Projektowanie przetwornic samowzbudnych

[Einherjer]

Czy ktoś z kolegów wie, gdzie w literaturze można znaleźć coś na temat przetwornic samowzbudnych? Mam na myśli chociaż pobieżne omówienie jak co policzyć, jaka powinna być indukcyjność uzwojeń itd. Przykładowych schematów jest dużo, ale omówienia jak dobrać wartości elementów jakoś nie kojarzę.

[staszeks]

zdaje się, że trochę jest tu:
https://www.elec.ru/files/2020/02/28/_S ... v_i_tr.PDF
zobacz od 615.
Niestety krzaczki

[Einherjer]

zdaje się, że trochę jest tu:
https://www.elec.ru/files/2020/02/28/_S ... v_i_tr.PDF
zobacz od 615.
Niestety krzaczki

Dzięki, krzaczki trochę umiem czytać, może powinienem się nauczyć trochę lepiej, w sieci jest sporo ciekawej literatury retro po rosyjsku.

[Einherjer]

Znalazłem też to: http://trioda.nazwa.pl/fonar/audio/ksia ... awlew1.htm Jest na allegro, zamówię i zobaczę.

[Tomek Janiszewski]

zdaje się, że trochę jest tu:
https://www.elec.ru/files/2020/02/28/_S ... v_i_tr.PDF
zobacz od 615.

Ale ja tu widzę tylko jedną, bardzo wąską klasę przetwornic: przeciwsobne a tym samym jednotaktowe (energia przekazywana jest do obciążenia równocześnie z przewodzeniem dowolnego z tranzystorów kluczujących). Interesujące są jednak także przetwornice dwutaktowe (energia przekazywana jest do obciążenia wyłącznie w czasie zatkania jedynego w całym urządzeniu tranzystora kluczującego). Bywały one budowane w układzie generatora samodławnego, często z rażącymi błędami (np. liczne układy zasilania świetlówek z baterii, zwłaszcza w Młodym Techniku) przez co zdobyły sobie złą sławę. W razie czego służę własną wiedzą, ponieważ od dawna projektuję i buduję takie urządzenia do różnorakich zastosowań, zarówno amatorsko jak i zawodowo. Dość powiedzieć że szkielet takiego generatora, zawierający tranzystor kluczujący, dławik z dodatkowym uzwojeniem o sterowania obwodu bazy oraz diodę prostowniczą może być wykorzystany nie tylko do podwyższania ale i do obniżania napięcia. Może niech Autor przedstawi z grubsza do czego na obecną chwilę potrzebuje przetwornicy samowzbudnej, to postaram się coś zaproponować.

[Einherjer]

Rozumiem, że masz na myśli przetwornicę flyback, po naszemu zwaną też zaporową. Znam różne topologie przetwornic i ich zasadę działania, kilka nawet zbudowałem, ale zawsze po nowoczesnemu z generatorem PWM. Potrafię dobrać kluczowe elementy przetwornicy, ale jak policzyć elementy sprzężenia zwrotnego, żeby się wzbudziło na częstotliwości, którą sobie założyłem? Jaki jest wpływ obciążenia? Jestem chwilowo bez warsztatu, więc chętnie bym coś poczytał, zanim będę mógł coś zbudować. Zacząłbym od czegoś niewymagającego na przykład przetwornicy do zasilania kilku nixie.

[AZ12]

Witam

Tu by wystarczył najzwyklejszy zasilacz impulsowy zasilany napięciem sieciowym, może być wyposażony w kontroler scalony np: Topswitch, Viper12A lub tak jak poprzednio samooscylujący. Wadą jest konieczność starannego wykonania transformatora.

https://www.belza.cz/swmodeps/swps.htm

Więcej informacji można znaleźć szukając w Google.

[Tomek Janiszewski]

Rozumiem, że masz na myśli przetwornicę flyback, po naszemu zwaną też zaporową. Znam różne topologie przetwornic i ich zasadę działania, kilka nawet zbudowałem, ale zawsze po nowoczesnemu z generatorem PWM.

Generator samodławny służyć może zarówno jako klucz, jak i generator PWM, sterowany sygnałem stałoprądowym. I wszystko to na jednym tranzystorze.

Potrafię dobrać kluczowe elementy przetwornicy, ale jak policzyć elementy sprzężenia zwrotnego, żeby się wzbudziło na częstotliwości, którą sobie założyłem?aki jest wpływ obciążenia?

