Witam wszystkich.
Pewien czas temu urodził się pomysł aby skonstruować zasilacz liniowy do naszych zabawek.
Główne założenia:
- Niepospolita konstrukcja
- Brak układów programowalnych
- Napięcie wyjściowe 13,8 V (regulowane 10 - 15 V)
- Ciągła wydajność prądowa 35 A
- Zabezpieczenie przeciążeniowe - regulowane
- Zabezpieczenie przeciwzwarciowe
- Zabezpieczenie termiczne
- Zabezpieczenie nadnapięciowe
- Sygnalizacja załamania stabilizacji
- Itd...
Na pierwszy ogień poszedł prostownik. Jaki? Tradycyjny? Nie! Przecież to nuda i byle jaka sprawność. I zaczęło się poszukiwanie rozwiązania, które będzie satysfakcjonujące. Pewnego dnia podczas dyskusji w gronie kolegów na UKF'ie SP9IN zasugerował mi abym zwrócił uwagę na taką malusią kosteczkę - LT4320. Po zapoznaniu się z kartą katalogową tego scalaczka uznałem, iż to jest właśnie to czego oczekuje. I tak oto powstał "Super Prostownik"
Prostownik charakteryzuje się przede wszystkim znakomitą sprawnością wynoszącą ponad 90%. Na dolnej PCB znajduje się właściwy układ prostownika a dwie pozostałe płytki to automatyka, która będzie również współpracować z pozostałymi klockami zasilacza. Jak to działa? Otóż sam prostownik pracuje zgodnie z notą katalogową układu LT4320 i już. Po załączeniu zasilania układ automatyki mierzy temperaturę jednego z MosFet'ów. Pomiar temperatury jest dokonywany tylko na jednym tranzystorze co troszkę uprościło i tak już dość skomplikowany układ automatyki. Podczas testów okazało się, iż wszystkie cztery tranzystory nagrzewają się prawie identycznie, a różnica wynosiła maksymalnie 1,5°C. W momencie gdy temperatura przekroczy 30°C wentylator rozpoczyna pracę na niskich obrotach. Prędkość obrotowa wentylatora jest proporcjonalna do przyrostu temperatury aby po przekroczeniu 60°C osiągnąć maksymalną wartość. Dzięki takiemu rozwiązaniu układ doskonale spełnia swoje zadanie będąc przy tym niemal bezgłośny. W praktyce przy obciążeniu prostownika prądem 36A wentylator zasilany jest napięciem 7,6V a temperatura tranzystorów mocy stabilizuje się na poziomie 39°C bez względu na czas pracy. Po przekroczeniu 65°C następuje wystawienie alarmu przegrzania oraz zablokowanie wentylatora na jego maksymalnych obrotach. Gdy temperatura spadnie poniżej 65°C alarm przegrzania znika lecz wentylator nadal pracuje z maksymalnymi obrotami dopóki temperatura tranzystorów nie zejdzie poniżej 30°C. W tym momencie wentylator wyłącza się a układ wraca do funkcji regulacji obrotów proporcjonalnie do temperatury. Na pokładzie mamy również kontrolę pracy samego wentylatora. W przypadku gdyby wentylator nie podjął pracy gdy jest to wymagane automatyka poinformuje nas o tym osobnym alarmem.
Przydługi filmik.
Urządzenie pracuje od godziny pod obciążeniem 25 A. Na multimetrze widać aktualną temperaturę. 10 mV = 1°C.
Następnym klockiem jest zabezpieczenie nadnapięciowe zintegrowane z SoftStart'em, które będzie włączone pomiędzy prostownik a właściwy stabilizator. Choć nic nie stoi na przeszkodzie aby owe zabezpieczenie zestawić do współpracy z dowolnym liniowym (transformatorowym) zasilaczem, ponieważ jest to w pełni autonomiczny układ. PCB już jest, trzeba je poskładać a cały moduł gruntownie przetestować. Gdy testy wyjdą pomyślnie a układ będzie działał zgodnie z założeniami w najbliższym czasie postaram się go przedstawić.
Tymczasem dziękuje za uwagę i pozdrawiam.
Jerzy SQ9GIW
(Ten post był ostatnio modyfikowany: 07-06-2024 22:28 przez SQ9GIW.)
Projekt ciekawy. Zwłaszcza prostownik, na którym nie traci się dużo napięcia i mocy (ciepełko). Opisz proszę wyniki testów. Jeśli nie tajne podaj dane elementów prostownika (tranzystory, diody).
Mariusz tu masz kartę katalogową.
LT4320.PDF (Rozmiar: 966.85 KB / Pobrań: 102)
Wszystko dobierasz wg niej pod własne potrzeby i już. W mostku użyłem tranzystorów IRFP3206.
