Elektronická záťaž

[villiam]

Zdravím, chcem si postaviť elektronickú zaťaž cca 200w a chcel by som sa opýtať čo poviete na toto zapojenie https://www.vn-experimenty.eu/ostatne-c ... zataz.html Alebo postaviť radšej toto? https://svetelektro.com/phpbb/?phpbb=dm ... 00OTk5MA==
Vďaka

[Dolfi]

V podstate je jedno, čo si postavíš. Najväčší problém sú výkonové trazistory a ich paralelné radenie. Prvé zapojenie je jednoduchšie, (má len jednu funkciu). Druhé zapojenie je komplikovanejšie, (má tých funkcií viacej).

Z pohľadu riadenia výkonových tranzistorov, je serióznejšie prvé zapojenie, (tranzistory nie sú surovo paralelne zapojené). No autor asi trochu nedokáže čítať DS. FET-y IRFP260 nie sú určené pre DC aplikácie, (SOA charakteristiku majú definovanú len pre 10 ms pulzy). Autor predpokladá výkonovú stratu 100 W na tranzistor. Tranzistory sú prichytené cez podložku. Ich tepelný odpor je udávaný 0,45 + 0,24 K/ W + podložka (najlepšia kaptonová 0,15 K/ W ?), spolu 0,85 K/ W. Zo 150 st. C nám zostane 65 st. C na teplotu okolia a chladič. Podľa mňa, udávaná teplota tranzistora 80 až 100 st. C je viac, ako problematická.
Len tak "námatkou", ako vhodný tranzistor môže byť napríklad tento: https://www.tme.eu/Document/693986c6372 ... 0X3_HV.pdf . Má definovanú SOA charakteristiku pre DC, výrazne nižšie vnútorné tepelné odpory a samozrejme, výrazne vyššiu cenu.

[ondistef]

Prípadne ak by si chcel ešte viac
Elektronická zátěž 32V/ 10A/ 250W

[jezevec]

Jsem spokojený s touto zátěží, zkušenosti tady.

[villiam]

V podstate je jedno, čo si postavíš. Najväčší problém sú výkonové trazistory a ich paralelné radenie. Prvé zapojenie je jednoduchšie, (má len jednu funkciu). Druhé zapojenie je komplikovanejšie, (má tých funkcií viacej).

Z pohľadu riadenia výkonových tranzistorov, je serióznejšie prvé zapojenie, (tranzistory nie sú surovo paralelne zapojené). No autor asi trochu nedokáže čítať DS. FET-y IRFP260 nie sú určené pre DC aplikácie, (SOA charakteristiku majú definovanú len pre 10 ms pulzy). Autor predpokladá výkonovú stratu 100 W na tranzistor. Tranzistory sú prichytené cez podložku. Ich tepelný odpor je udávaný 0,45 + 0,24 K/ W + podložka (najlepšia kaptonová 0,15 K/ W ?), spolu 0,85 K/ W. Zo 150 st. C nám zostane 65 st. C na teplotu okolia a chladič. Podľa mňa, udávaná teplota tranzistora 80 až 100 st. C je viac, ako problematická.
Len tak "námatkou", ako vhodný tranzistor môže byť napríklad tento: https://www.tme.eu/Document/693986c6372 ... 0X3_HV.pdf . Má definovanú SOA charakteristiku pre DC, výrazne nižšie vnútorné tepelné odpory a samozrejme, výrazne vyššiu cenu.

Z ktorého grafu (Fig 1 až Fig 15) si určil tú charakteristiku? Lebo priznám sa tie grafy sú pre mňa spanielska dedina a nenašiel som zatiaľ nejaké pochopiteľne vysvetlenie.

[Dolfi]

SOA je graf číslo 14, ktorá je pri tomto tranzistore definovaná aj pre DC. Síce je udávaná pre teplotu púzdra 25 st.C, (v aplikácii je určite vyššia teplota púzdra), tým sa plocha SOA zmenšuje, no aj tak sa asi zmestíme napríklad do 1 A x 100 V, alebo 5 A x 20 V, čo je tých predpokladaných 100 W na tranzistor.