Po pierwsze i najważniejsze: prąd w uzwojeniu pierwotnym prawidłowo zaprojektowanej przetwornicy z generatorem samodławnym powinien posiadać kształt trójkąta (w ogólności niesymetrycznego, zwykle opadanie jest dużo szybsze od narastania, choć w pewnych warunkach pracy może by na odwrót) i zawsze osiągać wartość zerową. Tak więc częstotliwość pracy zależy bezpośrednio od indukcyjności uzwojenia transformatora (lub uzwojeń, jeśli jest stosowane osobne uzwojenie z którego poprzez prostownik zasilane jest obciążenie), napięcia zasilającego, i wreszcie maksymalnej wartości prądu kolektora, a tym samym od obciążenia. Nie można zakładać zatem ustalonej częstotliwości pracy, ona dopasuje się do warunków. Dla maksymalnego obciążenia będzie najniższa, przy zmniejszonym obciążeniu wzrośnie. Elementy sprzężenia mają jej w tym nie przeszkadzać. Zwrócę póki co uwagę że najważniejszy z tych elementów: wtórne uzwojenie bazowe (niezbędne z uwagi na konieczność odwrócenia fazy i tym samym realizację dodatniego sprzężenia zwrotnego) musi być dobrane tak aby tranzystorowi nie groziło przebicie złącza baza-emiter gdy jest zatkany. Zwykle dopuszczalne napięcie wsteczne wynosi 5 do 7V, wyjątkowo trafia się więcej (np. 15V potrafią wytrzymać 2N3055). Jeżeli np. uzwojenie wtórne ma 100 zw. i dostarcza do obciążenia 100V - to uzwojenie bazowe powinno mieć 5 do 7zw. Wyczuwasz (nomen omen) bazę?

Zacząłbym od czegoś niewymagającego na przykład przetwornicy do zasilania kilku nixie.

Trafiłeś idealnie Dawno temu skleciłem częstościomierz cyfrowy TTL z lampami NIXIE, niestety nieopatrznie zastosowałem papierowy laminat dwustronny (aby wierteł nie tępić) i z czasem wypaczył się do tego stopnia że końcówki układów TTL powyrywały się z płytki, i urządzenie coraz bardziej szwankuje. Musiałbym obustronnie przetopić wszelkie miejsca lutowań użytych układów scalonych aby znaleźć niekontakt a raczej już niekontakty, ale zdobyć się na to nie potrafię Natomiast zasilacz WN który ZTCP pędzony był ogólnym napięciem 5V działa bezawaryjnie, zasilając 7 lampek. OIDP ma on nadzwyczaj prostą konstrukcję: tylko jeden(!) tranzystor, pełniący rolę klucza. Transformator poza uzwojeniem kolektorowym i bazowym (co stanowi absolutne minimum aby generator w ogóle mógł działać) zawiera też podwyższające uzwojenie wtórne (aby zredukować impulsy napięcia na kolektorze klucza) oraz - dodatkowe uzwojenie zwrotne, które oddaje część zgromadzonej w rdzeniu energii do zasilacza 5V. Dzięki temu napięcie wyjściowe nie rośnie nieograniczenie (w praktyce aż do wystapienia przebicia) przy odłączeniu obciążenia, lecz jest określone przez stosunek liczby zwojów oraz napięcie zasilające. Postaram się dziś wieczorem odkurzyć to ustrojstwo i odrysować a przynajmniej przypomnieć sobie dokładniej jak zbudowana jest przetwornica. Najpewniej jest ona zbliżona układowo do przetwornicy anodowej OR Limba:
https://trioda.com/fonar/audio/schematy ... 2_05_1.htm
z tym że użycie tranzystora NPN przy dodatnich napięciach wyjściowym i zasilającym wymogło odseparowanie uzwojenia bazowego od pozostałych. Schemat narysowany jest niezbyt czytelnie, w szczególności łatwo jest przeoczyć uzwojenie zwrotne (do którego dołączona jest dioda DZG2), pełniąca istotną rolę ochrony tranzystora i diody prostowniczej DOG58 przy braku obciążenia, tj. nierozgrzanych lampach. Pokazano tylko pół zwoja, przez co można odnieść wrażenie że dioda DZG2 nie wiedzieć po co bocznikuje zasilanie, będąc włączoną w kierunku zaporowym.

[Einherjer]

Potrafię dobrać kluczowe elementy przetwornicy, ale jak policzyć elementy sprzężenia zwrotnego, żeby się wzbudziło na częstotliwości, którą sobie założyłem?aki jest wpływ obciążenia?

