[Rozwiązano] Schemat zasilania LM1036 z LM317 - dobór kondensatorów i montaż

Witam,
Chciałbym zaprojektować schemat zasilania dla LM1036 na LM317 lecz męczy mnie parę kwestii. Mianowicie, obliczyłem bez większych problemów wartość rezystora. Dla interesującego mnie napięcia, czyli ok. 12V - R2 wynosi 2,2K co daję na wyjściu 12,7V według wzoru. Problem pojawia się przy kondensatorach, w moim schemacie jest kilka elementów podczas gdy w internecie spotykam schematy w których zawartych jest paręnaście elementów. Chciałbym aby zasilacz miał jak najmniejsze tętnienia. Spotkałem się z diodą prostowniczą "nad" stabilizatorem i kondensatorami równolegle na każdej diodzie prostowniczej i zastanawia mnie jakie ma to zalety. Jeśli jest to ważne to stabilizator będzie znajdował się na jednym PCB wraz z LM1036.
Jeszcze co do montażu, z racji że LM1036 nie pobiera dużo prądu chciałbym LM317 zamontować tak jak na obrazku, wystarczy po prostu przymocować bezpośrednio do PCB czy zastosować thermopad ?

Zobacz rozważania o zasilaniu w temacie: Link
I nie prościej będzie zastosować stabilizator serii LM78xx (np. LM7812) niż regulowany LM317? Pobór prądu przez LM1036 jest tak mały (poniżej 0,1A) że stabilizator możesz dać bez radiatora, oczywiście przy założeniu rozsądnego spadku napięcia na stabilizatorze tzn ok. 5V.

Prościej ale wybrałem jednak LM317, nie wiem tylko jakiej wartości powinien być kondensator filtrujący. I czy schemat podany na obrazku będzie wystarczająco dobrze filtrować napięcie.

Ze schematu mało co widać ale po co dajesz równolegle kondensatory 1000µF i 1µF?
Weź typowy schemat aplikacyjny dla tego stabilizatora.

Schemat jest z internetu, 1000uF filtrujący a .1uF to 0.1uF (tak się pisze w systemie imperialnym) jest z schematu aplikacyjnego stabilizatora.

Nie napisałeś, jaki prąd chcesz pobierać. W układzie z mostkiem Graetza kondensator jest ładowany 100 razy na sekundę, i prawie przez 1/100 sekundy musi dostarczać prąd; jeśli pobierasz prąd 1A, to kondensator 1000uF przez 1/100 sekundy rozładuje się o 10V. Dodatkowo, trzeba wziąć pod uwagę, że typowy stabilizator taki jak LM317, czy LM7812 potrzebuje mieć na wejściu napięcie co najmniej o 3V wyższe, niż ma dać na wyjściu - a więc, jeśli na wyjściu ma być 12V i 1A, to napięcie na kondensatorze powinno się zmieniać np. od 15V do 25V - jeśli będzie większe, to stabilizator będzie się bardziej grzał, jeśli mniejsze, to na wyjściu pojawią się duże tętnienia. Zwiększając pojemność kondensatora zmniejszysz rozpiętość napięć i wymaganie średnie napięcie - przy 2200uF napięcie na kondensatorze powinno być w zakresie od 15V do 19.5V, a moc tracona w stabilizatorze będzie około półtora raza mniejsza.

Można jeszcze wziąć pod uwagę, że napięcie sieci ma jakieś wahania (dopuszczalne są +-10%), i zmienia się również napięcie na kondensatorze - wypada mieć na nim jakiś zapas napięcia (około 10%), żeby wystarczyło w razie niższego napięcia w sieci - a więc dolne napięcie, zamiast 15V, powinno być około 16.7V przy normalnym napięciu w sieci.

Coś mi jeszcze chodzi po głowie, że dopuszczalne napięcie tętnień na kondensatorze elektrolitycznym (takie pojemności mają tylko elektrolityczne) to 20% napięcia znamionowego - a więc do prądu 1A powinien być co najmniej 1000uF/50V, albo 2200uF/25V.

