Σχηματικό switch-mode τροφοδοτικού εργαστηρίου (για workshop)

[Arctic]

Καλησπέρα σας,

Σαν φοιτητικό παράρτημα της ΙΕΕΕ του Πολυτεχνείου Κρήτης σκεφτήκαμε να ξεκινήσουμε μια σειρά από workshops για τη κατασκευή απλού εργαστηριακού εξοπλισμού.
Σκοπός είναι οι συμμετέχοντες φοιτητές στο τέλος του κάθε workshop να έχουν κατασκευάσει μία συσκευή για το προσωπικό τους εργαστήριο, και να έχουν πάρει κάποια εμπειρία με το κομμάτι της κατασκευής.
Το workshop θα είναι σε δύο μέρη, το πρώτο θα έχει τη ανάλυση της απαραίτητης θεωρίας και την ανάλυση του σχηματικού του κυκλώματος που θα υλοποιηθεί.
Το δεύτερο μέρος θα περιλαμβάνει την επιλογή των κατάλληλων εξαρτημάτων και τη υλοποίηση του.
Η θεωρία θα γίνει από καθηγητή, η υλοποίηση από ΕΔΙΠ.

Στο πρώτο workshop επιλέξαμε να υλοποιήσουμε ένα switch-mode τροφοδοτικό πάγκου, με ρύθμιση τάσης/ ρεύματος (στα 30V / 2Α περίπου) από έτοιμο σχηματικό.
Έχω ψάξει αρκετά, αυτά που έχω βρει είναι:

1) https://www.elektor.com/Uploads/2011/8/50-00002.pdf (υπάρχει άρθρο με κατασκευή dual output χρησιμοποιώντας δύο φορές την ίδια πλακέτα)
2) https://www.elektormagazine.com/maga...r-201411/27155
3) https://www.elektormagazine.com/labs...0v-0-2a-120437 (ίδιο με 2)
4) https://www.elektormagazine.com/maga...r-200111/17123 (Ι), https://www.elektormagazine.com/maga...r-200112/17141 (ΙΙ), https://www.elektormagazine.com/maga...r-200201/17185 (ΙΙΙ)
5) https://www.elektormagazine.com/labs...upply-130406-1

Έχετε κάποιο εσείς να μου προτείνετε; Ποιο από τα παραπάνω θεωρείτε καλύτερο για την εκπαίδευση πρωτάρηδων(αλλά ενδιαφερομένων με γνώσεις θεωρίας ηλεκτρονικής - κυκλωμάτων);
Κάποια από αυτά (2, 4) είναι μεγάλα. Το 1 μου φαίνεται καλό αλλά όλα τα κάνει ένα ολοκληρωμένο για χρειάζεται πάλι ένας μεγάλος μετασχηματιστής.
Δεν έχω κάποια εμπειρία, παρά γνωρίζω μόνο τα βασικά για τα παλμοτροφοδοτικά, επομένως δεν μπορώ να κρίνω κατάλληλα.

Αυτό που βλέπω είναι ότι σε όλα χρησιμοποιείται «μεγάλος» μετασχηματιστής στην είσοδο για να ελαττώσει τα 220V, και μετά κανένας, αφού τα κάνει όλα τα ολοκληρωμένο. Ποιο λοιπόν το πλεονέκτημα σε σχέση με τα γραμμικά τροφοδοτικά; Ο όγκος φαίνεται να παραμένει. Είναι αποδοτικότερο σε θερμοκρασίες μόνο ή υπάρχουν κι άλλα πλεονεκτήματα;

Σωτήρης

[manolena]

Αυτό που βλέπω είναι ότι σε όλα χρησιμοποιείται «μεγάλος» μετασχηματιστής στην είσοδο για να ελαττώσει τα 220V, και μετά κανένας, αφού τα κάνει όλα τα ολοκληρωμένο. Ποιο λοιπόν το πλεονέκτημα σε σχέση με τα γραμμικά τροφοδοτικά; Ο όγκος φαίνεται να παραμένει. Είναι αποδοτικότερο σε θερμοκρασίες μόνο ή υπάρχουν κι άλλα πλεονεκτήματα;

