Projekt zasilacza laboratoryjnego SMPS: 4 kanały, 0-35V@4A, ATX

Część.

Potrzebuję drobnej porady.
Mianowicie planuje zabrać się za zaprojektowanie od zera zasilacza w oparciu o technikę impulsową.

Planuję mieć cztery kanały z linią dodatnią oraz dwa z ujemną.
Całość musi się zmieścić w płytkę o rozmiarach z płytki zasilacza ATX.
Jeżeli chodzi o napięcia to było by fajnie mieć powiedzmy 0-35v@0-4A czyli ok 140W na kanał.
Przy czym zasilacz w 99% będzie zasilał niskonapięciowe układy cyfrowe czyli od napięć powiedzmy 1.2v do 5v.

Mam chyba z 20 przeróżnych zasilaczy ATX które mogą posłużyć jako dawcę organów.

Pomysł nr 1:
Przetwornica na tl494 która da 2x40v i takie natężenie aby była możliwość zasilenie pomniejszych przetwornic.
Czyli każda mniejsza przetwornica miała by możliwość osobnej regulacji prądu i napięcia.

Pomysł nr 2:
Polega on na wykorzystaniu tylko części wspólnej strony pierwotnej, czyli układ greca + kondensatory i filtry wejściowe, a każdy kanał by miał swoją przetwornicę.

Pomysł nr 3:
Dołożenie przetwornic step up i możliwość pracy wyjść w trybach normalnym czyli do 35v oraz w trybach anodowych do 350v(_at_)0.5A

Pomysł nr 4:
Dołożenie do wyjść przetwornic stabilizatorów LDO aby uzyskać lepsze parametry stabilizacji i regulacji prądu oraz napięcia np co 1mA/1mV

Jak sądzicie którą drogą podążyć?

Proponowałbym olać stare beznadziejne TL494 i obejżeć co jest w dzisiejszych zasilaczach. Dla 1 kW zasilacza aktywne PFC jest konieczne. O ile przewronica LLC by spokojnie weszła do obudowy po ATXowym zasilaczu to regulowany zasilacz amatorski nie ma szans. @atom1477 ma rację. Może lepiej jednak to zmodularyzować po kanale?

Ale serio proponowałbym jakiś współczeny kontroler pracujący w trybie prądowym bo TL494 ma tylko jeden sposób obrony przed zwarciem: eksplozja kluczy.

Obudowę i front mam już zrobiony i nie planuje tego zmieniać.

Co do TL494 i zabezpieczenia widziałem układy przetwornic, że bez problemu można było zrobić zwarcie na wyjściu i niczym to nie groziło, aczkolwiek nie upieram się przy tym rozwiązaniu.

Co do układu przetwornicy to planuje aby filtry EMI, mostek i kondensatory były wspólne dla wszystkich przetwornic co pozwoli zaoszczędzić miejsca.

Układ pracy poszczególnych przetwornic o jakim myślę póki co to full-bridge, aczkolwiek z tego co widzę to większość zasilaczy bazuje na half-bridge i dodatkowych trafach do pomiaru prądu i sterowania mosfetami, których ja u siebie chciałbym w miarę możliwości nie stosować.

Generalnie to zamiast jednej dużej przetwornicy składam się do paru pomniejszych które pętlę sprzężenia miały by tak ustawione aby kroczyły o 1V więcej niż na wyjściu ustawionym na LDO, dzięki temu strata mocy będzie minimalna, a co za tym idzie mniejsze wydzielanie ciepła.

Wiele aspektów jest jeszcze w fazie zastanawiania jak np czy można wywalić tranzystory kluczujące na tył obudowy na radiator oraz generalnie jak to wszystko porozmieszczać, jakiego rodzaju filtry zastosować czy w postaci ferytów toroidalnych czy też ferytów w kształcie E, w sensie czy jest jakaś wyższość jednych od drugich.

Co do TL494 to się przy nich nie upieram i nadal szukam jakiejś podstawy układowej której mógłbym użyć we wstępnych testach.

Chciałbym zobaczyć układ na TL494 który wytrzymuje chamskie zwarcie wyjścia i nie ma ekstra dodanych rzeczy. No i nie wymaga kalibracji. Bo na ograniczanie prądu w każdym cyklu nie ma co liczyć.

