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: 6893
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: Romekd »

Krasul pisze:Na mojej płytce drukowanej znalazłem błąd polegający na zwarciu jednej nóżki opornika 100k/10W do pływającej masy.
W takim wypadku jest duża szansa, że nic się w układzie nie uszkodziło i po usunięciu zwarcia zacznie on poprawnie funkcjonować. Przy zwarciu wejścia wzmacniacza operacyjnego do masy (do drugiego wejścia, połączonego z masą) na jego wyjściu ustalił się jeden z możliwych stanów (poziom nasycenia, w tym przypadku było to maksymalne napięcie wyjściowe dla napięcia zasilania 12 V), wynikający z istnienia wejściowego napięcia niezrównoważenia, jego wartości i polaryzacji.

Pozdrawiam,
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Awatar użytkownika
Bobiq
375...499 postów
375...499 postów
Posty: 471
Rejestracja: wt, 14 października 2003, 18:04
Kontakt:

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: Bobiq »

Ja chciałbym zapytać czy któryś z załączonych schematów ma szansę działać?

Pozdrawiam.
Załączniki
nowy_stabilizator_2.PNG
nowy_stabilizator_3.PNG
Pionier U2
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6893
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: Romekd »

Witam.
Pierwszy układ stabilizowałby napięcie od wartości 500 V wzwyż (dla wartości elementów ze schematu; po zmianie rezystorów zakres mógłby być inny, jednak nigdy nie rozpoczynałby się od zera). W przypadku drugiego schematu zakres regulacji byłby prawidłowy, jednak działanie potencjometru odwrotne, czyli podnoszenie napięcia od zera do pięciu woltów na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego (pin 2 LM358) względem pływającej masy układu sterującego (oznaczonej czerwonym kolorem) skutkowałoby zmniejszaniem się napięcia wyjściowego od 500 V do zera.

Pozdrawiam,
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Awatar użytkownika
Bobiq
375...499 postów
375...499 postów
Posty: 471
Rejestracja: wt, 14 października 2003, 18:04
Kontakt:

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: Bobiq »

Romekd pisze:Witam.
Pierwszy układ stabilizowałby napięcie od wartości 500 V wzwyż (dla wartości elementów ze schematu; po zmianie rezystorów zakres mógłby być inny, jednak nigdy nie rozpoczynałby się od zera). W przypadku drugiego schematu zakres regulacji byłby prawidłowy, jednak działanie potencjometru odwrotne, czyli podnoszenie napięcia od zera do pięciu woltów na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego (pin 2 LM358) względem pływającej masy układu sterującego (oznaczonej czerwonym kolorem) skutkowałoby zmniejszaniem się napięcia wyjściowego od 500 V do zera.

Pozdrawiam,
Romek
Witam,

czyli gdyby w drugim schemacie zamienić wejścia wzmacniacza operacyjnego to układ byłby całkiem prawidłowy?

Pozdrawiam.
Pionier U2
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6893
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: Romekd »

Witam.
Niestety, nie byłby prawidłowy, gdyż odwróciłoby się działania sprzężenia zwrotnego, które z ujemnego stałoby się dodatnim. Spowodowałoby to, że układ stabilizatora prawdopodobnie zatrzasnąłby się w jednym ze skrajnych ustawień, dając na wyjściu albo pełne napięcie, albo nie dając żadnego. By pozbyć się tego problemu w kolejnym układzie zastosowałem dodatkowy wzmacniacz operacyjny odwracający fazę (biegunowość) i dopiero wówczas zrobiłem to o czym wspomniałeś, czyli "zamieniłem" ze sobą wejścia wzmacniacza (załącznik poniżej).

Pozdrawiam,
Romek
Załączniki
nowy_stabilizator_4.PNG
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Awatar użytkownika
Bobiq
375...499 postów
375...499 postów
Posty: 471
Rejestracja: wt, 14 października 2003, 18:04
Kontakt:

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: Bobiq »

Witam,

dziękuję za wyjaśnienie.

