Лабораторный Блок питания - Часть 2

В первой части этой эпопеи обсуждались преимущества и недостатки моего подхода к конструированию блока питания. Спасибо всем за советы, особенно Vga . Его советы направили мои мысли в правильном направлении и в результате получен некий результат.
UPD:Добавил осцилограммы!
UPD2:Боролся с самовозбуждением. Счет пока 1:1 ))).

Итак, по результатам макетирования, схема показала себя как полностью работоспособная, что не может не радовать. Даже могу порекомендовать к повторению…

Кратко характеристики:
Напряжение 0-15В (нормально стабилизирует примерно до 13, причину пока не выяснил).
Макс. ток около 2А (легко переделать на больший).
Два режима защиты: ограничение тока и отключение.
Два предела: 100 мА и 2 А.
На пределе 100 мА минимальный ток ограничения около 5 мА.
Преимущества и недостатки уже обсуждали в первой части статьи.

Нормальная схема есть во вложении.
Теперь коротко об изменениях в схеме по сравнению с первой частью.
Контроль тока осуществляет ОУ U4 (TL081). Он может работать при подаче на вход напряжения, равного напряжению питания. В качестве задатчика тока ограничения выступает резистор R4, падение напряжения на нем стабилизируется по типовой схеме из даташита TL431 и составляет ровно столько же, сколько будет падение на токовом шунте при максимально заданном токе. Рассчитывается под другие параметры очень легко из закона Ома и формулы в даташите.
В качестве задатчика напряжения можно применить что угодно, я поставил 78L15. Заданное напряжение сравнивается с выходным на ОУ U1B (LM358). На второй половине этого ОУ сделана индикация режимов работы. По сути U1A работает как компаратор.
Триггерная защита сделана на LM393 и 74HC00, включенном по схеме триггера. При включении блока он устанавливается в режим «защита», реле разомкнуто, индикация напряжения работает, при нажатии кнопки «сброс» реле замыкается, если SW4 замкнут и ток превышает заданный, реле размыкается и нужно опять нажимать сброс.
На практике проверил стабилизацию тока на проволочном переменном резисторе 22 Ом, работает отлично. В диапазоне 100 мА проверил также на светодиоде при заданном токе 10 и 15 мА, тоже все в порядке.
Покатаю еще немного и буду оформлять в корпус.
В планах версия 2 на 10 А с предварительным степ-даун импульсником для снижения потерь на линейном элементе.
UPD:
Немного померял сегодня. Все ваши предположения верны :-)
Нет стабилизации при 15В из-за просадки входного напряжения при нагрузке 22 Ом до 17В.
Конечно, есть и пульсации. Конденсатор фильтра увеличил до 2200+3300 мкФ, пульсации на 12В ушли.
Теперь осцилограммы.
Все измерения при 12В.
1. Переходный процесс при подключении емкостной нагрузки (12 Ом параллельно с 1200 мкФ):

Пока на выходе стоит одна керамика 0.1 мкФ.
2. Самовозбуждение при чисто резистивной нагрузке. 22 Ом:

То же при 12 Ом:

3. То же при добавлении 1000 мкФ на выход:

Конечно, нужно еще проверить, есть ли способ убрать самовозбуждение обратной связью ОУ, но, в принципе, такой результат мое любопытство удовлетворил. Ну и опыт бесценный.
Пока все, спасибо за участие.
UPD2:
Самовозбуждение в режиме стабилизации тока удалось победить заменой конденсатора C3 на 820 пФ.
После этого в режиме стабильного тока она не проявлялась (пока).
А вот полностью победить возбуд в режиме стабильного напряжения не удалось, но получилось снизить вероятность его появления и амплитуду установкой вместо C5 (который на схеме 100 пФ, а в реале был 0,1 мкФ) тантала на 4,7 мкф.
Конечно, любой возбуд пропадает, если на выход подключить 1000мкФ, но у меня нет уверенности, что это будет хорошо при работе в качестве источника тока, особенно на малых токах…
Пробовал еще поменять ОУ и вместо С2 поставить 1 мкФ, но лучше всего оказалось вообще без С2.
Кто-то может подсказать, как промоделировать частотные характеристики стабилизатора?
Еще раз всем спасибо.
  • +1
  • 24 октября 2012, 16:05
  • antonluba
  • 1
Файлы в топике: SMALL2.gif

Комментарии (43)

