okazało się , że stabilizatory LM350T pracowały z mniejszą mocą strat niż moc zakładana... Przy obciążeniu prądem 10A napięcie na wyjściu stabilizatora wstępnego czyli napięcie na wejściu trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T obniżało się o 1,5V , co powodowało zmianę różnicy napięcia U=Vin-Vout=3,5V , a tym samym zmniejszenie mocy strat pojedynczego stabilizatora LM350T do Pmax=3,5Vx3,33A=11,65W, a trzech stabilizatorów do Pmax=3x11,65W=34,95W.
Do obliczenia radiatorów i warunków chłodzenia kilku połączonych równolegle elementów półprzewodnikowych każdy o jednakowych mocach strat można zastosować przedstawione poniżej wzory.
Wzór do obliczenia rezystancji radiatora-Rthra dla kilku połączonych równolegle półprzewodników o jednakowych mocach strat :
Rthra = Rthja - (Rthjc + Rthrc) - wzór podstawowy
Rthra = [(Tj - Ta) / (Pmax x n)] - [(Rthjc + Rthrc)/n] - wzór docelowy
Wzór do obliczenia maksymalnej łącznej mocy strat-Pmax kilku połączonych równolegle półprzewodników na radiatorze o danej wartości Rthra :
Pmax = (Tjmax-Ta) / Rthja
Pmax = (Tjmax-Ta) / [(Rthjc + Rthrc)/n + Rthra]
Wzór do obliczenia temperatury złącz-Tjmax kilku połączonych równolegle półprzewodników o jednakowych mocach strat na radiatorze o danej wartości Rthra i znanej wartości temperatury otoczenia-Ta :
Tjmax = Ta + Rthja x Pmax
Tjmax = Ta + [(Rthjc + Rthrc)/n + Rthra] x (Pmax x n)
Przy wykorzystaniu przedstawionych powyżej wzorów do obliczenia radiatorów i warunków chłodzenia kilku połączonych równolegle elementów półprzewodnikowych o jednakowych mocach strat należy przyjąć wartości Rthjc i Rthrc takie , jakie odnoszą się dla pojedynczego danego półprzewodnika , Litera "n" oznacza ilość połączonyh półprzewodników .
Ja zastosowałem inną metodę obliczeń (przykłady poniżej) , ale wyniki obliczenia w jednym i drugim przypadku są takie same .
12) Obliczamy rezystancję termiczną radiatora Rthra dla trzech stabilizatorów LM350T każdy o jednakowych mocach strat P=11,65W umieszczonych wspólnie na jednym radiatorze .
Stabilizatory będą przykręcone bezpośrednio do radiatora z użyciem pasty silikonowej .
Przyjmujemy dane dla pojedynczego stabilizatora LM350T : Rthjc=4,0K/W, Rthrc=0,1 K/W, P=11,65W .
Jeżeli na jednym radiatorze są umieszczone trzy stabilizatory każdy o parametrach Rthjc=4,0K/W, RThrc=0,1K/W, P=11,5W i chcemy wyliczyć Rthra tego radiatora , to musimy przyjąć sumę rozpraszanej mocy każdego z trzech stabilizatorów jako moc strat Pmax jednego stabilizatora i potraktować trzy stabilizatory każdy z połączonymi szeregowo rezystancjami Rthjc i Rthrc jako trzy połaczone równolegle rezystory . Wtedy powyższe wartośći parametrów będą przedstawiane w następujący sposób : 1/Sn=1/3=0,333 , Rthjc=0,333xRthjc oraz Rthcr=0,333xRthcr z wydzielaną mocą Pmax=3xP .
Przyjmujemy :
Pmax = 3 x P = 3 x 11,65W = 34,95W
Rthjc = 0,333 x 4,0 K/W = 1,332K/W
Rthrc = 0,333 x 0,1 K/W = 0,033K/W
Tjmax - 125 st.C maksymalna dopuszczalna temperatura złącza trzech stabilizatorów LM350T,
Ta - 40 st.C/W maksymalna temperatura otoczenia , przy której mają pracować trzy stabilizatory LM350T,
Podstawiamy wzór na obliczenie rezystancji Rthra :
Rthra = Rthja - (Rthjc + Rthrc)
Rthra = [(Tjmax - Ta ) / Pmax] - (Rthjc + Rthrc)
Najpierw obliczamy nieznaną wartość Rthja-rezystancję termiczną złącze-otoczenie :
Rthja = (Tjmax - Ta) / Pmax
Rthja = (125 - 40) / 34,95 = 85/34,95 = 2,432 st.C/W = 2,432K/W
Obliczamy Rthra-rezystancję termiczną radiator-otoczenie :
Rthra = Rthja - (Rthjc + Rthrc)
Rthra = 2,432 - (1,332 + 0,033) = 2,432 - 1,365 = 1,067 st.C/W = 1,067K/W
Dla trzech stabilizatorów LM350T pracujących z mocą strat Pmax=34,95W można zastosować radiator o rezystancji termicznej Rthra=1,067K/W .
W dalszych obliczeniach przyjmiemy rezystancję termiczną radiatora Rthra=0,5K/W , ponieważ przy rezystancji Rthra=1,067K/W temperatura złacz trzech stabilizatorów wyniosłaby Tj=124,998st.C .
13) Obliczymy Tj-temperaturę złącz trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T każdy o jednakowych mocach strat P=11,65W umieszczonych wspólnie na jednym radiatorze o rezystancji Rthra=0,5K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C przyjmując pozostałe parametry danych takie, jak dla pojedynczego stabilizatora LM350T : Rthjc=4,0st.C/W i Rthrc=0,1st.C/W . Te wartośći parametrów w poniższym obliczeniu dla trzecch stabilizatorów będą przedstawiane w następujący sposób : 1/Sn=1/3=0,333 , Rthjc=0,333xRthjc oraz Rthcr=0,333xRthcr z wydzielaną mocą Pmax=3xP .
