Circuits Online Voeding 2016 Deel 3

Sine

Moderator

Het eerste en tweede deel zijn vol, we gaan hier vrolijk verder

Opbouw tips truuk en hints, deel ze hier.

De Leds:
X1 CC, stroomregeling actief
X2 CV, spanningsregeling actief
X3 Spannings verdubbeling actief
X4 LED stroombron (gebruik hier een rode led)

X3 is puur indicatief en handig bij het werken met afwijkende trafo spanningen, X4 dient als zener voor de stroombron, laat deze vooral op de print zitten en gebruik hiervoor een rode led.

X1 en X2 zijn zinvol om te verlengen naar het front, let hierbij op goede verbindingen, als er ergens een breuk zit in die verbinding zal de spannings- resp stroomregeling NIET meer werken, en dat is niet fijn voor je aangesloten schakeling.
Ook de drempelspanning van deze leds mag niet TE hoog worden, dus ga geen blauwe leds gebruiken.

Het uitgangsprintje is NIET optioneel !!
Zonder de condensatoren aan de uitgang kan de voeding NIET stabiel regelen. Als het printje niet past met de gebruikte uitgangsbussen plaatst de componenten die er normaal op zitten dan zwevend aan de uitgangsbussen.

http://www.gigawatts.nl/co/projects/CO_Voeding_2016/Warning.gif PAS OP, Smerige bug !! http://www.gigawatts.nl/co/projects/CO_Voeding_2016/Warning.gif

Er is een smerig bugje in de definitieve versie geslopen waarbij bij het uitschakelen de uitgangsspanning hoog kan oplopen.
Dit is potentieel dodelijk voor aangesloten elektronica

Dit is te fixen door een weerstand van 1k5 over C21 te zetten of C21 te verkleinen van 10uF naar 100nF. Zie ook hier.

http://www.gigawatts.nl/co/projects/CO_Voeding_2016/Modificatie_1_schema.png http://www.gigawatts.nl/co/projects/CO_Voeding_2016/Modificatie_1_klein.JPG

Als je toch aan het bakken bent in die hoek is het aan te raden R29 te vergroten naar 220 Ohm, voor de werking is dit niet noodzakelijk. Maar zo blijf je binnen de officiële maximale stroom die de opamp mag sinken.

De hoofd trafo:
De voeding is ontworpen voor een trafo met midden aftakking om zo de dissipatie te kunnen beperken. Als je die niet wilt gebruiken is het genoeg om D9 weg te laten.
De rest kun je gewoon monteren, alleen komt de uitgang van de brugcel dan direct over de elco.

De componenten rond de FET zijn dan in principe niet meer nodig.
(U1, R1, R2, D1, Q1) maar het kan geen kwaad ze op de print te zetten.

http://www.gigawatts.nl/co/projects/CO_Voeding_2016/enkele_wikkeling.png

Maximale stroom:
De print is bruikbaar tot 5A, daarboven moet het vermogensdeel extern opgebouwd worden ( waarschijnlijk wil je dan ook een extra regel transistor gebruiken ) denk hierbij ook aan de dissipatie van de transistoren, 15V bij 5A door twee arme TO220 packages is misschien wat heftig.

De hulptrafo:
De hulpvoeding hoeft niet symmetrisch te zijn, de buffer elco's zijn groot genoeg om met enkelzijdige gelijkrichting weg te komen. Als je een trafo met enkele wikkeling gebruikt sluit dan een van de buitenaansluiting van de trafo connector niet aan.

Externe aansluitingen:
De potmeter aansluitingen zijn eventueel extern aan te sturen met een 0-5V signaal. Let er op dat eventuele rimpel in deze spanning meteen op de uitgang terug te zien is. Als je met een externe spanning wilt werken sluit dan de massa van die spanning aan op de positieve uitgangsklem.

Flexibel:
Het idee is dat de voeding schaalbaar te bouwen is, dus wie nog een trafo heeft liggen met niet al te absurde formaten kan daar perfect een voeding mee bouwen door wat te spelen met een paar weerstandswaardes die de spanning en stroom bepalen, in de bijsluiter bij de kit zijn enkele voorbeelden gegeven..
Het gunstigste is een trafo met midden aftakking, dan kan er automatisch een wikkeling bij geschakeld worden bij een hogere uitgangsspanning. Dus hoeft er minder in de koelplaat opgestookt te worden.

