Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Sprawdzenie / udoskonalenie obwodu regulatora napięcia i natężenia na MOSFETach

Rilexer 30 Aug 2020 10:24 1155 47
Altium Designer Computer Controls
  • #1
    Rilexer
    Level 4  
    Dzień dobry, ostatnio natknąłem się w gazetce elektroniki dla wszystkich na artykuł dotyczącego "Takiego zwykłego zasilacza", więc postanowiłem stworzyć swój własny (liniowy) na bazie posiadanego schematu. W Kicadzie stworzyłem wstępny projekt oparty na dwóch mosfetach jeden od stabilizacji napięcia a drugi do ograniczania natężenia prądu. Na stabilizacji dodałem 7 napięć referencyjnych i potencjometr (do płynnej regulacji 0-30V) przełączanych obrotowym przełącznikiem 8 stykowym ze sprzężeniem zwrotnym od dzielnika rezystorowego na zaciskach zasilania. (Mam w planach dodanie woltomierza i amperomierza cyfrowego opartego na Atmega328p ).

    Głównie chodzi mi o osiągnięcie jak największej mocy. Mam trafo na napięcia 7,9 V / 15V / 23V / 27V ,które będą przełączane w zależności od napięcia wyjściowego w celu minimalizacji ciepła wytwarzanego na radiatorze. Chcę aby obwód mógł przenosić ok 8-10A, przy maksymalnym spadku napięcia na tranzystorach 10V.

    Bardzo proszę o poprawienie mojego schematu jeżeli to konieczne (dodanie diod jeżeli są potrzebne itp. lub zmianę elementów).
    Pozdrawiam Serdecznie Stanisław Michalski
  • Altium Designer Computer Controls
  • #2
    _jta_
    Electronics specialist
    N-MOSFET do włączenia potrzebuje mieć potencjał bramki od paru do kilku V powyżej potencjału źródła - czyli, jak przez niego ma płynąć prąd z +prostownika, a nie ma być na nim zawsze sporego spadku napięcia, to dla bramki trzeba mieć wyższy potencjał - to +12V to zdecydowanie za mało. Można umieścić N-MOSFET-a od strony '-', albo użyć P-MOSFET-a.
  • #3
    Rilexer
    Level 4  
    Sytuacja kiedy N-MOSFET będzie całkowicie otwarty będzie rzadkością, jednak mogę zwiększyć mu napięcie sterowania do ok 20V. Najmniejszy spadek jaki przewidywałem będzie tak czy siak wynosił ok 0.5-0.2V

    Edit: - poza tym tranzystor IRFP250, który postanowiłem użyć ma napięcie VGS = +/- 20V
  • #4
    W.P.
    Computer PSUs specialist
    Zastanawiam się, jak ma działać regulator prądu, skoro nie posiłkuje się spadkiem napięcia na rezystorze pomiarowym 0,5R.

    Poza tym 741 jakkolwiek przydatny do podobnych układów to tutaj akurat nie sprawdzi się ze względu na topografię wnętrza. Musisz użyć wzmacniacza operacyjnego z parą różnicową na wejściu w postaci tranzystorów pnp. Wtedy będziesz mógł wzmacniać napięcia rzędu miliwoltów na poziomie masy.
    Albo dodać zasilanie przynajmniej -5V względem masy i nim zasilić 741.

    Ps. Zamiast 2 szt LM741 możesz użyć 1 szt LM747 mieszczącej 2 wzmacniacze 741.
  • #5
    Rilexer
    Level 4  
    Regulator natężenia ma ustawiać określone napięcie na Source drugiego MOSFETa ,które dzielone przez rezystancje dolnego rezystora daje nam przepływ prądu o określonej wartości. Jeżeli uważasz, że inne ograniczenie prądu sprawdzi się lepiej, to proszę o sugestie.;

    Edit. A Lm358 się nada?
  • #6
    W.P.
    Computer PSUs specialist
    Rilexer wrote:
    Regulator natężenia ma ustawiać określone napięcie na Source drugiego MOSFETa ,które dzielone przez rezystancje dolnego rezystora daje nam przepływ prądu o określonej wartości.
    Czegoś tu nie rozumiem.
    Regulując potencjometrem ustawiasz jakieś napięcie na wejściu wzmacniacza. Ten pracuje w pętli otwartej, czyli tak z sufitu, z wzmocnieniem ok. 100000. Jeśli uda Ci się go utrzymać w stanie aktywnym to sterując w ten sposób dolnym MOS-em wymusisz jakąś rezystancję, jaką on przedstawi układowi.

