Konstrukcja zasilacza tyrystorowego do ładowania baterii kondensatorów 0,47F - pytania i sugestie

Cześć! Zaszła potrzeba stworzenia zasilacza, do ładowania baterii kondensatorów o łącznej pojemności 0,47F do napięcia określonego potencjometrem.
Ze względu na garażowe warunki przechowywania i użytkowania urządzenia przetwornica impulsowa odpada, musi być prosto. Jednocześnie chce uniknąć ograniczania prądu jedynie rezystorem, ze względu na ogromne ilości wydzielanego ciepła.
Co sądzicie o takim rozwiązaniu ? Na schemacie brakuje niektorych wartości rezystorów, które zostaną dopiero dobrane (np przy dzielniiach detektora przejścia przez zero.).
Konektor "Cap" to bateria kondensatorów a "Res" to pakiet rezystorów do rozładowania kondensatorów po obniżeniu napięcia potencjometrem

LemuRR 11 wrote:

Ze względu na garażowe warunki przechowywania i użytkowania urządzenia przetwornica impulsowa odpada, musi być prosto.

To co narysowałeś to jest przetwornica impulsowa, tylko na 50Hz, w porównaniu z przetwornicą na 50kHz będzie duża ciężka i będzie buczeć. Z powodu niskiej częstotliwości kluczowania, kompensacja częstotliwościowa musi obciąć pasmo pętli na kilku hercach, pamiętam że w fabrycznych zasilaczach z tyrystorowym preregulatorem po zmianie obciążenia, było słychać po bzyczeniu, że stan ustalony to osiągało to po ~0,5s.

Twoja przetwornica opiera się o regulator o działaniu ciągłym, zalecał bym przejść na wyższą częstotliwość i regulator histerezowy. Prostsze, nie potrzeba kompensacji częstotliwościowej, szybsza odpowiedź impulsowa.

Dzięki za odpowiedź. Wiem że w zasadzie to też przetwornica.
Co do kompensacji częstotliwościowej, nie ma jej jeszcze na schemacie. Czy dołożenie układu RC przy wzmacniaczu U2B na wejsciu nieodwracającym, będzie dobrym rozwiązaniem? Czy lepiej zlokalizować go osobno dla dwóch wzmacniaczy błędu, na wejściu sprzężenia regulacji prądu i napięcia .

LemuRR 11 wrote:

Czy dołożenie układu RC przy wzmacniaczu U2B na wejsciu nieodwracającym, będzie dobrym rozwiązaniem? Czy lepiej zlokalizować go osobno dla dwóch wzmacniaczy błędu, na wejściu sprzężenia regulacji prądu i napięcia .

U2C to komparator, kompensacja będzie potrzebna we wzmacniaczach błędu.

Masz świadomość że dławik do takiego cuda jest wielkości niewiele mniejszej od transformatora?


A histerezowe regulatory kojarzysz? nie potrzeba wzmacniacza błędu jest tylko komparator.

jarek_lnx wrote:

U2C to komparator, kompensacja będzie potrzebna we wzmacniaczach błędu.

Masz świadomość że dławik do takiego cuda jest wielkości niewiele mniejszej od transformatora?


A histerezowe regulatory kojarzysz? nie potrzeba wzmacniacza błędu jest tylko komparator.

Co do dławika, będzie pęnił on jedynie funkcje ograniczająca prąd udarowy ładowania kondensatora, to że na wyjściu będą spore tętnienia, zupełnie nie robi mi różnicy, ważna jest wartość średnia, ten zasilacz ma jedynie ładować baterie kondensatorów.

Słyszałem o regulatorach histerezowych, ale nie mailem nigdy z nimi do czynienia. Rozumiem że wtedy minimalny czas załączenia tyrystora to jeden polokres sieci? Nie bardzo rozumiem w jaki sposób miała by przebiegać regulacja prądu ?

Kompensację wstawić w sprzężenie lokalne wzmacniacza błędu czy lepiej na wejściu zastosować filtr dolnoprzepustowy?

