Trafka w zasilaczach komputerowych

[Romekd]

Witam.
Zacznę od kwestii dławików stosowanych za prostownikiem. Są one bardzo ważnym elementem przetwornicy pracującej w układzie przeciwsobnym, i dlatego wymagają specjalnego omówienia.
W pewnym uproszczeniu można powiedzieć, że rolą tych dławików jest odseparowanie składowej zmiennej i dostarczenie do wyjścia zasilacza jedynie składowej stałej, filtrowanej dodatkowo kondensatorem elektrolitycznym znajdującym sie za dławikiem. Składowa stała napięcia jest jak wiadomo proporcjonalna do współczynnika wypełnienia przebiegu prostokątnego otrzymywanego z z wyjścia prostownika włączonego do uzwojenia wtórnego transformatora. Szerokość impulsów w tym przebiegu regulowana jest przez układ TL494 poprzez odpowiednie włączanie dwóch kluczy tranzystorowych, sterujących prądem przepływającym przez uzwojenie pierwotne transformatora. Oznacza to, że w sytuacji, gdy na wyjściu przetwornicy ustawiona jest np. połowa maksymalnego napięcia wyjściowego, to amplituda impulsów na wyjściu transformatora i tak ma pełną wartość szczytową, a jedynie impulsy maja mniejszą szerokość (przy stałej częstotliwości), i tranzystory sterujące transformatorem pracują jak typowe klucze cyfrowe (typu włącz-wyłącz), zapewniając wysoką sprawność przetwarzania. Gdyby w tych warunkach usunąć z układu dławik, to dla otrzymania tej samej co w poprzednim przykładzie wartości napięcia wyjściowego wartość amplitudy na wyjściu transformatora musiałaby się bardzo obniżyć, co wystąpiłoby jedynie przy niepełnym włączaniu tranzystorów kluczujących i beznadziejnej sprawności przetwarzania.

Myślę, że niepowodzenia Tomka wynikały właśnie z braku tego dławika w jego przetwornicy, a nie, jak twierdzi, z braku symetrii nawinięcia uzwojeń transformatora. Jestem tego całkowicie pewny, gdyż w pierwszej przetwornicy PP jaką wykonałem, uzwojenia transformatora nawinąłem bez żadnej dbałości o symetrię, w sposób masowy, całkiem chaotyczny (uzwojenia przypominały nieco swoim wyglądem kłębek wełny do robienia na drutach), a mimo to przetwornica z tym transformatorem osiągnęła sprawność przekraczającą 80%.
Przetwornicę przeciwsobną można wykonać bez dławika jedynie wówczas, gdy ma ona zapewniać pełne nieregulowane napięcie wyjściowe (rolą wzmacniacza napięcia błędu jest wówczas zabezpieczanie układu przed nadmiernym wzrostem napięcia przy braku obciążenia wyjścia) i takie właśnie układy są stosowane np. we wzmacniaczach dużej mocy, stosowanych w samochodowych instalacjach audio (moc tych wzmacniaczy zależy w dużym stopniu od napięcia występującego w samochodowej instalacji 12V).
Drugą ważną rzeczą jest to, by zastosowane w układzie tranzystory MOSFET były wyposażone w wewnętrzne diody. Diody skutecznie zabezpieczają tranzystory przed przepięciami i poprawiają sprawność przetwornicy. Dzieje sią tak dlatego, ponieważ podczas wyłączania się każdego z tranzystorów następuje wyindukowanie się w uzwojeniach transformatora przepięcia, które nie może jednak przekroczyć dopuszczalnej dla tranzystora wartości, ponieważ po osiągnięciu amplitudy przekraczającej dwukrotną wartość napięcia zasilania przetwornicy,
spadek napięcia na drenie drugiego tranzystora jest już tak duży, że napięcie to zmienia polaryzację na ujemną, co powoduje przejście diody zawartej w tym tranzystorze w stan przewodzenia i oddanie nadmiaru nagromadzonej w rdzeniu energii z powrotem do obwodu zasilania przetwornicy (doładowywany jest kondensator elektrolityczny, włączony w obwód zasilania +12V).

Zastanawiam się nad różnicami w układzie testera automatycznego. Osobiście przetwornice chciałbym sterować cyfrowo i napięcia wprowadzać z klawiaturki nie męcząc się z ustawianiem potencjometru. Układ sterowany cyfrowo też może być wykorzystany do obydwu projektów(tester, charakterograf). Przydało by się też trochę więcej informacji "łopatologicznych" dotyczących przewijania i zastosowanych transformatorów(ilość zwojów itp.)

