Från nätagg till analog processor

Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Från nätagg till analog processor

Inlägg av Spisblinkaren »

Jag har nu skissat på ett nätaggregat (+/-25V/3A). Jag vet inte om det kommer att fungera men jag tror faktiskt det. Avser provbygga asap.

Vad jag vet är att BDX33/BDX34 inte riktigt klarar den mest extrema effektförlusten (typ 80W isf 70W) men jag kommer nog använda ett par TO-3:or istället.

En rätt lustig detalj är att det knappt gick att få tag på en kylfläns som klara dessa effektförluster. Eftersom effektförlusterna på den gemensamma flänsen kan vara upp till 172W så krävs en kylfläns som gärna får understiga 1C/W (chiptemperaturen får som bekant inte överstiga 180C).

Jag har hittat en variant hos kära Elfa som typ kommer i löpmeter men har 1,3C/W vid 100mm.

Frågan är nu bara hur djupt jag vill göra aggregatet.

Nånstans runt 200mm får räcka. Alltså teoretiskt typ 0,7C/W.

Det roliga är dock att jag tror att det faktiskt kommer funka med hela 2X25V/3A.

Ett rätt schysst agg om jag får säga det själv.

Men vad tror ni? Kommer det att funka? Eller har jag tänkt fel nånstans?

Bifogar skiss.

MVH/Roger
PS
Jag har byggt in en trackingfunktion för dom båda spänningarna. Var faktiskt ganska lätt. Tror jag :-)

Sen har jag också byggt in steglös strömbegränsning (6mA-2,7A, teoretiskt).

Jag har ett mycket gammalt och primitivt agg som är uppbyggt på snarlikt sätt och det fungerar.

Men nu har jag tänkt skaffa mig rejäla grejer. Främst för att steglös strömbegränsning är mycket önskvärt när man först vill spänningssätta något mycket känsligt projekt.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Senast redigerad av Spisblinkaren 25 februari 2018, 15:20:45, redigerad totalt 4 gånger.
Användarvisningsbild
Honk
1 Anmärkning
Inlägg: 455
Blev medlem: 18 november 2010, 10:13:15

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A ?

Inlägg av Honk »

Ser i grund och botten OK ut men designen har en stor nackdel som många inte känner till.
Dess ström och spänningsreglering kommer att glida beroende på temperaturen i sensortrissorna.

Detta händer pga en transistors bas-emittor spänning varierar stort med temperaturen.
Vid 25C ligger den på ca 0.65V, vid 50C har den sjunkit till 0.55V och kommer du upp i 70C är du nere på 0.5V.
Detta gör att utspänningen och strömmen minskar rejält när nätdelen värms upp av en belastning.
Vice versa om du kyler ner agget genom att använda det utomhus en kall vinter.

Jag hade istället använt OP förstärkare (LM358) och stabila spänningreferenser (LMV431) för att bygga ett linjärt aggregat.

Lycka till
bizon
Inlägg: 12
Blev medlem: 2 mars 2011, 18:56:27

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A ?

Inlägg av bizon »

rogerk8 skrev: En rätt lustig detalj är att det knappt gick att få tag på en kylfläns som klara dessa effektförluster. Eftersom effektförlusterna på den gemensamma flänsen kan vara upp till 172W så krävs en kylfläns som gärna får understiga 1C/W (chiptemperaturen får som bekant inte överstiga 180C).
Tyvärr brukar man inte komma upp i de C/W som är angivet för flänsarna. Jag har provmätt några Fisher elektronik flänsar från Elfa samt några andra flänsar och hamnade i snitt ca 20% över angivet värde. Sen så vill man nog ha lite marginal och inte köra chipet på 180 grader utan en bit under.

Kanske fläktkylning kan vara något?
Tex skulle en eller två CPU kylare av lite större modell nog fungera fint och ta mindre plats.
ElectricNooB
Inlägg: 600
Blev medlem: 26 juli 2011, 20:58:06

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A ?

