Ograniczenie prądowe

Jesli jesteś początkującym elektronikiem, to tu z pewnością znajdziesz pomoc. Miejsce dobre do dyskusji nad podstawami elektroniki w zakresie teorii i praktyki.
Jony130
Moderator
Posty: 3148
Rejestracja: 11 sie 2005, 16:33
Lokalizacja: wrocław

Post autor: Jony130 » 15 lis 2013, 15:54

adrian_134 pisze: Tylko mam jeszcze pytanie dlaczego prąd płynący przez R1 jest taki sam co płynący przez R2 przecież pomiędzy tymi rezystorami jest rozgałęzienie prowadzące do wejścia LM317 ADJ czy na tym wejściu jest nieskończenie wielka rezystancja wewnętrzna ?
Prąd który wypływa z nóżki ADJ jest mały (50uA) dlatego pominąłem go w tym opisie jako mało znaczący dla istoty działania układu.
adrian_134 pisze:Robc to obciążenie robocze czyli układ zasilany przez zasilacz

Dokładnie tak
A jaka rola jest rezystora R3 ?

Ogranicza prąd bazy T1 do bezpiecznej wartości. Bez niego zwarcie puntów P z O spaliło by tranzystor. Szczególnie że między P a O w praktyce dajemy kondensator.

Jony130
Moderator
Posty: 3148
Rejestracja: 11 sie 2005, 16:33
Lokalizacja: wrocław

Post autor: Jony130 » 15 lis 2013, 16:19

Już jesteśmy o krok od tego "potwora" z trzeciego postu .

Ale na początek trzeba przyswoić sobie wiedzę o co chodzi z tym dodatkowym tranzystorem PNP dodanym przed LM317.

Obrazek

Jak widać złącze baza-emiter tranzystor T1 połączona jest równolegle do rezystora Rs.
A z tego wynika, że gdy napięcie na Rs przekroczy napięcie otwarcia tranzystora (ok 0.6V). Tranzystor T1 zostanie otwarty. A o napięciu (spadku napięcia) na rezystorze Rs decyduje prąd płynący przez ten rezystor. Czyli w sumie prąd stabilizatora i obciążenia.
U1 = Is•Rs i gdy U1 = 0.6V tranzystor się otworzy.
Dla małych prądów obciążenia prąd (do obciążenia) dostarczany jest tylko przez stabilizator LM317. W miarę zwiększania się prądu obciążenia, rośnie spadek napięcie na Rs. Gdy napięcie to przekroczy 0.6V otworzy się tranzystor T1 który dostarczy dodatkowego prądu do obciążenia. Zobacz sobie dwa przykłady:
Dla prądu obciążenie 0.2A I Rs = 1Ω

Obrazek

No i gdy prąd obciążenia wzrośnie do IL = 1A

Obrazek

Jak widać, włączenie dodatkowego tranzystora powoduje że prąd jaki może dostarczyć LM317 zastaje ograniczenie do I_stab_max = Ube/Rs ≈ 0.6V/1Ω ≈ 0.6A a resztę prądu do obciążenia dostarcza tranzystor. Czyli zwiększyliśmy wydajność prądową zasilacza. No i dodanie tranzystora powoduje, że nie mamy już zabezpieczenie przeciw zwarciowego. Co jest główną wadą tego układu. Dlatego nie polecam tego rozwiązania.

adrian_134
Użytkownik
Posty: 109
Rejestracja: 12 kwie 2012, 14:26
Lokalizacja: Chełm

Post autor: adrian_134 » 16 lis 2013, 20:48

Jony130 pisze:
adrian_134 pisze: A jaka rola jest rezystora R3 ?

Ogranicza prąd bazy T1 do bezpiecznej wartości. Bez niego zwarcie puntów P z O spaliło by tranzystor. Szczególnie że między P a O w praktyce dajemy kondensator.
Tylko dlaczego tam daje się kondensator i dlaczego "Szczególnie" przecież tutaj jest prąd stały a dla nie przez kondensator nie płynie prąd.

Rozumiem działanie tego układu co teraz przedstawiłeś.

