ЗУ/БП 14.4В 20А

[SacreD_]

Всем привет.
Вот появилась задумка такая сделать мощный блок питания-ЗУ для автоаккумулятора, которое держало бы нагрузки в 20А постоянно и несколько выше кратковременно.. Выложил схему, сегодня только начертил, возможны ошибки. В кратце о работе схемы.. Включается и выключается устройство последствием нажатия переключателя без фиксации SA2; стабилизатор построен на двух lm317 и трех отечественных КТ896А, регулировка выходного напряжения ступенчатая, так же как и регулировка разрядного тока для десульфатации аккума. На входе и выходе стаба стоят мощные электролиты общей емкостью 115000мкФ, думаю этого достаточно для 20А нагрузки. Конденсаторы, выходной ток, десульфатация и функция "stand-by" (выключение БП через минуту после исчезновения нагрузки или менее 1А) также включаются выключателями и реле. в качестве охлаждения транзисторов использован кулер от компа AMD 3200+, рассеивает более 150Вт при номинальных оборотах самого кулера. Скорость вращения регулируется транзистором, который в свою очередь управляется микросхемой-термодатчиком с выходом 0...1В при 10мВ/1*С. Следовательно температура на радиаторе будет поддерживаться примерно одинаковой (около 70-80*С) при нагрузках свыше 2А, компенсируясь оборотами кулера. Диодный мост также посажен на кулер от 533МГЦ и еще один вентилятор на охлаждение транса и всего корпуса в целом. Управляются все одновременно. Показания температуры/напряжения на выходе и тока нагрузки.
Вообщем-то всё Если есть какие помарки или вопросы, отписывайтесь здесь!
Жду комментов..

-- Прилагается рисунок: --

[ALEX__A]

Уважаемый SacreD_.

При анализе Вашей схемы у меня возникли следующие замечания и вопросы:

1. Если схема используется только для зарядки (десульфации) АКБ, то нет никакой необходимости в конденсаторах фильтра столь значительной емкости.

2. Эффективная десульфация АКБ производится при воздействии на него биполярного тока, т.е. при реализации режима заряд-разряд. В Вашей схеме этот режим невозможен, поскольку Вы подключаете сопротивления R2-R12 параллельно выходу источника питания, создавая ему дополнительную нагрузку.

3. Объясните, пожалуйста, цель использования двух параллельно соединенных стабилизаторов напряжения? Вы уже усилили один стабилизатор мощными транзисторами.

4. Непосредственное параллельное соединение трех силовых транзисторов недопустимо, поскольку, вследствии разброса их параметров, проходящий через них ток не будет поделен в равных долях. Поэтому в каждую эммитерную цепь транзистора необходимо включить резистор, сопротивление которого доли ома. Это снизит кпд, но уравняет токи, протикающие через транзисторы.

5. Есть ли практический смысл в использовании дополнительной обмотки трансформатора для питания схемы управления?

6. При нажатии кнопки SA2 в цепи управления будет происходить короткое замыкание.

7. В схеме присутствуют шесть реле. Чем это оправдано?

8. Все диодные мосты в схеме включены в обратной полярности.

9. Вместо стабилитронов VD3-VD8 возможно использование резисторов.

В целом Ваша схема обладает существенным недостатком, особенно актуальным на высоких токах - низкий кпд. Я бы рекомендовал создание подобного устройства на базе компьютерного импульсного блока питания (ИБП). Подобные блоки питания являются замечательной базой, как для освоения принципов работы ИБП, так и для построения сильноточных зарядных устройств.


С уважением, Алексей.

[SacreD_]

Здравствуйте, Алексей.
Спасибо за подробный комментарий, постараюсь ответить на все Ваши вопросы..

1. В названии темы указано, что устройство будет использоваться как в качестве зарядки для аккума, так и в качестве достаточно мощного БП, зачастую также будет подключено в качестве подзарядки в гараже для машинного аккумулятора при прослушивании радио, установки разных устройств на машину и т.д.

2. Я вкурсе, но при функции зарядки (SW1.2 и K6) автоматически отключаются оба фильтрующих конденсатора. И аккумулятор заряжается импульсным током в соотношении 1:1, при этом на резисторы тратится ток как от ЗУ, так и от аккумулятора при отрицательном полупериоде, когда на схему не поступает ток. Нфиболее эффективная десульфация происходит при соотношении разрядного и зарядного токов как 1:9? верно?

