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

Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

pawelr98 07 Maj 2020 03:17 2706 9
  • Witam

    Postanowiłem ostatnio z nudów stworzyć zasilacz, który ma za zadanie być zamiennikiem dla drogich transformatorów zasilających sprzęt lampowy.

    Wszystko zaczęło się od tego, że wszedłem w posiadanie całego zestawu transformatorów impulsowych. Fabrycznie nowe zabrane ze sterty złomu w fabryce. Miałem praktyki zawodowe i dostałem pozwolenie na wybieranie różnych części.

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    I tak sobie leżały od ponad pół roku w piwnicy. Teraz mamy epidemię i siedzę cały czas w rodzinnym domu z warsztatem elektronicznym. Studia w formie online sprawiają, że mogę sobie dłubać w dowolnym momencie.
    Postanowiłem znaleźć dla nich zastosowanie.

    Poświęciłem jeden transformator aby poznać jego budowę, ilość zwojów.
    Ilość zwojów przedstawia się następująco:
    Pierwotne- 2 sekcje po 20 zwojów w szeregu, jedna w środku, druga na zewnątrz, wiele drobnych drucików równolegle
    Pomocnicze- 8 zwojów cienkim drutem
    Strona wtórna- 4 sekcje po 12 zwojów, po dwie sekcje połączone równolegle
    Do tego dwa ekrany i gruba izolacja.

    Na filmiku z rozbiórki jakiegoś zasilacza widziałem identyczny rdzeń i karkas z podobną ilością zwojów. Na tej podstawie określiłem iż transformator najprawdopodobniej ma moc w okolicach 60-70W i był przeznaczony do uzyskiwania napięcia 24V.

    Najważniejsze było odkrycie, że zwoje wtórne są wszystkie w tym samym kierunku i posiadają grubą izolację.

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Następnie przystąpiłem do sprawdzenia kierunku indukowanych napięć.
    Wziąłem z pudełka kolejny transformator i przystąpiłem do badania.
    Generator z gadżetów elektrody, rezystor w szeregu z pierwotnym i oscyloskop.
    Ustawiłem przebieg 65kHz prostokąt i patrzyłem, czy napięcie pojawia się w fazie czy w przeciwfazie.

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Teraz już wiadomo jak podłączyć diody, aby uzyskać poprawną pracę w topologii flyback.

    Mając wszystko pomierzone postanowiłem zaprojektować płytkę.
    Postawiłem na UC3845 czyli to samo co UC3842 tylko rozpoczyna pracę już od 8.5V zamiast 16V. Tranzystor wybrałem jakiś z odzysku, SMK0965, mosfet 650V 9A 0.85Ω. Stabilizacja na podstawie napięcia pomocniczego po stronie pierwotnej.
    Nic ciekawego.

    Schemat i płytka.

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Potem druk i termotransfer.

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Nie wszystko wyszło jak należy.
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego
    Ale żaden problem, pisak do płytek i braki uzupełnione.
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Trawienie.
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego
    Po trawieniu.
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego
    Wiercenie otworów.
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego
    Polutowane.
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Pierwszy test działania. Połączono dwie sekcje równoległe uzwojenia wtórnego w szeregu.
    ok.50V
    Kondensator 10µF, dioda szybka 1A 600V
    Obciążenie trzy rezystory 82kΩ równolegle

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Działa czyli pierwszy sukces. Potem wszystkie uzwojenia wtórne połączone zostały szeregowo co dało napięcie 100V. Już wystarczająco do zadowolenia przedwzmacniacza.

    A następnie przychodziły pewne problemy.
    Jednym z najważniejszych było trafienie na ścianę w postaci zbyt dużego napięcia z uzwojenia pomocniczego. Dzielnik rezystancyjny sprawiał, iż układ stabilizował 20V. Bramka tranzystora i układ scalony mogą wytrzymać do 30V ale nie chcemy pracować na granicy.
    Najpierw za diodą D2 włożona została dioda zenera 3.9V a potem także rezystor 56Ω. Nie od razu, stopniowo jak napięcie zaczęło ograniczać możliwości wzrostu ilości energii w rdzeniu. Nie przewidziałem miejsca na takie elementy także są one dołożone w pająku. Mój błąd na etapie projektowania. Choć generalnie mogę po prostu przeciąć ścieżkę i nawiercić nowe otwory.
    Jednak jest to wersja testowa i wolę jednak mieć możliwość szybszych zmian.

