Свежие обсуждения
Источники питания

А не замахнуться ли нам на Уильяма, нашего Шекспира.

1 2

В тщетной борьбе с безделием на рабочем месте мой мозг посетила идея очередного, надеюсь что не прожекта, а именно - для целей испытания различных газоразрядных ламп высокого давления отладки сетьевых ИБП изготовить регулируемый источник питания 0-500 вольт 0-2 А !!! }8-О.

Задачи предъявлемые к данному чуду науки и техники :

Мощность 1 кВт
Диапазон перестройки по выходному напряжению 0-500 вольт (дискрет установки 1 вольт)
Быстродействующая система ограничения выходного тока в диапазоне 0-2 А (хотелось-бы и больше, но боюсь построение 2-3 киловаттного источника для столь жестоких условий в нагрузке в домашних условиях малореально) с дискретом установки 20 мА. (Лучше 10 мА для испытания газоразрядных приборов).

Теперь самое СТРАШНОЕ - мое любимое испытание (зловещий смех) (погубившее не один промышленный ИБП и выдерживаемое источниками с линейными регулирующими элементами) - коротим выход с частотой 100 гц синхронно с пиками напряжения сети. Естественно стоит максимальное напряжение и максимальный ток .
Хотелось-бы что-б выдерживал. Желательно выдерживать втекающий ток (тоесть при подачи на выход источника напряжения обратной полярности от внешнего источника не приводило-бы к катастрофическим последствиям. Желательно переходить в этом режиме в режим электронной нагрузки. Выдерживать по входам ВВ импульсы (в идеале до 50 кВ) от систем поджига HID ламп (длительность единицы микросекунд) Ну думаю системы из варисторов и разрядников + дроссели последовательно в каждом и выходных проводников спасут.

Теперь конструктивная часть плана:

Предположение использовать ОМК с 10-12 разрядными внешними (для снижения шумов) ЦАПами. На выходе ЦАПов ФНЧ режущие наводки с частотой сети.

Фактические значения по напряжению измеряются 10 разрядными АЦП для напряжения (дискрет в 1 вольт за глаза) и 12 для тока (для получения цифровой фильтрацией "честных" 10-11 разрядов Измерять с дискретом 1 мА довольно актуально. Одновременно желательно ввести функцию записи формы потребляемого тока синхронно полупериоду сети.

Индикация - графический ЖКМ 128х64 точки. Управление - прямой ввод + валкодеры для тока и напряжения.

Силовая часть: (смотри приложение).

В целях уменьшения монстроидальности силовых трансформаторов и коэффициентов трансформации принята система из 2х синхронных прямоходовых полумостовых 2х тактных преобразователей по 500 ватт каждый. Выходы преобразователей включены последовательно. В целях минимизации подмагничивания сердечников выбираемо полумост, в целях минимизации индуктивности рассеяния при ОГРОМНОЙ толщине межобмоточной изоляции - многослойная обмотка с чередованием слоев первичной и вторичной обмоток. (К тр 1:1,8).

(Ввиду малодоступности сердечников более, чем ЕТД59 рассматривается система из 3х преобразователей по 300-350 ватт)

Все преобразователи работают синхронно и синфазно от одного ШИМ контроллера на баз TL494. Успользуется 1 усилитель ошибки. + защита от возможного пробоя регулирующего транзистора во вторичной цепи с трансформаторами тока в первичных цепях и триггерно-релейной системой блокировки преобразователя. (Во имя жизни силовых транзисторов).

Для обеспечиения быстродействия системы токовой защиты применен вторичный линейный регулятор на нескольких (показан 1) мощных высоковольтных полевых транзисторов в ТО-247. Из рассчета выдерживания кратковременно 1 кВт рассеиваемой можности (пока ШИМ среагирует) при возникновении КЗ в нагрузке.

ШИМ регулятор старается поддерживать на блоке силовых транзисторов падение напряжения 10-20 вольт (при 2х амперах и 4-5 транзисторах выделяемая мощность невелика).

Большой вопрос в отработке усилителя ошибки для линейного регулятора для избежания возбуждения при столь большом диапазоне регулирования по току. (а все-таки источник будет использоваться в режиме источника тока а тут холодная лампа - 500, поджиг - резкий провал до 10-20 вольт и возврат к 100-200 по мере прогрева.

Прошу высказываться господа (можно нецензурно, но ....... вот так)

 

ЗЫЖ на приведенной схеме приведены структцрная собственно схема, поэтому вспомогательные цепочки опущены и будут дорисовываться по мере проработки идеи.

 

Wladimir_TS, Ваш проект слишком специфический, что бы строить его в кругу "специалистов широкого профиля".
По этому придётся Вам всё делать самому.

Разве что будете обсуждать отдельные узлы.

 

Были источники с цифровой установкой тока и напряжения. Например Б5-44 . Цифирки пальцем ставились... ЦАП на релюшках герконовых До сих пор такие девайсы имеют хорошую цену. Это о многом говорит. Может сделать Вам похожее используя часть тех неубиенных решений?