Jony130
Moderator
Posty: 3148
Rejestracja: 11 sie 2005, 16:33
Lokalizacja: wrocław

Post autor: Jony130 » 17 lis 2013, 17:02

adrian_134 pisze: Tylko dlaczego tam daje się kondensator i dlaczego "Szczególnie" przecież tutaj jest prąd stały a dla nie przez kondensator nie płynie prąd
To my dla uproszczenia zakładamy, że płynie tam prąd stały. W rzeczywistości stabilizator umieszczony jest za mostkiem Graetza + kondensatorem wygładzającym. A tam przecież nie mamy już prądu stałego. Wszak zawsze będziemy mieli jakieś tętnienia napięcia. Czyli zmiany napięcia wejściowego o np. 2V. Czyli 10V +/-2V.
Stabilizator oczywiście "wygładza/tłumi" te tętnienia. I taki LM317 tłumi je 65dB czyli 1700 razy. Czyli z 2V na wejściu mamy 1.1mV tętnień na wyjściu. To jeden szczegół, teraz trzeba zadać sobie pytanie czy nasze obciążenie jest stałe? Czyli czy prąd pobierany przez "urządzenie" podłączone do stabilizatora jest niezmienny w czasie? W większości przypadków prąd ten nie jest stały. A zmienność prądu obciążenia będzie miał wpływ na zmiany napięcia wyjściowego, bo nasz stabilizator charakteryzuje się pewną nie zerową rezystancją wewnętrzną. Tak samo nagłe zwiększenie prądu obciążenia spowoduje, że napięcie wyjściowe "przysiądzie" nawet o kilka woltów.
I aby zmniejszyć/złagodzić te zmiany napięcia wyjściowego, wystarczy włączyć
pomiędzy linie zasilania pojemność filtrującą. Jak już wiemy, naładowany kondensator jest „maleńką bateryjką”, która niejako wspomaga główną baterię/stabilizator. W chwilach nagłego zwiększenia/zmniejszenia prądu obciążenia.
Dobrze to pokazuje ten rysunek zaczerpnięty z noty LM317

Obrazek

Gdzie wzrost prądu obciążenia (niebieski kolor) z 50mA do 1.5A powoduje bez kondensatorów spadek napięcie wyjściowego o 3V (kolor czerwony ). Dodanie kondensatów zmniejsza ten skok do 1V.
Załączniki
3.PNG
3.PNG (9.93 KiB) Przejrzano 7988 razy

adrian_134
Użytkownik
Posty: 109
Rejestracja: 12 kwie 2012, 14:26
Lokalizacja: Chełm

Post autor: adrian_134 » 20 lis 2013, 6:48

Rozumiem, a jak działa ten układ z wzmacniaczem operacyjnym ?

Jony130
Moderator
Posty: 3148
Rejestracja: 11 sie 2005, 16:33
Lokalizacja: wrocław

Post autor: Jony130 » 20 lis 2013, 18:31

Witam, czas dodać WO (Wzmacniacz Operacyjny) do naszego układu.
Zadanie jakie powierzymy WO będzie wprowadzenie zabezpieczenia prądowego do układu stabilizatora LM317 + dodatkowy tranzystor zwiększający prąd wyjściowy.
Prąd tranzystora będziemy mierzyć jak się zapewne domyślasz tak samo jak w pierwszym układzie który omawialiśmy, czyli za pomocą dodatkowego rezystora Rsc.
I napięcie z tego rezystora przekażemy na jedno z wejść WO a na drogie wejście WO podamy "napięcie odniesienia".
Czyli schemat wygląda tak
Obrazek

Mam nadzieje że jasnym teraz dla ciebie ciebie, że R1 i R2 ustalają napięcie wyjściowe.

Uwy = Vref•(1 + R2/R1) = 1.25V•(1 + 1.5K/220Ω) ≈ 1.25V•8 ≈ 10V

Nasz WO pracuje to w roli komparatora. Który porównuje napięcie Uwy z napięciem w punkcie B zmniejszonym/podzielonym przez dzielnik napięcia utworzony z R5 i R4. Pomijam rezystor R3 jako mało znaczący ze względu na to, że R4>>R3 (R4 + R3 = 120K + 0.22K = 120.22KΩ ≈ 120KΩ).

Napięcie w punkcie B będzie równe Uwy plus spadek napięcia na Rsc.
A że spadek napięcie na Rsc zależy od prądy wyjściowego mamy:
VB = Ic•Rsc + Uwy