Σωτήρης

Ένα τροφοδοτικό ονομάζεται γραμμικό όταν χρησιμοποιεί έναν διακόπτη διέλευσης (transistor πιο απλά) το οποίο εργάζεται στη γραμμική του περιοχή.
Όταν λοιπόν λέμε πως έχοντας στην είσοδό του π.χ. 6V και θέλουμε να τα κατεβάσουμε στα 3V, τοποθετούμε ένα κατάλληλο κύκλωμα ανάδρασης που ρυθμίζει και φροντίζει ώστε μόνον τα 3V θα περάσουν στην έξοδο. Αυτό μπορεί να γίνει ανώδυνα αλλά αν υποθέσεις πως στα 3V που θέλεις στην έξοδο, ζητάς και 1Α έχοντας υπ' όψιν την γραμμικότητα του συστήματος και οτι αν μπαίνει 1Α θα δίνει το λιγότερο την ίδια ένταση, η διαφορά 6V/1A με 3V/1A με βάση τη Φυσική που έχεις διδαχθεί, δίνει ένα ποσοστό ισχύος της τάξης των 3W που πρέπει να "καεί" κάπου. Το σημείο που "καίγεται" είναι το transistor εξόδου και οι απώλεια αυτή καθορίζει και τον βαθμό απόδοσης του τροφοδοτικού (50%).

Σε ένα παλμοτροφοδοτικό παρατηρείς με απλή ματιά οτι έχεις έναν διακόπτη ακολουθούμενο απο ένα φίλτρο που κάνει ολοκλήρωση. Ο διακόπτης εργάζεται σε duty cycle 50%, δηλαδή τον μισό χρόνο είναι ενεργός και τον μισό ανενεργός. Όμως για το προηγούμενο παράδειγμα, έχεις να λαμβάνεις μόνο τον μισό χρόνο λειτουργίας του συστήματος 3V/1A στην έξοδο απο τα 6V/1A στην είσοδο. Τι σημαίνει αυτό; Θεωρητικά, 100% πόδοση και ελάχιστες απώλειες.

Σε καλές σχεδιάσεις τροφοδοτικών με "μεγάλους" μετασχηματιστές που λές, θα δείς πως έχουν παραπάνω απο ένα δευτερεύοντα και έναν λεγόμενο pre-regulator, ο οποίος ανάλογα με το επίπεδο της τάσης εξόδου, μέσω ανάδρασης και ενός συστήματος μεταγωγικών επαφών, αλλάζει τα τυλίγματα ώστε να διορθώνει προς το καλύτερο τον βαθμό απόδοσης και να ελαχιστοποιεί τις απώλειες ισχύος που εμφανίζονται σαν θερμότητα πάνω στα transistor εξόδου (για γραμμικά πάντα τροφοδοτικά).

Επειδή όμως πρέπει να είμαστε προσγειωμένοι και επειδή τίποτε σε αυτόν τον κόσμο δεν είναι ιδανικό, θα δείς πως σε ένα παλμοτροφοδοτικό, στη θέση του διακόπτη χρησιμοποιείται ένα transistor με πολύ μικρή αντίσταση επαφής, ένα MOSFET. Όμως ακόμα και αυτό, έχει κάποιες ατέλειες, όπως αντίσταση επαφής, χρόνο αντίδρασης και αυτές εμφανίζονται πάλι σαν θερμότητα πάνω τους. Το κόστος του επίσης είναι αρκετά μεγαλύτερο ενός γραμμικού γιατί χρειάζεται κάποια μεγάλη αυτεπαγωγή στο φίλτρο, πυκνωτές χαμηλής εσωτερικής αντίστασης (ESR) για καλύτερα αποτελέσματα στην κυματομορφή της τάσης εξόδου (ripple), και επίσης υπάρχει και ο θόρυβος που παράγεται απο τη λειτουργία του.

[tsimpidas]

Αυτό που βλέπω είναι ότι σε όλα χρησιμοποιείται «μεγάλος» μετασχηματιστής στην είσοδο για να ελαττώσει τα 220V, και μετά κανένας, αφού τα κάνει όλα τα ολοκληρωμένο.

Σωτήρης

στην είσοδο δεν έχει μετασχηματιστη,, φίλτρο έχει.

[FILMAN]

Για ποιο λες (μόνο το πρώτο είδα και όντως έχει μετασχηματιστή);

[Arctic]