Przyjmujemy :
Pmax = 3 x P = 3 x 11,65W = 34,95W
Rthjc = 0,333 x 4,0K/W = 1,332K/W
Rthrc = 0,333 x 0,1K/W = 0,033K/W
Rthra = 0,5K/W
Ta - 40 st.C temperatura otoczenia
Podstawiamy wzór :
Tjmax = Ta + Rthja x Pmax
Tjmax = Ta + (Rthjc + Rthrc + Rthra) x Pmax
Tjmax = 40 + (1,332 + 0,033 + 0,5) x 34,95 = 40 + 1,865 x 34,95 = 40 + 65,181 = 105,181 st.C
Temperatura złącz każdego z trzech stabilizatorów LM350T pracujacych z mocą strat Pmax=34,95W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C wynosi Tj=105,181st.C, czyli poniżej dopuszczalnej temperatury Tjmax=125st.C .
Ale dalsze obliczenia będą wykonane w inny sposób przyjmując w obliczeniach jako jeden z parametrów danych temperaturę radiatora-Tr .
14) Obliczamy Tr-temperaturę radiatora o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W przy rozproszeniu 34,95W mocy trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T w temperaturze otoczenia Ta=40st.C .
Przyjmujemy :
Tr - szukana temperatura radiatora
Rthra - 0,5K/W rezystancja termiczna radiator-otoczenie
Pmax - 34,95W maksymalna moc strat trzech połaczonych równolegle stabilizatorów LM350T
Ta - 40 st.C temperatura otoczenia
Podstawiamy wzór :
Tr = Ta + (Pmax x Rthra)
Tr = 40 st.C + (34,95W x 0,5K/W) = 40 + 17,475 = 57,475 st,C
Temperatura radiatora o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W przy rozproszanej mocy Pmax=34,95W trzech stabilizatorów LM350T w temperaturze otoczenia Ta=40st.C wynosi Tr=57,475st.C .
15) Obliczamy Tj-temperaturę złącz trzech stabilizatorów LM350T z łączną mocą strat Pmax=34,95W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W z temperaturą radiatora Tr=57,475st.C przyjmując w obliczeniu dla trzech stabilizatorów rezystancję Rthjc=1,332K/W , Rthrc=0,033K/W .
Podstawiamy wzór:
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Obliczamy nieznaną Rthja :
Rthja = Rthjc + Rthrc + Rthra
Rthja = 1,332 + 0,033 + 0,5 = 1,865 st.C = 1,865K/W
Podstawiamy ponownie wzór:
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Tj = 57,475 + 34,95 x (1,865 + 0,033)
Tj = 57,475 + 34,95 x 1,898
Tj = 57,475 + 66,335 = 123,81 st.C
Tj = 123,81 st.C
Temperatura złącz każdego z trzech stabilizatorów LM350T przy rozpraszeniu mocy 34,95W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W z temperaturą radiatora Tr=57,457st.C w temperaturze otoczenia Tamax=40st.C wynosi Tj=123,81st.C , czyli niewiele poniżej temperatury dopuszczalnej Tjmax=125st.C . Ale taka temperatura złącz stabilizatorów będzie się kształtowała w przypadku zastosowania do chłodzenia stabilizatorów tylko samego radiatora . Jezeli zostanie zastosowane chłodzenie radiatora wymuszonym obiegiem powietrza przy pomocy wentylatorów, to rezystancja termiczna radiatora zmniejszy się kilkakrotnie i jednocześnie zmniejszy się temperatura złącz stabilizatorów . Efekt zmniejszenia rezystancji radiatora , a tym samym zmniejszania temperatury złącz jeszcze wzrośnie , jeżeli zostosuje się dodatkowo zamontowany wentylator(y) wyciągający ciepłe powietrze z obudowy , co spowoduje przepływ powietrza wokół radiatora .
Radiator o rezystancji Rthra=0,5K/W odpowiada radiatorowi jednostronnie żebrowanemu o wym.: szer. profilu 190mm, wys. ożebrowania 50mm, ilość żeber 16, dł. 140mm, do którego należy przymocować od strony ożebrowania dwa wentylatory o wym. 92mmx92mmx25mm i o mocy P=2...4W.
Wykonamy dodatkowe obliczenia temperatury złącz trzech stabilizatorów LM350T przyjmując według katalogu rezystancję Rthjc=3,0st.C/W dla pojedynczego stabilizatora LM350T , gdzie po przeliczeniu wartość tej rezystancji dla trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T wynosi Rthjc=0,999st.C/W .
16) Obliczamy Tr-temperaturę radiatora o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W przy rozproszeniu 34,95W mocy przez trzy połączone równolegle stabilizatory LM350T w temperaturze otoczenia Ta=40st.C z przyjętą w obliczeniu rezystancją Rthjc=0,999st.C/W oraz z rezystancją Rthrc=0,033st.C/W
Przyjmujemy :
Tr - szukana temperatura radiatora
Rthra - 0,5K/W rezystancja termiczna radiator-otoczenie
Pmax - 34,95W maksymalna moc strat trzech połaczonych równolegle stabilizatorów LM350T
Ta - 40 st.C temperatura otoczenia
Podstawiamy wzór :
Tr = Ta + (Pmax x Rthra)
Tr = 40 st.C + (34,95W x 0,5K/W) = 40 + 17,475 = 57,475 st,C
Temperatura radiatora o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W przy rozpraszanej mocy P=34,95W trzech stabilizatorów LM350T w temperaturze otoczenia Ta=40st.C wynosi Tr=57,475st.C .
17) Obliczamy Tj-temperaturę złącz trzech stabilizatorów LM350T z łączną mocą strat Pmax=34,95W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W z temperaturą radiatora Tr=57,475st.C w temperaturze otoczenia Ta=40st.C przyjmując w obliczeniu rezystancję cieplną złącze-korpus dla trzech stabilizatorów - Rthjc=0,999K/W oraz rezystancję cieplną korpus-radiator dla trzech stabilizatorów - Rthrc=0,033K/W .
Podstawiamy wzór:
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Obliczamy nieznaną Rthja :
Rthja = Rthjc + Rthrc + Rthra
Rthja = 0,999 + 0,033 + 0,5 = 1,532 st.C = 1,532K/W
Podstawiamy ponownie wzór:
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Tj = 57,475 + 34,95 x (1,532 + 0,033)
Tj = 57,475 + 34,95 x 1,565
Tj = 57,475 + 54,696 = 112,171 st.C
Tj = 112,171 st.C
Temperatura złącz każdego z trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T pracujacych z mocą strat Pmax=34,95W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W z temperaturą radiatora Tr=57,475st.C w temperaturze otoczenia Ta=40st.C wynosi Tj=112,171st.C , czyli poniżej temperatury dopuszczalnej Tjmax=125st.C .