RSS свернуть / развернуть
Напряжение 0-15В (нормально стабилизирует примерно до 13, причину пока не выяснил).
А что происходит выше? Подозреваю это тебе как раз аукается N-MOSFET в качестве регулятора.
Алсо хотелось бы выходные характеристики (т.е. зависимость выходного напряжения от тока нагрузки) и выходные пульсации при максимальном напряжении и разных токах. И для сравнения — при не максимальном напряжении
0
  • avatar
  • Vga
  • 24 октября 2012, 16:41
N-MOSFET в качестве регулятора
Возможно… Я промеряю все немного позже и вынесу на обсуждение.
До достижения тока стабилизации вольтметр показывает разницу под нагрузкой и без нагрузки максимум 0.01 В, то есть, например, при 12.1 без нагрузки — получается 12.09 под нагрузкой 22 Ом. При 15 В — получается 14,3 примерно и слегка загорается светодиод ограничения тока. Я еще подумаю, просто сейчас некогда.
0
А. Это похоже TL082 упирается в максимальное входное напряжение (оно как раз до 15В). Проверь, как оно себя ведет при отключенной цепи стабилизации тока.
Алсо, что на входе? Какое напряжение до выпрямителя, после выпрямителя без нагрузки) и какой емкости конденсатор выпрямителя?
0
Схема! Во вложении есть схема!
во– первых входы ограничителя тока и стабилизатора напряжения никак не связаны, во— вторых на входах 082 около плюса питания, а оно примерно 24 вольта, так что влияние только через ток нагрузки или через цепи затвора. Единственный, кажется, вариант, поскольку диоды затворной цепи я выбирал из кучи вторсырья, это могли оказаться стабилитроны со всеми вытекающими последствиями. Приеду домой, проверю.
0
Да, действительно. Ну проверь диоды на диодовость, иначе возможно и правда транзистор упирается в предел входной напруги.
Алсо, 2200мкФ при токе до 2А довольно мало, на входе будут большие пульсации. А максимальное выходное — это 1.41*U~ минус падение на диодах, минус пульсации минус минимальное падение на регуляторе. В моем пятиампернике стоит батарея на 20мФ 50В, из ЕМНИП 10-12 К50-12 с гайкой, по 2мФ 50В каждый) Занимает около трети немаленького корпуса).
0
Вопрос по теме: есть транс от Амфитона 002, на выходе со вторички 31В переменного. Могу ли я использовать эту схему для выпрямления в 20-30В постоянного с током до 2А (для усилителя мощности)?
Есть ли другие пути без перемотки трансформатора?
0
  • avatar
  • DenoM
  • 24 октября 2012, 18:46
К БП для усилителя совсем другие требования, можно сделать гораздо проще.
0
А пульсаций на выходе нет? Экспериментировал с похожей схемой, иногда на выходе на мультиметре получается всё красиво, а если посмотреть осциллографом — ужас-ужас. Проявляться может на разных токах и/или при подключении ёмкостной нагрузки (конденсатор в параллель к нагрузочному резистору.
Токоизмерительный резистор на диапазон до 2А стоит 1 Ом? На нём будет выделяться до 4 ватт тепла, нужен размером побольше (по фоткам не увидел).
0
  • avatar
  • ACE
  • 24 октября 2012, 19:33
Это не пульсации, это самовозбуждение. Я не зря говорил, что основной опыт, который можно получить от таких схем — это давление возбудов.
Стоит еще проверять на индуктивных нагрузках. Я слышал одну историю, когда для проверки в качестве мощной низкоомной нагрузки к источнику подключили бухту провода. Бухта и стрелки начали скакать с частотой около герца)
0
Алсо, вот похожий случай (абзац под первым фото) :)
0
Дык пульсации на выходе и есть следствие самовозбуждения, не цепляйся к словам. А так да, согласен. С бухтой забавно :)
0
Под пульсациями обычно понимают недодавленные пульсации входного напряжения (100Гц). Ну и у импульсников — недодавленные помехи переключения. Самовозбуд обычно к пульсациям не относят, а относят к конкретно возбуждению.
0
Хм, ну если так, тогда да. Пасиб за разъяснение.
0
С бухтой забавно :)
Вживую оно еще забавнее. К сожалению, в тексте затруднительно передать как именно бухта скакала, мне это показывали жестами и звукоподражанием) И надо отметить, это была самая доставляющая часть истории.
0
В принципе это все решается частотной коррекцией в обратной связи ОУ. Я не моделировал частотные свойства стабилизатора, на глаз поставил конденсаторы, но можно промоделировать это тоже. Скорее всего завтра займусь измерениями, сегодня некогда уже.
0
Ой, точно, мощность неправильно посчитал, стоит двухваттник, да и большего сейчас нет под рукой, куплю-поставлю. Спасибо.
0
Не лучше ли заменить его хотя бы на 0.1 Ома?
0
В 10-Амперной версии будет 0.1 или 0.22, в этой специально ставил побольше сначала, чтобы сместить диапазон входных напряжений вниз, но, может быть, с учетом второго диапазона на малый ток (там 22 Ом шунт), имеет смысл поменьше поставить.
Правда, тогда пересчитывать стабилизатор тока надо и измеритель… Подумаю еще.
0
0.1 Ом на 10А? Месье знает толк в печках.
0
а не проще в 10а версии токовый транс поставить? ИМНО на таких токах ошибки в миллиамперах (учитывая косячность самостоятельного изготовления транса) уже не так страшны.
0
Любой транс работает при переменном токе…
0
блин, точно. упустил, видимо не проснулся еще.
0
Лучше поставить шунт в районе 0.01 Ома, как в мультиметре. А еще лучше — готовую микросхему токового датчика, как у evsi в его прототипе источника тока для гальваники.
0
Сопротивление переключателя диапазонов тоже попадает в измерение. А оно тоже не нулевое и со временем может вырасти немного из-за окисления. Там, конечно, миллиомы, но на фоне 0.1 могут и они стать заметными.
0
Эта проблема должна решаться другими средствами. Например, kelvin connection. Правда, тогда потребуется еще одно направление на переключателе (ну или другие ухищрения).
0
Это верно, в мощной версии буду придумывать что-то другое, может, разные каналы АЦП без коммутации измерителя или раздельные ОУ, или вообще отказаться от переключателя.
0
Не подписаны переменники на схеме, выключатели и разьемы. Где и что регулирует — непонятно. Вернее, понятно, но надо немного потупить в схему.
А по какой причине не использовалась микросхема с 4 ОУ в одном корпусе? Удобнее же должно быть…
0
К ОУ разные требования. Можно заменить на одну микросхему с четырьмя ОУ… Но Rail-to-Rail. А так используются «полурельсовые» ОУ — один работает у минуса, второй у плюса.
0
Точно, только ни одного подходящего, а тем более имеющегося в наличии в магазине, я не нашел, с трудом 081 удалось купить…
0
в чем смысл узла на TL431 с транзистором? и зачем диод в цепи U2? они добавляют термостабильности или точности? сомневаюсь.