Vnútorný tepelný odpor je uvedený na konci popisu tranzistora, (pred popisom S-D diódy), a je udávaný: čip -púzdro max. 0,14 K/ W a púzdro-chladič, (podľa typu púzdra), typicky 0,21 resp. 0,15 K/ W. Výpočet dovolenej výkonovej straty je aj o tepelnom odpore chladiča, (čo nemáme), a prípadne aj o tepelnom odpore izolačnej podložky, ak je použitá.

[villiam]

Namiesto LM 358 by som použil LM324 kde sú 4 OZ. Fungovalo by to takto? A BUZ11 by som mohol nahradiť BUZ111S alebo IXTH80N075L2?

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet ... 075L2.html
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet ... Z111S.html

[StefanST]

To rozšírenie schémy z jedného MOSFETu na tri je vlastná idea, alebo je to odniekadiaľ prevzaté?
Asi takáto úprava nebude fungovať.

Pre rozšírenie na viac záťažových FETov sa skús inšpirovať radšej zapojením podľa https://www.vn-experimenty.eu/ostatne-c ... zataz.html, čo si zverejnil vo svojom prvom príspevku.

[Dolfi]

Neviem či zle vidím, no mne sa tie výkonové tranzistory zdajú zapojené zhodne so zapojením so stránky VN.

A neviem, či mám právo spochybňovať nejaké zapojenie (konštrukciu) keď nie je "kóšer" podľa DS, ak konštruktér tvrdí, že to funguje. Preto chcem svoje predchádzajúce vyjadrenia zobrať späť !

[villiam]

Áno je to prevzaté zo stránky VN a niečo podobné som našiel aj tu v predposlednom príspevku https://svetelektro.com/phpbb/?phpbb=dm ... FydD00MA==

[Dolfi]

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet ... 075L2.html

Zo zvedavosti som si otvoril tento DS, (čo si vybral ty). A krásne je na obr. 13 a 14 vidieť rozdiel v zmenšujúcej sa použiteľnej ploche SOA pri teplote púzdra 25 st.C a 75 st.C, (čo je reálnejšie ku skutočnosti).

A chcel by som ťa ešte upozorniť na výrazne horší tepelný odpor prechodu púzdro-chladič pri púzdre TO220, (zhorší sa chladenie).

[villiam]

Toho som si vedmý, len za cenu dvoch tých FETov čo si vybral ty, by mi vyšli 4 z tých čo by som vybral ja. Zobral by som ich 3ks a v púzdre TO247 čo ma oproti púzdru TO220 menej ako polovičnú hodnotu Rthcs. Ešte by som sa chcel opýtať, či by sa nedalo nejak vypočítať maximálna teplota púzdra aby teplota čipu neprekročila 75°C.
Ďakujem

[Dolfi]

Ak dovolíš, zas trošku školenia. Tepelný odpor (tepelný spád) si môžeš predstaviť ako sériové radenie klasických odporov, ktoré pozostávajú z niekoľkých hodnôt. Začnime odzhora. Je tam samotný čip, ktorý má max. dovolenú teplotu, ten je prispájkovaný na medený podstavec, ktorý smeruje na spodok púzdra = prvý tepelný odpor, potom vzniká tepelný odpor medzi tým púzdrom a chladičom, potom samotný chladič má svoj tepelný odpor = schopnodť vyžiariť teplo do okolia a potom máme ešte teplotu okolia. No a samozrejme, ak potrebujeme elektricky odizolovať púzdro tranzistora, pridáva sa ešte tepelný odpor tej izolačnej podložky.

Tvoja otázka o teplote čipu 75 st.C je, jemne povedané, nezmysel. Samozrejme, dalo by sa to spočítať, no reálne uchladiť nejaký väčší výkon, by sa takto nedal.

