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

Zasilacz do telefonu - podwyższenie napięcia wyjściowego

Mr.Wrong 20 Mar 2018 21:26 846 6
  • #1 20 Mar 2018 21:26
    Mr.Wrong
    Poziom 6  

    Witam kolegów :)

    Na wstępie zaznaczę, że nie mam żadnego doświadczenia w zakresie projektowania przetwornic impulsowych. Wprawdzie z powodzeniem udało mi się do tej pory serwisować kilkanaście zasilaczy ATX-owych, czy laptopowych, ale do wprowadzania modyfikacji do istniejących projektów, czy tworzenia własnych, jeszcze daleka droga. Na razie próbuję uporządkować mętlik w głowie powstały w wyniku ślęczenia nad teorią ;) Akurat nadarza się okazja, bo potrzebuję zasilacza 50V 20mA i pomyślałem, że może uda przystosować się do tego celu zbędny zasilacz do telefonu 5V 700mA. Ale o ile działanie prostych przetwornic przepustowych czy zaporowych opartych na jednej cewce mam w miarę opanowane, to w momencie gdy pojawia się trafo które ma więcej niż dwa uzwojenia, gubię się zupełnie :D

    Ale do rzeczy – mam zasilacz TRV-ST3A, którego schemat odtworzył jeden z kolegów w tym wątku. Wylutowałem trafko, pomierzyłem indukcyjności i wynikające z nich przekładnie:

    pierwotne – 10.4 mH
    wtórne – 48µH
    pomocnicze – 95µH
    przekładnia pierw./wtórne – 14.7
    przekładnia pierw./pom. - 10.4
    przekładnia pom./wtórne – 1.4

    Posiłkując się symulacją z tej strony przy takich parametrach i obciążonym zasilaczu, zmierzony współczynnik wypełnienia jest prawie zgodny z zasymulowanym (15%). O ile dobrze zrozumiałem, to analogicznie do rozpracowanego tutaj zasilacza , za współczynnik wypełnienia odpowiadają D6, C2, R4, ZD1. W każdym razie po wymianie zenerki na 19V, współczynnik wzrósł do 33%, a napięcie wyjściowe do 15V, ale przy obciążeniu rezystancją (taką żeby uzyskać podobną moc jak przy 5V) spadło do zaledwie 7V. Przypuszczam, że konieczne będzie przewinięcie uzwojenia wtórnego – symulator proponuje przekładnię nieco ponad 6. Przy takiej indukcyjności trafka widać, że przez zdecydowanie większą część cyklu przetwornica jest bezczynna, więc z tego co wiem, konieczna jest precyzyjna kontrola PWM. I tu zaczynają się schody, bo sprzężenia w postaci transoptora brak, realizuje je właśnie uzwojenie pomocnicze. Czy je także trzeba będzie przewinąć? Jak w ogóle działa sprzężenie zwrotne reagujące na zmiany napięcia wyjściowego, zrealizowane w ten sposób?

    0 6
  • #2 21 Mar 2018 14:25
    czareqpl
    Poziom 28  

    Zauważ, że pierwotnie masz 3,5W (5V/700mA) a na wyjściu chcesz uzyskać 1W (50V/0.02A)...
    Zatem nie obciążaj układu taką rezystancją aby pobierać 3,5W jak w przypadku niskiego napięcia.
    Jak duże masz spadki przy podłączeniu obciążenia 2k5 Ohm?

    0
  • #3 21 Mar 2018 22:40
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Bez zmiany uzwojeń przy 50V na wyjściu na tranzystorze kluczującym musiało by się pojawić ponad 1000V, przez co wybór tranzystora był by trudny. Lepiej przewinąć wtórne, pozostawiając resztę bez zmian.

    Nie ma tu modulatora PWM który by regulował współczynnik wypełnienia, układ pracuje samowzbudnie w trybie BCM i współczynnik wypełnienia ustala się sam, w zależności od napięć.
    Po załączeniu zasilania tranzystor zaczyna przewodzić, poprzez transformator powstaje dodatnie sprzężenie zwrotone które powoduje szybkie nasycenie tranzystora, prąd uzwojenia pierwotnego liniowo narasta, aż narośnie do wartości przy której ograniczony prąd bazy nie pozwala na dalszy wzrost prądu kolektora, wtedy napięcie indukowane w uzwojeniach spada, co zmniejsza prąd bazy i przez dodatnie sprężnienie zwrotne skutkuje natychmiastowym zatkaniem tranzystora.
    Kiedy tranzystor jest zatkany płynie prąd uzwojenia wtórnego (liniowo opada) aż spadnie do zera, wtedy zanika napięcie ujemne blokujące bazę tranzystora i następuje kolejne załączenie.
    Działanie sprzężenia zwrotnego jest tu dosyć proste, podczas kiedy tranzystor jest zatkany w uzwojeniach indukuje się napięcie proporcjonalne do liczby zwojów, napięcie z uzwojenia pomocniczego ładuje kondensator do napięcia ujemnego, jeśli to napięcie będzie odpowiednio wysokie, to przy następnym załączeniu tranzystora zacznie przewodzić diodą Zenera co spowoduje wcześniejsze (przy mniejszym prądzie szczytowym) wyłączenie tranzystora, albo w ogóle powstrzyma załączenie tranzystora na dłuższą chwilę.