18) Obliczymy Rthra rezystancję termiczną radiatora dla pięciu tranzystorów BD249C każdy o jednakowych mocach strat P=20W umieszczonych wspólnie na jednym radiatorze .
Tranzystory będą przykręcone bezpośrednio do radiatora z użyciem pasty silikonowej .
Przyjmujemy dane dla pojedynczego tranzystora BD249C : Rthjc=1,0K/W , Rthrc=0,1 K/W , P=20W .
Jeżeli na jednym radiatorze jest umieszczonych pięć tranzystorów każdy o parametrach Rthjc=1,0K/W, RThrc=0,1K/W, P=20W i chcemy wyliczyć Rthra tego radiatora , to musimy przyjąć sumę rozpraszanej mocy każdego z pięciu tranzystorów jako moc strat Pmax jednego tranzystora i potraktować pięć tranzystorów kazdy z połączonymi szeregowo rezystancjami Rthjc i Rthrc , jak pięć połaczonych równolegle rezystorów . Wtedy powyższe wartośći parametrów będą przedstawiane w następujący sposób : 1/Tn=1/5=0,2 , Rthjc=0,2xRthjc oraz Rthcr=0,2xRthcr z wydzielaną mocą Pmax=5xP .
Przyjmujemy :
Rthjc = 0,2 x 1,0 K/W = 0,2K/W
Rthrc = 0,2 x 0,1 K/W = 0,02K/W
Pmax = 5 x P = 5 x 20W = 100W
Tjmax - 150 st.C/W maksymalna katalogowa temperatura złącza ,
Tamax - 40 st.C/W maksymalna temperatura otoczenia
Podstawiamy wzór na obliczenie rezystancji Rthra :
Rthra = Rthja - (Rthjc + Rthrc) ,
Obliczamy nieznaną wartość Rthja :
Rthja = (Tjmax - Tamax) / Pmax
Rthja = (150 - 40) / 100 = 1,1 st.C/W = 1,1K/W
Ponownie podstawiamy wzór na obliczenie Rthra :
Rthra = Rthja - (Rthjc + Rthrc)
Rthra = 1,1 - (0,2 + 0,02) = 1,1 - 0,22 = 0,88 st.C/W = 0,88K/W
Dla pięciu tranzystorów BD249C pracujących z mocą strat Pmax=100W można zastosować radiator o rezystancji termicznej Rthra=0,88K/W .
Nie można było przyjąć w dalszych obliczeniach radiatora o rezystancji Rthra=0,88K/W , ponieważ przy zastosowaniu radiatora o takiej rezystancji temperatura złącz pięciu tranzystorów wynosiłaby Tj=150,2st.C (tak wynikało z dalszych wyliczeń) i dlatego należało zastosować radiator o mniejszej rezystancji termicznej np. Rthra=0,5K/W .
19) Obliczymy Tj-temperaturę złącz pięciu połączonych równolegle tranzystorów BD249C każdy o jednakowych mocach strat P=20W umieszczonych wspólnie na jednym radiatorze o rezystancji Rthra=0,5K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C .
Przyjmujemy dane dla pięciu połączonych równolegle tranzystorów BD249C :
Pmax = 5 x P = 5 x 20W = 100W
Rthjc = 0,2 x 1,0K/W = 0,2K/W
Rthrc = 0,2 x 0,1K/W = 0,02K/W
Rthra = 0,5K/W
Ta - 40 st.C/W
Podstawiamy wzór :
Tjmax = Ta + Rthja x Pmax
Tjmax = Ta + (Rthjc + Rthrc + Rthra) * Pmax
Tjmax = 40 + (0,2 + 0,02 + 0,5) x 100 = 40 + 0,72 x 100 = 40 + 72= 112 st.C
Temperatura złącz każdego z pięciu tranzystorów BD249C przy rozproszeniu mocy 100W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W w temperaturze otoczenia Ta=40st.C wynosi Tj=112st.C , czyli poniżej dopuszczalnej temperatury Tjmax=150st.C .
Radiator o rezystancji Rthra=0,5K/W odpowiada radiatorowi jednostronnie żebrowanemu o wym.: szer. profilu 190mm, wys. ożebrowania 50mm, ilość żeber 16, dł. 140mm . Aby zwiększyć efekt chłodzenia można zainstalować od strony ożebrowania dwa wentylatory o wym. 92mmx92mmx25mm o mocy P=2...5W .(poniżej wykaz rezystancji radiatorów i ich wymiary).
Zostaną wykonane dodatkowe obliczenia temperatury złącz każdego z pięciu tranzystorów BD249C biorąc pod uwagę w obliczeniach wartość temperatury radiatora-Tr oraz przyjmujac rezystancję termiczną radiatora Rthra=0,4K/W .
Przybliżone wymiary radiatora jednostronnie zebrowanego o rezystancji Rthra=0,4st.C : szer. profilu 190mm, wys. ożebrowania 50mm, dł. 200mm . Aby zwiększyć efekt chłodzenia należy do radiatora od strony ożebrowania przymocować wentylatory o wym. 92mmx92mmx25mm i mocy P=3...5W.
20) Obliczamy Tr-temperaturę radiatora o rezystancji termicznej Rthra=0,4K/W przy rozproszeniu 100W mocy pięciu połączonych równolegle tranzystorów BD249C w temperaturze otoczenia Ta=40st.C . Przyjmujemy :
Tr - szukana temperatura radiatora
Rthra - 0,4K/W rezystancja termiczna radiator-otoczenie
Pmax - 100W maksymalna moc strat pięciu połaczonych równolegle tranzystorów BD249c
Ta - 40 st.C temperatura otoczenia
Podstawiamy wzór :
Tr = Ta + (Pmax x Rthra)
Tr = 40 st.C + (100W x 0,4K/W) = 40 + 40 = 80 st,C
Temperatura radiatora o rezystancji termicznej Rthra=0,4K/W przy rozproszanej mocy Pmax=100W pięciu tranzystorów BD249C w temperaturze otoczenia Ta=40st.C wynosi Tr=80st.C .
