English version

Regulovatelný zdroj 3-60V 40A

    Tento spínaný zdroj vznikl, protože jsem potřeboval regulovatelný laboratorní zdroj většího výkonu. Lineární topologie by byla pro tento výkon (2400W) nepoužitelná. Zvolil jsem tedy topologii jednočinného propustného zdroje se dvěma spínači neboli polořízený můstek. V mém článku o zdrojích je to topologie II.D. Zdroj používá tranzistory IGBT a je řízen obvodem UC3845. Síťové napětí prochází nejprve odrušovacím filtrem. Poté je usměrněno můstkem a filtrováno na kondenzátorech C4. Kvůli omezení proudového nárazu je v cestě zapojen stupňový spínač s Re1 a R2. Cívka relé a ventilátor (z PC zdroje AT/ATX) jsou napájeny z 12V, které je získáno sražením z pomocného zdroje 17V. R1 zvolte tak, aby napětí na cívce relé a ventilátoru bylo 12V. Pomocný zdroj využívá obvod TNY267. Podobá se zdroji popsanému zde. R27 zajišťuje podpěťovou ochranu pomocného zdroje - nezapne se při méně než 230V ss. Řídící obvod UC3845 má na výstupu frekvenci 50kHz a maximální střídu 47%. Je napájen přes zenerovu diodu, která snižuje napájecí napětí o 5,6V (tedy na 11,4V) a také posouvá prahy UVLO z 7,9V (dolní) a 8,5V (horní) na 13,5V a 14,1V. Zdroj tedy začne pracovat při napájení 14,1V a nikdy nebude běžet pod 13,5V, což chrání IGBT před desaturací. Původní prahy obvodu UC3845 byly totiž posazené příliš nízko. Obvod ovládá MOSFET T2, který řídí propustné budící trafo Tr2. To zajišťuje galvanické oddělení a plovoucí buzení. Přes tvarovací obvody s T3 a T4 budí gejty IGBT T5 a T6. Ty poté spínají usměrněné síťové napětí (325V) do výkonového trafa Tr1. Jeho výstup je poté usměrněn propustným usměrňovačem a vyhlazen tlumivkou L1 a kondenzátory C17. Napěťová zpětná vazba Je zavedena z výstupu do 2. vývodu IO1. Napětí lze nastavovat pomocí potenciometru P1. Galvanické oddělení zpětné vazby není nutné, protože řídící obvod je spojen se sekundární stranou zdroje a oddělen od sítě. Proudová zpětná vazba je zavedena přes proudové trafo Tr3 do 3. vývodu IO1. Práh proudové ochrany je možno nastavit pomocí P2.
    Tranzistory T5 a T6, diody D5, D5', D6, D6', D7, D7', a můstek je nutno umístit na chladič. Diody D7, kondenzátory C15 a ochranné RDC články R22+D8+C14 je nutno umístit co nejblíže k IGBT. LED 1 signalizuje zapnutí zdroje, LED 2 signalizuje proudový mód nebo chybu. Rozsvítí se, když zdroj nepracuje v napěťovém módu. V napěťovém módu je na vývodu 1 IO1 2,5V, jinak je na něm cca 6V. LED signálky je možné vynechat.
    Indukčnosti: Výkonové trafo Tr1 jsem použil hotové ze starého výkonného zdroje 56V. Transformační poměr primár:sekundár je cca 3:2 až 4:3 a jádro je feritové EE bez vzduchové mezery. Pokud byste ho chtěli sami vinout, použijte podobné jádro jako v invertoru, tedy cca 6,4cm2 (únosné je rozmezí 6-8cm2). Na primár dejte 20z 20ti dráty průměru 0,5 - 0,6mm a na sekundár 14z 28mi dráty stejného průměru. Možné je i vinutí pomocí měděných pásků. Naopak použití jediného silného vodiče možné není z důvodů povrchového jevu (pracuje se s vysokými frekvencemi). Dělení vinutí není nutné, naviňte např. nejprve primár a poté sekundár. Budící trafo Tr2 má tři vinutí po 16 závitech. Jsou vinuta všechna najednou (trifilárně) třemi spirálově svinutými izolovanými zvonkovými dráty. Je navinuto na feritovém jádře EI (může být EE) bez vzduch. mezery z výkonového trafa z PC zdroje ATX, popř. AT. Jádro má průřez stř. sloupku cca 80 - 120mm2. Proudové trafo Tr3 je má 1z a 68z na feritovém kroužku a velikost ani počet závitů není kritický. Při jiném počtu závitů upravte R15. Trafo pomocného zdroje Tr4 je navinuto na feritovém EE jádře se vzduchovou mezerou a průřezem stř. sloupku cca 16 - 25mm2. Pochází z trafa pomocného zdroje vykuchaného ATX. Orientace vinutí všech traf (označené tečkami) je nutno dodržet. Dvojitá tlumivka síťového filtru může být např. z mikrovlnky. Výstupní tlumivka L1 pochází též ze zdroje 56V. Je složena ze dvou paralelních tlumivek 54uH na železoprachových kroužcích a celková indukčnost je tedy 27uH. Každá tlumivka je vinuta dvěma lakovanými měděnými dráty 1,7mm. Celkový průřez vodičů je tedy cca 9mm2.
    L1 je zapojená do záporné větve, takže na katodách diod není vf napětí a lze je připevnit na chladič (nebo jeho část) bez izolace. Maximální příkon zdroje je okolo 2600W a účinnost při plném zatížení více než 90%. Ve zdroji jsem použil IGBT typu STGW30NC60W. Lze je nahradit např. i typy IRG4PC40W, IRG4PC50W, IRG4PC50U, STGW30NC60WD nebo podobnými dostatečně výkonnými a rychlými. Výstupní diody mohou být jakékoliv rychlé s dostatečným proudem. Horní diody (D5) vidí střední proud nejvíce 20A, dolní diody (D6) nejvíce 40A. Horní diody je tedy možné dimenzovat na poloviční proud, než ty dolní. Horní diody mohou být např. dvě HFA25PB60 / DSEI30-06A nebo jedna DSEI60-06A / STTH6010W / HFA50PA60C. Dolní mohou být dvě DSEI60-06A / STTH6010W / HFA50PA60C nebo čtyři HFA25PB60 / DSEI30-06A. Chladič diod musí počítat se ztrátou cca 60W. Ztráta IGBT může být dohromady až 50W. Ztráta D7 je těžko odhadnutelná, protože závisí na vlastnostech Tr1 (indukčnost a rozptyl). Ztráta můstku je do 25W. Zdroj používá podobné zapojení jako svářecí invertor, protože se osvědčilo. Spínač S1 umožňuje pohotovostní vypínání zdroje, protože časté vypínání takto výkonného zdroje síťovým vypínačem by nebylo vhodné (zvláště při použití jako laboratorní zdroj). Spotřeba ve vypnutém stavu je jen cca 1W. S1 lze vypustit. Zdroj je možné postavit také jako zdroj pevného napětí. V takovém případě je vhodné optimalizovat transformační poměr Tr1 pro nejlepší účinnost (např. primár 20z a sekundár 1z pro každé 3,5 - 4V).

