Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Układy półprzewodnikowe pełniące ważne funkcje pomocnicze w układach lampowych.

Moderatorzy: gsmok, tszczesn, Romekd, Einherjer, OTLamp

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6923
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Post autor: Romekd »

Witam.
No cóż, nie zawsze możemy robić to co sprawia nam przyjemność, czyli zajmować się naszym hobby. Obiecałem sobie, że w sierpniu całkowicie przerwę pracę zawodową i uzyskany w ten sposób czas wolny poświęcę na zakończenie kilkunastu rozpoczętych wcześniej, i ciągle z braku czasu odkładanych projektów. Jednak nie jest to takie łatwe, albowiem w dalszym ciągu znajomi i przyjaciele wpadają do mnie ze sprawami, które jak to się mówi "nie cierpią zwłoki". Na dodatek zaczął mnie prześladować pech, gdyż w tym tygodniu w warsztacie poważnej awarii uległy dwa zasilacze laboratoryjne Z-5001 (wcześniej przez kilka lat spisywały się bez zarzutu), a dzisiaj padł jeszcze oscyloskop :(
Zdążyłem jedynie narysować pierwszą część schematu przedstawiającego najprostszy zasilacz warsztatowy (nie zdążyłem nawet nanieść na niego wartości poszczególnych elementów). W niedzielę go uzupełnię i dodam drugą część, na której znajduje się układ sterujący przekaźnikami przełączającymi odczepy na uzwojeniu wtórnym głównego transformatora sieciowego.

Pozdrawiam,
Romek
Załączniki
zasilacz_warsztatowy_cz.1a.PNG
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
jantu
125...249 postów
125...249 postów
Posty: 210
Rejestracja: ndz, 9 października 2005, 10:06
Lokalizacja: okolice Bialegostoku

Post autor: jantu »

Witam!

Serdeczne dzieki,skoncze skale elektrita i biore sie za zasilacz.
Po pierwsze-nie nudzic sie......
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6923
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Post autor: Romekd »

Witam.
Zamieszczam schemat zasilacza z podanymi wartościami elementów. Na razie potraktuj go jako wersję do testów. Układ mam praktycznie wykonany, ale muszę go jeszcze przebadać z różnymi typami obciążeń, oraz przeprowadzić dokładny pomiar parametrów. W drugim załączniku zamieściłem układ sterujący przekaźnikami. Elementy obwodów są tak dobrane by przełączanie odczepów następowało po przekroczeniu napięć 100V, 150V, 200V i 250V. Przy zmniejszaniu napięcia wyjściowego przełączanie występuje przy napięciach o kilka woltów niższych (wprowadziłem niewielką histerezę). Sterowanie przekaźnikami dałoby się zrealizować w dużo prostszy sposób wykorzystując mikrokontroler zawierający wewnątrz przetwornik ADC (np. ATmega 8), ale wolałem zaprojektować układ na tradycyjnych elementach by był prosty w uruchomieniu (dla osób nieprzepadających za techniką cyfrową). W tygodniu spróbuję naprawić oscyloskopy by dokładnie przetestować przedstawione układy.

Pozdrawiam,
Romek
Załączniki
ster2.PNG
zasilacz_warsztatowy_cz.1.PNG
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
jantu
125...249 postów
125...249 postów
Posty: 210
Rejestracja: ndz, 9 października 2005, 10:06
Lokalizacja: okolice Bialegostoku

Post autor: jantu »

Serdeczne dzieki Romku
Po pierwsze-nie nudzic sie......
ludo
125...249 postów
125...249 postów
Posty: 225
Rejestracja: sob, 15 października 2005, 20:05
Lokalizacja: SE

Post autor: ludo »