 

Решения в Б5-44 и пожоюных далеко не неубиваемые (горят на ура) во вторых завязанные на отсутствие как класса высоковольтных транзисторов во времена разработки. Потому был создан монстрик на КТ809, которые только 200 вольт. Из-за тормознутости частота преобразования 4 кГц (если склероз не подводит) и частота ШИМа еще меньше (аппарат работает пачками). В общем в свете нынешней схемотехники еще тот уродец. А уж "непередаваемый" звук - это что-то - первый по раздражающему фактору прибор за мою карьеру. Второй - В7-40 с его гальванической развязкой на импульсных трансах и "бортовом преобразователе" с частотой 1 кГц...

DWD: DWD
13 августа, 20:41
Wladimir_TS, Ваш проект слишком специфический, что бы строить его в кругу "специалистов широкого профиля".
По этому придётся Вам всё делать самому.
Разве что будете обсуждать отдельные узлы.

Если честно, то как раз на ваши мысли я надеялся хоть в тайне, но больше всего.

Больше всего меня волнует вопрос работы преобразовательных модулей последовательно (вторичные цепи). Надо-ли уравнивать падение напряжения на отдельных модулях внешним резистивным делителем ?

Второй вопрос - отработка линейного регулятора. Из опыта построения (к сожалению слабо подкованного теорией) линейных стабилизаторов тока я столкнулся с запаздыванием реакции на резкое изменение нагрузки, особенно от ХХ до КЗ. А это смерть преобразователям (в 150 ваттном токовая защита (по второму каналу ТЛки) (на трансформаторе тока в первичной цепи) не успевала отработать при КЗ на выходе и транзисторы умирали быстро и красиво.

Третий вопрос об уменьшении мощности каждого преобразователя до 300 ватт и сборке из 3х-4х последовательно включенных преобразователей. Нет-ли тут скрытых камней кроме межобмоточной изоляции (и роста индукцтивности рассеяния) ?

 

Wladimir_TS: Диапазон перестройки по выходному напряжению 0-500 вольт (дискрет установки 1 вольт)
Быстродействующая система ограничения выходного тока в диапазоне 0-2 А... с дискретом установки 20 мА. (Лучше 10...

Для напряжения 500В/1В=500 шагов. Это ЦАП на 9 разрядов.
Есть и больше, значит, хватит одной мс.
При максимальнном опорном напряжении 5В получим шаг 5В/512 примерно 10мВ...
В принципе, реально.

Для тока 2А/10мА=200 шагов или 8 разрядов.
При таком же опроном получим минимальный шаг опоры 5В/256 примерно 20мВ.
Ещё реальней...

В принципе, можно управлять напрямую стандартным ШИМ контроллером типа TL494.

Wladimir_TS: Теперь самое СТРАШНОЕ - мое любимое испытание (зловещий смех) (погубившее не один промышленный ИБП и выдерживаемое источниками с линейными регулирующими элементами) - коротим выход с частотой 100 гц синхронно с пиками напряжения сети.

Почему страшное?
Если защита выполнена по принципу ограничения тока нагрузки, то есть, во вторичной цепи, то ни чего блоку не будет. Только при замыкании выхода будет большой бросок тока разрядки выходных конденсаторов.
Если защита со слежением за током ключевых транзисторов или трансформатора (в первичной цепи), то живучесть блока зависит от цепи коррекции - если она заторможенная, то просто может не успевать отрабатывать КЗ и ключи будут перегружаться. При длительной работе в таком режиме транзисторы запросто могут вылететь.

В принципе, комповые блоки как раз и являются такими - заторможенными. Один больше, другой меньше...
По этому часто в них и ставят триггерную защиту от КЗ. Поймав первую перегрузку они полностью выключаются и включатся только после полного отключения от сети и ожидания, минимум, несколько секунд.

Из личной практики - просто перевод компового блока в режим источника тока при перегрузке и со слежением именно за током нагрузки (датчик тока во вторичной цепи) полностью решает проблему.

Пару дней назад я приводил свой вариант переделки компового блока в лабораторный БП, так вот, попробовал на нём Ваше "СТРАШНОЕ испытание"...
Угадайте с трёх раз, кто приказал долго жить - БП или полевик, выполнявший роль замыкателя выхода с частотой 100Гц?
Правда я не заморачивался с синхронностью открывания полевика с пиками напряжения сети, но тут я разницы не вижу - есть синхронизация или нет...

В общем, Вы, наверно, уже и сами догадались, что испытание не выдержал именно полевик. Коммутировать собой "страшные" токи разрядки конденсатора ёмкостью 2200мкФ, заряженного до напряжения 40В ему было не под силу... Хотя он и продержался несколько секунд. Вообще-то, был бы он на радиаторе, то может и не перегрелся бы так быстро.

Ну а просто периодическое замыкание руками выхода блока питания ни к чему плохому не привело. Только уши закладывало от выстрелов, да потом пришлось откусывать обгоревшие концы кабеля.

 

Wladimir_TS: Больше всего меня волнует вопрос работы преобразовательных модулей последовательно (вторичные цепи).

В моей практике не было необходимости наращивать блоки последовательно, но мне кажется, что особых проблем быть не должно.