Ένα τροφοδοτικό ονομάζεται γραμμικό όταν χρησιμοποιεί έναν διακόπτη διέλευσης (transistor πιο απλά) το οποίο εργάζεται στη γραμμική του περιοχή.
Όταν λοιπόν λέμε πως έχοντας στην είσοδό του π.χ. 6V και θέλουμε να τα κατεβάσουμε στα 3V, τοποθετούμε ένα κατάλληλο κύκλωμα ανάδρασης που ρυθμίζει και φροντίζει ώστε μόνον τα 3V θα περάσουν στην έξοδο. Αυτό μπορεί να γίνει ανώδυνα αλλά αν υποθέσεις πως στα 3V που θέλεις στην έξοδο, ζητάς και 1Α έχοντας υπ' όψιν την γραμμικότητα του συστήματος και οτι αν μπαίνει 1Α θα δίνει το λιγότερο την ίδια ένταση, η διαφορά 6V/1A με 3V/1A με βάση τη Φυσική που έχεις διδαχθεί, δίνει ένα ποσοστό ισχύος της τάξης των 3W που πρέπει να "καεί" κάπου. Το σημείο που "καίγεται" είναι το transistor εξόδου και οι απώλεια αυτή καθορίζει και τον βαθμό απόδοσης του τροφοδοτικού (50%).

Σε ένα παλμοτροφοδοτικό παρατηρείς με απλή ματιά οτι έχεις έναν διακόπτη ακολουθούμενο απο ένα φίλτρο που κάνει ολοκλήρωση. Ο διακόπτης εργάζεται σε duty cycle 50%, δηλαδή τον μισό χρόνο είναι ενεργός και τον μισό ανενεργός. Όμως για το προηγούμενο παράδειγμα, έχεις να λαμβάνεις μόνο τον μισό χρόνο λειτουργίας του συστήματος 3V/1A στην έξοδο απο τα 6V/1A στην είσοδο. Τι σημαίνει αυτό; Θεωρητικά, 100% πόδοση και ελάχιστες απώλειες.

Σε καλές σχεδιάσεις τροφοδοτικών με "μεγάλους" μετασχηματιστές που λές, θα δείς πως έχουν παραπάνω απο ένα δευτερεύοντα και έναν λεγόμενο pre-regulator, ο οποίος ανάλογα με το επίπεδο της τάσης εξόδου, μέσω ανάδρασης και ενός συστήματος μεταγωγικών επαφών, αλλάζει τα τυλίγματα ώστε να διορθώνει προς το καλύτερο τον βαθμό απόδοσης και να ελαχιστοποιεί τις απώλειες ισχύος που εμφανίζονται σαν θερμότητα πάνω στα transistor εξόδου (για γραμμικά πάντα τροφοδοτικά).

Επειδή όμως πρέπει να είμαστε προσγειωμένοι και επειδή τίποτε σε αυτόν τον κόσμο δεν είναι ιδανικό, θα δείς πως σε ένα παλμοτροφοδοτικό, στη θέση του διακόπτη χρησιμοποιείται ένα transistor με πολύ μικρή αντίσταση επαφής, ένα MOSFET. Όμως ακόμα και αυτό, έχει κάποιες ατέλειες, όπως αντίσταση επαφής, χρόνο αντίδρασης και αυτές εμφανίζονται πάλι σαν θερμότητα πάνω τους. Το κόστος του επίσης είναι αρκετά μεγαλύτερο ενός γραμμικού γιατί χρειάζεται κάποια μεγάλη αυτεπαγωγή στο φίλτρο, πυκνωτές χαμηλής εσωτερικής αντίστασης (ESR) για καλύτερα αποτελέσματα στην κυματομορφή της τάσης εξόδου (ripple), και επίσης υπάρχει και ο θόρυβος που παράγεται απο τη λειτουργία του.

Ευχαριστώ Μάνο για τη ανάλυση, κατάλαβα κάποια πράγματα επιπλέον.
Είχα την εντύπωση ότι τα switching ακολουθούν αυτό το βασικό σχηματικό (μία ανόρθωση στα 220V και μία ανόρθωση στο «μικρό» μετασχηματιστή) :
smps_block.gif
και παίζοντας με το duty cycle των παλμών πάνω στο MOSFET να παράγουν την τάση που θέλουν στη έξοδο.
Στο παραπάνω(στο 1ο - UniLab - αλλά και στα άλλα είναι) κυκλώμα απαιτεί είσοδο 25V AC /3Α, (πάλι χρειάζεται «μεγάλο» μετασχηματιστή) και στη συνέχεια ανορθώνει και κάνει ότι κάνει.
Θα περίμενα για τη ρύθμιση της τάσης να υπάρχει ένας ρυθμιζόμενος ταλαντωτής για τους παλμούς.

στην είσοδο δεν έχει μετασχηματιστη,, φίλτρο έχει.

1, 4, 5 θέλουν θέλουν χαμηλή τάση εισόδου.
Στο 2 κάνει περίεργα (πάλι κατεβάζοντας στα 48 V:
varilab.JPG

[tsimpidas]

Για ποιο λες (μόνο το πρώτο είδα και όντως έχει μετασχηματιστή);

εγώ δεν είδα κανένα,, νομίζω ότι ζητούσε εγγραφή.