    Bez zmiany uzwojenia pomocniczego liczba V/zw pozostanie stała więc będziesz musiał nawinąć prawie 10x więcej zwojów wtórnego.
    Oczywiście można zmienić liczbę zwojów pomocniczego ale trzeba by ponownie dobrać pozostałe elementy.

    1
  • #4 23 Mar 2018 23:29
    Mr.Wrong
    Poziom 6  

    czareqpl napisał:
    Jak duże masz spadki przy podłączeniu obciążenia 2k5 Ohm?


    Dobrze że zwróciłeś na to uwagę, bo ja mam dosyć chaotyczny styl pracy i tylko mi się zdawało, że podmieniłem rezystor wyjściowy przy podwyższonym napięciu. Faktycznie to zapomniałem go zmienić, więc nic dziwnego że napięcie "przysiadło". Po zmianie na 220Ω (teraz przy 15V już na pewno był 1W z haczykiem :cunning: ) było stabilne. Ale jak słusznie zauważył jarek_lnx nie tędy droga, bo bez zmiany przekładni trafa, napięcie UCE przekroczyłoby 1kV i ciężko by było dobrać taki tranzystor. Zresztą po trzech minutach pracy objawiło się to w sposób bardzo konkretny, tzn. tranzystor z hukiem zakończył żywot :D (w końcu dostał ponad 500V, przy nominalnych 400 i tak długo wytrzymał). Co zresztą skłoniło mnie do ponownego i uważnego przeczytania help-a ze strony symulatora, postu kolegi jarek_lnx oraz przeanalizowania wzorów i chyba wreszcie coś mi zaczyna "świtać" :idea: Poprawcie mnie zatem, jeżeli źle zrozumiałem co dzieje się na samym trafku (na razie nie uwzględniajmy wpływu zmian wsp. wypełnienia, przyjmijmy 50%):

    1. Klucz przewodzi - w rdzeniu gromadzi się energia, na uzw. wtórnym indukuje się napięcie w przeciwfazie, więc dioda Shottky'ego jest zatkana, na pomocniczym faza napięcia jest zgodna, a wartość równa iloczynowi UWe i przekładni pomocnicze/pierwotne.
    2. Klucz zamknięty - zmienia się polaryzacja uzwojeń, energia poprzez diodę Shottky'ego przekazywana jest na wyjście, ale dodatkowo indukcja wywołana opadającym prądem na wtórnym, powoduje indukcję na pierwotnym i zsumowanie napięć UWe i iloczynu UWy z przekładnią pierwotne/wtórne (pomijając spadek napięcia na diodzie). I analogicznie dotyczy to indukcji na pomocniczym, oczywiście z innymi wartościami napięcia, czyli zaindukowane w pierwszej fazie cyklu UPom + UWy * pomocnicze/wtórne?

    0
  • Pomocny post
    #5 25 Mar 2018 12:26
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Mr.Wrong napisał:
    1. Klucz przewodzi - w rdzeniu gromadzi się energia, na uzw. wtórnym indukuje się napięcie w przeciwfazie, więc dioda Shottky'ego jest zatkana, na pomocniczym faza napięcia jest zgodna, a wartość równa iloczynowi UWe i przekładni pomocnicze/pierwotne.
    Tak jest i napięcie na uzwojeniu pomocniczym wraz z rezystancją która jest w obwodzie ustalają prąd bazy tranzystora.
    Mr.Wrong napisał:
    2. Klucz zamknięty - zmienia się polaryzacja uzwojeń, energia poprzez diodę Shottky'ego przekazywana jest na wyjście, ale dodatkowo indukcja wywołana opadającym prądem na wtórnym, powoduje indukcję na pierwotnym i zsumowanie napięć UWe i iloczynu UWy z przekładnią pierwotne/wtórne (pomijając spadek napięcia na diodzie).
    Początek uzwojenia jest połączony z kondensatorem naładowanym do ok 320V, do tego dodaje sie napięcie z uzwojenia 14,7*5,5V=81V więc mamy ok 400V na tranzystorze.

