Projekt zasilacza

Witam
Widziałem, że na forum pojawiło się parę tematów związanych z elektroniką/elektryką, więc chciałbym się podłączyć ze swoim problemem.

Próbuję zaprojektować i wykonać stabilizowany zasilacz regulowany o poniższych parametrach w ramach projektu na uczelni:
-napięcie wyjściowe regulowane w zakresie 0V...10V
-maksymalny prąd wyjściowy 250 mA (regulowane ograniczenie prądowe, po przekroczeniu zadanej wartości zasilacz przechodzi do trybu stabilizacji prądu)
-regulacja napięcia wyjściowego oraz ograniczenia prądu ma się odbywać z zewnątrz napięciowo (docelowo będą wykorzystywane przetworniki cyfrowo-analogowe)
-przy zmianach prądu obciążenia od 0A do 250 mA napięcie wyjściowe ma się nie zmieniać więcej niż 50 mV względem ustalonej wartości przy braku obciążenia
-kondensator na wyjściu ma być możliwie mały, aby zapewnić możliwość szybkiej regulacji napięcia wyjściowego
- żeby było bardziej 'dydaktycznie' stabilizator mam zaprojektować z elementów dyskretnych a nie wykorzystać gotowy układ scalony.

Prowadzący projekt zaproponował, aby jako wzmacniacz błędu wykorzystać wzmacniacz różnicowy, zaś sam stabilizator zbudować na tranzystorach bipolarnych.

W pierwszym podejściu próbowałem uporać się z wymaganiem co do stabilności napięcia wyjściowego przy zmianach prądu obciążenia od 0 do 250 mA (<50 mV).
Użycie samego wzmacniacza różnicowego nie dało zadowalających efektów nawet w stanach ustalonych, nie wspominając o stanach przejściowych przy przełączaniu. Dołożyłem dodatkowy stopień wzmacniający w konfiguracji WE.
http://img502.imageshack.us/img502/1293/rys1h.jpg

Musiałem dołożyć kondensator C2,a by zapobiec wzbudzaniu się całego układu (pojemność dobrałem doświadczalnie).

W stanach ustalonych napięcie wyjściowe różniło się o 18 mV, ale w stanie przełączania miałem już różnicę 148 mV. Jedyne co pomagało to zwiększenie pojemności wyjściowej C1, ale prowadzący powiedział, że 47 uF to i tak za dużo.
http://img706.imageshack.us/img706/8585/rys2.jpg

Początkowo sądziłem, że jest to kwestia wzmocnienia wzmacniacza błędu – prowadzący poszedł na ustępstwa i pozwolił zastosować mi wzmacniacz operacyjny.
http://img707.imageshack.us/img707/4825/zas1.jpg

Dołożyłem również ograniczenie prądowe - regulowane napięciem UIREF 0...250 mV (U2, R3, D2) oraz sygnalizację przejścia do stabilizacji prądu dla mikrokontrolera (który docelowo miał sterować częścią analogową) – wzmacniacz U3 i towarzyszące mu elementy.
Na wyjściu stabilizatora dołączyłem dwa kondensatory LOW ESR 4.7 uF.
W roli wzmacniacza błędu U1 sprawdzałem kolejno wzmacniacza ua741, TL071 (Slew rate = 13 V/us), LM318 – Slew Rate 50 V/us (ten dodatkowo wymagał kondensatora C5 ok. 30 pF aby układ nie wzbudzał się).
Niestety nawet przy najszybszym wzmacniaczu nie uzyskałem pożądanych efektów (miałem zmianę napięcia wyjściowego ok. 85 mV przy włączaniu obciążenia, zaś miałem się zmieścić w 50 mV). Dodatkowo dość długo trwał powrót napięcia wyjściowego do wartości ustalonej w momencie wyłączania obciążenia – około 50 us z układem LM318 (ale tutaj mieściłem się w zadanych granicach <50 mV – za wyjątkiem ua741).
http://img63.imageshack.us/img63/9772/zas2.jpg