Inlägg av ElectricNooB »

Som sagts, utspänningen/strömmen kommer variera med temepratur. Även jag skulle köra på en op med en spänningsref. :)
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A ?

Inlägg av Spisblinkaren »

Honk skrev:Ser i grund och botten OK ut men designen har en stor nackdel som många inte känner till.
Dess ström och spänningsreglering kommer att glida beroende på temperaturen i sensortrissorna.

Detta händer pga en transistors bas-emittor spänning varierar stort med temperaturen.
Vid 25C ligger den på ca 0.65V, vid 50C har den sjunkit till 0.55V och kommer du upp i 70C är du nere på 0.5V.
Detta gör att utspänningen och strömmen minskar rejält när nätdelen värms upp av en belastning.
Vice versa om du kyler ner agget genom att använda det utomhus en kall vinter.

Jag hade istället använt OP förstärkare (LM358) och stabila spänningreferenser (LMV431) för att bygga ett linjärt aggregat.

Lycka till
Hej Honk!

Här lärde du mig saker. Jag visste i princip ingenting om transistorers faktiska Vbe(T)-beroende. Tack!

Dock är jag ändå lite envis med min mycket enkla koppling. Detta för att de "strömavkännande" transistorerna aldrig blir just varma. Visst de kommer sitta inne i en kabinett och indirekt upphettas lite men det känns ändå som ganska lite. Fast jag vet nu inte riktigt hur jag ska göra. Klart är i alla fall att jag gillar kopplingar som är enkla.

En relaterad sak som nu slår mig är att eftersom Vbe sjunker med temperaturen så minskar strömmen ut från agget. Vilket får icke-katastrofala följder map på effektförluster hos effekttrissorna.

En annan fundering jag haft är om jag verkligen borde ha tracking valbart. För hur ofta vill man säg ha en annan spänning på minus än på plus? Ofta labbas det ju med OP-ampar och de vill gärna ha trackad dubbelmatning (trots PSRR). Men när vill jag ha olika spänning? Känns som ett extremfall man skulle kunna välja bort. Har inte bestämt mig här heller.

En annan variant hade varit två galvaniskt skilda utgångar (dessutom enkelt helvågslikriktade). Då kan man ju dels stapla spänningarna på varandra (<50V) alternativt vända polaritet på den ena osv. Men jag tycker det knölar till designen. För iom att jag implementerat en 5V-utgång (för t.ex klassisk TTL) så har jag ju redan en, åtminstone liten, "flyttbar" spänning.

En sista fundering. Med tanke på de moderna digitala spänningsnivåerna hade det varit schysst med en 3V-utgång också. Man skulle dock kunna tänka sig ha 3V-regulatorn externt när man behöver den. Men 5-3=2V över en 317 räcker väl inte? Alternativt skulle man kunna ha en justerbar 3-5V-utgång. Fast jag ser det nog som så att dels labbas det smidigast med typ DIL TTL/HCMOS dvs 5V dels är det nog ändå rätt vanligt att matningarna för moderna kort har dubbla spänningsbehov (3&5V). Detta innebär att jag troligtvis endast kommer köra med den 5V:en jag redan implementerat.

8VAC är f.ö en bra option bl.a för test av transformatorer. Dock ingen jätteanvändbar funktion. Men jag vill ha den. Den kan också tjäna som 50Hz-klocka då nätfrekvensen faktiskt är mycket stabil.

Vad tror ni förresten om att sätta separata kylflänsar på Vbe-multiplikatorn och den strömavkännande transistorn? Borde inte den ökade massan göra det svårare att hetta upp dom? En amatör spekulerar :-)

Vad tror ni om mina ide'er?

