Лабораторник на трёх ОУ от Electronics Lab

[Slabovik]

Иногда бывает, что вроде бы рядовые конструкции "уходят в народ". Что является причиной достоверно не известно, но, как мне кажется, тут не ободится бех технологий P.R., а дальше по-накатанной - молва определяет

С этим блоком питания история похожая. Схема, в общем-то, не новая, но после публикации на Electronics Lab (https://www.electronics-lab.com/) как прорвало. Даже китайские интернет-магазины завалены поделками именно по этой схеме. А схема-то малость кривовата, вот куда обидно-то...

Давайте к делу. Оригинальная статья находится здесь (https://www.electronics-lab.com/project/0-30-vdc-stabilized-power-supply-with-current-control-0-002-3-a/). Цели просто перевести у меня не было, лучше разобраться, что в этом блоке не так и надо бы исправить.

Я взял на себя смелость перерисовать оригинальную схему ближе к нашим требованиям ЕСКД (очень разумные требования, кстати).



Для блока заявляется выходной ток до трёх ампер, выходное напряжение от 0 до 30 вольт.
Самое главное - блок вполне работоспособен, чему свидетельством многочисленные вариации его схемного исполнения.

Что здесь наврано?
Ну, сочетание 30 вольт, три ампера и 24 вольта трансформатор. Дело в том, что это сочетание не жизнеспособно. Потому что при 24 вольтах переменного тока от трансформатора, даже будь он идеальным, можно получить 33 вольта выпрямленного напряжения. Однако, взглянув на схему там видно только 3300 мкФ сглаживающий конденсатор. Догадываетесь? При трёх амперах на такой ёмкости между вершинами выпрямленного напряжения будут провалы, достигающие как раз 24-25 вольт. А не 33, требуемых для нормальной работы.

Далее. Напряжение на трансформаторах нормируется под номинальной нагрузкой. На холостом ходу, когда нагрузки нет или она минимальна, напряжение растёт, да и сглаживаются провалы между верхушками. 33 вольта, выпрямленые "по учебнику" превратятся во все 35 а то и больше. А вот микросхема типа TL071 (TL081, TL061) при напряжении между своими выводами питания свыше 36 вольт, извините, дохнет. При этом учтите, что отрицательное напряжение питания тоже порядка 5,5 вольт, так что даже +33 на выводе 7 уже перебор.

Плюс: три ампера на резисторе R7 создадут падение напряжения целых полтора вольта. И целых 4,5 ватта тепловой мощности. Мощность - ладно, а вот полтора вольта компенсировать чем-то надо, ведь их нужно банально взять от трансформатора, который под нагрузкой всяко проседает...

Ладно, разворчался. О хорошем. У блока очень правильное построение. Обычно лабораторники проектируют с двумя усилителями ошибки (операционниками), которые работают попеременно: в режиме стабилизации напряжения работает один, в режиме стабилизации тока - другой. Здесь немного иной принцип. Усилитель ошибки по напряжению U2 работает всегда. На его вход подаётся опорное напряжение, формируемое U1 и регулируемое при помощи P2. При наступлении состояния "ограничение тока", в работу дополнительно вступает U3 и через D9 уменьшает опорное напряжение на входе U2 ровно настолько, чтобы зафиксировать ток на определённом уровне, который задаётся потенциалом на движке P1, который U3 сравнивает с падением напряжения от протекающего тока на R7. таким образом, U2 никогда не выключается из работы, чем достигается достаточно ровная переходная характеристика при переключениях ток-напряжение и обратно.

Что мне не нравится именно в этом построении схемы.
Ну во-первых, U1. Решение конечно как по учебнику, термостабильная точка у стабилитрона. Имеет право быть. Проблема только в том что термостабильная точка у каждого стабилитрона индивидуальна и её нужно искать. Примерно попасть - да, точно - только поиском. В общем, этот узел чисто с практической точки зрения, хорошо бы заменить на ту же TL431 или нечто подобное. Один ОУ долой.