Preto, asi by otázka mala znieť, či sa dá spočítať chladenie toho tranzistora, keď teplota čipu, (polovodičového prechodu), bude max. dovolená (150 st.c) a teplota púzdra 75 st.C.
1. Rozdiel teplôt je 150 - 75 = 75 st.C. Nakoľko vnútorný tepelný odpor tranzistora je 0,35 st.C/ W, dovolený výkon je 75 st.C/ 0,35 st.C/ W = asi 215 W.
2. Uchladiť 215 W bude hodne veľký problém. Nech teplota okolia bude max. 30 st.C, zo 75 st.C nám ostane 45 st. C. A to máme na tepelný odpor púzdro chladič, prípadná izolačná podložka a tepelný odpor chladiča. Predpokladajme, že tranzistor pôjde priamo na chladič a chladič bude uchytený izolovane, (je po výrazne priaznivejšie riešenie pre chladenie). Tepelný spád na prechode púzdro-chladič je 0,21 st.C x 215 W = 45 st. C a na chladič nám nič neostalo. Takáto požiadavka na teplotu púzdra 75 st.C a výkon cca 215 W na tranzistor je jednoducho nerealizovateľná. (Resp. by sa muselo púzdro tranzistora chladiť napríklad destilovanou vodou o teplote max. 30 st.C).
Záver je, že tranzistor musíme zaťažiť výrazne nižším výkonom a teplota púzdro tranzistora musí byť ešte vyššia, ako 75 st.C ...

[StefanST]

To rozšírenie schémy z jedného MOSFETu na tri je vlastná idea, alebo je to odniekadiaľ prevzaté?
Asi takáto úprava nebude fungovať. ...

Neviem či zle vidím, no mne sa tie výkonové tranzistory zdajú zapojené zhodne so zapojením so stránky VN. ...

Výkonové tranzistory áno, ale operačné zosilňovače nie.
No ľudovej tvorivosti sa medze nekladú...

[villiam]

Takže keď ten "červený prepoj" odstránim tak by to malo byť dobre? Lebo tu na fore som našiel aj také zapojenie. Ale tam je to ešte oddelené diodami.
P.S mal by som si dávať väčší pozor na to čo kreslím, lebo keby že to nevyznačíš farebne tak si to asi ani nevšimnem

[StefanST]

Áno tie doplnené diódy sú tam podstatné.

Pozn.: Treba tomu aj rozumieť, ako to funguje, potom bude minimum "prekreslovacích" chýb.
Inak je to len skladanie modulov, ktoré môžu alebo nemusia spolupracovať.

[villiam]

Veď to, práve tomu skladaniu modulov by som sa chcel vyhnúť, chcel by som vedieť ako to funguje, ktorá súčiastka tam má akú funkciu. Lenže som samouk a ono to nejde tak rýchlo ako keď to ma niekto vysvetlené v škole. Učím sa len z toho čo nájdem na nete alebo z vlastných chýb sem tam sa dostanem k nejakej knihe.

Tie diódy sú tam na oddelenie tých "celkov"? A prečo to je vlastne prepojené? V tej schéme z VN to prepojenie nie je.

Vďaka za Vašu trpezlivosť.

[StefanST]

OK, tak začnime prvou, pôvodnou schémou:
.

Pozn:
neinvertujúci vstup OZ (+)
invertujúci vstup OZ (-)

(1) Operačný zosilňovač IO2B a tranzistor T1 v zapojení fungujú nasledovne: Výstup operačného zosilňovača (OZ) sa snaží otvoriť tranzistor a prepúšťať ním prúd tak, aby na rezistore R15 bolo napätie rovné napätiu, privedenému na (+) vstup operačného zosilňovača. Pri normálnej práci teda bude napätie na rezistore R15 rovnaké, ako napätie, nastavené na (+) vstupe OZ. Prúd záťažou bude preto I=U/R15.