3. На схемеприсуствует переключатель значения тока КЗ SA5 на уровне 10/30А, максимальный же рабочий ток составит 8А и 24А соответственно.

4. Использование 3 параллельно соединенных транзисторов даже я бы сказал обязательно. Мощность рассеяния одного такого транзистора равна 125Вт, в таком корпусе это максимум что есть в Российском производстве. При КЗ в нагрузке мощность рассеяния на транзисторе возрастет до 350-400Вт с учетом падения напряжения на первом конденсаторе фильтра. Поэтому целесообразно использование 3 тарнзисторов, соединенных параллельно, 1 мгновенно сгорает. Насчет разброса токов транзисторов, спасибо, приму к сведению, в схему введу также резисторы.

5. Смысла как такового нету, разве что у термодатчика имеется три вывода, плюс питания, выход 0...1В и общий минус. корпус (ТО220) не изолированний, и минус с датчика наппрямую пойдет на плюс выхода этого устройства через радиатор, так как коллекторы силовых транзисторов также соеденены с корпусом. Вопрос об изоляции корпуса/-ов вставал, но лучше не рисковать такими токами, да и микросхема не из дешевых. К тому же вторичная обнатка на схему управления уже готова.

6. именно.. но иначе пришлось бы ставить два бесфиксационных выключателя на вкл/выкл БП. Стабилизатор вроде как держит короткое замыкание на выходе, к томуже оно будет очень кратковременным.

7. Даже семь реле.. ну реле К1 и К3 отвечают за выключение БП по прошествии некоторого времени без нагрузки; К2 за включение всего устройства; К4 и К5 - за подключение электролитов, так как вследствии больших коммутируемых токов, просто выключателями не обойтись. Реле К2-К5 - машинные, мощные, рассчитанные на токи в 40А.

8. Обратил на это внимание, также исправился

Вцелом большое спасибо за комментарии, но КПД схемы меня не сильно волнует, оно на максимальных токах нагрузки будет равно порядка 70%, в корпусе уже сделано хорошее охлаждение, плюс конечно сам радиатор с кулером. На импульсниках не практиковался, насчет принципа работы стабилизатора уже все решено, стабилизатор работает как часы, без сбоев, при напряжении на кулере +11В спокойно держит нагрузку в 20А на выходе, при температуре 41*С на радиаторе.

[broker_x]

SacreD_
Прохожий Привет. Хочется сразу сказать, что ваша схема это ничего хорошего и интересного. Читайте умные книжки для начала и учитесь.Кроме критики за элементарные ошибки на схеме в свой адрес вы здесь не получите.
1. Алекс прав, никакой даже не эффективной десульфации не будет , т.к. у вас мостовая схема ток будет течь постоянно, а для десульфатации надо чтобы зарядный ток прерывался, и в следующий период времени протекал разрядный ток. Для этого в простейшем вашем случае вместо моста надо включить один диод.В Вашей схеме этот режим невозможен.
Про КПД в 70% ! вы загнули! Только у импульсников он может дотянуть до такого уровня, а в вашей схеме он наоборот будет еще раза в 2 меньше чем, мог бы быть.

[ALEX__A]

1. В названии темы указано, что устройство будет использоваться как в качестве зарядки для аккума, так и в качестве достаточно мощного БП, зачастую также будет подключено в качестве подзарядки в гараже для машинного аккумулятора при прослушивании радио, установки разных устройств на машину и т.д.

Большие емкости фильтра актуальны только тогда, когда Вы будите использовать источник питания отдельно. Но даже если это будет так, то маловероятно, что Вы будете питать нагрузку, требующую повышенной стабильности питающего напряжения при токе порядка 20 А. Если Вы используете БП совместно с АКБ, то емкости фильтра также не играют принципиального значения, поскольку сама АКБ может быть представлена как емкость.

Дополнительно к Вашей схеме я порекомендую подключение паралельно конденсаторам фильтра керамические конденсаторы, емкостью порядка 0.01 -0.1 мкФ. Это позволит проводить более эффективную фильтрацию высокочастотных составляющих.

