[Rozwiązano] Wpływ tranzystora npn na napięcie diody zenera 43V w układzie

Witajcie!

Kilka lat temu - chyba w EdW spotkałem się z takim "wzmocnieniem" diody zenera.



Dzisiaj zmontowałem taki układ z diodą 43V (taką miałem "pod ręką") i tranzystorem BD139. Po wpięciu w układ taka "dioda" zachowywała się
dziwnie.
Przy napięciu poniżej 39V nie płynął przez "diodę" żaden znaczący prąd - co najwyżej kilkadziesiąt uA.
W zakresie napięcia 39-40V wzrósł stopniowo do około 100mA, a już przy 40,8V skoczył do 1,1A.

Jaki wpływ na napięcie zenera ma ten tranzystor? Dlaczego "obniżył" on napięcie zenera aż o 2,5V?
Potrzebuję zabezpieczenia które ma działać dopiero powyżej 43-44V dc- chodzi mi o to żeby napięcie na wejściu układu nie wzrosło do 45V (napięcie maksymalne układu scalonego), a poniżej tego napięcia żeby układ ograniczający nie działał wcale.
Jak dobrać wartość diody zenera aby poniżej 43-44V nie przepływał przez układ (dioda+tranzystor) prąd?

gryzlly napisał:

Potrzebuję zabezpieczenia które ma działać dopiero powyżej 43-44V dc- chodzi mi o to żeby napięcie na wejściu układu nie wzrosło do 45V (napięcie maksymalne układu scalonego), a poniżej tego napięcia żeby układ ograniczający nie działał wcale.

Po co takie kombinacje. Są gotowe transile do tego celu.
Lub:
https://elportal.pl/pdf/k04/05_01e.pdf

Moderowany przez trymer01:

Transile absolutnie nie służą do tego celu.
TL431 się tu nie nadaje z powodu Umax=36V.
Porady potencjalnie szkodliwe.
Regulamin, pkt 3.1.11. Nie wysyłaj wiadomości, które nic nie wnoszą do dyskusji. Wprowadzają w błąd, są niebezpieczne czy nie rozwiązują problemu użytkownika.

A w Twoim układzie brakuje rezystora od bazy do emitera.
http://www.serwis-elektroniki.com.pl/wp-content/uploads/2017/02/17_02_10_1.pdf

Dzięki za odpowiedzi.
Nie pamiętam żeby na schemacie z EdW był opornik - stąd tylko dioda+tranzystor, ale możliwe że pamięć jest zawodna - jutro będę sprawdzał.
To nie ma być stabilizator napięcia - tylko ogranicznik jego górnej wartości - gdyby nie charakter pracy transila (większe prądy tylko przez ułamek sekundy) to byłoby najprostsze rozwiązanie - A tutaj idealnie wręcz nadaje się zenerka, ale problemem jest duży prąd płynący przez nią.

Tak, znam charakterystykę diody zenera - dziwiło mnie tylko i wyłącznie jedno - to zbyt niskie napięcie "pełnego otwarcia" tranzystora (niecałe 41V, a nie prawie 44) - ale jeśli twierdzisz że dioda może mieć zaniżone napięcie, to wszystko wyjaśnia - reszta wg mnie działa tak jak powinna - wraz ze wzrostem napięcia prąd płynący przez diodę (w tym wypadku tranzystor) pomału wzrasta, by w pewnym momencie drastycznie wzrosnąć.
W takim razie sensownym rozwiązaniem okaże się szeregowe połączenie 2 albo więcej diod aby osiągnąć te 43-43,5V. Jutro zrobię układ na docelowym tranzystorze z rezystorem szeregowo z diodą (pomiędzy bazą a emiterem) i zobaczę jak się będzie całość zachowywała.

