Jak zrobić zasilacz regulowany na MOSFET sterowany PWM?

Dzień dobry,
Próbuję zrobić zasilacz na MOSFET sterowany PWM. Oparłem się na konstrukcji przedstawionej kiedyś na łamach EP.
Po drodze natrafiłem na kilka problemów i potrzebuje wsparcia / podpowiedzi bardziej doświadczonych
1. Napięcie wyjściowe nie było stałe, a właściwie było wzmocnionym sygnałem PWM. Dodałem kondensatory wygładzające (oznaczone na żółto). Trochę pomogło, ale napięcie ciągle oscyluje +/- ok 1-2V z częstotliwością ok 1kHz (dla napięcia wyjściowego ok 10V). Pytanie, czy można się togo jakoś pozbyć?
2. Ograniczenie prądowe "prawie" działa. Prawie, bo co prawda obniża napięcie, przy wzrastającym prądzie, ale pobierany prąd też rośnie przekraczając ustawiony poziom.
3. I tego nie rozumiem najbardziej. Do wyjścia podłączyłem akumulatorek 4,7V. Ustawiłem ograniczenie prądowe 0,2A, napięcie 4,2V i po włączeniu akumulator zamienił się w buzer a tranzystor mocy momentalnie zaczął się grzać. Na innym akumulatorku to samo. Z czego to może wynikać?

I najważniejsze pytanie. Czy można wyeliminować wspomniane dolegliwości, czy jednak to podejście skierować do kosza?

Dziękuję za wszelkie rady, sugestie, podpowiedzi

Schemat:

Ja tutaj widzę regulator mocy i pewnie nada się to sterowania grzałką, żarówką (w gruncie rzeczy też grzałką), silnikiem komutatorowym.
Do prawdziwego zasilacz brakuje tutaj dławika gromadzącego energię i diody prostowniczej.
Gratuluję odwagi w podłączaniu tego wynalazku do akumulatora litowo jonowego, ja by m się bał. Lepiej niech kolega zbuduje urządzenie według innego schematu. W przyszłości niech kolega używa oporników lub innych elementów uszkadzających się w sposób mniej spektakularny niż akumulatory litowo jonowe.

Dziękuję za odpowiedź, na szczęście nic nie wybuchło
Pewnie niesłusznie założyłem, że jak coś jest prezentowane w poważnym czasopiśmie i oznaczone, że przetestowane, to powinno działać.
Niemniej, czy ten układ da radę uzupełnić, żeby wyeliminować błędy?
A mam Pan może jakiś naprawdę sprawdzony schemat?

LEDówki wrote:

Ja tutaj widzę regulator mocy i pewnie nada się to sterowania grzałką, żarówką (w gruncie rzeczy też grzałką), silnikiem komutatorowym.
Do prawdziwego zasilacz brakuje tutaj dławika gromadzącego energię i diody prostowniczej.

Sygnał PWM można wykorzystać do sterowania zasilacza liniowego. Trzeba zrobić jednak filtr dolnoprzepustowy. Tak otrzymane napięcie stałe może zostać użyte jako źródło napięcia odniesienia. Najwyraźniej o to chodziło autorowi tego układu. Jednak jest tu dużo błędów. Wszystko się wzbudziło lub doszło do kiepskiej filtracji sygnału PWM. Kolejny aspekt to sterowanie T3. Nie rozumiem o co tu chodzi.

to może wskażę oryginał: https://ep.com.pl/projekty/projekty-ep/11544-zasilacz-warsztatowy-1

bo może ja coś zrobiłem nie tak

Może ten zasilacz zadziała jako zwykły regulowany zasilacz? Próbowałeś ustawić napięcie i prąd i podłączyć jakiś odbiornik?Nie powinno nic buczeć i powinno się dać regulować zarówno napięcia jak i prąd.
Pierwsze akapity artykułu mówią o tym, że jest to zasilacz analogowy ze sterowaniem cyfrowym i nie ma ani słowa o PWM. Jest też informacja, że część analogowa może działać bez sterownika. Proponuję uruchomić część analogową i później dołączyć do niej układ sterujący z mikrokontrolerem.