Tez sie zastanawiam nad zbudowaniem wysokonapieciowego zasilacza napiecia i tez mam trudnosci ze znalezieniem wysokonapieciowych tranzystorow PNP. 2SA1314 ktory byl wspomniany wczesniej ma obudowe smd w zwiazku z czym nadaje sie tak sobie do budowy takiego zasilacza.
Podczas poszukiwan wysokonapieciowych tranzystorow PNP znalazlem 2SA1968 w izolowanej obudowie TO220 z Vceo = -900V
http://www.semiconductor-sanyo.com/ds_e/ENN5183B.pdf
ktory nadawalyby sie pierwszozednie to projektu zasilacza.
Pytanie jest tylko kto te tranzystory ma na skladzie...
OTLamp

Post autor: OTLamp »

ludo pisze:2SA1314 ktory byl wspomniany wczesniej ma obudowe smd w zwiazku z czym nadaje sie tak sobie do budowy takiego zasilacza.
Dlaczego? Ja nie widzę tutaj problemu. Do radiatorka umocowałem go używając sprężystej blaszki. W taki sposób często były mocowane różne tranzystory w obudowach TO220 czy nawet TOP3.

ludo pisze:
Podczas poszukiwan wysokonapieciowych tranzystorow PNP znalazlem 2SA1968 w izolowanej obudowie TO220 z Vceo = -900V
http://www.semiconductor-sanyo.com/ds_e/ENN5183B.pdf
ktory nadawalyby sie pierwszozednie to projektu zasilacza.
Pytanie jest tylko kto te tranzystory ma na skladzie...
Znaleziony już dawno, ale niestety nieosiągalny, podobnie jak inne, nieliczne, o podobnych parametrach.
ludo
125...249 postów
125...249 postów
Posty: 225
Rejestracja: sob, 15 października 2005, 20:05
Lokalizacja: SE

Post autor: ludo »

Znaleziony już dawno, ale niestety nieosiągalny, podobnie jak inne, nieliczne, o podobnych parametrach.
Rzeczywiscie byla mowa o tego typu tranzystorach na poczatku watku.
Poszukam czy gdzies ich jeszcze nie znajde, a jesli nie, to trzeba bedzie sie skontaktowac z Sanyo - moze pomoga w udostepnienia paru sampli.

Myslalem tez o innej alternatywie - uzyciu P-kanalowych wysokonapieciowych MOSFET'ow (niestety znalazlem tylko takie ktore wytrzymuja 500V) i uzycie ich jako kaskody izolujacej niskonapieciowe zrodlo prodowe.
Pytanie jest jak zwykle czy i gdzie mozna dostac takie MOSFETy...
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6923
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Post autor: Romekd »

Witam.
ludo pisze:Myslalem tez o innej alternatywie - uzyciu P-kanalowych wysokonapieciowych MOSFET'ow (niestety znalazlem tylko takie ktore wytrzymuja 500V) i uzycie ich jako kaskody izolujacej niskonapieciowe zrodlo prodowe.
Pytanie jest jak zwykle czy i gdzie mozna dostac takie MOSFETy...
Szukałem jakichś w miarę tanich i dostępnych tranzystorów wysokonapięciowych z kanałem typu P, ale udawało mi się znaleźć jedynie takie o maksymalnym napięciu dren-źródło do 300V, tak więc pomysł zastosowania tranzystora unipolarnego w połączeniu kaskodowym z niskonapięciowym tranzystorem bipolarnym p-n-p (pracującym jako źródło prądowe) też okazał się niemożliwy do zrealizowania. W końcu w obwodzie źródła prądowego użyłem małej mocy tranzystora IGBT (BUP200), którego maksymalne napięcie kolektor-emiter wynosi 1200V. Efekt okazał się zupełnie przyzwoity.
Niedawno opracowałem stabilizator o maksymalnym napięciu wyjściowym do 1kV, z możliwością płynnej regulacji (od zera) napięcia i prądu. Układ działa na odmiennej zasadzie, gdyż sterowanie tranzystora regulacyjnego zrealizowałem na dwóch precyzyjnych i niskoszumnych wzmacniaczach operacyjnych, dla których dodatnie wyjście stabilizatora stanowi masę. Tak więc "sterowanie" w tym układzie "pływa" względem masy wyjścia stabilizatora odpowiednio z napięciem wyjściowym. Do zasilania wzmacniaczy operacyjnych i precyzyjnego źródła napięcia odniesienia użyłem małego transformatorka o mocy 2W i napięciu wyjściowym 2*15V. Zasilanie układu sterującego jest więc całkowicie niezależne od wysokich napięć jakie stabilizuje układ (mam nadzieję, że rozwiazanie takie poprawi parametry napięcia stabilizowanego i zwiększy niezawodność urządzenia).
W układzie przewidziałem możliwość zastosowania akustycznej sygnalizacji osiągnięcia ustawionej wartości prądu (sygnał akustyczny ciągły), oraz osiągnięcia przez radiator maksymalnej bezpiecznej temperatury (sygnał akustyczny przerywany).

