Svetelektro.com

Svetelektro.com

Meno:
Heslo:

Laboratorní zdroj - 1. část

Kategória: Silové časti | 12.02.2016 | Autor: ok2jnj 

V sérii článků, se spolu s kolegou Michalem OK2HAZ, budeme věnovat popisu naší práce při stavbě laboratorního zdroje, řízeného jednočipovým mikropočítačem.
Michal se věnuje spíš hardwarové stránce, já budu popisovat většinou programování. Seriál článků jsme zahájili s tím, že prototyp sestavený na začátku roku 2015 funguje. Takže je velká naděje, že dojdeme do konce. I když zatím jsou to jen desky plošných spojů, které leží na stole bez krabičky a bez barevného displeje. Během stavby bylo potřeba opravit několik chyb, které jsme při přemýšlení a kreslení udělali.



V současné době používám dvojitý zdroj s regulátorem MAA723 a digitálními měřidly osazenými převodníky ICL7107. Stavěl jsem jej po maturitě, někdy v devadesátých letech minulého století. Při stavbě nového zdroje bychom se chtěli s parametry zdroje dostat o kus dál, odstranit tyto nedostatky starého zdroje:
 
  • Napětí bude možné regulovat od několika desetin voltu, do 50V. MAA723 umožňuje regulaci přibližně od 2V do max. napájecího napětí stabilizátoru 35V.
  • Proud bude možné regulovat od jednotek miliampér do 5A. Bude použit dost velký chladič a přepínání sekundárních vinutí výkonového transformátoru, aby nedocházelo k přehřívání.
  • Přechod mezi zdrojem napětí a proudu bude strmý, kmitání v režimu zdroje proudu bychom chtěli omezit na jednotky milivolt.
  • Kmitání a šum v režimu zdroje napětí na výstupních svorkách snížit na jednotky milivolt.
  • Mikroprocesor umožní komfortní ovládání prostřednictvím rotačních kodérů.
  • Nelinearita použitých obvodů bude kompenzována softwarově.
  • Bude možno vypočítat a na displeji zobrazit doplňující údaje, výkon, průměry naměřených hodnot atd.
  • Zdroj řízený procesorem bude možno naprogramovat do režimu nabíječka akumulátorů – VA charakteristiky, detekce nabití.
  • Procesor bude schopen zaznamenávat průběh napětí, proudu, případně teplot při dlouhodobějším měření.
  • Program procesoru bude schopen vytvořit pulsy různých tvarů.

Při návrhu analogové části jsme pro inspiraci použili schéma z diskuse na serveru svetelektro.com. V diskusi je spousta nápadů, ale není zřejmé, jak to celé dopadlo. My zkusíme vzít pro začátek zapojení a postupně ho zpracovat do něčeho, co bude fungovat. Zapojení jsme vybrali hlavně proto, že DA převodníky mají společnou zem, takže je možno použít dvoukanálový DA převodník. Jeden kanál převodníku řídí napětí, druhý proud. Dalším důvodem k volbě tohoto zapojení je to, že výstupní napětí může být vyšší, než napájecí napětí operačních zesilovačů. Nevýhodou použitého zapojení je způsob měření proudu.
 
Zdroj bude sestavován dle aktuální dostupnosti součástek a hlavně našich vědomostí kolem nich. Zařízení je amatérskou stavbou, kde chceme vyzkoušet naše schopnosti při návrhu hardware, odladění regulačních smyček a programování uživatelského rozhraní. Série článků není chápána jako stavební návod, spíš jako stavební deník s popisem nápadů a chyb které stavbu provází. Přitom je potřeba práci na zdroji začlenit do pracovních a rodinných povinností, takže to nepůjde tak rychle jako výrobky na střední škole. S návrhem jsme začali v roce 2013 a na konci roku 2015 jsme ve fázi funkčního vzorku – propojené desky na stole, bez krabičky. Dokončení bude trvat ještě několik let. Na druhé straně nemáme finanční rozpočet omezený tolik, jako na střední škole.
 