Во-вторых, чисто косяк разработчика, соединившего правый вывод C8 с выводом 6 U3. Не надо так. С8 должен быть соединён с анодом диода D9 и выводом 3 U2 соответственно. Цена этой ошибки - чрезмерно долгое время "полёта" потенциала выхода U3 до момента открытия D9. Транзисторы должны быть крепкими, чтобы выдерживать такое...

Ещё один явный косяк - это сопротивление R16. Килоому там не место. Хотя я подозреваю, что это больше похоже на банальную описку в перечне компонентов, но... В общем, R16 надо ставить ом так 47, 33 и даже 22 - будут прекрасно работать. И надо позаботиться о небольшом теплоотводе для Q2 (а лучше его привинтить на один теплоотвод вместе с Q4, тем более, что именно 2N вы вряд ли будете приобретать, а возьмёте банальный BD139 на его место).

Ну, также велико сопротивление R15. Потеря на нём плохо сказывается на выходном напряжении и оно проваливается. Его можно легко уменьшить до 470 и даже 330 Ом. Меньше уже не надо - он там ток ограничивает...

Кстати, на месте Q4 прекрасно работают наши дубовые КТ8101. И, если 2N3055 полно подделок, КТ8101 не подделывают. Конечно, в магазинах они не лучшего сорта (точнее, то, что не взяла промышленность, ну отстой в общем), тем не менее, здесь работают отлично.

[Slabovik]

Ну вот, очередной макет готов к испытаниям



Два вечера ушло на выуживание мелких глюков в виде неверных соединений, и оно заработало и даже не возбуждается.

[Slabovik]

Упомянутые выше минималистичные корректировки схемы можно изобразить так



но, честно говоря, оно мне всё-равно не нравится. ОУ на пределе по напряжению (надо бы нормально застабилизировать транзистором его питание), ток ОУ и ИОН течёт через измерительный резистор, U3 в режиме ожидания торчит в насыщении...

К сожалению, лечение от всех эти "мелочей" не даётся просто. Ладно. Тратим пару недель и получаем примерно такой прыжок в сторону



Нового ничего нет (был бы колоссальный прорыв, если бы было что-то новое в схемотехнике, но увы - вся транзисторная схемотехника родом из 60-х годов и единственное реально новое - это ставить всё больше и больше транзисторов), но такое построение решает вышеперечисленные проблемы и даёт некоторые удобные фичи, без которых иногда трудно.

Вопрос на самом деле больше в том, кто возьмётся попробовать повторить?

[Slabovik]

Для получения отрицательного напряжения вполне можно применить ICL7660 (https://www.google.com/search?q=icl7660). Она же LMC7660, она же MAX1044 (точнее, MAX1044 = ICL7660S - имеется наличие вывода "Boost", который позволяет поднять частоту преобразования, тем самым уменьшить ёмкость переключаемых конденсаторов). Обеспечивает до 20 мА тока, что в для работы ОУ должно хватать. Фишка данной микросхемы в том, что она на своём выходе "отзеркаливает" питающее напряжение. Нужно на выходе минус 4,5 вольта - питать её нужно 4,5 вольтами.

[zenon]

Хм, а прыжок в сторону на макете был реализован?
Нравится, что теперь питание ОУ стабилизировано, а вот как VT16 быть, если мощности хочется побольше, может всё-таки к обычным 2N3055 вернуться? Три-четыре штуки их тот же BD139 нормально управляет.

[Slabovik]

Конечно. Именно он и отрабатывался. Финальную плату, правда, пока не разводил, всё не могу решить дилемму: под ЛУТ её делать, или под промышленные возможности. Под ЛУТ она всяко больше будет, односторонняя, естественно. Плюс то, что схема требовательна к правильной разводке общего провода. Ведь не каждому очевидно, что коллектор VT14 вкупе с эмиттером VT9 должно подсоединять " обход" от цепей подсоединения DA1, R17, R21, R34 и т.д. А также то, что R32, R34, R35 должны чётко быть рядышком с шунтом.

По поводу "побольше мощности" имею мнение, что для лабораторника 5 ампер - это за глаза. В подавляющем большинстве применений блока именно как лабораторника, этого предела вполне достаточно. А рассеяние на транзисторе снижается типовым способом переключения обмоток у транса. У меня транс намотан с двумя отводами: 0-8-16-32, что позволяет иметь 4 ступени (два реле). Собственно, у "магазинных" лабораторников точно также.