Po pierwsze i najważniejsze: prąd w uzwojeniu pierwotnym prawidłowo zaprojektowanej przetwornicy z generatorem samodławnym powinien posiadać kształt trójkąta (w ogólności niesymetrycznego, zwykle opadanie jest dużo szybsze od narastania, choć w pewnych warunkach pracy może by na odwrót) i zawsze osiągać wartość zerową. Tak więc częstotliwość pracy zależy bezpośrednio od indukcyjności uzwojenia transformatora (lub uzwojeń, jeśli jest stosowane osobne uzwojenie z którego poprzez prostownik zasilane jest obciążenie), napięcia zasilającego, i wreszcie maksymalnej wartości prądu kolektora, a tym samym od obciążenia. Nie można zakładać zatem ustalonej częstotliwości pracy, ona dopasuje się do warunków. Dla maksymalnego obciążenia będzie najniższa, przy zmniejszonym obciążeniu wzrośnie. Elementy sprzężenia mają jej w tym nie przeszkadzać. Zwrócę póki co uwagę że najważniejszy z tych elementów: wtórne uzwojenie bazowe (niezbędne z uwagi na konieczność odwrócenia fazy i tym samym realizację dodatniego sprzężenia zwrotnego) musi być dobrane tak aby tranzystorowi nie groziło przebicie złącza baza-emiter gdy jest zatkany. Zwykle dopuszczalne napięcie wsteczne wynosi 5 do 7V, wyjątkowo trafia się więcej (np. 15V potrafią wytrzymać 2N3055). Jeżeli np. uzwojenie wtórne ma 100 zw. i dostarcza do obciążenia 100V - to uzwojenie bazowe powinno mieć 5 do 7zw. Wyczuwasz (nomen omen) bazę?

Z tego co piszesz wynika, że przetwornica musi pracować z nieciągłym prądem (discontinuous mode) a stan ustalony osiąga przez zmianę częstotliwości pracy. Czy miałeś na myśli tryb krytyczny, kiedy prąd "dotyka" zera, ale natychmiast się od niego odbija? Czy przejście do trybu ciągłego prądu jest możliwe, czy spadająca częstotliwość pracy do tego nie dopuści? 15 V wstecznego napięcia BE to tylko oryginalne (homoetaxial base) 2N3055 wytrzymują, to co jest teraz sprzedawane pod tym symbolem ma już typowe 7 V. Co z kondensatorem w obwodzie bazy? Jak go dobrać?

Zacząłbym od czegoś niewymagającego na przykład przetwornicy do zasilania kilku nixie.

Trafiłeś idealnie Dawno temu skleciłem częstościomierz cyfrowy TTL z lampami NIXIE, niestety nieopatrznie zastosowałem papierowy laminat dwustronny (aby wierteł nie tępić) i z czasem wypaczył się do tego stopnia że końcówki układów TTL powyrywały się z płytki, i urządzenie coraz bardziej szwankuje. Musiałbym obustronnie przetopić wszelkie miejsca lutowań użytych układów scalonych aby znaleźć niekontakt a raczej już niekontakty, ale zdobyć się na to nie potrafię Natomiast zasilacz WN który ZTCP pędzony był ogólnym napięciem 5V działa bezawaryjnie, zasilając 7 lampek. OIDP ma on nadzwyczaj prostą konstrukcję: tylko jeden(!) tranzystor, pełniący rolę klucza. Transformator poza uzwojeniem kolektorowym i bazowym (co stanowi absolutne minimum aby generator w ogóle mógł działać) zawiera też podwyższające uzwojenie wtórne (aby zredukować impulsy napięcia na kolektorze klucza) oraz - dodatkowe uzwojenie zwrotne, które oddaje część zgromadzonej w rdzeniu energii do zasilacza 5V. Dzięki temu napięcie wyjściowe nie rośnie nieograniczenie (w praktyce aż do wystapienia przebicia) przy odłączeniu obciążenia, lecz jest określone przez stosunek liczby zwojów oraz napięcie zasilające. Postaram się dziś wieczorem odkurzyć to ustrojstwo i odrysować a przynajmniej przypomnieć sobie dokładniej jak zbudowana jest przetwornica. Najpewniej jest ona zbliżona układowo do przetwornicy anodowej OR Limba:
https://trioda.com/fonar/audio/schematy ... 2_05_1.htm
z tym że użycie tranzystora NPN przy dodatnich napięciach wyjściowym i zasilającym wymogło odseparowanie uzwojenia bazowego od pozostałych. Schemat narysowany jest niezbyt czytelnie, w szczególności łatwo jest przeoczyć uzwojenie zwrotne (do którego dołączona jest dioda DZG2), pełniąca istotną rolę ochrony tranzystora i diody prostowniczej DOG58 przy braku obciążenia, tj. nierozgrzanych lampach. Pokazano tylko pół zwoja, przez co można odnieść wrażenie że dioda DZG2 nie wiedzieć po co bocznikuje zasilanie, będąc włączoną w kierunku zaporowym.