Při úvahách o ceně součástek, hlavně použitých DA převodníků, procesoru a displeje jsme postupovali následovně: Cena víceotáčkového potenciometru pro řízení napětí je srovnatelná s cenou 16-ti bitového, dvojkanálového DA převodníku. Měřidla a displeje by byly potřeba i při analogovém řešení zdroje. Takže cenový rozdíl námi použitého digitálního řízení ve srovnání s řízením čistě analogového zdroje je tvořen pouze cenou procesoru a TFT displeje.
 
Plánované parametry a myšlenky vedoucí k použitému řešení
 
Dva navzájem galvanicky oddělené zdroje zabudované do jedné skříňky. Analogové části zdrojů budou osazené na dvojici stejných desek pl. spojů. Deska bude navržena tak, aby maximální použitelné parametry byly 50V / 5A. Konkrétní parametry budou určeny podle použitého transformátoru, výkonových prvků osazených na desce, rezistorů napěťových děličů a proudového bočníku.
 
Velký maximální výkon zdroje vybízí k použití pulsní předregulace. Přinutit pulsní regulátor k práci v tak velkém proudovém a napěťovém rozsahu, jak má mít navrhovaný zdroj je velmi obtížné. Proto jsme se rozhodli, že použijeme pouze lineární regulaci řízenou DA převodníkem. Úspory ztrátového výkonu na chladiči výkonových tranzistorů dosáhneme pomocí přepínání dvojice vinutí na transformátoru.
 
Zdroj bude řízen osmibitovým procesorem řady ATmega. Budou použity 16-ti bitové externí AD a DA převodníky. V některých zapojeních, dostupných na internetu, je regulační smyčka napětí a proudu realizována procesorem. Ten musí mít velký výkon, aby bylo možné dosáhnout rychlé reakce na změnu zátěže. V našem zapojení bude regulace řešena operačními zesilovači, AD převodníky budou použity pouze pro měření.
 
Analogová část zdroje bude sestavena z precizních operačních zesilovačů, nebude použit hotový regulátor. Bude použito takové zapojení, aby bylo možno regulovat větší rozsah napětí, než je maximální napájecí napětí OZ. To přináší nutnost mít pomocné vinutí na silovém transformátoru. Pomocné vinutí bude napájet nejenom operační zesilovače, ale i digitální obvody a relé, takže tam stejně musí být.
 
Nyní je několik možností jak sestavit řízení zdroje:
 
a) Jeden procesor na řídící desce s displejem a ovládacím panelem. Pokud mají být dva zdroje galvanicky oddělené, je nutné galvanické oddělení AD a DA převodníků, nebo použít převodníky které mají integrované galvanické oddělení. Toto řešení klade velké nároky na program procesoru. Časově náročné úkoly, např. tvorba střídavého napětí programem procesoru bude obtížné kombinovat s programem uživatelského rozhraní přístroje.
 
b) Jeden procesor na řídící desce s displejem a ovládacím panelem. Galvanické oddělení jeho sériové linky, která komunikuje s pořízenými procesory na analogových deskách zdroje. Cena dalšího procesoru řady ATmega není moc velká a bude stačit dvojice optočlenů pro každý zdroj. Výhodou je rozložení programované úlohy mezi několik procesorů, které nemusí mít velký výkon.
 
c) Na každé desce zdroje mikroprocesor včetně připojení displeje, rotačních kodérů a uživatelského rozhraní. Vlastně dva na sobě nezávislé zdroje v jedné skříňce. Toto řešení vyžaduje příliš mnoho místa na ovládacím panelu skříňky a cena je zvýšena potřebou dvojice displejů, které chceme ve finální verzi zdroje použít barevné.
 
Zvolili jsme druhou možnost, takže ve zdroji budou tři procesory na společné sériové lince. Každá analogová deska bude osazena dvojicí optočlenů, které galvanicky oddělí oba zdroje i řídící desku navzájem. Procesor na řídící desce bude v režimu Master a dva budou na jeho sériové lince připojeny v režimu Slave.