CosteC napisał:

Chciałbym zobaczyć układ na TL494 który wytrzymuje hamaków zwarcie wyjścia i nie ma ekstra dodanych rzeczy. No i nie wymaga kalibracji. Bo na ograniczanie prądu w każdym cyklu nie ma co liczyć.

A nie twierdziłem nigdzie że nie ma nic dodane, bo przeważnie jakiś lm358 siedzi z boku.

Generalnie z tego co sprawdziłem to tylko zasilacze DELL-a jakie posiadam mają układ o typie full-bridge, z dołączonym aktywnym PFC i rozbudowaną dość mocno elektroniką po obu stronach trafa.

Tak jak to widzę to faktycznie może być problem aby sprostać pierwotnym założeniom zasilacza więc na pewno aby upchać całość w obudowie którą planuje wykorzystać będę musiał pójść na jakieś kompromisy odnośnie mocy i wysokości napięć.

Znacie jakieś ciekawe układy przetwornic, którymi warto się zainteresować?

Znalazłem tutaj świetny opis różnych typów przetwornic.

Na ostatnim schemacie jest przedstawiony pomysł zastosowania mosfetów zamiast diod prostowniczy w celu mniejszego wydzielania ciepła.

Im więcej czytam o smps tym bardziej widzę jak temat ten potrafi być skomplikowany i jak wiele pułapek czyha podczas realizacji takich układów.

Chyba na początku zacznę od przetestowania wersji niskonapięciowych i LDO, zobaczę jak to będzie się grzało i przy jakich warunkach i najwyżej dobiorę parametry wyjściowe do możliwości układu, tak trochę na opak, ale zbyt wiele zmiennych tutaj widzę póki co.

Zastanawia mnie też topologia SEPIC, i to jak bardzo można zwiększyć napięcie na wyjściu i jak ze sprawnością takiej przetwornicy.

atom1477 napisał:

Dało by się upchać, ale na GaN-ach i synchronicznych prostownikach.

To jeszcze napisz co to są te GaNy oraz czy do tych prostowników synchronicznych muszą być dedykowane mosfety czy każdy się nadaje?

Doszedłem do wniosku że wykorzystam jedno lub dwa większe trafa które będą napędzać mniejsze przetwornice.

Prócz standardowych traf używanych przeważnie w topologi half-bridge mam dwa zasilacze della jak poniżej:


Rozwiązania w nich są zgoła inne niż w pozostałych zasilaczach ATX jakie posiadam.
Kontroler przetwornicy to NCP1396.
Natomiast po stronie wtórnej są sterowniki mosfetów IR1166B

Jak widać zasilacz składa się z 2 płytek głównych. Na tej z mniejszej oprócz mostka i kondensatora oraz filtrów EMI, podejrzewam że jest jeszcze aktywne PFC, które bym u siebie raczej wywalił.
Do tego przekaźnik który zwiera termistor, aby zapewne zwiększyć moc.

Zastanawia mnie natomiast wyjście z 12v bo niejako prócz IR1166B jest tam tylko mała stożkowa cewka obraz brak typowego dławika jaki jest spotykany za diodami w starszych ATXach.

Czy to jest spowodowane brakiem konieczności stosowania takiego filtra przy pracy przetwornicy 500KHz?

Zastanawia mnie także maksymalne napięcie jakie mógłbym uzyskać z tego trafa, bez konieczności jego przewijania.

Jak widać od spodu, dwa połączone punkty strony wtórnej transformatora stanowią +12v, natomiast skrajne piny za pośrednictwem mosfetów stanowią gnd zasilacza.
U mnie bym to raczej rozdzielił aby mieć symetryczne wyjście.

Panowie mała aktualizacja.

Jak widać poniżej udało mi się uruchomić całą przetwornicę bez aktywnego PFC i całej masy dodatkowej elektroniki jaka była oryginalnie.



Jednak problem mam taki że niby układ NCP1396 powinien wykrywać brak transoptora od pinu FB. U mnie nic się nie dzieje z przetwornicą. Nadal pracuje podając 11.4v.

Poniżej podaje schemat jaki odwzorowałem z części pierwotnej zasilacza. Natomiast część wtórna jest zrobiona na podstawie innych schematów z ncp1396.



