Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Projekt uniwersalnego zasilacza impulsowego.

-RoMan- 06 Feb 2008 00:25 4480 16
Altium Designer Computer Controls
  • #1
    -RoMan-
    Level 42  
    Jakiś czas temu zapowiadałem, że pracuję na uniwersalnym zasilaczem impulsowym, którego sercem będzie przetwornica w konfiguracji SEPIC z dławikiem sprzężonym.

    Założenia:
    - napięcie wejściowe 10-17 (25) V - zasilanie z akumulatora żelowego, z gniazdka zapalniczki, baterii słonecznej lub wyprostowanego napięcia z taniego transformatora do halogenów 12V
    - napięcie wyjściowe (0) 2.5-30 (35) V
    - moc maksymalna: 100W,
    - liniowa regulacja napięcia z możliwością sterowania zewnętrznego
    - odporność na zwarcia

    Zastosowania:
    - zasilacz warsztatowy (nie laboratoryjny!),
    - uniwersalna ładowarka dla modelarzy,
    - ładowarka akumulatorów zasilana z baterii słonecznych 50/100W
    - itd.

    W trakcie projektowania płytki doszedłem do wniosku, że konstrukcja jest stosunkowo prosta i w zasadzie można by cały projekt choć częściowo uczynić otwartym. Zrezygnowałem z ciasnego pakowania elementów, mnóstwa SMD, dwustronnej płytki, nietypowych i drogich elementów. Jest Płytka bez zbędnej ciasnoty, jednostronna z jedną tylko druciana przelotką, dająca się montować nawet - o zgrozo! - lutownicą transformatorową. Jedyne elementy SMD to rezystory 0R05 3W - 2 sztuki.

    Żeby Wam narobić apetytu - daję zdjęcie prototypu modułu przetwornicy w czasie montażu:

    Projekt uniwersalnego zasilacza impulsowego.
  • Altium Designer Computer Controls
  • #2
    trol.six
    Level 31  
    No proszę :)

    Co do elementów to ja już niezbyt często używam przewlekanych, a nawet jak coś tam użyje, to często lutuje do druku, bo jak robię płytki to mniej czasu tracę na wiercenie. Poza projektami gdzie nie ma miejsca na lutowanie większych bezpośrednio na miedź.

    Zaleta może oporników przewlekanych jest to że przy jednostronnych drukach można pod nimi więcej ścieżek przeprowadzić.

    Przy SMD trzeba sie czasem nagłówkować przy płytce, szczególnie jak jest jednostronna, żeby za dużo krosów nie było.
  • #3
    -RoMan-
    Level 42  
    Płytki i tak robi płytkarnia a wiercenie jest tanie. Natomiast zastosowanie elementów przewlekanych udostępnia projekt osobom, które - tak jak ja - od 40 lat lutują lutownicą transformatorową i na grzałkę patrzą z obrzydzeniem ;)
    Elementy przewlekane są i tak nie do uniknięcia - duże kondensatory sa tylko w wersji przewlekanej, jak trafi się jakiś duży SMD o małej ESR, to kosztuje majątek.
    Elementy przewlekane dają też większą swobodę eksperymentowania.

    Ale myślę, że lepiej skupić się na idei a nie technologii montażu.
  • Altium Designer Computer Controls
  • #4
    trol.six
    Level 31  
    Montaż to część idei końcowego projektu. No nie najważniejsza, ale też istotna. :)
    Ja oporników zwykłych prawie już nie stosuje poza tymi większych mocy.

    A co do samej idei, jakiej kości zamierzasz użyć?
  • #5
    -RoMan-
    Level 42  
    UC3843 dla typowego układu, UC3845 dla ładowarek zasilanych ze źródeł o zmiennym napięciu np. baterii słonecznych.
    W tym drugim przypadku chodzi o zapewnienie zmniejszania się prądu w miarę spadku napięcia na wejściu - UC3843 zawsze próbowałby nadrobić moc wymuszając coraz większy prąd.
  • #6
    -RoMan-
    Level 42  
    Jestem po pierwszych testach UZI!

