Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

[Romekd]

Na pierwszy "rzut oka" przetwornica z załącznika to "elektroniczny transformator", nieposiadający stabilizacji i regulacji napięcia wyjściowego. Widoczny na schemacie potencjometr PR1 służy do regulacji maksymalnego prądu wyjściowego. Napięcie wyjściowe będzie się w nim zmieniać wraz ze zmianami napięcia w sieci elektrycznej i będzie również w pewnym stopniu zależne od poziomu obciążenia wyjścia. Dodatkowe odczepy na uzwojeniu wtórnym mogłyby być bardzo przydatne dla zmniejszenia strat mocy na tranzystorze regulatora napięcia.

Pozdrawiam
Romek

[Jurek O]

Panowie myślę, iż mogę z pełną odpowiedzialnością stwierdzić, iż wykonałem praktycznie, zdecydowanie więcej tychże stabilizatorów a niżeli sam konstruktor. I muszę wam powiedzieć, że układ wcale nie jest tak delikatny, a wręcz przeciwnie. Trzeba się naprawdę postarać aby go uszkodzić. A po dodaniu szybkiego bezpiecznika topikowego jest praktycznie nie do "ubicia". Cały widz polega na właściwym przeliczeniu zabezpieczenia przeciążeniowego w stosunku do zastosowanej wartości bezpiecznika. W zabezpieczeniu z użyciem diody Zenera i rezystora (notabene uważam ten układ zabezpieczenia za genialny ze względu na swoją prostotę a co za tym idzie koszt wykonania oraz jego niezawodność) przyjmujemy teoretycznie, iż różnica napięcia GS na tranzystorze mocy wyniesie 4 V a dioda Zenera zacznie nam przewodzić gdy odkładające się napięcie na rezystorze zbliży się do wartości 2,8 V. Nic bardziej mylnego. Np. na tranzystorze STW20NK50Z różnica napięcia GS w praktyce wynosi 4,4 - 4,5 V. Natomiast dioda ZY6,8 firmy Diotec Semiconductor zaczyna znacząco dla układu przewodzić już przy 6,3 - 6,4 V. Na pierwszy rzut oka mogłoby się wydawać, iż różnica pomiędzy teorią a rzeczywistym układem jest niewielka i nie powinna mieć większego znaczenia, niestety ma, i to ogromne.
Po odpowiednim przeliczeniu i zastosowaniu szybkiego bezpiecznika wykonałem raz po raz dziesięć testów polegających na po prostu "chamskim" zwarciu wyjścia zasilacza. Po założeniu jedenastego bezpiecznika układ podjął normalną pracę.

Wraz ze wzrostem temperatury obudowy tranzystora (powyżej 25°C) jego dopuszczalna moc strat szybko spada, by przy ok. 150°C wynosić zero watów...

Tak podają z zasady w kartach katalogowych. Oczywiście nie byłbym sobą gdybym nie spróbował usmażyć tranzystora mocy
STW20NK50Z zamontowany bezpośrednio na małym radiatorze RAD-DY-KY/5, oczywiście pomiędzy pasta termoprzewodząca. Obciążenie cały czas około 100 mA.
Zacząłem od rozgrzania jegomościa do 100°C (temperatura mierzona na styku tranzystora z radiatorem) - układ pracuje ponad godzinę normalnie.
120°C - układ pracuje ponad godzinę normalnie
130°C - układ pracuje ponad godzinę normalnie
140°C - układ pracuje ponad godzinę normalnie
150°C - układ pracuje ponad godzinę normalnie
Przy 170°C układ nadal pracował normalnie. Doszedłem do wniosku, iż MosFet już wystarczająco się wycierpiał i nie będę go dalej katował.
Więc w sumie można uznać, iż test się nie powiódł

Jedyne co można robić oprócz regulacji napięcia wejściowego, to ograniczenie prądu "z podcięciem" (fold back), ale wtedy nie masz funkcji stabilizacji prądu.