2. Я вкурсе, но при функции зарядки (SW1.2 и K6) автоматически отключаются оба фильтрующих конденсатора. И аккумулятор заряжается импульсным током в соотношении 1:1, при этом на резисторы тратится ток как от ЗУ, так и от аккумулятора при отрицательном полупериоде, когда на схему не поступает ток. Нфиболее эффективная десульфация происходит при соотношении разрядного и зарядного токов как 1:9? верно?

Я соглашусь с broker_x. Вы используете двухполупериодный выпрямитель, поэтому разряда, а следовательно и десульфации, АКБ происходить не будет.

Кроме того отмечу, что при отключении всех емкостей фильтра, работа стабилизатора LM317 будет невозможна. Поскольку его типовая схема включения предусматривает обязательные минимальные значения емкостей фильтра.

3. На схеме присуствует переключатель значения тока КЗ SA5 на уровне 10/30А, максимальный же рабочий ток составит 8А и 24А соответственно.

Переключатель тока КЗ соединяет две микросхемы LM 317 паралельно. Однако, в связи с вышеупомянутыми технологическими разбросами их характеристик, только одна из микросхем будет находится в режиме стабилизации напряжения, работа второй будет аналогична работе некого транзистора, пропускающего через себя некоторую часть тока. Т.о. ток протекающий через м/сх работающую в режиме стабилизации напряжения, а именно она отвечает за защиту от КЗ, уменьшится, следовательно увеличится общий ток, проходящий через микросхемы, который вызовет срабатывание защиты от КЗ. Защита о КЗ в данной м/сх выполнена в виде схемы ограничителя тока, т.е., когда ток через м/сх достигнет 1.5А.(КР142ЕН12А), м/сх будет поддерживать его практически на указанном уровне. Однако схема стабилизатора такова, что он выйдет в режим стабилизации тока тогда, когда диоды VD1-VD2 будут в состоянии насыщения (полностью открыты). Тогда увеличение тока нагрузки будет приводить, в основном, к увеличению тока через м/сх, поскольку падение напряжения на диодах будет мало зависеть от тока протекающего через них, а следовательно дополнительные транзисторы не смогут больше уменьшить сопротивление перехода КЭ. Этот факт заставит перейти м/сх, а следовательно и всю схему, в режим стабилизации тока. Т.о. переход схемы в режим стабилизации тока (защита от КЗ) основывается на двух этапах - блокировка открытия дополнительных транзисторов и последующий переход м/сх в режим стабилизации тока. Блокировка открытия дополнительных транзисторов, зависит от ВАХ диодов VD1-VD2. Подбирая их тип, можно существенно изменять максимальный рабочий ток данной схемы. Это решение более эффективно, чем паралельное соединение двух стабилизаторов, один из которых ,по сути, используется в качестве транзистора. Например, в вашей схеме, Вы можете паралельно двум диодам, подключать еще группу из двух диодов, это приведет к увеличению тока срабатывания защиты или просто подобрать еще одну пару диодов (тогоже типа, но отличающихся своей общей ВАХ от ВАХ другой пары диодов - это более предпочтительный вариант) и осуществлять их коммутацию.

6. именно.. но иначе пришлось бы ставить два бесфиксационных выключателя на вкл/выкл БП. Стабилизатор вроде как держит короткое замыкание на выходе, к томуже оно будет очень кратковременным.

А не проще ли осуществлять включение и выключение устройства введя выключатель в первичную обмотку трансформатора?

7. Даже семь реле.. ну реле К1 и К3 отвечают за выключение БП по прошествии некоторого времени без нагрузки; К2 за включение всего устройства; К4 и К5 - за подключение электролитов, так как вследствии больших коммутируемых токов, просто выключателями не обойтись. Реле К2-К5 - машинные, мощные, рассчитанные на токи в 40А.

Помните, что средний ток обмотки автомобильного реле составляет порядка трехсот мА.

Вцелом большое спасибо за комментарии, но КПД схемы меня не сильно волнует, оно на максимальных токах нагрузки будет равно порядка 70%

Давайте примерно оценим кпд Вашей схемы при токе 20А. Напряжение на выходе выпрямителя 24В - потребляемая мощность - 24*20 = 480Вт. Потребляемая мощность нагрузкой при выходном напряжении 14.4 В - 14,4*20=288Вт. Кпд - 288/480 = 0,6. При напряжении 12В - 240/480=0,5.