MVH/Roger
Senast redigerad av Spisblinkaren 7 februari 2013, 16:33:12, redigerad totalt 1 gång.
Användarvisningsbild
ensten
EF Sponsor
Inlägg: 3759
Blev medlem: 19 oktober 2004, 15:55:20
Ort: Hudiksvall

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A

Inlägg av ensten »

Ser att du använt 7815 med 2A. Kul att jag kunnat bidra med något om än mycket lite.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A

Inlägg av Spisblinkaren »

Ja, det är klart. Här lär vi av varandra :)
Sikmeister
Inlägg: 63
Blev medlem: 1 augusti 2010, 12:45:23

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A ?

Inlägg av Sikmeister »

rogerk8 skrev: Vad tror ni förresten om att sätta separata kylflänsar på Vbe-multiplikatorn och den strömavkännande transistorn? Borde inte den ökade massan göra det svårare att hetta upp dom?
Vbe-multiplikatorn kommer definitivt att behöva kylfläns. När dess kollektorspänning är halva inspänningen (ca 13,5 V) blir kollektorströmmen 50 mA och effektutvecklingen 0,675 W. BC547 är alldeles för liten för att tåla det. Ett sätt att minska effektutvecklingen är att öka värdet på 270-ohmaren, men det kommer att påverka vid vilken utspänningen man kan ta ut maximal utström.

En kylfläns med mer massa gör att det tar längre tid att värma upp den (men till samma sluttemperatur givet samma yta). En kylfläns med större yta leder bort mer värme.

När det gäller dina övriga funderingar tror jag att man har mer glädje av två galvaniskt skilda utgångar. Om du hittar på ett sätt att få dem att följa varandra är det så klart bra. Ett valbart 5/3,3V-läge (eller kanske justerbart om du vill ha tex 3,0V) är nog ingen dum ide. Bli inte förvånad om du i framtiden märker att du mest använder 3,3V-läget. Jag har nog inte byggt något som har gått på enbart 5V på flera år.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A

Inlägg av Spisblinkaren »

Hold my horses!

Kylflänsproblematiken går inte ihop!

Efter att ha konsulterat litteratur (Allmän Elektronik I, Jan Soelberg) så gäller tydligen följande:

1) Tc=Tj-Tjc*P
2) Ttk=Tc-To
3) Tk=(Tj-To)/P-Tjc-Tgk~(Tj-To)/P-Tjc (optimistiskt)

där

Tc=Tcase=transistorns höljestemperatur
Tj=Tjunction=kristallens maxtemperatur (alltid <180C)
Tjc=Tjunction-to-case=termisk resistans mellan kristall och hölje
P=effektförlusten
Ttk=den faktiska temperaturen höljet får öka (inberäknat rumstemperaturen)
To=rumstemperaturen
Tk=kylflänsen högsta tillåtna termiska resistans
Tgk=glimmerskiva + kiselfetts termiska resistans mellan hölje och kylfläns (<0,5C/W enligt litteratur)

Kuriosadata:

A) Tjc (TO-220): runt 2C/W
B) Tjc (TO-3): runt 1,2C/W
c) Tja=Tjunction-to-ambient/air (TO-220)= runt 70C/W (*2W=140C dvs 2W är max en naken TO-220 klarar)

Genom att göra olika beräkningar ovan så har jag kommit fram till att jag minst måste använda TO-3.

Då får jag:

1 & B säger att Tc för mig vid kortslutning (dvs 25V*3A=75W) och TO-3 blir 180C-1,2*75=90C

2 säger sen att:

Ttk=90-25=65C

3 säger mer exakt att:

Tk<(180-25)/80-1,2=0,74C/W

Och detta alltså vid försummad termisk resistans hos själva montaget kåpa/fläns.

Säg att min kylfläns bör vara på <0,6C/W.

Vid extremfallet att båda kanalerna skulle vara kortslutna en längre tid (obs) skulle alltså en gemensam kylfläns behöva vara på <0,3C/W (3V/5V-regulatorn exkluderad).

Man får leta och framför allt punga ut med stora summor (typ 5000:- enligt Elfa) för att få tag i så rejäla flänsar!

Men jag säger att mina uträkningar är extrema.