V blokovém schématu chybí druhá analogová deska. Bude stejná, připojená paralelně na sériovou linku. Schéma zobrazuje hlavní části zdroje a princip práce regulátoru napětí a proudu. V následujících řádcích popíšu princip práce jednotlivých obvodů analogové části zdroje tak, jak byla testována na modelu v programu LTspice a potom sestavena na univerzální desce plošných spojů. Problémy s jednotlivými součástkami reálného zapojení budou průběžně popisovány v článku o měření. Součástky v modelu jsou vybrány z aktuální knihovny LTspice, neodpovídají realitě. Cílem je, ověřit základní principy a najít potenciální problémy.



Napájecí transformátor V1 bude mít v reálném zapojení odbočku přibližně v polovině vinutí. Ta bude připojována pomocí relé. V diskusi je zmiňována možnost připojování pomocí triaků, možná by to stálo za testování a hraní si. Ale nemůžeme si hrát se vším, příliš bychom oddalovali dokončení stavby. Takže mnoho věcí ve zdroji bude kompromisem, nebo řešením navrženým podle aktuálních vědomostí.
 
Regulovaný výkon je kvůli lepšímu rozvedení tepla po chladiči rozdělen do čtveřice výkonových tranzistorů. Tranzistory v zapojení se společným kolektorem pracují jako zesilovač proudu. Jsou napájeny dvojicí tranzistorů Q5 a Q6 pro dosažení většího zesílení. Tranzistor Q7 slouží jako proudová ochrana výkonových tranzistorů. Začne se otevírat, když je na rezistorech R1 – R4 cca 0,5V a tím omezí proud do báze tranzistoru Q6.
 
Proud pro bázi tranzistoru Q6 je získáván z pomocného zdroje V3, přes rezistor R15. Zem pomocného zdroje je spojena s kladnou výstupní svorkou zdroje, takže k otevírání výstupních tranzistorů není potřeba moc velké napětí. Regulované napětí může být mnohem větší, než je mezní napájecí napětí použitých operačních zesilovačů. Proud do báze Q6 je řízen součtem proudů z operačních zesilovačů.
 
Diody D6 – D9 chrání vstupy zesilovače, kondenzátor C5 zrychluje reakci regulátoru, ale způsobuje rozkmitávání. Rezistor R20 je plánován pro čtyřvodičové měření napětí – nakonec nebylo použito.
 

Regulátor napětí

Operační zesilovač U1 řídí výstupní napětí zdroje. Jde o diferenciální zesilovač, který se snaží svým výstupem dosáhnout rovnováhy na svých vstupech: když je rozdíl napětí na vstupech kladný, napětí na výstupu se zvyšuje. Když je rozdíl na vstupech záporný, na invertujícím vstupu je větší napětí, než na neinvertujícím, napětí na výstupu se snižuje. Napětí na výstupu se ustálí v okamžiku, kdy je na obou vstupech stejné napětí.
 
Na invertující vstup je připojen kladný pól zdroje, v následující úvaze 0 voltů. Na kladný vstup operačního zesilovače je přivedeno napětí ze záporné svorky zdroje přes R21 a napětí z referenčního zdroje přes R19. Odpor rezistorů je v poměru 10/1. Takže když na referenčním zdroji V2 (v reálném zapojení potenciometr nebo DA převodník) bude např. 1,2V, operační zesilovač začne zvyšovat napětí na svém výstupu. Napětí bude zesíleno výkonovými tranzistory a začne růst napětí na svorkách zdroje. Pro naši úvahu začne klesat napětí na záporné svorce zdroje vůči potenciálu 0V na kladné svorce. Záporné napětí z R21 bude vyrovnávat kladné napětí z R19. Zapojení se ustálí ve stavu, kdy poměr napětí bude stejný jako poměr odporů, to je +1,2V / -12V. Na výstupních svorkách bude 12V a na obou vstupech operačního zesilovače bude 0V. Zdroj se ustálí. Pokud se zvýší odběr proudu ze zdroje, zvedne se napětí na kladném vstupu operačního zesilovače, který odchylku zesílí a zvýší proud do báze Q6. Zdroj se znovu ustálí na 12V.
 
Operační zesilovač svým výstupem velmi rychle reaguje na změny které jsou na jeho vstupech. Výkonové tranzistory jsou mnohem pomalejší, takže se regulační smyčka rozkmitává. Kmitání je omezováno zápornou zpětnou vazbou, to je kondenzátor C6. Ta ale zpomaluje rychlost reakce obvodu na změnu odběru proudu. Takže je nutno volbou kondenzátorů hledat kompromis mezi kladnou a zápornou zpětnou vazbou zesilovače tak, aby byla rychlost reakce co největší a přitom se obvod nerozkmital.