Paneelmeters:
Als er gebruikt wordt gemaakt van paneelmeters die met een ICL7106 werken en de common los van de InHi en InLo hebben dan kunnen die meters direct gevoed worden uit de +-5V van de voeding en via een paar weerstandsdelers aangesloten worden op de voeding.

http://www.gigawatts.nl/co/projects/CO_Voeding_2016/Met_meters_klein.jpg

A Meter schema
V Meter schema

Ga geen grote stromen trekken uit de hulpvoeding om paneelmeters met een LED uitlezing direct te voeden, dit zorgt voor drift van de 7805 die als referentie gebruikt wordt EN het kan voor onverwachte effecten zorgen bij in/uit schakelen.

Verder kunnen natuurlijk ook andere universele paneelmeters gebruikt worden. De voltmeter kan direct over de uitgang en de Ampere meter is met een geschikte weerstandsdeler direct aan te sluiten tussen de stroom sommator weerstanden en de massa.
Let er daarbij op dat je die constructie niet te laagohmig maakt, minimaal 10k is geen gekke waarde.

http://www.gigawatts.nl/co/projects/CO_Voeding_2016/Ameter_alg.png

Optionele sense lijnen:
Op de uitgangsprint zitten twee gaatjes voor sense draadjes. (niet gelabeld overigens) en ook op de hoogdprint zijn twee niet gelabelde plaats, eentje (S+) tussen D6,D7 en R10,R23 de andere (S-) tussen R20 en C11.
Deze zijn als optie op de printen gezet voor de mensen die tot het gaatje willen gaan (jullie weten wie jullie zijn ;)) het praktisch nut ervan is discutabel. Een "echte" sense hoort namelijk met een paar bussen op het front, en dat kun je met deze beter NIET doen, ze zijn namelijk niet beveiligd tegen verkeerd aansluiten.
De punten 'A' zitten er puur om de pcb software gelukkig te houden. Ofwel, die kun je compleet negeren.

Schema:
En last but not least, het schema en de bijsluiter

http://www.gigawatts.nl/co/projects/CO_Voeding_2016/Proto2.jpg
Het instrumentkastje van de laatste proto is bij Banggood te vinden voor minder dan een tientje. Een 25V 1,5A voeding is net in dit formaat behuizing te proppen.

Laatste update: 20-10-'16 10:53, bijsluiter toegevoegd

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.

Ik ben aan het rekenen aan de warmte dissipatie van de transistors in de CO-voeding. Als worst-case scenario wil ik rekenen met de spanning die over de torren valt vlak voor het omschakelpunt van de comparator. Enige probleem is dat ik niet kan vinden hoe ik deze spanning moet berekenen. Ik moet trouwens ook R20 en R27 nog herberekenen, want ik wil max 30V uit bij een trafo van 2x15V. Wie kan mij op het goede pad zetten?

Shock6805

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.
Sine

Moderator

Hoewel je met een 30V trafo prima 30Vdc MAX kunt maken zou ik niet weten waarom je dat zou doen?

De waarden voor een 30V trafo zijn gegeven in de bijsluiter. Dat is ook zo ver als je dat schakelpunt wilt uitknijpen met een 30V trafo.

Als je te ver gaat ( te laat omschakelt ) dan krijg je te maken met (100Hz net) rimpel op je uitgangsspanning.

[Bericht gewijzigd door Sine op 20 oktober 2016 18:45:21 (57%)]

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.

Ik geloof dat ik eens naar de rimpel aan het rekenen heb geweest bij 2A en dan besloten heb om maar 30V te doen, zodat ik wat kleinere afvlak condensators kon gebruiken. Maar daar ben ik niet zeker meer van.

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.
Sine

Moderator

Dan zou het zomaar eens kunnen dat je stiekem teveel stroom uit die trafo aan het trekken bent.

De DC stroom moet minimaal 0.6x kleiner zijn dan de stroom aangegeven op de trafo.

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.

