Максимальный выходной ток модуля составляет 15А. Рабочая частота модуля может варьироваться от 30 до 120кГц и зависит от выбора материала и габаритов накопительного дросселя. Диапазон регулировки стабилизированного выходного напряжения составляет от +1В до 92% от входного напряжения. Диапазон регулировки ограничения выходного тока - 0,05-10А.
Модуль выполнен на широко распространенных электронных компонентах зарубежного производства и практически не содержит дефицитных деталей. В качестве ШИ-контроллера используется микросхема TL494CN (U1) в однотактном варианте включения (вывод 13 микросхемы соединен с общим проводом). При этом выходные транзисторы микросхемы (в данном случае - с открытым коллектором) формируют синфазные управляющие импульсы отрицательной полярности, а коэффициент заполнения импульсов может варьироваться практически от 0 до 99%. Все выводы микросхемы используются в стандартных включениях и использованы по прямому назначению. Напряжение питания (+12+15В) подается на вывод 1 (U1) с выхода параметрического стабилизатора, собранного на составном транзисторе TIP122 (Q1), стабилитроне VZ2 (с напряжением стабилизации 13-16В) и резисторе R3, обеспечивающего необходимое значение тока стабилизации для стабилитрона. Конденсатор C3 улучшает сглаживающие свойства стабилизатора и позволяет применить в цепи питания микросхемы конденсатор меньшей емкости (C4). Резистор R2, установленный на входе стабилизатора, служит для мощностной "разгрузки" транзистора при максимальном входном напряжении и может быть заменен перемычкой при достаточном охлаждении Q1 или при питании от источника с невысоким напряжением. Ток потребления, отдаваемый Q1 в цепь питания +12В, - невелик и с учетом работы выходных транзисторов U1, составляет не более 80мА. Однако максимальная электрическая мощность при этом, рассеиваемая Q1, может составить почти 4Вт. Минусовая шина питания микросхемы U1 выводом 7 соединена с общим проводом схемы модуля. RC-пара задающего генератора U1 образована элементами R1, PR1, C1 (с возможностью перестройки частоты генератора с помощью PR1) в соединении с выводами 5 и 6 (U1). Вывод 4 (U1) служит для организации плавного запуска, когда ширина импульса увеличивается от 0 до значения, ограниченного установленными значениями напряжений на выводах 1, 2, 15, 16. Таким же образом (от 0 до установленного значения) будет увеличиваться и выходные значения (напряжение, ток) модуля. Время нарастания выходных значений до установленных определяется элементами R13, C7. Диапазон значений выходного напряжения определяется резистивным делителем R15, R16 и устанавливается подбором номиналов этих резисторов, а так же резистора R11, установленного в цепи регулировки опорного напряжения, фиксированное значение которого (+5В) снимается с вывода 14 (U1). Установка выходного напряжения производится потенциометром PR3, путем регулирования напряжения на выводе 2 (U1). С помощью потенциометра PR2 устанавливается необходимое значение выходного тока в пределах диапазона, определяемого сопротивлением токового датчика R13 и номиналом резистора R7. С коллекторов выходных транзисторов микросхемы (U1), импульсы подаются на эмиттер транзистора Q2, выполняющего функции преобразователя уровня. Такое включение Q2 позволяет выходным транзисторам U1 (относительно низковольтным) производить управление силовым ключом (Q4, Q5), отнесенным по напряжению на большее значение, чем то, на которое рассчитаны транзисторы U1. Т.е., использование Q2 таким образом позволяет обойтись без специализированных драйверов и опторазвязки, обеспечивая однако работу модуля с повышенными входными напряжениями. Так, например, использование силовых ключей (Q4, Q5) и транзистора Q2 с соответствующими рабочими напряжениями, позволило бы использовать модуль с источником напряжения от 100В и выше. Номенклатура MOSFET-ключей с p-структурой, к сожалению, выглядит достаточно бедно в сравнении с n-структурой, а модуль ориентирован на построение из доступных компонентов, применение которых не позволило использовать модуль при больших входных напряжениях. В качестве Q2 может быть использован практически любой транзистор соответствующей проводимости с рабочим напряжением не менее 80В, током от 1А и напряжением насыщения до 1В. Коэффициент усиления транзистора не критичен, но в схеме устанавливались транзисторы с h21э от 40. При необходимости режим работы транзистора Q2 может быть подобран резистором R5. Затворы силовых ключей (Q4, Q5) заряжаются до напряжения отпирания через открытые транзисторы микросхемы U1 по цепи: R5, эмиттер-коллектор Q2, D2, R9 (R10). Напряжение на затворах (исток - затвор) ограничивается стабилитроном VZ1. Ток через стабилитрон ограничен резистором R5, некоторым падением напряжения на транзисторе Q2 и шириной импульсов управления. Транзистор Q3 в момент заряда затворов Q4, Q5 - закрыт отрицательным импульсом. Разряд затворов и закрывание Q4, Q5 происходит в момент запирания транзисторов U1, Q2 и отпирания транзистора Q3 током через резистор R4.
