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

Zasilacz symetryczny sterowany cyfrowo na MOSFET.

FastProject 30 Mar 2008 15:37 9357 27
  • #1
    FastProject
    Level 28  
    Witam
    planuje skonstruowanie zasilacza symetrycznego na tranzystorach MOSFET.
    Jedynym problemem jaki nie pozwala mi zacząć jego budowę jest problem połączenia mas. Chodzi mi o to że chce cyfrowo za pomocą mikroprocesora i przetworników analogowo-cyfrowych (ADC) stabilizować napięcia i prąd. Aby to robić za pomocą wzmacniaczy różnicowych mierzę napięcie na wyjściu zasilacza i prąd (poprzez spadek napięcia na rezystorze szeregowym).
    Ze względu ze wybrałem taki sposób pomiaru napięcia i prądu mam wątpliwości jak to będzie działało jeśli zastosuję transformator (raczej toroidalny) o 2 uzwojeniach wtórnych według rysunku niżej.

    Zasilacz symetryczny sterowany cyfrowo na MOSFET.

    Czy jeśli podłącze minus wyjścia OUT1 z plusem OUT2 to otrzymam prawidłowe napiecia symetryczne? Jeśli na schemacie występuja jakies błędy to proszę o porady jak je rozwiazać.

    Innym problem jest odpowiednie wysterowanie tranzystorów MOSFET (podanie odpowiednio większego napięcia BRAMKI od napięcia Źródła aby w pełni wysterować tranzystory)
  • #3
    FastProject
    Level 28  
    Zakładając za masz rację to czy wtedy nie będę musiał w kanale z ujemnym napięciem zastosować tranzystorów sterujących bramkami mosfetów i samych mosfetów o przeciwnej polaryzacji?
  • #4
    -RoMan-
    Level 42  
    Przede wszystkim zacznij od odpięcia od masy zacisków ujemnych na wyjściu. Zwieranie rezystora pomiaru prądu jest bez sensu.
    Po drugie - co jest obciążeniem tych trzech tranzystorów NPN kolektorami podłączonych do bramek?
  • #5
    FastProject
    Level 28  
    Zacisków ujemnych nie zamierzałem zwierać do masy-mam tam GND-
    Poprawiłem to na nowym schemacie.

    Zasilacz symetryczny sterowany cyfrowo na MOSFET.

    Co do obciążenia to może powinien tam chyba wystarczyć rezystor 100k zwarty do masy-dla tranzystorów bipolarnych było by lepsze to źródło prądowe tak-a może i tu też dać źródło?

    Czy wprowadzone zmiany są poprawne?
  • #6
    Anonymous
    Level 1  
  • #7
    -RoMan-
    Level 42  
    Pierwotny układ byłby nawet dobry ale po pewnych poprawkach:

    1. '-' z mostka prostowniczego i kondensatorów filtrujących nie jest podłączony do masy a tylko do rezystora pomiaru prądu. Oczywiście dolny koniec rezystora pomiaru prądu nie jest podłączony do masy - tylko górny. Pomiar prądu jest w tym momencie obarczony drobnym błędem - prądem płynącym przez dzielnik napięcia - ale o tym dalej.

    2. Masy obu części zasilaczy są oddzielne.

    3. Nie trzeba stosować wzmacniaczy różnicowych w takiej sytuacji. Wzmacniacz do rezystora pomiaru prądu - typowy odwracający ze wzmocnieniem, pomiar napięcia w ogóle bez wzmocnienia - wręcz trzeba dzielnika. Oczywiście wzmacniacze operacyjne będą wymagały swojego zasilania.

    4. Obciążeniem tranzystorów sterujących może być rezystor czy źródło prądowe - ale nie do masy - u diabła!

    5. Równoległe łączenie MOSFETów bez rezystorów wyrównawczych stosuje się w układach impulsowych - tam rozpływ prądów reguluje _dodatni_ współczynnik temperatury Rdson w stanie pełnego otwarcie. W układach liniowych, w zależności od napięcia D-S ten współczynnik zmienia się z dodatniego dla pełnego otwarcia do ujemnego dla wyższych napięć. Na dokładkę charakterystyki Id w fukcji Ugs są nierówne. Bezwzględnie należy stosować rezystory w źródłach i to o sporej wartości.
    Dodatkowym problemem jest użycie nMOSFETów i duża strata napięcia na nich.
  • #8
    FastProject
    Level 28  
    Dzięki za podpowiedzi... potrafię zrobić jakiś cyfrowy układ logiczny ale jak mam połączyć układ cyfrowy z analogowym to padam bo po prostu cienki jestem z elektroniki analogowej więc proszę o cierpliwość.