Prowadzący podpowiedział mi, że problemem jest nie tyle samo wzmocnienie co czas propagacji wzmacniacza błędu i lepiej będzie wrócić do koncepcji na tranzystorach bipolarnych, wyrzuci układ Darlingtona ze względu na niską częstotliwość graniczną i zastosować tylko jeden tranzystor jako element wykonawczy.
http://img63.imageshack.us/img63/4097/zas3.jpg

Jedyną rzeczą jaka się poprawiła to czas dojścia układu do stanu ustalonego po wyłączeniu obciążenia (z 50 us ze wzmacniaczem LM318 w powyższym układzie doszedłem do około 2uS), czas dojścia układu do stanu ustalonego po włączeniu obciążenia to około 1.7 uS.
Jednak napięcie wyjściowe zmienia się bardziej niż w układzie ze wzmacniaczem operacyjnym – obecnie jest to 26 mV dla stanu ustalonego (zmiana prądu obciążenia od 0...250 mA), ale przy włączeniu obciążenia masz „szpilkę” ok. 130 mV, zaś przy wyłączaniu 20 mV (a ze wzmacniaczem LM318 miałem odpowiednio 85 mV przy włączaniu i 41 mV przy wyłączaniu obciążenia).
Nieco lepiej spisuje się kompensacyjny stabilizator szeregowy z pojedynczym tranzystorem (BC549 C) w roli wzmacniacza błędu, ale tylko w stanach ustalonych (zmiana napięcia wyjściowego około 15 mV, zaś w układzie ze wzm. różnicowym 26 mV – napięcie na rezystorze Re nie jest stałe i zmienia się o około 6 mV między stanem włączenia a wyłączenia układu).

Przyznam się, że za bardzo nie wiem, z której strony problem zaatakować. Będę wdzięczny za wszelkie podpowiedzi i wskazówki.

Pozdrawiam
Paweł.

 

Może poeksperymentuj z kondensatorem wpiętym między masę a bazę tranzystora wykonawczego. Powinien wygładzić ci te szpilki przy przełączeniach.

 

Dziękuję serdecznie za odpowiedź.

Niestety efekt jest przeciwny od zamierzonego - pojemność włączona między masę a bazę tranzystora BD139 (rozumiem, że właśnie ten tranzystor miał Pan na myśli) powoduje zwiększenie szpilek (nawet małe pojemności rzędu 3.3 nF), niezależnie od układu (sprawdziłem wszystkie wcześniej prezentowane układy), nie wspominając o pojemnościach rzędu kilku mikrofaradów.
W końcu taką pojemnością obciążamy również wzmacniacz błędu (czy to operacyjny LM318, różnicowy czy WE), który teraz przy przełączaniu będzie miał do przeładowania nie tylko pojemność wejściową tranzystora wykonawczego BD139 ale jeszcze tą dołączoną (no i pogarszamy właściwości wzmacniacza błędu w zakresie wyższych częstotliwości).

Próbowałem użyć szybszych tranzystorów w układzie:
http://img63.imageshack.us/img63/4097/zas3.jpg
Eksperymentowałem z BF841 (hfe_min=36, ft=380 MHZ) i z BF199 (hfe_min=38, ft=1100 MHz)
http://www.fairchildsemi.com/ds/BF/BF199.pdf
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/siemens/BF840.pdf
W przypadku tranzystora BF199 nieco zmodyfikowałem wartości rezystorów w układzie (RC, RE):
http://img63.imageshack.us/img63/4097/zas3.jpg
aby otrzymać prąd kolektora zbliżony do tego podanego w nocie aplikacyjnej (7 mA).
Znaczącej poprawy jednak nie było (1 mV...3mV), ale ze względu na małą wartość współczynnika hfe tych tranzystorów również pogorszyła się (zwiększyła się) różnica napięcia w stanach ustalonych (czyli większa rezystancja wyjściowa)...

Dziękuję za dotychczasową pomoc.

Pozdrawiam
Paweł

 

Myślę że na elektrodzie szybciej uzyskasz takich szczegółowych informacji.

