Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Stabilizator liniowy szeregowo z rezystorem - ograniczanie strat stabilizatora

Kraniec_Internetów 05 Gru 2017 21:42 402 24
  • #1 05 Gru 2017 21:42
    Kraniec_Internetów
    Poziom 36  

    Witajcie. Ponieważ muszę obniżyć napięcia i chcę do tego wykorzystać stabilizatory liniowe postanowiłem trochę pomyśleć, by wymyślić lepszy układ.
    Jak wiadomo moc wydzielona na stabilizatorze liniowym wynosi Ps=(Uwe-Uwy)*I. W moim przypadku Uwe=42V, Uwy=12V, I=1A , więc Ps=30W przy obciążeniu znamionowym. Niestety stabilizator jak każdy układ scalony nie lubi wysokich temperatur, więc musimy go schłodzić. W tym przypadku radiator byłby dość znaczny by zapewnić pracę w bezpiecznej temperaturze. Zwykle dla takich mocy proponuje się nie stabilizatory, a zespoły tranzystorów pracujących jako stabilizatory liniowe. Ciepło nadal musimy odprowadzić takie samo, ale jest to dużo łatwiejsze, lecz układ staje się bardziej skomplikowany - niektórych początkujących może to zniechęcić.
    Co innego rezystory - porządny rezystor cementowy dużej może bez przeszkód nagrzewać się do dziesiątek, a nawet setek stopni bez uszkodzenia. Postanowiłem więc to wykorzystać. Jak już mówiłem straty na stabilizatorze są wprost proporcjonalne do różnicy napięć Uwe-Uwy, oraz do prądu. O ile prądu nie przeskoczymy, możemy zrobić coś z różnicą napięć.
    Co by było gdyby zastosować standardowy układ ze stabilizatorem liniowym tylu LM78XX, ale szeregowo dać odpowiedni rezystor?
    Jak dobrać rezystor?
    Musi on mieć taką rezystancję, by dla prądu maksymalnego pobieranego z układu spadek napięcia na nim był jak największy, ale jednocześnie nie za duży by zapewnić odpowiednie napięcie na wyjściu z zapasem dla stabilizatora. By policzyć tę rezystancję skorzystamy ze wzoru:
    R=(Uwe-Uwy-Us)/I, gdzie Us to zakładany minimalny spadek napięcia na stabilizatorze, gdzie nadal będzie pracował poprawnie. Musi być troszkę większy niż Udropout z noty katalogowej stabilizatora.
    W moim przypadku będzie to R=(42V-12V-3V)/1A=27Ω. Taka wartość występuje w szeregu wartości rezystorów, ale w przypadku gdyby wymagana wartość nie istniała możemy albo połączyć inne rezystory by ją uzyskać, albo przyjąć wartość zbliżoną, ale mniejszą od obliczonej.
    Co nam to daje?
    Moc zamiast wydzielać się w całości na stabilizatorze (który musimy chłodzić) wydzieli się w głównej mierze na rezystorze, który jak już mówiłem może osiągnąć wysoką temperaturę bez uszkodzenia. Raz, że łatwiej będzie schłodzić stabilizator ze względów przewodności cieplnej radiatora jak i połączenia radiator-stabilizator, a dwa że radiator będzie dużo mniejszy.
    W moim przypadku wyniki prezentują się tak:
    Stabilizator liniowy szeregowo z rezystorem - ograniczanie strat stabilizatora




    Na osi pionowej moc wydzielona w watach. Na osi poziomej prąd płynący przez układ.
    Pomarańczowa linia to moc wydzielana na stabilizatorze w funkcji prądu.
    Niebieska linia to moc wydzielana na rezystorze w funkcji prądu.
    Szara linia to zarówno moc jaka wydzieliłaby się na stabilizatorze gdyby nie było rezystora, oraz suma mocy na rezystorze i stabilizatorze w układzie z rezystorem. Również w funkcji prądu.
    Wnioski
    Jak widać na powyższym wykresie zamiast odprowadzać z samego stabilizatora 30W, odprowadzamy tylko 8,5W. Reszta wydziela się na rezystorze któremu w zasadzie musimy zapewnić tylko mały przewiew. Prócz tego zamiast kupować tranzystor za 5 pln (i następne części za kolejne 5 pln), można kupić rezystor za 50gr Link

    Tylko czemu takich rzeczy się nie robi, zamiast tworzyć stabilizatory tego typu:
    Stabilizator liniowy szeregowo z rezystorem - ograniczanie strat stabilizatora
    Link poprawiono/trymer01

    Mój układ nadaje się do stabilizacji przy dużych różnicach napięć, i średnich prądach. Oczywiście nie można wtedy zastosować układu LM78XX lub 98XX przez ograniczenie w postaci napięcia wejściowego, ale taki LM317 już czemu nie. MÓJ układ, bo nie znalazłem podobnego w internecie.