Worst case is als er kortsluiting op de uitgang komt.
Dan heb je kortstondig bij de wikkeling schakeling actief de maximale spanning over de transistor staan, de schakeling zal afschakelen waardoor een enkele spanning overblijft.

De 15V eerst gelijkrichten, daarna 2x 0.7V eraf en je hebt de spanning welke over de transistoren komt te staan.
Vergeet nu alleen even de mogelijke 5% spanningsverhoging mee te nemen. Dus 15V + 5% = 15.75V

De stroom weet je, maal de spanning over de transistor en je hebt het vermogen.

Warmte weerstand,
Komt er vanavond aan.

Groeten,
Marius.

De trafo is gespect op 4Aac. Dat loopt wel los denk ik. Ik heb net eens nog eens herberekend, en met 27Vac uit (met de netspannig op zijn mininmum waarde) en de aangegeven 9.4mF aan condensators, heb ik nog een 4V over de torren als ik op 30V zit. Ik denk dat blackdog eens iets heeft laten vallen over die variatie in de netspanning.

@MdBruin:
Waarom heb ik dat nou zelf niet kunnnen verzinnen. Het is inderdaad zo gemakkelijk. Ik zal me nog eens aan het rekenen zetten. (er liggen hier 3 TIP142 klaar en een koelblok van 1.06K/W ik denk dat ik heb wezen rekenen met 30V en 2A. :p)

[edit]
nou niet dus. aangenomen dat Tamb=40°C en Tcase,max=120°C, kom ik op een maximale warmteweerstand van 1.73K/W. Als ik dan de warmteweerstand bereken met x torren, dan vind ik dat x groter moet zijn dan 2.12. Oftewel, ik heb 3 torren nodig.

Weet er trouwens iemand een betere datasheet voor TIP142's van ST? of mag ik die van fairchild of ONsemiconductors ook gebruiken? (de datasheet dan) in de sheet van ST staat alleen maar een SOA curve, geen powerderation (of enige ander curve)
[/edit]

[Bericht gewijzigd door Shock6805 op 20 oktober 2016 19:19:24 (12%)]

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.
Sine

Moderator

Het is ook iets meer, je gelijkgerichte spanning is AC*1.41

Dus dat wordt iets van over de 20V voor je DC spanning. Min een volt oid in de gelijkrichter.

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.

Ik heb als volgt gerekend:
Uac,min = 30*0.9 = 27V
Udc,min = 27V*\sqrt{2}
Ubrug = 2*1V
Uuit,max = 30V
Urimpel = \frac{2A}{100*0.0096F} = 2.13V

Optellen en aftrekken zoals nodig, en ik krijg dat er 4.05V overblijft over de torren.

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.
Sine

Moderator

Waarom haal je 10% van je AC spanning af ?

Ik heb gerekend met een maximale uitgangsspanning van 6V onder de gelijkgerichte DC spanning. Daarin zit je brugcel, minimale drop over de torren en een beetje marge.

Dus bij 30V kom je op 30*1.41 = 42,3V -6V = 36.3 maximaal.
Dat is een mooie 35V

9600uF moet genoeg zijn voor 2A, als test heb ik gewerkt met 2x4700u

Je hoeft je voeding niet altijd met de potmeter volledig rechts om te gebruiken natuurlijk, en daarbij op vol vermogen zal al helemaal een zeldzaamheid zijn.

Maar als je liever wat meer marge neemt kan dat natuurlijk prima.

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.

De 10% is de maximale afwijking die de netspanning mag hebben. Waarschijnlijk niet noodzakelijk omdat mee te verekenen, maar het kan geen kwaad. (blackdog doet het voor zijn 'super'-voedingen wel geloof ik.)
Die 9600µF is een typfoutje. Dat moet 9400 zijn. Wat dus die 2x4700µF is. Ik heb daar nog 2 weerstandjes van 0.68Ω tussen gezet om de piekstroom van het laden wat af te vlakken, maar ik twijfel nog of ik ze wel ga laten zitten.

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Als de voeding kortgesloten wordt bij hoge uitgangsspanning, dan zijn de voedingselco's opgeladen tot ca 40V. Bij 2A wordt toch voor een korte tijd 80W in de twee torren verstookt. Daarna gaat tgv het terugschakelen van de voeding het opgenomen vermogen in de torren terug naar 40W.