 

Regulátor proudu

Výstupní proud je sledován na rezistoru R24. Napětí z něj je zesilováno operačním zesilovačem U2. Tady je velké téma k diskusi, jak obvod zapojit. Použít speciální obvod určený k měření na bočníku, nebo operační zesilovač s pevně nastaveným zesílením? My se rozhodli použít zapojení s obyčejným precizním zesilovačem. No a kolem něj vybrat dvojice rezistorů se stejným odporem (dvojice R25, R26 a dvojice R27 a R28). Ve starém zdroji s MAA723 to bylo zdrojem velkých problémů, tehdy jsem použil uhlíkové rezistory. Tady budou použity metalizované SMD rezistory, takže by mělo být možné dosáhnout dobrých parametrů.
 
Operační zesilovač U3 je zapojen jeko komparátor. Porovnává napětí z bočníku R24 s napětím z reference V6 (v reálném zapojení potenciometr nebo DA převodník). Pokud je na referenci V6 nastaveno větší napětí, než jde ze zesilovače U2, bude na výstupu komparátoru U3 kladné napětí. To neprojde přes diodu D11, takže stav zdroje je ovlivňován jenom regulátorem napětí – obvod je ve stavu „zdroj napětí“.
 
Když je ze zdroje odebírán větší proud než odpovídá hodnotě nastavené na referenci V6, bude na výstupu komparátoru U3 záporné napětí. To projde přes diodu D11 a začne zavírat výkonové tranzistory. Napětí na výstupních svorkách klesne a proud bude odpovídat tomu, co je nastaveno na referenci V6. Obvod je ve stavu „zdroj produ“. Problém je, že tohle se bude rozkmitávat ještě víc, než napěťový regulátor. Jako blokovací kondenzátor je použit C9.

 

Zapojení na univerzální desce plošných spojů

Použil jsem zesilovače OP07, bez chladičů nebudu zkoušet moc velkou zátěž. Rozkmitávání napěťového regulátoru způsobuje šum 30mV na výstupních svorkách. Proudový regulátor kmitá 200mV při zátěži 100mA. Celkově to na nic není, odpory ve zpětných vazbách šumí. Prototyp analogové části zdroje bude na oboustranné desce plošných spojů a budou použity SMD rezistory. Takže šum obvodu by měl být mnohem menší.
 

 

Závěr

S použitým zapojením dle modelu v LTspice by mělo být možné dosáhnout očekávaných parametrů:
  • Regulace napětí 16-ti bitovým převodníkem po 1mV od minimálního nastavitelného napětí 100mV do 50V nebo podle použitého trafa.
  • Regulace proudu 16-ti bitovým převodníkem po 1mA s tím, že pomocí relé budeme přepínat zesílení obvodu U2 a tím se dostaneme k lepší citlivosti.
  • Kmitání operačních zesilovačů je možno blokovat navrženými kondenzátory + přidat kondenzátor mezi vstupy OZ.
  • Pomocí relé přepínat kapacitu výstupního filtru C7. Pro proudy řádu miliampér by měl mít kapacitu 1μF, jinak zdroj v režimu proudu nebude dost rychlý.

 

09.12.2009

ZVS flyback driver

 23329   35  Hodnotenie: 4.7Hodnotenie: 4.7Hodnotenie: 4.7Hodnotenie: 4.7Hodnotenie: 4.7

30.10.2009

Dvojitý laboratórny zdroj

 84564   97  Hodnotenie: 4.5660377358491Hodnotenie: 4.5660377358491Hodnotenie: 4.5660377358491Hodnotenie: 4.5660377358491Hodnotenie: 4.5660377358491

21.12.2011

Symetrický zdroj s LM317 a LM337

 18529   19  Hodnotenie: 4.4285714285714Hodnotenie: 4.4285714285714Hodnotenie: 4.4285714285714Hodnotenie: 4.4285714285714Hodnotenie: 4.4285714285714

Priemerné hodnotenie: 4
Hlasov: 1

Veľmi dobrý

Zvoľte počet hviezdičiek:
Vynikajúci
Veľmi dobrý
Dobrý
Priemerný
Zlý



Za obsah komentárov je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.

Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: jenda23 - 12.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu) http://jendaelektro.ic.cz
Chlapi vy mi snad čtete myšlenky, stejnou koncepci tu mám někde v PC nahrubo rozkreslenou (ještě když bylo dost času) jen se složitějším regulátorem maličko. Budiče koncových trandů napájím teda zdrojem konstantního proudu. Co se týče odezvy na pojistku a kmitání v některých složitějších zdrojích jsem to viděl vyřešené tak že ještě před bočníkem byl zapojen obvod, který držel určitý poměr výstupní napětí/proud a tím zaručoval že zdroj nikdy nepojede naprázdno a regulátory budou vždy pracovat do určité zátěže. Jinak nevím jestli by nebylo vhodnější použít AD s větší mrozlišením... ono měřit se stejným rozlišením jako DAC není uplně dobré podle mě. Já jsem měl v plánu 16b DAC a 24b ADC. Jenže tam už přestává být sranda... jelikož udělat měření tak aby bylo použitelných alespoň 22 bitů je už na solidní chvíli hraní... bočník bych použil určitě beindukční... a třeba velice negativně se mi projevila přílišná rychlost osazených OZ, teď už přesně neřeknu typ, ale byly to poměrně solidní a také drahé oz od TI. Tenkrát jsem si ještě říkal čím rychlejší tím lepší...prd velebnosti. Stejně to tpak člověk tluče do země páč je z toho oscilátor. Co se týče komunikace mezi procesory jsem měl v úvahu SPI, s tím že by každý modul měl svou adresu a identifikoval by se automaticky, včetně svých poruchových stavů, správy energie ve zdroji, řízení chlazení atd... toť asi pár poznatků

Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: jenda23 - 12.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu) http://jendaelektro.ic.cz
PS ještě se těším na popis vlastní regulační smyčky. Mohl bych se, ač trošku předčasně, jakou metodou máte v plánu realizovat regulační smyčku? Má teze byla taková, že procesor by si po zapnutí přesně známou referencí nalaibroval ADC převodníky ve dvou bodech. A to 0V a referenční hladina. Pak by si nakalibroval zdroj a to napětím 0V polovinou rozsahu a plným rozsahem. Dle toho by upravil konstanty pro přepočet zadání parametrů. Následně by pak krom vlastní regulační smyčky realizované operačními zesilovače prováděl korekce sám. Zjednodušeně kdybych mu zadal 10V. MCu by poslal do DAC vypočtenou hodnotu které by mělo odpovídat 10,00V a pak by dejme tomu čekal 100ms na ustálení hdnoty a když by zjistil že má na výstupu 9,97V tak by s krokem třeba 50ms provedl postupnou korekci, tak aby napětí dosáhlo požadované hodnoty. Stejně tak s proudem, s tím že před každou korekcí by zjistil v jakém režimu se zdroj nachází. Nevím jaké přesnosti se dá dosáhnout jen slepým zadáváním hodnot do DAC, ovšem na druhou stranu je otázkou co udělají s obvodem dva regulační zásahy. A to zásah operačních zesilovačů, který je velice rychlý a následně zásah procesoru. Toto jsem neměl příležitost v praxi vyzkoušet...
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: OK2HAZ - 14.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu) http://muzeum.elektronek.cz
 
Děkujeme za reakci. Při teoretickém návrhu jsme o kalibraci uvažovali podobně. V praxi se ukázalo, že zapojení je vůči měřidlu U8842 při stálé teplotě stabilní, kalibrace, nebo jiné zásahy do DA převodu jsou zbytečné. Co se nastaví na DA převodníku, to U8842 naměří. Parametry se posouvají lineárně spolu s teplotou, tu měříme a rovnice budeme umět upravovat podle teploty. Problematice se budeme věnovat v článku o měření statických a dynamických parametrů.

Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: niki31 - 13.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Podľa mňa dosť ambiciózne nastavené podmienky. Regulácia po 1mV a 1mA, nemám predstavu kde by som použil takúto jemnosť regulácie. Teším sa na riešenie kompenzácie tepelného driftu. Je jasné že R24 bude musieť byť v špeciálnom prevedení inak nebude možné dosiahnuť požadovanú stabilitu.
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: ok2jnj - 15.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Jemnou regulaci většinou nepoužijeme, rozlišení převodníků by mohlo být menší. Ale chtěli jsme získat praktické zkušenosti při návrhu a programování obvodu s tak velkým rozlišením.

Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: a747093 - 13.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Vážený páni OK2KNJ a OK2HAZ, předně si cením vaší snahy o stavbu napájecího regulovatelného zdroje řízeného procesorem a jsem rád, že konstrukci učiníte veřejně dostupnou pro další konstruktéry. Chtěl bych však upozornit na některá fakta a poprosit vás o velmi důkladné zamyšlení se nad konstrukcí vašeho zdroje. Konstrukce běžného lineárního zdroje 30V 3A bez předregulátoru (nebo aspoň přepínání několika odboček transformátoru) je poněkud odvážná co do náročnosti chlazení - potom konstrukce zdroje 50V 5A je musí být zákonitě přímo šílená, néli nemožná na zhotovení. Připadá mi, že si poněkud neuvědomujete, do čeho se pouštíte. Jednoduchá analýza problému: Pro správnou funkci takového zdroje by bylo vhodné volit sekundární napětí transformátoru tak, aby při minimálním normou povoleném napětí v síti (-5% či -10% krátkodobě) bylo na filtrační kapacitě vždy dostupné napětí alespoň nějakých 56V (saturační napětí výkonové části vypadá býti někde v okolí 3V). Z toho vyplývá, že nominální sekundární napětí transformátoru by mělo být asi 47V~. V síti se však může vyskytovat přepětí až 10%, v daném případě by napětí na filtraci naprázdno bylo přes 72V, po zatížení by padalo někam poblíž 65-67V. V případě, že neplánujete předregulátor ani přepínání odboček transformátoru, doopravdy si myslíte, že jste schopni odchladit přes 300W tepla, při zkratu na výstupu zdroje? I kdyby se vám to povedlo (nepovede, viz dále), je to nesmysl hraničící s šílenstvím. Ve schématu vidím koncové tranzistory 2N3055. Ponechme nyní stranou fakt, že tyto tranzistory jsou často (né-li vždy) k dostání ve velmi nedostatečné kvalitě, neodpovídají katalogovým údajům a zaměřme se nyní jen na kontrolu údajů katalogových. Budeme tedy předpokládat, že tranzistory katalogové údaje budou splňovat. Jak vidíme, napětí Ucer těchto tranzistorů je 70V. (Na filtraci můžeme mít v krajním případě i přes 70V a už jen to musí rozsvítit červený maják na poplach.) Při zkratu na výstupu zdroje poteče tranzistorem 1,25A. Podíváme-li si na pracovní oblast tranzistoru, vidíme, že graf končí 60V a 0,8A. A to ještě při 25°C na čipu tranzistoru. Nemá smysl dále rozebírat aspekty tepelné bilance návrhu hlazení, neboť je poměrně jasné, že i kdyby uvedené tranzistory dané podmínky snesly elektricky, z pouzdra TO3 nějakých až 80W nedostaneme, na izolační (např slídové) podložce už ani omylem. Reálná hodnota maximálního odchladitelného výkonu pro TO3 pouzdro je asi tak 50W a to bez izolační podložky, s dobrým tepelným kontaktem a chladičem drženým na dostatečně malé teplotě, což se nám v létě ve vypečeném bytě kde je 35°C bude dařit opravdu jen stěží. Takovýto návrh výkonové části zdroje je zkrátka naprosto nedostačující. Velmi vážně je také při návrhu třeba brát bázové budící proudy tranzistorů. Ve schématu ze spice simulace vidím jako budič 2N3904 - ddoufám, že se jedná pouze o překlep. U výkonových tranzistorů tohoto druhu může být proudový zes. činitel až pouhých 20x, tzn pro 5A výstupního proudu musíme počítat s budícím proudem až 0,25A. Tomu musí být odpovídajícím způsobem volen