Wracając do tematu napięcia wyjściowego to zmiana wartości elementów w obrębie tl431 czyli R27,R28 umożliwia obniżenie napięcia. Natomiast zmiana R9 nie przynosi żadnych rezultatów.

Tak się właśnie zastanawiam czy ten transformator jest faktycznie tak nawinięty, że prócz tych 12v nie będzie wstanie podać wyższego napięcia mimo zmian na pinie FB.

Widziałem w sieci inne modyfikacje zasilaczy ATX gdzie bez przewijania trafa udawało się nawet uzyskać 24v i więcej. Niechciałbym natomiast ryzykować z przewijaniem bo wiadomo, że rdzenie są kruche i w zasadzie to loteria czy się uda bez uszkodzenia taki transformator rozkleić.

Teoretycznie mam dwa takie transformatory więc mógłbym je dać w szeregu. Tylko pytanie czy dawać wówczas drugi pełny układ sterowania czy też próbować wysterować za pomocą jednego scalaka aby zaoszczędzić miejsca.

Nie obrażę się za cenne porady także proszę pisać śmiało

P.S.
Dodam jeszcze na napięcia na powyższym schemacie były mierzone z APFC a obecnie R7 ma ok 8k aby właśnie przesunąć napięcie prógu załączenia przetwornicy gdy jest pozbawiona APFC.

Pozdrawiam

Hetii napisał:

Wracając do tematu napięcia wyjściowego to zmiana wartości elementów w obrębie tl431 czyli R27,R28 umożliwia obniżenie napięcia. Natomiast zmiana R9 nie przynosi żadnych rezultatów.

Tak samo możesz tymi rezystorami podwyższyć napięcie wyjściowe, jeśli to jest LLC.

Hetii napisał:

Tak się właśnie zastanawiam czy ten transformator jest faktycznie tak nawinięty, że prócz tych 12v nie będzie wstanie podać wyższego napięcia mimo zmian na pinie FB.

To jest rezonansowe, i to jeszcze z dławikiem rezonansowym zintegrowanym w trafo (= uzywa sie indukcyjnosci rozproszenia). Zapomnij że poradzisz sobie z przewinięciem tego trafa na inne napięcie. Robiąc to, zmienisz indukcyjność rozproszenia, więc zmienisz też częstotliwość rezonansową.
Jeśli to LLC to zmienisz tą wyższą, zmienisz dobroć w obwodzie więc zmienisz też częstotliwość rezonansową niższą, wzmocnienie w niej, i punkt pracy całej przetwornicy.
Jeśli to SRC, to zmiana częstotliwości rezonansowej w niekontrolowany sposób wprost prowadzi do eksplozji kluczy, nawet bez obciążenia...
Nie dotykaj konstrukcji trafa jeśli nie masz pewnej wiedzy i doświadczenia (i mostka RLC) z przetwornicami rezonansowymi.

Zohan napisał:

I've seen this. I've done this. You don't want this.

SRC nie potrafi podwyższać napięcia, a tylko obniżać, i to jeszcze tylko pod obciążeniem. LLC potrafi podwyższać. WYpadałoby sprawdzić, z czym mamy do czynienia, czyli sprawdzić czy rdzeń ma szczelinę, lub zmierzyć indukcyjność pierwotnego.
Jeśli jest szczelina, lub indukcyjność pierwotnego jest relatywnie niska (setki uH zamiast kilku mH), to masz LLC.

Można to też rozstrzygnąć oscyloskopem, jeśli posiadasz sondę prądową, podłączając obciążenie i sprawdzając prądy i napięcia po stronie pierwotnej...

Dodano po 18 [minuty]:

A no i jest jeszcze prostsza metoda. Delikatnie zjezdżaj z napięciem na PFC i sprawdzaj czy spada napięcie na wyjściu. Rób to pod umiarkowanym obciążeniem (~50W). Jeśli nie spada, to układ ma wzmocnienie, czyli to jest LLC...

nsvinc napisał:

Nie dotykaj konstrukcji trafa jeśli nie masz pewnej wiedzy i doświadczenia (i mostka RLC) z przetwornicami rezonansowymi.