    Większość moich założeń z czesci analogowej zaczerpnołem z następującej konstrukcji.
    Zasilacz symetryczny sterowany cyfrowo na MOSFET.

    Wiem że jest to działajacy od dawna zasilacz(co prawda pojedynczy)

    Tu rezystor pomiarowy połączony jest w obwodzie masy(w uproszczeniu to chyba tak wygląda:
    Zasilacz symetryczny sterowany cyfrowo na MOSFET.
    teraz po Waszych uwagach wiem że dla połączenia symetrycznego rezystor powinien być w obwodzie plusa:))

    Jak oceniacie konstrukcję na której sie opieram? Co możecie o niej powidzieć i co mogę z niej zaczerpnąć.Jeśli i w tym zasilaczu są błędy albo rozwiązania które je powodują to także proszę o uwagi.


    Quote:
    Rozważ, czy nie lepiej zrobić osobne dwa kanały niezależne (odseparowane galwanicznie - czyli bez wspólnej masy wyjściowej) - to sie czasem przydaje; - odpowiednie usytuowanie zacisków wyjściowych pozwala na dowolną konfigurację -szeregowo (podwojony zakres napięcia wyjściowego), albo symetryczną.


    ...Ale wtedy potrzebowałbym chyba 2 transformatorów, bo chyba nie da sie w prosty sposób odseparować tych kanałow na jednym trafo?

    Quote:
    Dodatkowym problemem jest użycie nMOSFETów i duża strata napięcia na nich.

    ...Mi wydawało się że ze względu na niskie rezystancje Rds tranzystorów MOSFET w zasilaczu będą występowały mniejsze straty-i to przemówiło do mnie abym wykorzystał właśnie MOSFET'y.
  • #9
    markosik20
    Level 33  
    Daro_Elektronik wrote:

    ...Mi wydawało się że ze względu na niskie rezystancje Rds tranzystorów MOSFET w zasilaczu będą występowały mniejsze straty-i to przemówiło do mnie abym wykorzystał właśnie MOSFET'y.


    W zasilaczu liniowym to nie ma znaczenia...i tak trzeba gdzieś tę różnicę napięć odłożyć, dodatkowo MOSFETY steruje się napięciem i w pewnych przypadkach mogą wystąpić zakłócenia w postaci pulsacji napięcia.

    Myślę że to spełni Twoje oczekiwania, moduł jest sprawdzony i działa znakomicie. Komunikuje się "ze światem zewnętrznym" przez optoizolowany RS485.

    Zasilacz symetryczny sterowany cyfrowo na MOSFET.
  • #10
    Anonymous
    Level 1  
  • #11
    FastProject
    Level 28  
    Czyli odradzacie zastosowanie tranzystorów MOSFET? Ok

    Poprawiałem trochę schemat (jeszcze z MOSFET)

    Czy macie jeszcze jakieś uwagi, szczególnie do pomiaru napięć i spadku napięcia na rezystorze za pomocą wzmacniaczy różnicowych?Czy wzm różnicowe są aż tak kiepskim rozwiązaniem? Chciałem dzięki temu na ich wyjściu otrzymać napięcia 0-5V (przy napięciu wyjściowym zasilacza od 0-24V) które można porównywać z napięciami z przetworników cyfrowo analogowych.

    Czy z wzmacniaczami różnicowymi pomiar nie będzie dokładniejszy?
  • #12
    Anonymous
    Level 1  
  • #13
    FastProject
    Level 28  
    Uff cały dzień przy zasilaczu...ale może wreszcie coś poszło do przodu:)

    Załączam kolejny poprawiony schemat już bez MOSFET-ów (na Darlingtonach) Końcówka mocy oparta na rozwiązaniu z EP 3/2002:
    Zasilacz symetryczny sterowany cyfrowo na MOSFET.