    Ta rezystancja będzie połączona szeregowo z rezystorem 0,5Ω. Jak więc to ma działać jako ogranicznik prądu?

    Dodano po 1 [minuty]:

    LM358 tak.
  • #8
    Rilexer
    Level 4  
    Z ograniczonym napięciem wejściowym. Może lepiej było by mierzyć spadek napięcia na tym rezystorze (jak wspomniałeś) i porównywać je z nastawionym na potencjometrze. Wtedy jak widzę można by było nawet wykluczyć drugiego MOSFETa , tylko trzeba pogodzić 2 wejścia sygnałowe pod jedną bramkę tranzystora.
  • #9
    W.P.
    Computer PSUs specialist
    Ten układ (#7) zadziała, jeśli do wejścia nieodwracającego podasz napięcie względem masy. Ściślej rzecz ujmując względem punktu, do którego podłączony jest dolny zacisk rezystora pomiarowego.

    Wzmacniacz tak wysteruje tranzystor, by spadek napięcia na rezystorze pomiarowym zrównał się z podanym na wejście (+).

    Możesz oczywiście zamienić tranzystor bipolarny na unipolarny pamiętając, żeby zapewnić właściwe warunki do potrzebnego napięcia U_gs. Wzmacniacz powinien wówczas być zasilony napięciem +15V.

    Można oczywiście dobrać tranzystor, którego kanał otwiera się przy niższym napięciu bramki.
  • Altium Designer Computer Controls
  • #10
    jarek_lnx
    Level 43  
    Rilexer wrote:
    Sytuacja kiedy N-MOSFET będzie całkowicie otwarty będzie rzadkością, jednak mogę zwiększyć mu napięcie sterowania do ok 20V. Najmniejszy spadek jaki przewidywałem będzie tak czy siak wynosił ok 0.5-0.2V
    Czyli przykładowo na drenie będzie 24,5V, na źródle 24V a na bramce 30V (Ugs=6V) czy widzisz już że potrzebujesz wyższego napięcia na bramkę?

    Rilexer wrote:
    Dzień dobry, ostatnio natknąłem się w gazetce elektroniki dla wszystkich na artykuł dotyczącego "Takiego zwykłego zasilacza"
    Dobrze było żebyś przeczytał cały cykl artykułów, poszukaj dobrze najpierw był cykl artykułów później była długa przerwa (rok, dwa?) a potem autor opublikował chyba dwa artykuły z trochę inną koncepcją, z ostatecznym projektem.

    Autor bardzo się starał żeby pokazać proces projektowania i argumenty za każdym rozwiązaniem, po pytaniach jakie zadajesz widać że nie skorzystałeś, a szkoda - naprawdę warto żebyś to przeczytał, w wielu miejscach poruszone zagadnienia są na poziomie wyższym niż większość dyskusji na elektrodzie :) Czyli przeciętny elektrodowicz nie będzie umiał ci odpowiedzieć na pytania na które odpowiedź znajdziesz w tekście.
  • #11
    CYRUS2
    Level 42  
    Rilexer wrote:
    Dzień dobry, ostatnio natknąłem się w gazetce elektroniki dla wszystkich na artykuł dotyczącego "Takiego zwykłego zasilacza", więc postanowiłem stworzyć swój własny (liniowy) na bazie posiadanego schematu. W Kicadzie stworzyłem wstępny projekt oparty na dwóch mosfetach jeden od stabilizacji napięcia a drugi do ograniczania natężenia prądu. Na stabilizacji dodałem 7 napięć referencyjnych i potencjometr (do płynnej regulacji 0-30V) przełączanych obrotowym przełącznikiem 8 stykowym ze sprzężeniem zwrotnym od dzielnika rezystorowego na zaciskach zasilania. (Mam w planach dodanie woltomierza i amperomierza cyfrowego opartego na Atmega328p ).

    Głównie chodzi mi o osiągnięcie jak największej mocy. Mam trafo na napięcia 7,9 V / 15V / 23V / 27V ,które będą przełączane w zależności od napięcia wyjściowego w celu minimalizacji ciepła wytwarzanego na radiatorze. Chcę aby obwód mógł przenosić ok 8-10A, przy maksymalnym spadku napięcia na tranzystorach 10V.