Jag säger att jag satsar på TO3 (MJ11033/MJ11032) och typ 0,7C/W för en trevlig 200mm's "stereo"-fläns: https://www.elfa.se/elfa3~se_sv/elfa/in ... 8-56&toc=0

Alternativet är faktiskt fläktkylning!

För jag vägrar gå ner i ström!

MVH/Roger
PS
Jag har f.ö bestämt mig för att bygga i enlighet med bifogat schema. Detta för att jag gillar enkelhet och är inte så intresserad av mätmässig "superprestanda".
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A

Inlägg av Spisblinkaren »

Såhär nånting har jag tänkt fronten ska se ut.

Naturligtvis kommer jag använda analoga viftare. :)

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A ?

Inlägg av Spisblinkaren »

Sikmeister skrev:
rogerk8 skrev: Vad tror ni förresten om att sätta separata kylflänsar på Vbe-multiplikatorn och den strömavkännande transistorn? Borde inte den ökade massan göra det svårare att hetta upp dom?
Vbe-multiplikatorn kommer definitivt att behöva kylfläns. När dess kollektorspänning är halva inspänningen (ca 13,5 V) blir kollektorströmmen 50 mA och effektutvecklingen 0,675 W. BC547 är alldeles för liten för att tåla det. Ett sätt att minska effektutvecklingen är att öka värdet på 270-ohmaren, men det kommer att påverka vid vilken utspänningen man kan ta ut maximal utström.

En kylfläns med mer massa gör att det tar längre tid att värma upp den (men till samma sluttemperatur givet samma yta). En kylfläns med större yta leder bort mer värme.

När det gäller dina övriga funderingar tror jag att man har mer glädje av två galvaniskt skilda utgångar. Om du hittar på ett sätt att få dem att följa varandra är det så klart bra. Ett valbart 5/3,3V-läge (eller kanske justerbart om du vill ha tex 3,0V) är nog ingen dum ide. Bli inte förvånad om du i framtiden märker att du mest använder 3,3V-läget. Jag har nog inte byggt något som har gått på enbart 5V på flera år.
Tack så hjärtligt för dina tips!

Jag har nu bestämt mig för att göra enligt bifogat schema. Dvs jag uppgraderade, på din inrådan, bias-motståndena till 390 Ohm. Då klarar nämligen multiplikator-transistorerna effektförlusten (även om det är på håret).

Din andra kommentar om att det är kylflänsens yta som bestämmer temperaturen borde jag förstått då jag ju tom är högskoleutbildad :D

Jag tror mig kommit på ett sätt som gör trackingen av galvaniskt skilda matningar lika enkel. Men jag har haft ett +/- agg i många år och aldrig saknat möjligheten att stacka utgångarna lite som man vill. Dock är det en önskvärd finess. Fast det komplicerar lösningen onödigt tycker jag.

Den största uppgraderingen får bli 3/5V-optionen. Jag avser ju bli lite moderrn jag också även om PIC:ar tycks kunna jobba med allt från typ 2,5 till 5,5 V.

Fast jag har själv kännedom om kretsar som inte klarar det. Typ moderna CPU:er och CPLD:er som jag är mycket nyfiken på att konstruera med i framtiden. Fast i ärlighetens namn skall dock sägas att dessa CPU:ers utvecklingsmiljöer kostar så mycket att det inte är praktiskt intressant att för en lekman som jag att använda dom.

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Honk
1 Anmärkning
Inlägg: 455
Blev medlem: 18 november 2010, 10:13:15

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A

Inlägg av Honk »

Hej igen.