Если нужно больше 5 ампер, то вопрос регулировки "чтобы обязательно от нуля" и точности установки дока до миллиапер просто обязан уходит на второй план.

[zenon]

Понял, почему не видел эту тему, - раздел лабораторные блоки питания (https://anklab.ru/forum/index.php?topic=55.0) мне например не доступен, только по ссылке.
Также это актуально для последних тем на форуме, сообщения из этого раздела туда не попадают, это специально?

По поводу 5А, собственно больше и не надо, а вот переключение обмоток, это ещё надо трансформатор поискать.
Сейчас собираюсь переделать лаб, в котором стоит трансформатор с двумя обмотками ~18 вольт 3А.
Один транзистор на выходе ну никак не справится.

[Slabovik]

Нет, это похоже на глюк движка, ибо я даже задавал вопрос (https://anklab.ru/forum/index.php?msg=488), но т.к. никто не ответил, посчитал, что для залогинившихся пользователей проблемы нет (если я разлогинен, я подраздел тоже не вижу и это проблема т.к. он должен бы быть виден всем, в т.ч. "гостям").

[Slabovik]

Кстати, был вопрос про то, почему напряжение просаживается у выпрямителя. Наглядная картинка

Сама схема (модель)

Если в схему ввести реальные сопротивления потерь в трансформаторе и сети, будет ещё веселее

Собственно, это ответ на вопрос "почему нельзя выбрать напряжение выпрямителя "впритык". А вспомнить ещё и то, что напряжение в сети тоже не всегда ровно 220 (230 вольт)...

[Slabovik]

Всё приходится делать самому...



закончим ли...

[zenon]

Нененене. я правда хотел.
Вот старый уже разобран почти, останется трансформатор, индикаторы...

[zenon]

А мостик на плате будет с радиатором?
В старом БП вот так было:

[Slabovik]

Дык, это от собирающего зависит. я себе приверну т.к. чистый кузов диодной сборки такую мощность рассеять при соблюдении приемлемой температуры не в состоянии. Полагаю, что "чипсетного" радиатора типа 40x40 или 50x50 будет хватать.

[sedoy007]

Всё приходится делать самому...



закончим ли...

Slabovik, скажите пож-ста, Ваш вариант исправлений косяков данной схемы заработал? Какие впечатления от обновленной схемы уже по прошествию двух лет? Поделитесь материалами для повторения вашего варианта (схема. плата)?

[Slabovik]

Я этот вариант собирал на макете (фото где-то выше). Результат положительный. Чувствителен к качеству разводки (обратная связь по земле, с ней надо аккуратно обходиться в том плане, чтобы не мешать ветки от разных узлов). А вот production не доделал, оно конечно вид имеет получше, чем на последней картинке, но... не доделана. Жаба задавила партию плат заказывать...

Я полагаю, можно доделать.
В качестве питания мне нравятся торы (предыдущий с ними делал), но здесь внедрил вместо этажерки транзисторов обычную лесенку на реле. Ну... вроде как у всех работает, почему бы здесь не работать. В качестве транса надо взять что-нибудь такое, хотя в Чипе дорого, вот здесь то же самое подешевле и перемотать. Увы, перемотать надо. Вторичка должна быть 32 вольта с отводами 8 и 16 вольт, вспомогательная обмотка (питание схемы) 30 вольт.



Коммутирует так



Ну и регулятор вентилятора здесь же на плате, питается также от VT8 VT9
Плата в таком состоянии



т.е. разводка вся сделана, надо натянуть полигоны, уточнить и расставить refdes'ы, да проверить на косяки.
При желании за несколько дней можно довести до production

[sedoy007]

Приятно удивлен, что ответили. Тема больше двух лет без сообщений была.
Готов в железе повторить ваш "прыжок в сторону" )))). Что нужно чтобы Вы печатку доделали до "продакшена"?

[Slabovik]

Да практически готова



Есть ещё вопросы, но это убирается.
А потом надо заказ на завод делать. Двусторонку я сам изготовить не умею.
Сейчас трансиков пару заказал. Приедут - надо будет перемотать.