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl

Daar heb je helemaal gelijk in ohm pi, maar ik denk dat dat wel goed komt. Er wordt tenslotte maar voor 70.5mS 80W verstookt. En zoals het er nu staat, heb ik nog een beetje speling.

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

De thermische weerstand.
Deze wordt als volgt:
Rthjc + isolatie + koellichaam.

Doordat je in de originele opbouw de belasting verdeeld over 2 transistoren kan je als volgt rekenen.

((Rthjc + isolatie) / 2) + koellichaam.
Dit geeft de thermische weerstand.
De thermische weerstand × het vermogen geeft de temperatuur verhoging t.o.v de omgevingstemperatuur van de interne chip van de transistor.

Daarmee kan je kijken hoe heet de chip wordt in de slechtste situatie, wel even de datasheet nakijken hoe warm de chip maximaal mag worden en hier het liefst ver weg van blijven.

Ben net trouwens net de Remitor weerstand vergeten mee te rekenen. Voor een 2A uitgangsstroom zou dit bij een 0.33Ω weerstand een spanningsval van 0.33V betekenen.

Groeten,
Marius.

[Bericht gewijzigd door MdBruin op 20 oktober 2016 21:04:54 (12%)]

Dat heb ik inderdaad gedaan. En dan kom ik zoals gezegd uit op drie transistors. Voor de zekerheid mijn redenering:
volgende de datasheets:
Rthjc = 1°C/W
Rth,isolatie = 0.44°C/W
Rth,koelprofiel = 1.06°C/W

uit de powerderation curve van de datasheet van fairchild:
Tc @ 25W/tor = 125°C (120°C zodat ik een beetje marge heb)
Tamb = 40°C

Rth,max = \frac{120°C - 40°C}{23V*2A}
Rth, berekend = \frac{1°C/W}{x} + \frac{0.44°C/W}{x} + 1.06K/W
Rth,max >= Rth, berekend
Dan vind ik dat x <= 2.12

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

@sjok8605

Tamb=40°C en Tcase,max=120°C

T case 120 graden? Pff das lekker hoog. Oud vuistregeltje was dat een druppel water niet mag sissen als die tegen de case gaat. Maar het is geen wet. Als er iets kapot gaat is het toch eigen schuld, dikke bult.

[Bericht gewijzigd door RAAF12 op 20 oktober 2016 21:19:33 (13%)]

De datasheet zegt dat die dat moet kunnen. Dat is trouwens worst kaas. Als ik een beetje oplet wat ik doe, zou de voeding dat zelden of nooit moeten tegenkomen.

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Ben benieuwd waar je die 125°C vandaan hebt, kom namelijk bij de TIP142 een maximale 150°C tegen.

Waar je ook naar kunt kijken is een beter isolatie materiaal. 0.4°C/W is niet echt een super geleider. Mica doet het over het algemeen al beter.

De bewuste grafiek: (klik om naar de datasheet te gaan)

Als isolatiemateriaal heb ik isolatiefolie voor TO-247 behuizing gekocht bij conrad. (itemnummer: 180346 - 89) De thermische weerstand staat niet tussen de specs op de site, maar wel in de datasheet.

De torren ga ik vastzetten met klemmetjes die terhoogte van de die drukken.

Iets waar ik net ook nog aan aan het denken was. (En wat ik volgens mij ook eens ergens anders heb gelezen. Zelf verzin ik zo'n dingen (nog) niet.) De stroombron doet ongeveer 9mA. De TIP142 heeft een hFE van 1000. Ik heb dus maar 2mA basisstroom nodig om mijn 2A uitgangsstroom te krijgen. Is het nuttig om de stroombron te verlagen naar 4 of 5 mA? Met het idee dat de opamps dan een groter deel van hun regelgebied kunnen gebruiken.

[Bericht gewijzigd door Shock6805 op 20 oktober 2016 22:11:15 (34%)]

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.
blackdog

Golden Member

Hi Shock6805,

De HFe van de TIP142 is hoger dan de 1000 waarde die je opgeeft, bijna altijd rond de 4 a 5000x.