    Na powyższym schemacie do wyjść wzmacniaczy błędu U1A i U1D podłączone są diody 1N4148 (bez tranzystorów tak jak u mnie).Co myślicie o zastosowaniu tego w mojej konstrukcji? Jakę będą różnice w działaniu układu z diodami i bez a z tranzystorami małej mocy sterującymi darlingtony?

    Poprawiony schemat:
  • #14
    Anonymous
    Level 1  
  • #15
    FastProject
    Level 28  
    Prąd obciążenia będzie wynosił max 5A(dla max 24V) Wtedy faktycznie wystarczą 2xTIP142.

    Co do diod w źródle to rozumie że mam unikać ich pracy w obszarze zaznaczonym na poniższym rysunku na czerwono?
    Zasilacz symetryczny sterowany cyfrowo na MOSFET.
    W takim przypadku mojego zasilacza 5A 24V wysatrczy za R4 dać rezystor np 4,7k.( a co z tym drugim rezystorem jaką wybrać jego wartość-jaki prąd całego źródła dla 5A i 24V ewentualnie 3A 24V bo nie wiem czy dostane trafo 5A?) Na podstawie jakiej zależności obliczę ten prąd i od czego on zależy..domyślam się że ma to coś wspólnego z parametrami TIP142. Możecie mi to przybliżyć?

    Te tranzystorki przy darlingtonach T5-T7 to zgodnie z opisem z EP:
    Quote:
    Gdy napięcie na jednym z nich wzrośnie powyżej 0,65V (przy około 1,3A), odpowiadający mu jeden z tranzystorów T5, T6 i T7 zacznie przewodzic i przerwie przepływ prądu w tranzystorach Darlingtona. W ten sposób układ jest skutecznie zabezpieczony przed impulsami prądowymi, wywoływanymi zwarciami obciążenia, które mogłyby zniszczyć tranzystory szeregowe.

    Zasilacz z EP miał 2,5A i 25V i te zabezpieczenie i 3 TIP-y sa faktycznie na wyrost-może po to są 3 TIP-y aby mniej się grzały?

    Doczytałem ze te TIP142 wytrzymują 5A czyli w sumie dla moich potrzeb wystarczyłby 1 i wtedy ten układ tranzystorów T5-T7 będzie niepotrzebny.

    Ok dobranoc wszystkim pomocnym. NA dziś starczy.
  • #16
    Anonymous
    Level 1  
  • #17
    FastProject
    Level 28  
    marekzi wrote:
    W Twoim układzie bazy T2-T4 będą pobierać w granicach 1-1,5 mA każdy, nawet 4 szt potrzebują tylko ok.5 mA - dlatego prąd źródła trzeba ustalić na ok.10mA (R5=56ohm).

    Jak obliczyłeś prądy pobierane przez bazy tranzystorów Darlington?

    marekzi wrote:
    Ja na Twoim miejscu z wyjść WO dałbym tranzystory npn (cały czas mówimy o kanale "+") włączone kolektorem do baz T2-T4 i źródła, emiterem do masy - ale nie wiem jak to się ma do Twojej koncepcji reszty układu, bo dałeś tylko wycinek


    Cała koncepcja mojego układu jest tu: https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=4975132#4975132
    Zrobię dwa niezależne odseparowane kanały. W takim przypadku chyba nie będe musiał w kanale 'ujemnym' stosować tranzystorów PNP?

    Gdy zajdzie potrzeba napięcia symetrycznego połącze minus 1 kanału z plusem 2(tak otrzymam wspólną masę), minus 2 kanału będzie zaciskiem ujemnym, a plus 1 dodatnim. To chyba dobry pomysł. Może dodam dodatkowy przekaźnik sterowany z uP który będzie wykonywał wyżej wymieniona funkcję(zwierał + z -).

    marekzi wrote:
    ( a pamiętaj, że tak włączony tranzystor-OE-odwraca fazę sygnału).