Wykonałem i zastosowałem tego typu zabezpieczenie, układ wówczas rzeczywiście jest całkowicie odporny na zwarcie bez potrzeby stosowania bezpiecznika. Lecz każde dodatkowe zabezpieczenie komplikuje układ a co za tym idzie podnosi jego koszt wykonania. Jeżeli układ miałby spełniać typowo funkcję laboratoryjnego zasilacza wówczas warto go "obudować". Natomiast jeżeli ma pełnić swoją funkcję jako wbudowany na stałe np. do wzmacniacza lampowego, wówczas nie widzę sensu stosowania wymyślnych dodatkowych zabezpieczeń.

Jurek

[Olkus]

W zasadzie wystarczy połączyć mechanicznie potencjometr regulacji napięcia wyjściowego P1 stabilizatora z dodatkowym 2,2k-połączonym szeregowo z ,,PR1,, w przetwornicy{od końca zasilanego plusem.

A z którym końcem potencjometru stabilizatora należało by podłączyć ten rezystor?

Na pierwszy "rzut oka" przetwornica z załącznika to "elektroniczny transformator", nieposiadający stabilizacji i regulacji napięcia wyjściowego. Widoczny na schemacie potencjometr PR1 służy do regulacji maksymalnego prądu wyjściowego. Napięcie wyjściowe będzie się w nim zmieniać wraz ze zmianami napięcia w sieci elektrycznej i będzie również w pewnym stopniu zależne od poziomu obciążenia wyjścia. Dodatkowe odczepy na uzwojeniu wtórnym mogłyby być bardzo przydatne dla zmniejszenia strat mocy na tranzystorze regulatora napięcia.

Pozdrawiam
Romek

Fakt, brak stabilizacji napięcia wyjściowego ale za to jest zabezpieczenie przed zwarciami i przeciążeniami w postaci przekładnika prądowego T3.
Trafo główne jest nawinietę na rdzeniu ETD44 i ledwo weszły tam wszystkie potrzebne uzwojenia. Gdybym chciał zrobić dużą ilość odczepów mogły by się też nie zmieścić wszystkie uzwojenia. Musiał bym zaprojektować od nowa całą płytkę tylko po to by zmienić coś na stronie pierwotnej, nie mam na to ani czasu ani chęci. A tak wykorzystałem PCB wykonaną przez autora z drobnymi zmianami na wtórnej.

Jurek O - w przypadku gdy stabilizator miałyby pełnić funkcję zasilacza laboratoryjnego wolałbym mieć stu procentową pewność iż nie będę musiał wymieniać żadnych elementów wewnątrz. Co to za zasilacz który ciągle trzeba naprawiać? Bezpiecznik - zwykle jest tak że tranzystory będą już grillowane zanim bezpiecznik się spali, ale skoro było testowane i układ nie ucierpiał to może warto spróbować? Mógłbym prosić o przedstawienie zabezpieczenia z diodą zenera na schemacie?
MOSFET musiał być wyjątkowo wytrzymały skoro wytrzymał takie próby temperaturowe U mnie będzie miał sporo chłodniej. Wolałby by było w miarę tanio z tym regulatorem /stabilizatorem napięcia bo na przetwornicę i sprzęt do jej budowy wydałem Dlatego zależy mi na odporności na zwarcia i przeciążenia by nie kupować co chwilę nowych tranzystorów.
Wolę na razie zaczekać na obiecany przez Pana Romka układ który jest odporny na zwarcia i przeciążenia.

Pozdrawiam,
A.

[Marek7HBV]

Pospieszyłem się z rozwiązaniem regulacji,fakt -to nie będzie działać w ten sposób.Istnieje inny prosty sposób regulacji napięcia wyjściowego.Wejście kontroli napięcia jest teraz w tym układzie zwarte do masy,co daje stałe,maksymalne wypełnienie impulsów sterujących i maksymalne {niestabilizowane} napięcie wyjściowe.Wystarczy odłączyć od masy pin1 i spolaryzować go z dzielnika potencjometrycznego podłączonego miedzy masą a pin 11{należy zastosować szeregowe rezystory ograniczające zakres} aby uzyskać możliwość zmniejszania napięcia wyjściowego{oczywiście bez stabilizacji tegoż}.