LemuRR 11 wrote:

Co do dławika, będzie pęnił on jedynie funkcje ograniczająca prąd udarowy ładowania kondensatora,

Tylko że to wymaga bardzo dużej i indukcyjności - dziesiątek mH. Przykładowo można kupić 7mH/4A waży 0,5kg i jest wielkości 20W transformatora - kilka razy za mały do twojej aplikacji
Dawanie za małej indukcyjności nie upraszcza sprawy bo zwiększa wartość szczytową prądu, z symulacji mi wyszło że dławik 7mH przy 1A prądu wyjściowego da 4A prądu szczytowego czyli w.w. dławik wart 230zł starczy do 1A zasilacza, znalazłem dławik 8mH 8A ale ten waży już 1,7kg no i ta cena ponad 500zł.
Archaiczne konstrukcje mają pewne zalety, ale nie są lepsze pod każdym względem, ale trzeba przeanalizować czy wady nie przeważają w dzisiejszej rzeczywistości.

Na jaki prąd projektujesz układ?

LemuRR 11 wrote:

to że na wyjściu będą spore tętnienia, zupełnie nie robi mi różnicy,

Bateria kondensatorów takiej pojemności wyeliminuje tętnienia. Można powiedzieć że zasilacz pracuje na idealne źródło napięciowe, inaczej mówiąc na zwarcie.

LemuRR 11 wrote:

Słyszałem o regulatorach histerezowych, ale nie mailem nigdy z nimi do czynienia. Rozumiem że wtedy minimalny czas załączenia tyrystora to jeden polokres sieci? Nie bardzo rozumiem w jaki sposób miała by przebiegać regulacja prądu ?

Na tyrystorze nie miał by sensu bo wymagał by jeszcze większej indukcyjności, ale jakbyś podniósł częstotliwość i dał klucz MOSFET. Wiele impulsowych regulatorów prądu do LED działa jako histerezowe.

LemuRR 11 wrote:

Kompensację wstawić w sprzężenie lokalne wzmacniacza błędu czy lepiej na wejściu zastosować filtr dolnoprzepustowy?

W sprzężenie

LemuRR 11 wrote:

Jednocześnie chce uniknąć ograniczania prądu jedynie rezystorem, ze względu na ogromne ilości wydzielanego ciepła.

Przy 72V zgromadzisz 1200J i wytracisz tyle samo, żarówka 100W wydziela tyle w 12s

Jak już jesteśmy przy archaicznych rozwiązaniach, można dać dławik po stronie AC jako zamiennik rezystora o dużo mniejszych stratach, albo zworę magnetyczną w transformatorze. Można wykonać dławik sterowany, poprzez nasycenie rdzenia (transduktor, wzmacniacz magnetyczny)

Dziękuję jeszcze raz za zainteresowanie tematem, dzielenie się wiedzą oraz przedstawianie bardzo ciekawych rozwiązań
Jednak po przemyśleniach, ile energii się wytraci i czy ma sens robienie dławika ,doszedłem do wniosku, że w powyższym zastosowaniu jest to bez sensu.
Według Twoich podpowiedzi, zdecydowałem się na coś w rodzaju regulatora histerezowego, przy czym elementem wykonawczym nadal pozostaje tyrystor.


Jako, że jest to zgrzewarka do prac blacharskich (przygrzewanie drutu do blachy karoseryjnej, w celu wyciągania wgnieceń)
na schemacie znajduje się również układ wyzwalania tyrystora "mocy".
Złącza RES oraz C-RES to w rezystory 50W 10Ω

Zdaję sobie sprawę że napięcie na wyjściu będzie pływać, jednak nie jest to problemem, układ rozładowujący baterię kondensatorów (Q5 Q6 D4 R19 RES) zadziała dopiero przy różnicy napięć ok 1,4V.

Odchudziłem układ ile się dało, wychodzę z założenia, że czym prościej tym lepiej (a już słyszałem że najlepiej to na Arduino zrobić).


