Liniowy regulator wysokiego napięcia: Projekt, PCB, zmiany w schemacie, IRFPG30, regulacja prądu

Witam,

Jestem na etapie projektowania regulatora liniowego wysokiego napięcia, zamieszczam schemat (pochodzi z forum trioda, z niewielkimi zmianami wprowadzonymi przeze mnie) a także wstępne PCB (jeszcze konieczne są modyfikacje nie wszystko jest poprawne). Wydajność prądowa ma być ok. 500mA, napięcie wejściowe 420V> regulacja od 100V w górę lub więcej, w tym zakresie były dobierane elementy dzielnika.
- Na schemacie są jako tranzystory mocy IRPF450, ale z racji tego, że ich napięcie maksymalne to tylko 500V planuję zastąpić je IRFPG30, te mają napięcie maks. 1kV oraz prąd 3A, mniej niż IRFP ale powinno wystarczyć, to i tak sześciokrotnie więcej niż będzie płynąć w obwodzie. Tranzystory będą co najmniej dwa, by ułatwić rozpraszanie ciepła, nawet myślę nad większą ilością, jeśli sens (może ktoś się zechce odnieść do tej kwestii),
- Jak już buduję taki regulator to zastanawiam się czy dałoby się dorobić także osobną regulację prądu? Taki tryb CC jak w zasilaczach warsztatowych.
Będę też wdzięczny jakby się ktoś odniósł do całości, czy może coś można ulepszyć, poprawić...

Pozdrawiam,
A.


zasilacz r...any HV.sch (1.01 MB)Musisz być zalogowany, aby pobrać ten załącznik.

Główne problemy, jakie możesz napotkać, to przekroczenie SOA tranzystora (które dla DC jest nieznane) oraz stabilność pętli sprzężenia zwrotnego, szczególnie jeśli po stronie obciążenia możliwe są różne pojemności.


Daj link do tego co było pierwowzorem

Dziękuję za odpowiedź.

jarek_lnx napisał:

Główne problemy, jakie możesz napotkać, to przekroczenie SOA tranzystora (które dla DC jest nieznane) oraz stabilność pętli sprzężenia zwrotnego, szczególnie jeśli po stronie obciążenia możliwe są różne pojemności.

Czyli z tranzystorami to będzie taki trochę eksperyment, wytrzyma albo nie. Mam IRFP450 oraz te IFRPG30, których kupiłem parę dla testu. Myślę także nad IGBT.
Pojemności po stronie obciążenia faktycznie są możliwe różne, specjalnie dołożyłem D4 (BY255) jako zabezpieczenie układu, bo może się zdarzyć, że w kondensatorach w zasilanym urządzeniu pozostanie ładunek przez dłuższy czas, już po rozładowaniu się elektrolitów w stabilizatorze.
Może dołożyć jeszcze jakiś dodatkowy kondensator elektrolityczny na wyjściu stabilizatora?

jarek_lnx napisał:

Daj link do tego co było pierwowzorem

Wklejam oryginalny schemat poniżej, zmiany widoczne na mojej wersji.

Pozdrawiam,
A.

Olkus napisał:

Będę też wdzięczny jakby się ktoś odniósł do całości, czy może coś można ulepszyć, poprawić...

Takie regulatory powinny pracować mierząc napięcie względem +Uwy.
Tak pracuje LM317.
Wymaga to dodatkowego napięcia zasilania.
(w LM317 to część zasilania głównego.)
Dodatkowe zasilanie pobiera znikomy prąd.
Plus rozwiązania jest taki, żę układ regulacji pracuje na niskim napięciu zasilania.
Jedynym elementem pracującym na wysokim napięciu jest rezystor pomiarowy.
Brak potencjometru. Rezystor pomiarowy jest sumą rezystorów 1%.

Tak zrobiłem zasilacz regulowany 0-100V. (Unima).
Ps.Chętnie sprzedam za niewielką kwotę.
(nigdy go nie będę używał)

CYRUS2 napisał:

Tak pracuje LM317.
Wymaga to dodatkowego napięcia zasilania.
(ale niekoniecznie)
W LN317 to część zasilania głównego.
Dodatkowe zasilanie pobiera znikomy prąd.
Plus rozwiązania jest taki, żę układ regulacji pracuje na niskim napięciu zasilania.
Jedynym elementem pracującym na wysokim napięciu jest rezystor pomiarowy.
Tak zrobiłem zasilacz regulowany 0-100V.