(2) Operačný zosilňovač IO2A vypína elektronickú záťaž pri poklese napätia na elektronickej záťaži pod hodnotu, nastavenú potenciometrom R2. Napríklad pri vybíjaní akumulátora.
- OZ IO2A porovnáva napätie na svorkách elektronickej záťaže (resp. za deličom R5 a R4) s napätím na potenciometre. OZ IO2A pritom pracuje ako komparátor. Ak je napätie na elektronickej záťaži vyššie, ako predvolené, potom na výstupe komparátora bude napätie blízke nule. Ak napätie na elektronickej záťaži klesne viac, ako je predvolené, potom na výstupe komparátora bude napätie blízke jeho napájaciemu napätiu. To zažne LED D2 a zároveň cez diódu D3 "zdvihne" napätie na (-) vstupe OZ IO2B.
- Na vstupe + aj - OZ býva normálne napätie do 1V. "Zdvihnuté" napätie na vstupe OZ IO2B spôsobí, že na jeho výstupe bude nulové napätie, tak isto bude nulové aj na hradle G tranzistora T1 a tým sa tranzistor uzavre -> nebude viesť prúd.
- Dióda D3 je tam preto, aby sa pri "nule" na výstupe IO2A neovplyvňoval vstup IO2B. A naopak, zdvihnuté napätie na výstupe IO2A sa prenáša na (+) vstup IO2B.

(3) Presne rovnako to funguje aj pri IO3 a D6 , ktoré slúžia pre periodické zapínanie a odpájanie záťaže. Napr. pri meraní odozvy napájacieho zdroja na skokové zvýšenie a zníženie záťaže.


A teraz skúsme paralelné zapojené FETy:

(1) Neinvertujúce vstupy (+) OZ slúžia na nastavenie prúdu zodpovedajúceho tranzistora. Preto sú prepojené paralelne, že chceme aby každým tranzistorom tiekol rovnaký prúd (rozloženie záťaže).
(2) Invertujúce vstupy (-) slúžia ako spätná väzba pre nastavenie požadovaného prúdu. ALE - každý "modul" má svoju reguláciu aj svoju spätnú väzbu. Nesmú sa ovplyvňovať! Preto ani invertujúce vstupy OZ nemožu byť v tomto zapojení priamo prepojené, ako to bolo naznačené.
(3) Ako zabezpečiť vypínanie výkonových tranzistorov, aby to fungovalo?
Najjednoduchšie bude priviesť kladné blokovacie napätie na invertujúce vstupy opäť cez samostatné diódy: Keď bude na anódach týchto doplnených diód nula voltov, žiadna z doplnených diód nevedie prúd a teda neovplyvňuje (-) vstup OZ. Keď sa privedie na anódy doplnených diód kladné "blokovacie" napätie, cez príslušné diódy sa napätie prenesie aj na (-) vstup každého OZ a výkonové tranzistory sa uzavrú.

(4) Výhodou takejto konfigurácie je jej modulárnosť - výkonové tranzistory sa dajú pridávať (alebo aj odpájať) postupne, podľa potreby.

Pozn.: Je to popísané možno až príliš podrobne (snáď dosť zrozumiteľne), ale tak sa podarilo ...

[villiam]

Takže ak som tomu dobre pochopil tak ak by som tie ďalšie 2 FETY zapojil tak ako to je na tej stránke VN a neprepojil tie invertujuce vstupy (samozrejme oddelené diódami) tak pri minimálnom napätí by sa ten prvý FET zavrel a záťaž by sa rozdelila len medzi tie 2 čo som tam pridal ja

[StefanST]

Tie moduly s FETmi sú ekvivalentné, riadené napätím z potenciometra. Len sú paralelne radené pre zväčšenie celkového prúdu. Každým FETom prechádza rovnaký prúd, ak sú rezistory v source rovnaké.
Resp. celkový prúd sa rozdelí na N častí, aj stratový výkon každého jedného FETu je N krát menší ako celkový prúd, resp. stratový výkon celej sústavy pri použití N "modulov".