Pozdrawiam.
Pionier U2
GeTe
250...374 postów
250...374 postów
Posty: 353
Rejestracja: ndz, 14 lutego 2010, 21:58

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: GeTe »

Będę budować ten zasilacz w wersji 1A.
Czy jak zastąpię wejściowe kondensatory 2 szeregowo 330uF na 2 szeregowo x 2 równolegle 300uF, to zmieniać rezystory upływowe. Czy może nie zwiększać pojemności filtru prostowanika?
Rezystor pomiaru prądu zrobię z dwóch 1R 2W połączonych równolegle, by nie zmieniać reszty elementów u układzie nastawy prądu.
Wyjściowe elektrolity 2x100uF szeregowo zostawię bez zmian.
Element regulacyjny tu mam największą zagwozdkę:
- równolegle mosfet-y - powinny być na jednym radiatorze czy nie koniecznie ? z rezystorami wyrównującymi (niby mosfet-y mają ujemny współczynnik temperaturowy więc same powinny się wyrównać)
- pojedynczy mosfet - z dużą mocą strat - drogo to już wychodzi
- jakiś IGBT - ale to chyba też drogawo

Zapomniałem dodać, że mówię o tym schemacie z 15 strony
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6893
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: Romekd »

Witam.
GeTe pisze:Czy jak zastąpię wejściowe kondensatory 2 szeregowo 330uF na 2 szeregowo x 2 równolegle 300uF, to zmieniać rezystory upływowe. Czy może nie zwiększać pojemności filtru prostowanika?
Przy dwukrotnie większych prądach wyjściowych warto zwiększyć pojemności kondensatorów w filtrze i jednocześnie odpowiednio zmniejszyć wartość rezystorów upływowych, zwracając uwagę czy wydzielana na nich moc nie zostanie wówczas przekroczona. Przy wysokim napięciu i dużych pojemnościach filtru warto też za kondensatorami zastosować wysokonapięciowy szybki bezpiecznik, np. podobny do tych stosowanych w zabezpieczeniu wejść prądowych droższych mierników cyfrowych (Brymen, FLUKE itp.; niestety nie są tanie :( ) o parametrach 1 A/1 KV, lub 1 A/600 V ( http://www.biall.com.pl/item,Bezpieczni ... 05226.html ). Z takim bezpiecznikiem skutki ewentualnych awarii układu na pewno będą mniejsze..
Element regulacyjny tu mam największą zagwozdkę:
- równolegle mosfet-y - powinny być na jednym radiatorze czy nie koniecznie ? z rezystorami wyrównującymi (niby mosfet-y mają ujemny współczynnik temperaturowy więc same powinny się wyrównać)
- pojedynczy mosfet - z dużą mocą strat - drogo to już wychodzi
- jakiś IGBT - ale to chyba też drogawo
Tylko niektóre z polowych tranzystorów (np. "pionowe" /V-MOS-y/, czasami stosowane w końcówkach audio) posiadają ujemne współczynniki temperaturowe. Większość Mosfetów przy interesujących nas wartościach prądów wykazuje dodatni współczynnik temperaturowy (przechodzi on w ujemny dopiero przy bardzo dużych wartościach prądu drenu). Dlatego przy równoległym łączeniu tranzystorów warto stosować rezystory wyrównawcze w obwodach źródeł i parować tranzystory, by ich prądy były do siebie zbliżone. Jak słusznie zauważyłeś użycie pojedynczego tranzystora o dużej dopuszczalnej mocy strat znacznie podnosi koszt stabilizatora, więc ja użyłbym trzech mniejszych w połączeniu równoległym (włączonych jak na schemacie w załączniku poniżej), zamocowanych na wspólnym radiatorze. Tranzystory IGBT przeważnie mają mniejsze dopuszczalne moce strat niż Mosfety, a te o większych mocach również są bardzo drogie. Dodatkowo IGBT potrzebują do wysterowania nieco wyższych napięć bramki, co wymagałoby dokonania drobnych zmian (np. diody Zenera) w przedstawionym przeze mnie układzie.

Pozdrawiam,
Romek
Załączniki
nowy_stabilizator_4x.PNG
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
GeTe
250...374 postów
250...374 postów
Posty: 353
Rejestracja: ndz, 14 lutego 2010, 21:58

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: GeTe »

Mam kilka uwag co do schematu:
- Potencjometry napis przy nich 1% - przy regulacji napięcia to rozumiem jeszcze bo tworzy się precyzyjny dzielnik, ale przy prądzie to nie ma potrzeby ?
- Źródło odniesienia bardzo precyzyjne, stabilne i dość drogie w stosunku do LM336Z5. A chyba przy warsztatowym to wystarczy LM ?