Podłączałem odbiorniki (silnik, ledy) i regulacja jest, zarówno napięcia jak i prądu, z uwagami, jak wspomniałem na samym początku, tzn. nie do końca stabilne napięcie oraz ograniczenie prądowe.

Nie mam ochoty na analizę układu z tak narysowanym schematem. Z wysterowaniem BD139 przez rezystor o tak wielkiej rezystancji będzie problem. Bramka jak widać zasilana jest z powielacza napięcia. Jest tu też znacznie więcej niuansów. Szkoda na to czasu.

Zrób może zasilacz z electronics-lab. Można go zmodyfikować, tak by ustawiać Iomax i Uo za pomocą odfiltrowanych sygnałów PWM.

Dziękuję za opinię

maciej_333 wrote:

Zrób może zasilacz z electronics-lab. Można go zmodyfikować, tak by ustawiać Iomax i Uo za pomocą odfiltrowanych sygnałów PWM.

już przewinął mi się gdzieś ten schemat wcześniej. Więc pewnie faktycznie jest wart uwagi

Zwróć uwagę na to, że przy działającym ograniczeniu prądowym napięcie dostosowuje się do oporu odbiornika i prądu. Na oporniku 1R odłoży się napięcie 1V jeśli nastawiony będzie prąd 1A. Nawet jeśli na początku napięcie będzie wynosiło 28V to spadnie ono do 1V. 1 om podałem dla przykładu i nie próbuj tego w domu, bo na tranzystorze mocy odłoży się 28W i szybko go zagrzeje a następnie uszkodzi.
Ten układ wzbudza się. Dodane kondensatory to nie są kondensatory wygładzające.
Płytka do tego zasilacza to Twoje dzieło czy kupiłeś ją w AVT?

W przypadku ładowania akumulatora jest właśnie taka sytuacja - nastawiasz prąd 1A i napięcie powinno dopasować się do napięcia akumulatora. Jednocześnie jeśli na wyjściu ustawisz 4,2V to w czasie ładowania akumulator nie osiągnie większego napięcia niż to nastawione. W dalszym ciągu jest to tylko prosta ładowarka którą można dorywczo i okazjonalnie naładować taki akumulator. Do częstszych ładowań można użyć ładowarki z układem TP4056 albo jakiejś gotowe ładowarki wielokanałowej. TP4065 jest o wygodny w użyciu, gdyż wymaga minimalnej ilości elementów i zasilania napięciem 5V (do wykorzystania zasilacze od telefonu 5V/0,5A).

LEDówki wrote:

Ten układ wzbudza się. Dodane kondensatory to nie są kondensatory wygładzające.
Płytka do tego zasilacza to Twoje dzieło czy kupiłeś ją w AVT?

Sam buduję, sprawdzam krok po kroku i uczę się.
Jeżeli to wina dodanych kondensatorów, to przechodząc na zwykły dzielnik napięcia, np. na potencjometrze powinno się uspokoić, a tak niestety nie jest. Więc pewnie, się wzbudza, ale jeszcze nie umiem tego wyeliminować.
Co do podłączonych akumulatorków, to rozumiem, że ładowanie ich takim zasilaczem to niezbyt dobry pomysł i zachowanie jest jak najbardziej prawidłowe?

Skupmy się na wzbudzaniu zasilacza. Jak będzie siedział cicho, to i akumulatory naładuje, ale będziesz musiał to pilnować.
Wylutuj D10 albo R18 zobaczymy czy piszczy stabilizator prądu czy napięcia.
Pokaż płytkę drukowaną zasilacza, to ocenimy czy nie ma na niej niespodzianek.

Bez ograniczenia prądowego brzęczyk się wyłączył. Ale przy okazji wykończyłem IRF

Bez ograniczenia prądowego i bez obciążenia?
Tranzystor jest przykręcony do solidnego radiatora czy tak sobie grzeje powietrze obudową? Przykręć go do porządnego radiatora.
Ureg jest doprowadzone? Jaką ma wartość?
Jak duże jest napięcie przed tranzystorem MOSFET?

Jest przykręcony do radiatora. Mój błąd bo zwarłem niechcący wyjście.
Ale zanim to nastąpiło to podłączyłem akumulator przez rezystor i było ok (bez ogranicznika prądowego).
Bez obciążenia wszystko jest cicho i nic się nie grzeje. Zaraz podmienię na inny i podam napięcia.

