Redresori stabilizati. Metode de optimizare a puterii disipate pe tranzistorii serie.

[gsabac]

  Redresori stabilizati. Metode de optimizare a puterii disipate pe tranzistorii serie.

 

Sunt prezentate citeva metode de micsorare a puterii disipate pe tranzistorii serie, ai unui redresor stabilizat,

 unele dintre ele pot fi aplicate la aparatele construite in regim de homemade. Se micsoreaza radiatorii, se evita

 folosirea ventilatoarelor care sunt zgomotoase, se micsoreaza gabaritul aparatelor si se reduc costurile.

 

Un redresor stabilizat este format din transformator, blocul de redresare, filtrare primar?, stabilizator ?i anexe.

 

 Randamentul unui transformator de re?ea poate dep??i 95%. Pierderile sunt ?n fier ?i ?n cupru. Acestea se manifest? prin ?nc?lzirea miezului ?i a bobinajelor.

 Un redresor cu doua alternan?e ?ncarc? suplimentar puterea necesar? pentru transformator,

  cu p?n? la circa 25%, ad?ug?nd pierderile prin diodele de redresare ?i termistorului de pornire silen?ioas?.

 La un redresor de 50V tensiunea medie ?i 10A curentul mediu, puterea disipat? ?n sarcina rezistiv? este de 500W.

 Puterea consumat? de transformator din re?eaua de curent alternativ este mai mare, put?nd ajunge la 625W, datorit? randamentului redres?rii.

Puterea ?n VA este mai mare datorit? componentelor reactive, cu de la 2% la 5%.

 

Stabilizatorul de tensiune preia diferen?a de tensiune dintre blocul de filtrare ?i sarcin? ?i mic?oreaz? ondula?iile semnalului de ie?re p?n? la valori acceptabile. Puterea disipat? de acesta se poate optimiza prin diverse metode.

 

Stabilizatorul simplu cu tranzistori serie

 Tensiunea pe elementul serie trebuie sa fie mai mare decit tensiunea de iesire cu citiva volti. Sa presupunem 5V ca limita de siguranta in cazul unei tensiuni de retea mai mici. Puterea disipata de tranzistorii serie la curentul de 10A este:

 

      Pd = U * I = (Ur ? Us) * I

 

Cazul tensiunii maxime la iesire de 50V, cu sarcina de 5 Ohmi: Pd = (55 - 50) * 10 = 50W

Pentru tensiunea medie la iesire de 25V:                                    Pd = (55 - 25) * 10 = 300W

Pentru tensiunea zero de iesire:                                                  Pd = (55 ? 0 ) * 10 = 550W

Aceasta metoda nu este eficienta. Puterea de la 50W la 500W disipata de tranzistori, se transforma in caldura si trebuie transferata mediului ambiant prin intermediul unor radiatori termici de mari dimensiuni sau unora mai mici folosind ventilatia fortata.

 

Stabilizatorul cu comutarea tensiunii din secundarul transformatorului.

  Daca reducem tensiunea pe tranzistorii serie, cu ajutorul unei prize in secundarl transformatorului, putere disipata se micsoreaza.

 

 Exemplu de schema, cu o singura priza. La tensiuni pina la 12V este conectata priza cu tensiunea U1.

Peste 12V tranzistorul Q1 comanda releul S1 si se lucreaza cu tensiunea U2. In regim de crestere a tensiunii pragul de declansare este mai mare, iar in scadere este mai mic datorita unui histerezis al releului.

 

In exemplul nostru de 50V si 10A:

Pentru U1 = 32V~ si U2= 55V~, la 10A, cu presupunerea ca tensiunile minime redresate in sarcina sunt de 32V si 55V,

Puteria maxima disipata de tranzistorii serie, daca comutarea are loc la 27V este de:

       -  Pentru 0V la iesire, cu tensiunea U1:    Pd1= 32 * 10 = 300W

       -  Pentru 27V la iesire, cu tensiunea U2:  Pd2 = (55 ? 27) * 10 = 280W

Ca rezultat final, putere disipata s-a redus aproape la jumatate, de la 550W la maximum 300W.

Se poate optimiza tensiunea de comutare si tensiunile necesare din transformator, pentru fiecare caz.

 

Exemplu de schema, cu 4 prize in secundarul transformatorului.

 

 Sunt 4 prize in secundarul transformatorului. Se utilizeaza in mod inteligent 4 relee, de 20A si tipul SPDT.

  Circuitele integrate de tip trigger-schmit sunt alimentate la 5V, pentru un histerezis mic.

Tensiunile de comutare sunt reglabile cu trimerii R3, R6, R9 si R12. Intrarea este conectata chiar la iesirea redresorului stabilizat +Vout. Intrarile si iesirea sunt figurate in BUS.