Robię u siebie zgrubną i precyzyjną regulacje. Dodatkowy potencjometr włączam od strony masy.

A teraz co do tego bezpiecznika pomiędzy kondensatorem a tranzystorami, to powinien on być szybki czy superszybki ? Oraz na jaką wartość prądu 1A czy 1,5A ?
Te wyglądaj tez dobrze 6,3x32 TME

Teraz przechodzimy do bloku wykonawczego, chcąc móc pracować ciągle w każdych warunkach z zasilaczem trzeba by móc wytracić na radiatorze ponad 500W. A to wymaga użycia tranzystorów które po sumowaniu mocy strat z kart katalogowych dadzą ponad 1000W. Bo jak się uda uzyskać połowę tego co deklaruje producent jako max moc strat z rzeczywistym radiatorem to dobrze. Planowałem użyć do tego IRFBE30 (800V;4A;125W;TO220AB) i wychodzi mi 8 sztuk. Model ten bo jak liczyłem Pmax do ceny to wypadł lepiej niż 2SK2611 (150W).
Problemem może być sparowanie takiej ilości tranzystorów, ale buduje dwa zasilacze więc i tak kupię 25szt, by dobrać z tego 2 oktety (ilości przykładowe bo jeszcze nie zdecydowałem co do tranzystora).
Jedyna szkoda że mają być na jednym radiatorze bo mam pudełko radiatorów od P4 (tych z miedzianym rdzeniem) i chętnie bym ich użył.
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6893
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: Romekd »

Witam.
GeTe pisze:Mam kilka uwag co do schematu:
- Potencjometry napis przy nich 1% - przy regulacji napięcia to rozumiem jeszcze bo tworzy się precyzyjny dzielnik, ale przy prądzie to nie ma potrzeby ?
Wykonałem kilka wersji tego zasilacza. Ten ze schematu miał w najprostszej wersji nie zawierać żadnych mierników, a wartość ustawionych parametrów miało się odczytywać wprost z liczników zainstalowanych na ośkach 10-obrotowych potencjometrów (o tolerancji 1% i błędzie liniowości bodajże 0,15%). Zamiast każdego z nich można oczywiście użyć dwóch - jednego do regulacji zgrubnej, a drugiego do dokładnej. Ja jednak wolałem 10-obrotowe i tak zostało to podane na schematach. Dobry potencjometr w regulacji ogranicznika prądu pozwalał precyzyjnie regulować natężenie w bardzo szerokich granicach, od bardzo małych wartości, co czasami przydawało się, np. do formowania starych kondensatorów elektrolitycznych, do wartości maksymalnych. Jeżeli jednak ktoś nie potrzebuje dużej precyzji, może użyć zwykłych potencjometrów.
- Źródło odniesienia bardzo precyzyjne, stabilne i dość drogie w stosunku do LM336Z5. A chyba przy warsztatowym to wystarczy LM ?
W zupełności wystarczy wymieniony przez Ciebie LM. Całkiem niezłe wyniki można też uzyskać stosując popularny TL431 (można je kupić w cenie od 25 do 50 groszy za sztukę) z rezystorowym dzielnikiem napięcia dołączonym do wejścia regulacyjnego. Ja użyłem LT1029ACZ, bo jeszcze kilka lat temu gdy powstawała koncepcja tego stabilizatora można je było nabyć na Allegro za niewielki ułamek ceny podanej w TME, podobnie jak wiele innych ciekawych podzespołów, które jako pozostałości poprodukcyjne były sprowadzane przez firmy handlowe z Niemiec (z Europy) i sprzedawane na aukcjach internetowych. Od czasu gdy większość firm przeniosło produkcję elektroniki do Chin takie okazje zdarzają się już niezwykle rzadko :( .