Docelowo - jeśli układ zadziała tak jak oczekuję - planuję wykorzystać tranzystor 2n3055, ze względu na dość dużą możliwą wytracaną moc - z układu który dzisiaj zmontowałem i testowałem, wynika że wystarczy przepływ "tylko" około 0,8A aby napięcie spadło z 46V do bezpiecznych 43V - ale to "tylko" to przy takim napięciu prawie 40W - w krytycznym momencie - stąd wyjaśniam że bd139 to rozwiązanie na krótką chwilę - tylko do testów.

Na koniec wyjaśnię - chodzi o ograniczenie górnego napięcią występującego w małej instalacji fotowoltaicznej - konkretnie na wejściu przetwornicy dc/dc na układzie xl4016 - max napięcie tego scalaka to właśnie 45V, a max napięcie paneli występujące w czasie pracy i przy obciążeniu to 46V.
Prąd mogący płynąć w układzie to max 8A ( średnio około 3A). Problem występuje tylko przy pełnym nasłonecznieniu paneli, przy temperaturze około 20st, pod koniec ładowania akumulatorów i znikomym poborze energii - prąd płynący przez akumulatory spada, a więc napięcie w całym układzie idzie pomału w górę - ale nie może dojść do 44,6V - przy tym napięciu układ xl4016 się zawiesza i cała przetwornica się wyłącza.

Tak dioda to typowa malutka obudowa DO-35 - taka jak 4148 - więc pewnie 0,5W.

Czyli zamiast samej diody i tranzystora powinienem zastosować coś takiego:
T3 - BD140,
T2 - 2N3055.
Rozumiem że rezystor R1 zostaje 120ohm.



Czy ma jakiekolwiek znaczenie czy będzie to para: BD140+2N3055 czy BD139 + jakiś pnp mocy? Czy to zależy tylko od tego co będę miał w pudełku?

trymer01 napisał:

Transile absolutnie nie służą do tego celu! To zła porada.

Aj, bo zrozumiałem autora, że chce się zabezpieczyć przez przepięciami.

wg katalogu widze ze 2n3055 ma 60V - ale jaki mój jest- czy stary i jak bardzo to nie wiem - pochodzi z demontażu, ale czego i kiedy tego to nie pamiętam - ma na pewno powyżej 8-10lat.

Po pomiarach moje 2N3055 mają bety: 28, a drugi 22.
tip3055 z beta 91-128 - 3szt w sumie.
bd140 ma hfe=308 - ale mam tylko 1 szt.
mje350-hfe od 42-180 - około 7szt
z pnp mam jeszcze tylko bd680 (darl) z hfe 202.
Jakie połączenie uważałbyś tutaj za najrozsądniejsze?

Niestety najmocniejszy pnp "mocy" jaki mam to bd140, więc odwrotna konfiguracja nie wchodzi w grę.

Tak - też myślałem o łączeniu równoległym w celu lepszego odprowadzenia ciepła, ale pierwsze chcę "ożywić" układ.

Jawi_P - w pewnym sensie tak, ale te "przepięcia" mogą trwać nawet kilka godzin - temu transil odpada - choć byłoby to najprostsze wyjście - znalazłem w firmie piekarz transil na 43V - więc idealny by był - ale niestety - zawsze pod górke musi być

Nie jest dla mnie jasne: czy układ ma być zrobiony tak, żeby mógł przepuszczać prąd 0.8A, czy do 8A? To jednak spora różnica...

Zrobienie układu na 8A to spore wyzwanie - nie wiem, czy wystarczy jeden 2N3055, czy trzeba więcej. Dla 0.8A myślę, że wystarczy tranzystor BD680, ale z opornikiem w kolektorze - 0.8A przy 40V będzie daleko poza Safe Operating Area, ale jak w kolektorze będzie opornik 43 omy (na moc ponad 25W), to przy 0.8A z 43V zostanie 8.6V i obawiać się raczej należy o mniejszy prąd - może 0.3A, wtedy na tranzystorze będzie 30.1V, ale i to wychodzi wewnątrz SOA i to daleko od granicy.

BD140 jest nieco słabszy od BD680 i przy prądach 0.2-0.3A byłby na granicy SOA (w wersji z opornikiem) według not Fairchild i STMicroelectronics, według noty ON Semiconductor wyraźnie poza SOA.