Tak właśnie chcielibyśmy to zrealizować. Staszek (MalKontent) podsunął mi pomysł, by w testerze automatycznym wykorzystać impulsator z dodatkowym stykiem, który bardzo uprościłby całą procedurę wprowadzania danych.
http://www.allegro.pl/item107796813_abs ... tani_.html

Jutro podam jak nawinąć dławik i transformator by osiągnąć pożądaną wartość napięcia wyjściowego.

Pozdrawiam,
Romek

[Alek]

Ja tylko częściowo w temacie. Złożyłem przetwornicę w/g układu Romka, przy okazji wykrywajac maleńki błąd w oznaczeniu typu elementu na schemacie- Romek już ten błąd usunął. Moja przetwornica służy do zasilania katody sondy jonizacyjnej i stanowi sobą również stabilizator prądu eletronowego. Układ działa bardzo dobrze. W pełni potwierdzam uwagi Romka co do transformatora : Dbałość o symetrię naprawdę nie jest bardzo istotna, jednak ważne jest włączenie dławika.

[tszczesn]

Ja tylko częściowo w temacie. Złożyłem przetwornicę w/g układu Romka, przy okazji wykrywajac maleńki błąd w oznaczeniu typu elementu na schemacie- Romek już ten błąd usunął. Moja przetwornica służy do zasilania katody sondy jonizacyjnej i stanowi sobą również stabilizator prądu eletronowego. Układ działa bardzo dobrze. W pełni potwierdzam uwagi Romka co do transformatora : Dbałość o symetrię naprawdę nie jest bardzo istotna, jednak ważne jest włączenie dławika.

No to nie wiem jak wy to robicie. U mnie niesymetria jest hjak cholera, nawet w czasach przewodzenia tranzystorów (jak to się robi? TL497 nie powinien tak ich sterować, ale na oscyloskopie sam widziałem). Po włożeniu dobrego transformatora znika.

[Romekd]

Witam.

Złożyłem przetwornicę w/g układu Romka, przy okazji wykrywajac maleńki błąd w oznaczeniu typu elementu na schemacie- Romek już ten błąd usunął. Moja przetwornica służy do zasilania katody sondy jonizacyjnej i stanowi sobą również stabilizator prądu eletronowego. Układ działa bardzo dobrze. W pełni potwierdzam uwagi Romka co do transformatora : Dbałość o symetrię naprawdę nie jest bardzo istotna, jednak ważne jest włączenie dławika.

Na jednym ze schematów faktycznie popełniłem błąd - pod symbolem tranzystora BC558 (p-n-p) umieściłem oznaczenie BC548 (n-p-n) . Mam nadzieję, że nikt z Kolegów nie korzystał z tego akurat cząstkowego schematu, bo na pozostałych tranzystor był już opisany prawidłowo.
Cieszę się Alku, że układ do czegoś się jednak przydał. Prawdę mówiąc gdy opracowywaliśmy schemat zasilacza do próżniomierza z sondą jonizacyjną to zastanawiałem się, czy układ ten sprawdzi się w tak specyficznym zastosowaniu (napięcie wyjściowe jest w nim kontrolowane i stabilizowane w bardzo nietypowy sposób).

No to nie wiem jak wy to robicie. U mnie niesymetria jest hjak cholera, nawet w czasach przewodzenia tranzystorów (jak to się robi? TL497 nie powinien tak ich sterować, ale na oscyloskopie sam widziałem). Po włożeniu dobrego transformatora znika.

Tomku, też nie wiem skąd brały się u Ciebie te problemy ze sprawnością i symetrią. Pierwszy transformator nawinąłem, gdy byłem po kilku piwach. Nie mogło więc być mowy o żadnej symetrii, ani o przestrzeganiu zasad obowiązujących przy nawijaniu tego typu transformatorów. Na dodatek układ SG3525 był uszkodzony w taki sposób, że generował impulsy tylko dla jednego tranzystora (w drugim pracowała tylko dioda!). Mimo to sprawność układu wyniosła ponad 80%. Do dziś mam ten transformator, więc wykonałem jego zdjęcie i umieściłem w załączniku. Zerknij, a przekonasz się jak mało istotne było w tym przypadku zachowanie symetrii uzwojeń (jedna "połówka" uzwojenie pierwotnego nawinięta była licą w.cz o prawie dwukrotnie większej długości, i na dodatek w innym miejscu karkasu). Przetwornica dawała na wyjściu 320V przy mocy ok. 150W.