Jag har lagt till några skyddsmotstånd på basen till strömsensortrissorna.
Även ett par 1nF kondingar över bas-kollektor.
Utan detta riskerar du köra i sönder sens trissorna via överström genom basen.
Kondingarna dämpar event självsvängning när strömbegränsningningen är aktiv.
Värdet på kondingen kan behöva justeras när du testar agget "in real life".
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
BMI
Gått bort
Inlägg: 496
Blev medlem: 31 juli 2006, 22:29:08
Ort: Halmstad

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A

Inlägg av BMI »

Hur kan det sitta en100ohm pot i serie med 0,22ohm där det skall flyta 3A ?
Användarvisningsbild
Honk
1 Anmärkning
Inlägg: 455
Blev medlem: 18 november 2010, 10:13:15

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A

Inlägg av Honk »

Man får hoppas den är trådlindad och klarar ett flertal watt.
När den är ställd till 0R går det ut 3amp, vid större inställt motståndsvärde sänks utströmmen.
Den blir dock väldigt svår att ställa in, utströmmen kommer att störtdyka så fort man pillar på ratten.
0.22R ger 3amp ut. Att ställa in en 100R pot till ytterliggare 0.22R i serie för 1.5Amp ut är något som ger gråa hår.

Det är mycket lättare och bättre att designa strömbegränsningen med en OP och spänningsreferens.
Då får man både linjär reglering och slipper temperaturglidningen.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Design av linjärt nätagg +/-25V 3A

Inlägg av Spisblinkaren »

Eftersom jag är envis som synden så har jag tacksamt lyssnat på era förslag men kompromissat med bifogat schema.

Du Honk fick mig att inse att jag knappast skulle kunna ratta in 1,5A. Optimistisk uppskattning är runt 0,6A (dvs 1 Ohm tot). Sen hade jag fått gråa hår som du sa :-)

När jag räknade på detta räknade jag dock mest på effektförlust och jag fick den till att vara max 0,5W för poten. Så jag har nu valt en trådlindad 10Ohms-pot på 2,5W som åtminstone garanterat tål effekten (och strömmen? 2,5W vid max/10R ger dock 0,5A men klarar den 3A vid lågt motstånd? Teoretiskt, ja). Frågan är nu bara vilken minsta resistans den kan ha. Poten heter https://www.elfa.se/elfa3~se_sv/elfa/in ... 0608&cat=0 .

Det tråkiga med detta val är att minströmmen blir hela 60mA.

Dock är detta enda chansen att åtminstone teoretiskt kunna ratta in strömmar över typ 0,5A.

Samtidigt kunde man önska att dylik pot fanns logaritmisk...

Sen har jag dock lyssnat på rådet att ha galvaniskt separerade matningar. Jag har dock kvar "spegelvändningen". Detta mest för att jag gillar symmetrier och "Push-Pull" även om det inte spelar någon roll när matningen är galvaniskt isolerad.

Slutligen har jag valt att koppla ihop övre minus med nedre plus i samband med att man väljer tracking. Detta mest för att slippa en extra bygel varje gång man vill mata OP-ampar. Samtidigt är galvaniskt skild tracking tämligen meningslöst :-)

Vet inte riktigt om det går men teoretiskt skulle man kunna stapla matningarna på varandra. Tracking måste dock vara av vid både seriell och parallell stapling (undantaget +/-).

Jag har halverat glättningskondingarna pga FW.

Jag har valt en köpbar transformatorspänning (den andra var bara tillgänglig i specialfall). Denna har dock lite lägre spänning. Vp blir max 25,5V dvs när lindningen är fullt belastad och 2Vf=0. För mig känns det således tryggt att använda 25V som maxspänning för glättningskondingarna (även om det är på håret).

Jag tackar för R/C-uppgraderingen när det gäller strömavkänningen.

Slutligen skulle jag vilja återknyta till en tidigare diskussion. Du förklarade för mig att det är ytan på flänsen som avgör dess kylförmåga/temperatur. Inte dess massa (då tar det bara länge tid). Men vad händer om det är reverserat dvs att du inte vill att en komponent ska hettas upp av värme utifrån? Kan man således sätta på en fläns på T-92:orna (om dom nu ens finns) och få dom till att värmas upp mindre pga av flänsen? Personligen tror jag inte att det fungerar på det sättet. Men jag är ingen fysiker :-)

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Skriv svar