Z tym, że LM317 tu się nie nada, za duże napięcie a i prąd obawiam się, że też, widziałem układy wykorzystujące LM317 ale do napięć ok. 200V tylko.
Chyba, że chodzi o samą zasadę działania. Jeśli tak poprosiłbym o jakiś schemat...

Pozdrawiam,
A.

Olkus napisał:

Z tym, że LM317 tu się nie nada, za duże napięcie A.

LM 317 to był przykład zasady pracy.
Zasady pracy = pomiar napięcia wyjściowego względem "plusa" Uwy.

CYRUS2 napisał:

Zasady pracy = pomiar napięcia wyjściowego względem "plusa" Uwy.

Tutaj przydałby się raczej pomiar prądu a nie napięcia, aby zrobić lepsze zabezpieczenie przeciwzwarciowe...

Pozdrawiam,
A.

Olkus napisał:

Tutaj przydałby się raczej pomiar prądu a nie napięcia

A jak chcesz ustawiać i stabilizować napięcie ?

Olkus napisał:

przydałby się raczej pomiar prądu aby zrobić lepsze zabezpieczenie przeciwzwarciowe

Pomiar prądu i ograniczenie prądowe robi się też.
Tego w w tym układzie nie narysowałem.
Poszukaj schematu zasilacza ZT-980- 04

Na razie chyba zrobię układ wg mojego schematu z pierwszego postu, zobaczę jak działa i wtedy będę myślał nad ewentualnymi modyfikacjami.

Pozdrawiam,
A.

Wygląda na to, że IFRPG30 będą miały znacznie większą szansę ulec uszkodzeniu, niż IRFP450. Wygląda na to, że wtórne przebicie w żadnym z tych typów tranzystorów nie występuje, i głównym ograniczeniem jest dopuszczalna moc strat; i IFRPG30 krócej wytrzymują chwilowe jej przekroczenie: IRFP450 wytrzymują 500W przez 10ms, IFRPG30 niecałe 200W.

_jta_ napisał:

Wygląda na to, że IFRPG30 będą miały znacznie większą szansę ulec uszkodzeniu, niż IRFP450. Wygląda na to, że wtórne przebicie w żadnym z tych typów tranzystorów nie występuje, i głównym ograniczeniem jest dopuszczalna moc strat; i IFRPG30 krócej wytrzymują chwilowe jej przekroczenie: IRFP450 wytrzymują 500W przez 10ms, IFRPG30 niecałe 200W.

Tranzystory będą przynajmniej dwa, IRFPG30 wytrzymuje 125W, dwa dadzą radę przy 250W, IRFP450 jeden 180W, a dwa 360W.
Z tym, że regulacja napięcia nie będzie w tym układzie od zera, więc aż takich strat nie przewiduję. Radiator mam zamiar kupić jakiś duży i solidny, do tego pewnie jeszcze ze dwa wentylatory i powinno być OK wg mnie.

Pozdrawiam,
A.

Przy nagłym wzroście obciążenia, albo przy skokowym zmniejszaniu prądu na obciążeniu indukcyjnym w tranzystorach chwilowo wydzieli się większa moc - mam wrażenie, że IRFP450 wytrzyma to znacznie lepiej. Do sprawdzenia: może to podano w notach katalogowych?

Olkus napisał:

IRFPG30 wytrzymuje 125W, dwa dadzą radę przy 250W, IRFP450 jeden 180W, a dwa 360W.

Przy idealnym chłodzeniu - przy realnym znacznie mniej - albo tranzystory z dużym zapasem mocy, albo będzie potrzebny duży i drogi radiator.

_jta_ napisał:

Wygląda na to, że wtórne przebicie w żadnym z tych typów tranzystorów nie występuje

Wtórne przebicie w MOSFETach nie występuje bo tak piszą w książkach Niestety wszyscy producenci byli tak pewni tego faktu, że w większości dokumentacji SOA nie zmierzono, a wyliczono teoretycznie, a później okazało się że w MOSFETach występuje analogiczne zjawisko i tranzystory się uszkadzają w zakresie SOA, jak SOA wygląda jak proste linie, to jest to zbyt piękne by było prawdziwe. Są produkowane specjalne MOSFETy do pracy liniowej, ale cena kilka razy wyższa.