    A jak to się ma do mojego układu?
  • #18
    Anonymous
    Level 1  
  • #19
    FastProject
    Level 28  
    Układ z moją koncepcją jest tu https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=4975132#4975132
    W PLIKU PDF

    Na wszelki wypadek uzupełniona wersja jest poniżej (Schemat ok.pdf) Prosiłbym w miarę możliwości o jego sprawdzenie:)

    Jeśli chodzi o wydzielane ciepło to mam spory radiator od wzmacniacza dużej mocy, ale zastanowię się nad wykorzystaniem 2 transformatorów 2x12V w których będę przełączał uzwojenia wtórne. Ewentualnie może znacie jakieś inne łatwo dostępne tranzystory bipolarne, które zmniejszą moc strat...?

    A co do transformatora, żeby otrzymać prąd 5A i napięcie 24V to będe musiał zastosować chyba transformator o większej mocy względnie wiekszym prądzie(ale ile większym?) ponieważ jak pamiętam układ z mostkiem Greatza obniża wartość skuteczną prądu,a więc pobiera z uzwojeń transformatora większy prąd niż oddaje ,dalej do części stabilizującej napięcie.
    Czy wzór na moc transformatora : PTr=a · IL· (UL+ 2UD)...a=1,5 ze strony http://www.edw.com.pl/ea/zasilacze.html Będzie tu z grubsza pomocny? A może kolejny wzór (z tej samej www) Ptr=(1,2...2)*Uwy*Iwy też określi mi moc trafa?
  • Helpful post
    #20
    Anonymous
    Level 1  
  • #21
    FastProject
    Level 28  
    Mam jeszcze 2 dopełniające pytania:
    1. Czy jako wzmacniacz błędu warto stosować komparator czy wystarczy zwykły wzmacniacz operacyjny?
    2. Jaką wartość powinny mieć rezystory wyrównujące w emiterach tranzystorów mocy-tak ogólnie bez zabezpieczenia przeciwzwarciowego?

    Zakładając że zastosuję zabezpieczenie przeciwzwarciowe to 0,39Ohm (5A/3=1,66A ... 0,65V/1,66A=0,39Ohm)ale czy dostane gdzieś takie(ewentulanie połącze coś równolegle)
  • #22
    Anonymous
    Level 1  
  • #23
    FastProject
    Level 28  
    Troszkę się pogubiłem.
    Skąd wzięło się napięcie Ube=1,5V(domyślam się że z jakiejś charakterystyki TIP140 ale nie mogę tego wychwycić z datasheet'a.

    Mógłbyś rozrysować jak wyglądała by sztuczka z podwójnymi rezystorami sterującymi bazy tranzystorów?

    Tak w ogóle to takie zabezpieczenie przeciwzwarciowe nie jest chyba często stosowane? Zastanawiam się czy jest sens jego stosowania-w końcu zasilacz będzie miał ograniczenie prądowe.

    Znacie może jakieś inne sposoby zabezpieczenia zasilacza i tranzystorów mocy przez przekroczeniem maksymalnego ich prądu (zwarcia)?
  • #24
    Anonymous
    Level 1  
  • #25
    FastProject
    Level 28  
    Hmm...cudowałem, kombinowałem obliczyć to z dzielnika napięcia zakładając napięcie Ube=1,5V ale nie udało się. No nie wiem skąd wzięły się wartości 82Ω i 20Ω i chyba brak mi wyobraźni albo wiedzy do obliczenia tego więc ponownie proszę o pomoc.

    Zakładam że wprowadzone zabezpieczenie powinno wyglądać następująco:
    Zasilacz symetryczny sterowany cyfrowo na MOSFET.
  • #26
    Anonymous
    Level 1  
  • #27
    FastProject
    Level 28  
    No teraz to już wszystko jasne:-).Po prostu nie dorysowałem rezystora emiterowego i liczyłem bez niego.
    Że Ube=0,6 do 0,7V w tranzystorach to wiem :)
    Dla mojego i może innych spokoju załączam kolejny poprawiony schemat.

    Teraz pozostaję mi zbierać brakujące elementy i pisać program:)
    Rezystory z dzielnika o wartościach 20Ω i 80Ω mogą być standardowe tzn 0,125W bo wydzielą się na nich odpowiednio 1 i 4mW-zgadza się?

    Podziękowania!!!

    Pozdrawiam
    Daro
  • #28
    Anonymous
    Level 1