Pozdrawiam,
Romek

[Alek]

Nie jest tajemnicą, że w moim układzie chodzi o stabilizację prądu elektronowego sondy jonizacyjnej. Można to uzyskać praktycznie wyłącznie przez zmianę parametrów prądu żarzenia. Niedopuszczalne jest regulowanie napięciem siatki (+150V), gdyż zmieniałaby się energia jonów. Takie a nie inne włączenie sondy (na siatce +150V względem katody, na kolektorze -50V) wymaga w pewnym sensie zastosowania separacji galwanicznej między napięciem żarzenia a napięciem zasilania stabilizatora-przetwornicy. Wynika to z faktu, że kolektor powinien być na potencjale masy- ze wzgledu na łątwość pomiaru prądu jonowego. W próżniomierzu PJ8 (konstrukcja pochodzi z około 1980 roku) zastosowano stabilizator prądu stałego, przy czym separcję uzyskiwano (niestety) poprzez nawinięcie wielu uzwojeń na transformatorze sieciowym. Nic więc dziwnego, że układ próżniomierza PJ8 grzeje się niemiłosiernie, transformator zaś ma duże gabaryty. Rozmiary urządzenia (do szafy 19'') i ciężar-kilkanaście kg czynią ten miernik niewygodnym.
Tych wszystkich wad nie będzie miał mój próżniomierz ze stabilizatorem impulsowym. Układ działa prawidłowo; zaryzykuję twierdzenie, że 1/3 próżniomierza jest już gotowa. Cały układ stabilizatora prądu elektronowego -przetwornicy napięcia żarzenia zmieści się prawdopodobnie na płytce ok 10x8 cm. Myślę, że drugą taką płytkę zajmie wzmacniacz prądu jonowego wraz z układem sterującym.
Przewidywany oczywiście cyfrowy odczyt wartości próżni.

[krzkomar]

Ja mam do tych schematów przetwornic przedstawionych przez Romekd jedną małą uwagę - szeregowo z bramkami tranzystorów wyjściowych powinno się wstawić niewielkiej wartości rezystory. Chodzi o to, że prąd przeładowania bramki jest dość duży (nawet klika amperów w impulsie ) i może sie tak zdarzyć, że poleci stopień sterujący na BC548 lub wewnętrny w TL494 (co nie oznacza że poleci natychmiast). Koszt tych rezystorków niewielki, a zawsze lepiej dmuchać na zimne.

[tszczesn]

Ja mam do tych schematów przetwornic przedstawionych przez Romekd jedną małą uwagę - szeregowo z bramkami tranzystorów wyjściowych powinno się wstawić niewielkiej wartości rezystory. Chodzi o to, że prąd przeładowania bramki jest dość duży (nawet klika amperów w impulsie ) i może sie tak zdarzyć, że poleci stopień sterujący na BC548 lub wewnętrny w TL494 (co nie oznacza że poleci natychmiast). Koszt tych rezystorków niewielki, a zawsze lepiej dmuchać na zimne.

One te rezystorki spowolnią wtedy proces przełączania i zwiększą straty w tranzystorach kluczujących. Istotne zwłaszcza przy dużych częstotliwościach.

[krzkomar]

One te rezystorki spowolnią wtedy proces przełączania i zwiększą straty w tranzystorach kluczujących. Istotne zwłaszcza przy dużych częstotliwościach.

Przy większych częstotliwościach to stopień sterujący bez nich długo nie pożyje. Dla pojedynczego MOS-FET prąd może dojść nawet do 6A, dla dwóch jest to aż 12A. Im szybciej je przełączasz, tym na większy stres wystawiasz stopień sterujący. Wszędzie w notach aplikacyjnych zalecają ich stosowanie - nie jest to mój wymysł. Ale owszem masz rację, że mogą się zwiększyć straty na końcówce - impuls zostanie lekko spowolniony, będzie mniej "ostry", a tym samym więcej stanów pośrednich co się przełoży na więcej strat. Mimo to uważam, że należy je zastosować, a ich wartość tak dopasować aby prąd przeładowania nie przekroczył dopuszczalnej wartości prądu w impulsie tranzystorów sterujących, zwykle jest to ok 2A.

[tszczesn]

Przy większych częstotliwościach to stopień sterujący bez nich długo nie pożyje. Dla pojedynczego MOS-FET prąd może dojść nawet do 6A, dla dwóch jest to aż 12A. Im szybciej je przełączasz, tym na większy stres wystawiasz stopień sterujący. Wszędzie w notach aplikacyjnych zalecają ich stosowanie - nie jest to mój wymysł. Ale owszem masz rację, że mogą się zwiększyć straty na końcówce - impuls zostanie lekko spowolniony, będzie mniej "ostry", a tym samym więcej stanów pośrednich co się przełoży na więcej strat. Mimo to uważam, że należy je zastosować, a ich wartość tak dopasować aby prąd przeładowania nie przekroczył dopuszczalnej wartości prądu w impulsie tranzystorów sterujących, zwykle jest to ok 2A.