Pozdrawiam,
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
ludo
125...249 postów
125...249 postów
Posty: 225
Rejestracja: sob, 15 października 2005, 20:05
Lokalizacja: SE

Post autor: ludo »

:arrow: Romekd
He, he 1kV to juz calkiem powazne napiecie...
Uzycie IGBT to tez niezly pomysl.
Widze ze posunales sie tez bardzo do przodu z projektem zasilacza.
:)

Kiedy pisalem o moich planach zasilacza mialem na mysli prosty zasilacz bez globalnego sprzezenia zwrotnego i bez mozliwosci plynnego ustawienia napiecia.
W zwiazku z tym, ze znalazlem tranzystory wysokonapieciowe o ktorych pisalem wczesniej (zarazem 900 woltowe PNP jak i NPN)
http://www.tenfourltd.com/pdf/SY103A_e.pdf
mam zamiar zbudowac cos co bedzie przypominalo uklad z zalacznika.
Nie wszystkie rozwiazania ukladu sa jeszcze do konca przemyslane/sprawdzone wiec traktujcie ten uklad jako wstepny/uproszczony.
Myslalem tez nad ogranicznikiem pradu typu 'foldback' - na schemacie jest narysowany tylko prosty linjowy ogranicznik. W przypadku zwarcia do ziemi nie jestem pewny czy taki prosty uklad przeciwdziala spalenia sie tranzystorw wyjsciowych na dluzszy okres czasu niz milisekundy...
Dla zastosowan nie potrzebujacych wysokich pradow mozna tez uproscic uklad o jeden z tranzystorow wyjsciowych co spowoduje zwiekszenie sie rezystancji wyjsciowej ale nie we wszystkich aplikacjach ukladu bedzie ta wada miala wieksze znaczenie...
Załączniki
HV_REG_700_simpl.GIF
ludo
125...249 postów
125...249 postów
Posty: 225
Rejestracja: sob, 15 października 2005, 20:05
Lokalizacja: SE

Post autor: ludo »

Mikolaj przyniosl i mi pare zabawek...
Obrazek
Znaleziony już dawno, ale niestety nieosiągalny, podobnie jak inne, nieliczne, o podobnych parametrach.
Specjalnie sie za tymi tranzystorami nie nabiegalem.
Po zwiedzeniu strony domowej i znalezieniu lokalnych reprezentantow/odsprzedawcow Sanyo i bodajze dwoch rozmowach telefonicznych tranzystory zostaly zamowione. Mialem sie liczyc z czasem dostawy 12 tygodni ale przyszly jak widac znacznie wczesniej.
Koszty: PNP troche powyzej 1 Euro; NPN nieco ponizej 1E za sztuke. Cena inkluduje 25%-owy vat i koszty przesylki.