γενικα τα παλμοτροφοδοτικα εχουν ενα φιλτρο με πυρήνα στην αρχη, και μετά εχουν μετασχηματιστη.

=https://alexkaltsas.wordpress.com/20...CF%82-4%CE%BF/

[Arctic]

εγώ δεν είδα κανένα,, νομίζω ότι ζητούσε εγγραφή.

γενικα τα παλμοτροφοδοτικα εχουν ενα φιλτρο με πυρήνα στην αρχη, και μετά εχουν μετασχηματιστη.

=https://alexkaltsas.wordpress.com/20...CF%82-4%CE%BF/

Συγγχωρέστε με.
Ορίστε τα pdf για τα 1, 2, 3 και το σχηματικό για το 4 : https://www.dropbox.com/sh/iexzi067e...DByYo9vMa?dl=0

[tsimpidas]

Συγγχωρέστε με.
Ορίστε τα pdf για τα 1, 2, 3 και το σχηματικό για το 4 : https://www.dropbox.com/sh/iexzi067e...DByYo9vMa?dl=0

το 3 ειναι πολυ ομορφη κατασκευη αλλα μαλλον ειναι γραμμικο τροφοδοτικο,,, εχει ενδιαφερον ομως γιατι εχει
ελενχο απο μικροελενκτη και εχει και τον κωδικα ετοιμο !!

το 4 ειναι switching.

η πρόταση μου ειναι να φτιάξεις και τα δυο και να τα ''παντρέψεις''. έτσι θα έχεις switching τροφοδοτικό και
ψηφιακή απεικόνιση στον ελενχο της εξόδου.

[kalarakis]

θα κάνω μια δυο παρατηρήσεις, καλοπροαίρετα πάντα , με όσα αναφέρονται στα προηγούμενα post

1.είστε φοιτητές του πολυτεχνείου , γιατί να ασχοληθείτε με κάτι έτοιμο, δηλ στην πραγματικότητα να συναρμολογήσετε ένα σχέδιο.
Θεωρία ξέρετε, εργαστήρια έχετε, όργανα έχετε, όρεξη ΕΧΕΤΕ .
Σχεδιαστε και υλοποιήσετε ένα δικό σας τροφοδοτικό ώστε να μείνει το σχέδιο στην κοινότητα και
ποιος ξέρει μπορεί να βγει στην παραγωγή. πχ. 12ν 5Α
Εμένα ο καθηγητής μου στο εργαστήριο , πριν από 30 τόσα χρόνια , μας έβαλε και υπολογίσαμε από την αρχή το τροφοδοτικό , εφαρμόζοντας την θεωρία και μετά κάναμε και την κατασκευή , με ποινή να χάσουμε το εργαστήριο αν η κατασκευή δεν συμφωνούσε με τα θεωρητικά.

2. από τα παραπάνω post μάλλον ,λέω μάλλον, δεν έχετε προσέξει τη λειτουργία τροφοδοτικού από υπολογιστή. Χμ . . . Σ' αυτό πρώτα ανορθώνεται η τάση Γι αυτό μπορεί και λειτουργεί στα 110, 220 χωρίς να τον ενδιαφέρει η συχνότητα 50 ή 60 Ηz
Οτι κάνει μετά το κάνει με το DC Αν ο σχεδιαστής δεν είχε τον περιοριστικό παράγοντα της απομόνωσης και προστασίας του χρήστη από τα 220 μάλλον δεν θα χρησιμοποιούσε ούτε αυτό το μετασχ/τη που έχει O χαλκός είναι ακριβός. Με μια πλακέτα 10Χ15 βγάνει 1500 ΚΑΙ ΒΑΛΕ watt.
Τέλος πάντως, σχέδια και υλοποιήσεις υπάρχουν άφθονα.
Προφανώς η εποχή των διακριτών κυκλωμάτων έχει παρέλθει. Τώρα όλα γίνονται με chip Για το λόγο αυτό οι εταιρείες "πραγματικά τσακίζονται" να στείλουν δείγματα προκειμένου να διεισδύσουν στην αγορά και δει στους φοιτητές "Άμα μάθεις τα τσιπ μιας εταιρείας δύσκολα πας σε άλλη"

Για το 2 μπορούμε να διαφωνούμε και να εκθέτουμε τις απόψεις μας για ώρες
ΕΠΙΜΕΝΩ για το 1. Δικό σας σχέδιο. από το Α έως το Ω