Precyzyjne podzespoły pozwalają osiągnąć bardzo wysokie parametry zasilacza. Jakiś czas temu dostałem kilka zleceń na zaprojektowanie i wykonanie zasilaczy wysokonapięciowych. Jedno z nich otrzymałem z Instytutu Tele- i Radiotechnicznego w Warszawie (dawniej PiE). W założeniach przedstawionych przez ITR zasilacz miał być sterowany z komputera (z programu pracującego pod Windowsem) i dostarczać czterech niezależnych stabilizowanych napięć, regulowanych w przedziale -300...+300 V z krokiem 0,1 V. Miał być odporny na wszelkie zwarcia, stabilizować napięcia niezależnie od tego czy prąd jest pobierany z wyjść, czy do nich doprowadzany, oraz musiał sterować pracą drugiego zasilacza o napięciu wyjściowym regulowanym w przedziale 0...5 kV. Maksymalne odchyłki napięć wyjściowych nie mogły przekraczać 0,05 V dla napięć z przedziału -50...+50V i nie mogły być większe od 0,3V dla skrajnych napięć wyjściowych. Takie były wymagania, a udało się stworzyć układ, w którym odchyłki nie przekraczały 15 mV w całym zakresie regulacji napięć wyjściowych. Przy zastosowaniu "zwykłych" najtańszych elementów uzyskanie podobnych parametrów nie byłoby możliwe..
A teraz co do tego bezpiecznika pomiędzy kondensatorem a tranzystorami, to powinien on być szybki czy superszybki ? Oraz na jaką wartość prądu 1A czy 1,5A ?
Te wyglądaj tez dobrze 6,3x32 TME
Dziękuję za link. Myślę, że te bezpieczniki będą idealne - są ultraszybkie i dostosowane do wysokiego napięcia (700 V), a ponadto dużo tańsze od tych zaproponowanych przeze mnie. Prąd maksymalny bezpiecznika powinien być nieco większy od maksymalnego prądu, jaki można będzie pobierać z zasilacza. Może 1,2 lub 1,6 A?
Teraz przechodzimy do bloku wykonawczego, chcąc móc pracować ciągle w każdych warunkach z zasilaczem trzeba by móc wytracić na radiatorze ponad 500W. A to wymaga użycia tranzystorów które po sumowaniu mocy strat z kart katalogowych dadzą ponad 1000W.
Straty mocy należy koniecznie zredukować. Nie ma sensu zamieniać na ciepło tak ogromnych ilości energii w tranzystorach gdy z wyjścia pobiera się duże prądy przy niskich napięciach wyjściowych. Wskazane byłoby albo zastosowanie regulacji fazowej w obwodzie uzwojenia pierwotnego (stosowana była nawet w bardzo starych konstrukcjach, np. zasilacz INCO Z-3020, gdzie wspomagała rozwiązanie tradycyjne, powodując zmniejszenie mocy pobieranej z sieci i traconej w tranzystorach), albo wykonanie kilku przełączanych uzwojeń wtórnych (w popularnych kiedyś zasilaczach INCO IZS-5/71 czy Z-5001 odczepy na uzwojeniu wtórnym przełączane były przy każdej zmianie napięcia wyjściowego w zakresie poszczególnych dziesiątek i setek woltów http://www.fonar.com.pl/audio/fotki/izs ... zs5_71.gif ). W nowoczesnych zasilaczach niskiego napięcia (0...32 V), które mam u siebie w pracowni dla tak małego zakresu zmian napięcia wyjściowego istnieją aż cztery różne połączenia wyprowadzeń uzwojeń wtórnych transformatora (przełączenie następuje przy podnoszeniu napięcia powyżej 7,6 V, 14,6 V i 22 V). W omawianym tu zasilaczu wysokonapięciowym można użyć np. czterech uzwojeń odpowiednio podłączanych przekaźnikami do czterech szeregowo połączonych mostków Graetza w zależności od wartości napięcia wyjściowego.

Jeżeli tranzystory będą sparowane, a radiatory identyczne, to można zastosować ich kilka (np. po jednym na każdy tranzystor). Warto zastosować zabezpieczenie termiczne (jest na schemacie). Czujnik temperatury można w takim przypadku przymocować bezpośrednio do obudowy jednego z tranzystorów, gdyż obudowa nad strukturą krzemową ma z reguły temperaturę wyższą niż metalowa blaszka, na której zamontowana jest struktura i która przykręcana jest do radiatora.