Rozumiem, że w Twojej przetwornicy dodatkowe uzwojenie blokowane jest diodą i ma tyle zwojów, żeby uaktywnić się tylko, jeśli napięcie na uzwojeniu wtórnym przekroczy określoną, wyższą niż normalna wartość?

[Tomek Janiszewski]

Z tego co piszesz wynika, że przetwornica musi pracować z nieciągłym prądem (discontinuous mode) a stan ustalony osiąga przez zmianę częstotliwości pracy. Czy miałeś na myśli tryb krytyczny, kiedy prąd "dotyka" zera, ale natychmiast się od niego odbija?

Zdecydowanie ten drugi. To jest naturalny tryb pracy generatora samodławnego. Gdy prąd (w ogólności pole magnetyczne w rdzeniu) spadnie do zera - znika napięcie zatykające tranzystor, i następuje jego szybkie załączenie (forsowane przez dodatnie sprzężenie zwrotne) i prąd w kolektorze narasta liniowo od zera, podczas gdy prądy we wszystkich pozostałych uzwojeniach (z wyjątkiem bazowego) nie płyną.

Czy przejście do trybu ciągłego prądu jest możliwe, czy spadająca częstotliwość pracy do tego nie dopuści?

Nie dopuści, ale zupełnie co innego. Co mianowicie miałoby wytrącić tranzystor ze stanu zatkania, póki pole magnetyczne nie zaniknie? Można wprawdzie wyobrazić sobie wymuszone załączanie tranzystora, ale w jakim właściwie celu? Tryb jak to nazywasz krytyczny ma wiele zalet: w szczególności tranzystor załącza się "w zerze" i nie grozi mu w tym momencie drugie przebicie, bo prąd i moc wydzielana na kolektorze jest znikomo mały. Sens ma natomiast wymuszone (poprzez kontrolę prądu kolektora lub emitera) wyłączenie tranzystora (naturalne wyłączenie zachodzi wskutek wyjścia tranzystora ze stanu nasycenia wskutek ograniczenia prądu bazy). Takie wymuszone wyłączenie jest szczególnie korzystne gdy zachodzi w dwóch etapach: najpierw odcina się tylko przepływ prądu w bazie ale tranzystor pozostaje w stanie nasycenia dzięki akumulacji nośników mniejszościowych w bazie, gdy zaś baza opróżni się z nośników niemal całkowicie - do głosu dochodzi dodatnie sprzężenie zwrotne które daje tranzystorowi mocnego napięciowego joba wymuszającego błyskawiczne jego zatkanie. Mimo to zatykający job prądowy dostarczany do bazy jest bardzo słaby: dzięki temu że uprzednio została ona opróżniona z nośników. Tak pracujący generator samodławny nie tylko cechuje się podwyższoną sprawnością (dzięki wykorzystaniu ładunku w bazie do podtrzymania przewodzenia zamiast tracenia energii na jego rozładowanie przez obwód sterujący) ale też nadzwyczaj małym poziomem zakłóceń. I niebezpieczeństwo drugiego przebicia podczas wyłączania maleje, dzięki przyspieszeniu procesu zatykania.

15 V wstecznego napięcia BE to tylko oryginalne (homoetaxial base) 2N3055 wytrzymują, to co jest teraz sprzedawane pod tym symbolem ma już typowe 7 V

I tak nie zalecałbym 2N3055 do tych zastosowań. Należy stosować tutaj szybkie tranzystory, z niejednorodną bazą. Istotna jest wysoka fT, natomiast traci na znaczeniu czas wychodzenia z nasycenia, gdy stosuje się przedstawiony wyżej dwuetapowy cykl zatykania. Długi czas przeciągania ogranicza jedynie maksymalną częstotliwość pracy, nie wpływa natomiast na sprawność. Dobrze będą w takim wypadku pracowały takie tranzystory jak BC211, BD354, BDY58, natomiast typowe tranzystory impulsowe jak np. BSX59 czy 2N2219 szczycące się skróconym czasem nasycenia mają w zamian podwyższone napięcie nasycenia przez co sprawność jest gorsza.