[Jurek O]

Co to za zasilacz który ciągle trzeba naprawiać?

A jak jedziesz samochodem do przodu powiedzmy 100 na godzinę to też wrzucasz znienacka wsteczny?

Bezpiecznik - zwykle jest tak że tranzystory będą już grillowane zanim bezpiecznik się spali...

Przeczytaj ze zrozumieniem jeszcze raz co napisał Romek o warunkach, spełnij je i dodaj wówczas jeszcze bezpiecznik, a grillowanie okaże się mitem oraz będziesz mógł bez konsekwencji wbić wsteczny.

Mógłbym prosić o przedstawienie zabezpieczenia z diodą zenera na schemacie?

[Romekd]

Czołem.

Mógłbym prosić o przedstawienie zabezpieczenia z diodą zenera na schemacie?

Jurku, gdy kilkanaście lat temu przedstawiłem ten schemat na "Elektrodzie" kilku mądrali odpisało mi, że układ jest do bani, gdyż nie posiada zabezpieczenia ograniczającego prąd tranzystora w przypadku wystąpienia zwarcia na wyjściu. Gdy odpisałem, że takie zabezpieczenie jednak jest, mój wpis został przeniesiony przez moderatora do kosza, a mnie poradzono bym trochę się poduczył, zanim zacznę się wypowiadać na Forum "Elektroda", bo to miejsce dla fachowców, szczególnie gdy chce się udzielać komuś rad...
To mnie dość skutecznie i na długi czas zniechęciło do "zabierania głosu" w dyskusjach na "Elektrodzie"

Pozdrawiam
Romek

[Olkus]

Pospieszyłem się z rozwiązaniem regulacji,fakt -to nie będzie działać w ten sposób.Istnieje inny prosty sposób regulacji napięcia wyjściowego.Wejście kontroli napięcia jest teraz w tym układzie zwarte do masy,co daje stałe,maksymalne wypełnienie impulsów sterujących i maksymalne {niestabilizowane} napięcie wyjściowe.Wystarczy odłączyć od masy pin1 i spolaryzować go z dzielnika potencjometrycznego podłączonego miedzy masą a pin 11{należy zastosować szeregowe rezystory ograniczające zakres} aby uzyskać możliwość zmniejszania napięcia wyjściowego{oczywiście bez stabilizacji tegoż}.

Jakie to rezystory miałyby być? I z dzielnika potencjometrycznego to rozumiem że chodzi o potencjometr w regulatorze liniowym, które wyprowadzenie tego potencjometru należało by włączyć do masy wraz z tymi dodatkowymi rezystorami?

Bezpiecznik - zwykle jest tak że tranzystory będą już grillowane zanim bezpiecznik się spali...

Przeczytaj ze zrozumieniem jeszcze raz co napisał Romek o warunkach, spełnij je i dodaj wówczas jeszcze bezpiecznik, a grillowanie okaże się mitem oraz będziesz mógł bez konsekwencji wbić wsteczny.

Na razie poczekam jeszcze na obiecany przez Pana Romka schemat który jest odporny na wszelkie zwarcia i przeciążenia. Wtedy będę się decydował który wybrać i czy dodawać ewentualne bezpieczniki jeśli będzie potrzeba.