21) Obliczamy Tj-temperaturę złącz pięciu tranzystorów BD249C z łączną mocą strat Pmax=100W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,4K/W z temperaturą radiatora Tr=80st.C przyjmując w obliczeniu dla sześciu tranzystorów rezystancję Rthjc=0,2K/W , Rthrc=0,02K/W .
Podstawiamy wzór:
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Obliczamy nieznaną Rthja :
Rthja = Rthjc + Rthrc + Rthra
Rthja = 0,2 + 0,02 + 0,4 = 0,62 st.C = 0,62K/W
Podstawiamy ponownie wzór:
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Tj = 80 + 100 x (0,62 + 0,02)
Tj = 80 + 100 x 0,64
Tj = 80 + 64 = 144 st.C
Tj = 144 st.C
Temperatura złącz każdego z pięciu tranzystorów BD249C przy rozpraszeniu mocy 100W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=0,5K/W z temperaturą radiatora Tr=90st.C w temperaturze otoczenia Ta=40st.C wynosi Tj=144st.C , czyli niewiele poniżej temperatury dopuszczalnej Tjmax=150st.C .
Temperatura złącz Tj=144st.C każdego z pięciu tranzystorów BD249C będzie się kształtowała w przypadku zastosowania do chłodzenia tranzystorów tylko samego radiatora . Jezeli zostanie zastosowane bezpośrednie chłodzenie radiatora wymuszonym obiegiem powietrza przy pomocy wentylatorów i jeżeli dodatkowo zostaną zamontowane wentylatory wyciagające ciepłe powietrze z obudowy powodując przepływ powietrza wokół radiatora , to rezystancja termiczna radiatora zmniejszy się znacznie i jednocześnie zmniejszy się temperatura złącz tranzystorów .
Jeszcze jednym skutecznym sposobem zmniejszania temperatury radiatora łącznie ze zmniejszaniem temperatury złącz szeregowych tranzystorów regulacyjnych w zasilaczach liniowych jest zmniejszanie spadku napięcia na tych tranzystorach , czyli zmniejszenie mocy strat przy pomocy zwiększenia ilości przełączanych odczepów na uzwojeniu wtórnym transformatora sieciowego .
22) Poglądowy wykaz radiatorów o różnych wymiarach (są to radiatory przeważnie jednostronnie żebrowane o kształtach profili dostępnych w handlu) , które odpowiadają w przybliżeniu poszczególnym wartościom rezystancji termicznych Rthra :
46 K/W - blaszka aluminiowa o wymiarach 15cm2 (50mm x 30mm)
Na koniec trochę spraw praktycznych , które dotyczą przeprowadzonych prób z trzema równolegle połączonymi stabilizatorami LM350T pracującymi z mocą strat Pmax=34,95W przy obciążeniu prądem 10A . Trzy połączone równolegle stabilizatory LM350T zostały umieszczone po środku radiatora blisko siebie na radiatorze jednostronnie żebrowanym o wymiarach : szer. profilu - 190mm , wys.ożebrowania - 35mm, ilość zeber 16, dł.70mm (przybliżona rezystancja termiczna takiego radiatora Rthra=1,1...1,2K/W bez wentylatora) z zamontowanym od strony ożebrowania wentylatorem o mocy P=3,84W i wym. 70mm x 70mm x 15mm . Tak zabezpieczone stabilizatory przed przegrzaniem zostały obciążone prądem 10A przy ustawionym na wyjściu zasilacza napięciu U=20V w temperaturze otoczenia +22st.C (temperatura pokojowa) bez włączonego wentylatora w celu pomiaru temperatury radiatora i temperatury obudowy-korpusu poszczególnych stabilizatorów oraz sprawdzenie działania wbudowanych w struktury stabilizatorów bezpieczników termicznych zapobiegających przegrzaniu się struktur , co powodowałoby ograniczenie pradu na wyjściu zasilacza . Po kilkunastu minutach temperatura radiatora ustaliła się na poziomie +55st.C , a temperatura korpusów poszczególnych stabilizatorów ustaliła się na poziomie +71...+75st.C (temperatury mierzone były w miejscu połaczenia metalu z plastykiem w najgorętszym punkcie korpusu) . Bezpieczniki termiczne w stabilizatorach nie włączyły się i stabilizatory pracowały bez przerwy przez kilkadziesiąt minut pod obciążeniem 10A bez ograniczenia pradu . Natomiast , gdy wentylator został włączony , a wyjście zasilacza nadal było obciążone prądem 10A temperatura radiatora spadła do +32st.C , a temperatury korpusów poszczególnych stabilizatorów obniżyły się do +40...+46st.c .
Po tej próbie wykonałem dodatkowe obliczenia , aby przekonać się z jaką temperaturą złacza pracowały w tych warunkach trzy połączone równolegle stabilizatory LM350T z łączna mocą strat P=34,95 na radiatorze o rezystancji Rthra=1,1K/W (znacznie większej od rezystancji zakładanej - Rthra=0,5K/W) z temperaturą radiatora Tr=55st.C (bez nadmuchu wentylatorem) oraz z temperaturą radiatora Tr=32st.C (z nadmuchem wentylatorem) w temperaturze otoczenia Ta=22st.C .
23) Obliczamy Tj-temperaturę złącz trzech połaczonych rónolegle stabilizatorów LM350T z łączną mocą strat Pmax=34,95W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=1,1K/W (bez nadmuchu wentylatorem) z temperaturą radiatora Tr=55st.C w temperaturze otoczenia Ta=22st.C przyjmując w obliczeniu rezystancję cieplną złącze-korpus dla trzech stabilizatorów - Rthjc=0,999K/W oraz rezystancję cieplną korpus-radiator dla trzech stabilizatorów - Rthrc=0,033K/W .
