Zasilacz na lampie sterowany z DAC

[szalony]

Temat zaczął się w nieco innym wątku, ale nie chcę rozmydlać tamtego.

Chciałbym zrobić zasilacz regulowany i stabilizowany oparty o lampę (wiem, że nie ma to w dzisiejszych czasach żadnego uzasadnienia), ale taki, którego napięciem wyjściowym będzie mógł sterować mój sterownik PLC.

Idea jest taka, żeby zasilacz był wykonany w ukladzie klasycznym: prostownik (półprzewodnikowy, tu dam sobie spokój), lampa szeregowa (raczej pentoda, lub dwie pentody równolegle), lampa wzmacniacza błędu, neonówka. Cały problem jest w tym, że zamiast potencjometru, chciałbym sterować zewnętrznym sygnałem napięciowym, względnie prądowym. Nie wiem za bardzo od jakiego podejścia zacząć. Dostępny mam sygnał 0-10V, względnie -10/+10V, przy czym sygnał ten jestem w stanie odizolować od masy PLC, i może on pływać na wysokim potencjale (niestety moduł optoizolacyjny musi też pływać wtedy na tym potencjale, bo Uzas jest od strony wyjścia, ale to się ogarnie).

Zastanawiałem się nad użyciem stosowanego już wcześniej przeze mnie wzmacniacza op. OPA455. Jest to wzmacniacz operacyjny mogący pracować z zasilaniem +150V, albo symetrycznym +/-75V, zdolny wystawiać +/- 45mA. Przychodzą mi do głowy dwa podejścia (ale moja wiedza z elektroniki jest tak słaba, że nie wiem czy któreś ma sens):

Pierwsze: Usunięcie lampy wzmacniacza błędu i zastąpienie jej OPA455 wykorzystując np. wejście odwracające do stabilizacji napięcia wyjściowego, a nieodwracające do sygnału sterującego. Zasilić należałoby z jakiegoś dzielnika (albo z neonówki) bo napięcia wyjściowe będą wyższe, planuję tak do 300V.

Drugie: Jakaś modyfikacja obwodu katody w której znajduje się normalnie neonówka podpierająca katodę.

Ponieważ projekt jest budowany dla zabawy, chciałbym, żeby zawierał jak najmniej półprzewodników. Jako wzmacniacz chciałbym wykorzystać wspomniany OPA455, bo mam ich trochę. Wzmacniacz ten jest przeznaczony szczególnie do pracy jako źródło Howlanda.

[tszczesn]

Da się zrobić w całości oparty o lampy, najwyżej będzie ich trochę więcej

Ale nie podałeś kluczowego parametru - zakresu napięć wyjściowych. I jak precyzyjny ma być.

[szalony]

Im więcej lamp tym lepiej

W kwestii zakresu, uznałem, że można to ustalić już po opracowaniu koncepcji. Ideałem było by powiedzmy 150..350V, ale zdaję sobie sprawę, że będzie to trudne, bo przy niskim Uwy pojawiają się problemy z przeciążaniem lampy szeregowej, koniecznością uzyskania dużego -Us1 (szczególnie dla triod), i ew. zgaśnięciem neonówek. Zakres 150...300, lub ewentualnie np. 200...350 będzie dla mnie zadowalający.

W kwestii precyzji nie mam ogromnych wymagań. Chciałbym, żeby przy zmianie obciążenia np. przy wykorzystaniu do zdejmowania charakterystyk Ia=f(Ua) (do tego chciałem go używać) nie siadał nagle o 10V. Jeśli różnica będzie <5V to jest to w zupełności OK. W sumie bardziej od precyzji nastawienia Uwy per se zależy mi na reakcji zasilacza na zmiany prądu obciążenia

[Tomasz Gumny]

Może standardowy układ, np. AVT1631 z dzielnikiem rezystorowym ustalającym maksymalne napięcie. Równolegle do górnego rezystora w dzielniku włączony fotorezystor RPP111(500V) lub RPP150(350V), który oświetlany żarówką sterowaną z PWM z PLC będzie zmniejszał napięcie wyjściowe. To napięcie można już zmierzyć jakimś dzielnikiem i kartą AD najlepiej izolowaną galwanicznie i masz pełne odizolowanie PLC od lamp.

[tszczesn]

Na szybko coś takiego - nie mam możliwości teraz ładniej zrobić, masz tylko fotkę ręcznego szkicu. Da się też zrobić regulowany od zera. Da się też dodać przekaźnik(i) przełączający odczepy na transformatorze, aby nie tracić za dużo mocy w lampie szeregowej.