    PS: Pewnie tym postem ośmieszyłem się jak nigdy., ale co mi tam. W końcu podyskutować można :)

    0 24
  • #2 05 Gru 2017 22:04
    idepopizze
    Poziom 31  

    Jeżeli ktoś się upiera żeby tą energię którą trzeba "zbić" (tą -> Ps=(Uwe-Uwy)*I )
    chce po prostu zamienić na ciepło i po prostu grzać powietrze to może to zrobić na różne sposoby. Taki rezystor wtedy też jest dobrym rozwiązaniem.
    Często jednak jeżeli już nie można naprawdę użyć prostownika z Uwe w minimalnych wartościach dla stabilizatora to lepiej po prostu poszukać przetwornicę i jej używać.

    0
  • #3 05 Gru 2017 22:05
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Kraniec_Internetów napisał:
    Pewnie tym postem ośmieszyłem się

    Nic podobnego.
    Kraniec_Internetów napisał:
    Tylko czemu takich rzeczy się nie robi

    Czasem się tak robi, sam tak tu na forum doradzałem. To jest takie "odkrywanie Ameryki" - każdy amator elektronik przez to przechodzi.
    Problem w tym, że to rzadko zdaje egzamin, gdyż duża ilość ciepła może przeszkadzać, zwłaszcza pobliskiej elektronice, tracimy dużo energii, maleje niezawodność.
    Sam pomysł aby z 42V robić 12V/1A stabilizatorem liniowym jest....kuriozalny. Zwłaszcza w dzisiejszych czasach.
    Kraniec_Internetów napisał:
    zamiast tworzyć stabilizatory tego typu

    To co innego - to stabilizator złożony z elementów dyskretnych.
    Kraniec_Internetów napisał:
    zespoły tranzystorów pracujących jako stabilizatory liniowe. Ciepło nadal musimy odprowadzić takie samo, ale jest to dużo łatwiejsze, lecz układ staje się bardziej skomplikowany

    Skomplikowany? - nie, bo trzeba dodać jeden opornik i jeden tranzystor mocy. Niestety ten sposób ma inne wady - potrzebny jest jeszcze radiator i nie mamy zabezpieczenia przeciwzwarciowego.

    0
  • #4 05 Gru 2017 22:22
    Kraniec_Internetów
    Poziom 36  

    idepopizze napisał:
    to lepiej po prostu poszukać przetwornicę i jej używać

    trymer01 napisał:
    Sam pomysł aby z 42V robić 12V/1A stabilizatorem liniowym jest....kuriozalny. Zwłaszcza w dzisiejszych czasach.

    Prawda - pod względem sprawności lepiej. Jednakże przetwornice będą droższe, również potrafią się nieźle grzać (i zwykle ciężko je chłodzić). Prócz tego przetwornica pobiera stosunkowo duży prąd przy niskim obciążeniu (w porównaniu do rozwiązania powyżej), wprowadza zakłócenia w napięciu wyjściowym, czasem hałasuje oraz może tworzyć zakłócenia elektromagnetyczne. Tak więc wszystko zależy od konkretnego zastosowania.
    Cała idea powyższego to zmniejszone straty na stabilizatorze. Na nim samym wydzielałyby się jedynie 3W zamiast 30. Radiatora praktycznie nie trzeba (a jak już to mały). Nie martwimy się, że stabilizator padnie z przegrzania i przepuści napięcie wejściowe na wyjściowe. Jedynie rezystor smaży się, ale on w najgorszym przypadku się przepali i odetnie zasilanie.
    trymer01 napisał:
    Niestety ten sposób ma inne wady - potrzebny jest jeszcze radiator i nie mamy zabezpieczenia przeciwzwarciowego.

    W moim układzie takie zabezpieczenie w pewnym sensie jest. Zwarcie, a nawet znaczne przeciążenie układu sprawi, że napięcie na samym stabilizatorze spadnie do 2V. Dla takich 1,5A da to jedyne 3W na stabilizatorze, oraz 60W na rezystorze. No cóż - rezystor nie przeżyje długotrwałego zwarcia, ale dalsza część układu nawet tego nie odczuje prócz spadku napięcia. Krótkotrwałe zwarcie w zasadzie niczego nie

    0
  • #5 05 Gru 2017 22:28
    398216 Usunięty
    Poziom 43  

    Kraniec_Internetów napisał:
    98XX
    ? Chyba 79XX.