    Pierwsze wnioski:

    1. Testowanie przetwornicy z użyciem niestabilizowanego zasilacza sieciowego to mordęga.
    1a. Trzeba kupić jakiś akumulator - te, które mam są za słabe.
    2. Muszę kupić nowy oscyloskop.
    3. Osiągnięcie na "dzień dobry" 70W to i tak sukces.
    4. Kondensatory LowESR też mogą poparzyć :(
    5. Marzenia u użyciu maleńkiego radiatorka trzeba włożyć między bajki - albo solidny radiator albo wymuszone chłodzenie. Ale na szczęście goldpiny do podłączenia małego wiatraczka przewidziałem :)

    Najważniejsze - nic nie zadymiło :) Przetwornica ruszyła z marszu, bez jakichkolwiek dyskusji.
  • #7
    madart
    Level 26  
    Miło słyszeć, że projekt posuwa się do przodu :D
    Zabezpieczenie prądowe będzie stałe, czy z możliwością regulacji? Praca zasilacza w formie źródła prądowego jest dla wielu mile widziana :)
  • #8
    -RoMan-
    Level 42  
    Jest możliwość regulacji.
  • #9
    jaroslawk
    Level 21  
    Witam,
    Jestem zainteresowany wykonaniem przetwornicy. Kiedy mogą się pojawić jakieś informacje konstrukcyjne ?.
  • #10
    -RoMan-
    Level 42  
    Przyjdzie czas. Na razie muszę opanować problem z kondensatorem SEPIC. Philipsowski LowESR 560 uF/25V nie wytrzymuje :(

    Strasznie utrudnia analizę paskudny oscyloskop i zasilacz sieciowy bez stabilizacji. O ile przy normalnej pracy taki zasilacz to norma, to do analizy przebiegów na oscyloskopie - porażka. Nakładające się tętnienia 100 Hz zabijają jakikolwiek pomiar.

    Dławik sprzężony zachowuje się zaskakująco dobrze. Spodziewałem się, że zadymi jako pierwszy ale wytrzymał.
    Dławik SEPIC (sprzężony 1:1) 2*10 zwojów skrętką po 4 druty 0.53mm w izolacji poliuretanowej na toroidalnym rdzeniu ferrytowym ze szczeliną TN26/15/11-3C20-A113 oczywiście Ferroxcube.

    Reszta to już klasyka - kontroler UC3843, częstotliwość 50 kHz, klucz IRFZ44, rezystory czujnika prądu: 2* 0R05/3W SMR połączone równolegle, ze względu na niską czułość wejścia czujnika prądowego poziom przesuwam dzielnikiem napięcia z Vref. Rezystory są rewelacyjne - ani śladu jakichkolwiek oscylacji.
  • #11
    lechoo
    Level 39  
    -RoMan- wrote:
    Na razie muszę opanować problem z kondensatorem SEPIC. Philipsowski LowESR 560 uF/25V nie wytrzymuje :(

    Może spróbuj użyć kilka tantalowych równolegle...
  • #12
    -RoMan-
    Level 42  
    Tantalowe mają za małą pojemność a tu spora energia do przekazania. Baterii tantali na pół płytki nie wsadzę, bo traci to sens ekonomiczny - to ma być stosunkowo tanie rozwiązanie.

    Wersja o dużej mocy na pewno będzie w konfiguracji push-pull - Szkoda powietrze pogrzewać powyżej 100W :)
  • #13
    -RoMan-
    Level 42  
    Kupiłem oscyloskop i dzięki temu opanowałem problem ponownego wyzwalania. Z niezrozumiałych powodów UC3843 ma niepewnie działający przerzutnik RS w strukturze i potrafi ponownie wyzwolić w tym samym cyklu :O
    Uczciwy UC3843, od TI.

    Nie obyło się bez dymu - jako złącza z płytki do oscyloskopu zastosowałem goldpiny i przez przypadek zwarłem nóżkę czujnika prądu do masy. Wydymił... mostek prostowniczy. Co do MOSFETa - nie wiem, bo nie bardzo mam czym teraz sprawdzić...

