Prosty prostownik prosto od amatora

[Mosfet]

Witam

Zaprojektowałem prostownik do ładowania akumulatorów 12V. Ameryki nie odkryłem, ponieważ moja konstrukcja opiera się na sprawdzonych już aplikacjach z WO. Jako amator zapraszam do przeanalizowania układu (lektury:) i liczę na wskazówki,uwagi, które poprawią moją koncepcję

Założenia, wymagania.
- Układ ma łądować STAŁYM prądem min 3A.
- Układ ma posiadać histerezę ok. 1V
- układ ma łądować akumulator góra do 14V
- ukłąd ma sygnalizować błedne podłączenie elektrod syg. akustycznym
- układ ma sygnalizować diodą LED ładowanie.

Pomysł realizacji.

Zasilanie.
Jako że strasznie wnerwia mnie to, niestabilne zasilanie z trafo postawiłem na stabilizator napięcia 7818 ze wspomagającym go tranzystorem mocy PNP. Prąd poboru całego układu wg. obliczeń może nieznacznie przekroczyć 3A. W razie "W" nad wszystkim czuwa bezpiecznik zwłoczny 5A. Mam tutaj uwagi do swoich braków wiedzy, ponieważ wiem, że trafo może być obciążone znacznie bardziej niż 3A. Wynika to z tego, że kondensatory C3,C4,C5 podczas przejścia przez zero w mostku, mogą oddać całą energię do obwodu. Spowoduje to niekontrolowany i duży prąd ich ładowania w dodatniej połówce. Nie potrafię tego policzyć nie wiem też jakie będą tętnienia.

Ładowanie akumulatora odbędzie się przy pomocy źródła prądowego, zrealizowanego na WO. Nie wiem czy nie popełniłem tutaj fatalnego błędu wpinając akumulator szeregowo do obwodu.Oznaczenie akumulatora to X1-2 biegun dodatni, X1-1 biegun ujemny. 18V napięcie w stosunku to 11 , 12 V akumulatora ma wymusić prąd ładowania ustalony za pomocą rezystora mocy 0,33 Ohm, na którym to WO dąży do ustalenia spadku 1V. Moc na tranzystorze Q1 to rzędu 25, 35W zależnie od napięcia akumulatora. Rezystor 0,22 Ohm dałem w celu otrzymania pomiarowego spadku na akumulatorze.

Tranzystory T1 oraz Q2 mają pełnić rolę informacji. T1 zostanie nasycony, gdy przewody zostaną błędnie podpięte wtedy suma napięć na zacisku X1 1 wyniesie około 30V co spowoduje zadziałanie diody zenera i układu z buzerem.
Otwarty T1 "likwiduje" także potencjał bramki Q1 oraz wymusza stan niski na Q2.Efektem tego jest przerwa pracy układu, sygnał akustyczny, zgaszenie diody.
Q2 zrealizowane za pomocą mosfet z uwagi na możliwość podania wysokiego napięcia 18V ze wzmacniacza na bramkę. Tranzystor służy do kontroli diody LED.

Blok histerezy zrealizowany na IC2B to typowa aplikacja histerezy. Obliczenia wykonane przy pomocy książki Pana Góreckiego (bardzo fajne opracowanie). IC3 działa wg, obliczeń w histerezie ~13V do ~14V.
Układ działa wykonuje swoje zadanie za pomocą przekaźnika.

Moje pytania
Czy prawidłowym jest potraktowanie akumulatora jako obciążenie dla źródła prądowego ?
Czy kluczowanie MOSFET 18V napięciem jest dla niego bezpieczne (wg. not. kat. dop. 20V)
Jak z tą energią oddawaną do źródła przez kondensatory i prądem pobieranym z trafo podczas ich ładowania ?

Co wy na to ?

[tom5555]

Układ IC2B nigdy nie będzie prawidłowo działał, zrobi się z niego generator. Jeżeli prąd ładowania akumulatora stabilizujesz od strony minusa, to jego dodatni biegun jest stale podłączony do +18V. Komparator IC2B wyłączy wtedy przekaźnik, napięcie na jego wejściu (przy rozładowanym akumulatorze) spadnie poniżej 14V i przekaźnik ponownie zostanie załączony, podając 18V na wejście komparatora.