    0
  • #6 05 Gru 2017 22:31
    Kraniec_Internetów
    Poziom 36  

    398216 Usunięty napisał:
    ? Chyba 79XX.

    Oczywiście :) Ale dwa X się zgadzają :P

    0
  • #7 05 Gru 2017 22:35
    398216 Usunięty
    Poziom 43  

    trymer01 napisał:
    Czasem się tak robi
    Naprawiałem kilka "piecyków" gitarowych - tranzystorowych i tranzystorowo-lampowych. W większości w ten sposób (szeregowy rezystor i stabilizator) jest tak uzyskiwane zasilanie przedwzmacniaczy. Bardzo często taki rezystor (często 7W i więcej) po prostu się "wylutowuje" z płytki samoistnie.... znaczy od temperatury.

    0
  • #8 05 Gru 2017 22:44
    Kraniec_Internetów
    Poziom 36  

    A więc się to stosuje. Nie dziwię się :) Jak zatem mogę to znaleźć w internecie?

    0
  • #9 05 Gru 2017 22:53
    398216 Usunięty
    Poziom 43  

    Kraniec_Internetów napisał:
    Jak zatem mogę to znaleźć w internecie?
    Chodzi Ci o schemat? Szukaj schematów "pies\cyków" gitarowych... Z tego co pamiętam Fender'a naprawiałem (modelu nie pamiętam) i kilka innych równie markowych.

    0
  • #10 05 Gru 2017 23:00
    Kraniec_Internetów
    Poziom 36  

    398216 Usunięty napisał:
    Chodzi Ci o schemat?
    Schemat to nie problem, bo jaka to sztuka podłączyć rezystor szeregowo ze stabilizatorem. Szukam nazwy tego układu. Tego co mam wpisać do wyszukiwarki by dowiedzieć się więcej. Szukałem trochę, ale nie znalazłem takiego rozwiązania.

    0
  • #11 05 Gru 2017 23:13
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Kraniec_Internetów napisał:
    Szukam nazwy tego układu

    "Toto" nie ma swojej nazwy, bo to coś tak prostego i pospolitego że...nie zasługuje na nią. Ot - dodatkowy opornik jako reduktor napięcia.

    0
  • #12 06 Gru 2017 10:45
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Posiadam stary fabryczny zasilacz laboratoryjny dużej mocy - 500W oparty na tym rozwiązaniu, ponieważ jest to zasilacz regulowany to posiada dwa zestawy tranzystorów pierwszy współpracuje równolegle z rezystorem drutowym dużej mocy i służy temu aby rezystor nie ograniczał prądu wyjściowego przy wyższych napięciach, drugi zestaw tranzystorów to właściwy regulator.

    Rezystor drutowy tego zasilacza ma moc nominalną 750W, wykonany jest jak typowa farelka, spirala z drutu rozpięta na ceramicznych izolatorach chłodzona wentylatorem, ale dzięki temu do wytracenia w tranzystorach jest tylko 1/4 mocy.

    Można znaleźć stare publikacje opisujące ten układ
    http://www.hpl.hp.com/hpjournal/pdfs/IssuePDFs/1962-07.pdf
    (Fig 9)

    0
  • #14 06 Gru 2017 12:30
    398216 Usunięty
    Poziom 43  

    trymer01 napisał:
    dodatkowy opornik jako reduktor napięcia.
    Dokładnie.
    yogi009 napisał:
    Mimo wszystko, mając wybór, postawiłbym na przetwornicę.
    Z punktu widzenia ekonomii - oczywiście, masz 100% racji. Ale np. w audio a szczególnie w piecach gitarowych, gdzie sygnały są niewielkie, a oporność wejściowa duża i na dodatek podłączona asymetrycznie - w takich zastosowaniach przetwornica to nic innego jak nadajnik zakłóceń pracujący na częstotliwości taktowania.
    Powiem tak - jak po raz pierwszy zobaczyłem takie rozwiązanie (w piecu markowej firmy!) też wybebeszyłem oczy ze zdziwienia; "w tak chamski sposób wytracać napięcie?"
    Potem zacząłem się zastanawiać - przetwornica odpadła z powodów jak wyżej. Z kolei dodatkowe uzwojenie (o mniejszym napięciu) dowinięta na transformatorze... koszt.
    A tak - same zalety - przede wszystkim - niezależnie od wersji wzmacniacza (mocy) można zastosować taką samą płytkę - co najwyżej zmienia się tylko wartości rezystorów. Masa ta sama (co też ma znaczenie w wypadku dużych czułości), nie trzeba dodatkowych mostków i kondensatorów do zasilacza przedwzmacniacza - przecież korzysta on już z wyprostowanych napięć, wystarczy niewielka pojemność na wyjściu stabilizatora i już...
    Nie ma co się więc zastanawiać - koszty przesądziły (koszty produkcji oczywiście) i prostota układu. A że starty duże? Że te rezystory grzeją się niemiłosiernie? Hmmm... W "piecykach" to wręcz pożądane - nie bz przyczyny taka nazwa przylgnęła do wzmacniaczy gitarowych... ;)