budící tranzistor a jeho chlazení. (s velkou pravděpodobností by se N-tice výkonových konců musela budit ještě jedním výkoňákem téhož typu). Důrazně však doporučuji vyvarovat se konstrukce takovéhoto zdroje bez předregulátoru, nebo bez přepínání mnoha (tj minimálně 4!) sekundárních napětí transformátoru. Výkonová část zdroje (převzatá z jiného) obsahuje nedostatečnou ochranu před cizím napětím připojeným na svorky vypnutého zdroje. Dioda D13 není ochrana dostatečná. Je nutné také ochránit přechody BE všech tranzistorů v reverzním směru a proudovou cestu skrze R14 proudově limitovat. Teprve potom bude zdroj bezpečný provozu a při případné poruše některého z výkonových tranzistorů nedojde k fatální destrukci veškeré řídící elektroniky, do které by jinak přes R14 vlítlo plné tvrdé napětí z filtrace. (Dioda D5 je takovým náznakem této ochrany, avšak zapojená na nevhodné místo a chránící pouze Q7). Neposlední řadě bych zmínil, že změna výstupní kapacity zdroje pomocí relé je poměrně záludná záležitost, která může jednak způsobit komplikace se stabilitou zdroje, nemluvě o ničení kontaktů relé. To že je zdroj stabilní s kapacitou 47uF rozhodně neznamená, že takový bude jen s 1uF. Velmi pravděpodobně se rozkmitá a použité druhy kompenzací pravděpodobně nebudou stačit a bude vyžadováno provedení komplexnější analýzy stability. Taktéž řešit přepínání zisku proudových (či napěťových) zesilovačů pomocí relé je velmi neefektivní a problematické. S mnohem větší výhodou lze užít vhodného zapojení analogových multiplexerů. Tím spíš, že se zapojení snaží přiblížit moderním designům přístrojové elektroniky. Pozor na zapojení U2, pakliže R28 má k sobě paralelně kapacitu C12, totéž musí být u R27, jinak se zkompromituje značným způsobem potlačení souhlasné složky tohoto rozdílového zesilovače, pro střídavé signály. Omlouvám se za malý rozbor. Není rozhodně kompletní ani vyčerpávající, pouze můj osobní názor na poměrně rozsáhlou konstrukci. S pozdravem, Hinsi
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: a747093 - 13.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Pardon, nepozorně jsem četl. Píšete o jedné odbočce uprostřed sekundáru. To je nedostatečně málo. Aby byla konstrukce dostatečně robustní, je potřeba mít napěťové hladiny alespoň 4, lépe více, aby se celkový ztrátový výkon na chladiči držel pod asi 50-70W, což jsou ještě v praxi chladitelné rozumné výkony. Komerčně vyráběné zdroje 30V 5A využívají 4 napěťové hladiny z poměrně dobrých důvodů. Na 50V rozsah zdroje, bych očekával odboček třeba 6 (odhaduji 3 relé). (Při řízení mikropočítačem to nemůže být problém. Je však potřeba zajistit bezpečnost, aby při nefunkčnosti mikropočítače napětí odboček padlo na nejnižší hodnotu.) Spínání sekundárů triaky není vhodné, neboť díky poměrně nízkému účiníku grätzova můstku (odhaduji že bude tak 0,6) budou triaky namáhány relativně velkým proudem a budou ve zdroji tvořit další zbytečnou výkonovou ztrátu. Relé je v daném případě mnohem rozumnější variantou. Hezký večer, H.
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: ok2jnj - 15.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Děkujeme za obsáhlé připomínky. Práci na zdroji zveřejňujeme, abychom vyvolali diskusi a shromáždili nápady pro další konstruktéry. V simulaci LTspice jsme řešili kmitání regulační smyčky, volbou výkonových tranzistorů jsme se nezabývali. V reálném zapojení jsou jiné tranzistory. Výběr součástek, problematika ztrátového výkonu na chladiči a ochranné prvky zdroje budou popsány v další kapitole. Je fakt, že námi zvolené zapojení není schopné dodávat 5A dlouhodobě v celém rozsahu napětí.
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: a747093 - 15.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Můžete mi prosím vysvětlit, jak si představujete simulaci stability zapojení, když ho simulujete s jinými součástkami, než jaké máte ve skutečnosti?

Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: jenda23 - 14.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu) http://jendaelektro.ic.cz
Ahoj Hinsi jsem rád že jsi tu, měl bych jeden takový dotaz, u některých zdrojů jsem viděl že je na výstupu snímán přes proudový transformátor proud tekoucí filtračními kondy na výstupu zdroje. Samozdřejmě že tento proud vzniká pouze při prudší zněmě výstupního napětí (on teda vzniká při každý změně výstupního napětí, to je jasný, ale při velký změně bude ten proud docela razantní, dU/Dt). Tím kompenzují co? Aby nezasahovala porudová pojistka a regulátory se zbytečně nerozhádávali? Díky.
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: a747093 - 14.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Zdravím Jendo, taky tě rád "vidím" :-) Nemám tušení, to co popisuješ jsem nikdy dosud neviděl. Hádám však, že to bude věc vyskytující se u high-end zdrojů, do kterých nemám moc co kecat. Napadá mě jen, že by to mohla být určitá kompenzace pro zlepšení odezvy zdroje na skokovou změnu zátěže. Jinak mě nic lepšího nenapadá. Kdyžtak prosím do mailu, ten na mě snad máš. H.
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: ok2jnj - 16.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Dobrý den Hinsi, mohli bychom prosím pokračovat v diskusi v e-mailu? ok2jnj@seznam.cz Děkuji.

Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: vpershing - 15.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Hmm neviem či to stoji za to... http://www.gophertc.com/en/32v-5a-adjustable-dc-power-supply Podobná myšlienka tu ale je už dávno http://vwlowen.co.uk/arduino/power-supply/page5.htm alebo http://vyvoj.hw.cz/soucastky/embedded-systemy/mcu/laboratorni-zdroj-rizeny-mikroprocesorem.html ... Problém je že sa to stabilitou a presnosťou regulácie hlavne na rýchle zmeny nevyrovná klasickým analógovým laboratórnym zdrojom. Ale ak má niekto čas, chuť a prostriedky - prečo nie :-)
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: ok2jnj - 15.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Ale to co stavíme a popisujeme je klasický analogový zdroj, viz. blokové schéma i schéma z LTspice. Regulační smyčka je řešena operačními zesilovači, pouze místo potenciometrů jsou použity DA převodníky.
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: a747093 - 15.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Vpershingu, nezlob se na mě, ale uvedené odkazy (vyjma toho prvního) vedou na naprosto dětinské a sprosté konstrukce, kdy jejich autoři asi moc netušili, co dělají, jen měli příliš velké voči. :-)

Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: Jerry19 - 16.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Nebolo by od veci ak by tam bolo aspon prepinanie odbociek z trafka, aby zbytocne nebolo treba mega chladic resp. vetrak a zbytocne aby nebola nizka ucinnost a by sa to menej hrialo... Ked to je zdroj s MCU tak to nie je vobec problem.
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: Jerry19 - 16.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
A pardon. V texte sa to spomina, ze tam odbocka bude. Pozrel som len chemu...
Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: a747093 - 16.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Jedna odbočka je na nic, budou potřeba minimálně 4, lépe 6, aby to bylo v praxi chladitelné a nesloužilo to současně v zimě jako náhrada kamen.

Re: Laboratorní zdroj - 1. část (Hodnotenie: 1)
Od: MiroH - 21.02.2016
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Ahoj, tu je možno na inšpiráciu niečo podobné, ako robíte vy, už riešené. Možno troška pri zemi a s predregulátorom. Je to "iba" 24V/3A. http://www.ianjohnston.com/index.php/projects/57-project-021-home-built-bench-power-supply Možno to poznáte, je tam idea ako oddeliť dva samostatné zdroje. Regulácia je tiež analógová. M.
Autor stránky je Ondrej Závodský(zawin), o graficky design sa stará Ľuboš Fabo(BUFU).

TOPlist

Powered by Copyright © UNITED-NUKE CMS. All Rights Reserved.
Čas potrebný k spracovaniu stránky 0.01 sekúnd