    Bardzo proszę o poprawienie mojego schematu jeżeli to konieczne (dodanie diod jeżeli są potrzebne itp. lub zmianę elementów).
    Pozdrawiam Serdecznie Stanisław Michalski
  • #12
    Rilexer
    Level 4  
    Ok, to zmieniłem w planach następujące rzeczy:
    - zwiększenie napięcia zasilania MOSFETów przez przetwornice 5-12V do 24v+12v
    -poprawienie połączeń przy regulacji prądu (schemat)
    -zmiana Lm741 na Lm358
    Czy coś jeszcze wymaga poprawy do poprawnego działania zasilacza na natężeniu 8-10A?
  • #13
    CYRUS2
    Level 42  
    Quote:

    Bardzo proszę o poprawienie mojego schematu jeżeli to konieczne (dodanie diod jeżeli są potrzebne itp. lub zmianę elementów
    Autor zrobił jak potrafił. Ale ta koncepcja jest zła. Nie nadaje się do poprawy. Wszystko jest złe łącznie z wieloma napięciami referencyjnymi. Jedno wystarczy. Także jeden tranzystor wykonawczy będzie regulował napięcie i prąd. Autorze skorzystaj ze schematu zasilacza ZT - produkowanego przez firmę UNIMA.
  • #14
    jarek_lnx
    Level 43  
    CYRUS2 wrote:
    Autor zrobił jak potrafił. Ale ta koncepcja jest zła.
    Jak krytykujesz, to przedstaw konkretne argumenty, inaczej będzie to bezwartościowa gadanina.
    Szczególnie że mamy na forum wielu którzy myślą na zasadzie: znam schemat - będzie działać, pierwszy raz widzę - nie będzie działać.
  • #15
    CYRUS2
    Level 42  
    Napisałem z jakiego schematu powinien skorzystać. Ponadto po co tam mosfety ? Problem z wystrerowaniem. Dodał przetwornicę. I taki spadek na tranzystorze będzie spory bo muszą się na nim odłożyć tętnienia i zapas na stabilizację.
  • #16
    Rilexer
    Level 4  
    Miał być spadek napięcia, o to właśnie chodziło. Miał stabilizować napięcie przy okazji korzystając z przywileju posiadania wielonapięciowego transformatora minimalizując straty mocy (przy okazji redukując ciepło wydzielane na tranzystorze). Poza tym chciałem aby układ był prosty, i logiczny, minimalizując powstanie błędu i upraszczając w razie potrzeby naprawę.
  • #17
    CYRUS2
    Level 42  
    [quote="jarek_lnx"] Jak krytykujesz?, to przedstaw konkretne argumenty, inaczej będzie to bezwartościowa gadanina.[/guote] Cała koncepcja jest zła. Piszę z telefonu bo jestem za granicą i nie mogę wstawiać schematów.
  • #18
    _jta_
    Electronics specialist
    CYRUS2 wrote:
    Napisałem z jakiego schematu powinien skorzystać

    Że ZT UNIMA? A ile zasilaczy ZT-coś robiła UNIMA? Który masz na myśli? Jakkolwiek łatwo dało się znaleźć tylko ZT-980 w różnych wariantach: ZT-980, ZT-980-M (1), (2), (3). Obejrzałem ten pierwszy, na prosty to on nie wygląda - 19 tranzystorów; trzeci 14 tranzystorów i 4 układy scalone (2 z nich to UL1111, można je i 1 tranzystor zastąpić jednym LM723).

    Stosowanie odrębnych tranzystorów wykonawczych do ograniczenia prądu i stabilizacji napięcia - myślę, że nie jest dobrym pomysłem - lepiej zastosować jeden i doprowadzić do niego dwa sygnały tak, by ograniczenie miało priorytet (np. odpowiednio podłączając poprzez diody - tak zrobiono w ZT-980-M, żeby połączyć sygnały z dwóch wzmacniaczy operacyjnych). Ale może mieć i zaletę - taką, że przy przeciążeniu moc tracona podzieli się między dwa tranzystory.
  • #19
    Rilexer
    Level 4  
    Głównie to chodziło mi o nagrzewanie MOSFETów, aby rozłożyć wydzielane ciepło na 2 tranzystory. Poza tym ten tranzystor jest w obudowie TO247, więc jest większa powierzchnia kontaktu z radiatorem. Nie wiem, czy jeżeli dałbym na jednym tranzystorze to czy wytrzymałby wydzielenie mocy (na dobrym chłodzeniu radiatora wentylatorem).