    0
  • #15 06 Gru 2017 12:32
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    398216 Usunięty napisał:
    W "piecykach" to wręcz pożądane

    Ale tylko dla tradycji... :D

    0
  • #16 06 Gru 2017 12:43
    398216 Usunięty
    Poziom 43  

    trymer01 napisał:
    Ale tylko dla tradycji...
    Stąd uśmieszek na końcu zdania... Tak się po prostu przyjęło - wzmacniacz gitarowy - musi się grzać. A jak jeszcze jest w dodatku na lampach (nawet jak nie jest do niczego innego podłączona a tylko do zasilania żarzenia) - to już w ogóle miodzio... To tak jak z samochodami - czemu Kobietom podobają się czerwone samochody? Bo są najlepsze... :)

    0
  • #18 06 Gru 2017 14:36
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Jest to kolejny przykład jakie są konsekwencje postępu w elektronice, w dawnych czasach dla konstruktorów zastosowanie rezystora było podstawowym rozwiązaniem bo było tanie, proste i w miarę niezawodne, urządzenia były duże i miejsca potrzebnego na gorący element i powietrze go opływające nie brakowało. We współczesnych zminiaturyzowanych urządzeniach odprowadzenie ciepła z gorącego rezystora może być droższe niż budowa przetwornicy. Co z tego że sam rezystor wytrzyma 300°C jeśli elementy w pobliżu nie lubią takich temperatur? żeby taki element upchnąć w urządzeniu o gabarytach dopasowanych na styk trzeba by wykonać kanały powietrzne z obiegiem wymuszonym wentylatorem.

    Oczywiście w urządzeniach amatorskich które nie muszą być optymalizowane pod względem gabarytów i kosztów produkcji, albo takich które nie uległy znaczącym zmianom przez dziesiątki lat, jak wspomniane piece gitarowe, rezystor nadal ma sens.

    A co do przetwornic i ich wad, konstruowanie to sztuka kompromisu, podczas projektowania często wybieramy rozwiązania które nie są optymalne (bo takich nie ma) ale są wystarczające, spełniają większość założeń. Jeśli w danej aplikacji istotne są zakłócenia z przetwornic to można zbudować przetwornicę która generuje bardzo małe zakłócenia, jednak w większości przypadków dodatkowy nakład pracy i koszty z tym związane nie rekompensują zysku który osiągniemy w czułości/dynamice itp.

    0
  • #19 06 Gru 2017 21:46
    398216 Usunięty
    Poziom 43  

    yogi009 napisał:
    A to dziwne, bo u SoundCraft'a widziałem zasilanie na przetwornicy.

    Nic w tym dziwnego, bo nie była to na pewno sklepana na kolanie przetwornica, ale specjalnie do tego celu zaprojektowana.

    0
  • #21 06 Gru 2017 22:54
    Kraniec_Internetów
    Poziom 36  

    Któryś z redaktorów na Forum pisał niedawno o łączeniu przetwornic ze stabilizatorami liniowymi - przetwornica ma wysoką sprawność, a jej wady podaliśmy w postach wyżej, a stabilizator filtruje zakłócenia i dba o stałe napięcie na wyjściu.
    Ciekawi mnie jak taki stabilizator liniowy poradzi sobie z regulacją napięcia zmiennego pulsującego o dużej częstotliwości. Oczywiście o amplitudzie nie przekraczającej napięcia maksymalnego wejściowego stabilizatora. Szkoda, że nie mam oscyloskopu...