[Einherjer]

Też próbowałbym to robić w układzie z różnicowym wzmacniaczem błędu, tak jak zaproponował Tomek. Ewentualnie, tak jak proponowałem w wątku o zasilaczu siatki pierwszej, wstawić OPA455 zamiast STRa w układzie z pojedynczą lampą we wzmacniaczu błędu. Tylko wtedy będzie mniej baniek a nie więcej

[tszczesn]

50V i 10V na siatkach EF184 to oczywiście względem -100V zasilającego katodę EF184. Zapomniałem napisać od razu.

[Tomasz Gumny]

Ja tradycyjnie bym spróbował innej drogi. PLC może mierzyć napięcie wyjściowe, więc może też robić stabilizację. Potrzebny jest tylko szeregowy element wykonawczy sterowany z PLC. A gdyby siatkę pierwszą lampy, np. PL504 zasilać z kilku połączonych szeregowo fotowoltaicznych driverów bramek MOSFET/IGBT. Dają one nawet 12..18V przy kilkunastu mikroamperach. Wprawdzie nie są przewidziane do pracy liniowej, ale gdy się je obciąży rezystorem, dają się regulować. Przykładowe elementy tego typu:
https://www.tme.eu/pl/details/fda217/dr ... igbt/ixys/
https://www.mouser.pl/ProductDetail/Pan ... lm1Q%3D%3D
https://www.mouser.pl/ProductDetail/Vis ... BFqQ%3D%3D

[Einherjer]

Same transoptory fotowoltaiczne są ciekawe, mam gdzieś rozgrzebany stabilizator AC z takim sterującym MOSFET. Natomiast cyfrowa pętla z PLC może być zbyt wolna żeby to mógł być faktycznie stabilizator.

[Olkus]

Nie wiedziałem, że takie transoptory w ogóle są. Dzięki, akurat mi się przyda

Pozdrawiam,
A.

[Teslacoil]

Einherier
Jest jeszcze opcja PLC + SCR - systemy działające w czasie rzeczywistym. To niby szybsze jest.

[szalony]

P.T. Kolegom bardzo dziękuję za odpowiedzi, dopiero teraz mogłem zajrzeć.

-> Tomasz Gumny: Faktycznie ciekawe. Zainteresuję się tym sposobem z fotorezystorem. Nie mam niestety PWM bo zmieniłem S7-1200 na 1500, ale mam takie coś, co mogło by żarówkę kontrolować: https://deltamotion.com/pdf/vc2124.pdf Nie wiem tylko na ile opanuję nieliniowość R żarówki.

Same transoptory fotowoltaiczne są ciekawe, mam gdzieś rozgrzebany stabilizator AC z takim sterującym MOSFET. Natomiast cyfrowa pętla z PLC może być zbyt wolna żeby to mógł być faktycznie stabilizator.

Najszybciej mogę ustawić przerwanie sprzętowe chyba co 1ms, bo to dość słaby sterownik, ale nie mam wejść/wyjść high speed, i dochodzi jeszcze kilka ms zwłoki z I/O.

Na szybko coś takiego

Rysunek jest OK, ale mam inny problem. Przyznam się, ze wstydem, że ze względu na mój poziom wiedzy nie jestem w stanie zrozumieć działania układu Możesz wytłumaczyć jak krowie na miedzy? To czego jestem w stanie się domyślić, to:

- Lampa szeregowa to wiadomo. Trioda jest wybrana z konkretnego powodu, czy nie rysowałeś siatek dla uproszczenia?

- Fakt, że obecne jest drugie źródło napięcia, ujemnego, spowodowane jest jak rozumiem tym, że regulacja jest od zera.

- Prawa połówka podwójnej triody służy jako klasyczny wzmacniacz błędu ciągnący w dół siatkę lampy szeregowej. Ale czy ta lampa pracuje z prądem siatki? Wydaje mi się, że w każdej sytuacji Us1 jest na potencjale dodatnim względem jej katody.

- Lewa połówka ECC obsługuje wejście sterujące, ale... Nie do końca rozumiem jak. Jeśli przez EF184 płynie mniej wiecej stały prąd, to odtykanie tej triody będzie powodować spadek prądu płynącego przez prawą połówkę ECC, Spadek prądu w prawej połówce ECC będzie powodował wzrost napięcia na S1 lampy szeregowej wględem jej katody.

