Źródło prądowe, z ograniczeniem napięcia do max 12V

Witam wszystkich,
jako projekt dostałem następujące zadanie:

"Zaprojektuj źródło prądowe o maksymalnym napięciu 12V. Ze źródła ma
wypływać prąd o wartości 1A. Załóż, że napięcie zasilania źródła ma być
nie większe od maksymalnego napięcia na źródle o 3V. W przypadku
przekroczenia wartości napięcia 12V, przez źródło ma przestać płynąć
prąd. Zbadaj (symulacyjnie) zależność prądu zaprojektowanego źródła od
napięcia."

Przeszukałem forum i w większości przypadków sugerowany jest do użycia LM317. Otóż w moim przypadku, chodzi raczej o zaprojektowanie z elementów elementarnych, niż z gotowego układu jakim jest LM317.

Wybrałem źródło Wilsona. Obliczyłem niezbędne parametry i przesymulowałem układ. Niestety nie jestem zadowolony z tego ucięcia prądu dla 12V - moim zdaniem nie jest wystarczająco strome. Dodając rezystor na kolektorze tranzystora Q3 charakterystyka robi się jeszcze bardziej płaska w zakresie ucięcia prądu.
Nie wiem jak policzyć rezystancję wyjściowa tego źródła?
Czy ten układ nadaje się do tego problemu? A może jest jakiś inny układ, który byłby odpowiedni ?
A może w ogóle źle podchodzę do tematu ?

Wszelkie sugestie mile widziane

Dziekuje i pozdrawiam
kliszaq

Witam,
podpowiedź, poszukaj tematu; zasilacz stabilizowany o charakterystyce krzyżowej.
Fakt ograniczania (stabilizacji) prądu wynika z położenia prostej obciążenia (rezystancji) na boku prostokąta ograniczeń charakterystyki prądowo - napięciowej (zewnętrznej) takiego stabilizatora:
- U =12V,
- I =1A.
Jeżeli rezystancja obciążenia Rob będzie mniejsza od rezystacji krytycznej Rk = U/I =12Ω, to będzie ograniczenie (stabilizacja) prądu i wartość napięcia Ur na rezystorze Rob będzie wynosić:
Ur = I•Rob <12V, natomiast dla przypadku odwrotnego (Rob > Rkr), napięcie na rezystancji Rob będzie maksymalne możliwe, czyli Ur = U =12V, a wtedy wartość prądu Ir płynącego przez rezystor wyniesie:
Ir = U/Rob <1A.

Pozdrawiam

Quarz wrote:

Witam,
podpowiedź, poszukaj tematu; zasilacz stabilizowany o charakterystyce krzyżowej.

A mógł by kolega przybliżyć koncepcie tego układu, bo jakoś nigdy dotąd nie spod kałem się z tym określeniem.

Witam,

jony wrote:

Quarz wrote:

Witam,
podpowiedź, poszukaj tematu; zasilacz stabilizowany o charakterystyce krzyżowej.

A mógł by kolega przybliżyć koncepcie tego układu, bo jakoś nigdy dotąd nie spodkałem się z tym określeniem.

rozwiązanie powszechnie stosowane w laboratoryjnych zasilaczach o rozdzielonej nastawie (stabilizacji) napięcia i prądu.
Na. jak w tych zasilaczach:
http://www.cyfronika.com.pl/zasLAB.htm
Jak znajdę schemat (mam wstręt do rysowania...) to go tu zamieszczę.

Pozdrawiam

Czy to chodzi o to?
http://www.electronics-lab.com/projects/power/003/index.html
http://www.nikomp.com.pl/opisy/ZEKJ0/ZEKJ0310.htm

Witam,

jony wrote:

Czy to chodzi o to?
http://www.electronics-lab.com/projects/power/003/index.html
http://www.nikomp.com.pl/opisy/ZEKJ0/ZEKJ0310.htm

być może, iż przedstawione w powyższych linkach zasilacze stabilizowane mają taką charakterystykę zewnętrzną, ale wprost tego nie udało mnie się tam doczytać, a i ze schematu nie bardzo to wynika.