IRFP3206pbf.pdf (Rozmiar: 297.1 KB / Pobrań: 84)
W filtrze natomiast pracuje 12 kondensatorów po 6,2 mF / 35 V każdy. Są to Nichicon serii UBY. Należy zastosować kondensatory, które będą w stanie wytrzymać odpowiednio wysoki prąd tętniący. W przeciwnym wypadku poprostu się ugotują
Diody D1 - D3 to pięcio watowe zenerki na 36 V. Zabezpieczają LT4320 przed przepięciem.
Płytka prostownika jest dwustronna, grubość miedzi to 70 um (2OZ). Natomiast płytki automatyki są czterowarstwowe (1OZ/0,5OZ/0,5OZ/1OZ). Wentylator to Be Quiet! Pure Wings 2 80 mm.
Popełniłem kilka błędów. Pierwszy tzw. "czeski" gniazda IDC10 - niezgodne połączenia. Drugi, kardynalny, nie wprowadziłem dodatniego sprzężenia zwrotnego dla komparatorów. Trzeci, na PCB2 jako T3 użyłem konfiguracji NPN zamiast PNP. W efekcie popełnionych błędów nie dało się połączyć płytek taśmą. Komparatory głupiały, a wystawiany na zewnątrz alarm przegrzania był do niczego. Na szczęście wersja V2 działa już w 100% zgodnie z założeniami.
A tutaj PCB zabezpieczenia nadnapięciowego zintegrowana z SoftStart'em. Czeka na montaż i testy
- Skoro prostownik jest tak wydajny to przy jakim natężeniu prądu / spadku napięcia osiąga krytyczne temperatury?
- Badanie temperatury na jednym tranzystorze aż się prosi o proof testy - co się dzieje gdy jeden z tranzystorów grzeje się bardziej i akurat jest to ten którego temperatura nie jest mierzona ..... Załóżmy teraz że mamy obciążenie bliskie maksymalnemu albo bardziej i on się grzeje coraz bardziej i bardziej... Jak to dobre mosfety to powyżej jakiegoś prądu ich współczynnik temperaturowy jest ujemny ...
- Nie widzę (albo nie dowidzę ) jakim sensorem mierzysz temperaturę. W zależności od metody pomiaru - czy wzrost rezystancji, czy spadek - można połączyć sensory na wszystkich tranzystorach w szereg lub równolegle (tak aby najprościej).
- Co będzie przed prostownikiem? Wielkie trafo?
- Na innej grupie rozmawialiśmy w temacie chłodzenia lamp, dla których nagły zanik chłodzenia (bo ktoś się był potknął o kabel zasilający wzmacniacz) bywa śmiertelny. Co prawda to nie jest tego typu układ, ale wtedy wymyśliliśmy rozwiązanie najprostsze - zasilanie wentylatorów (układu sterowania i wentylatorów) z buforowanego aku żelowego
Nie rozumiem - nie robię. Chyba że robię żeby zrozumieć.
(04-06-2024 13:59)SQ5KVS napisał(a): Fajnie wygląda i jest ciekawe
- Skoro prostownik jest tak wydajny to przy jakim natężeniu prądu / spadku napięcia osiąga krytyczne temperatury?
Układ jest przewidziany do pracy z ciągłym obciążeniem 40A. Jak już wyżej pisałem przy długotrwałym obciążeniu 36A z wymuszonym chłodzeniem, które w tym czasie pracuje bezgłośnie "na pół gwizdka" tranzystory osiągają maksymalnie 39°C. Zabezpieczenie termiczne wystawia alarm po przekroczeniu 65°C. Wówczas nastąpi zatkanie tranzystorów mocy stabilizatora, tym samym układ nigdy nawet się nie zbliży do krytycznej temperatury struktury krzemowej MosFet'ów.
(04-06-2024 13:59)SQ5KVS napisał(a): - Badanie temperatury na jednym tranzystorze aż się prosi o proof testy - co się dzieje gdy jeden z tranzystorów grzeje się bardziej i akurat jest to ten którego temperatura nie jest mierzona ..... Big Grin Załóżmy teraz że mamy obciążenie bliskie maksymalnemu albo bardziej i on się grzeje coraz bardziej i bardziej... Jak to dobre mosfety to powyżej jakiegoś prądu ich współczynnik temperaturowy jest ujemny ...
Oj, to tak w tym układzie nie działa.
(04-06-2024 13:59)SQ5KVS napisał(a): - Nie widzę (albo nie dowidzę Wink) jakim sensorem mierzysz temperaturę. W zależności od metody pomiaru - czy wzrost rezystancji, czy spadek - można połączyć sensory na wszystkich tranzystorach w szereg lub równolegle (tak aby najprościej).