Tranzystor służy do kontroli diody LED.

Tego nie rozumiem.
Stabilizację napięcia zastosuj tylko dla zasilania WO, niepotrzebne będą wtedy tak duże kondensatory (kilkaset µF w zupełności wystarczy).

[Mosfet]

Apropo generatora. Właśnie dyszał mi za uchem ten problem, ale myślałem, że uporałem się z nim stosując rezystor 0,22Ω. Myślałem tak dlatego, że teoretycznie z prawa Kirchhoffa zgadzały mi się spadki napięć. Rezystor wywoła spadek o 0,66V a akumulator o swoją wartość z tond postanowiłem tam mierzyć napięcie do histerezy. Widocznie muszę wykombinować coś innego

niepotrzebne będą wtedy tak duże kondensatory

Tak czy inaczej 3A będzie brane z trafo, więc zmniejszenie pojemności chyba pogorszy sprawę i powiększy tętnienia ? Ktoś potrafi to obliczyć ?

[tom5555]

Tu jest coś o tętnieniach http://web.pertus.com.pl/~zawalny/energoelektronika.htm i http://pl.wikipedia.org/wiki/Zasilacz_transformatorowy . Przy pojemności 3mF i prądzie 3A amplituda tętnień wyniesie 10V. Poprzednio miałem na myśli takie rozdzielenie obwodów zasilania jak na rysunku poniżej.

[Mosfet]

10 V to sporo. Pytanie jaka jest wartość skuteczna tego napięcia, to będzie coś w rodzaju piło kształtnego przebiegu. A kondensatory chyba i tak warto zastosować, ponieważ bez nich byłoby jeszcze gorzej. W Twojej propozycji nasuwa mi się pytanie czy pobór prądu przez aku nie wpłynie na pracę 7818.

[Mosfet]

Przepraszam, że dubluje post, ale nie ma możliwości edycji. Mam nową myśli i nowe uzasadnienie dlatego też nowy post

Postanowiłem mierzyć napięcie dla bloku histerezy na tranzystorze. Zastanawia mnie jednak sam sposób pracy tranzystora, gdyż WO ma duże wzmocnienie i czy w tym wypadku spadek napięcia na nim będzie uzyskiwany impulsowo czy ciągle. Jeśli impulsowo to trzeba jeszcze zastosować zespół kondensatorów aby wyeliminować drgania przekaźnika.

Druga sprawa to postanowiłem, że zostawię 18V również jako napięcie ładujące akumulator. Wynika to z tego, że chce mieć stabilność napięć w tym oczku, aby histereza trzymała parametry. Tym razem okno histerezy baaardzo szerokie 2,88V, aż do kilku nastu wolt. Na wyjściu wzmacniacza trzeba było odwrócić działanie histerezy, ponieważ spadek ~3V na tranzystorze wiąże się ze spadkiem około 14V na akumulatorze, co sugeruje naładowanie. Zrealizowałem to za pomocą tranzystora PNP.



ps. Jest na forum jakiś matematyk który potrafi wyznaczyć R2 i R3 ze wzoru poniżej mając tylko R1, Ucc, Utp1 , Utp2
zakręciłem się przy wyznaczaniu tego parę razy jak karuzela dałem spokój. Ja wyznaczałem eksperymentalnie wspomagając się trochę symulatorem.

Wzory

Utp1 = ( UCC * R2 )/ ((R1||R3) + R2)
Utp2 = (UCC * (R2||R3)) / (R1 + (R2||R3))

gdzie:
|| - połączenie równoległe
Utp1 - górny próg histerezy
Utp2 - dolny próg histerezy
Ucc - napięcie zasilania
R1,R2,R3 - rezystory układu

[Jony130]

ps. Jest na forum jakiś matematyk który potrafi wyznaczyć R2 i R3 ze wzoru poniżej mając tylko R1, Ucc, Utp1 , Utp2
zakręciłem się przy wyznaczaniu tego parę razy jak karuzela dałem spokój. Ja wyznaczałem eksperymentalnie wspomagając się trochę symulatorem.