Co z kondensatorem w obwodzie bazy? Jak go dobrać?

Eksperymentalnie, badź w symulacji. Ta ostatnia nie powinna sprawiać kłopotów, można bowiem założyć liniowe modele cewek, nie tak jak w autonomicznych przetwornicach przeciwsobnych gdzie zwykle istotną rolę odgrywa nasycanie się rdzenia w miarę wzrostu prądu w kolektorach. W najprostszych, autonomicznych przetwornicach jednotranzystorowych prąd bazy wyznaczany jest przez rezystor zasilający obwód bazy, kondensator zaś przyspiesza otwieranie się i zamykanie tranzystora, niwelując wpływ pojemności złączowych. Zbyt duża pojemność tego kondensatora jest jednak niekorzystna, sztucznie wydłuża bowiem czas zatkania tranzystora i pojawiają się gasnące oscylacje po zakończeniu przepływu prądu do obciążenia co generuje niepotrzebne zakłócenia i wywołuje dodatkowe straty energii.

Rozumiem, że w Twojej przetwornicy dodatkowe uzwojenie blokowane jest diodą i ma tyle zwojów, żeby uaktywnić się tylko, jeśli napięcie na uzwojeniu wtórnym przekroczy określoną, wyższą niż normalna wartość?

Rzekłbym raczej że na odwrót. Ono przewodzi w każdych warunkach gdy tranzystor jest zatkany, ale nie jest to wadą, bowiem niewykorzystana energia zostaje zwrócona do zasilania. Lampy mogą pobierać taki prąd, aby pozostał pewien prąd w uzwojeniu zwrotnym. Dzięki temu napięcie wejściowe staje się "sztywne", mimo że nie ma tutaj sprzężenia stałoprądowego z wyjścia na układ sterujący. W typowej przetwornicy z generatorem samodławnym napięcie wyjściowe dopasowuje się do obciążenia, np. ma to miejsce przy ładowaniu kondensatora lampy błyskowej. Użycie tu sztywnej z zasady działania jednotaktowej przetwornicy przeciwsobnej (gdzie napięcie wyjściowe jest jednoznacznie określone przez napięcie zasilania i przekładnię transformatora) nie pozwala naładować kondensatora ze sprawnością większą niż 50% (jak podczas ładowania ze źródła napięcia stałego przez rezystor) podczas gdy przetwornica dwutaktowa pozwala naładować kondensator teoretycznie bez strat. Dlatego uważam przetwornice dwutaktowe za bardzo atrakcyjne i uniwersalne, chociaż istnieją też metody ulepszenia przetwornic przeciwsobnych. Np. w takich oto zastosowaniach:
https://ep.com.pl/files/5410.pdf
https://ep.com.pl/files/5434.pdf

[Einherjer]

Czy przejście do trybu ciągłego prądu jest możliwe, czy spadająca częstotliwość pracy do tego nie dopuści?

Nie dopuści, ale zupełnie co innego. Co mianowicie miałoby wytrącić tranzystor ze stanu zatkania, póki pole magnetyczne nie zaniknie? Można wprawdzie wyobrazić sobie wymuszone załączanie tranzystora, ale w jakim właściwie celu? Tryb jak to nazywasz krytyczny ma wiele zalet: w szczególności tranzystor załącza się "w zerze" i nie grozi mu w tym momencie drugie przebicie, bo prąd i moc wydzielana na kolektorze jest znikomo mały. Sens ma natomiast wymuszone (poprzez kontrolę prądu kolektora lub emitera) wyłączenie tranzystora (naturalne wyłączenie zachodzi wskutek wyjścia tranzystora ze stanu nasycenia wskutek ograniczenia prądu bazy). Takie wymuszone wyłączenie jest szczególnie korzystne gdy zachodzi w dwóch etapach: najpierw odcina się tylko przepływ prądu w bazie ale tranzystor pozostaje w stanie nasycenia dzięki akumulacji nośników mniejszościowych w bazie, gdy zaś baza opróżni się z nośników niemal całkowicie - do głosu dochodzi dodatnie sprzężenie zwrotne które daje tranzystorowi mocnego napięciowego joba wymuszającego błyskawiczne jego zatkanie. Mimo to zatykający job prądowy dostarczany do bazy jest bardzo słaby: dzięki temu że uprzednio została ona opróżniona z nośników. Tak pracujący generator samodławny nie tylko cechuje się podwyższoną sprawnością (dzięki wykorzystaniu ładunku w bazie do podtrzymania przewodzenia zamiast tracenia energii na jego rozładowanie przez obwód sterujący) ale też nadzwyczaj małym poziomem zakłóceń. I niebezpieczeństwo drugiego przebicia podczas wyłączania maleje, dzięki przyspieszeniu procesu zatykania.

