Wszystko co trzeba wiedzieć o budowie zasilaczy/ Budujemy własny zasilacz.

Budowa zasilacza transformatorowego z liniowym stabilizatorem do zastosowań radioamatorskich. 1. Podstawowe wymagania: - sztywność napięcia wyjściowego, - możliwie niskie tętnienia napięcia wyjściowego, - odporność na zakłócenia w.cz, - niska emisja zakłóceń, - możliwie wysoka sprawność, - praca w trybie nieciągłym, - ograniczenie prądowe, - zabezpieczenie przez zwarciem na wyjściu, - możliwie niski udar prądu przy zwarciu (przeregulowanie), - zabezpieczenie termiczne układu, - zabezpieczenie typu OVP, - opcjonalnie sygnalizacja stanu awarii. 2. Schemat blokowy przykładowego zasilacza: Rozróżniamy kilka podstawowych bloków: ZP – zespół prostownikowy. Składa się z odpowiednio dobranego pod względem strat mostka prostowniczego oraz kondensatora zbiorczego. Przy doborze mostka prostowniczy należy dobierać pod kontem strat. Dla przykładowego zasilacza o prądzie wyjściowym np. 10A będzie to około 20W ciepła, które należy odprowadzić do radiatora (mostek sam z siebie nie jest w stanie wytracić takiej mocy). Mostek prostowniczy pracujący pod dużym obciążeniem jest też źródłem wysokoczęstotliwościowych zakłóceń (ostre zbocza przy przełączaniu diod) dlatego należy go zblokować pojemnościami typowo 22 – 68nF. Kondensator filtrujący dobieramy tak by zapewnić dostateczny zapas napięcia dla stabilizatora przy pełnym obciążeniu. Musi on też wytrzymywać prąd tętnień, który w przybliżeniu jest równy maksymalnemu prądowi zasilacza. Czasami warto zastosować kilka kondensatorów mniejszej pojemności połączonych równolegle by uzyskać niższy ESR (istotny dla zabezpieczenia OVP). Praca z prądami tętnień większymi niż przewidział producent w karcie katalogowej znacznie skraca jego żywotność. OVP - układ „zabijania” zasilacza w momencie uszkodzenia regulatora szeregowego. Komparator układu OVP porównuje napięcie wyjściowe z napięciem referencyjnym i jeśli wykryje wzrost napięcia uruchamia triak (w układach większej mocy stosuje się tyrystory), który zwiera możliwie krótkim oczkiem główny kondensator filtrujący. Energia zgromadzona w kondensatorze musi możliwie szybko „przepalić” bezpiecznik stąd wymagania dotyczące ESR kondensatorów oraz umieszczenie obwodu OVP możliwie blisko głównego kondensatora. Podłączenie go na wyjście zasilacza mogło by być nieskuteczne z przyczyny stosunkowo dużej sumarycznej rezystancji obwodu. Każdy bezpiecznik charakteryzuje się parametrem I^2*S jest to całka Joule'a, jest to wartość energii potrzebna do przepalenia bezpiecznika. Jak widać im wyższy prąd zwarcia uzyskamy tym szybciej bezpiecznik się przepali ale uwaga! Dla triaka lub tyrystora też można wyznaczyć taka wartość i jest ona konieczna do określenia czy taki element ma szansę przeżyć w tym układzie. Gdy całka Joule’a dla bezpiecznika będzie większa niż dla triaka spowoduje to jego uszkodzenie i może albo uszkodzić się na zwarcie (wtedy wymieniamy go razem z bezpiecznikiem) albo na przerwę (wtedy wymieniamy uszkodzone elementy i TRx przy okazji…). REG - regulator szeregowy lub inaczej element stratny wraz z diodą zwrotną, która zapobiega jego uszkodzeniu przy podaniu napięcia na wejście zasilacza. Szczególnie istotne w przypadku tranzystorów bipolarnych. Ich napięcie przebicia wstecznego to około 10V. W przypadku tranzystorów unipolarnych (MOSFET) dioda jest już wbudowana w strukturę tranzystora. Umiejętne dobranie transformatora i kondensatora głównego pozwala na znaczne zmniejszenie strat w tranzystorze regulacyjnym. Należy tak dobrać transformator i zespół prostownika aby napięcie przy pełnym znamionowym prądzie przysiadało do minimalnej wartości przy, której stabilizator jest w stanie poprawnie pracować. Za elementem regulacyjnym niestosuje się dużych pojemności. Spowodowane jest to przeregulowaniem prądu podczas zwarcia na wyjściu zasilacza. Układ regulacji co prawda zdąży odpowiednio wysterować tranzystor regulacyjny ale pierwszy strzał prądowy będzie pochodził z kondensatorów bezpośrednio zanim (prąd zwarcia np. dla 1mF naładowanego do 15V dochodzi do 300A). Układ regulacji - moduł elektroniczny odpowiadający za kontrolę napięcia wyjściowego zasilacza poprzez porównywanie go z napięciem referencyjnym. Dodatkowo powinien pełnić rolę ograniczenia prądowego chroniąc tym samym element regulacyjny. FPZ – Filtry wyjściowe przeciwzakłóceniowe – Odpowiadają one za blokadę zakłóceń pochodzących od radia jak i od zasilacza. Filtry zaprezentowane na schemacie są dwustopniowe. Pierwszy stopień jest filtrem dla zakłóceń różnicowych (osobno dla + i -) następnie filtr zakłóceń wspólnych. Jest tam typowy dławik przeciwzakłóceniowy sprzężony. Dławik sprzężony ma tą właściwość, że dla prądu DC przepływającego przez niego w obu kierunkach jest tylko rezystancją, natomiast