зы: тут у меня много чего без движения

[zenon]

Да, я б тоже собрал, правда боюсь уже за всё подряд хвататься, куча незаконченного копится...

[sedoy007]

Slabovik, Красота получается!
Если платы отправлять на завод - то я в деле, купил бы готовую заводскую плату.
Если ток до 3а, то трансы типа тпп304, тн-56 идеально подходят на силовую часть.
А можно попросить Вас если не печатку переделать, то хотя бы дать полную схему только блока питания (последний вариант), без переключалки обмоток, управления вентилятором и без стабилизаторов +33в и +5в, у меня планируется подача на плату  питания ОУ от своего преобразователя и переключением обмоток будет заниматься вольтметр.
И ещё вопрос, если можно, сейчас мучаю эту же схему БП на 3 ОУ с небольшими доработками (+тл431, сопротивление шунта уменьшено, резистор обратной связи по напряжению посажен на выходную клемму) и наблюдается эффект (ну я так понимаю, что он проявляется когда транс не тянет нагрузку) когда после отключения нагрузки, напряжение восстанавливается в течении секунд 10. Это где-то возбуд или особенность схемы?
https://youtu.be/wfjTxfsVrG8?si=YgVZUr5C6Ydx7fPc

[Slabovik]

Схема, которая была на макете, третьим постом. На печатке то же самое, плюс регулятор вентилятора и переключалка обмоток. Переключалка обмоток делает необходимостью иметь ещё одну обмотку для питания самой схемы. А если без переключалки, то вот там нарисовано верно - можно использовать силовое.

Без "минус 5" не получится. Если "минус 5" на выходе импульсника нету, можно прикрутить какой-нибудь ICL (вот здесь пример. Часть схемы - мониторинг этих "минус 5", чтобы при отсутствии она вовсе не включалась, иначе будет заброс. "Лишние детали"

Да, пререгулированное напряжение можно подавать на точку, куда диоды D1 D2 смотрят. А вот на ОУ надо бы давать стабильное. У меня не получилось успокоить схему, когда ОУ питались от пререгулированного, получалась какая-то завязка...


По поводу задержки внятного ничего не скажу. Если покажете схему с изменениями - будет легче, можно будет в модель загнать и посмотреть, что и как.

[sedoy007]

Без "минус 5" не получится....

конечно, просто сделал описку в предыдущем сообщении. Планирую +33в и -5в подавать на плату БП от отдельного источника питания (что бы развязать окончательно силовое питание и питание ОУ) и подавать силовое на плату через переключалку обмоток (или 6-12-18-24 или 12-18-24 еще не решил окончательно)

По поводу задержки внятного ничего не скажу. Если покажете схему с изменениями - будет легче, можно будет в модель загнать и посмотреть, что и как.

Да, вот как раз БП и собран как по ссылке вашей из самого первого + замена ОУ на tl431.

[Slabovik]

Скорость восстановления напрямую зависит от R8C4.
Проверьте, не стоит ли C4 гораздо большего номинала, чем необходимо.
В схемке с TL431 R3 замените на 12 кОм, R2 на 36 кОм, R1 на 3,3 кОм. Мощность R1 должна быть не менее 0.25Вт.

Также полезно переключить левый конец C8 (по приведённой вами оригинальной схеме) с вывода 6 U3 на вывод 3 U2.
p.s. Наверное хватит оптимизировать. Полагаю в таком виде и будет




! позиционные номера со схемой из третьего поста не совпадают, хотя сама схема без изменений.
Схему, соответствующую плате, покажу, как будет всё в твёрдом виде...

[Slabovik]

Приехали трансики. Судя по дате на этикетке, совсем свежие. Но надо перемытывать.



При включении слышно лёгкое гудение. Стоял на столе и вибрация в столешницу передавалась - от неё и звук шёл.
Толщина набора 50 мм.
Габарит сердечника: 120 в ширину, 100 мм в высоту.
Ширина боковых лепестков 20 мм, размер окна тоже 20 мм. Ширина центральной части 40 мм.
В собранном виде высота 125 мм (это вместе с контактными планками и креплением), толщина 105 мм по контактным планкам. Внизу по креплению чуть тоньше - около 100 мм.