No tak, nie pomyślałem skąd w tego typu układzie bierze się prąd bazy tranzystora. Masz może jakiś przykład przetwornicy z wymuszonym wyłączaniem tranzystora? Jeśli dobrze rozumiem to podobna idea do tej znajdującej zastosowanie w popularnych sterownikach typu UC3842, tzw. current mode controlers. Sterownik monitoruje prąd tranzystora za pomocą rezystora w obwodzie źródła i wyłącza tranzystor, gdy prąd przekroczy określoną wartość, która z kolei zależy od wyjścia wzmacniacza błędu w pętli stabilizacji napięcia. Zaletami takiego rozwiązania są "darmowe" ograniczenie maksymalnego prądu tranzystora na przykład w przypadku zwarcia oraz szybsza reakcja na zmianę napięcia wejściowego. Wadą natomiast konieczność wyprzedzającej (feed-forward) kompensacji, gdy wypełnienie przekracza 50%, inaczej przetwornica może wpaść w oscylacje subharmoniczne. Za to z tych oscylacji można napisać doktorat, bo są one chaotyczne w matematycznym tego słowa znaczeniu. W internecie jest sporo prac z rozrysowanymi bifurkacjami i innymi takimi. Ciekawie też wyglądają na oscyloskopie... dopóki, z któregoś z elementów nie uleci magiczny dym

[Tomek Janiszewski]

No tak, nie pomyślałem skąd w tego typu układzie bierze się prąd bazy tranzystora.

Może być dostarczany ze źródła zasilającego, przez rezystor albo też przez źródło prądowe sterowane wzmacniaczem błędu (przy naturalnym wyłączaniu klucza) lub kluczowane komparatorem (przy wyłaczączaniu wymuszonym). Ale jeszcze ciekawsze jest dostarczanie prądu z samego tylko uzwojenia bazowego, co pozwala zmniejszyć straty mocy szczególnie przy wysokim napięciu zasilania przetwornicy. Przykładem takiej przetwornicy, co prawda przeciwsobnej jest przywołany wyżej zasilacz do świetlówek. Ale może na razie pozostańmy przy prostszych rozwiązaniach.

Masz może jakiś przykład przetwornicy z wymuszonym wyłączaniem tranzystora?

Niestety łatwo gotowych schematów na zawołanie nie znajdę, choć tak działają przetwornice jakie skonstruowałem dla jachtu. Zasilane są napięciem z ośmiu ogniw NiMH w rozmiarze "D" z tym że ta oświetlająca kabinę jest obniżająca i zasila dwie równolegle połączone łańcuchy z dwiema białymi diodami LUXEON K2 w każdym. Przeciwnie, przetwornica zasilająca trzy szeregowo połączone lampki oświetlenia nawigacyjnego z diodami czerwonymi, szmaragdowymi i białymi jest podwyższająca bowiem wymagane jest tutaj napięcie ponad 40V.

Jeśli dobrze rozumiem to podobna idea do tej znajdującej zastosowanie w popularnych sterownikach typu UC3842, tzw. current mode controlers. Sterownik monitoruje prąd tranzystora za pomocą rezystora w obwodzie źródła i wyłącza tranzystor, gdy prąd przekroczy określoną wartość, która z kolei zależy od wyjścia wzmacniacza błędu w pętli stabilizacji napięcia

ZTCP właśnie tak jest w przypadku przetwornicy podwyższającej, z tym że sygnałem zwrotnym jest spadek napięcia na rezystorze połączonym w szereg z lampkami, chodzi bowiem o stabilizację prądu LED-ów. Wytworzony sygnał błędu oddziałuje na komparator, kontrolujący bezpośrednio prąd klucza. Prościej zrealizowana jest przetwornica obniżająca: tam wystarczy kontrola samego tylko prądu klucza, bowiem prąd LEDów jest w bardzo dobrym przybliżeniu równy połowie wartości szczytowej prądu klucza: znów dzięki krytycznemu trybowi pracy. Za komparatory służą wzmacniacze operacyjne LM201H bez kompensacji częstotliwościowej. Są dużo szybsze od LM393 oraz zdolne do pracy przy niższych napięciach wejściowych w porównaniu z LM311 (poczynając od zera, co prawda względem "+" a nie "-" zasilania), co pozwala zmniejszyć straty mocy w rezystorze próbkującym prąd klucza.