С уважением, Алексей.

[SacreD_]

broker_x
Насчет диодного моста вы оба были правы. Действительно, десульфатации не будет, поставлю еще пару контактов на переключение выпрямителя в однополупериодный режим, просто диод. А в построении стабилизаторов такого типа у меня есть опыт. по данной схеме работают вполне достойно и без перебоев. По поводу кпд стаба, сами посчитайте: при максимальном значении выходного тока в 20А и включенных фильтрах, падение напряжения на транзисторах в данном случае составляем около 5В. Помножим на ток и получим рассеиваемую мощность в 100Вт, при этом мощность, отдаваемая в нагрузку составляет 14.4*20=288, почти 300Вт, отсюда и такой кпд. А у импульсных стабилизаторов насколько я знаю, его значение мало когда опускается ниже 85-90%, есть и 98%.[/b]
_________________________________________
Забыл указать, что присуствует существенная просадка напряжения на конденсаторе С1 до ~19В на токе нагрузки в 20А, так как трансформатор питания рассчитан на мощность порядка 300Вт.

[ALEX__A]

broker_x
Насчет диодного моста вы оба были правы. Действительно, десульфатации не будет, поставлю еще пару контактов на переключение выпрямителя в однополупериодный режим, просто диод. А в построении стабилизаторов такого типа у меня есть опыт. по данной схеме работают вполне достойно и без перебоев. По поводу кпд стаба, сами посчитайте: при максимальном значении выходного тока в 20А и включенных фильтрах, падение напряжения на транзисторах в данном случае составляем около 5В. Помножим на ток и получим рассеиваемую мощность в 100Вт, при этом мощность, отдаваемая в нагрузку составляет 14.4*20=288, почти 300Вт, отсюда и такой кпд. А у импульсных стабилизаторов насколько я знаю, его значение мало когда опускается ниже 85-90%, есть и 98%.[/b]

Коэффициент полезного действия всегда расчитывается как отношение полезной мощности к полной (затраченной) мощности. В Вашей схеме полная мощность - мощность потребляемая с вторичной обмотки трансформатора (считаем кпд трансформатора = 1, мощность цепи управления не учитываем, что строго говоря не совсем верно), а полезная - мощность отдаваемая в нагрузку.

С уважением, Алексей.

[SacreD_]

Большие емкости фильтра актуальны только тогда, когда Вы будите использовать источник питания отдельно. Но даже если это будет так, то маловероятно, что Вы будете питать нагрузку, требующую повышенной стабильности питающего напряжения при токе порядка 20 А.

В качестве просто источника питания я буду использовать это устройство довольно часто, при емкости фильтра в 33000мкФ были немалые пульсации на выходе стабилизатора при токе в 20А.

Дополнительно к Вашей схеме я порекомендую подключение паралельно конденсаторам фильтра керамические конденсаторы, емкостью порядка 0.01 -0.1 мкФ. Это позволит проводить более эффективную фильтрацию высокочастотных составляющих.

поставим...

Кроме того отмечу, что при отключении всех емкостей фильтра, работа стабилизатора LM317 будет невозможна. Поскольку его типовая схема включения предусматривает обязательные минимальные значения емкостей фильтра.

поидее, м/с на такой режим работы и не рассчитана, но однако импульсный ток она также может стабилизировать, тем более что при зарядке аккумулятор и используется в качестве мощного накопителя, который и сглаживает пульсации. Напряжение во время зарядки с вкл и выкл. електролитами различается не более чем на 0.1В.

Переключатель тока КЗ соединяет две микросхемы LM 317 паралельно. Однако,...

Именно так, но сколько я не перебирал этих лм-ок (возможно одной серии), ток через них все время проходил одинаковый. При токе нагрузки в 20А ток, протекающий через микросхемы составлял 2*10мА (примерно), при работе с 1 м/с, при токе в 7А он составлял уже около 300-500мА, но большую часть тока в любом случае берут на себя силовые транзисторы. Схему стабилизатора чертил я не "отбалды", она уже провереная, не однократно. 8 часов работала непрерывно при нагрузки в 300Вт. Диоды пробовал земенять, лично у меня особых расхождений в выходном токе не было.. возможно случайность, но это так, проверял порядка 10 пар совершенно разных диодов. насчет того, чтобы поставить еще пару диодов в параллель пока не задумывался, проверю, но токи более чем в 30А КЗ меня не устраивают, так как могут накрыться транзисторы, а больше чем тремя штуками данные м/с управлять не могут, на выходе наблюдаются скачки и просто повышенное напряжение.