Czołem.
Jurku, gdy kilkanaście lat temu przedstawiłem ten schemat na "Elektrodzie" kilku mądrali odpisało mi, że układ jest do bani, gdyż nie posiada zabezpieczenia ograniczającego prąd tranzystora w przypadku wystąpienia zwarcia na wyjściu. Gdy odpisałem, że takie zabezpieczenie jednak jest, mój wpis został przeniesiony przez moderatora do kosza, a mnie poradzono bym trochę się poduczył, zanim zacznę się wypowiadać na Forum "Elektroda", bo to miejsce dla fachowców, szczególnie gdy chce się udzielać komuś rad...
To mnie dość skutecznie i na długi czas zniechęciło do "zabierania głosu" w dyskusjach na "Elektrodzie"

Pozdrawiam
Romek

Z tego co widzę zabezpieczenie w tym układzie jest, przecież po to jest tam ta dioda zenera o której pisał Pan Jurek O. A myślę że Pan jako projektant tegoż układu nie udostępnił by czegoś nie sprawdzonego lub wadliwego.

Pozdrawiam,
A.

[Jurek O]

Zawsze możesz zastosować np. taki tranzystor - https://www.tme.eu/pl/details/ixfn44n80 ... sfet/ixys/
Lub kilka "zwykłych".
Aktualnie jestem na etapie testów zasilacza 13,8 V z wykorzystaniem podobnego tranzystora mocy.

Jurku, gdy kilkanaście lat temu przedstawiłem ten schemat na "Elektrodzie" kilku mądrali odpisało mi, że układ jest do bani, gdyż nie posiada zabezpieczenia ograniczającego prąd tranzystora w przypadku wystąpienia zwarcia na wyjściu. Gdy odpisałem, że takie zabezpieczenie jednak jest, mój wpis został przeniesiony przez moderatora do kosza, a mnie poradzono bym trochę się poduczył, zanim zacznę się wypowiadać na Forum "Elektroda", bo to miejsce dla fachowców, szczególnie gdy chce się udzielać komuś rad...
To mnie dość skutecznie i na długi czas zniechęciło do "zabierania głosu" w dyskusjach na "Elektrodzie"

I co ja Ci mam odpowiedzieć ? Wiesz przecież jakie ja mam podejście do takich mądrali

Napięcie odniesienia celowo wybrałem stosunkowo wysokie (30...33 V), by zmiany napięcia złącza B-E tranzystora 2SC3675, zależne od temperatury (ok. -2,3 mV/K), jedynie w sposób minimalny wpływały na wartość stabilizowanego napięcia wyjściowego (przy zmianie temperatury tranzystora o 10°C napięcie wyjściowe o wartości np. 320 V powinno zmienić się nie więcej niż ok. 0,23 V. Z drugiej strony prąd bazy zależy od wzmocnienia prądowego tranzystora i prądu kolektora, a wzmocnienie to rośnie wraz ze wzrostem temperatury, co w pewnym stopniu kompensuje zmiany Ube wywołane nagrzewaniem się tranzystora podczas pracy układu.

Ze swojej strony jeszcze dodam, iż przy niższym napięciu odniesienia np. 10 V (jeden LM4040-10) pogarsza się możliwość precyzyjnego nastawienia napięcia wyjściowego. Ponadto gdy zastosujemy LM4040 zamiast UL1550 możemy znacznie zejść z wartością prądu źródła prądowego. Dzięki temu tranzystory T1 i T3 nagrzewają się tylko nieznacznie, nawet przy granicznych napięciach wyjściowych min/max zasilacza co w efekcie jeszcze bardziej minimalizuje wyżej opisane przez Romka zjawisko. Oczywiście mam pełną świadomość, iż w czasach gdy projektowałeś stabilizator układy typu LM4040 nie istniały.

Jurek

[Olkus]

Jurek O - myślałem bardziej o IGBT, można kupić tanio a ten podany w linku tranzystor tani nie jest By połączyć kilka np. IRFP450 też myślałem ale taniej wyjdzie kupić jeden nieco mocniejszy tranzystor, np. IRFP460 20A 500V 280W który kosztuje 13zł.
LM4040 mogę kupić jeśli będą nawet lepsze od UL1550, aczkolwiek sprobuje też z diodą zenera.