Zaletami takiego rozwiązania są "darmowe" ograniczenie maksymalnego prądu tranzystora na przykład w przypadku zwarcia

A to jak najbardziej. Można wręcz przyjąć że nawet goły, autonomiczny generator samodławny jest odporny na zwarcie wyjścia: tranzystor pyknie sobie raz na jakiś czas po czym będzie długo trwał w stanie zatkania. Pobaw się symulacjami, to sam się przekonasz! Oczywiście, rozwarcie wyjścia będzie dla niego zgubne jeśli nie zastosuje się napięciowego sprzężenia zwrotnego blokującego generator w razie nienormalnego wzrostu napięcia (wystarczy w tym celu użyć umiejętnie włączonej diody Zenera; tak jest zabezpieczona przetwornica dla lampek nawigacyjnych na wypadek oberwania się długich przewodów sięgających dziobu i rufy) albo też uzwojenia zwrotnego.

Wadą natomiast konieczność wyprzedzającej (feed-forward) kompensacji, gdy wypełnienie przekracza 50%, inaczej przetwornica może wpaść w oscylacje subharmoniczne.

To może w przypadku scalonych sterowników i pracy w trybie ciągłym. Przetwornice oparte na generatorze samodławnym pracującym w trybie krytycznym z zasady pracują przy wypełnieniu grubo ponad 50% (mam tu na myśli czas przewodzenia klucza) i wielkich trudności ze stabilnością napięcia na wyjściu nie obserwowałem. Praca z wypełnieniem >>50% pozwala lepiej wykorzystać możliwości tranzystora. Byle tylko napięciowo wytrzymał. W zamian za to mniejsza jest przekładnia, np. na potrzeby lamp NIXIE

Za to z tych oscylacji można napisać doktorat, bo są one chaotyczne w matematycznym tego słowa znaczeniu. W internecie jest sporo prac z rozrysowanymi bifurkacjami i innymi takimi. Ciekawie też wyglądają na oscyloskopie... dopóki, z któregoś z elementów nie uleci magiczny dym

Dlatego też brzydzę się zasilaczami wykazującymi ten mankament. Generator ma równo i miarowo bzyczeć, jak latająca swobodnie mucha, a nie bzdyczeć jak wtedy gdy wpadnie w pajęczynę i pająk ją pęta
Co zaś do przetwornicy dla lamp Nixie - niestety nie zdążyłem już odrysować jej schematu z natury. Byłoby to zresztą bardzo trudne, bowiem płytka na której ją zmontowałem wchodzi w skład wafelka:

Potwierdziło się jednak że to elementarnie prosta konstrukcja. Jest tylko jeden tranzystor: BD284. Taki sobie pod względem częstotliwościowym, ale zawsze co 7 to nie 3MHz. Dolna płytka "wafelka" zawiera tranzystory BC211 i BC313 oraz układy scalone wyglądające na LM304 i LM305, znaczy że ta przetwornica dostarcza też napięć symetrycznych (chyba +/-6V) na potrzeby wzmacniaczy sygnałów analogowych (uA733).
Proponuję więc w tej sytuacji ograniczyć się chwilowo do przetwornicy dostarczającej tych 100V z okładem na potrzeby Nixie, i stworzyć ją od nowa w symulacji. Jesteś gotów na taką współpracę? Dzięki temu szybciej się nauczysz niż dostając gotowy projekt na talerzu. Ale jest już późno, więc chyba dopiero jutro.