Pierwszym, i "sztandarowym", podręcznikiem w języku polskim na ten temat, jest książka Profesora:
STABROWSKI M.: Stabilizatory sterowane napięcia i prądu stałego. Warszawa WNT 1972. z Serii AUTOMATYKA (żółta okładka ze stylizowaną małą literą a w którą wkomponowano napis: AUTOMATYKA).
Według tego zamysłu od pierwszej połowy lat '70 była produkowana w Polsce cała seria liniowych zasilaczy (pojedyńczych i podwójnych), najpierw jako ZT-980-coś_tam, a potem, po unowocześnieniu i podwojeniu mocy jako 535-1-2-3-4, oraz 537S (537-S), itd.
Zobacz:
Unitra Unima
ZT-980-1-2-3-4
Zasilacze ZT-980 tworzą rodzinę źródeł prądu stałego. ZT-980-1 (0-10V, 0 - 5A), ZT-980-2 (0 - 20V, 0 - 2,5A), ZT-980-3 (0 - 50V, 0 - 1A), ZT-980-4 (0 - 100V, 0 - 0,5A).
Maksymalna moc wyjściowa wszystkich zasilaczy jest jednakowa i wynosi 50W.
Masa każdego przyrządu ok. 9,5kg, pobór mocy do 140VA.

Unitra Unima
ZT-980-1M-2M-3M-4M
Zasilacze regulowane ZT-980M w czterech wykonaniach tworzących rodzinę źródeł prądu stałego. ZT-980-1M (0-10V, 0 - 5A), ZT-980-2M (0 - 20V, 0 - 2,5A), ZT-980-3M (0 - 50V, 0 - 1A), ZT-980-4M (0 - 100V, 0 - 0,5A).
Maksymalna moc wyjściowa wszystkich zasilaczy jest jednakowa i wynosi 50W.
Litera "M" oznacza unowocześnioną wersję wcześniej produkowanych zasilaczy typu ZT-980.
Masa każdego przyrządu ok. 8kg, pobór mocy do 140VA.

Unitra Unima
535-1-2-3-4
535-1 (0 - 10V, 0 - 10A), 535-2 (0 - 20V, 0 - 5A), 535-3 (0 - 50V, 0 - 2A), 535-4 (0 - 100V, 0 - 1A). Przejście ze stabilizacji napięciowej na prądową i odwrotnie następuje automatyczne w zależności od warunków obciążenia.
Napięcie i prąd wyjściowy regulowane skokowo przełącznikami obrotowymi oraz płynnie umieszczonymi na nich potencjometrami.
Masa 12,5kg

Unitra Unima
535-1M-2M-3M-4M
Instrukcja rodziny zasilaczy 535-1M (0 - 10V, 0 - 10A), 535-2M (0 - 20V, 0 - 5A), 535-3M (0 - 50V, 0 - 2A), 535-4M (0 - 100V, 0 - 1A) charakteryzujących się dobrymi współczynnikami stabilizacji sieciowej, obciążeniowej i temperaturowej.
Litera "M" wskazuje na unowocześnioną wersję zasilacza typu 535 produkowaną po roku 1980.
Masa 12,5kg.

Unitra Cemi
537-1-2-3-4
537-1 (0 - 10V, 0 - 10A), 537-2 (0 - 20V, 0 - 5A), 537-3 (0 - 50V, 0 - 2A), 537-4 (0 - 100V, 0 - 1A) składających się z dwóch jednakowych źródeł prądu stałego (każde o mocy 100W), umieszczonych obok siebie we wspólnej obudowie i wyposażonych w oddzielne pokrętła regulacji oraz mierniki napięcia i prądu wyjściowego.
Dzięki zworom możliwa praca szeregowa, szeregowa zależna i równoległa zależna.
Masa ok. 23kg.

Unitra Cemi Szczytno
537S (537-S)
Zasilacza regulowany 537-S składa się z dwóch jednakowych źródeł prądu stałego (każde o mocy wyjściowej 100W) umieszczonych obok siebie we wspólnej obudowie i wyposażonych w oddzielne pokrętła regulacji oraz wspólny miernik prądu i napięcia wyjściowego. Zakres napięcia i prądu wyjściowego różni się w zależności od wykonania.