Podstawiamy wzór:
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Obliczamy nieznaną Rthja :
Rthja = Rthjc + Rthrc + Rthra
Rthja = 0,999 + 0,033 + 1,1 = 2,132 st.C = 2,132K/W
Podstawiamy ponownie wzór:
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Tj = 55 + 34,95 x (2,132 + 0,033)
Tj = 55 + 34,95 x 2,165
Tj = 55 + 75,666 = 130,666 st.C
Tj = 130,666 st.C
Temperatura złącz każdego z trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T pracujacych z mocą strat Pmax=34,95W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=1,1K/W (bez nadmuchu wentylatorem) z temperaturą radiatora Tr=55st.C w temperaturze otoczenia Ta=22st.C wynosi Tj=130,666st.C , czyli powyżej dopuszczalnej temperatury Tjmax=125st.C podanej w katalogu .
Gdyby był zastosowany radiator o rezystancji Rthra=0,5K/W rozgrzany do temperatury Tr=55st.C w temperaturze otoczenia Ta=22st.C , to temepratura złącz każdego z trzech stabilizatorów na tym radiatorze wynosiłaby Tj=109,696st.C
24) Obliczamy Tj-temperaturę złącz trzech stabilizatorów LM350T z łączną mocą strat Pmax=34,95W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=1,1K/W (z nadmuchem wentylatorem) z temperaturą radiatora Tr=32st.C w temperaturze otoczenia Ta=22st.C przyjmując w obliczeniu rezystancję cieplną złącze-korpus dla trzech stabilizatorów - Rthjc=0,999K/W oraz rezystancję cieplną korpus-radiator dla trzech stabilizatorów - Rthrc=0,033K/W .
Podstawiamy wzór:
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Obliczamy nieznaną Rthja :
Rthja = Rthjc + Rthrc + Rthra
Rthja = 0,999 + 0,033 + 1,1 = 2,132 st.C = 2,132K/W
Podstawiamy ponownie wzór:
Tj = Tr + Pmax x (Rthja + Rthrc)
Tj = 32 + 34,95 x (2,132 + 0,033)
Tj = 32 + 34,95 x 2,165
Tj = 32 + 75,666 = 107,666 st.C
Tj = 107,666 st.C
Temperatura złącz każdego z trzech połączonych równolegle stabilizatorów LM350T pracujacych z mocą strat Pmax=34,95W na radiatorze o rezystancji termicznej Rthra=1,1K/W (chłodzonym wentylatorem) z temperaturą radiatora Tr=32st.C w temperaturze otoczenia Ta=22st.C wynosi Tj=107,666st.C , czyli poniżej dopuszczalnej temperatury Tj=125st.C podanej w katalogu .
Gdyby zastosowany był radiator o rezystancji Rthra=0,5K/W rozgrzany do temperatury Tr=32st.C w temperaturze otoczenia Ta=22st.C , to temperatura złącz każdego z trzech stabilizatorów na tym radiatorze wynosiłaby Tj=86,696st.C.
Efekt zmniejszania rezystancji termicznej radiatora przez zastosowanie dodatkowego chłodzenia wymuszonym obiegiem powietrza za pomocą wentylatora jest bardzo skuteczny widać to wyraźnie na podanym przykładzie .
Przy ewentualnej budowie zasilacza przedstawionego na rys. 3 lub na rys. 4 trzeba zastosować trzy stabilizatory LM350T wyprodukowane przez jednego producenta z jednakowymi oznaczeniami na korpusie każdego stabilizatora .
Trzy stabilizatory LM350T należy przykręcić z równymi odstępami na całej szer. profilu radiatora bez podkładek z użyciem pasty silikonowej do jednostronnie żebrowanego radiatora o rezystancji Rthra=0,5K/W i wymiarach 190mm x 50mm x 140mm z dwoma zamontowanymi od strony ożebrowania wentylatorami o wym.: 92mm x 92mm x 25mm i o mocy P=2...3W .
Pięć tranzystorów BD249C należy przykręcić z równymi odstępami na całej szer. profilu radiatora bez podkładek z użyciem pasty silikonowej do oddzielnego jednostronnie żebrowanego radiatora o rezystancji Rthra=0,4K/W i wymiarach 190mm x 50mm x 200mm z dwoma zamontowanymi od strony ożebrowania wentylatorami o wym.: 92mm x 92mm x 25mm i mocy P=2...5W .
Jeżeli zastosuje się skuteczne chłodzenie radiatora przez odpowiednie umieszczenie wentylatorów na radiatorze i na ściankach obudowy (bocznej lub tylnej) to spokojnie można zastosować radiator o rezystancji Rthra=0,5K/W o wym. 190mmx50mmx140...150mm.
Po umieszczeniu układu zasilacza z radiatorami w obudowie należy dodatkowo na tylnej lub na bocznej ściance obudowy zamontować wentylatory , które będą wyciągały ciepłe powietrze z obudowy i jednocześnie wciągały zimne powietrze przez otwory wentylacyjne powodując przepływ powietrza wokół radiatora .
Oczywiście wszystkie wentylatory muszą włączać się jednocześnie , a sterowanie ich powinno odbywać się przez układ termoregulatora , który będzie włączać wentylatory , kiedy temperatura radiatora przekroczy +40...45st.C. Czujnik temperatury trzeba umieścić na radiatorze blisko jednego z tranzystorów BD249C , bo tranzystory nagrzewają się szybciej niż stabilizatory .
Przy montażu stablizatorów LM350T na radiatorze trzeba starać się nie stosować nadmiernie długich przewodów łączących wyprowadzenia stabilizatorów z płytką . Ważnymi elementami dla prawidłowej pracy stabilizatorów są dwa kondenstaory O,22uF i 0,1uF , które powinny być umieszczone jak najbliżej wyprowadzeń stabilizatorów .
Po zmianie wartości dwóch elementów w zasilaczu prąd zwarcia wynosi 1...5,5A w zależności od ustawienia suwaka potencjometru 470 Ohm służącego do ograniczania prądu . Nie należy przesadzać z ewentualnym długotrwałym zwarciem gniazda wyjsciowego do masy wtedy , gdy na transformatorze sieciowym jest ustawiony najwyższy zakres napięciowy , a potencjometr 470 Ohm jest ustawiony na max prądu , ponieważ przy prądzie zwarcia I=5,5A tranzystory BD249c pracują z dużą mocą strat i przy niedostatecznym chłodzeniu mogą ulec uszkodzeniu .