[Tomek Janiszewski]

Na początek może propozycja takiego oto punktu wyjścia, najpierw do symulacji, potem - do wykonania w realu:

Prostszego przykładu chyba niedasie przytoczyć. Może to służyć do podwyższania napięcia z +5V (oczywiście nie musi być dokładnie tyle) do napięcia jakiego wymaga obciążenie, chociażby łańcuszek LEDów o łącznym napięciu 12V (zamodelować można go pojedynczą diodą Zenera dołączoną do wyjścia) lub dowolnym innym, byle było większe od napięcia zasilającego a mniejsze od napięcia przebicia wyjściowego elektrolitu. Rezystor (tutaj 4,7k) określa prąd bazy przekładający się na maksymalny prąd w kolektorze a ten z kolei - na prąd w obciążeniu, kondensator 1n przyspiesza przełączanie tranzystora; w symulacji wyszło że 10n to już trochę za dużo w wyniku czego generator nie pracuje w trybie krytycznym. Transformator - o parametrach podanych na rysunku, w realu można spętać go np. na kubkowym rdzeniu ferrytowym ze szczeliną, musi wytrzymać bez nasycenia prąd tak ze 150mA, oczywiście im większy tym lepiej, będzie bardziej uniwersalny. Jak już opanujesz ten szkieletowy układ przetwornicy - będzie można pomyśleć o jego rozbudowie: dołożeniu uzwojenia podwyższającego na potrzeby lamp NIXIE, uzwojenia zwrotnego zapobiegającemu zniszczeniu tranzystora, elektrolitu na wyjściu oraz diody prostowniczej w razie odłączenia obciążenia, dodania komparatora kontrolującego bezpośrednio prąd emitera (albo też prąd w uzwojeniu kolektorowym) i wymuszającego zatkanie tranzystora po przekroczeniu zadanej wartości, etc. Powodzenia!

[Tomek Janiszewski]

Wyjaśnienia wymaga jeszcze rola diody Zenera w zasilaniu bazy. Otóż jest ona diodą Zenera (a nie diodą impulsową w rodzaju 1N4148) jedynie dlatego że ta ostatnia cechuje się zbyt niskim napięciem w kierunku przewodzenia, co uniemożliwiłoby start przetwornicy. Nie musi ona mieć dokładnie 10V, inne diody Zenera też posiadają napięcie przewodzenia na tyle wysokie, że część prądu dostarczanego z zasilania przez rezystor popłynie do bazy a szum lub zewnętrzny impuls elektromagnetyczny dzięki sprzężeniu zwrotnemu wytrąci przewodzący tranzystor ze stanu równowagi. W działającym układzie ta dioda nigdy nie ulega przebiciu: jest zatkana niewielkim napięciem wstecznym podczas przewodzenia tranzystora, natomiast przewodzi gdy tranzystor ma ulec zatkaniu, domykając obwód dla impulsu polaryzującego bazę w kierunku wstecznym.

[Tomek Janiszewski]

Jakoś nie ma odpowiedzi. Dla zachęty zatem pokażę co jeszcze potrafi taki elementarnie prosty układ. Jak wykorzystać go w roli przetwornicy odwracającej jest oczywiste. Wystarczy w tym celu przenieść z minusa na plus masę, obciążenie oraz wyjściowy kondensator filtrujący:

Tym razem napięcie na obciążeniu może być zarówno mniejsze, jak i większe (co do modułu) od napięcia zasilającego. Można zatem zasilić z tej przetwornicy zarówno pojedynczą białą diodę LED, jak i łańcuch dwóch, trzech a nawet 4 i więcej. Trzeba tylko pilnować aby złącze baza - emiter nie uległo przebiciu, i w razie potrzeby zmniejszyć przekładnię z kolektora na bazę. I oczywiście, jak i w poprzednim przypadku dobrać rezystor dostarczający prądu do bazy aby uzyskać wymagany prąd w obciążeniu. Nietrudno się przekonać że przetwornica w tej konfiguracji jest odporna za zwarcie, mimo że płynie wówczas duży prąd wyjściowy. Za to prąd zasilania maleje w tych warunkach wydatnie. Natomiast praca bez obciążenia jest, podobnie jak i poprzednio - niedopuszczalna.
Zaskakująca może natomiast wydawać się możliwość wykorzystania tego układu także w roli przetwornicy obniżającej (Step-down). I w tym wypadku wystarczy kilka prostych przełączeń:

Tym razem napięcie na obciązeniu powinno być mniejsze od napięcia zasilającego, przy czym obydwa są tym razem ujemne. Rezystor bazowy może być dołączony zarówno do masy lub do wyjścia (jak na rysunku). To ostatnie pozwala zmniejszyć straty. Jedynie przy małej różnicy napięć korzystniejsze może okazać się połączenie go z masą. Warto przy tym zwrócić uwagę że ta konfiguracja jest odporna zarówno na zwarcie, jak i brak obciążenia; w tym ostatnim wypadku generator po prostu nie otrzymuje zasilania.
Podoba się?