Aktyw Forum

Zarejestruj się na forum.ep.com.pl i zgłoś swój akces do Aktywu Forum. Jeśli jesteś już zarejestrowany wystarczy, że się zalogujesz.

Sprawdź punkty Zarejestruj się

Zasilacz lab 15V 3A, problem z tranzystorem mocy

Moderatorzy: Jacek Bogusz, Moderatorzy

Awatar użytkownika
Sławek_30
-
-
Posty: 65
Rejestracja: 28 cze 2013, o 14:44
Lokalizacja: Poland, Tychy

Zasilacz lab 15V 3A, problem z tranzystorem mocy

Postautor: Sławek_30 » 24 mar 2018, o 00:28

Witam
Zrobiłem sobie schemat klasycznego zasilacza labolatoryjnego o wydajności 3A i napięciu do 15V. Ponieważ jako zasilanie służy mi zasilacz z laptopa 19V/4A to zasilanie ujemne zrealizowałem na przetwornicy ICL7660.
Końcówkę mocy zrobiłem na jednym darlingtonie, najpierw był to BDX53C (spalony), później Tip122 (też się spalił), wkońcu mocniejszy Tip142 i też się spalił. Spalenie czy też zwarcie polega na zwarciu kolektor-emiter przy prądach powyżej 2 amper. Tranzystory te są w obudowie TO-220 przymocowane do dużego radiatora od peceta. Niestety nie mam możliwości przymocowania nic w TO-3 bo obudowa została już dobrana do tego radiatora.
Próbowałem nawet dwóch tranzystorów Tip142 równolegle, ale wydłużyło to jedynie czas pracy przy 2.5A z paru sekund do pół minuty i znowu się spaliły tranzystory, tym razem oba. Nie wiem dlaczego te tranzystory się tak palą i zaczyna mi brakować pomysłów i części. Według datasheet Tip142 powinien bez problemu wytrzymać takie napięcie i prąd, tymczasem zauważyłem że tranzystor zdąży sie rozgrzać i spalić zanim radiator się rozgrzeje.
Ma ktoś jakiś pomysł dlaczego tak się dzieje i jak temu zaradzić?
Schemat poniżej
Załączniki
Untitled - 4.png

Awatar użytkownika
Jacek Bogusz
-
-
Posty: 470
Rejestracja: 12 maja 2010, o 17:37
Lokalizacja: Poznań
Kontaktowanie:

Re: Zasilacz lab 15V 3A, problem z tranzystorem mocy

Postautor: Jacek Bogusz » 26 mar 2018, o 10:11

Teoretycznie niby wszystko jest w porządku i trudno coś podpowiedzieć... Zakładam, że w jakiś sposób zapewniasz właściwy kontakt termiczny pomiędzy tranzystorem a radiatorem, bo odprowadzenie ciepła z tak małej obudowy nie jest łatwe i trzeba używać pasty termoprzewodzącej i/lub podkładek ułatwiających kontakt z radiatorem. Na twoim miejscu spróbowałbym użyć innego tranzystora, o mniejszym współczynniku wzmocnienia (nie-Darlingtona). Jakiegoś BD lub 2N dużej mocy. Całkiem możliwe, chociaż układ wydaje się być zabezpieczony przed wzbudzeniami, że tranzystor wzbudza się w zakresie w.cz. przy jakiejś nastawie napięcia. To zdarza się, jeśli obwód ma duże wzmocnienie i popełnimy jakieś błędy na etapie montażu. Nie mam tu na myśli błędów w rozumieniu błędnych połączeń, ale wiązki kabli oddziałujące na siebie, masy na płytce itp. Wątpliwości pomógłby rozwiać oscyloskop dołączony do wyjścia i obserwacja, co dzieje się z napięciem wyjściowym. Mam takie podejrzenie tym bardziej, że na wejściu - jak piszesz - w roli "transformatora" stosujesz zasilacz impulsowy.

Awatar użytkownika
Sławek_30
-
-
Posty: 65
Rejestracja: 28 cze 2013, o 14:44
Lokalizacja: Poland, Tychy

Re: Zasilacz lab 15V 3A, problem z tranzystorem mocy

Postautor: Sławek_30 » 26 mar 2018, o 12:01

Rozumiem panie Jacku, oczywiście że jest i pasta termoprzewodząca, gdyż bez to się palą jeszcze szybciej.

Mam za to trzy pytania:
1) używając tego zasilacza od laptopa tranzystory palą się powyżej 2A co daje nam 19Vx2A=38W, mam też zasilacz od drukarki 30V/2A tylko że na nim tranzystory palą się przy prądzie już powyżej 1A co daje wynik 30W, natomiast kiedy użyje ATX od peceta to przy 12V wyciągam nawet 4A a tu już 48W i nic się nie pali. Zastanawiam się dlaczego raz wytrzymują 48W a innym razem nie potrafią 30W?