Do pomiaru temperatury użyłem LM35DT. Można oczywiście zrealizować pomiar każdego tranzystora z osobna gdzie ten najgorętszy będzie wiodący, ale nie ma absolutnie takiej potrzeby. Maksymalna różnica temperatury jaka wystąpiła podczas testów to 1,5°C, a przyczyna tej nieistotnej różnicy nie leży absolutnie po stronie tranzystorów.
(04-06-2024 13:59)SQ5KVS napisał(a): - Co będzie przed prostownikiem? Wielkie trafo?
A no właśnie, dzięki doskonałej całkowitej sprawności energetycznej układu trafo będzie o wiele mniejsze a niżeli w przypadku zastosowania tradycyjnego mostka prostowniczego.
(04-06-2024 13:59)SQ5KVS napisał(a): - Na innej grupie rozmawialiśmy w temacie chłodzenia lamp, dla których nagły zanik chłodzenia (bo ktoś się był potknął o kabel zasilający wzmacniacz) bywa śmiertelny. Co prawda to nie jest tego typu układ, ale wtedy wymyśliliśmy rozwiązanie najprostsze - zasilanie wentylatorów (układu sterowania i wentylatorów) z buforowanego aku żelowego Big Grin
Każde rozwiązanie, gdy tylko spełnia swoją funkcję jest dobre
Aktualnie czas reakcji na przepięcie wynosi 750us. Można go jeszcze dziesięciokrotnie skrócić. Lecz wówczas wzrośnie wrażliwość układu na "śmieci".
Poniżej oscylogram. Zasymulowałem normalną pracę zasilacza. Zabezpieczenie ustawione na 16V. Mamy 13,8V, obciążenie 3,65A i... Strzał prosto z Super prostownika, gdzie C = 74mF.
Przy obciążeniu 29A różnica napięcia pomiędzy IN+ a OUT+ mierzona bezpośrednio na konektorach wlutowanych w PCB wynosi 160mV. Po ponad godzinnej pracy MosFet'y lekko letnie, więc można z powodzeniem zastosować mniejsze radiatory DY-KY/3 zamiast widocznych na zdjęciach DY-KY/5.
Układ zabezpieczenia nadnapięciowego zintegrowany z SoftStart'em gotowy. Jakimś cudem wersja V1 działa zgodnie w 100% z założeniami, a nawet lepiej niż się spodziewałem
W niedługim czasie postaram się przybliżyć jego zasadę działania. Dwa klocki zasilacza gotowe, przyszedł czas na finalne zaprojektowanie modułu stabilizatora. Choć koncepcja już jest i większość bloków stabilizatora została przeliczona to czeka mnie jeszcze dużo pracy zanim on powstanie. Tymczasem dziękuje za dotychczasową uwagę i zapraszam na krótki film.
Jerzy.
Teraz jeszcze pokrótce jak to działa. Układ zabezpieczenia nadnapięciowego może być wpięty pomiędzy prostownik a stabilizator lub pod gotowy np. fabryczny zasilacz liniowy, nie ingerując w ogóle w jego wnętrze. Po załączeniu napięcia sieci 230V "pśtryczkiem" układ czeka około 2 sekundy aby wszystkie jego parametry pracy się ustabilizowały. Tym samym odpada problem stanów nieustalonych i przejściowych. W dalszym kroku następuje załączenie transformatora (zasilacza) poprzez rezystory, po około 1,5 sekundy rezystory są zwierane (SoftStart). Po wyłączeniu, lub chwilowym zaniku napięcia sieci układ natychmiast rozłącza zasilanie transformatora jak i napięcie 13,8V. Funkcja AC-OFF. Przy wykryciu przepięcia np. powyżej 15V układ natychmiast odłącza zasilanie odbiornika, transceiver'a co jednocześnie sygnalizuje wystawiając alarm dźwiękowy oraz świetlny. Prawda, że proste
P.S.
Podczas pierwszych testów stabilizatora wychodzi na to, iż MosFet'y w stopniu mocy zdecydowanie bardziej elegancko się zachowują a niżeli tranzystory bipolarne. A i proszę się nie martwić ich współczynnikiem temperaturowym, ponieważ każdy z nich z osobna będzie kompensowany.
(Ten post był ostatnio modyfikowany: 19-06-2024 22:08 przez SQ9GIW.)
Zasilacz 13,8V/35A - w budowie.
) jakim sensorem mierzysz temperaturę. W zależności od metody pomiaru - czy wzrost rezystancji, czy spadek - można połączyć sensory na wszystkich tranzystorach w szereg lub równolegle (tak aby najprościej).