Ureg: 0,626V, Uwy: 4,92V, napięcie przed tranzystorem ma 46V (teraz wstawiłem IRFIZ44N).
Ale napięcie wyjściowe nie jest stałe, tylko zmienia się o (+/- 0,02V) co chwilę. Na moim małym oscyloskopie widzę, że waha się +/- 1V (od 4 do 6V z częstotliwością ok 1kHz dając średnią ok 5V.
Dodałem na wyjściu cewkę i buczenie ustało, niemniej tranzystor mega się grzeje pomimo niskiego prądu (ok 0,2A)

Do testów obciążaj zasilacz rezystorem dużej mocy, a nie akumulatorem. To zasilacz liniowy, więc główny tranzystor będzie się grzał i to bardzo, zwłaszcza jak ustawisz na wyjściu niskie napięcie. Jak masz Ui=46V, Uo=4,2V i Io=0,2A to na tranzystorze odkłada się 8,4W mocy.

https://www.youtube.com/watch?v=UEjIjOKeJok on ma sporo filmików i dobrze tłumaczy co i jak, jak zbudować zasilacze z zabezpieczeniami

pasta7 wrote:

https://www.youtube.com/watch?v=UEjIjOKeJok on ma sporo filmików i dobrze tłumaczy co i jak, jak zbudować zasilacze z zabezpieczeniami

Autor buduje zasilacz liniowy, czy impulsowy??? Jednak liniowy. PWM, jaki tu stosuje nie ma nic do rzeczy. Chodzi tylko o to, że napięcie odniesienia to odfiltrowany sygnał PWM. Zatem jest to nic innego jak namiastka przetwornika C/A. Stąd można łatwo ustawiać napięcie wyjściowe i prąd zadziałania ograniczenia prądowego za pomocą mikrokontrolera.

Wracając do tematu. Skoro już trzeba to uruchomić, to widać, że układ jest niestabilny. Zatem coś trzeba z tym zrobić. Warto usunąć R7, bo po co ograniczać wzmocnienie wzmacniacza błędu? Między C4 a C3 wstawić rezystor kilka kΩ. Sprawdzić przebieg na C4. Można też zwiększyć na próbę pojemność C3, jednak takie zasilacze działają zwykle z kondensatorem w tym miejscu ok. 100 pF. Na wyjście dać kondensator elektrolityczny rzędu 22 µF i do niego równolegle ceramiczny 100 nF.

Potem można się zastanowić nad sterowaniem tego MOSFET'a. Jest to kiepski układ. Będzie się to szybko nasycać, zresztą BD139 ma małe h21e, więc jego wysterowanie poprzez rezystor 22 kΩ wyjdzie słabo. Kolejny problem to R2. Też bardzo duża wartość rezystancji. Zamiast R2 i R8 powinno być aktywne obciążenie tj. źródło prądu. Można je łatwo zrobić na kolejnym tranzystorze PNP i diodzie Zenera.

Bardzo dziękuję za podpowiedzi i wsparcie.
Faktycznie, usunięcie rezystora R7, kondensatora C4 i zmiana C3 na niższą wartość 1n5 trochę pomogło więc można powiedzieć, że układ działa i można go dopracowywać. To nie jest do końca to, czego oczekiwałem, ale sporo się nauczyłem.
W oryginalnym schemacie, jako napięcie odniesienia, podawany jest czysty sygnał PWM. Przy takim założeniu MOSFET może dobrze się sprawdzi, ale przy typowo liniowym niekoniecznie. Schemat, który został mi polecony wydaje się dużo bardziej właściwy.

Oscyloskop pokazuje przebieg prostokątny na wejściu Ureg?

mbar wrote:

Bardzo dziękuję za podpowiedzi i wsparcie.
Faktycznie, usunięcie rezystora R7, kondensatora C4 i zmiana C3 na niższą wartość 1n5 trochę pomogło więc można powiedzieć, że układ działa i można go dopracowywać. To nie jest do końca to, czego oczekiwałem, ale sporo się nauczyłem.
W oryginalnym schemacie, jako napięcie odniesienia, podawany jest czysty sygnał PWM.