Железо я бы не сказал, что прекрасное - толщина пластин 0.5 мм.
Первая пластина вынимается очень трудно - в катушке всё прожато. Молотком стучать только через деревянную или алюминиевую прокладку, иначе коцки на пластины наносятся очень легко и собрать так, чтобы сердечник не гудел, будет чрезвычайно сложно (читать: невозможно).

Несмотря на то, что снаружи обмотка выглядела как порядовая, внутри она намотана внавал



Это я уже смотал вторичку и кусок первички, который был 220-380.
Вся вторичка намотана проводом одного диаметра, поэтому наивно полагать, что от низковольтных обмоток можно было бы взять большой ток. Диаметр провода вторички, измеренный по изоляции, 0,9 мм. Т.е. скорее всего это провод 0.85
Первичка чуть тоньше. Диаметр, измеренный по изоляции, 0,8 мм. Возможно, это провод то ли 0.75, то ли 0.78...
В таблице замеры. Исходное сетевое примерно 231 вольт, но оно и болтается плюс-минус три вольта, и форма у него со срезанными вершинами. Поэтому измеренное напряжение больше для ориентировки.

Выводы заявленное измеренное витков 11-12 5 6,5 12 12-13 7 7 13 13-14 12 12,5 23 14-15 12 12 22 15-16 8 5,9 11 16-17 68 71 130 17-4 110 115 207 сетевая 1-2 220 -- 411 2-3 160 -- 299

Вся вторичка получается 418 витков и заявленное напряжение 220. При проверке напряжение практически 11-4 практически совпадало с сетевым. Без нагрузки...

Пожалуй, сделаю первичку проводом 0.85...

Глубина щёчек каркаса 16 мм, ширина, доступная для намоткм\и - 55 мм. Надо посчитать укладку, внавал не хочу...

Проводом 0.85 на первичку надо ровно семь слоёв. Ориентир - 420 витков... Останется 9 мм глубины...

[Slabovik]

Наконец закончил намотку.
Пришлось придушить жабу и купить кило провода 1,5. Потому что с размерами, которые у меня были, укладка не получалась.

Намотку везде делал рядовую с межрядовой изоляцией скотчем (полиамидным, жёлтенький такой).
Первичка намотана проводом ПЭТВ-2 0,85, 420 витков (7 слоёв по 60 витков).
Затем экран из незамкнутого витка медной фольги. К фольге подпаял мягкий проводочек, чтобы потом с шасси соединить.
Экран нужен для того, чтобы шунтировать на землю межобмоточную ёмкость. Чтобы помехи через неё во вторичные цепи не проходили.

Затем обмотка 30 вольт - 60 витков ПЭТВ-2 0,85 - это тоже ровно один слой.
Сильноточные обмотки намотаны в два провода ПЭТВ-2 1,5. Общее сечение обмотки получается при этом 3,5 кв.мм, а 8 вольт (16 витков) укладывается ровно в один слой).

Там есть сложность сделать отводы наружу, потому что провод весьма толстый. Пришлось делать так



Наружу торчит только один двойной провод. А сделанное таким образом соединение пропаивается.



Причём важно, что перед скручиванием ничего облуживать не надо, иначе при пропаивании провода разъедутся. Ну а после того, как скрутили, выпрямили, капелька ЛТИ-120 прекрасно помогает затеканию припоя.

Поверх всего намотал ещё обмотку 17+17 проводом 0,75. Это задел на питание индикатора тока и напряжения. Уж начал бояться, что не войдёт по глубине каркаса, но нет - всё хорошо

В общем, катушка намоталась.



Далее задача собрать железо. Последние три пластины шли трудно, но всё обошлось.



Этикеточки на листочке из школьной тетради. А почему бы и нет?



Не успел затянуть болты и подпаять клеммы. Сделаю на днях...

А пока, индуктивность первички вышла 0,73 Гн

зы: платы ожидаю получить где-нибудь к началу астрономической весны. Хорошо бы

[zenon]

Ох и муторное это дело.
А был же у тебя какой-то тор (в чип-дипе давал ссылку) с несколькими вторичными обмотками?