Nie ma rzeczy niemozliwych.
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6923
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Post autor: Romekd »

Witam.
No to widzę, że Mikołaj się postarał – śliczne paczuszki, a i cena przystępna :D
Co do topologii przedstawionego przez Ciebie układu, mam dwa spostrzeżenia: rozwiązanie z szeregowo włączonymi tranzystorami regulacyjnymi (M1, M2) zapewni w rzeczywistości wyższą wartość impedancji wyjściowej stabilizatora niż układ z dwoma tranzystorami włączonymi równolegle, a zastosowany obwód zabezpieczający z tranzystorem Q2 nie zabezpieczy przed nagłym zwarciem wyjścia. W przypadku wystąpienia pełnego zwarcia na wyjściu stabilizatora, cały ładunek zgromadzony w kondensatorze C2 (710V na kondensatorze 1uF) przepłynie przez tranzystor Q2, powodując prawdopodobnie upalenie się jego wewnętrznych doprowadzeń do struktury (wystrzał). Takie uszkodzenie Q2 "wyłączy" działanie ogranicznika prądu, co doprowadzi do natychmiastowego uszkodzenia się tranzystorów M1 i M2.
Myślę, że dobrym pomysłem byłoby zastosowanie zabezpieczenia z charakterystyką typu foldback. Mam takie rozwiązanie w jednym z zasilaczy warsztatowych i doskonale spełnia ono swoja rolę. Wcześniej stosowałem prosty ogranicznik prądu (podobny do tego na schemacie), z dodatkowym zabezpieczeniem w postaci wyłącznika na tyrystorze, który załączał się w sytuacjach gdy stan zwarcia wyjścia zasilacza utrzymywał się dłużej niż 5 sekund. Zadziałanie tyrystora sygnalizowane było akustycznie, a ponowne włączenie zasilacza wymagało naciśnięcia przycisku RESET.

Pozdrawiam,
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
ludo
125...249 postów
125...249 postów
Posty: 225
Rejestracja: sob, 15 października 2005, 20:05
Lokalizacja: SE

Post autor: ludo »

rozwiązanie z szeregowo włączonymi tranzystorami regulacyjnymi (M1, M2) zapewni w rzeczywistości wyższą wartość impedancji wyjściowej stabilizatora niż układ z dwoma tranzystorami włączonymi równolegle
Mialem na mysli uklad typu 'darlington' gdzie tranzystory pracuja w 100% lokalnym pradowym sprzezeniu zwrotnym obnizajac tym samym rezystancje wyjsciowa zasilacza. Jeden samotny wysokonapieciowy mosfet ma zwykle dosc niska transkoduktancje przy interesujacych nas pradach co oznacza relatywnie duza rezystancje wyjscowa ukladu. Uklad darlingtona gdzie M1 z powodzeniem moglby byc zastapiony tranzystorem bipolarnym (np 2SC4630) ma za zadanie obnizenia tejze rezystancji wyjsciowej. Rezystor R7 ma za zadanie nadania pewnego pradu spoczynkowego tranzystorowi M1.

Czyzbym cos poknocil :?:
a zastosowany obwód zabezpieczający z tranzystorem Q2 nie zabezpieczy przed nagłym zwarciem wyjścia. W przypadku wystąpienia pełnego zwarcia na wyjściu stabilizatora, cały ładunek zgromadzony w kondensatorze C2 (710V na kondensatorze 1uF) przepłynie przez tranzystor Q2, powodując prawdopodobnie upalenie się jego wewnętrznych doprowadzeń do struktury (wystrzał). Takie uszkodzenie Q2 "wyłączy" działanie ogranicznika prądu, co doprowadzi do natychmiastowego uszkodzenia się tranzystorów M1 i M2.
Tak oczywiscie sie stanie.
Moze jakas dioda blokujaca napiecie przy normalnym dzialaniu zasilacza a rozladowywujaca C2 przy zwarciu wyjscia rozwiazalaby problem?...