Myślę, że nie bardzo to rozumiesz. PWM nie jest tu napięciem odniesienia. Dopiero odfiltrowany sygnał tego rodzaju (jego składowa stała) może być tu zastosowane. Jak w końcu zadajesz napięcie odniesienia? Pochodzi ono z jakiegoś dzielnika? Masz jakieś tętnienia napięcia odniesienia? Generalnie usunięcie C4 i zmniejszenie pojemności C3 spowodować powinno pogorszenie właściwości tego zasilacza, szczególnie jeśli sterowane jest to przez PWM.

mbar wrote:

Przy takim założeniu MOSFET może dobrze się sprawdzi, ale przy typowo liniowym niekoniecznie.

Nie rozumiem o co tu chodzi. To jest liniowy zasilacz szeregowy. Nie ma znaczenia, czy tranzystorem szeregowym jest MOSFET, czy tranzystor bipolarny.

maciej_333 wrote:

Myślę, że nie bardzo to rozumiesz. PWM nie jest tu napięciem odniesienia.

Może odpisałem zbyt skrótowo. Już uzupełniam.
Testowałem przy użyciu dzielnika rezystorowego. Usuwając kondensator C4 wróciłem do oryginalnego schematu (plus zmiana wartości C3 i usunięcie R7). Napięcie przestało bardzo szaleć, chociaż ma chwile co ok 2s,ze spada o 0,3V i znów wraca do zadanej wartości.
Jeżeli chodzi o PWM, to po usunięciu dzielnika rezystorowego i podaniu napięcia PWM, na wyjściu również otrzymałem sygnał PWM (prostokąt o zadanym wypełnieniu). I tutaj tranzystor już się tak nie grzeje, pewnie z racji działania impulsowego. Przy pełnym wypełnieniu sygnału PWM na wyjściu mam 30V, więc tranzystor jest całkowicie, albo prawie całkowicie w stanie nasycenia więc straty mocy też są mniejsze.
Wg mnie sprzężenie zwrotne jest szybsze niż częstotliwość sygnału PWM, stąd przeniesienie jego kształtu na wyjście. Ale to bardziej moja teoria, bo nie mam jak dokładnie sprawdzić.
Co do wykorzystania MOSFETa, gdzieś słyszałem, że w takich aplikacjach, gdzie MOSFET nie jest w pełni nasycony a jest znaczny prąd, wydziela dużo więcej ciepła niż jego kuzyni. Nie wiem czy to prawda, ale momentalny wzrost temp. przy 0,2A przy pracy ciągłej (przy testach z dzielnikiem) po części mnie przekonuje. Ale jeżeli się mylę, to gorąca prośba o skorygowanie

Czy na wejściu Ureg jest przebieg prostokątny?
Zasilacz zrobiłeś według schematu z pierwszego wpisu, czy według schematu z EdW?
W twoim schemacie brakuje kilku elementów w obwodzie zasilania bramki tranzystora. To zabieg celowy czy wypadek przy pracy?

R2 = 10k, do tego duża pojemność bramki Q1.
Do tego prosta kompensacja na C3.
To nie wróży stabilności...

mbar wrote:

maciej_333 wrote:

Myślę, że nie bardzo to rozumiesz. PWM nie jest tu napięciem odniesienia.

Może odpisałem zbyt skrótowo. Już uzupełniam.
Testowałem przy użyciu dzielnika rezystorowego. Usuwając kondensator C4 wróciłem do oryginalnego schematu (plus zmiana wartości C3 i usunięcie R7). Napięcie przestało bardzo szaleć, chociaż ma chwile co ok 2s,ze spada o 0,3V i znów wraca do zadanej wartości.
Jeżeli chodzi o PWM, to po usunięciu dzielnika rezystorowego i podaniu napięcia PWM, na wyjściu również otrzymałem sygnał PWM (prostokąt o zadanym wypełnieniu). I tutaj tranzystor już się tak nie grzeje, pewnie z racji działania impulsowego. Przy pełnym wypełnieniu sygnału PWM na wyjściu mam 30V, więc tranzystor jest całkowicie, albo prawie całkowicie w stanie nasycenia więc straty mocy też są mniejsze.
Wg mnie sprzężenie zwrotne jest szybsze niż częstotliwość sygnału PWM, stąd przeniesienie jego kształtu na wyjście. Ale to bardziej moja teoria, bo nie mam jak dokładnie sprawdzić.
Co do wykorzystania MOSFETa, gdzieś słyszałem, że w takich aplikacjach, gdzie MOSFET nie jest w pełni nasycony a jest znaczny prąd, wydziela dużo więcej ciepła niż jego kuzyni. Nie wiem czy to prawda, ale momentalny wzrost temp. przy 0,2A przy pracy ciągłej (przy testach z dzielnikiem) po części mnie przekonuje. Ale jeżeli się mylę, to gorąca prośba o skorygowanie