- Nie jestem sobie w stanie niestety poradzić zupełnie z "dołem" układu. Katoda pentody, która zwykle podparta jest neonówką powyżej masy, znajduje się tu znacznie poniżej masy. Rozumiem, że dzielnik służy do zasilania S2, ale czemu wymagane jest kolejne zewnętrze napięcie (zaznaczone jako 50V względem źródła -100V)? Nie ma możliwości sterowania tą lampą, choć jak rozumiem zmiana prądu płynącego przez ECC będzie powodować zmiany spadku na rezystorze katodowym pentody, Im większy prąd, tym bardziej potencjał siatki EF184 będzie niższy względem katody, co postkutkuje mniejszym prądem płynącym przez wszystkie lampy wzmaniacza, więc jest to ujemne sprzężenie zwrotne, ale siatka EF184 też wydaje mi się dalej na plusie względem katody, chyba że spadek na rezystorze 2,2k przekroczy 10V. To jest źródło prądowe? Układ napięcia odniesienia?

Dalej nie mogę sobie poradzić.

[tszczesn]

Lampa szeregowa to trioda, bo jest tylko narysowana symbolicznie. Nie wiem jaki zakres prądów potrzebujesz, nie wiem jak bardzo chcesz optymalizować konstrukcję, więc i nie wybierałem konkretnego typu lampy.

Pentoda i dwie triody nad nią to klasyczny wzmacniacz różnicowy. Pentoda na dole to źródło prądowe. Triody na górze dzielą prąd źródła między swoje anody. Napięcia na katodach są takie same, więc to która lampa przepuści ile prądu zależy od napięć siatek tych lamp, a dokładniej - od różnicy napięć między siatkami. Jak napięcia na siatkach są takie same to prądy obu anod są równe i wynoszą połowę wartości źródła prądowego. Jak jedna lampa ma większe napięcie siatki niż druga to popłynie przez nią większa część prądu, przez drugą lampę mniejsza (bo ich suma musi być stałą i jest określona przez źródło prądowe)

Napięcie na katodach triod/anodzie pentody ustala się samo jakie jest potrzebne dla przepływu aktualnego prądu anodowe, wynika z charakterystyk tych triod. Generalnie - jest lekko ujemne względem siatki.

Teraz jak napięcie siatki prawej lampy wzrośnie (bo wzrośnie napięcie wyjściowe) to rośnie prąd anody tej lampy, spada napięcie na anodzie tej lampy - spada napięcie na siatce lampy szeregowej - spada napięcie na wyjściu.

Gdy wzrośnie napięcie sterujące na siatce lewej lampy to rośnie jej prąd anody, co oznacza, że spada prąd anody prawej lampy (bo ich suma musi być stała) - rośnie napięcie na anodzie prawej lampy - rośnie napięcie sterujące na siatce lampy szeregowej - rośnie napięcie wyjściowe. Układ w tej konfiguracji dąży do tego, aby napięcia na siatkach lamp sterujących były takie same. Byłoby tak, gdyby triody miały nieskończone wzmocnienie, w praktyce, przy skończonym wzmocnieniu musi występować jakaś różnica napięć na siatkach, aby wymusić różnicę prądów anodowych wymaganych do osiągnięcia potrzebnego napięcia sterującego siatkę lampy szeregowej.

Ujemne napięcie zasilania źródła prądowego wynika z chęci poszerzenia od dołu zakresu dopuszczalnych napięć wyjściowych. Nie od zera oczywiście, bo by to oznaczało, że napięcie na anodzie triody sterującej musiałoby być mniejsze od zera, czyli ujemne względem siatki, a tak to się za bardzo nie da Da się oczywiście zrobić układ regulowany od 0, ale to trzeba trochę go bardziej skomplikować.

[szalony]

Dziękuję!

A z czego wynika konieczność wprowadzenia dodatkowego -50V, skoro jest dzielnik przy siatce 2 EF184?

[Romekd]

Czołem.
Nie ma potrzeby dostarczania do siatki drugiej pentody dodatkowego napięcia -50 V, gdyż napięcie to powstaje na dzielniku i jest dostarczane do siatki przez rezystor 10  kΩ z masy układu. Gdyby napięcie miało pochodzić z zewnętrznego źródła, rezystor 10 kΩ byłby zbędny. Myślę, że linia i po niej zapisana wartość -50 V jest podana w celach informacyjnych i stąd obok wartości -50 V oraz -10 V jest znak "~", oznaczający, że ma tam być około -10 V i około -50 V (o znakach minus Tomek zapomniał).


EDIT:
Przepraszam, ja bym ten dzielnik podłączył inaczej i dał w nim inne wartości rezystorów (lampa EF184 pracuje tu jako źródło prądowe).

Pozdrawiam
Romek