Zasilacz ma wiecej mankamentow.
Na przyklad rezystor ograniczajacy prad -R9- zadecyduje o najnizszej mozliwej rezystancji wyjsciowej ukladu. Myslalem nad zmniejszeniem tej wartosci uzyciem "duzego" tranzystora Q2 dzialajacego na dodatek na podwyzszonej temperaturze po to zeby jak najbardziej obnizyc napiecie Vbe(Q2)...
OTLamp

Post autor: OTLamp »

Mając trochę wolnego czasu, postanowiłem zabrać się w końcu za porządny zasilacz. Denerwuje mnie pewien mankament związany z regulacją napięcia wyjściowego. Otóż regulacja ta, przy zastosowaniu potencjometru liniowego, jest nieliniowa w funkcji kąta obrotu. Widać to w wyrażeniu na napięcie wyjściowe - oporność (od 0 do P) ustalająca Uwy siedzi w mianowniku. Dlatego trochę zmodyfikowałem układ regulacji na podany w załączniku. Napięcie wyjściowe jest teraz liniową funkcją oporności potencjometru. Dodatkowo można łatwo wprowadzić regulację precyzyjną, która ułatwia dokładne ustawienie napięcia przy dużym zakresie regulacji. Układ zmontowany w pająku pracuje poprawnie. Zastanawia mnie jednak, dlaczego takiego rozwiązania w zasadzie się nie spotyka? Czy czegoś nie dostrzegam? Jeżeli pominie się prąd bazy tranzystora wzmacniacza błędu, to prąd dzielnika będzie praktycznie stały. Myślę, że jest to korzystne, zwłaszcza przy niskich napięciach wyjściowych kiedy w tradycyjnym układzie prąd dzielnika może się zmniejszyć do wartości rzędu prądu bazy :roll:

Drugi problem z jakim się borykam, to źródło prądowe. Chcę, by jedna z sekcji zasilacza dostarczała napięcia sięgającego 1.5kV. Na początku myślałem o szeregowym połączeniu dwóch źródeł prądowych, ale domyślam się, że podział napięcia między źródła będzie bardzo wrażliwy na niedokładność doboru wartości elementów tych źródeł. Na razie kombinuję jak to ominąć. Kombinacje utrudnia fakt, że jakakolwiek pomyłka przy takich napięciach jest katastrofalna w skutkach, a symulacje komputerowe też nie gwarantują poprawności układu:(
Załączniki
1.JPG
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6923
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Post autor: Romekd »

:arrow: ludo
Witam.
W przypadku tranzystorów polowych pracujących w układzie wtórnika źródłowego nie ma sensu łączyć ich jeden po drugim. Wzmocnienie wtórnika jest zawsze mniejsze od jedności, a impedancja wyjściowa jest stosunkowo duża, więc dwa wtórniki zawsze będą cechować się większą impedancją niż jeden (zwiększenie obciążenia wyjścia stabilizatora będzie wywoływać zmiany napięcia na dwóch szeregowo połączonych tranzystorach, a nie na jednym). Poprzedzenie tranzystora polowego wtórnikiem na tranzystorze bipolarnym również nie przyniesie pozytywnych efektów, gdyż wzmocnienie napięciowe wtórnika emiterowego również jest mniejsze od jedności, a dodatkowe wzmocnienie prądowe jest zupełnie zbędne (w przypadku sterowania bramki Mosfeta), no chyba że chcemy poprawić szybkość działania układu. Na małą wartość transkonduktancji tranzystorów polowych i wynikającą z tego faktu stosunkowo wysoką impedancją wyjściową prostych stabilizatorów napięcia z tymi tranzystorami jest tylko jeden sposób - ujemne sprzężenie zwrotne. Niektóre z przedstawionych przeze mnie w tym wątku układów posiadają tak niska wartość impedancji wyjściowej, że podłączenie do ich wyjścia kondensatora elektrolitycznego 100uF nie wpływa znacząco na poziom szumów na wyjściu stabilizatora. Przeciętny kondensator elektrolityczny ma bowiem zbyt dużą impedancję własną, by wpłynąć na poziom szumów (w paśmie do 20kHz) stabilizatora o bardzo niskiej impedancji wyjściowej.