Zatem faktycznie nic nie rozumiesz. Generalnie ciężko się tu doszukać czegoś prawidłowego. Tranzystor szeregowy w takim zasilaczu zawsze przecież działa w zakresie aktywnym. Nie potrafisz też odpowiedzieć na proste pytanie kolegi LEDówki. Straty w tranzystorze szeregowym takiego zasilacza to różnica napięcia wejściowego i wyjściowego razy prąd obciążenia, czyli: P=(Ui-Uo)*Io. Stąd jeżeli na wyjściu jest np. 5,00 V, na wejściu np. 35,0 V i prąd obciążenia to Io=0,200 A, to P=6,00 W. Tym razem nie tak wiele, ale przy Io=3,00 A będzie to już 90,0 W. Nawet dla pierwszego przypadku musi być radiator.

pawlik118 wrote:

R2 = 10k, do tego duża pojemność bramki Q1.
Do tego prosta kompensacja na C3.
To nie wróży stabilności...

Tak, stopień sterujący jest fatalny. Stabilność to, jedno. Ogromne jest też wzmocnienie tego stopnia. Szybko się on też nasyci. Kiepsko też będzie sterowany "genialnie" tu dobrany BD139 poprzez rezystor 22 kΩ w bazie. Można dołożyć jakieś ujemne sprzężenia zwrotne dla składowej zmiennej np. kondensator między C i B BD139.

Podawałem tu różne porady, wskazówki, ale nic z tego nie wyszło. Autor tematu słabo współpracuje.

Przepraszam za brak odpowiedzi, kwestie prywatne (zdrowotne). Jak teraz czytam, to faktycznie nie ma sensu, to co napisałem, w kwestii PWM. Kolega ma rację. Stwierdzam, że temperatura nie służy, nie tylko układom. Jutro powinienem już być w domu, więc podeślę przebiegi.
Dziękuję bardzo kolegom za wsparcie. Bardzo doceniam i szanuję to, że ktoś bezinteresownie stara się pomóc innej osobie. Sam nie raz prowadzę szkolenia (co prawda z innego zakresu niż elektronika, tu jestem hobbistą) i wiem jak ciężko przekazać wiedzę zwłaszcza gdy druga osoba jest na innym poziomie.
Czy nic nie wiem..? Coś tam wiem, ale z pewnością jestem jeszcze daleko w tyle Ale wiem też, że najefektywniej człowiek się uczy stawiając sobie ambitne wyzwania.