Выходное напряжение определяется шириной импульсов управления и параметрами элементов "шлюза" (дроссель L1, конденсатор C9). Ширина импульсов управления зависит от разницы уровней напряжения на входах усилителей (ошибки выводы U1 1, 2 и 16, 15). При большем значении на неинвертирующих (прямых) входах, ключи Q4, Q5 открыты и обеспечивают заряд "шлюза" от входного источника напряжения до значения на С9, определяемого совпадением напряжений на входах инвертирующих и прямых одного из усилителей ошибки. При этом силовые ключи запираются и шлюз L1/C9 разряжается в нагрузку до момента, пока напряжение на инвертирующих входах обоих усилителей ошибки U1 не достигнет значения меньшего, чем на их прямых входах. Ток зарядки конденсатора C9 определяется индуктивностью дросселя L1 и временем открытых ключей Q4, Q5. Разряд определяется сопротивлением нагрузки. Процесс работы связки КЛЮЧ-ДРОССЕЛЬ-КОНДЕНСАТОР, понятно, описан здесь максимально поверхностно, но достаточно подробно подобные процессы описаны в литературе о силовой электронике. Расчет дросселя не производился, а режимы нормальной работы модуля подбирались под выбранные элементы "шлюза" изменением частоты генератора U1. Индуктивность дросселя варьировалась от 22 до 47uH (микроГенри), а при испытании подбирались готовые дроссели с необходимыми массогабаритными показателями сердечников и достаточным сечением обмоточного провода. Большинство таких дросселей применяется в компьютерных БП. От параметров дросселя будет зависеть во многом КПД модуля, нагрев силовых ключей и самого дросселя. Подробно о расчете дросселя в ШИ-преобразователях с фиксированной частотой можно прочесть здесь: https://www.compel.ru/lib/ne/2007/8/7-sovetyi-po-proektirovaniyu-ponizhayushhih-preobrazovateley.
Для модуля разработана и изготовлена двусторонняя печатная плата размером 56Х70мм. Силовые ключи Q4, Q5, транзистор стабилизатора Q1 и диодная сборка D5 расположены в ряд для возможности установки на общий радиатор подходящих размеров с площадью охлаждения не менее 50см2, если модуль предназначен для долговременной или непрерывной эксплуатации. Максимальные размеры дросселя (проекции) для размещения на плате могут составлять 16Х24мм. Плата снабжена установочными местами под ножевые клеммы (входные и выходные напряжения) дублирующими и отверстиями для провода диаметром до 1,2мм. Регулировочные потенциометры (ток, напряжение) для установки на плату использованы вертикальные многооборотные, но могут быть использованы при выносе за пределы платы (проводниками минимальной длины) и другие типы потенциометров. Резистор R2 (мощностью не менее 2Вт) следует распаивать на высоте не менее 5мм от платы. Резистор R5 может иметь мощность 0,25-0,5Вт. Резистор R18 должен иметь мощность 3-5Вт и находиться на высоте не менее 10мм от поверхности платы. Транзисторы Q2, Q3 могут быть отечественного производства: КТ817Г, КТ961А. Микросхема U1 монтируется со стороны пайки.