Wzory

Utp1 = ( UCC * R2 )/ ((R1||R3) + R2)
Utp2 = (UCC * (R2||R3)) / (R1 + (R2||R3))

gdzie:
|| - połączenie równoległe
Utp1 - górny próg histerezy
Utp2 - dolny próg histerezy
Ucc - napięcie zasilania
R1,R2,R3 - rezystory układu

Tak, jest na forum jakiś dyżurny matematyk.

Generalnie to najlepiej skorzystać z pomocy tej strony
http://sim.okawa-denshi.jp/en/compkeisan.htm

Bo tak to na piechotę to trzeba robić. Na przykład zakładamy sobie wartość któregoś z rezystorów np. R3 i rozwiązujemy układ równań z dwoma niewiadomymi.

Gdzie rozwiązanie ma postać:

R1 = R3•(V2/V1 - 1)

R2 = R3• (V2 - V1)/(Vcc - V2)

Gdzie

V1 - dolny próg
V2 - górny próg

I tak np dla Vcc = 12V i V1 = 4V i V2 = 6V i R3 = 36KΩ mamy

R1 = 36K*(6V/4V - 1) = 36K*0.5 = 18K
R2 = 36K*(6V - 4V)/(12V - 6V) = 36K * 1/3 = 12K


Co do schematu to w ogóle się nad nim nie zastanawiałem. Dlatego nie wypowiadam się w tej kwestii.
Choć już bez analizy widać, że coś jest nie tak z Q2. Jak i Q4 + C1 w bazie równa się zwarcie.

[KrzysiekK]

Dioda LED1 jest na schemacie zwarta, więc raczej nie zaświeci. Podobne niechlujnie narysowane połączenia są przy tranzystorze Q1, cewce przekaźnika K1, choć w tych przypadkach wygląda to tylko na przeciągnięcie połączenia poza wyprowadzenia elementu. Nie można jednak wykluczyć zwarcia jak w przypadku diody LED1.

[Mosfet]

Układ z diodą przebudowany, zastosowałem kanał NPN teraz powinno być okej. Dodatkowo w IC2A zastosowalnym w V ref, diodę zenera 1V zamiast dzielnika. Obwód przekaźnika poprawiony, histereza zmieniana na progi 3V i 4V. Zmniejszyłem jeszcze R12, gdyż uważałem, że prąd na 7805 jest za mały.
Mam nadzieję, że teraz jest ok.


Jony130

Nie rozumiem co masz na myśli przez zwarcie w Q4 ? aplikacja jest zgodna z nota katalogową.
Te R1 i R2 wyprowadziłeś, z tych wzorów, które ja podałem, albo istnieje jeszcze jakieś inne równianie ? Możesz napisać jak wyglądało wyprowadzenie ?
Dziękuje za stronkę, będę korzystał, ale muszę też dojść do tego jak to przekształciłeś

ps dziękuję za wszystkie uwagi, bez nich układ by nie działał tak jak chce.

Nowa wizja.

[Jony130]

Nie rozumiem co masz na myśli przez zwarcie w Q4 ? aplikacja jest zgodna z nota katalogową.

Ano masz rację. Ale i tak nie podoba mi się to rozwiązanie.
I dlaczego przekaźnik jest w emiterze ? I dlaczego dioda LED nie jest zasilana z plusa tylko z wyjścia WO?

Te R1 i R2 wyprowadziłeś, z tych wzorów, które ja podałem, albo istnieje jeszcze jakieś inne równianie ? Możesz napisać jak wyglądało wyprowadzenie ?

Tak użyłem tych wzorów które podałeś.