    Kondensator SEPIC nadal się grzeje - pomimo wymiany na FC 1000 uF :(

    Ogólnie: przekroczenie 70W jest mało realne. Na dokładkę musi być wymuszone chłodzenie - nie ucieknę od tego. W tym momencie projekt traci rację bytu jako układ do zasilania solarnego - za dużo pary w gwizdek. Odkładam na półkę - może coś jeszcze wymyślę.
  • #14
    Dykus
    Level 27  
    A może warto by dokończyć zasilacz, ale w innej konfiguracji, z transformatorem? Jako przetwornica przepustowa, zaporowa...?
  • #15
    -RoMan-
    Level 42  
    Jakiś zasilacz na pewno zrobię. Ale zależało mi na zaletach SEPICa - szeroki zakres napięć wejściowych, totalna odporność na zwarcie i brak napięcia na wyjściu w razie awarii klucza (w odróżnieniu od step-down).

    Do step down potrzebuję wyższego napięcia na wejściu i w razie awarii mam pełne napięcie na wyjściu :(
    Konfiguracje forward przy zwarciu na wyjściu dają zbyt duży prąd. A flyback na tym rdzeniu da dokładnie takie same efekty jak SEPIC.
    Jakby się człek nie obrócił, odwłok zawsze z tyłu. Ale takie są rozkosze regulowanych zasilaczy impulsowych, niestety.
  • #16
    Dykus
    Level 27  
    Właśnie też myślałem nad flybackiem. Można poświęcić ten jeden wzmacniacz operacyjny i zrobić ładną regulację prądu po "stronie wtórnej". Izolacji galwanicznej nie trzeba, więc powinno być prosto.

    Plus flybacka jest też taki, że jest transformator, przekładnią którego można "regulować" parametry sygnałów w przetwornicy (kosztem np. komplikacji budowy trafa). Wada - m.in. wszelakie rozproszenie. Ale i na to są mniej lub bardziej skomplikowane sposoby. :)

    Zwiększyłbym też częstotliwość, min. 100kHz... :)

    A co do kondensatora SEPIC - widziałem z łatwo dostępnych np. 680uF/35V (13x21mm) o R=56mOhm i I=1.5A. Dwóch takich prądy 3Ask wg mnie nie powinny nagrzewać (zakładam Iwy(max)=3A w całym zakresie Uwy)...

    Myślałeś nad użyciem jakiegoś simple switchera step-up do tego zadania? Kosztem oczywiście mniejszych możliwości, ale prostszy układ, a tak jak pisałem - regulację prądu można zrobić "oddzielnie".
  • #17
    -RoMan-
    Level 42  
    SEPIC to _jest_ flyback bez izolacji. Przy dławiku sprzężonym jego zachowanie jest identyczne. Przy przekładni 1:1 kondensator powinien przenosić tylko i wyłącznie energię rozproszenia, zwiększając sprawność.
    Podniesienie częstotliwości niczego nie zmienia na lepsze - rosną straty w rdzeniu i na przełączaniu.
    Prądy we flybacku/SEPIC są znacznie wyższe i grzeją się kondensatory nie tylko samego układu SEPIC ale również wyjściowe. Niby mają prawo ale nie podoba mi się to - za dużo ciepła. Mimo wszystko SEPIC/flyback pozostaje rozwiązaniem na wyższe napięcia i mniejsze prądy.

    To nie jest problem kontrolera - to problem projektanta. Chciałem osiągnąć granicę dla tego rdzenia i ją osiągnąłem. Początek nasycenia jest dokładnie w tym miejscu, gdzie ma być, rezystory SMR 0R05 3W sprawują się bardzo dobrze, klucz przełącza się rewelacyjnie - mniej więcej 200 ns po opadnięciu napięcia drivera następuje ładne wyłączenie.

    Problemem są za duże prądy. To jest piła o amplitudzie 16A przy pełnej mocy jeszcze w trybie DCM. Mogę próbować inaczej nawinąć dławik - do trybu CCM, bo podnoszenie częstotliwości pracy okazało się nieskuteczne. Ale wtedy nie osiągnę zakładanej mocy - utknę na tych 70W. A miało być 100W.