 

Comutarea releelor se face la tensiunile precizate iar cele cu tensiune mai mica ramin activate (comutate).

In acest mod numai o singura priza a transformatorului este conectata la puntea redresoare.

 

Stabilizatorul cu urmarirea (tracking) tensiunii de iesire, cu tiristori sau tranzistori.

 

 Se obtine o tensiune constanta pe tranzistorii serie, in cazul nostru de 5V, deci o putere disipata de numai 50W.

 Schemele sunt mai complexe si mai greu de realizat in regim de homemade, dar se pot aborda pe forum.

 

Succes !

 

 

[gsabac]

Exemple de scheme cu optimizarea puterii disipate pe tranzistorii serie de putere.

 

O schem? interesant? este postat? ?n forum la adresa de mai jos ?i postarea Nr.10. Nu are comentarii sau proiect. 

 

http://www.tehnium-azi.ro/topic/95-scheme-de-surse-reglabile-si-stabilizatoare-de-tensiune/

 

Not?.

Tranzistorul serie, BDV65 este de tipul npn darlington, 125 W, 12A, 60V. Transformatorul are 2 ?nf??ur?ri de 12V,

 deci tensiunea de iesire maxima este ?n jur de 20V. Curentul maxim de ie?ire poate fi de la 1A p?n? la 1,5A.

 

Stabilizator de precizie 20V ?i 2A. 

 

 

 

Schema are reglaj linear, de precizie, la reglarea tensiunii ?i curentului debitat. Tensiunea sau curentul debitat, sunt

 repetitive cu pozi?ia butoanelor cu demultiplicare. 

 

Redresorul de Laborator prezentat este pentru uzul amatorilor dar ?i profesioni?tilor.

 Schema de principiu este inspirat? dup? un aparat al firmei Rhode & Schwartz.

 S-a adoptat solu?ia fara convertoare de ?nalta frecven??, deoarece ?n laborator se

  testeaz? ?i aparatur? sensibil? ce poate fi perturbat? de radia?iile proprii convertoarelor.

 

           Date tehnice generale:

 

        Puterea maxim? de iesire...............................................................................................................40W

        Puterea maxim? consumat?.................................................................................................circa 60VA

        Tensiunea de alimentare............................................................................220V~ 50Hz, + 10%,  -15%

        Curentul maxim consumat.................................................................................................................0,5A

 

        Aparatul este generator de tensiune sau generator de curent de ?nalta precizie.

        Aparatul este protejat la scurtcircuit.

 

        Tensiunea de iesire .........................................................................................................0,00V--20,0V

        Curentul de iesire are 2 setari.............................................................0,0A--2,0A, 0,0mA--200,0mA

        Zgomotul propriu la iesire...........................................................................................................<100uV

 

  Pe schema bloc se remarc? circuitul care comut? tensiunile primare furnizate de transformatorul de putere, la puntea redresoare.

 Acesta optimizeaza puterea disipat? pe tranzistorii finali. ?n mod normal ace?tia ar fi ?ncarca?i la circa

  50W si aparatul ar fi prea voluminos. Prin comutarea automat? a tensiunilor, se

  reduce puterea disipat? la maximum 25W pe tranzistori, iar aparatul devine realizabil

  cu tranzistorii comuni 2N3055.

 

Schema de stabilizare este clasic?, cu tensiune etalon flotant?. Tensiunea ?i curentul se regleaza cu

 ajutorul a doi poten?iometri bobina?i multitur? (10 ture) ?i 0.1% precizie. Tensiunea precis? se citeste

 pe butonul gradat multitur? iar aproximativ? s-ar putea citi pe un instrument de masur?,

 comutat pe tensiune ?i instalat pe panoul frontal al aparatului.

 

Realizarea practic?.

 

 

 

 

Redresor complex, 30V ?i 30A.

 

Schema are imbun?t??iri multiple, pornire silen?ioas?, protec?ie rapid? la v?rfuri de curent, comutarea a 4 tensiuni

 ?n secundarul transformatorului pentru mic?orarea puterii dissipate ?i este generator de tensiune constant? sau de current constant.

 

 

 

 

Succes !

[gsabac]

O metoda avansata de micsorare a puterii disipate pe elementele serie de control, este

 aceea de pastrare constanta a diferentei de tensiune dintre tensiunea bruta redresata si tensiunea de iesire.

Avantaje, puterea maxima disipata pe elemental serie este minima. Dezavantaje, complexitatea si nivelul 

 ridicat de cunostinte pentru realizare.