Dziękuję za garść cennych informacji.
Do projektu powracam po czasie bo przy ostatnich zabawach z układem feedbacku upaliłem ostatni scalak i dopiero niedawno otrzymałem kilka sztuk dalszej zabawy.

Międzyczasie zacząłem opracowywać płytkę nową bo już miałem dość wiszących kabelków.

I teraz mam takie pytanie czy można połączyć dwa takie same trafa szeregowo lub równolegle po stronie pierwotnej przy takiej przetwornicy czy raczej nie ma to sensu?

Też mnie zastanawia czy IR1166 będzie działał poprawnie jeżeli połączyłbym w szeregu uzwojenie wtórne aby otrzymać 24v. Czy zwykła dioda zenera powiedzmy na 12v załatwi sprawę jeżeli chodzi o jego zasilanie aby nie przekroczyć progu 20v?

Hetii napisał:

czy można połączyć dwa takie same trafa szeregowo lub równolegle po stronie pierwotnej przy takiej przetwornicy

Wszystko "można", tyle, że jeśli to zrobisz, to zmienisz niemal wszystkie parametry obwodu rezonansowego, a tego nie powinieneś chcieć Teraz nie znamy tych parametrów, po modyfikacji jeszcze bardziej nie będziemy ich znali, więc te zabawy na 100% skończą się wyjściem szarego dżina z jednego lub więcej elementów.

Jeśli trafo ma dwa uzwojenia wtórne (tak jak widnieje na schemacie z #13), to możesz sobie je łączyć w szereg; a jesli masz absolutną pewność, ze oba uzwojenia mają tę samą ilość zwojów, to równolegle też możesz połączyć.

Jeśli chodzi o IR1166 - nie ma problemu, aby zasilać go przez rezystor i dołożyć zenera. Ale:
- ten scalak żre 64mA max prądu zasilania. To jest dużo prądu jak na rezystor+zener
- żeby ograniczyć straty, rezystor policzyc tak, aby przy 64mA był na nim spadek napięcia rzędu 12V,a samego zenera dać na 18V.
- trzeba wziąć pod uwagę, że to się będzie grzało, więc conajmniej jednowatowe elementy zalecane.
- jeśl chcesz jeszcze bardziej oganiczyć straty, to klucz SR dobrać taki z małym Ciss (rzędu 1nF). Wtedy moc traconą w rezystorze i zenerze można kilkukrotnie zmniejszyć

[edit]
Ten scalak jest do flyback'ów!! Nie nadaje się za wuj do push-pull'a, niezaleznie od tego, czy jest on QR, czy nie.

Witam ponownie.

Temat tego zasilacza trochę się posunął do przodu.

Zaprojektowałem nową płytkę, przy czym zignorowałem część wtórną z oryginalnego zasilacza, czyli np układu feedbacku i bazując się na schematach podobnych konstrukcji powstał taki oto schemat:



oraz płytka:


I teraz tak obie przetwornice startują, na zasilaczu pomocniczym mam 5.2v przy zastosowaniu zenerki 4v7 w roli D16.

Natomiast zasilacz główny zmienił swoje parametry względem oryginału i na stronie wtórnej bez układów prostownika mam 35v na każdej z połówek w momencie gdy układ U1/U3 nie są zasilone.

Podając napięcie zewnętrzne z zasilacza regulowanego na U3 dobrałem aby na nóżce nr 6, czyli pin FB układu NCP1396 było napięcie 5.6v, gdy z zasilacza zewnętrznego podaje 15v. Jest to punk pełnego wysterowania U1 i w tym momencie przetwornica główna nie podaje napięcia na wyjściu.

Co mnie zaskoczyło to regulując napięcie z tego zasilacza zewnętrznego, przetwornica praktycznie da się wysterować od 0.1v do 35v, ale zaobserwowałem też, że górny klucz robi się ciepły co i tak jest miłym zaskoczeniem bo spodziewałem się, że przy takiej zabawie rdzeń się nasyci i będzie po kluczach.

Teraz się tak zastanawiam jak dobrać wartości w obwodzie U3 aby przetwornica stabilnie działała i powiedziemy dawała 15v lub 20v tak aby być w granicy pracy planowanych kondensatorów wyjściowych oraz napięć akceptowanych prze układy prostownika.

Z braku wiedzy niestety działam tutaj trochę na ślepo ;(