dla zakłóceń wspólnych (względem masy odniesienia np. podłogi) stanowi indukcyjność od kilkuset do kilkunastu mH. Dzięki czemu stanowi on doskonałą barierę dla zakłóceń w.cz. Ograniczeniami tutaj są jedynie zakres częstotliwości pracy rdzenia (musi być rdzeń z dużym AL.) oraz rezystancja uzwojeń, która przełoży się bezpośrednio na straty. Kondensatory MKT mają za zadanie „zewrzeć” dla w.cz końce dławika sprzężonego. Transformator - można go traktować jako element całkujący ciepło, tak więc w przypadku pracy dorywczej można sobie na jego przeciążanie. Takie rozwiązanie ma kilka zalet w postaci zmniejszenia strat przy maksymalnym obciążeniu oraz zmniejszenie wagi całego zasilacza. Głównym ograniczeniem jest tutaj spadek napięcia wyjściowego. Nie można dopuścić do upadku napięcia poniżej zakresu regulacji stabilizatora ponieważ spowoduje to przeniesienie tętnień na wyjście zasilacza. Sam transformator musi pracować z takim podziałem czasu obciążenia aby nie dopuścić do przekroczenia jego temperatury pracy. To na razie tyle…. W kolejnych dniach postaram się opisać dokładniej poszczególne bloki przy okazji projektowania fizycznego zasilacza i zapraszam do dyskusji Zastrzegam sobie prawa autorskie do w/w tekstu i nie zgadzam się na kopiowanie go bez mojej zgody. 26-08-2016 Budowy zasilacza ciąg dalszy. Jedyne co dziś zdążę to przedstawić schemat i zdjęcie działającego prototypu, więcej opisu wrzucę wieczorem lub jutro rano. Zasilacz ma sygnalizację przepalonego bezpiecznika, ograniczenie prądowe i prototyp układu soft start (układ przetestowany ale nie będę go stosował w tym zasilaczu. Soft start działa prosto. Uruchamia zasilacz z szeregowymi rezystorami na pierwotnej stronie transformatora, tak by ograniczyć udar prądu związany z magnesowaniem rdzenia oraz doładowaniem kondensatorów filtrujących. Rezystory są wpięte w szereg z transformatorem tak długo aż napięcie na kondensatorach nie narośnie do odpowiedniej wartości, po wyłączeniu układu soft startu zostaje odblokowana część stabilizatora i podane napięcie na wyjście zasilacza. Za namową wielu kondensator C102 na wyjściu podwajacza napięcia został przeniesiony na masę. Wykonałem kilka pomiarów o które prosiliście Stan wyjściowy (bez obc): Żółty - napięcie wyjściowe dc Niebieski - napięcie na bramce tranzystora mocy Fioletowy - napięcie na kondensatorach zbiorczych Stan wyjściowy (bez obc) tętnienia na C102: Żółty - napięcie wyjściowe dc Niebieski - napięcie na C102 Fioletowy - napięcie na kondensatorach zbiorczych Praca w ograniczeniu prądu (obc około 0,8R): Żółty - napięcie wyjściowe dc Niebieski - nnapięcie na bramce tranzystora mocy Fioletowy - napięcie na kondensatorach zbiorczych Praca z nominalnym maksymalnym obciążeniem (tuż przed ograniczeniem prądowym) Żółty - napięcie wyjściowe dc Niebieski - napięcie na bramce tranzystora mocy Fioletowy - napięcie na kondensatorach zbiorczych Tętnienia, praca z nominalnym maksymalnym obciążeniem (tuż przed ograniczeniem prądowym) Żółty - napięcie wyjściowe, ac Niebieski - napięcie na C102, ac Fioletowy - napięcie na kondensatorach zbiorczych, ac Jak widać mam jeszcze trochę zapasu napięcia na kondensatorach zbiorczych do napięcia wyjściowego. Chwilowym ograniczeniem jest to, że zaczyna brakować napięcia sterującego dla bramki tranzystora by otworzył się bardziej. Nowa wersja schematu z działającym OVP i Soft-startem Zmieniłem sposób blokowania zasilacza. Obecnie w momencie działania układu soft-start (praca z rezystorami ograniczającymi) zasilacz ma odłączone wyjście przez zablokowanie źródła prądowego, sterującego bramką tranzystora. Dopiero w momencie przełączenia przekaźnika wyjście jest dołączane. Jest to zabezpieczenie przed poborem prądu z wyjścia zasilacza w momencie jego startu. Mogło by to spowodować wydłużenie startu zasilacza i spalenie rezystorów ograniczających moc. Układ soft-startu (testowany z toroidem 300W). Napięcie cewki przekaźnika powinno być dobrane w taki sposób by było o 1/3 mniejsze niż napięcie przy którym ma się przełączyć soft-start. W moim modelu startuję z napięcia około 12V co sugeruje przekaźnik z cewką 8V ale miałem 5V to taki zastosowałem. Ma on rezystancję 60R co daje prąd około 83mA. R109 = (1,2V + 0,6V)/Ipk = 1,8V/83mA = ~22R Napięcie przy którym następuje załączenie wymusza dioda zenera D109. W tym przypadku 10V + 1,2 = ~ 11,2V. OVP zrobiłem klasycznie. Napięcie odpalenia wymusza dzielnik napięcia R115, R116 (tego chyba nie muszę tłumaczyć?) Tyrystor dobieramy na całkę joule'a o której pisałem wcześniej ale tą częścią zajmę się później przy doborze wartości bezpiecznika i jego typu. Dławik DL101 spowalnia narost napięcia na wyjściu w chwili uszkodzenia stabilizatora. Jest to konieczne by złagodzić skok napięcia do chwili zadziałania układu OVP.

  PRZEJDŹ NA FORUM