A co do archaicznych rozwiązań, po prostu je lubię, traktuję je jako swojego rodzaju wyzwanie, gdzie w czasach mikrokontrolerów i specjalizowanych sterowników cieszą się małym, dodatkowo słabnącym zainteresowaniem.
Układ z pierwszego postu, tak czy siak postaram się wdrożyć jako ładowarkę do akumulatorów kwasowych, gdzie dławik będzie zbędny (akumulator bardzo lubi takie ładowanie) a odpowiedź impulsowa układu nie będzie musiała być szybka

LemuRR 11 wrote:

Odchudziłem układ ile się dało, wychodzę z założenia, że czym prościej tym lepiej (a już słyszałem że najlepiej to na Arduino zrobić).

3/4 elementów jeszcze dało by się wyrzucić zachowując funkcjonalność.

Pisząc o histerezowym regulatorze prądu miałem na myśli coś takiego
https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=18557002#18557002

LemuRR 11 wrote:

A co do archaicznych rozwiązań, po prostu je lubię, traktuję je jako swojego rodzaju wyzwanie, gdzie w czasach mikrokontrolerów i specjalizowanych sterowników cieszą się małym, dodatkowo słabnącym zainteresowaniem.

Ja mam inne podejście, w dawnych czasach elementy były gówniane, to ludzie musieli myśleć, analizuję jak myśleli, dysponując ograniczonymi zasobami (mało że półprzewodniki były kiepskie, to jeszcze drogie). Raczej myślę na zasadzie co by można zrobić łącząc umiejętności dawnych konstruktorów, z możliwościami współczesnych elementów

LemuRR 11 wrote:

Układ z pierwszego postu, tak czy siak postaram się wdrożyć jako ładowarkę do akumulatorów kwasowych, gdzie dławik będzie zbędny (akumulator bardzo lubi takie ładowanie) a odpowiedź impulsowa układu nie będzie musiała być szybka

Dławik jest bez sensu kiedy trzeba go kupić, jak się robi samemu może mieć sens

Dodano po 5 [minuty]:

Żeby naładować kondensator/akumulator do zadanego napicia przy użyciu tyrystora wystarczy coś takiego

Diodę Zenera zastąpić regulowanym odpowiednikiem, albo przełącznikiem z kilkoma diodami - policz ile elementów wypadnie ze schematu

Ostatni układ jest genialny w swojej prostocie! jestem Ci za niego dozgonnie wdzięczny ! Wystarczy dla mojego zastosowania zastąpić diodę zenera kombinacja TL431 plus tranzystor (za niskie UCE wewnętrznego tranzystora TL)
Patrząc na moje schematy, rzeczywiście ostro przekombinowałem układ który może być bardzo prosty

TL431 - chyba zakres napięć nie wystarczy, trzeba by zrobić coś w stylu mnożnika Ube
Ze względu na szeroki zakres zmian napięcia zastąpienie rezystora źródłem prądowym miało by sens, a może i wtórnik żeby zmniejszyć prąd
Jaki ma być zakres napięć?

Twój układ miał jeszcze kilka istotnych funkcji:
1.Sygnalizacja naładowania - zastąpił bym sygnalizacją obecności napięcia na rezystorach mocy.
2.Blokada wyzwalania przy za niskim napięciu
3.Blokada ładowania przy załączanym tyrystorze obwodu mocy - można zrobić chwilowe zwarcie diody Zenera od masy.

Ad 1. Zrobione U3, Q10 itd.
Ad 2. Zrobione, tyle że w sposób wymieniony w punkcie pierwszym. Q7, R21, R22, R23, Q3, U3
Ad 3. Zrobione D8 C9 R21 R24 R25 R26 U5A R28 R17 (dwie sztuki ze względu na PCB) U6.
R1 ma na celu ograniczenie prądu przy włączeniu, żeby nie ubić diody zenera.
Zakres regulacji to 15-48V. Raczej nie potrzeba źródła prądowego do ładowania, znalazłem nawet już rezystor przykręcany do radiatora

Pewnie da się jeszcze zredukować liczbę elementów, jednak nie potrafię sobie tego wyobrazić w prostszy sposób.
Trochę inaczej niż dorobienie mnożnika napięcia, jednak myślę że też jest ok



Dopiero po wstawieniu schematu widzę że wartość R2 mi się sporo za duża zrobiła, powinno być w granicach 2kΩ

Ciekawe, czy autotransformator regulowany z mostkiem prostowniczym byłby wystarczający.

freebsd wrote:

Ciekawe, czy autotransformator regulowany z mostkiem prostowniczym byłby wystarczający.