для полноты картины осталось померить параметры при разной нагрузке/температуре и снять осциллограммы при импульсных перегрузках и включении/выключении питания.
0
в чем смысл узла на TL431 с транзистором?
Стабилизация тока через R4 — на нем выделяется опорное напряжение для стабилизатора тока.
и зачем диод в цепи U2?
А вот это что-то странное. Оно повышает на 0.7В выходное напряжение стабилизатора, но смысла в том я не вижу. Может и правда что-то вроде термостабилизации.
0
Просто для повышения, хотел, чтобы 15 вольт нормально на выходе выставить можно было.
0
У тебя на схеме, стати, 7824 указан.
0
Да, транс надо менять.
0
Почему?
0
не тянет, написал в UPD
0
Какие парамеры трансформатора? Сними осциллограмму при 22 Ом нагрузке, когда просаживается. И осциллограмму при небольшой нагрузке, миллиампер 100.
0
А смысл? Явно видны пульсации 100 Гц, и падает напряжение до 17 В.
0
Если спрашиваю — значит есть)
0
Ой, только одну сохранил:

Смотрел вход-выход — полностью идентичны, только картинку сохранить забыл
0
Это при каких параметрах нагрузки? И тут без постоянной составляющей чтоли?
И ты так и не указал параметры трансформатора.
0
Это при 22 Омах нагрузки при 15В. Да, без постоянной.
Параметры трансформатора не знаю. Без нагрузки выпрямленное и сглаженное электролитами 4700+2200 мкФ около 22-23 В. Что дает 16 средневыпрямленного. Вот и получается…
0
Просто оставлю это здесь
Кто-то может подсказать, как промоделировать частотные характеристики стабилизатора?
Компенсация обратной связи в импульсных источниках питания часть 1.
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.