Podłączenie diody Zenera do bazy tranzystora z opornikiem baza-emiter może zmniejszyć zakres napięć, w którym następuje zmiana prądu, ale nie dla tranzystora Darlingtona, jakim jest BD680 (tu jest problem taki, że ten tranzystor zaczyna przewodzić przy napięciu baza-emiter około 0.5V, a przy dużym prądzie potrzebuje około 1.4V, dodając w ten sposób prawie 1V zakresu zmiany prądu). Jeśli ten zakres ma być naprawdę mały, to wypada użyć TL431, tylko trzeba go podłączyć tak, żeby nie dostał za dużego napięcia.

Proponuję tak: TL431, anoda do -zasilania, REF do dzielnika dobranego do potrzebnego napięcia włączania, katoda poprzez diodę Zenera (np. 15V) do bazy BD680; między tę bazę, a emiter opornik 120R; między anodę i katodę TL431 opornik z 15k (można nawet więcej: chodzi o to, żeby przy takim napięciu, przy którym TL431 nie przepuści jeszcze żadnego prądu, dioda Zenera 15V miała jakiś prąd i był na niej spadek napięcia, a TL431 miał przez to niższe napięcie katoda-anoda). Przez opornik 15k popłynie prąd z 1.9mA, przez TL431 poniżej progu do 0.8mA, te 2.7mA da na 120R około 0.33V i to będzie za mało, żeby tranzystor przewodził; a do pełnego przewodzenia wystarczy prąd bazy 4mA (z zapasem) i w najgorszym razie 21mA przez opornik (przyjmując napięcie baza-emiter 2.5V), więc dioda Zenera powinna być co najmniej 0.4W. Całe przejście między prądem poniżej 3mA, a ponad 0.8A będzie przy zmianie napięcia na REF najwyżej o 12mV, a napięcia na całym układzie o 0.2V.

Jest jeszcze kwestia, jak wyglądają współczynniki temperaturowe napięcia TL431 i napięcia zadziałania zabezpieczenia przetwornicy. Teoretycznie, TL431 powinien mieć zerowy współczynnik temperaturowy, ale dla jakiegoś egzemplarza sprawdziłem i był prawie 1mV/°C.

Hmm, to może doprecyzuję - Prąd płynący z paneli (prąd w całym układzie) może mieć maksymalną wartość 8A (typowo około 3-4A), a prąd płynący przez ów ogranicznik (diodę zenera) około 0,8A - z małym zapasem jak radził kol. Trymer niech będzie max 1A. Ale to tylko w nielicznych przypadkach: to może wystąpić raz na miesiąc, ale może też przez 2-3 dni pod rząd przez kilka godzin - stąd wymagana moc około 40W.

_jta_ - nie chcę niepotrzebnie komplikować układu - gdyby była zenerka o mocy 40W to bym ją właśnie zastosował i po krzyku - to ma być proste, niezawodne i trwałe - z naciskiem na proste.

Tak, masz racje - zbyt pochopnie wyciągnąłem wnioski - "pomiary" dokonane jak pisałem na szybko - testerem uniwersalnym - ot takim na atmega328.
Układ na BD140 i 2x2n3055 zmontowany, ale dzisiaj ze słońcem kicha totalna, a zasilacza na 40V niestety nie mam do testów - może jutro będzie lepszy dzień - czekam teraz na słońce
A jeśli problemem może być napięcie dla 2N3055 to może od razu go zmienić na inny - np 2sc3320 lub kd503?

P.S. Transil przecież może i kW na siebie przyjąć, ale przez mały (mikro) ułamek sekundy - tak przecież one mają działać - chyba że jestem w błędzie - tak czy inaczej wiem że w tym przypadku on się nie nadaje.