Ja bym tam zaprojektował inny stopień sterujący. W końcu sprawność to jest to na czym nam zależy :)

[krzkomar]

Hmm, stopień sterujący tam zastosowany jest w zasadzie typu SRPP (jeden tranzystor w układzie, drugi na zewnątrz), więc mamy tu jako taki stopień komplementarny. Można się ew czepić typu tranzystorów, które nie są impulsowe - ale to będzie już czepianie się . Jest to prosty i w miarę skuteczny sposób zaadaptowania układu sterowania bipolarów do mosfetów. Inny sposób, lepszy ale wymagający więcej elementów to oddzielny stopień komplementarny PNP-NPN (2 wtórniki połączone emiterami i bazami) lub stopień transformatorowy (dla tego nie trzeba byłoby żadnych dodatkowych półprzewodników). Zarówno jeden jak i drugi będzie potrzebował rezystora (pierwszy szeregowo, drugi równolegle włączonego). Niestety MOSFET-y mają spore pojemności (dochodzące do 1000pF) i tego się nie da przeskoczyć .

[Romekd]

Witam.

Przy większych częstotliwościach to stopień sterujący bez nich długo nie pożyje. Dla pojedynczego MOS-FET prąd może dojść nawet do 6A, dla dwóch jest to aż 12A. Im szybciej je przełączasz, tym na większy stres wystawiasz stopień sterujący.

Krzysztof, skąd wytrzasnąłeś te wartości prądów? Dokonywałeś jakichś pomiarów przedstawionych przeze mnie układów, czy też są to jedynie Twoje teoretyczne przypuszczenia?

Wszędzie w notach aplikacyjnych zalecają ich stosowanie - nie jest to mój wymysł.

Bardzo wiele oryginalnych rozwiązań układowych faktycznie zawiera rezystor o wartości od 4,7R do 22R, ograniczający prąd przeładowywania pojemności bramka-źródło tranzystora. Są też rozwiązania, w których rezystor ten występuje jedynie w obwodzie doładowującym pojemność (na przedstawionej w załączniku aplikacji włączony jest od strony zasilania wtórnika), oraz takie, w których nie występuje on w ogóle. Prąd przeładowywania pojemności tranzystora zależy nie tylko od częstotliwości impulsów i oporności występujących w obwodzie bramki, ale zależy przede wszystkim od szybkości narastania i opadania impulsów sterujących, a szybkości te w przypadku układów TL494 i SG3525 nie są wcale tak duże.
By sprawdzić jakie prądy bramek płyną w przedstawionym przez mnie układzie przetwornicy (wersja z modułem SMD), włączyłem rezystor bezindukcyjny o oporności 1R między źródło tranzystora kluczującego (IRFZ44) a masę. Dren tranzystora odłączyłem od transformatora wyjściowego i również podłączyłem do tego rezystora. Analiza przebiegu występującego na rezystorze pozwoliła ocenić wartości prądów bramki w tym układzie. Okazały się one dość odległe wielkością od tych podanych przez Kol. Krzysztofa (6A). Dodatnie szpilki, widoczne na przebiegu oscyloskopowym, odzwierciedlają prądy związane z ładowaniem się pojemności bramki (prąd ten wyniósł ok.160mA), ujemne z rozładowaniem (niecałe 280mA). Czas trwania impulsów przeładowujących pojemności tranzystora był mniejszy od 1us. W załączniku umieściłem zdjęcia ekranu oscyloskopu na którym zapamiętane zostało sto kolejnych przebiegów strumienia.

Pozdrawiam,
Romek

[tszczesn]

Czas trwania impulsów przeładowujących pojemności tranzystora był mniejszy od 1us. W załączniku umieściłem zdjęcia ekranu oscyloskopu na którym zapamiętane zostało sto kolejnych przebiegów strumienia.

1µs to strsznie dużo. Przy 100kHz oancza to, że 20% czasu jest tracone na przełączanie - sprawność leci w dół, a i współczynnik wypełnienia niekoniecznie jest taki jak powinien być. U mnie, na układzie przyśpiejszającym 'z głowy', uzyskałem czasy przełączania około 100 ns (mierzone oscyloskopem). I przy obciązeniu ok 10W (i prądach impuslowych po stronie pierwonej rzędu 5A) tranzystory mocy (w TO220) nie były dotykowo cieplejsze od otoczenia.