Pozdrawiam

Nawet jestem użytkownikiem jednego z tych zasilaczy (ZT-980-3)
A to chyba jednak dobrze trafiłem ze schematami.
Chodzi o taką koncepcie pokazaną schematycznie tu:
http://www.national.com/appinfo/power/files/f4.pdf (strona 12).
Tylko z skąd taka dziwna nazwa??
A schematy tych polskich zasilaczy można poprać tu
https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=1608550#1608550

A koledze kliszaq polecam zbudowanie tego źródła na tych tranzystorach co w symulacji.
A wnioski z budowy tego źródła dadzą znacznie więcej niż milion symulacji takiego układu. I przekona sie kolega ze nie tak łatwo zbudować źródło prądowe na prąd 1A na elementach dyskretnych bez niezbednej do tego wiedzy.
Której koledze brakuje.

Dzięki za szybki odzew

Quartz: dzięki za naprowadzenie na odpowiednią lekturę (już zdążyłem sobie ją zarezerwować).

Jony: dzięki za linka i konstruktywną "krytykę"

pozdrawiam,

ps. jeżeli się uda, to będę umieszczał postępy mojej pracy

Witam,

jony wrote:

Nawet jestem użytkownikiem jednego z tych zasilaczy (ZT-980-3)
A to chyba jednak dobrze trafiłem ze schematami.
Chodzi o taką koncepcie pokazaną schematycznie tu:
http://www.national.com/appinfo/power/files/f4.pdf (strona 12).

dokładnie o to chodzi:



Choć wspominane przeze mnie zasilacze mają trochę inne rozwiązanie układowe:



Na powyższym schemacie pokazania jest idea rozdzielenia stabilizacji (ograniczania) napięcia i prądu we wspomnianych przeze mnie zasilaczach.
Po szczególy odsyłam do schematów podanych w lince przez Kolegę jony

jony wrote:

Tylko z skąd taka dziwna nazwa??

Nazewnictwo wprowadzone przez Profesora Mariana Stabrowskiego (w książce o której wcześniej wspominałem), a wzięte z literatury anglosaskiej:
Constant Voltage Constant Current Regulatet Power Suplies. Hewlett Packard Tech Leter, 1964, Nr 2.

Jak uruchomię mój archaiczny skaner to zamieszczę oryginalne schematy z w/w książki Profesora.

jony wrote:

A schematy tych polskich zasilaczy można poprać tu
https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=1608550#1608550

Dziękuję Koledze za powyższą linkę. Wszystkie te schematy są mi b. dobrze znane, ale w postaci tradycyjnej, czyli papierowej, z DTR do wpomnianych przeze mnie wcześniej zasilaczy.

Pozdrawiam

Koledze kliszaq proponuje zapoznać z tymi koncepcjami stabilizatorów prądu:
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/2404/circuito.gif
http://www.elecdesign.com/Files/29/4914/Figure_02.gif
http://www.trainweb.org/girr/tips/tips5/gp9_smoke_circuit.gif
I bardo dokładne zapoznanie sie z rozwiązaniami układowymi zaproponowanymi przez kolegę Quarz

I jako elementy regulujący polecam tranzystory typu Mosfet

Witam,

przebrnąłem przez trochę teorii. Nabyłem książkę o stabilizatorach. Chciałem w projekcie oprzeć się na schemacie "stabilizatora sterowanego dużych prądów", którego schemat zamieścił kolega jony w swoim ostatnim poście (który również jest w książce "stabilizatory ..." - rys 1.13). Niestety próbowałem osiągnąć magiczny prąd 1A, ale nie udało mi się
A postępowałem zgodnie ze wskazówkami:

Quote:

Zwykle w stabilizatorach o prądach większych od 0.5-1 A spadek napięcia na oporniku Rs przy maksymalnym prądzie wyjściowym ma wartość 0.5-1 V, a w stabilizatorach mniejszych prądów sięga 10V

Z tego rozumiem że dla mojego 1A, potrzebuje mieć opornik Rs = 1 Ohm.
Ze wzoru na prąd wjściowy:
I0 = Er(Rcc/Rs/Rr + 1/Rr), przyjmując Rr= 5kOhm i Er = 12V wyliczyłem Rcc = 415 Ohm. Napięcie Eu (wejściowe) wynosi 12V.