Z pierwszego równania

V2 = Vcc * R2/(R2 + R1||R3) wyciągamy R2

V2 = Vcc * R2/(R2+Rx) ---> mnożę przez (R2+Rx)

V2*(R2+Rx) = Vcc * R2 ---> usuwam nawiasy

V2*R2 + V2*Rx = Vcc * R2 ----> odejmuje (V2*R2)

V2*Rx = (Vcc - V2)*R2 ---> dziele przez (Vcc - V2)

V2*Rx/(Vcc - V2) = R2

I mamy ostatecznie

R2 = Rx * V2/(Vcc - V2) gdzie Rx = R1||R3

A ponieważ

1/Rx = 1/R1 + 1/R3 to odwracamy całość i mamy prostą postać

1/R2 = (Vcc - V2)/V2 * (1/R1 + 1/R3)

Teraz bierzemy równanie na dolny próg V1

V1 = Vcc * (R2||R3)/(R2||R3 + R1)

V1 = Vcc* Rx/(Rx+R1)

V1*(Rx+R1) = Vcc*Rx

V1*Rx + V1*R1 = Vcc*Rx

V1*R1 = Vcc*Rx - V1*Rx

V1*R1 = (Vcc - V1)*Rx

R1 = (Vcc - V1)/V1*Rx

1/R1 = V1/(Vcc - V1)*(1/R2 + 1/R3)

Na dzisiaj starczy tego wykładu z matmy. Mam nadzieję, że się nigdzie nie pomyliłem.
A ty w ramach zadania domowego rozwiąż symbolicznie ten układ równań

ax + by = c
dx + ey = f

Bo właśnie mamy do rozwiązania układ równań z dwoma niewiadomymi.
Gdzie naszymi x i y bezie R1 i R2

[Mosfet]

Dziękuję za te wyprowadzenie. Też wpadłem na pomysł, aby równoległą rezystancje potraktować jako jakieś Rx i później ją rozbić, ale po drodze się rozbiłem w przekształceniach. Patrząc teraz na to wszystko jest jasne jak słońce.

Co do Twoich pytań.

dlaczego przekaźnik jest w emiterze ? I dlaczego dioda LED nie jest zasilana z plusa tylko z wyjścia WO?

Patrz. Zmieniłem rodzaj tranzystora na PNP, a zostawiłem układ kluczowania z NPN, już poprawiam.
Dioda LED dałem na wyj. WO z uwagi na podawanie stałego napięcia podczas pracy. Jednak zauważyłem następny błąd, który ujawnia się, gdy przekaźnik rozłączy zasilanie, wtedy dioda nadal świeci. Znalazłem więc inne miejsce, na rezystorze mocy, tam też wykombinowałem jej miejsce do popisu i myślę, że to ostateczna wersja.

Co do zadania domowego to można je wykonać np metodą podstawiania.

ax = c - by
x = c - by/a

d(c - by / a) + ey = f
(dc - dby)/ a + ey = f (a)
dc - dby + eya = fa
dc - y(db +ea) = fa
-y(db+ea) = fa -dc
y = dc - fa / db +ea

lub przeciwnych współczynników (ułatwiłem sobie dając jakieś tam liczby)

6r1 + 12r2 = 4
5r1 + 6r2 = 7 (2)
6r1 + 12r2 = 4
-10r1 - 12r2 = -14
-4r1 = -10
r1 = 2,5
r2 = -0,9166

mam jeszcze pytanie na samej pracy WO. Gdybyśmy na wyjściu wzmacniacza pracującego w układzie źródła prądowego podłączyli oscyloskop, jak wyglądałyby przebieg napięć ? Chaotyczne, piki o amplitudzie Vcc, albo oscylacje w okolicach Vcc ?

[Jony130]

Mi chodziło o takie rozwiązanie

ax + by = c

dx + ey = f

X = (C*E - B*F)/(A*E - B*D)

Y = (C*D - A*F)/(B*D - A*E)

I teraz

1/R2 = (Vcc - V2)/V2 * (1/R1 + 1/R3)

I teraz

1/R2 = (Vcc - V2)/V2*1/R1 + (Vcc - V2)/V2*1/R3

1/R2- (Vcc - V2)/V2*1/R1 = (Vcc - V2)/V2*1/R3

I podobnie dla 1/R1 = V1/(Vcc - V1)*(1/R2 + 1/R3)

-(V1/(Vcc - V1))*1/R2 + 1/R1 = V1/(Vcc - V1)*1/R3


Czyli mamy

1/R2 - (Vcc - V2)/V2*1/R1 = (Vcc - V2)/V2*1/R3

-(V1/(Vcc - V1))*1/R2 + 1/R1 = V1/(Vcc - V1)*1/R3

a = 1
b = -(Vcc - V2)/V2
c = (Vcc - V2)/V2*1/R3
d = -(V1/(Vcc - V1))
e = 1
f = V1/(Vcc - V1)*1/R3

No i teraz po podstawieniu do wzoru i po około 20min upraszczania. Dostaniesz wzory na
1/R1 i 1/R2. A więc wystarczy obrócić i po sprawie mamy nasze R1 i R2.