Была разработана печатная плата и под SMD-компоненты. При этом незначительно изменена принципиальная схема, где вместо одного транзистора, коммутирующего затворы мощных ключей, - два, работающих на "свой" затвор; использована группа SMD-диодов вместо мощной диодной сборки; использована группа SMD-резисторов вместо R18.
Сборка и наладка не представляет трудностей и модуль начинает работать сразу после сборки.
После включения модуля необходимо выставить частоту генерации U1 40-60кГц с помощью PR1, если модуль будет использоваться в комплекте с дросселями от компьютерных БП. Подключив вольтметр, необходимо определить диапазон регулировки выходного напряжения, изменяя сопротивление PR3 в ту или иную стороны (для ускорения разрядки конденсатора С9 установив предварительно параллельно ему резистор 100-200 Ом соответствующей мощности). Диапазон регулировки выходного напряжения можно подобрать резисторами R11, соотношением резисторов R15, R16. Диапазон регулировки ограничения тока подбирается резистором R7.
Схема принципиальная модуля
Плата с подписанными номиналами компонентов (со стороны компонентов)
Плата с позиционными обозначениями компонентов (со стороны компонентов)
Вид платы со стороны пайки
Транзистор Q1 можно заменить на TIP122; Q2 - на КТ817Г, 2SC2383, ME13003; Q3 - KT961A, KT817, BD139; Q4-Q5 - на IRF5210PBF. Все эти транзисторы использовались при макетировании схемы.
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
R1 | Резистор | 1.8 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R2 | Резистор | 100 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R3 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R4 | Резистор | 2 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R5 | Резистор | 620-2k | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R6, R8, R14, R17 | Резистор | 2.2 кОм | 4 | Поиск в магазине Отрон | ||
R7 | Резистор | 51k-130k | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R9, R10 | Резистор | 47 Ом | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R11 | Резистор | 2k2-4k7 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R12 | Резистор | 3.9 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R13 | Резистор | 15k-47k | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R15 | Резистор | 9.1 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R16 | Резистор | 620* | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R18 | Резистор | 0.01-0.1 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R19 | Резистор | 270k-330k | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
PR1 | Подстроечный резистор | 100k | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
PR2, PR3 | Переменный резистор | 10k | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
C1 | Конденсатор | 1n | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C2, C9 | Электролитический конденсатор | 1000uF/100V | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
C3 | Электролитический конденсатор | 47uF/25V | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C4 | Электролитический конденсатор | 47uF-100uF/25V | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C5, C6 | Конденсатор | 1uF/50V | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C7 | Электролитический конденсатор | 10uF-47uF/25V | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C8 | Конденсатор | 1uF/100V | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
L1 | Катушка индуктивности | 22uH-47uH | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Q1 | Транзистор | KT829A | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Q2 | Транзистор | KT961A | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Q3 | Транзистор | KT815 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Q4-Q5 | MOSFET-транзистор | IRF9540 | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
D2 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
D5 | Диод | 10A/100V | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
VZ1, VZ2 | Стабилитрон | 1N4744A | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
U1 | Микросхема | TL494CN | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- Lab_494.rar (29 Кб)
- Lab_494_smd(1).rar (48 Кб)
Комментарии (82) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
2. Что помешало автору использовать принятые за стандарт УГО евросимволы резисторов и конденсаторов?
3. Что мешает автору понять, что его "токовая защита" защищает только выходной конденсатор и сам "ЛБП" от перегрузки по току, но никак не подключенное налаживаемое устройство?
4. Справедливости ради надо признать, что если "ЛБП" сделан для лаборатории зарядки аккумуляторов, проверки двигателей постоянного тока и мощных реостатов, то его действительно можно назвать "лабораторным"
Я экспериментировал с IRF4905 на 100кГц, они и с +/-1,5-2А тока затвора коммутируются медленно, хотя и удовлетворительно. Но фронты на затворе заметно затянуты. Ставить ключи с бОльшим Rdson и меньшим Qg - не вариант, потери больше будут в неск. раз. Ток у меня 20А.