2) pisze pan że mam nie używać darlingtona, czy ja mam rozumieć że mam dać normalny tranzystor, czy raczej mam sobie układ darlingtona złożyć z dwóch tranzystorów i zrobić tak aby sterujacy był osobno (aby ich temperatury na siebie nie oddziaływały)?
Jeśli mam wogóle nie montować układu darlingtona to nie wiem czy to zadziała.

3) ten oscyloskop to dołączyć do wyjścia zasilacza czy mojego układu?

Awatar użytkownika
Jacek Bogusz
-
-
Posty: 470
Rejestracja: 12 maja 2010, o 17:37
Lokalizacja: Poznań
Kontaktowanie:

Re: Zasilacz lab 15V 3A, problem z tranzystorem mocy

Postautor: Jacek Bogusz » 26 mar 2018, o 13:53

W elektronice nie działają "czary" ;). W jakiś tajemniczy sposób palenie się tranzystorów jest związane z rodzajem zasilacza na wejściu. Ciekawe jak byłoby, gdyby dać zwykły transformator z prostownikiem i kondensatorem elektrolitycznym. Moim zdaniem winny jest impulsowy charakter źródła, ale to tylko hipoteza.
Tak, sugerowałem użycie zwykłego tranzystora zamiast tranzystora Darlingtona. Na pewno zadziała. Co najwyżej nie da się osiągnąć założonego prądu obciążenia. W budowanych przez siebie zasilaczach też stosowałem tranzystory w układzie Darlingtona, ale raczej rzadko. Starałem się tak dobrać prąd bazy i wzmocnienie prądowe tranzystora w regulatorze, aby wystarczyło dla zapewnienia wystarczającej mocy na wyjściu. Oczywiście, w wielu zasilaczach są z powodzeniem stosowane tranzystory Darlingtona, więc i w twojej aplikacji powinny dać radę, ale... Zależnie od sposobu sterowania, układ z regulatorem w postaci tr. Darlingtona ze względu na duży wzmocnienie prądowe może przenosić z wejścia lub generować całkiem spore zaburzenia tzw. trybu wspólnego. Dlatego sugerowałem użycie oscyloskopu, aby nie błądzić po omacku.
Aby wyeliminować wpływ obciążenia, bo jego charakter też może mieć znaczenie, dołączyłbym do wyjścia zasilacza żarówkę, a do jej zacisków oscyloskop. Następnie podwyższałbym obserwował, co się dzieje. Być może szpilki w.cz. da się zaobserwować zanim osiągniesz prąd, przy którym tranzystor w regulatorze ulega uszkodzeniu.

Awatar użytkownika
Sławek_30
-
-
Posty: 65
Rejestracja: 28 cze 2013, o 14:44
Lokalizacja: Poland, Tychy

Re: Zasilacz lab 15V 3A, problem z tranzystorem mocy

Postautor: Sławek_30 » 31 mar 2018, o 20:20

Ok. Wykonałem sporo pomiarów i o to wyniki, przemyślenia i pytania.
Problem z palącymi się tranzystorami ma dwie przyczyny. Po pierwsze przetwornica zasilająca układ wraz ze wzrostem prądu produkuje coraz więcej szpilek. Rozwiązaniem okazało się wymiana kondensatora 100uF na wejściu na 1000uF plus dodatkowy mkt 220nF. Po drugie darlingtony dostępne w jednej obudowie mają zbyt duże wzmocnienie, dlatego BD911 jako wykonawczy + BD139 jako sterujacy pozwalają osiągnąć ponad 3A bez uszkodzenia, pod warunkiem dobrego styku z radiatorem. Kolejnym problemem okazała się regulacja prądu. Żeby to zrobić, zwiera się kable wyjściowe i potencjometrem P2 reguluje prąd. Niestety wtedy zaczynają się schody. Ponieważ napięcie podczas zwarcia wyjść spada praktycznie do 0V (dokładnie ok. 20mV), a tranzystor zostaje zwarty do masy jedynie przez rezystor pomiarowy 0.33R, to zaczyna się mocno grzać. Dodajmy do tego przetwornice, która wraz ze wzrostem prądu produkuje coraz więcej szpilek i wystarczy moment aby tranzystor znów się spalił. Rozwiązaniem okazało się dołączenie do wyjścia 10A diody prostowniczej, która sprawia że przy zwieraniu wyjść napięcie spada do ok 1.2V i nic się nie pali. Taka dioda dodatkowo chroni przed ewentualnymi prądami wstecznymi co jak widać jest dobre dla naszego tranzystora.