     Pozor! Impulzní zdroj není určen začátečníkům, protože většina jeho obvodů je spojena se sítí. Při špatné konstrukci se na jeho výstup může dostat síťové napětí! Výstupní napětí může překračovat bezpečné dotykové napětí. Jedná se o zdroj velkého výkonu, který je třeba vhodně jistit. Je také nutno dostatečně dimenzovat napájecí přívod. Kondenzátory mohou zůstat nabité i po vypnutí. Vše děláte na vlastní nebezpečí, za případné újmy na zdraví nebo majetku neberu zodpovědnost.

Schéma regulovatelného spínaného zdroje 3-60V 40A
Schéma regulovatelného spínaného zdroje 3-60V 40A - klikněte pro zvětšení



Hotový zdroj


Čelní panel zdroje - regulace napětí, omezení proudu, pohotovostní vypínač S1 a kontrolky LED.


Krabice od zdroje 56V připravená na vestavbu zdroje 3 - 60V.


Původní čelní panel


Krabice s ventilátorem 8cm.


Chladič, Tr1, L1 a C17 ze starého zdroje, které budou využity ke stavbě.





Připevněné D5 a D6.


IGBT a resetovací diody D7 na chladiči a deska připravená na výrobu broušáku.


Hotové budící trafo Tr2.


Začíná tvorba desky.


osazena výkonová část, řídící obvod a Tr2.





Výroba pomocného trafa 17V Tr4 (vlevo kostra s jádrem, vpravo primár)


Dokončený sekundár a hotové trafo.


Osazování pomocného zdroje.


Deska z původního zdroje osazená diodami LED 1 a LED 2.


Pomocný zdroj po přiletování Tr4.


Zdroj a kondenzátory C4 (3x 680u)


Umělá zátěž pro testování zdroje: Spirála 230V 2000W z boileru upravená na 57,5V 2000W. Připojil jsem 3 odbočky, střední odbočka a oba konce spirály jsou jeden vývod. Druhý vývod jsou odbočky na 1/4 a 3/4. Tím se spirála rozdělí na 4 stejné díly zapojené paralelně. Napětí spirály se sníží na čtvrtinu, odpor na šestnáctinu a výkon zůstane zachován.


Žhnoucí spirála připojená ke zdroji.


Filtr a stupňový spínač.


Testování zdroje se spodní částí krabice


Vnitřek hotového zdroje.


Video - testování zdroje se spirálou, tahání výbojů se spirálou v sérii a regulace žárovek 2x 500W 230V.


Video - Výboje s měděnou a hliníkovou elektrodou.


Video - testování po vestavbě do hliníkové krabice.



Přidáno: 23. 10. 2010
zpět na úvodní stránku