Prąd pobierany przez układ wynosi 45mA według tego co piszą w AVT, układ tworzę na podstawie schematu z AVT. Według obliczeń napięcie po mostku Greatza powinno wynosić ok. 15,5V więc chcąc uzyskać 12,7 na wyjściu, jeśli dobrze zrozumiałem było by to problematyczne. Z tematu który podesłał alekt77 wynika że najlepiej zasilać kostkę napięciem w okolicy 10V, wtedy różnica napięć była by na odpowiednim poziomie. Czy mogę w takim razie zastosować NICHICON FW 4700uF/35V jako filtrujący ?

Przy 45mA na 1000uF będą tętnienia 0.45V; jak wyliczyłeś to 15.5V? Przy 45mA spadek napięcia na LM317 może być mniejszy (do sprawdzenia w nocie katalogowej), a jeśli jest za duży i potrzebujesz mieć mniejszy, to są stabilizatory low-drop, np. LP2951 ma dopuszczalne napięcie wejściowe 30V, i gwarantowane działanie przy prądzie 100mA i spadku napięcia od 0.6V, więc wystarczy 13.3V na kondensatorze.

12V * pierwiastek z 2 - spadek napięcia na diodach prostowniczych, czyli 12*1,4142- ok. 1,4V = ok. 15,5V. Jest sens stosowania kondensatorów równolegle z każdą diodą prostowniczą ? Jak rozumiem ma zmniejszyć to szumy. Zauważyłem to w różnych konstrukcjach i schematach.

Jeszcze trzeba wziąć pod uwagę obniżenie napięcia spowodowane spadkiem napięcia na oporności uzwojeń transformatora - to niestety jest ciężkie do liczenia. I jest kwestia, czy napięcie 12V to nominalne, czy zmierzone bez obciążenia? Dla niewielkich transformatorów one różnią się o około 10%.

Powiedzmy, że masz transformator, który bez obciążenia daje napięcie 12V RMS (czyli skuteczne), a przy nominalnym obciążeniu o charakterze oporowym ono zmniejsza się o 10%, czyli do 10.8V; podłączasz do niego mostek o spadku napięcia 1.5V i kondensator o dużej pojemności i obciążasz tak, by diody przewodziły przez 1/3 każdego półokresu. To oznacza, że napięcie na kondensatorze będzie mniejsze o 12V*√2*(1-√(3/4))=2.27V, czyli prąd szczytowy będzie 2.27/1.2=1.89 nominalnego, a średni około 2/9 tego (średni prąd równy 2/3 szczytowego przez 1/3 czasu, 0 przez 2/3 czasu), czyli 0.42 nominalnego. Uzyskasz na kondensatorze 13.2V (średnio, na to jeszcze nałożą się tętnienia - w każdym półokresie przez około 8ms kondensator będzie musiał dostarczać zmagazynowany ładunek, napięcie tętnień pik-pik = 8ms * prąd / pojemność, połowę tego trzeba odjąć od napięcia średniego, to wyjdzie minimalne).

Co do tych kondensatorów równoległych do diod: mam wrażenie, że bez nich diody generują zakłócenia (i to o dość wysokich częstotliwościach - chyba zakłócają nawet UKF) - w każdym razie często spotykałem takie zakłócenia, i znikały po dodaniu kondensatorów. Być może w tych diodach, których tam użyto, występuje jakiś mechanizm synchronizacji przy wymiataniu ładunków ze złącza po zmianie polaryzacji na zaporową - tak, że duża część ładunków opuszcza złącze jednocześnie, dając ostry skok prądu - są diody ładunkowe (step-recovery), w których taki efekt uzyskuje się celowo, służą do generowania częstotliwości powyżej 1GHz.