Wladimir_TS: Надо-ли уравнивать падение напряжения на отдельных модулях внешним резистивным делителем ?

А что даст это резистивный делитель?..
Если каждый блок со стабилизацией выхода, то он сам будет поддерживать напряжение на выходе.

Wladimir_TS: Из опыта построения... линейных стабилизаторов тока я столкнулся с запаздыванием реакции на резкое изменение нагрузки, особенно от ХХ до КЗ.

Опять же, от схемы зависит. Обычно, линейные стабилизаторы специально делают сильно заторможенными, так как быстродействия от них не требуется. Медленные колебания тока и напряжения нагрузки они и так отрабатывают, а слежение за быстрыми перекладывается на плечи выходных конденсаторов.

Опять же, изначально всё зависит от выбора топологии - источник напряжения или источник тока.
Обычно, делается стабилизатор (источник) напряжения с защитой от перегрузки или ограничением тока нагрузки. Не смотря на одинаковые задачи по защите эти варианты могут кардинально отличаться способами реализации.
Если защита по току релейная, да ещё и с гистерезисом, то она будет изначально заторможенной и не сможет перевести стабилизатор в режим источника тока.

Опять же, из личной практики - если стабилизатор напряжения может плавно перехожить в режим стабилизатора тока, то ему перегрузки не страшны.

По этому нужно сразу конструировать именно схему стабилизатора тока, но с ограничением его выходного напряжения - то есть, схема изначально должна быть расчитана как источник тока и работать должна так же, как источник тока, а для того, что бы напряжение на выходе не превышало какое-то значение, вводится слежение за ним.
Ести ток такого источника тока выбрать больше максимального тока нагрузки, то схема будет выполнять роль стабилизатора напряжения и абсолютно не будет бояться КЗ, не зависимо ни от их периодичности, ни от длительности.

Wladimir_TS: ...вопрос об уменьшении мощности каждого преобразователя до 300 ватт и сборке из 3х-4х последовательно включенных преобразователей.

Такая топология давно используется. Советую посмотреть варианты реализации (их, действительно, много) в книге Моина "Стабилизированные транзисторные преобразователи". Ссылка уже приводилась на нашем форуме.

 

Wladimir_TS: Третий вопрос об уменьшении мощности каждого преобразователя до 300 ватт и сборке из 3х-4х последовательно включенных преобразователей. Нет-ли тут скрытых камней кроме межобмоточной изоляции (и роста индукцтивности рассеяния) ?

Есть, это отрицательное входное сопротивление, при увеличении напряжения на входе преобразователя уменьшается входной ток преобразователя, когда преобразователи включены последовательно это надо учитывать, можно очень легко поймать возбуждение преобразователей. Включая последовательно преобразователи, при изменение нагрузки, замедляется время отклика преобразователя в целом.
Как по мне, то лучше найти готовую схему и повторить её.

 




Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых
электронных устройств. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2005. — 528 с.
ISBN 5-94120-074-9

 

DWD: Почему страшное?
Если защита выполнена по принципу ограничения тока нагрузки, то есть, во вторичной цепи, то ни чего блоку не будет.

Б5-70 (71) не выдюживали.


Только при замыкании выхода будет большой бросок тока разрядки выходных конденсаторов.

Думаю за счет линейного стабилизатора выходную емкость можно ставить на несколько микрофарад всего.


Пару дней назад я приводил свой вариант переделки компового блока в лабораторный БП, так вот, попробовал на нём Ваше "СТРАШНОЕ испытание"...
Угадайте с трёх раз, кто приказал долго жить - БП или полевик, выполнявший роль замыкателя выхода с частотой 100Гц?
Правда я не заморачивался с синхронностью открывания полевика с пиками напряжения сети, но тут я разницы не вижу - есть синхронизация или нет...

Просто при испытании реле-регуляторов на прошлой работе обычно просто подавали на "В" переменные 3-4 вольта с трансформатора через диод (одну полуволну пользовали) + подставка в 11 вольт постоянки. БП питавшие цепи "Ш" сдыхали быстрее, чем реле-регуляторы


В общем, Вы, наверно, уже и сами догадались, что испытание не выдержал именно полевик. Коммутировать собой "страшные" токи разрядки конденсатора ёмкостью 2200мкФ, заряженного до напряжения 40В ему было не под силу... Хотя он и продержался несколько секунд. Вообще-то, был бы он на радиаторе, то может и не перегрелся бы так быстро.

Ну а просто периодическое замыкание руками выхода блока питания ни к чему плохому не привело. Только уши закладывало от выстрелов, да потом пришлось откусывать обгоревшие концы кабеля.

Было у меня такое - решил перекусить провод на обесточенной установке, но 100 000 примерно микрофарад не успели до конца разрядиться. Кусачки превратились в довольно экзотический иструмент.


А что даст это резистивный делитель?..
Если каждый блок со стабилизацией выхода, то он сам будет поддерживать напряжение на выходе.

Да нет -= я думал использовать общий ШИМ контроллер для всех преобразователей, упраляюший ими через 2 рахделительных трансформатора.