А не проще ли осуществлять включение и выключение устройства введя выключатель в первичную обмотку трансформатора?

Безусловно, проще, но как таким образом сделать электронное отключение схемы при отсуствии нагрузки? Например при окончании заряда аккумулятора, когда ток устанавливается на уровне 1-2А прекращать заряд?

Помните, что средний ток обмотки автомобильного реле составляет порядка трехсот мА.

Верно, у данных реле он составляет порядка 200-250мА.

Давайте примерно оценим кпд Вашей схемы при токе 20А. Напряжение на выходе выпрямителя 24В - потребляемая мощность - 24*20 = 480Вт. Потребляемая мощность нагрузкой при выходном напряжении 14.4 В - 14,4*20=288Вт. Кпд - 288/480 = 0,6. При напряжении 12В - 240/480=0,5.

Обратите внимание на мой предыдущий пост. напряжение 24В это холостой ход, при нагрузке в 20А оно падает на 4-5В. По моим рассчетам кпд составляет порядка 0,75 и 0,6 соответственно.

[SacreD_]

Коэффициент полезного действия всегда расчитывается как отношение полезной мощности к полной (затраченной) мощности. В Вашей схеме полная мощность - мощность потребляемая с вторичной обмотки трансформатора (считаем кпд трансформатора = 1, мощность цепи управления не учитываем, что строго говоря не совсем верно), а полезная - мощность отдаваемая в нагрузку.

Общий кпд при отношении выходной мощности к потребляемой от сети составит порядка 0.68 при выходе в 14.4В, 20А и 0,57 при 12В, 20А (при кпд трансформатора 96% и потребляемой схемой управления мощностью 15Вт).

[ALEX__A]

Цитата:

Большие емкости фильтра актуальны только тогда, когда Вы будите использовать источник питания отдельно. Но даже если это будет так, то маловероятно, что Вы будете питать нагрузку, требующую повышенной стабильности питающего напряжения при токе порядка 20 А.

В качестве просто источника питания я буду использовать это устройство довольно часто, при емкости фильтра в 33000мкФ были немалые пульсации на выходе стабилизатора при токе в 20А.

Несомненно. Но я веду к тому, что будет ли у Вас подобная нагрузка, именно нагрузка чувствительная к пульсациям, например мощный усилитель для радиостанции. Если да, то подобные емкости оправданы, иначе - нет.

Цитата:

Кроме того отмечу, что при отключении всех емкостей фильтра, работа стабилизатора LM317 будет невозможна. Поскольку его типовая схема включения предусматривает обязательные минимальные значения емкостей фильтра.

поидее, м/с на такой режим работы и не рассчитана, но однако импульсный ток она также может стабилизировать, тем более что при зарядке аккумулятор и используется в качестве мощного накопителя, который и сглаживает пульсации. Напряжение во время зарядки с вкл и выкл. електролитами различается не более чем на 0.1В.

Аккумулятор может заменить выходную емкость фильтра, но не может заменить входную. Поэтому, для стабильной работы м/сх, на мой взгляд, целесообразно поставить незначительную емкость непосредственно на её вход, например, 100 мкФ.

Цитата:

Переключатель тока КЗ соединяет две микросхемы LM 317 паралельно. Однако,...

Именно так, но сколько я не перебирал этих лм-ок (возможно одной серии), ток через них все время проходил одинаковый. При токе нагрузки в 20А ток, протекающий через микросхемы составлял 2*10мА (примерно), при работе с 1 м/с, при токе в 7А он составлял уже около 300-500мА, но большую часть тока в любом случае берут на себя силовые транзисторы. Схему стабилизатора чертил я не "отбалды", она уже провереная, не однократно. 8 часов работала непрерывно при нагрузки в 300Вт. Диоды пробовал земенять, лично у меня особых расхождений в выходном токе не было.. возможно случайность, но это так, проверял порядка 10 пар совершенно разных диодов. насчет того, чтобы поставить еще пару диодов в параллель пока не задумывался, проверю, но токи более чем в 30А КЗ меня не устраивают, так как могут накрыться транзисторы, а больше чем тремя штуками данные м/с управлять не могут, на выходе наблюдаются скачки и просто повышенное напряжение.