Rozważmy zatem sytuację gdy zasilacz pracuje jałowo (bez obciążenia).
Napięcie na wyjściu wynosi Uwy a skoro nie ma obciążenia to prąd Ic = 0A
A z tego wynika, że napięcie VB = 10V. Napięcie to po podzielaniu w dzielniku napięcia zastanie podane na wejście odwracające WO.
Już teraz widać, że napięcie to będzie niższe niż te nasze 10V.
Czyli Va<Uwy o to oznacza, że wyjście WO będzie nasycone w kierunku dodatnich napięć.
Zobacz sobie dla przypomnienia rysunek 3a
http://www.edw.com.pl/pdf/k01/46_08.pdf
A skoro tak to dioda LED jak i D1 są polaryzowane zaporowo. Czyli WO nie wpływa na działanie naszego stabilizatora.
By WO miał jakikolwiek wpływ na pracę naszego stabilizatora. Napięcie na wyjściu WO musiało by być niższe Uwy - UD1 - ULED.
I wtedy WO "podkradał" by prąd rezystorowi R2 a przez to napięcie wyjściowe by malało co ograniczało by wzrost prądu wyjściowego. WO przejmie kontrolę nad układem gdy zrównają się napięcia VA z Uwy. A to będzie miało miejsce tylko wtedy gdy prąd obciążenia wzrośnie na tyle by podnieś napięcie VB do takiej wartości by na wyjściu dzielnika napięcie VA zrównało się z Uwy. A wtedy WO obniży swoje napięcie wyjściowe na tyle by móc "podkradać" prąd. Jak widać układ działa prawie tak samo jak układ z tranzystorem który omawiałem jako pierwszy. Z tą różnicą że teraz mamy WO i dzielnik napięcia. A wiec mamy łatwą możliwości regulacji Imax po przez zmianę wartości jednego z rezystorów w dzielniku napięcia (R4,R5).
Załączniki
51.png
51.png (14.74 KiB) Przejrzano 7918 razy
51a.PNG
51a.PNG (16.95 KiB) Przejrzano 7918 razy

kaiel
-
Posty: 61
Rejestracja: 25 cze 2016, 9:56
Lokalizacja: Nowy Dwór Maz.

Post autor: kaiel » 26 cze 2016, 9:10

Odgrzeję, bo świetnie Jony tłumaczysz.
Jaką rolę pełnią R6 i D1 czy bez nich układ nie zadziała prawidłowo?

Jony130
Moderator
Posty: 3148
Rejestracja: 11 sie 2005, 16:33
Lokalizacja: wrocław

Post autor: Jony130 » 26 cze 2016, 15:44

kaiel pisze:Jaką rolę pełnią R6 i D1 czy bez nich układ nie zadziała prawidłowo?
Jakieś własne przemyślenia ?

kaiel
-
Posty: 61
Rejestracja: 25 cze 2016, 9:56
Lokalizacja: Nowy Dwór Maz.

Post autor: kaiel » 26 cze 2016, 19:58

R6 ogranicza prąd czerw.diody ,gdy na wyjsciu wzm. jest 0v?(tylko po to on tam jest?)
D1 obniża nap o 0,6 co razem z czerwoną diodą daje ok 2,4V? które musi pokonać wzm. żeby "podkraść"
Staram się jakoś intuicyjnie podejść do problemu(oczekując olśnienia ale to za długo trwa i może mi życia nie starczyć,Prawu Ohma zajęło to kilkanaście lat, aż wykiełkowało i drążę temat dalej)
Edytowałem kilka razy, bo bzdury straszne piszę.

Jony130
Moderator
Posty: 3148
Rejestracja: 11 sie 2005, 16:33
Lokalizacja: wrocław

Post autor: Jony130 » 27 cze 2016, 16:56

Rezystor R6 zapewnia minimalną wartość prądu potrzebną do "świecenia" diody czerwonej.
Bez rezystora R6 prąd czerwonej diody zależy od wartości "podkradanego prądu". A prąd ten zależy od rezystancji obciążenia (od prądu obciążenia). I na styku zadziałania ograniczenia prądowego prąd ten jest bardzo mały, za mały by czerwona dioda "świeciła" dostatecznie jasno.
Dioda D1 ma za zadanie oddzielić WO od LM317 gdy prąd obciążenia jest mniejszy od prądu zwarcia.
Chodzi oto by WO nie wpływało wtedy na działanie układu. Modło by się wydawać że sam czerwona dioda wystarczy do tego celu (jednocześnie pełni rolę kontroli zwarcia) ale niestety. Diody LED mają niskie napięcie przebicia (w okolicy 5V) dlatego dioda D1 jest niezbędna.

Te moje wyjaśnienia pewnie niewiele ci pomogły i nie będzie "efektu olśnienia".
Ale zawsze możesz zadać kolejne pytanie jak coś jest dalej niejasne/niezrozumiałe?

No i ostał się nam ino rezystor R3? Po co on tam jest?

kaiel
-
Posty: 61
Rejestracja: 25 cze 2016, 9:56
Lokalizacja: Nowy Dwór Maz.