 

O aplicatie da studiu este prezentata de Linear Technology. Circuitul LT1083 merge la 7,5A,

  dar numai la tensiuni mici intre intrare si iesire fara depasirea puterii disipate maxime.

Principiul de functionare.

Diferenta de tensiune, este preluata de la iesirea stabilizatorului si tensiunea bruta redresata si filtrata.

Este apoi aplicata circuitului operational LM301A. Circuitul LT1011 este un comparator cu iesirea un

tranzistor cu colectorul necuplat (open collector). Circuitul genereaza impulsuri de deschidere a tiristorilor C30B,

 sincrone cu semnalul redresat cu dubla alternanta. Circuitul de intirziere este format din rezistenta de 200K

 si condensatorul de 0,1uF. Cind diferenta de tensiune creste, se mareste timpul sincron pina la generarea 

 impulsurilor de deschidere al tiristorilor, si astfel se scade tensiunea bruta filtrata.

Schema folosesc 2 surse auxiliare de +15V si -15V.

In final se obtine un reglaj de tensiune de la 0V la 35V si curentul maxim de 7,5A.

Circuitul LT1083 poate disipa 60W si are protectie interna de curent.

 

Circuitul LT1083 se poate inlocui cu un LM317 si tranzistori PNP de putere.

 

Succes !

 

@gsabac

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@gsabac

[gsabac]

Pentru optimizarea puterii disipate pe tranzistorii serie pina acum s-au aratat exemple care constau in comutatia 

 in trepte a tensiunii de alimentare, la praguri predefinite, cu ajutorul unor relee SPDT, conectate armonios.

Aceasta comutare se poate face automat, cu o detectare inteligenta a pragurilor ca in schema urmatoare:

Aceasta are 2 surse de alimentare de 18V si 14V conectate in serie si tranzistorii de putere sunt conectati la ele.

Tranzistorul Q2 controleaza tensiunea pina la 14V iar mai sus se satureaza si Q1 preia comanda.

Tensiunea maxima de iesire este de 30V iar curentul de 5A. Tensiunea minima este de 0,01V sau mai mica

  si se remarca dependenta lineara a tensiunii de iesire de marimea rezistentei R7, prin care circula un curent constant de 1,00mA.

Tensiunea de iesire este data de relatia urmatoare si rezistenta de sarcina este R1:

    Us(volti) = 0,001 x R7(ohmi)

Desigur schema trebuie prelucrata tehnologic si comutatia statica se poate extinde.

 

@gsabac

Editat Noiembrie 2, 2016 de gsabac

[miron1947]

Am mai vazut(n-am experimentat-o) o metoda prin `80, un tranzistor serie lucrand saturat/blocat cu raportul de umplere in functie de cerintele sarcinii de lucru, un fel de sursa in comutatie fara transformatorul aferent.

[gsabac]

In continuare public o schema pentru micsorarea puterii disipate pe tranzistorii serie ai unui redresor stabilizat,

 cu componente semiconductoare utilizate ca relee (solid state relay) de tensiune. In functionarea pina la circa 15V 

 la iesire, redresorul stabilizat se alimenteaza prin diode schotky D2 si peste 15V, se comuta alimentarea prin

 tranzistorul MOSFET la o valoare mai mare, astfel incit sa se obtina la iesire 30V.

Fara comutator, puterea disipata pe tranzistorii serie ar fi de 120W iar cu acest releu scade la 60W.

Relee solid state se gasesc si ca atare si se pot adapta la comutatia tensiunilor pentru un redresor stabilizat sau

 la alte aplicatii.

 

@gsabac

[gsabac]

Tendinta actuala de realizare a surselor de alimentare din aparatura electronica de putere este spre miniaturizare si cresterea randamentului,

 trend care implicit duce la scaderea dimensiunilor, costurilor si la folosirea automatizarii pe linia de productie. Deci se folosesc surse de alimentare in comutatie

 pentru foarte mule tipuri de aparaturi, telefoane, televizoare, aparate de sudura, amplificatoare, dar si la sursele de alimentare stabilizate

 folosite ca surse de laborator. Un prim model este sursa cu urmarirea (tracking) tensiunii de iesire si adaugarea citorva volti (5-8v) pentru sursa primara

 nestabilizata. Un prim proiect complet este prezentat aici:   http://pa-elektronika.hu/hu/kesz-projektek/107-smps-labortapegyseg-ii.html?showall=&amp;start=1

La inceputul prezentarii este un meniu cu topicurile proiectului pornind de la scheme cu explicatii, poze si masuratori de laborator ale sursei.