    Dodano po 20 [minuty]:

    W schemacie zmieniłem regulację prądu - usunąłem drugi tranzystor i przez diodę podłączyłem wyjście wzmacniacza operacyjnego, tylko nie jestem pewny, czy ograniczanie prądu dla wyższych napięć nie spali tranzystora
  • #20
    CYRUS2
    Level 42  
    _jta_ wrote:

    Że ZT UNIMA? A ile zasilaczy ZT-coś robiła UNIMA? Który masz na myśli? Jakkolwiek łatwo dało się znaleźć tylko ZT-980 w różnych wariantach:
    M2. Ale chodzi o koncepcję, nie całość.
    Quote:

    Stosowanie odrębnych tranzystorów wykonawczych do ograniczenia prądu i stabilizacji napięcia - myślę, że nie jest dobrym pomysłem
    To bez sensu. Na dodatek utrudnia realizację wskaźnika stabilizacji U - I. Tego w ogóle nie ma u autora a te wskaźniki są konieczne.
  • #22
    jarek_lnx
    Level 43  
    Rilexer wrote:
    Głównie to chodziło mi o nagrzewanie MOSFETów, aby rozłożyć wydzielane ciepło na 2 tranzystory.
    Tylko że w układzie w którym jeden jest od stabilizacji prądu drugi napięcia nie ma szans na to żeby oba pracowały jednocześnie.

    Rilexer wrote:
    czy ograniczanie prądu dla wyższych napięć nie spali tranzystora
    Kiedy napięcie wyjściowe spadnie w wyniku zadziałania ograniczenia prądowego układ przełączający uzwojenia to wykryje i przełączy - tak przynajmniej powinno to działać.

    Rilexer wrote:
    Co sądzicie o nich? Czy dało by się przerobić je na 8-10A 24V?
    Układ wspólnego emitera/źródła w stopniu wyjściowym i jeszcze wzmacniacz sterujący w układzie wspólnego emitera i brak jakichkolwiek elementów kompensacji częstotliwościowej - nie wypowiadam się zanim nie zobaczę na oscyloskopie jak reaguje na skokową zmianę obciążania.
    W artykułach P.Góreckiego "Taki zwyczajny zasilacz" znajdziesz odpowiedź dlaczego użył układu wspólnej bazy w stopniu sterującym.

    To że w układach WE/WS trudniej uzyskać stabilność nie znaczy że są złe, po prostu są trudniejsze w kompensacji, za to mają mały spadek napięcia na elemencie regulacyjnym, zresztą jakiego układu ze sprzężeniem zwrotnym byś nie budował, zawsze warto sprawdzić czy nie ma tendencji do wzbudzeń.
  • #23
    _jta_
    Electronics specialist
    jarek_lnx wrote:
    Tylko że w układzie w którym jeden jest od stabilizacji prądu drugi napięcia nie ma szans na to żeby oba pracowały jednocześnie.

    Jest, jakkolwiek rzadko wyjdzie równy podział - powiedzmy, na wejściu mamy 16V, zasilacz jest nastawiony na 10V, ale z powodu przeciążenia daje 4V - i mamy po 6V spadku napięcia na każdym tranzystorze. Ale można dwa jednakowe tranzystory połączyć równolegle i sterować nimi tak, by uzyskać ograniczenie i napięcia, i prądu, i do tego mieć równy podział mocy strat.
  • #24
    Rilexer
    Level 4  
    jarek_lnx wrote:

    W artykułach P.Góreckiego "Taki zwyczajny zasilacz" znajdziesz odpowiedź dlaczego użył układu wspólnej bazy w stopniu sterującym.

    Tak, wszystkie do chwili obecnej artykuły przeczytałem, chodziło o usuwanie ograniczenia wartości głównego napięcia zasilającego.

    O samo wzbudzeniu też była mowa, ale to już kolejna kwestia.