Można jeszcze zrobić w układzie z dwoma tranzystorami (albo tranzystorem i TL431) dodatnie sprzężenie zwrotne, żeby włączanie tranzystora było z histerezą - czyli, jak napięcie na akumulatorze (bądź na wejściu przetwornicy) przekroczy pewien próg, to włącza się tranzystor (koniecznie z opornikiem w kolektorze) i płynie przez niego część prądu z panelu. Ponieważ tranzystor jest w tym stanie włączony, jest na nim niskie napięcie - prawie cały spadek napięcia jest na oporniku, i nie ma ryzyka przegrzania tranzystora, czy wtórnego przebicia. I dopiero, gdy napięcie spadnie poniżej progu wyłączania tranzystora, ma się on wyłączyć - całkowicie, więc też nie będzie się grzał.

Oczywiście, takie rozwiązania wymagają oporników o dużej mocy - taki opornik można zrobić ze spirali grzejnej, przykładowo spirala 1000W ma opór około 50 omów, więc pewnie 1200W byłaby w sam raz. Do układu w #6 dodajesz tę spiralę w kolektorze 2N3055, opornik (ze 300R) na połączeniu kolektora BD140 z bazą 2N3055, i opornik (z kilkadziesiąt k) między tym kolektorem, a bazą BD140.

W takiej wersji nie potrzebujesz dużych radiatorów (w układzie z samymi tranzystorami będzie w nich tracona moc do prawie 40W, więc będą potrzebne spore radiatory) i spokojnie wystarczy jeden 2N3055 (a nawet znacznie słabszy tranzystor - do 1A pewnie BD140, albo BD139 jako tranzystor mocy, i BC547, albo BC557 jako sterujący).

Z tym, że taki układ włącza się skokowo, i jeśli z panelu masz ładować akumulator, to poprzez diodę, i zabieranie prądu robisz przed diodą, z samego panelu - żeby, jeśli panel spróbuje ładować akumulator małym prądem powyżej dopuszczalnego napięcia, układ nie próbował brać prądu z akumulatora, jak mu z panelu nie starczy.

Akumulator w tym układzie to całkiem osobna część - nie brana pod uwagę - nie ma możliwości przepływy prądu z akumulatora w niepożądanym kierunku. Interesuje mnie tylko część panele-> przetwornica dc/dc i zapobiegnięcie przekroczenia napięcia 44V na jej wejściu.

Czyli układ z tl431 powinien wyglądać tak?:



R1/R2 dobrać do napięcia zadziałania - około 43V
A R5 około 50ohm - moc 50W?

Rozumiem że zaletą takiego rozwiązania będzie:
1) płynna regulacja napięcia załączania - wystarczy wstawić odpowiedni potencjometr na nóżce ref tl431
2) grzanie się tylko rezystora R5
3) momentalne włączenie układu powyżej napięcia ustawionego przez R1/R2 - a nie stopniowe jak w przypadku zenerki.
4) zastosowanie o wiele mniejszego tranzystora mocy.

Dobrze czy coś pomieszałem?
Przy cenie nowych rezystorów 50ohm/50W (poniżej 10zł) nie ma co chyba przesadzać z grzałkami.

P.S. Znalazłem ten schemat z EdW na który się powoływałem w 1 poście - nie pomyliło mi się - tylko zenerka + tranzystor:)
Artykuł o zasilaczach beztransformatorowych.

Czyli układ z tl431 powinien wyglądać tak?

Jedna poprawka: opornik R3 ma być nie równolegle do diody Zenera, a między anodę i katodę TL431. On ma zapewnić prąd polaryzujący diodę Zenera, żeby było na niej odpowiednie napięcie, i TL431 nie mógł dostać większego napięcia, niż dopuszczalne.