Ja się przyznam bez bicia, że skorzystałem z usług komputera. Który za mnie odwalił całą czarną robotę i wykonał to w czasie krótszym niż sekunda.
Po prostu skorzystałem z usług programu Mathematica 7.



A mi jedynce co pozostało to przedstawić wynik w bardziej zjadliwej formie.


A co do pytanie to nie rozumiem? Co wzbudza ci się WO ?

[Mosfet]

Jak dobrze patrzę po wzorach to jest to metoda wzynacznikowa. W sumie każda prowadzi do rozwiązania, tylko nie kiedy dłuższą drogą choćby metoda eliminacji gaussa. Swego czasu z niej korzystałem....w exelu :p. Muszę przyznać, że teraz wydaję się to banalne, jednak jak się za to zabrałem to mi ciśnienie skakało.

A co do pytanie to nie rozumiem? Co wzbudza ci się WO ?

Na razie nic mi się nie wzbudza, ponieważ jeszcze docieram układ choćby dlatego, że postanowiłem wrzucić dwa potencjometry w układzie histerezy, obliczam moce poszczególnych elementów , myślę czy zastosować 4 diody czy mostek, wiesz...tego typu dylematy
Jak wiadomo WO ma bardzo duże wzmocnienie. Napięcie na rezystorze mocy nie jest przecież idealne i będzie się wahać np w 1-ej ms 0,97986 w 2- ej ms 0,999987, jeśli weźmiemy pod uwagę beta = 10000 i napięcie referencyjne 1V (które też może pływać) to w jednym wypadku mamy różnicę 0,0214 czyli po wzmocnieniu napięcie na wyjściu będzie równe Vcc, a w drugim napięcie wyjściowe będzie równe 130mV. To są tylko dwa teoretyczne przypadki, a już widać, że przebieg na wyjść WO może być bardzo chaotyczny, chyba, że źle teoretyzuje. Dlatego zastanawiam się jak bardzo będzie szarpać bramką mosfet i czy nie podpiąć jakiegoś kondensatora odp sprzęgającego takie piki.

[Jony130]

Źle teoretyzujesz.
Wpływ skończonej wartości wzmocnienia obawia się tak jak to pokazuje ten rysunek.



Założyłem sobie do obliczeń takie parametry MOSFET-a
Dla Id = 1A dla Ugs = 5V i Vgs(th) = VT = 3V. Co daje K = Id/(Vgs - VT)² = 0.25
Bo jak wiadomo
Id = K•(Vgs - VT)²
No i WO idealne o wzmocnieniu w otwartej pętli równej Ao = 100;

Jak widać układ będzie w stanie równowagi. Oczyszczacie tętnienia zasilania będą tłumione 101 razy. Tylko zmiany napięcia odniesienia będą miały bezpośredni wpływ na zmiany prądu żródła prądowego. Ale je można filtrować tak jak to pokazałem na rysunku.
Stąd wniosek, że w czasie normalnej pracy płynie praktyczne stały prąd.

[Mosfet]

ekhm.... zgubiłem się.

Co to jest za wzór skąd on się bierze ?
K = Id/(Vgs - VT)² = 0.25
i chyba się pomyliłeś w oznaczeniach bo powinno być
K = Id/(Ugs - VT)² = 0.25
bo inaczej wychodzi "zakazane" równanie jeśli Vgs = 3 i Vt = 3
Ugs to różnica potencjałów pomiędzy bramką, a źródłem ?
Vgs - to napięcie potrzebne do otworzenia tranzystora. Czym jest VT ? spadkiem na tranzystorze ?

Jeśli Ao to wzmocnienie to czym jest K ?

Nie bardzo rozumiem pojęcie otwartej pętli

ps zastosuje filtrowanie, które poleciłeś.