Несколько странное утверждение. Поэтому я позволю себе поставить его под сомнение. Дело в том, что моя практика, при построении подобного стабилизатора с дополнительным транзистором, свидетельствует о том, что при нагрузке в 10 А, ток через стабилизатор был весьма незначительным. Поскольку корпус стабилизатора был холодным. Если бы имел место указанный Вами ток, то корпус стабилизатора (без радиатора) существенно нагревался. Вполне возможно, что Вы столкнулись с тем, что диоды при токе в 7 А. оказались в режиме насыщения, что и повлекло увеличение тока через сам стабилизатор. Подключив два стабилизатора Вы утверждаете, что суммарный ток уменьшился более чем в 10 раз, это заставляет задуматься.

В данной схеме важно понять принцип её действия при входе в режим защиты - при увеличении тока потребления растет ток через транзисторы и, в меньшей степени, через стабилизатор, а следовательно диоды. И вот наступает момент, когда ток через стабилизатор достигает такой величины, когда напряжение на диодах перестает изменятся (насыщение диодов) несмотря на рост тока. После этого момента транзисторы можно условно считать постоянными сопротивлениями. Строго говоря данная схема, в указанном режиме, будет характеризоваться как стабилизатор напряжения с несколько иным (более низким) коэффициентом стабилизации. Дальнейшее уменьшение сопротивление нагрузки приведет к возрастанию тока как через м/сх, так и через транзисторы, и если сама м/сх, через некоторое время, будет стабилизатором тока, то транзисторы, несмотря на это, могут выйти из строя. Отсюда можно сделать важный вывод - для перехода всей схемы в режим стабилизации тока, необходимо выбирать такой режим работы диодов, чтобы он не входили в режим насыщения или, что более предпочтительно, использовать вместо них сопротивление, которое обладает линейной ВАХ. Иными словами, насыщение диодов должно происходить не ранее чем стабилизатор войдет в режим защиты по току. Надо отметить, что этот процесс, в Вашей схеме, всегда произойдет раньше входа стабилизатора в режим ограничения тока, поскольку практически все диоды при токе 1.5 А находятся в состоянии насыщения. Поэтому следует использовать последовательно-параллельные схемы включения диодов, либо обыкновенное сопротивление. Опасность режима раннего насыщения диодов обусловлена тем, что стабилизатор, находясь в режиме стабилизации тока, с дальнейшем уменьшением сопротивления нагрузки, будет закрывать свой силовой транзистор, что приведет к уменьшению тока через стабилизатор, а следовательно и через диоды, но не приведет к закрытию дополнительных транзисторов, ток через них будет продолжать увеличиваться.

Может быть и противоположная ситуация, которая более вероятна. Ток через стабилизатор никогда не приведет к выходу его в режим стабилизации тока. Тогда ток КЗ будет ограничен только возможностями трансформатора. Если ключевые танзисторы способны выдержать подобную нагрузку, то выход их из строя не произойдет.

Отмечу, что в подобных схемах можно использовать и более чем три транзистора, поскольку не микросхема управляет ими лишь косвенно, посредством падения напряжения на диодах. Разумеется, чем больше транзисторов мы подключаем, тем больший ток необходим для их управления, тем большее падение напряжения мы должны реализовать на диодах или использовать диоды как датчик тока, а ток в базовой цепи транзистора формировать отдельным схемотехническим решением.

В данном сообщение приведено более подробное описание процессов, происходящих в стабилизаторе. Предыдущее моё сообщение от Пт Июл 13, 2007 12:01 pm содержит ряд неточностей, которые я попытался устранить в данном сообщении.

Цитата:

А не проще ли осуществлять включение и выключение устройства введя выключатель в первичную обмотку трансформатора?

Безусловно, проще, но как таким образом сделать электронное отключение схемы при отсуствии нагрузки? Например при окончании заряда аккумулятора, когда ток устанавливается на уровне 1-2А прекращать заряд?

Например, по сигналу с датчита тока, используя оптическую развязку.


С уважением, Алексей.