Pomimo wielu prób, nie moge wyjść ponad kilkanaście mikro amperów.

Co mogę robić źle?
Niestety ale mam tylko to co jest w Spice (tranzystory i wzm. operacyjny).

pozdrawiam

Witam,
tyle tylko, że schemat według rys. 1.13 ze wspomnianej książki nie jest najlepszym.
Lepszym jest wg rys. 1.17 (zasilacze z rodziny ZT-980-...), lub wg rys. 1.18 (zasilacze późniejsze), który skonfrontuj ze schematem przedstawionego tu zasilacza z serii 535-1-2-3-4, rozwiązanie w tej rodzinie zasilaczy pozwala zastosować jedno źródło referencyjne (odniesienia) dla stabilizacji napięcia, lub stabilizacji prądu (zasilacz krzyżowy, jeśli trzymać się nazewnictwa Profesora z rzeczonej książki).
Oczywiście, okupione to jest określonymi kosztami, ponieważ potrzebne są pomocnicze napięcia (i "pływające") do zasilania wzmacniaczy operacyjnych (±15V).
Źródło napięcia referencyjnego wymaga kolejnego (i również "pływającego") źródła zasilania.

Pozdrawiam

Układ ze schematu "stabilizator sterowany.jpg" nie działa dlatego ze Uwe nie jest podłączone do masy.

A o to kilki innych idei takich źródeł prądowych nie wymagających napięcia symetrycznego.
A wymagających dopracowania.

i dla tych wartości prąd RL≈1A (Er=0.5V)




coś w podobnie do rys 4.3 ze strony 91

Owszem, ten schemat (1.17) już zdążyłem przeanalizować i zasymulować, ale niestety nadal nie mogę osiągnąć upragnionego 1A. Tamten przykład stabilizatora chciałem jedynie przetestować roboczo, gdyż ten stabilizator krzyżowy składa się ze stabilizatora prądu i napięcia.

Niestety tutaj już przytoczony wzór się nie sprawdza, przy prawiłowym dobraniu wyliczonej wartości opornika Rcc charakterystyka jest liniowa i malejąca.

Poniżej przedstawiam schemat i odpowiadającą mu charakterstykę. Niestety w porywach mogłem eksperymentalnie dobrać wartość prądu ok 120 mili.

Czy oby na pewno nie popełniłem błedu przy rysowaniu schematu?

Przeczytaj mój poprzedni post ze zrozumieniem.
I schemat „krzyżowy.jpg" nie będzie działać.
Zobacz na ostatni schemat jaki dołączyłem w poprzednim poście.
I schematy w tej książce pokazują idea działana danego układu, a nie gotowy schemat do wykorzystania.

Witam,
wydaje mi się, że taki oto schemat wystarczy. Również charakterystyka wyjściowa prądu od napięcia wygląda dobrze.

W tym układzie tranzystory Q1 i Q2 tworzą źródło prądowe w układzie Darlingtona, którego prąd wymuszany jest przez rezystor Rs. Napięcie na tym oporze jest wymuszane przez sprzężenie zwrotne wzmacniacza operacyjnego U1. Gdy napięcie na rezystorze spada, to wzmacniacz podnosi je i na odwrót.
Dolna część układu to ogranicznik napięciowy, który składa się ze wzmacniacza operacyjnego U2, źródła napięcia odniesienia Er2 oraz tranzystora kluczującego Q3. Układ ogranicznika działa następująco: gdy napięcie na wyjściu przekroczy 12V wzmacniacz operacyjny U2 otwiera tranzystor Q3 co powoduje wyłączenie źródła prądowego.

Witam,
jak widzę czytanie DTR to dla Ciebie trudna sztuka...
Zobacz co zostało po moich poprawkach:



Przede wszystkim wystarczy jedno źródło napięcia referencyjnego dla obu ograniczeń (stabilizacji), zobacz na Rys. 4.3 (str. 91) w wiadomej książce. Wartością optymalną jest ok. 5,0V (np. specjalizowane scalone źródła referencyjne).
Zamiast wzmacniacza różnicowego, jak widać, wystarczą dwie diody.
Natomiast tranzystor regulacyjny Q6 wymaga odpowiedniego wysterowania, a więc dwa następne; Q7 i Q7 pracujące w kaskadzie wzmacniacza prądowego.
Należy jeszcze dobrać (co pozostawiam Tobie) odpowiedniej wartości rezystory (i typy tranzystorów) włączone pomiędzy bazą a emiterem każdego z nich w celu kontroli prądu zerowego i obniżenia zbyt dużej (bez rezystorów) wartości wzmocnienia prądowego.