Najpierw trzeba było by go mieć kupno takiego z pewnością jest droższe od półprzewodników.
układ odcięcia ładowania na czas impulsu musiał by jednak pozostać.

Kilka godzin później

A jednak da się prościej, nawet bez TL431 tylko trzeba było się przespać



dioda D7 powinna być na 48V, wkradł się błąd na schemacie. Pewnie i tak skończy się na kilku w szeregu.

LemuRR 11 wrote:

A jednak da się prościej, nawet bez TL431 tylko trzeba było się przespać

Q2 odwrotnie, C4 C6 są niepotrzebne

jarek_lnx wrote:

Q2 odwrotnie, C4 C6 są niepotrzebne

Dzięki za zwrócenie uwagi, pewnie bym to przeoczył
Co C4 i C6 mam jakieś takie zboczenie, żeby ograniczyć wzmocnienie tranzystora dla wysokich częstotliwości w takich zastosowaniach
Postaram się jeszcze zastąpić wzmacniacz operacyjny kilkoma tranzystorami



No i jest

Prąd bazy Q2 załączy Q12 na stałe.

jarek_lnx wrote:

Prąd bazy Q2 załączy Q12 na stałe.

Jeszcze raz dozgonne dzięki za zainteresowanie i pomoc. Jakoś przeoczyłem ten fakt, może dlatego że bezmyślnie podłączyłem Q12 zgodnie ze starym schematem.

Zamieniając D8 na zenerkę 5V (obracając oczywiście) oraz dodając diodę zenera 9V w szeregu z R22 powinno to rozwiązać problem bez większej ingerencji w układ. Przynajmniej na tyle na ile potrafię sobie zwizualizować przepływ prądu w tym obwodzie

Ten nadmiernie skomplikowany układ na dole ma zapewnić zależności czasowe między blokowaniem i wyzwalaniem ale tak naprawdę wystarczy utrzymać stan załączania Q7 kiedy wciśnięto wyzwalanie +0,1s dłużej, tam powinien być kondensator, a przycisk trigger mógł by bezpośrednio wyzwalać bramkę dużego tyrystora bez Q1 Q8 i Q9 bo co ten obwód robi użytecznego? Co robi U2 i Q5 - też nic.

W obecnym rozwiazaniu prąd ładowania C1 będzie upalał Q2.

Co będzie podłączone na J8?

Dzięki za wskazówki, pod J8 będzie podłączona kontrolka LED wraz z buzzerem (na poprzednich schematach zawarty na schemacie układ) po prostu zdecydowałem że ta część układu znajdzie się na osobnym PCB.
U2 przecież wyłącza ładowanie wysterowując Q7, jednocześnie zapewniając izolacje pomiędzy obwodem ładowania a wyzwalania (co uważam za niezbędne, jest to zgrzewarka, nie chce aby prąd bramkowy tyrystora płynął przez element zgrzewany, chce zapewnić możliwie pewny zapłon trystora.)
Rzeczywiście może trochę przekombinowałem z resztą układu, można prościej.
A co do bezpośredniego wyzwalania tyrystora przyciskiem, mam awersję do takiego rozwiązania, wolę aby impuls był w miarę pewny, a przez microswitch 0,5A boje się puścić.

Jak wrócę z pracy, przerysuje schemat, stosując się do Twoich wskazówek

Parę godzin później



Q7 powinien pozostać włączony około 150ms przy wartościach C1=10uF R1=4,7k wyłączając na ten czas tyrystor ładujący kondensatory.
Zastanawiam się jeszcze czy w szereg z D1 nie włączyć jakiegoś rezystora o stosunkowo małej oporności ( np 100Ω) oraz czy jednak nie dać diody D1 na 36V (napięcie zasilania to 44V AC)