Na początku chciałbym podziękować za tłumaczenie wszystkiego tak dokładnie, dużo dzięki temu się nauczę na przyszłość. Transformator którego używam to transformator toroidalny z 3 różnymi napięciami. 1 to symetryczne 28V zasilające wzmacniacz, 2 to również symetryczne 12V nie używane, a 3 to pojedyncze 12V. Do LM1036 chcę użyć 3 napięcia, w stanie jałowym (obciążone jest tylko 1 uzwojenie) napięcie wynosi 13,15V. Co do kondensatorów przy diodach, jakiej pojemności powinny one być ? Z tego co zauważyłem są to małe wartości i kondensatory typu MKT/MKP (swoją drogą, różnią się one czymś?) Sam transformator zasilać ma docelowo jeszcze sterownik (?) do analogowych wskaźników wysterowania.

Myślę, że są potrzebne kondensatory o małej indukcyjności - jakkolwiek widywałem, że tam stosowano zwykła zwijane KSF (i chyba to nie były takie z lutowaniem do całej krawędzi jednej strony okładki, choć tego nie wykluczam). Może wystarcza, że kondensator zawiera linię o niskiej impedancji falowej? MKT i MKP na pewno różnią się użytym dielektrykiem.

Jeśli w stanie jałowym masz 13.15V, to pewnie uzyskasz o jakieś 1.5V więcej, niż wyliczyłem. Ale to oczywiście zależy od obciążenia - bo bez obciążenia na kondensatorze "teoretycznie" będzie 13.15V*√2-1.5V=17V (a faktycznie nieco więcej - napięcie przewodzenia diod przy małym prądzie jest mniejsze, z pomiaru to wyjdzie, do wyliczeń nie warto tego brać, bo się zbytnio skomplikują). Zależność (bez brania pod uwagę zmian napięcia przewodzenia diod) będzie z grubsza taka, że kwadrat prądu jest proporcjonalny do sześcianu spadku napięcia (czyli np. 4 razy mniejszy spadek napięcia odpowiada 8 razy mniejszemu prądowi obciążenia), albo inaczej, spadek napięcia będzie proporcjonalny do kwadratu kąta przewodzenia, a prąd do sześcianu kąta przewodzenia (tego, który przyjąłem jako 1/3).

Zmierzając ku końcowi tematu. Idąc od początku diody prostownicze 1N4007 a na nich kondensatory, kondensatory KSF wyższe napięcie niż 63V są duże, a te które widywałem w układach (w google co prawda) były nie wiele większe niż same diody. Czy mogę zastosować MKT/MKP ? Nie wiem tylko jakiej wartości powinny mieć. Kolejnym elementem jest nieszczęsny kondensator filtrujący, szczerze mówiąc nie wiedziałem że dobranie go będzie tak ciężkie. Napięcie na nim powinno być nie większe jak 20V (jeśliw wszystko dobrze rozumiem). Natomiast pojemność, skoro moc tracona w stabilizatorze będzie mniejsza przy większej pojemności to warto dać 2200uF ? Cały schemat (zrobiony na szybko w paint'cie) pochodzi z noty aplikacyjnej (rys.13) C2 redukuje napięcie tętnień na wyjściu stabilizatora a dioda D1 go rozładowuje. Podsumowując mam teraz mętlik, z racji że napięcia z transformatora nie zmienię (samego transformatora też nie) nie jestem w stanie zapewnić 15VAC na spadek napięcia w sieci itd. Zastanawia mnie też czy nie będzie problemem fakt różnicy napięć na wejściu i wyjściu stabilizatora, teoretycznie napięcie wejściowe powinno być w okolicy 17V a wyjściowe przy R2=2,2KOhm 12,7V. Przyjmując że spadek przy obciążeniu wynosiłby 10% napięcie wejściowe wynosiło by już tylko 15,3V doliczając do tego spadek w sieci - może być problem (jeśli dobrze wszystko rozumiem). Tak swoją drogą, co stało by się gdybym dobrał kondensator bardzo dużej pojemności ? np. 10000uF.

Kondensatory przy diodach - ja mając wybór pewnie bym użył ceramicznych - bywają nawet SMD. Myślę, że sensowna pojemność to 10nF. Napięcie nie musi być duże - przecież na tych diodach bywa tylko około 20V. Co do MKT/MKP, to mało o nich wiem - ale byłoby dziwne, gdyby się nie nadawały.