[krzkomar]

Witam.
Krzysztof, skąd wytrzasnąłeś te wartości prądów? Dokonywałeś jakichś pomiarów przedstawionych przeze mnie układów, czy też są to jedynie Twoje teoretyczne przypuszczenia?

Nie wykonywałem pomiarów Twojego układu. Wartość 6A podałem, bo gdzieś w sieci tak wyczytałem (gdzie, w tej chwili nie jestem w stanie dociec). Tak czy owak, prąd rozładowania pojemności bramki (jak i każdego kondensatora) to jest szpilka, której wartość jest teoretycznie nieskończenie wielka w nieskończenie krótkim czasie. W układzie rzeczywistym prąd ten jest oczywiście ograniczony przez rezystancję i indukcyjność doprowadzeń, w skutek czego otrzymujemy co prawda szpilkę, ale wydłużoną w czasie i ograniczoną względem amplitudy. Indukcyjność zazwyczaj można pominąć, ponieważ większą rolę odgrywa tutaj rezystancja. Na tą rezystancję składa sie zarówno rezystancja doprowadzeń, jak i samego klucza sterującego (przeładowującego pojemność). Dla tranzystorów o dużej pojemności bramki jednak ta wartość tłumiąca własna obwodu może okazać sie za mała. Niektóre układy scalone przystosowane do sterowania MOS-FET mają zapewne odpowiednią rezystancję na wejściu zabudowaną w układ (te nie wymagają jej zewnętrznie).

przeładowywania pojemności tranzystora zależy nie tylko od częstotliwości impulsów i oporności występujących w obwodzie bramki, ale zależy przede wszystkim od szybkości narastania i opadania impulsów sterujących, a szybkości te w przypadku układów TL494 i SG3525 nie są wcale tak duże.

Zgadza się, tak właśnie jest, ponieważ te układy są przystosowane fabrycznie nie do sterowania MOS-FET, lecz bipolarów (tzn na pewno TL494). Ale w celu przystosowania ich do sterowania MOS-FET dobudowujemy do nich stopień komplementarny (lub quasi-komplementarny jak w tym przypadku), który oprócz przeładowania pojemności (pomiędzy VCC i VSS), poprawia również czasy przełączania, a tym samym zbocza impulsu (co widać na oscylogranie - asymetria szpilek). W przeciwnym przypadku wystarczyłby do działania rezystor zamiast tego tranzystora BC548 (i tak sie niekiedy w tanich układach, o niewielkiej sprawności robi).

By sprawdzić jakie prądy bramek płyną w przedstawionym przez mnie układzie przetwornicy (wersja z modułem SMD), włączyłem między źródło a masę tranzystora kluczującego (IRFZ44) rezystor bezindukcyjny o oporności 1R. Dren tranzystora odłączyłem od transformatora wyjściowego i również podłączyłem do tego rezystora. Analiza przebiegu występującego na rezystorze pozwoliła ocenić wartości prądów bramki w tym układzie. Okazały się one dość odległe wielkością od tych podanych przez Kol. Krzysztofa (6A). Dodatnie szpilki widoczne na przebiegu odzwierciedlają prądy związane z ładowaniem się pojemności bramki (prąd ten wyniósł ok.160mA), ujemne z rozładowaniem (niecałe 280mA). Czas trwania impulsów przeładowujących pojemności tranzystora był mniejszy od 1us. W załączniku umieściłem zdjęcia ekranu oscyloskopu na którym zapamiętane zostało sto kolejnych przebiegów strumienia.

Pozdrawiam,
Romek

Rozumiem, że prąd ściągałeś metodą różnicową ? Zwróć uwagę, że wszelkie pojemności wejściowe, oraz indukcyjności będą obcinać tą szpilkę. Jeśli jesteś pewny, że pomiar został wykonany rzetelnie, a tym samym prąd w obwodzie faktycznie nie przekracza wartości dopuszczalnych to w TYM układzie nie musisz tych rezystorków stosować. Ja jednak dla świętego spokoju przewidział bym chociaż miejsce na nie.

Nie rozumiem tego zabiegu z drenem - połaczyłeś go razem z bramką ?? Jeśli już to powinien być połaczony ze źródłem jak sądzę.

I jeszcze jedno - nie wiem na ile to prawda (polegam na opinii znajomych), ale ponoć oscyloskopy cyfrowe nie bardzo się nadają do obserwacji przebiegów w których występują szpilki. A taki chyba właśnie użyłeś ?

[Bobiq]

Witam,

Czy można prosić rysunek obwodu drukowanego przetwornicy ze strony 3 niniejszego wątku?

Pozdrowienia

[Thereminator]

Przecież jest. Na str. 5