Jeśli chcesz mieć skokowe włączanie po osiągnięciu napięcia progowego (a nie dopasowywanie prądu tak, żeby stabilizować napięcie), i przez to grzanie się tylko opornika, to trzeba zrobić dodatnie sprzężenie zwrotne poprzez dodanie opornika (kilka M) między kolektorem BD680, a REF TL431. Można równolegle do tego opornika (albo zamiast niego) dać znacznie mniejszy (kilkaset K) i szeregowo z nim kondensator (kilkadziesiąt nF) - to da taki efekt, że jeśli różnica progów włączania i wyłączania tranzystora będzie za mała, to będzie się on na zmianę włączał i wyłączał z częstotliwością od kilkunastu do kilkudziesięciu Hz. Ale taką wersję trzeba by jeszcze przemyśleć, żeby nie wyszło tak, że po wyłączeniu tranzystora napięcie zrobi się za duże.

Niewątpliwą zaletą układu z TL431 jest możliwość regulowania napięcia zadziałania (z zenerką raczej trudno, skomplikowany układ) i lepsza stabilność. Natomiast kosztuje z 50gr - pewnie za to można kupić z 10 zenerek i dobrać kilka tak, by uzyskać potrzebne napięcie i mały współczynnik temperaturowy. Ale byłoby z tym sporo zachodu.

Sprawdziłem, ile na Allegro kosztują spirale grzejne - niewiele taniej od takiego opornika. 50 omów to może być trochę za dużo - prąd do około 820mA (przyjmując napięcie 43V i spadek 2V na włączonym tranzystorze).

_jta_ napisał:

Jedna poprawka: opornik R3 ma być ... między anodę i katodę TL431.

Oczywiście! Mój błąd - pośpiech/roztargnienie/pośpiech....niedziela już poprawione - dzięki.

Tak - zdecydowanie prostota weźmie górę - tym bardziej że wszystkie elementy już mam. A jeśli układ z tą wzmocnioną diodą będzie zachowywał się tak jak mój średnio (nie)działający prototyp (dość powolny wzrost prądu po przekroczeniu pewnego napięcia), to bardziej na czymś takim mi zależy, a nie na skokowym (ostrym) wzroście prądu.
Dopytywałem kolegi jta o układ z tl431, gdyż zapaliła mi się lampka odnośnie innego starego projektu - i właśnie mam rozwiązanie - przysłowiowe 2 pieczenie - dziękuję!

Schemat z 2N3055 finalnie będzie wyglądał jak poniżej - prostota połączona z minimalną ilością elementów. Pozostaje kwestia chłodzenia tranzystorów -ale to będę musiał już doświadczalnie dobrać radiator do temperatury która będzie występowała w praktyce.



Dodano po 5 [minuty]:

trymer01 napisał:

Dawno temu były takowe produkowane dokładnie wg schematu z postu nr 1 ale z opornikiem Rbe

To by załatwiło problem całkowicie, no ale cóż - Za to dzięki temu kolejny dzień i znowu coś nowego w głowie zostanie
Dziękuję Wam obu za pomoc!
Dam znać jak układ się zachowuje w praktyce - jeśli słoneczko mnie zaszczyci swą obecnością

No więc wreszcie przyszło słońce! po 2 dniach testów wygląda to tak:

Zenerka 33V + 9V1 - daje pełne włączenie ogranicznika napięcia przy 42,9V (układ "budzi się do życia" już przy 42V, przepuszczając kilkanaście mA i to przez większość czasu wystarczy żeby wymusić spadek napięcia na panelach). Przy prądzie płynącym przez 2N3055 na poziomie 0,36A (samo południe, mocne słońce - napięcie na panelach 45V) występuje lekkie grzanie tranzystora (po około 30min temperatura radiatora około 48st) i wystarczający spadek napięcia do zabezpieczenia przetwornicy - prąd i temperatura już nie wzrastają.

Na razie zastosowałem tylko jeden tranzystor i radiator dość niewielkich rozmiarów - ze starego procesora pentium - i chyba będzie wystarczający - dodam jeszcze w szereg z zenerkami zwykłą diodę żeby podnieść napięcie do około 43,5V, więc układ będzie jeszcze rzadziej się włączał, ale już widzę że całość bardzo poprawnie pracuje.

Dziękuję jeszcze raz Wam obu za udzieloną pomoc!