Kondensator filtrujący - większa pojemność nie zmniejszy strat dla określonego napięcia transformatora (wręcz przeciwnie), za to zmniejszy wymagania co do tego napięcia (np. można mieć napięcie tętniące w zakresie 15.7V-18.0V, i z tego stabilizować 12.7V; z większym kondensatorem wyjdzie napięcie np. 16.9V-18.0V i będzie większy zapas; ale jak z transformatora będzie nieco mniej, to w pierwszym przypadku nie starczy, a w drugim jeszcze może wystarczyć). Ale jak zasilany układ ma pobierać 45mA, do tego LM317 5mA, a kondensator będzie 1000uF, to już tętnienia będą poniżej 0.5V, dając większy można już zyskać tylko część tego. Oczywiście, może mieć znaczenie, czy przy napięciu sieci mniejszym o 10% od standardowego napięcie na kondensatorze wystarczy "na styk", czy zabraknie np. 0.3V i na wyjściu stabilizatora pojawią się tętnienia o te 0.3V w dół. Najlepiej zrobić próbę - podłączyć diody i kondensator, obciążyć prądem 50mA (opornik 300 omów) i zobaczyć, jakie będzie napięcie (zwykły miernik nie pokaże, jakie są tętnienia, ale można je wyliczyć) i przy jakim napięciu sieci. Można - jeśli to będzie potrzebne, bo z LM317 nie wystarczy napięcia - zastosować stabilizator low-drop, LP2951 pewnie jest o około 1zł droższy, niż LM317.

Uwaga: jeśli masz transformator z kilkoma uzwojeniami wtórnymi, to obciążenie dowolnego uzwojenia zmniejsza napięcie na wszystkich - czyli fakt, że przy obciążeniu małym prądem jednego uzwojenia masz wystarczające napięcie nie oznacza, że będzie wystarczające przy większym obciążeniu innych uzwojeń.

Rzeczywiście, pomyliło się że na diodach mam 230V, no nie ważne. Widzę jeszcze jedno ciekawe wyjście, zastosować rezystor nastawny precyzyjny i w razie problemów z napięciem zjechać do 10V. Tylko wtedy już mógłby się przydać radiator, no chyba że odprowadzenie ciepła na PCB (jak na zdjęciu w 1 poście) było by wystarczalne. W każdym razie myślę że najodpowiedniej będzie zastosować 1000uF. Często spotykałem się z zastosowaniem 2 mniejszych kondensatorów filtrujących zamiast jednego o większej pojemności, ma to jakieś zalety ? Myślę że na pewno wpływa na ESR kondensatora.

piotrswierk napisał:

Kolejnym elementem jest nieszczęsny kondensator filtrujący, szczerze mówiąc nie wiedziałem że dobranie go będzie tak ciężkie.

Kolego wartośc tego kondensatora nie jest krytyczna, oczywiście nie powinno to być 100uF ale jeśli dasz za duży to oprócz większego kosztu ( wzrost niewielki ) nic się nie stanie. Istotne sa kondensatory filtrujace przy scalonym stabilizatorze ale ich wartośc podana jest w dokumentacji konkretnego stabilizatora. W tej konstrukcji istotne jest napięcie wejściowe na stabilizator , ( co podkreślał kol. _jta_ ) jeśli będzie mniejsze niż podane w datasheet stabilizatora to układ przestanie stabilizować , nie spełni swojej roli.

Przy dużych prądach ESR może być istotne - ale przy takich raczej mało.

Wielkie dzięki za rozjaśnienie kwestii kondensatora. Myślę że dobrze będzie zmierzyć napięcie uzwojenia 12V przy obciążonym symetrycznym 28V. Na razie nie jestem w stanie tego zrobić ze względu na godzinę.

Masz toroida, jeśli będzie z jakiegokolwiek powodu niedobór napięcia to zawsze można dowinąć nieco zwojów. Może być nawet zwykłym przewodem.

Myślę że wystarczająco dowiedziałem się z waszą pomocą, dzięki za pomoc.