 

To może przed bazę i kondensator od strony wzmacniacza różnicowego daj w szereg jakąś oporność.
Spowoduje zmniejszenie prądu ładowania tego kondensatora. W końcu po coś wymyślono takie filtry Może trzeba pójść w drugą stronę? W stronę mniejszych częstotliwości granicznych?
A tak z ciekawości, co ma zasilać ten stabilizator, że takie szybkie skoki napięcia ma wytrzymywać? Może samo źródło jest mało wydajne?

 

Wiedziałem, że nasze forum jest wszechstronne i z tego co wiedzę, bez elktrody też może się uda pomóc. Pozdrawiam nowego użytkownika (i z tego co się orientuję, również sąsiada) którego, pośrednio, zachęciłem do zadania pytania u nas.

 

teqton napisał(a):Treść niewidoczna dla osób niezalogowanych na forum.

Link do rejestracji
Chmm...powiem tak...dostałem narzucone z góry wymagania co do parametrów...teoretycznie miał służyć do zasilania jakiś bliżej nieustalonych układów cyfrowych... w praktyce pewnie pójdzie na półkę.

Za chwilę dokleję jeszcze schemat układu, który służy mi za obciążenie.

Dziękuję za pozdrowienia

Pozdrawiam
Paweł

 

Paweł napisał(a):Treść niewidoczna dla osób niezalogowanych na forum.

Link do rejestracji
Możesz spróbować tak, możesz dać zamiast opornika potencjometr i obserwować przebiegi na wyjściu. Spróbuj też może dać na wyjciu dwa elektrolity po 45 uF połączone jakąś niedużą opornością. Tzw pifiltr.

 

Jeśli chodzi o podłączenie dwójnika RC wg rysunku:
http://img136.imageshack.us/img136/8276/zas4.jpg
to kombinowałem z pojemnościami 100pF...10uF i opornością 0...5.1k
Jakich bym wartości nie wybrał, to "szpilki" na wyjściu i tak są większe niż w takim samym układzie, ale bez tego dodatkowego kondensatora i rezystora.

eltom napisał(a):Treść niewidoczna dla osób niezalogowanych na forum.

Link do rejestracji
Czy podłączenie miałoby wyglądać w ten sposób:
http://img707.imageshack.us/img707/6671/zas6.jpg
? Bo tutaj ta rezystancja doda mi się do rezystancji wyjściowej stabilizatora i będzie gorzej.
Czy dać go przed dzielnikiem wyjściowym ? (aby objąć go pętlą sprzężenia).

Najprościej było by zwiększyć samą pojemność wyjściową C1, ale już miałem na wstępie zapowiedziane żeby tego nie robić a problem rozwiązać inaczej.

Takim układem testuję stabilizator:
http://img695.imageshack.us/img695/5082/zas5.jpg

Jedyne co dotąd wykombinowałem (a właściwie znalazłem w książce Stabrowskiego-"Stabilziatory sterowane napięcia i prądu stałego") to dołączenie równolegle do górnego rezystora dzielnika R1 pojemności - fakt faktem dołączenie pojemności 1...2 nF (większe pojemności nic nie wnoszą, wydłużają natomiast czas dojścia do stanu ustalonego po przełączeniu) zmniejszyło mi szpilki do około 80 mV, ale jeszcze nie sprawdziłem jak to wpływa na szybkość regulacji napięcia wyjściowego (i nie potrafię za bardzo wytłumaczyć, czemu to pomogło).

 

Właśnie też pomyślałem o tym R1. Pomaga, bo napięcie pomiarowe zmienia się wolniej i wygładza te szpile. Każda cyfrówka włączona w wyjście, ten generator 555 będzie powodował skoki napięcia. Zobacz, że w kompach, zwykle każde wejście zasilania jest blokowane 10nF i czasem jakąś większą pojemniścią. Być może założenia są zbyt wygórowane w stosunku do wymagań. Jak masz coś cyfrowego na wierzchu podłącz sondę i zobacz co się dzieja na zasilaniu. Nawet w kompie, zdejmij boczną ściankę i sobie pomierz, co się dzieje. Nawet na samym zasilaczu.