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Kolejną sprawą było dołożenie uzwojenia żarzenia.
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    5 zwojów cienkim drutem który ledwie się zmieścił. Pod taśmą jest pierwotne ale mamy tam o ile pamiętam dwie lub trzy warstwy czyli tyle samo co pomiędzy wtórnym a pierwotnym. Do tego dioda schottky 3A.

    Stopniowo podnoszona była także energia "wpuszczana" w rdzeń. Zmieniając rezystory mierzące prąd klucza stopniowo go zwiększałem.
    W wersji prezentowanej w filmie na końcu mamy 3 rezystory po 2.2Ω równolegle.

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Ładnie to ten spód nie wygląda. Wyprowadzeń niektórych elementów nie obcinałem aby mieć gdzie podpiąć krokodylki do pomiaru oraz aby elementy można było ewentualnie wylutować i ponownie użyć gdyby użyta wartość okazała się niewłaściwa. Do tego transformator jak i niektóre podzespoły były wylutowywane po kilka razy więc cyny na ścieżkach się nieco uzbierało.
    W fazie działającego prototypu nie zamierzam tego zbytnio oczyszczać.
    Wszystkie wnioski na temat ilości miejsca i wielkości pól lutowniczych zostaną potem uwzględnione w kolejnej wersji.
    Po pierwszym lutowaniu generalnie wyglądało to sporo lepiej.

    Po kolejnych poprawkach w postaci większego prądu klucza oraz zmniejszaniu napięcia na linii pomocniczej przyszedł czas na prawdziwy test. Były jakieś tam testy działania samego wtórnego anodowego na 6P18P (przy 120,130,140,150 i w końcu 160V) ale nigdy całości wraz z żarzeniem.
    Napięcie strony wtórnej wzrosło powyżej 200V a uzwojenie żarzenia testowane na rezystorze 10Ω osiągnęło upragnione 6.3V. Lecz czy zasilacz poradzi sobie z prawdziwym układem ?

    Test na popularnej wśród konstrukcji lampowych EL84.

    Użyłem mojego "testowego kundla" skleconego z obudowy ATX.

    Link


    Koniec końców poczekałem jeszcze trochę i napięcia żarzenia ustaliło się potem na 6.1V.

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    I teraz tak, ważne wnioski.

    -Napięcie wzrastające zbyt mocno można ograniczać dławikiem lecz tylko w pewnym zakresie indukcyjności, nie działało to zbyt dobrze dla uzwojenia pomocniczego za to całkiem nieźle dla wtórnego, zmniejszając napięcie na anodowym podnosiło się nieco na uzwojeniu żarzenia
    -regulacja po stronie pierwotnej jest raczej średnia ale wystarczająca na potrzeby prostego wzmacniacza
    -ilość zwojów nie ma dużego wpływu na napięcie szczytowe, nieobciążone uzwojenie osiąga napięcie dużej wartości. Zaleta dla uzwojenia anodowego bo osiągamy wysokie napięcie z małej ilości zwojów.
    -wysoka częstotliwość (tutaj około 33kHz) nie jest słyszalna w głośniku, może minimalnie jeśli przyłożyć ucho. Tętnienia rzędu 100-150mV
    -lampy typu P są zdecydowanie lepsze do tego typu konstrukcji bo łatwiej jest uzyskać te 12-15V niż 6.3V z większym prądem.

    Co więcej stwierdziłem też, że przy zasilaniu prądem przemiennym (tutaj stałe) można by użyć osobnego zasilania układu scalonego za pomocą kondensatora, eliminując problem zbyt wysokiego napięcia z uzwojenia pomocniczego. Wtedy mogłoby pracować tylko jako sprzężenie zwrotne.

    Po wprowadzeniu poprawek na PCB pewnie zamówię parę sztuk w chinach bo i tak mogę to stosować do różnych celów. Wszystko zależy od połączeń uzwojeń wtórnych. Płytka obsługuje jedynie stronę pierwotną.

    Jeśli są jakieś żale,pomysły,pytania to proszę pisać i zadawać.
    Jest to mój pierwszy flyback który zrobiłem od podstaw.
    Wcześniej tylko modyfikowanie fabrycznych konstrukcji.