    +Zastanawiam się czy Mosfeta nie zastąpić BJT, tak jak było na wcześniej zamieszczonym schemacie. W oryginalnym projekcie P.Góreckiego był używany Mosfet, ale założenia projektu opiewały w mniejszą ilość amper na wyjściu
  • #25
    CYRUS2
    Level 42  
    Rilexer wrote:
    Znalazłem podobne zasilacze (podobna koncepcja), tylko trochę inaczej zrealizowane. Jeden na MOSFETcie a drugi na BJT. Co sądzicie o nich? Czyli dało by się przerobić je na 8-10A 24V? Dodałbym jeszcze układ włączający wentylator.
    Nie można tak sobie ustawiać . - 24V 10A to minimum 35V na elektrolicie. Dwa tranzystory mocy to za mało.
  • #26
    jarek_lnx
    Level 43  
    Do twojego projektu wygodnie było by użyć kilku tranzystorów, miał byś mniejsze zastępcze rezystancje cieplne pomiędzy strukturą i radiatorem i trochę mniejsze wymagania na radiator.

    Połączenie bipolarnych równolegle jest nie stwarza problemów, trzeba dodać rezystory emiterowe na których odłoży się kilkaset mV, żeby wyrównać prądy, przy połączeniu równoległym MOSFETów rozrzuty napięć progowych mogą być większe i mogą być większe problemy z równomiernym rozłożeniem prądów, mogą być wymaganie większe spadki napięcia na rezystorach.

    Oczywiście używając bipolarnych będziesz potrzebował Darlingtona żeby zapewnić odpowiednie wzmocnienie.
  • #27
    CYRUS2
    Level 42  
    Autor liczył na to że używając mosfetów ograniczy moc na tranzystorze. Ale na tranzystorze musi być nadwyżka mapiecia na tętnienia i stabilizację. Napięcie w sieci może spaść o 5%. Zacząć trzeba projekt od określenia możliwości trafa które autor posiada. Podłączyć Graetza, elektrolit 10 tys uF i ustalić jakie jest napięcie poniżej tętnień pod obciążeniem. Wartość użyteczna napięcia to napięcie poniżej tętnień - nie wartość średnia którą pokazuje woltomierz DC. Od tego odejmujemy 5% na stabilizację plus 2V i otrzymamy max. wartość napięcia wyjściowego. Pytanie - do czego ma słuźyć ten zasilacz ? Jeżelimato być warsztatowy,to powinien mieć
    3 zakresy prądowe.
  • #28
    Rilexer
    Level 4  
    Ok, to trafo wygląda tak --- zdjęcie
    Jest ogromny, kiedyś pracował w prostowniku dostarczającym ok 10A (podobno odpalał malucha), ale prostownik nie był stabilizowany , tylko wyprostowany przez mostek prostowniczy (selenowy). Z wymiarów transformatora wychodzi około 1800VA. Pomierzyłem napięcia ma uzwojeniach i rezystancje zdjęcie poniżej. Wydaje mi się, że zewnętrzne uzwojenie było nawinięte dodatkowo i pod nim są wszystkie dane transformatora, ale nie jestem pewny.
    W zamyśle chciałem zrobić zasilacz oparty na nim, z przełączanymi uzwojeniami.
  • #29
    Rilexer
    Level 4  
    Zasilacz miał być bardziej warsztatowy, ale żeby nie było problemu z wahaniami napięć (praca z mikrokontrolerami)

    Dodano po 22 [minuty]:

    CYRUS2 wrote:
    Podłączyć Graetza, elektrolit 10 tys uF i ustalić jakie jest napięcie poniżej tętnień pod obciążeniem. Wartość użyteczna napięcia to napięcie poniżej tętnień - nie wartość średnia którą pokazuje woltomierz DC. Od tego odejmujemy 5% na stabilizację plus 2V i otrzymamy max. wartość napięcia wyjściowego.

    Jutro sprawdzę i napisze obliczone napięcie dla wszystkich uzwojeń
  • #30
    CYRUS2
    Level 42  
    Rilexer wrote:
    Zasilacz miał być bardziej warsztatowy, ale żeby nie było problemu z wahaniami napięć (praca z mikrokontrolerami)
    Do tego ograniczenie i pomiar prądu powinien być poniżej 0,5A. Powinieneś zrobić taki zakres. Zasilacz Unimy. miał zakresy 50mA, 500mA, 5A.