    Mr.Wrong napisał:
    I analogicznie dotyczy to indukcji na pomocniczym, oczywiście z innymi wartościami napięcia, czyli zaindukowane w pierwszej fazie cyklu UPom + UWy * pomocnicze/wtórne?
    Po prostu Upom=(Uwy+Ud)*pomocnicze/wtórne=5,5V*1.4=7,7V, napięcia które zaindukowało się w pierwszej fazie cyklu już nie ma.
    z 7,7V 7V naładuje kondensator i napięcie na tym kondensatorze będzie wpływać na działanie układu kiedy tranzystor będzie włączony.

    0
  • #6 30 Mar 2018 14:07
    Mr.Wrong
    Poziom 6  

    OK, czyli z tego co do tej pory zrozumiałem, to o zakończeniu cyklu ładowania decyduje przede wszystkim ograniczony prąd kolektora, ewentualnie cykl może zakończyć się wcześniej, jeżeli w fazie rozładowania kondensator C2 zdąży naładować się do U202-UZD1, czyli 2.1V - 9.2V = -7.1V i wtedy przy kolejnym załączeniu dioda ZD1 zacznie przewodzić "podkradając" prąd bazy? Czyli z tego chyba wynika, że akurat w tej aplikacji należy uważnie dobierać tranzystor, bo przy zbyt dużym β mogło by dojść do nasycenia rdzenia, dobrze myślę?

    Mam jeszcze jedną "zagwozdkę" - w fazie ładowania, napięcie na uzwojeniu pomocniczym wynosi 30V (pomiar oscyloskopem) i prąd płynie przez C3, R5, 202, po drodze odgałęzia się na bazę tranzystora, napięcie na 202 to początkowo 2.2V, pod koniec cyklu 2.96V. W fazie rozładowania napięcie na uzwojeniu to ok. -8V, prąd płynie teraz przez 202 (-0.72V), R5, C3, w drugiej gałęzi od R4, C2, D6 i co dalej? Albo zapomniałem jak strzałkuje sie prąd w obwodzie, albo prąd w cewce nagle zmienił kierunek :?:

    0
  • #7 27 Kwi 2018 21:21
    Mr.Wrong
    Poziom 6  

    OK, zasilacz po przeróbkach pracuje :)

    Początkowo zastosowałem sugerowaną przekładnię 6.4 na wtórnym, na pomocniczym zachowałem taką samą jak w oryginalnym projekcie, czyli 1.4, ale skutkowało to dużymi stratami na rezystorze R5, więc zmieniłem na taką, żeby napięcia na uzwojeniu były zbliżone do stanu sprzed przeróbek. Niestety po złożeniu trafka w całość, indukcyjność uzwojnia pierwotnego spadła do 5mH i przetwornica pracowała na ponad 100kHz, co powodowało niemiłosierne nagrzewanie się rdzenia i tranzystora. Wziąłem więc toroidalny ferryt o dużym AL (ze starego ATX-a) i ciekawym zbiegiem okoliczności, sugerowaną przez symulator indukcyjność 260mH, uzyskałem przy dokładnie takiej samej ilości zwojów jak w oryginalnym trafku :D Oczywiście wymieniłem też tranzystor i wszystkie elementy które wymagały pracy przy wyższych napięciach. Przy mocy 1W oddawanej do obciążenia, zgrubnie wyliczona sprawność wyniosła 26% - dla porównania, w identycznych warunkach, niezmodyfikowany zasilacz 5V ma sprawność 31%, więc nie jest to chyba zły wynik. W każdym razie po zapakowaniu całości w oryginalną obudowę, zasilacz pracował bez przerwy przez 4 godziny i temperatura zarówno ferrytu jak i obudowy tranzystora utrzymywała się w granicach 80-85°C.

    jarek_lnx - dzięki za wyjasnienia i wskazówki – zasilacz jak zasilacz, dobrze że działa, ale zdobyta wiedza jest jeszcze cenniejsza :spoko: Wątek póki co pozostawiam otwarty, bo cały czas nie daje mi spokoju prąd w uzwojeniu pomocniczym przy zablokowanym tranzystorze – może ktoś jeszcze tę kwestię wyklaruje :)

    0
  Szukaj w 5mln produktów