• SMPS Labortápegység II.
• Előszó
• Az áramkörről
• Működés
• Az áramkör megépítése
• Dobozolás
• Élesztés
• Mérési eredmények
• Észrevételek, visszajelzések
• Minden oldal

Tensiunea de iesire se regleaza intre 0 si 50V si curentul intre 0 si 10A cu ajutorul unor potentiometri si se foloseste un SMPS care scoate

 circa 7-8 V mai mult decit tensiunea stabilizata reglabila.

  

Schema principala a redresorului stabilizat.

 

 Principiul de functionare consta in multiplicarea tensiunii de pe potentiometrul de reglaj, spre deosebire de alte surse prezentate in topic,

 la care stabilizarea se obtine pornind de la generatoare de curent.

 

SMPS-ul este realizat miniatura si este prezentata o poza in link, iar daca s-ar fi folosit un transformator de retea clasic acesta ar avea peste 5Kg

 si un volum destul de mare. O astfel de sursa de laborator este utila pentru repararea sau testarea in siguranta a unor aparate electronice.

@gsabac

Editat Ianuarie 25, 2019 de gsabac

[gsabac]

Vedetele circuitelor stabilizatoare complete "DC-DC converter" cu "PWM tip BUCK"(coborator) si tranzistori de putere incorporati sunt

 LM2596, XL4005 si XL4015. O simpla cautare cu numele XLxxxx va duce la nenumarate module cu preturi intre 10 lei si 400 lei.

Pe baza lor sunt construite zeci de modele de surse reglabile "step down" coboritoare, cu puteri de la citiva

wati la sute de wati, tensiune fixa sau reglabila 1,5V-32V, curent fix sau reglabil 0-5A cu numai citeva componente.

LM-ul incorporeaza tranzistori bipolari NPN de putere iar XL-urile 2 tranzistori MOSFET canal P destul de performanti.

Rezistenta termica este in jur de 6⁰C/W la LM si circa 4⁰C/W la XL si daca se realizeaza convertori de 100W de exemplu cu randament minim de 90%

 se disipa pe circuitele XL circa 10W deci un radiator destul de mic. Module se gasesc atit in tara cit si la firmele distribuitoare externe si au in general

 urmatoarea schema de principiu, luata din documentatia circuitelor:

  

O schema interesanta cu reglaj tensiune curent luata de pe un model de firma.

  

O schema de sursa reglabila cu XL4005 de 0-5A si 0-30V este in poza dupa un site rusesc.

 

Desigur aceste performante se obtin simplu cu un singur circuit monolitic cu radiatoare minimale si daca se doreste mai mult exista scheme "buck"

 cu componente discrete SGxxxx, UCxxxx, TLxxx, LMxxxx, IRxxxx, etc si tranzistori performanti cu BJT sau de tipul MOSFET canal P sau N care au randamente

similare cu circuitele monolitice.

@gsabac

[spark]

Domnule _gsabac_se poate implementa una din schemele cu LM2596 / XL4005 , pe integratul LM338 (LM317).......????

Am facut si eu incarcatoare (pentru autofiletanta de 16,8V)   cu modulul XW026FR4 , aceste nu sunt scumpe , dar problema este ca sunt smd si sunt probleme cu disipatia caldurii .Versiunea THT nu se gasea in comert la noi, decit la chinezi. 

Aceasta schema este o versiune selectata de mine , dar nu stiu formula de calcul a rezistorului shunt de curent .Am incercat calculul ___Umin. / Imax__si nu iese socoteala

Editat Ianuarie 31, 2019 de spark

[spark]

Aceasta schema este o versiune selectata de mine , dar nu stiu formula de calcul a rezistorului shunt de curent .Am incercat calculul ___Umin. / Imax__si nu iese socoteala

[gsabac]

Ar fi corect sa analizam doar metodele de optimizare a puterii disipate ca in tema topicului, dar

 pentru reducerea temperaturii la modulele cu LM-uri sau XL-uri se pot monta radiatoare suplimentare cu aripioare atit pe fata circuitului integrat

 cit si pe spatele circuitului imprimat unde se afla zona cu gauri metalizate pentru transferul de caldura.

Schema prezentata este pentru un incarcator de acumulator cu plumb, se poate calcula, dar mai corect este sa se monteze un voltmetru

 la iesire si un ampermetru serie cu acumulatorul si se regleaza mai intii tensiunea in gol la 13,8V pentru regim stationar,

 apoi dupa conectarea unui acumulator descarcat (sau o rezistenta de sarcina mica) se regleaza curentul la o zecime din marimea capacitatii,

 deci pentru 7Ah se regleaza 700mA.

Procedeul de reglaj este valabil si pentru modulele reglabile cu convertoare.

 

@gsabac

 

Editat Februarie 1, 2019 de gsabac