Het is handig er een paar meer te kopen en deze te selecteren, zo duur zijn ze niet.
Als je al een voeding hebt sluit de collector/emittor dan op deze voeding aan en stel de voeding in op 3V, begrensing op zeg 2A.
Gebruik een universeel meter als stroombron, en dan bedoel ik het Ohm bereik, je kan in de gegevens van je meter vinden welke stoom en wordt gebruikt voor het meten bij welke weerstandswaarde.
Meestal zit je dan in het bereik van 10K of hoger.

De 3V is om de dissipatie te beperken en de slechtere HFE bij lagere collecterspanning te meten.
Dit is een simpele manier om transistoren uit te zoeken op HFE, bij een "normale" stroom.
Zorg er voor dat je het Ohm bereik zo kies dat de collector stroom ergens tussen 0,5 en 2A ligt.
Bijna altijd gaat de -van de Ohm meter aan de emittor en de plus pen aan de basis.

Bij het warm worden van de transitor kan de HFe 50% hoger worden, hou hier rekening mee.
Ik sluit alles aan, hou potloot en papier bij de hand en raak met de plus pen van de Ohmmeter de basis aan.
Lees de stroom af die door de collecter loopt en noteer deze.
1 a 2 seconde werk, hierdoor krijgt de transistor weinig kans echt warm te worden.

Dus dan komen we bij de stroombron terrecht van de CO2016 voeding, van de drie printen hier,
heb ik bij allen de stroom omlaag gebracht, ook die met de orginele transitoren.
Het is ook terug te vinden in mijn topics over deze voeding.
Eigenlijk kan hij altijd terug naar ongeveer 4mA, of je moet wel erg rotte transistoren hebben of een zeer grote versie bouwen van tientallen Ampere.

Groet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Hi blackdog,

Bedankt voor het uitgebreide antwoord. Ik heb nog geen voeding. Dit is mijn eerste. Maar ik zal wel eens zoeken of in niks kan verzinnen. Eventueel met een dikke diodebrug op een koelprofiel 5V terugbrengen naar 3,6V ofzo.
Als dat lukt zal ik zeker proberen om de torren te selecteren op HFE. Die 1000 is trouwens de minimum bij een stroom van 5A volgens de datasheet.

De stroombron terugbrengen ga ik dan ook zeker doen.

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Ik heb nu al een paar keer blackdog zijn post doorgelezen en er over nagedacht, maar ik ben niet zeker. Ik heb getekend wat ik denk dat juist is, maar klopt het ook?

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Zo haal ik het er ook uit.
Moet je alleen wel weten van je weerstandsbereiken hoeveel stroom er wordt afgegeven.

Heb je deze niet of je hebt maar 1 multimeter, dan kan je ook een stroombron maken met een weerstand (iets anders schema). Nadeel is dan wel dat je 3V hoger moet zijn.
Uitproberen kan natuurlijk ook, Let dan op dat je niet in de stroom begrenzing komt van je voeding. En even genoeg ruimte tussen het testen bij 1 transistor nemen om zo deze de kans te geven om af te koelen.

Over de SOA, goed opgelet. Vind het alleen vreemd dat verschillende fabrikanten verschillende gegevens erin hebben staan. Heb zelf voordat ik met de compound setje aan de gang ging de ST versie eraan gehad. Deze zou als ik P = U × I doe meer vermogen mogen hebben als de fairchild/on-semi.

Groeten,
Marius.

Ik vermoed dat ik die stromen wel zal vinden in de documentatie van mijn nieuwe keysight. De oude fluke zijn blaadjes ben ik kwijt. :P

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Mogelijk staan ze ook wel vermeld op het internet.
Heb zelf een skytronic True RMS meter geen specs ervan, van m'n HP welke ik van Sine heb kunnen overnemen kan ik ze wel vinden.
Moet wel zeggen dat ik wist dat de skytronic precies is, meet gelijk aan de HP, bij hele kleine spanning 0.x mV wil de HP twijfelen met + en - 0.1mV. Terwijl de skytronic stabiel blijft staan.

Groeten,
Marius.