До 500мА в затворе у Вас дело не дойдет, потому, что схема сдвига уровня Q2R5 выдает ток всего 12В/620..2200Ом=
[Автор]
[Автор]
Подаем питание. Емкость по выходу зарядилась, ШИМ упал в 0 и работает пачками импульсов чисто на поддержание заряда емкости. Ставим ограничение в 10 мА и подключаем, к примеру, светодиод. В итоге получаем цепь: конденсатор=нагрузка. Что стоит ДО конденсатора никого не волнует, ибо оно может лишь поддерживать его заряд. Соответственно, вся энергия, накопленная в конденсаторе в первоначальный момент времени окажется приложенной к нагрузке и ток привысит установленный 10 мА. Естественно, сигнал с токового шунта придет на 494, только вот толку с него не будет, т.к. во-первых, ШИМ уже в нуле, а во-вторых, до тех пор, пока конденсатор не разрядится, напряжение в цепи не упадет.
Т.е. алгоритм будет следующий: подключение нагрузки - бросок тока - ШИМ отключается, т.к. ток выше уставки - емкость разряжается, напряжение падает, соответственно падает и ток - значение тока становится ниже уставки - ШИМ включается и только теперь начинает поддерживать установленный ток. Я вообще не могу понять, как вы можете не видеть очевидных вещей.
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
А сколько у Вас? 500мА? Нет. Ток зарядки затвора будет определяться схемой сдвига уровня Q2,R5. У вас R5 указан от 620 Ом. Ток коллектора Q2 не превысит (12В-0,7В)/620Ом=18 миллиампер. Ток зарядки затвора будет еще ниже...Про Q3R4D2, работающих на разряд затвора, говорить нет смысла.
Какие тут 100 кГц могут быть??? Как оно вообще может работать, несмотря на красивое оформление статьи?
Если уменьшить R5 до 22 Ом, ток коллектора Q2 дойдет до 0,5А. Но стабилитрон VZ1 столько тепла не переварит. И даже так, 0,5А будет мало для работы силовых полевиков на ваших частотах.
Критикуя - предлагай )). Предлагаю. Вместо Q3R4D2, к затвору подключите эмиттерный повторитель на 2х комплементарных ключах. R4 оставьте. Коллектор нижнего (pnp) ключа и эмиттеры TL494 запитаете от стабилизатора отрицательного напряжения -15В относительно истока силовых p-ch ключей. Стабилизатор можно собрать на BD140 или 2N2907.
Получите достаточное быстродействие. Но напряжение питания будет ограничено 41В.
У Вас заявлен выходной ток до 10А. и до 15А в пике. Токовую нагрузку на конденсатор C2 считали? При 10А и напряжении выхода, равном половине входного (Кзап=0,5), через С2 пойдет 5А rms. А при 15А на выходе, все 7,5А. Быстро С2 издохнет. Надо не один, а 2-3 штуки.
[Автор]
Повторюсь, ЛЮБОЙ, даже нулевой номинал R5, не даст удовлетворительного результата с вашей схемой управления. Более 500мА TL494 не выдаст, и этого мало для 2х мосфетов на частоте 100 кГц, но много для стабилитрона в затворах.
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Желаю автору скорее переболеть юношеским максимализмом и отрицанием - это поспособствует росту квалификации. И больше, больше читать.
[Автор]
Дал себе работу промоделировать это изделие на 95 кГц. Номиналы элементов - из прилагаемой автором спецификации (с учетом разбежки).
Смотрите сами - управления затвором - никакое, о чем я говорил выше. Такой драйер не пойдет вообще, мосфет половину времени в линейном режиме.
Схема дико самовозбуждается, входит в релейный режим. Не мудрено, никакой компенсации не предусмотрено, а лишь завал Ку усилителя ошибки тока.
Большие пульсации напряжения на выходе - 0,6В п-п.
Разрывный режим тока дросселя с очень большой амплитудой.