Wyjście zasilacza przy ustawionym minimalnym napięciu można obciążać prądem do 7A , przy ustawionym maksymalnym napięciu można obciążyć prądem do 12A (krótkotrwale) .
W zasilaczu zastosowono analogowe mierniki tablicowe - amperomierz oraz woltomierz . Amperomierz powinien posiadać tzw. bocznik.
W zasilaczu o wydajności prądowej do 10A nalezy zastosować transformator sieciowy o mocy P=400VA z uzwojeniem wtórnym o napięciu 35...36VAC / 11A z wykonanymi odczepami według schematu .
W zasilaczu o wydajności prądowej do 12A pokazanym na rys.6 tranzystory BD249C będą pracowały z łączną mocą strat około Pmax=110W , ale w jednym przypadku przy ustawionym napięciu na wyjściu zasilacza U=25,1V i obciążeniu prądem 12A będą pracowały z łączna mocą strat około Pmax=170W. Wynika to z różnicy napięcia między wejściem (Vin) , a wyjściem (Vout) tranzystorów BD249C .
Jeżeli uwzględnimy spadek napięcia na kondensatorze 30000uF/63V z +51V do +43...44V pod obciążeniem I=12A , to różnica napięcia między wejściem (Vin=43V) , a wyjściem (Vout=29V) tranzystorów wynosi U = Vin - Vout = 43V - 29V = 14V. PO podstawieniu wzoru otrzymamy Pmax = U x I = 14V x 12A = 168W .
W zasilaczu o wydajności prądowej do 12A pokazanym na rys.7 tranzystory BD249C będą pracowały z łączną mocą strat około Pmax=180W , ale przy ustawionym napięciu na wyjściu zasilacza U=20,1V i obciążeniu prądem I=12A będą pracowały z łączną mocą strat około Pmax=230W .
Tak , jak poprzednio Wynika to z różnicy napięcia między wejściem (Vin) , a wyjściem (Vout) tranzystorów BD249C . Jeżeli uwzględnimy spadek napięcia na kondensatorze 30000uF/63V z +51V do +43...44V pod obciążeniem 12A , to różnica napięcia między wejściem (Vin=43V) , a wyjściem (Vout=24V) tranzystorów BD249C wynosi U = Vin - Vout = 43V - 24V = 19V . PO podstawieniu wzoru otrzymamy Pmax = U x I = 19V x 12A = 228W.
Tranzystory BD250C w obu wersjach zasilacza przy dowolnym napięciu ustawionym na wyjściu zasilacza i obciążeniu prądem do 12A będą pracowały z łączna mocą strat około Pmax=48W.
stabilizator LM317T lub LM350T będzie pracował z mocą strat około Pmax=4W.
Rezystancje termiczną Rthra można obliczyć na podstawie podanych powyżej przykładach .
Tranzystory BD249C i BD250C można umieścić na jednym dużym radiatorze jednostronnie żebrowanym , gdzie tranzystory BD249C trzeba przykręcić bezpośrednio do radiatora z użyciem pasty silikonowej , a tranzystory BD250C należy przykręcić do radiatora z uzyciem podkładek izolacyjnych silikonowych lub mikowych (jak najcieńszych) oraz pasty silikonowej .
Mostek prostowniczy KBPC1506 można zastąpić czterema tanimi diodami Schottky np. MBR1660 (16A/60V).
Należy pamiętać o układzie soft-start .
W zasilaczu o wydajności prądowej do 12A nalezy zastosować transformator sieciowy o mocy P=450VA z uzwojeniem wtórnym o napięciu 36VAC / 12,5A z wykonanymi odczepami według schematu .
Witam kolegów i teraz mogę się już pochwalić otóż wykonany oraz sprawdzony mam zasilacz według zamieszczonego schematu i powiem sprawuje się rewelacyjnie bez inwazyjnie dodatkowo dodałem jak kolega wyżej wentylatory chłodzenia 2 szt ale też termik temp. załączenia 50 stopni który je załącza. Zasilacz pracuje pięknie stabilnie napięcie regulacji od 0 - 35V prąd reg. 0 - 10A zabezpieczenie zwarciowe marzenie super!.
Gratuluję wykonania zasilacza o tak dobrych parametrach , tylko...
No właśnie w związku z tym mam do kolegi kilka podstawowych pytań na temat tego zasilacza wykonanego według załączonego przez kolegę schematu .
W jaki sposób w tym układzie zasilacza uzyskał kolega na wyjściu zasilacza maksymalne napięcie +35V przy obciążeniu prądem 10A ?
W jaki sposób uzyskał kolega możliwość obciążenia wyjścia zasilacza prądem 10A przy jednym tranzystorze regulacyjnym 2N3055 ?
Jakiej mocy i z jakim napięciem wtórnym został zastosowany transformator sieciowy w tym zasilaczu ?
Czy w zasilaczu zostały zamontowane elementy takie , jak podano w spisie , a jeżeli zostały zmienione to prosiłbym o podanie , jakie zostały zmienione ?
Czy przy regulacji napięcia wyjściowego 0...35V w układzie zasilacza pracują wzmacniacze operacyjne TL081 ?
Jak duży radiator (jeżeli można , to proszę o wymiary) zastosował kolega w tym zasilaczu ?
Wszyscy znają ten schemat zasilacza , był wielokrotnie powielany i omawiany na forum , a ja widziałem tylko jedną udaną przeróbkę tego zasilacza na zasilacz wysoko prądowy , dlatego interesuje mnie co kolega poczynił , żeby uzyskać tak dobre parametry na tym układzie zasilacza .
Podany przez kolegę schemat zasilacza może najwyżej pracować przy napięciu wyjściowym do +25V (no może do +30V ?) z rzeczywistym obciążeniem prądem do 3A , dlatego moje zainteresowanie , jak kolega zmienił parametry tego zasilacza na 10A przy napięciu wyjściowym +35V .
Orientuję się , co można zmienić , w tym zasilaczu aby uzyskać prąd obciążenia 10A , ale jak już kolega przedstawił swój pomysł , to może trzeba go dokończyć .
Proszę mnie źle nie zrozumieć , w żadnym wypadku nie podważam kolegi kompetencji , ale chciałbym wiedzieć i na pewno wielu innych kolegów też , jak kolega rozwiązał ten problem .