    W planach mam zrobienie normalnego half-bridge, który moim zdaniem lepiej się nadaje do tego typu zastosowań.
    Części z ATXa oraz nowa płytka drukowana.

    Fajne! Ranking DIY
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
    O autorze
    pawelr98
    Poziom 38  
    Offline 
    "GROM II"

    Chłodzenie wodne gpu(R9 290X) i cpu
    Zasilany CM Rs-850-ESBA
    Vcore: ~1330mV Vccin: ~2050mV
    pawelr98 napisał 4610 postów o ocenie 404, pomógł 300 razy. Mieszka w mieście Bydgoszcz. Jest z nami od 2009 roku.
  • TermopastyTermopasty
  • #2
    gdkj
    Poziom 26  
    Zasilacz impulsowy w lampowym wzmacniaczu to chyba spore wyzwanie dla ekranowania.
    Sam zasilacz typowy i zaprojektowany ok.
  • TermopastyTermopasty
  • #4
    .Wiśnia
    Poziom 28  
    Jestem ciekaw jakie wartości dałeś na gasik R8 i C4 i jak wygląda przebieg napięciowy między drenem mosfeta a masą (bez transformatora separacyjnego nie podchodz do tematu), bo sam walczę z flyback. 😉
  • #5
    pawelr98
    Poziom 38  
    .Wiśnia napisał:
    jestem ciekaw jakie wartosci dałeś na gasik R8 i C4 i jak wydlada przebieg napieciowy na dren mosfeta a masa ( bez trasformatora separacyjnego nie podchodz do tematu) bo sam walczę z flyback 😉


    10kΩ i 2.2nF 1kV.
    Dla 47kΩ dzwoniło porządnie bo amplituda jakieś 80V i słabo opadała.
    Teraz powiedzmy jest krótki "strzał" 150V względem napięcia zasilania (ok.300V) a potem już tylko rozładowujące się oscylacje początkowo ok.30-40V.
    Tranzystor wytrzymuje 650V więc nie ma strachu, chociaż ten snubber i tak bym poprawił bo trochę zbyt słabo tłumi.

    Ten flyback na razie jest zasilany z prądu stałego co widać na filmie.
    Dopóki nie wygładzę wszystkich niedoróbek i nie sprawdzę wszystkiego to na razie nie podłączam do sieci. Trzeba też będzie odfiltrować nieco anodowe ze szpilek podczas ładowania. Mały dławik i drugi kondensator.

    Mam też trafo "separacyjne" oraz w trakcie budowy niezależne stabilizowane źródło 230V na podstawie UPS-a 1kVA oraz zasilacza 24V 20A.

    żarówka rtęciowa napisał:
    Witam

    Zamiast sterownika UC3845 plus MosFet można zastosować układ Topswitch zawierający w swojej strukturze tranzystor kluczujący, pozwoli to na uproszczenie układu.


    Rozważałem zastosowanie podobnego układu.

    W wersji rozwojowej można takie uproszczenie zastosować, w końcu to zwykły flyback.
    Natomiast w tej wersji użyłem tego co było pod ręką.
    UC3845 czy UC3842 są powszechnie dostępne i niedrogie, podobnie wysokonapięciowe tranzystory kluczujące.
    Układ topswitch kosztuje jakieś 10zł czyli w sumie niedrogo.
    Jakieś klony lub podobne scalaki mniej.

    Mam jednak pewne wątpliwości co do zdolności tychże układów.
    Tranzystor w moim układzie jest lekko gorący (można utrzymać palec ale jest wyczuwalnie gorący). Nie wiem, czy te układy sobie z tym poradzą.
  • #6
    Hetii
    Poziom 15  
    Super pomysł i konstrukcja :)

    Ja swój zasilacz buduję już chyba z trzeci rok i nadal nie wyszedłem z fazy projektowej :)

    Na tej stronce można znaleźć zasilacz do układów lampowych na bazie bebechów z zasilacza ATX.

    Kolejną fajną stroną do pozyskania inspiracji jest 320volt.

    Pozdrawiam.
  • #8
    LemuRR 11
    Poziom 26  
    Nawiązują do układu scalonego TOPSWITCH, wielokrotnie korzystałem z tego rozwiązania.
    Ostatnia konstrukcja na TOP227, przy obciążeniu ponad 100W jest ledwo ciepła.
  • #9
    pawelr98
    Poziom 38  
    Popracowałem nieco nad snubberem oraz nawinąłem żarzenie podwójnie.