Jest trochę not aplikacyjnych, o pracy liniowej MOSFETów, gdzie producenci ładnymi słowami i nie wprost, przyznają się że SOA w dokumentacji może nie być prawdziwe

_jta_ napisał:

Przy nagłym wzroście obciążenia, albo przy skokowym zmniejszaniu prądu na obciążeniu indukcyjnym w tranzystorach chwilowo wydzieli się większa moc - mam wrażenie, że IRFP450 wytrzyma to znacznie lepiej. Do sprawdzenia: może to podano w notach katalogowych?

Mogę użyć IRFP450, jak dla mnie bez różnicy, mogę kupić nawet jeszcze inne, które będą lepsze...

_jta_ napisał:

Przy idealnym chłodzeniu - przy realnym znacznie mniej - albo tranzystory z dużym zapasem mocy, albo będzie potrzebny duży i drogi radiator.

Generalnie dobre chłodzenie i tak będzie konieczne, i duży oraz kosztowny radiator będzie niestety konkeczny, może uda się go zmniejszyć dzięki zastosowaniu wentylatorów ale i tak będzie spory.

Pozdrawiam,
A.

Za dychę, lub dwie, można kupić używany, lepszej klasy, radiator komputerowy. Są zestawy chłodzące zaprojektowane pod TDP 150W a nawet więcej.
Radiatory zaprojektowane pod wymuszone chłodzenie mają więcej żeberek na mniejszej objętości.

Zasilacz CC/CV, w rozwiązaniu o którym pisze CYRUS2 ma taki schemat blokowy:

Nie uważam, żeby to był jedyny słuszny sposób budowy takiego zasilacza, ale po prostu jest wygodny, bo nie ma w nim elementów wysokonapieciowych, poza jednym rezystorem i tranzystorem szeregowym.

jarek_lnx napisał:

Za dychę, lub dwie, można kupić używany, lepszej klasy, radiator komputerowy. Są zestawy chłodzące zaprojektowane pod TDP 150W a nawet więcej.
Radiatory zaprojektowane pod wymuszone chłodzenie mają więcej żeberek na mniejszej objętości.

Mam nawet taki większy radiator z komputera, po jednym na tranzystor w zasadzie powinno wystarczyć dla zapewnienia odpowiedniej temperatury, wentylator oczywiście ze sterownikiem.

jarek_lnx napisał:

Zasilacz CC/CV, w rozwiązaniu o którym pisze CYRUS2 ma taki schemat blokowy:

Nie uważam, żeby to był jedyny słuszny sposób budowy takiego zasilacza, ale po prostu jest wygodny, bo nie ma w nim elementów wysokonapieciowych, poza jednym rezystorem i tranzystorem szeregowym.

W zasadzie to dobra opcja, jeszcze dokładnie całość przeanalizuję i może w wolnym czasie zbuduję jakiś prototyp na bazie tego schematu, dziękuję za porady.

Pozdrawiam,
A.

Jest taki układ scalony LM723 / µA723, przeznaczony do budowania zasilaczy (w tym CV/CC, ale raczej z ustalonym ograniczeniem prądu, z możliwością zagięcia charakterystyki, żeby przy zwarciu mieć zmniejszony prąd) - w nocie katalogowej zwykle jest schemat, jak się robi zasilacz wysokonapięciowy (układ nazywa się "floating regulator"). Pytanie: czy to ma być regulator napięcia dodatniego, czy ujemnego, czy dowolnie? Ten pierwszy ma minus wspólny dla wejścia i wyjścia, drugi ma wspólny plus.

_jta_ napisał:

Jest taki układ scalony LM723 / µA723, przeznaczony do budowania zasilaczy (w tym CV/CC, ale raczej z ustalonym ograniczeniem prądu, z możliwością zagięcia charakterystyki, żeby przy zwarciu mieć zmniejszony prąd) - w nocie katalogowej zwykle jest schemat, jak się robi zasilacz wysokonapięciowy (układ nazywa się "floating regulator"). Pytanie: czy to ma być regulator napięcia dodatniego, czy ujemnego, czy dowolnie? Ten pierwszy ma minus wspólny dla wejścia i wyjścia, drugi ma wspólny plus

O znanym 723 jakoś nie pomyślałem, może to i dobry pomysł
Regulator ma być napięcia dodatniego, dla zasilania próbnych układów lampowych. Wspólny minus nie byłby problemem.

Pozdrawiam,
A.