Pozdrawiam,
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Awatar użytkownika
AZ12
3125...6249 postów
3125...6249 postów
Posty: 5421
Rejestracja: ndz, 6 kwietnia 2008, 15:41
Lokalizacja: 83-130 Pelplin

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: AZ12 »

Witam

Można jeszcze zastosować wstępny stabilizator impulsowy, rozwiązanie często stosowane we współczesnych zasilaczach stabilizowanych.
Ratujmy stare tranzystory!
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6893
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: Romekd »

Witam.
AZ12, można w ten sposób rozwiązać problem, ale niesie to ze sobą ryzyko pojawienia się zakłóceń w napięciu wyjściowym, lub zakłóceń elektromagnetycznych o bardzo szerokim spektrum wokół samego zasilacza. Może to całkowicie dyskwalifikować urządzenie, jeżeli miałoby ono służyć do jakichś poważniejszych badań lub pomiarów. Coś takiego dostrzegałem podczas eksploatacji zasilacza INCO Z-3020 - jego fazową regulację w obwodzie uzwojenia pierwotnego transformatora sieciowego często słyszałem w głośnikach badanego wzmacniacza lub innego urządzenia (uciążliwe bzykanie przy niewielkich obciążeniach wyjścia zasilacza). Jeżeli w urządzeniu produkowanym przez poważną firmę z dużym doświadczeniem nie udało się uniknąć tego typu zakłóceń, to czy uda się to w konstrukcji amatorskiej? Dlatego najlepszym rozwiązaniem wydaje mi się jednak wariant z przełączanymi uzwojeniami wtórnymi.

Pozdrawiam,
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Awatar użytkownika
AZ12
3125...6249 postów
3125...6249 postów
Posty: 5421
Rejestracja: ndz, 6 kwietnia 2008, 15:41
Lokalizacja: 83-130 Pelplin

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: AZ12 »

Przełączanie uzwojeń można zrobić za pomocą tyrystorów wraz z automatycznym układem przełączającym. Zasilacz powinien być wówczas wyposażony w zabezpieczenie termiczne w przypadku awarii tego układu, mogłoby spowodować przegrzanie tranzystorów mocy stabilizatora liniowego.
Ratujmy stare tranzystory!
GeTe
250...374 postów
250...374 postów
Posty: 353
Rejestracja: ndz, 14 lutego 2010, 21:58

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: GeTe »

Widziałem jeszcze rozwiązanie z kluczem na mosfecie który odpowiadał za ładowanie kondensatora wejściowego, ale obawiam się właśnie zakłóceń z takiej pracy.
Mogę wrzucić tu schemat z opisem, tylko że jest to artykuł z Praktycznego Elektronika 6/2000, nie wiem jak z prawami autorskimi przy upadłym wydawnictwu.
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6893
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator wysokiego napięcia o wydajności 0,5A

Post autor: Romekd »

Witam.
Koledzy, jeżeli zasilacz ma dostarczać naprawdę czystych napięć i przy tym nie wprowadzać dużych zakłóceń do sieci elektrycznej, to żadnych impulsowych przetwornic i fazowych regulatorów z triakiem nie powinno się w nim stosować. Ja proponuję tradycyjne rozwiązanie z kilkoma przekaźnikami i kilkoma mostkami prostowniczymi. Najprostszy z układów tego typu (załącznik poniżej) można sterować dość prostym układem z trzema komparatorami (można w nim wykorzystać również jakiś układ specjalizowany, lub np. sterownik linijki diodowej LED). Jeżeli ktoś chciałby się pokusić o wykonanie sterownika mikroprocesorowego, to można układ z załącznika uzupełnić czwartym przekaźnikiem i wykorzystać różne napięcia na każdym z uzwojeń wtórnych transformatora sieciowego, np. 30 V, 60 V, 120 V i 240 V przy odpowiednim sterowaniu przekaźnikami pozwoli otrzymać napięcie zmienne z przedziału 0...450 V z krokiem co 30 V. Przy takim rozwiązaniu straty mocy na tranzystorze (tranzystorach) dla każdego napięcia wyjściowego z przedziału 0...500 V będą już naprawdę niewielkie. Zapomniałem dodać, że przedstawiony przeze mnie wcześniej układ może normalnie pracować jako stabilizator niskich napięć (z odpowiednimi tranzystorami i rezystorem również jako układ typu "Ultra Low-Dropout").

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