Konsekwencją tych zmian są też zmiany wartości rezystorów; Rr1 i Rvc, które należy dobrać odpowiednio do wymaganych parametrów wyjściowych tego stabilizatora krzyżowego.

Pozdrawiam

Witam,
Mam kilka uwag do ostatniego schematu kolegi kliszaq.
Wszystko niby dział ładnie ale trzeba zwrócić uwagę na kilka szczegółów.
Najważniejsze to:
Otwarcie tranzystora Q3 powoduje zwarcie wzmacniacza U1 do plusa zasilania co jest niedopuszczalne.
Tka samo wzmacniacz operacyjny musi „lubić” pracować z napięciem wspólnym równym napięciu zasilania, czyli 741 nie nadają do tego chodź pspice nic o tym nawet nie wspomina.
I niech kolega pamięta o mocy strat na elementach wykonawczych.
No i problemu mogą być z tymi źródłami napięcia referencyjnego, ale tu akurat nie ma ich na schemacie.
Pozrawiam.

Do kolegi jony:
+ a czy nie można w poprzednim moim schemacie zasilić wzmacniaczy operacyjnych z +15, a na układ dać napięcie pomniejszone o spadek napięcia na diodzie umieszczonej zaraz nad źródłem zasilania? (z tego co dałem radę zasymulować to uA741 daje ok 14.61V lub 0.31V maksymalnych napięć na wyjściu do plusa zasilania lub do masy)
+ jeśli chodzi o moc strat, to kolega ma na myśli rezystor Rs (przy wartości 1.2Ohm daje moc rzędu 1.2W) oraz tranzystory mocy w układzie Darlingtona. Czy należy coś jeszcze dodatkowo uwzględnić ?
+ powiedzmy, że źródła nap. referencyjnego są już dostarczone np. LM385.

Ponadto, przerobiłem te wszystkie schematy i zrobiłem taki układ jak w załączniku. Nasuwają mi się następujące pytania na myśl:

1. Jak działa i się odnosi do diód na wyjściach wzmacniaczy operacyjnych te dodatkowe zasilanie przez rezystor 10k ? (np. w schemacie kolegi jony nie było to ujęte)
2. Co zrobić, żeby zmniejszyć napięcie przy którym następuje odcięcie charakterystyki równo do 12V. Z obliczeń wynika że rezystory powinny stanowić doskonały dzielnik napięciowy do napięcia 1.2V, ponadto źródło Uref1 jest 'idealne' ?
3. Czy w jakiś sposób można się pozbyć niewielkiego prądu wstecznego tego źródła dla napięć większych od 12V ? (Używam gotowego Darlingtona z biblioteki graficznej PSPICE).
4. Czy rzeczywiste źródła napięcia odniesienia wymuszają konkretne napięcie ? Pytam się z prostej przyczyny. Gdy chciałem zrobić jedno źródło, dodając do tego dzielnik (który i tak zrobiłem), to niestety, ale PSPICE wymuszał mi na tym dzielniku napięcie wynikające z zasilania, natomiast gdy dodałem (fizycznie - wirtualnie) dodatkowe źródło, wszystko było już w porządku. Czy takie zachowanie może się powtórzyć w praktyce (przy jednym źródle Uref)?
5. Czym (oprócz tej niechęci współpracy z napięciem zasilania wzmacniacza uA741 na wyjściu) różni się tamten schemat od tego ostatniego?

pozdrawiam
kliszaq

Witam,
zamieszczony wyżej schemat zawiera kilka kardynalnych błędów, których nie chce mi się (późna pora) "pokazywać palcem".
Kolego, popatrzeć i narysować identycznie, jak ten schemat, który tu "przyniosłem" z wcześniejszego mego postu, to taka trudna sztuka?



Proszę zauważyć, gdzie na tym schemacie jest potencjał odniesienia - zacisk "masy".

Pozdrawiam