Амплитуда тока затвора, он же ток коллектора схемы сдвига уровня - 16мА, даже ниже, чем я предполагал.
[Автор]
[Автор]
Вы в отличие от меня, не показали ВООБЩЕ никаких осциллограмм и фотографий, предлагаете верить на слово, при том, что все плюшки налицо!
Или вы хотите, чтобы я за Вас обкатывал в железе вашу схему? Нет, спасибо - дураков нет.
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Точнее, работать то оно будет, но вот в момент подключения нагрузки к выходу БП будет бросок тока, на который ограничение тока НИКАК не влияет. - а в этом месте явно не хватает логики. С чего бы это нагрузке убиваться при разряде конденсатора, заряженного НОМИНАЛЬНЫМ для ИСПРАВНОЙ нагрузки напряжением? Каким образом произойдет бросок тока через нагрузку при том, что напряжение номинально, а нагрузка исправна и ток определяется именно нагрузкой? Что-то не то ты куришь, двоечник.Если вы не понимаете, как работает ваша же схема, то это ваши личные проблемы. Да чушь как раз так вы несете. - это. звучит, как от блондинки "ПАТАМУЧТО" без прочих доводов.
Вы явно забыли, что в устройстве эти самые емкости РАЗРЯЖЕНЫ, т.е. в момент подключения к источнику представляют собой практически КЗ и на работу ограничения тока в БП никак не влияют. А вот на выходе БП емкость ЗАРЯЖЕНА. Улавливаете разницу? Т.е. в момент подключения нагрузки вы получаете бросок тока, который ваша схема ничем ограничить не может. Неужели вы этого не понимаете?! Вопрос не именно в наличии кондера в цепи, а в наличии ЗАРЯЖЕННОГО кондера который подключается напрямую к нагрузке!!! Да что там далеко ходить, замкните выход своего БП и увидите неслабую искру. Можете заодно замерить осциллом бросок тока. - ты, барсик, сделал гениальное открытие и бесплатное выкрикнул его. Теперь кто-то станет нобелевским лауреатом вместо тебя. Ты сам завел разговор о емкостях, грамотный ты наш. Как ты полагаешь, на что разрядится заряженная емкость, если подключить ее к нагрузке с параллельно соединенной разряженной емкостью? Насколько хреново станет при этом нагрузке? Ну и про учебу помолчали бы лучше, уж кому, а вам она полезнее будет, вы же даже управление транзисторами сделать не можете по человечески. - видать, ты великий схемотехник, но еще не привел ни одного схемотехнического примера "грамотного" управления транзисторами. Ну, а, после лажи с емкостями понятно, что говорить с тобой не о чем в принципе.
[Автор]
Не надо "притягивать за уши".
Дедовский тиристорный выпрямитель - тоже, по-вашему, лабораторный источник?
Ваше изделие - не ЛБП, потому, что его нет в железе - оно не работоспособно. До разбора параметров еще дойти надо. Но, чувствую, Вы нас этим не порадуете.
Хотя и писали:
[Автор]
2. Не порадую ничем. Поскольку ничего конкретного не обещал. Да и с чего бы. Конечно, все абсолютно неработоспособно. Поэтому параметры разбирать не будем. 3. Никак не возьму в толк, - что могут дать тебе картинки.
[Автор]
[Автор]
Автор не только на чужих ошибках не учится, но и на своих тоже. Ему правильные вещи подсказывают, а он уперся, как баран, да еще похамливает направо и налево. Для чего дурь эту опубликовал, да еще дважды в разных статейках? Лучше бы узнал сперва, что такое ЛБП, и как работает конденсатор. А то даже элементарных знаний нет.
Ни реального ограничения тока, ни борьбы со звоном ОС и пульсациями.
А про ток управления затворами - преувеличили все. Максимальный ток через транзистор Q2, задаётся питанием 12В и резистором R5 2 кОм, будет около 6 мА! Всего 6 миллиампер, Карл! При необходимых 1-2А в импульсе! Ну хоть 500 мА по бедности.
[Автор]
[Автор]