Post autor: kaiel » 27 cze 2016, 19:26

Wręcz przeciwnie pomogły sporo,to z czerwoną diodą rozumiem znakomicie w drugim przypadku na olśnienie za mało ale jednak coś.
Tylko jedna rzecz, czyli D1 jest tam na wypadek braku zwarcia? (zwarcie jest to dość szczególny przypadek kiedy prąd popłynie maksymalny,prawda? więc teoretycznie zakładając ograniczoną funkcję układu "ograniczenie prądowe" ,jako mającą działać w pewnym zakresie "użytkowym" powiedzmy 0-2A, nie jest potrzebna.No ale skoro ogranicza przy 2A to tym bardziej powinno przy powiedzmy 30A, tak?Ja rozumiem to jako dodatkowy próg który ogranicz wpływ wzmacniacza na stabilizator, jednocześnie trochę utrudniając mu pracę, coś jak taka "histereza niedziałania" eliminująca zakłócenia wywołane przez w.o.?

Jony130
Moderator
Posty: 3148
Rejestracja: 11 sie 2005, 16:33
Lokalizacja: wrocław

Post autor: Jony130 » 27 cze 2016, 20:38

Z założenie układ ten (jako całość) ma pełnić funkcje zasilacza o regulowanym napięciu wyjściowym (zmiana rezystora R2). Dodatkowo do układu dodano WO w celu uzyskania "nastawnego" ogranicznika prądowego (po przez zmianę wartości rezystora R5).
I teraz gdy prąd obciążenie jest mniejszy od prądu nastawionego za pomocą R5 układ ma działać jak zwykły stabilizator napięcie (tryb stabilizacji napięcia). WO ma zacząć działać dopiero gdy prąd obciążenia będzie chciał wzrosnąć powyżej wartości nastawionej. I gdy do tego dojdzie układ przechodzi w tryb stabilizacji prądu (Iwy = I_nastawiony).
I teraz w trybie stabilizacji napięcia, napięcie na wyjściu WO będzie znajdować się w pobliżu dodatniego napięcia zasilania (będzie to napięcie jakie występuje na kondensatorze C1 minus napięcie nasycenia WO). I teraz bez diody czerwonej i D1 WO "podał by" to napięcie na R3 i R2 co całkowicie zmieniło by napięcie wyjściowe i układ przestał by być stabilizatorem napięcia. Dodanie diody D1 rozwiązuje ten problem. Bo w trybie stabilizacji napięcia dioda D1 jak i dioda LED jest spolaryzowana zaporowo.
A przez to WO nie ma jak "wpłynąć" na działanie układu. Dopiero gdy Iwy "chce" być większe niż I_nastawiony WO wkracza do akcji poprzez obniżenie napięcia na swoim wyjściu co polaryzuje diody w kierunku przewodzenia i stabilizator przejdzie w tryb stabilizacji prądu.

kaiel
-
Posty: 61
Rejestracja: 25 cze 2016, 9:56
Lokalizacja: Nowy Dwór Maz.

Post autor: kaiel » 28 cze 2016, 18:08

no i jaśniej się chyba nie da.
cóż, mogę jedynie powiedzieć dziękuję Jony (elektroniczny Yodo)
ale to R3 w tym gąszczu dzielników napięć

Jony130
Moderator
Posty: 3148
Rejestracja: 11 sie 2005, 16:33
Lokalizacja: wrocław

Post autor: Jony130 » 30 cze 2016, 15:05

kaiel pisze:ale to R3 w tym gąszczu dzielników napięć
By odgadnąć funkcję R3 trzeba wrócić do oryginalnego schematu z noty aplikacyjnej.
I zwrócić uwagę, że WO zasilany jest napięciem ujemnym i nasz R3 to teraz R7 a R8 to potencjometr który można "nastawić" na 0 omów.
Załączniki
partepositiva.png
partepositiva.png (23.36 KiB) Przejrzano 5240 razy

kaiel
-
Posty: 61
Rejestracja: 25 cze 2016, 9:56
Lokalizacja: Nowy Dwór Maz.

Post autor: kaiel » 02 lip 2016, 19:58

Różnic jest nawet więcej (C4,C5,D2.D2 zabezpiecza WO przy odwróceniem biegunów?)
Ale to R7? Wartość 220,bardzo mała w stosunku do sąsiednich. R6 zabezpiecza potencjometr,R5 i R2 jest dzielnikiem dla wejscia nr2.
Jeśli R8=0 to R7 ogranicza prąd z Adj stab. (ale to jest tylko kilkadziesią uA),
Takie pomysły mi do głowy na razie przychodzą,próbując wyobrazić sobie jak prąd w tym układzie się rozpływa.
ufff gorąco
R6 i R7 ustali napięcie stab.przy 0 na pot.reg.napięcie?

ODPOWIEDZ