    0
  • #22 07 Gru 2017 01:30
    yogi009
    Poziom 41  

    Robiłem onegdaj zabawy z przetwornicami Maxim'a, starając się zastąpić zasilanie klasyczne takim wynalazkiem. Niestety, mimo rozbudowanego filtra wyjściowego jakość dźwięku (bo chodziło o zasilanie układu audio, bez jakichś szalonych częstotliwości), tak zwanym zwykłym, analogowym uchem słychać było różnicę. Przetwornica dawała dźwięk ostrzejszy i z mniejszym udziałem niższych częstotliwości, klasyczny zasilacz eliminował te wady.

    0
  • #23 07 Gru 2017 08:54
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Ciekawi mnie jak taki stabilizator liniowy poradzi sobie z regulacją napięcia zmiennego pulsującego o dużej częstotliwości. Oczywiście o amplitudzie nie przekraczającej napięcia maksymalnego wejściowego stabilizatora. Szkoda, że nie mam oscyloskopu...
    Tętnienia na częstotliwości dziesiątek kHz ograniczy bo w tym zakresie częstotliwości stabilizator liniowy jeszcze działa (czasami stosowałem), jednak pasmo generowanych zakłóceń bywa bardzo szerokie, nawet do dziesiątek- setek MHz, w tym zakresie stabilizator nie pomoże, pomóc mogą filtry pasywne, ale te zazwyczaj nie są projektowane z taką starannością, jak powinno sie projektować układy na częstotliwości radiowe, nawet niewielkie pojemności i indukcyjności pasożytnicze łatwo czynią filtr bezużytecznym w zakresie wysokich częstotliwości, bez odpowiedniego sprzętu pomiarowego trudno to zbadać i poprawić.

    Ktoś może zapytać jakie znaczenie dla układu audio mają zakłócenia na kilkudziesięciu MHz przecież ich nie słychać, niby tak, ale możliwa jest demodulacja tych sygnałów w stopniach wejściowych wzmacniaczy, a to co pozostanie po demodulacji często ma już składowe w użytecznym paśmie urządzenia.

    0
  • #24 07 Gru 2017 12:27
    398216 Usunięty
    Poziom 43  

    jarek_lnx napisał:
    pasmo generowanych zakłóceń bywa bardzo szerokie, nawet do dziesiątek- setek MHz
    Zgadza się.
    jarek_lnx napisał:
    pomóc mogą filtry pasywne
    Pod warunkiem, ze zakłócenia nie przedostaną się drogą powietrzną - przedwzmacvniacz moze pracować jako odbiornik...
    jarek_lnx napisał:
    możliwa jest demodulacja tych sygnałów w stopniach wejściowych wzmacniaczy, a to co pozostanie po demodulacji często ma już składowe w użytecznym paśmie urządzenia.
    Dokładnie tak. Z tego też względu pierwsze wzmacniacze estradowe (chociaż oczywiście nie tylko ich to dotyczy) nie nadawały się do pracy z pełnym pasmem, a ich brzmienie było - jak Kolega pisze:
    yogi009 napisał:
    dźwięk ostrzejszy i z mniejszym udziałem niższych częstotliwości
    Dopiero po kilku latach , a i to nie we wszystkich wzmacniaczach, poprawiła się ta sytuacja dzięki temu co pisałem wcześniej - starannemu projektowaniu samych zasilaczy i przedwzmacniaczy/wzmacniaczy z jakimi miały współpracować. Dziś co prawda jest dużo lepiej, ale w większości wzmacniaczy nadal wytrawne ucho usłyszy to "skażenie" - w szczególności gdy i sama końcówka mocy jest w klasie D.
    Oszczędność kosztów i energii oraz waga całości; to są niezaprzeczalne zalety przetwornic. Jednak w audio należy dobrze się zastanowić nad ich stosowaniem.

    0
  • #25 07 Gru 2017 13:11
    yogi009
    Poziom 41  

    398216 Usunięty napisał:
    Dopiero po kilku latach , a i to nie we wszystkich wzmacniaczach, poprawiła się ta sytuacja dzięki temu co pisałem wcześniej - starannemu projektowaniu samych zasilaczy i przedwzmacniaczy/wzmacniaczy z jakimi miały współpracować. Dziś co prawda jest dużo lepiej, ale w większości wzmacniaczy nadal wytrawne ucho usłyszy to "skażenie" - w szczególności gdy i sama końcówka mocy jest w klasie D.


    E tam... po jakich latach? Temat dotyczy NE5532, OPA2604, czy LME49820. A końcówka w klasie A lub AB. Różnica jest słyszalna, nawet nie trzeba audiofila, żeby to odróżnił.

    0
TME logo Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
TME Logo