Pozdrawiam,
A.

[Jurek O]

Zwróć uwagę, iż w twoim przypadku najważniejszą sprawą jest aby element wykonawczy jak najszybciej oddał ciepło na radiator, który znów musi je jak najszybciej rozproszyć do otoczenia. Jeżeli zastosujesz zamiast jednego standardowego tranzystora np. 4 sztuki wówczas po pierwsze tranzystory podzielą się mocą, którą muszą rozproszyć, a po drugie powierzchnia styku obudowy takiego tranzystora z radiatorem złożonego z czterech będzie po prostu 4 x większa. Jest jeszcze taki parametr jak RthJC. Gdzie dla IRFP460 wynosi 0,45°C/W a dla IXFN44N80P 0,05°C/W

[Olkus]

Zwróć uwagę, iż w twoim przypadku najważniejszą sprawą jest aby element wykonawczy jak najszybciej oddał ciepło na radiator, który znów musi je jak najszybciej rozproszyć do otoczenia. Jeżeli zastosujesz zamiast jednego standardowego tranzystora np. 4 sztuki wówczas po pierwsze tranzystory podzielą się mocą, którą muszą rozproszyć, a po drugie powierzchnia styku obudowy takiego tranzystora z radiatorem złożonego z czterech będzie po prostu 4 x większa. Jest jeszcze taki parametr jak RthJC. Gdzie dla IRFP460 wynosi 0,45°C/W a dla IXFN44N80P 0,05°C/W

Mam radiator od końcówki mocy na 4x 2SC5200, dołożę wentylator albo dwa i powinno być dobrze.
Czyli jednak będzie lepiej kilka użyć kilka tych tranzystorów np. IRFP450. Trzeba będzie wybrać się na jakiś bazarek by zdobyć w miarę tanio trochę tych tranzystorów, bo w internecie po 8zł sztuka I może przy okazji jeszcze większy radiator by na pewno nie był za mały ten który mam. Rozumiem że te tranzystory należało by łączyć szeregowo?

Pozdrawiam,
A.

[Marek7HBV]

Duże moce.radiatory i wiatraczki.A czy nie wystarczy zwiększyć wartość R7 do np.12 omów,podłączyć do niego równoległy potencjometr z którego suwaka będzie się sterowało T3? Oczywiście z układu

Przy zasilaczu o napięciu wyjściowym ok 300V raczej rzadko będzie potrzebny prąd przekraczający 200mA.Wystarczy takie proste,regulowane ograniczanie prądu zwarcia.

[Olkus]

Duże moce.radiatory i wiatraczki.A czy nie wystarczy zwiększyć wartość R7 do np.12 omów,podłączyć do niego równoległy potencjometr z którego suwaka będzie się sterowało T3? Oczywiście z układu stab2.png Przy zasilaczu o napięciu wyjściowym ok 300V raczej rzadko będzie potrzebny prąd przekraczający 200mA.Wystarczy takie proste,regulowane ograniczanie prądu zwarcia.

Tyle że nie mam zasilacza o napięciu 300V
Tylko wspomniana przetwornica.

Pozdrawiam,
A.

[Marek7HBV]

Te ,,ok 300V,,-to wyjściowe ze stabilizatora.Ten kombajn ,czyli przetwornica dająca 420V i połączony z nią stabilizator może dać napięcie wyjściowe w zakresie ok.50-350V.W układach lampowych w tym zakresie napięć rzadko kiedy potrzebny jest większy prąd niż 200mA.A nawet gdy zdarzy się taka potrzeba to żaden problem{można płynnie regulować prąd wyjściowy w zakresie np.50-500mA},pamiętając że powyżej połowy trzeba uważać.

[Olkus]

A można by było prosić o pokazanie jak ma to wyglądać na schemacie? Jak zobaczę to lepiej zrozumiem niż czytając jakikolwiek opis, nawet bardzo szczegółowy

Pozdrawiam,
A.