    Podwójne nawinięcie trochę poprawiło napięcie żarzenia.
    Jest nieco wyższe i osiąga już nawet te 6.3V dla EL84.

    Ale snubber wymagał poważnych poprawek.
    Kondensator i rezystor nagrzewały się.
    Rezystor już lekko się przegrzewał a kondensator zmniejszał pojemność wraz z temperaturą.

    Szpilki przekraczały momentami 300V, zbliżając się do granicy 650V.
    Wymagało to po prostu nieco czasu, którego nie poświęciłem na etapie oglądania przebiegów.

    Kondensator 15nF 630V już lepiej sobie radził, natomiast nawet rezystory 3W nie potrafiły dobrze rozproszyć tej mocy.

    Postanowiłem zmienić topologię snubbera. Poczytałem trochę o różnych topologiach, przelutowałem od spodu różne wartości i doszedłem do zadowalających efektów.

    Otóż ważne było "odkrycie" topologii zapewniającej "recykling" energii z indukcyjności rozproszenia.
    https://rudys.typepad.com/files/snubber-e-book-complete.pdf
    Figure 4-45 na stronie 123.

    Wykonałem ten układ i posprawdzałem różne wartości rezystancji.
    Na pewno 15Ω nie będzie działać, układ nie startuje. Podobnie dla 2kΩ.

    Wstawiłem rezystor 47kΩ 2W (albo może nawet i 3W, jakiś z odzysku więc nie znam dokładnych parametrów).

    I teraz jest całkiem ładnie. Dla zasilania 300V szpilki wynoszą "tylko" 230V i nie wzrastają wraz z czasem. Czyli mamy jakieś 120V zapasu do przebicia.

    Napięcie na rezystorze wynosi około 180V co daje moc ok.0.7W.
    Kondensator 15nF obecnie jest lekko ciepły czyli działa poprawnie.

    Po prostu energia z kondensatora snubbera przepływa przez rezystor z powrotem do głównego filtra 10µF. Cała energia kondensatora nie musi być wtedy rozpraszana na rezystorze.

    Dla poprzedniej topologii i tych samych elementów rezystor już się przegrzewał.

    Tylko do tego to trzeba będzie przeprojektować laminat w następnej iteracji.
    Teraz to elementy są po prostu przylutowane od spodu.
    Obecnie mogę co najwyżej zrobić lekkiego "pająka" od górnej strony stosując dłuższe wyprowadzenia elementów.

    Nie mam akurat żadnego 33kΩ 2W na próbę, żeby sprawdzić jak będzie działać.
    Ale docelowo pewnie taka wartość będzie użyta, żeby szpilki napięcia ograniczyć do poziomu poniżej 200V.
  • #10
    pawelr98
    Poziom 38  
    Ogólnie jeśli chodzi o moje wrażenia z testów topologii flyback w tym zastosowaniu to mogę powiedzieć, że nadaje się ona raczej na potrzeby zasilania anodowego.
    Duże napięcie ze stosunkowo małej ilości zwojów dla małego obciążenia.
    Żarzenie lepiej uzyskać z drugiego flybacka jak np. ze zmodyfikowanej ładowarki do telefonu.
    Flyback pojedynczy jest za to całkiem niezły do PCL86 czy 82.


    Szykuję tymczasem test topologii half-bridge.
    Przewinąłem już trafo impulsowe z ATX-a. 3 uzwojenia po jakieś 15 zwojów, będą łączone szeregowo. Pierwotne 2x20zwojów. Żarzenie dałem 4 zwoje potrójnym drutem. O ile pamiętam to była połówka fabrycznego uzwojenia 5V.
    Spróbujemy z bezpośrednim zasilaniem żarzenia przebiegiem prostokątnym.
    Najwyżej zrobi się prostownik i odfiltruje do DC jeśli będzie jakiś problem.

    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego
    Zasilacz impulsowy typu flyback do wzmacniacza lampowego

    Sterowanie będzie po stronie pierwotnej za pomocą układu IR2153 lub IR2161. Raczej ten pierwszy bo drugi nie jest dostępny.