A teraz wracając do tematu.
Szukałem zasilacza z układem wykonawczym z MOSFET, ponieważ docelowo zależy mi na jego szybkiej reakcji. To znaczy, zasilacz pracuje liniowo, przykładowo podając napięcie 12V, po czym np. na 20ms obniża je do poziomu 5V, a następnie znów wraca do 12V. Bądź dowolnie inną sekwencję, którą będę mógł wygenerować z mikrokontrolera. Długo szukałem zasilacza na MOSFET i ostatecznie oparłem się na przedstawionym schemacie. W pierwszej wersji wykonałem układ 1:1 jak w oryginale, ale miał problemy ze stabilnością napięcia. Usunąłem powielacz i w działaniu nic się nie zmieniło. Nie podłączałem go powtórnie, bo miałem plan, że zrobię przełączanie uzwojeń z trafo, np 12V + 12V a wstawiona zenerka na 30V raczej by nie zadziałała. Ale to temat na później. Teraz skupiłem się na poprawie stabilności i grzaniu tranzystora, bo przy radiatorze ok 5cm x 5cm nie daje się go utrzymać, przy wspomnianych 0,2A. Przedstawiony schemat, jest dokładnie taki, jaki mam zmontowany. Kolega na początku wspomniał, że to dziwna konstrukcja i odesłał do sprawdzonego schematu. Skoro dla doświadczonego elektronika, takie rozwiązanie jest wyzwaniem, to dla mnie..., no właśnie.
Szczerze, to nie bardzo rozumiem sposób sterowania MOSFETem. Przeszukałem sporo zasobów internetu i nie znalazłem podobnego. Robiłem symulacje w LTSpice, i cały czas staram się go zrozumieć.
Jeżeli mimo wszystko jest potencjał i ten układ ma rację bytu, to jutro, jak wrócę to udostępnię co tylko będzie potrzebne.
Dziękuję za zaangażowanie, krytykę, i otwartość do pomocy

mbar wrote:

Szczerze, to nie bardzo rozumiem sposób sterowania MOSFETem. Przeszukałem sporo zasobów internetu i nie znalazłem podobnego.

Jest to przecież wtórnik źródłowy. Innymi słowy to układ ze wspólnym drenem (OD). Nie ma problemu, by zrobić analizę tego układu w LTspice. Polecałbym tu na początek "DC sweep".

mbar wrote:

Szukałem zasilacza z układem wykonawczym z MOSFET, ponieważ docelowo zależy mi na jego szybkiej reakcji.

Element wykonawczy nie ma tu nic do rzeczy. Czyli potrzebny jest bardziej wzmacniacz, nie zaś zasilacz. W związku z tym trzeba poszukiwać zupełnie innej konstrukcji. Najprościej (jednak nie zbyt tanio) będzie to można zrobić na wzmacniaczu operacyjnym mocy. Można wstawić nawet OPA549 lub jakiś inny z tej serii, jeśli tak duży prąd obciążenia nie jest potrzebny.

Demontaż powielacza sprawił, że napięcie na bramce jest wystarczające do osiągnięcia napięcia wyjściowego niższego o kilka woltów niż napięcie wejściowe. Dodatkowo na bramkę przenoszą się zakłócenia z napięcia zasilania. Do sprawdzenia tego należy się posłużyć oscyloskopem i zmierzyć składową zmienną na bramce tranzystora.

LEDówki wrote:

Do sprawdzenia tego należy się posłużyć oscyloskopem i zmierzyć składową zmienną na bramce tranzystora.

OK, sprawdzę i dam znać - dziękuję

Dodano po 3 [minuty]:

maciej_333 wrote:

Element wykonawczy nie ma tu nic do rzeczy. Czyli potrzebny jest bardziej wzmacniacz, nie zaś zasilacz. W związku z tym trzeba poszukiwać zupełnie innej konstrukcji. Najprościej (jednak nie zbyt tanio) będzie to można zrobić na wzmacniaczu operacyjnym mocy. Można wstawić nawet OPA549 lub jakiś inny z tej serii, jeśli tak duży prąd obciążenia nie jest potrzebny.

Cena jednak ma znaczenie Ale poszukam w tym kierunku. dzięki
PS. Wspominał kolega, że sterowanie MOSFETa jest "dziwne" z tym BD139. Jak można go inaczej rozwiązać?

Dzisiaj trochę posiedziałem nad układem i okazało się, że napięcie zasilające wzmacniacz operacyjny (+15V) co jakiś czas zmieniało swoją wartość o kilka mV. (zasilanie było oparte na LM317). Dziękuję za podpowiedź . Zmieniłem źródło zasilania i napięcie wyjściowe również się uspokoiło. Na oscyloskopie nic nie widać. Bynajmniej na moim, ale on jest kiepskiej jakości (jako dodatkowa funkcja w mierniku uniwersalnym).
Zapoznałem się z notą OPA549, i to naprawdę fajny układ. Nie znałem go a naprawdę ma potencjał. Cena też nie jest taka straszna.

A wracając do zasilacza, jak można inaczej rozwiązać sterowanie MOSFTa?