:arrow: OTLamp
Masz oczywiście rację. Przedstawione przez Ciebie rozwiązanie ma szereg zalet. Mnie osobiście nie zależało na liniowości regulacji, gdyż stosowałem cyfrowy wskaźnik napięcia i 10.-obrotowy potencjometr, dzięki któremu stosowanie jeszcze jednego dodatkowego potencjometru precyzyjnej regulacji stawało się zbędne.
Co do wysokonapięciowych źródeł prądowych sytuacja jest faktycznie trudna ze względu na problem ze zdobyciem wysokonapięciowych tranzystorów. Jeżeli już koniecznie chcesz wykonać stabilizator o tak wysokim napięciu wyjściowym, to ja proponuję zastosować szeregowe połączenie dwóch identycznych stabilizatorów o napięciach wyjściowych regulowanych do 1kV. Jeżeli Cię to poratuje, mogę wysłać Ci tranzystory IGBT typu BUP200. Umożliwiają one wykonanie źródeł prądowych o dopuszczalnym napięciu ok. 1200V (tyle bowiem wynosi maksymalne napięcie pracy tych tranzystorów, i do takiej wartości napięcia je testowałem).

Pozdrawiam,
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
OTLamp

Post autor: OTLamp »

Romekd pisze: Masz oczywiście rację. Przedstawione przez Ciebie rozwiązanie ma szereg zalet. Mnie osobiście nie zależało na liniowości regulacji, gdyż stosowałem cyfrowy wskaźnik napięcia i 10.-obrotowy potencjometr, dzięki któremu stosowanie jeszcze jednego dodatkowego potencjometru precyzyjnej regulacji stawało się zbędne.
Fakt, przy zastosowaniu potencjometru dziesięcioobrotowego regulacja będzie mniej denerwująca. Ja na początku chciałem zastosować napęd analogiczny jak w odbiornikach radiowych (strojenie). Miała być też skala, z wartościami napięć. Później jednak zrezygnowałem z tego pomysłu, na rzecz rozwiązania przedstawionego wyżej. Myślę że jest to rozwiązanie tańsze, dziesięcioobrotowe potencjometry o dużych opornościach są chyba dość drogie.

Romekd pisze: Co do wysokonapięciowych źródeł prądowych sytuacja jest faktycznie trudna ze względu na problem ze zdobyciem wysokonapięciowych tranzystorów. Jeżeli już koniecznie chcesz wykonać stabilizator o tak wysokim napięciu wyjściowym, to ja proponuję zastosować szeregowe połączenie dwóch identycznych stabilizatorów o napięciach wyjściowych regulowanych do 1kV. Jeżeli Cię to poratuje, mogę wysłać Ci tranzystory IGBT typu BUP200. Umożliwiają one wykonanie źródeł prądowych o dopuszczalnym napięciu ok. 1200V (tyle bowiem wynosi maksymalne napięcie pracy tych tranzystorów, i do takiej wartości napięcia je testowałem).
Chciałem wykonać pojedynczy zasilacz w zasadzie tylko z jednego powodu. Okazyjnie wpadły mi potężne tranzystory IGBT (Pc=2.5kW, Uce=1.7kV) i chciałem je po prostu w pełni wykorzystać, podobnie jak transformator od "mikrofali" (1.1kV). Znalazłem tranzystor, który mógłby nadać się na źródło prądowe - BUP309(Uce = 1.7kV), ale będzie on raczej trudno osiągalny i drogi, gdyż ma mocno nadmiarowe parametry Pc i Ic (akurat w naszym zastosowaniu), a parametry te mają główny wpływ na cenę. Jeżeli zdecyduję się na połączenie szeregowe dwóch stabilizatorów, to użyję na źródła 900V mosfetów, więc nie będę musiał zawracać Ci głowy wysyłaniem tych BUP200, ale dziękuję za chęć pomocy:) Lepsze byłyby tu tranzystory PNP, które zdołał kupić ludo, tyle że on, z tego co pamiętam, nie mieszka tak jak my w "prawie Europie":(
ODPOWIEDZ