Witam serdecznie tak wiem że temat był jest cały czas wielokrotnie powielany ja szukałem dość długo bardzo dobrego rozwiązania jeśli chodzi o zasilacz o parametrach które wymieniłem zrobiłem co prawda parę przeróbek ale nie wiele.
Odpowiem na pytanie:
1. Tak przy regulacji napięcia wyjściowego 0...35V w układzie zasilacza pracują wzmacniacze operacyjne TL081
2. Zastosowałem układ chłodzenia i tu:
tylna ścianka obudowy Z-39 jest w całości wykonana z blachy czystej miedzi o grubości 3 mm po za tym umieściłem na niej dodatkowo radiator z KD 502 3 szt na schemacie ich brak stąd uzyskanie większej możliwości obciążenia wyjścia zasilacza prądem 10A.
3. Zastosowałem transformator toroidalny o mocy 300W napięcie wyjściowe 27.5V i tu po odfiltrowaniu i wygładzeniu oraz wiadomo podbiciu napięcia teraz dokładnie zmierzyłem mam na wyjściu 36.1V pod obciążeniem np. 5A napięcie spadło zaledwie do 0.3V.
4. Testowałem zasilacz przez dobre 4 godziny pod pełnym obciążeniem i oczywiście termiczne zabezpieczenie temperatury zadziałało i poszły w ruch wentylatory umieściłem tu 2 wentylatory w górnej części obudowy jeden zasysa drugi wyciąga.
Więcej opiszę później można jeszcze tu zmienić dodać wiele.
Ciekawy pomysł z zastąpieniem ścianki tylnej obudowy płytką miedzianą , tylko aby ta płytka zbytnio rozgrzana nie stopiła tworzywa z jakiego jest wykonana obudowa Z-39 . A rozgrzać się może i to porządnie nawet z dodatkowym przymocowanym do niej radiatorem np. przy ustawionym napięciu +3V na wyjściu zasilacza i obciążeniu prądem 10A . Wtedy moc strat tranzystorów będzie wynosiła około P=290W ! Tu się kłania dobrze zaprojektowane i skuteczne chłodzenie radiatora wentylatorami .
Trochę z tym spadkiem napięcia na kondensatorze filtrującym przesadziłeś . Po wyprostowaniu napięcia ~27V / 11A z uzwojenia wtórnego transformatora 300W i po dodaniu kondensatora elektrolitycznego napięcie wyprostowane i wygładzone na kondensatorze bez obciążenia będzie wynosiło +38V (U=27x1,41=38,07V) . Przy obciążeniu 5A napięcie to obniży się przynajmniej do około +34...35V , a przy obciążeniu 10A obniży się do około +30...31V . Więc spadek napięcia przy obciążeniu 5A nie może wynosić 0,3V...
Z tego powodu nie uzyskasz napięcia stabilizowanego +35V na wyjściu swojego zasilacza przy obciążeniu prądem 10A . Trudno będzie nawet uzyskać napięcie stabilizowane +30V na wyjściu zasilacza przy obciążeniu prądem 10A .
Tranzystory KD502...3 są bardzo dobrymi tranzystorami bipolarnymi i dokonałeś dobrego wyboru , ale zastosowanie tylko trzech tranzystorów regulacyjnych przy zakresie napięciowym 0...+35V i prądowym 0...10A nie jest dobrym pomysłem , gdy np. tranzystory będą pracowały z łączną mocą strat Pmax=290W..., a transformator sieciowy nie ma żadnego odczepu , żeby zmniejszyć spadek
napięcia na tych tranzystorach , a tym samy zmniejszyć ich moc strat .
wzmacniacze operacyjne TL081 powinny pracować z maksymalnym napięciem zasilania +/-15V lub +30V(+33V) . W Twoim układzie zasilacza dwa TL081 pracują z napięciem zasilania +43,6V (5,6V+38V)...
To tyle uwag z mojej strony na to , co napisałeś o swoim zasilaczu . Dobrze byłoby żebyś załączył zdjęcia zasilacza i napisał coś więcej w tym temacie . ciekawi mnie w jaki sposób przeprowadziłeś próby zasilacza , czyli jakie było ustawione napięcie wyjściowe , jakim prądem obciążyłeś zasilacz i jak była temperatura radiatora podczas tej czterogodzinnej próby ?
Witam tak teoretycznie tak powinno być ale w praktyce wychodzi inaczej a jeśli chodzi o spadek napięcia to też zależy od obciążenia ustawionego prądu ale spadek nie jest większy niż do 0.3V w różnych zakresach choć wykonanie napisów ma wiele tu do życzenia bo robiłem na szybko więc proszę tu nie zwracać uwagi.
Jeśli chodzi o jak kolega wspomniał topnienie się plastyku to powiem że nie ma takiej opcji obciążyłem zasilacz w zasadzie na 5 żarówkach samochodowych 12V/ 21W gdzie prąd ustawiłem na równe 10A. Wiadomo szczególnie jest ważne tu chłodzenie i jest bdb.
Można też zastąpić KD502/3 tranzystorami np. BD249C
Po za tym można zastosować jeszcze lepszą metodę jeśli chodzi o ściankę tylną czyli chłodzenie a mianowicie ma tu skuteczne zastosowanie bakielit ogólnie dostępny zamiast plastykowej ścianki w oryginale. Ja wykonałem jak widać na fotce z czystej miedzi i też wiadomo służy jako radiator.
Mam taką prośbę do kolegów jak można wykonać w sposób profesjonalny np. napisy na panelu przednim mi jakoś jak widać to nie wychodzi choć widziałem super wykonania proszę o wskazówki.
Po tym , co napisałeś i pokazałeś na zdjęciu nie możesz powiedzieć i wprowadzać w błąd , że Twój zasilacza ma parametry w zakresie napięcia 0...+35V i w zakresie prądu 0...10A .
Przede wszystkim nie przetestowałeś porządnie tego zasilacza , a przy zastosowanym transformatorze P=300W o napięciu uzwojenia wtórnego ~27V / 11A nie jest możliwe uzyskanie napięcia stabilizowanego +30...35V na wyjściu zasilacza przy obciążeniu prądem 10A . Twój zasilacza nie jest zasilaczem LOW-DROP .