Niestety na tym kończą sie poprawki bo przybył nowy problem.
Przy pełnym obciążeniu 3A i zasilaniu 19V na wyjściu mamy 10.5V, a przed diodą jest 11.5V co i tak wydaje się bardzo dużym spadkiem napięcia. Wykonałem też test na innej przetwornicy i przy obciążeniu 2A i 28V na wejściu, na wyjściu jest... 16V. To spadek aż 12V! Zastanawiam się czy przy zasilaniu z transformatora też byłyby aż takie spadki napięć? Niestety wszystkie trafa jakie mam są na niższe napięcia więc nie mam jak sprawdzić tej teorii, ale może ktoś wie?

Awatar użytkownika
Jacek Bogusz
-
-
Posty: 470
Rejestracja: 12 maja 2010, o 17:37
Lokalizacja: Poznań
Kontaktowanie:

Re: Zasilacz lab 15V 3A, problem z tranzystorem mocy

Postautor: Jacek Bogusz » 2 kwie 2018, o 21:18

Owszem, dioda chroni przed prądem wstecznym, ale też degraduje sprawność energetyczną. Jeśli to zwykła dioda prostownicza, a nie Schottky, to na złączu masz spadek rzędu 0,6-0,7V (nawet piszesz o 1V). Jeśli przemnożysz to przez 3A, to okazuje się, że od 2 do 3W mocy idzie w przestrzeń - jest po prostu bezużyteczna. Niestety, w stanie zwarcia cała moc wytraci się w postaci ciepła na tranzystorze regulatora - będzie to rzeczone 19V*3A, a więc całkiem sporo. Dlatego w niektórych zasilaczach stosuje się próbkowanie. Odcinamy napięcie, a po jakimś czasie próbujemy je załączyć (np. co 2-3 sekundy). Jeśli zwarcie nadal występuje, to cykl się powtarza. Inaczej cała moc strat idzie w tranzystor, który jakoś musi to przeżyć. Na radiatorze obok tranzystora można też umieścić termistor i mierzyć temperaturę. Jeśli więcej niż, to wyłączyć zasilanie. Można też przed wyłączeniem zasilania załączyć wentylator wymuszający obieg powietrza chłodzącego i sprawdzać czy to pomogło.
Jeśli spojrzysz na dane katalogowe dowolnego układu scalonego liniowego stabilizatora napięcia, to zobaczysz, że do poprawnej pracy jest wymagane minimum 2-3V pomiędzy wejściem a wyjściem. Stabilizatory LDO potrzebują mniej, ale one jako element regulacyjny wykorzystują tranzystor MOS o małej rezystancji Rds(on). Ponadto, często są przeznaczone do pracy przy konkretnym, niezmiennym napięciu wyjściowym, co ułatwia optymalizację. Nie wiem na ile radzisz sobie z językiem angielskim, ale w tym temacie trzeba szukać artykułów takich, jak np. ten: http://sound.whsites.net/articles/ldo-regulators.htm. Moim zdaniem te niespełna 7V to nie jest aż taka tragedia, a sytuację może poprawić dobór odpowiednich tranzystorów w regulatorze. Wybierając je trzeba patrzeć na charakterystyki narysowane w karcie katalogowej, albo użyć symulatora typu Spice i dostępnych modeli tranzystorów. Musisz patrzeć na spadek napięcia Uce versus prąd obciążenia Ic. A dla wyznaczenia Ic trzeba znać współczynnik wzmocnienia prądowego i zakładany prąd bazy w układzie zasilacza.
Tranzystor w zasilaczu to taki automatycznie regulowany opornik. Jego rezystancja nie zmienia się od tego, że przyłożysz większe napięcie wejściowe przy danym napięciu Ube. Na tym właśnie polega stabilizacja napięcia - utrzymanie stałego napięcia na wyjściu przy zmiennych warunkach zasilania i obciążenie. Oczywiście - w pewnych granicach.

Awatar użytkownika
Sławek_30
-
-
Posty: 65
Rejestracja: 28 cze 2013, o 14:44
Lokalizacja: Poland, Tychy

Re: Zasilacz lab 15V 3A, problem z tranzystorem mocy

Postautor: Sławek_30 » 5 kwie 2018, o 14:45

Rozumiem. Dziękuję za obszerny opis i wyjaśnienia, jakoś sobie poradzę z tymi tranzystorami i stratami mocy. Z angielskim jest ok, więc sobie poczytam. Pozdrawiam.
Temat można zamknąć.

Wróć do „Elektronika - tematy dowolne”

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 175 gości