Nie upieraj się , że przy obciążeniu prądem 5...10A na kondensatorze filtrującym (22000uF/63V... 30000uF/63V) masz spadek napięcia tylko 0,3V , bo to jest nie możliwe .
Twoje trzy tranzystory z mizernym radiatorem nie mają w ogóle dodatkowego chłodzenia wymuszonym obiegiem powietrza przy pomocy wentylatorów zamocowanych na radiatorze . Przy zasilaczu liniowym o wydajności prądowej 10A jest to nie do pomyślenia...jeszcze przy tym brak odczepów na transformatorze przynajmniej jednego (uzwojenie wtórne powinno być dzielone : 2 x ~13,5V połączone szeregowo) . Niewątpliwie płytka miedziana pomaga znacznie w odprowadzeniu ciepła z tego mizernego radiatora , ale to za mało .
Tranzystory zastosowane w Twoim zasilaczu nie są tranzystorami KD502...3 , są to zapewne 2N3055 , którym bardzo dużo brakuje do tranzystorów TESLI...
Podłączając do wyjścia zasilacza 5 połączonych równolegle żarówek 12V/21W przy ustawionym napięciu +12v otrzymasz prąd obciążenia teoretycznie 8,75A , a praktycznie 8,4A (sprawdź na amperomierzu) .
Wtedy tranzystory Twoje pracowały z łączną mocą strat około Pmax=150W . Przyjąłem (prawidłowo) na Twoja korzyść spadek napięcia na kondensatorze filtrującym 8V , bo gdybym przyjął te nieszczęsne 0,3v , to tranzystory pracowałyby z łączną mocą strat około Pmax=220W .
Nie napisałeś jaka była temperatura radiatora , gdy tranzystory pracowały z mocą strat Pmax=150W przez 4 godziny przy obciążeniu wyjścia zasilacza 5 żarówkami 12V/21W .
W zasilaczu liniowym o wydajności prądowej 10A radiator dla 3 tranzystorów regulacyjnych 2N3055 pracujących ze średnią łączną mocą strat Pmax=200W (w Twoim zasilaczu moc strat trzech tranzystorów dochodzi do Pmax=290W !) w temperaturze otoczenia +25st.C (temperatura pokojowa) powinien mieć przynajmniej rezystancję termiczną Rthra=0,3K/W . To odpowiada radiatorowi o wymiarach : szer. profilu 300mm x wys.ożebrowania 80mm x dł. 100mm...Zerknij na mój post dotyczący zasilacza o wydajności 10A z trzema LM350T i nie tylko .
Ja obciążyłem prądem I=8,5A sześć tranzystorów regulacyjnych BD249C umieszczonych na radiatorze o wymiarach trochę większych od Twojego radiatora (szer.profilu 190mm x wys.ożebrowania 50mm x dł. 70mm) pracujących z łączną mocą strat Pmax=150W w temperaturze otoczenia 24st.C (temperatura pokojowa) i temperatura radiatora w ciągu kilku minut doszła do 96st.C... powoli wzrastała dalej, ale przerwałem tą próbę .
Mimo wszystko jeszcze raz gratuluję zapału i wytrwałości w budowie tego zasilacza .
Ja wykonałem taki zasilacz jak to opisałem i mam zamontowane KD502 3 szt owszem po pierwszych testach zastosowałem zmieniając tranzystory z 2N3055 jak w/w i jest super a dodam naturalnie dokonałem pewnych zmian w schemacie ałtora oraz poprawka zastosowany jest transformator P=350W.
A jeśli ktoś chce to bardzo proszę i mogę wykonać sam moduł już uruchomiony czyli płytka gotowa do montażu bez transformatora oraz bez tranzystorów mocy ale mogę też i te dodać oraz radiator lub wykonać cały zasilacz na gotowo jak na fotkach jedynie te napisy mnie nurtują by to wykonać profesjonalnie.
Co do temperatury to była nie co ponad 50 stopni bo w tej działa zabezpieczenie termiczne i włącza wentylatory po za tym nie jest to zasilacz do pracy ciągłej czy non stop a kto taki używa? w celach warsztatowych czy domowych.
Każdy kto chce sobie zrobić czy wykonać zasilacz laboratoryjny to z pewnością ma on służyć do celów zastosowania w warsztacie lub w domu do własnych potrzeb a nie do zastosowania obciążenia max non stop bo taki to z pewnością potrzebuje potężnego radiatora jak i dużych np. 4 szt wentylatorów itd. z pełnym zabezpieczeniem zwarciowym i z pełną regulacją napięcia od 0-35/37V i prądem od 0-8 lub do 10A bo takie mam opracowane moduły do tych wartości prądowych.
Mogę wykonać zasilacz w zakresie od 0-37V i więcej na biegu jałowym z prądem 0-10A i też mogę wykonać od np. 0-27V i zakres prądowy 0-8A.
To tylko przykładowe wykonanie jak ktoś chce to bardzo proszę zrobię bez najmniejszego problemu na gotowo!.
Po za tym proszę zwrócić uwagę na zasilacze fabryczne które są aktualnie produkowane na przetwornicy i mają dużą wydajność prądową ale co za tym idzie często są to zasilacze które są awaryjne a my tu rozmawiamy o zasilaczach tradycyjnych a nie np. przemysłowych itp.
Więc żaden zasilacz o których tu piszemy i rozmawiamy nie jest w stanie pracować non stop pod obciążeniem np. 10A i więcej jedynie tak jest to możliwe przy zastosowaniu chłodzenia wodnego bo takie też jest lub ciekły azot to też jest ale przy chłodzeniu tradycyjnym to jak w/w.
W razie zainteresowania proszę na PW
Więc temat zamykam nie ma co go dalej drążyć bo to i tak nic nie zmieni.
motochrapek w/w schemat nadaje się do zwiększenia wartości maksymalnego prądu obciążenia poprzez dodanie równolegle połączonych tranzystorów N-PN a tworzących z tranzystorem (ze schematu) - T
), i że trafimy na dobry egzemplarz o Rthjc=3stC/W też nie da rady 30W.
