Здраво,
Потребно ми е да направам лабораториско двојно напојување со U/I регулација и тоа за напон од 0 до 60V, а за струја од 0 до 20A. Ќе ви бидам многу благодарен доколку ми посочите некоја шема, а посебно ако ме упатите на некој проект кој претходно било изработен и објавен во некој од претходните броеви на Емитер. Би било супер доколку го има во кит форма барем електронскиот дел бидејќи веќе поседувам 2 трафоа од по 1KW со напон од 45/55/65V, исто така два греца 3510 на ладилници и 2 електролита 4700µF/80V а, се разбира, бидејќи струјата е многу голема имам 2 ладилници со веќе монтирани по 4 транзистори 2N3771 што мислам дека ќе бидат доволни за струјата од 20A. Ми останува само да ја конструирам електрониката за регулацијата.
Однапред ви благодарам и се надевам дека ќе ми помогнете.
Зоран Димитров од Штип

Конструкција на лабораториско двојно напојување со регулација на напон од 0 до 60 V и струја од 0 до 20A не е воопшто едноставна работа. Затоа ваквите решенија на пазарот не се нималку евтини и, зависно од квалитетот, можат да достигнат цена од дури неколку илјади евра, особено ако се работи за двојно напојување (2x60V, 17A секој) какво што може да се изработи со двата трансформатора со кои располагате.
Работата е комплексна од повеќе причини, особено ако го изработиме истото како линеарен стабилизатор на напон и струја:
1. Излезните транзистори ќе треба да можат да ја дисипираат целата моќност, односно 60Vx20A + моќност потребна исправно да се поларизираат излезните транзистори, а тоа се минимум некои 1300 W (2x1300W за 2x60V). Тоа не е воопшто мала моќност ако знаеме дека ринглите на вашиот шпорет се со таа моќност, а со нив ефикасно вариме храна.
2. Максималната дисипирана моќност на транзисторот 2N3771 е 150 W. Во реални експлоатациски услови, оваа моќност не е многу поголема од некои 40 W. Значи за да се дисипираат тие 1300 W ќе треба најмалку 32 вакви транзистори (2x32 за 2x60V)! А да не зборуваме за тоа дека 2N3771 има пробивен напон колектор-емитер од само 50V – нам ни треба некој за барем 80V.
3. Овие транзистори ќе треба да се монтирани на ладилно тело со термичка отпорност помала од 0,07 °C/W (2 ладилници за 2x60V). Тоа во пракса значи ладилник тежок повеќе од 20 kg (2x20 kg за 2x60V). Се разбира дека е возможна изработка на принудно ладење, но и тоа нема да биде мало со оглед на дисипираната моќност.
4. За сето тоа да има каква било логика, за предвидената струја потребни се барем 10 електролитски кондензатори од 4700µF/80V (2x10 за 2x60V). Грецевите 3510 ќе задоволат, но тие ќе требаат исто така интензивно да се ладат!
5. Горенаведените факти повлекуваат изработка на сложена механичка конструкција бидејќи повеќето индустриски изработени кутии нема да задоволат. Очекувајте целата конструкција да тежи некои 50 kg, што значи дека ќе ви треба носач за вашето лабораториско напојување (2 носача за 2x60V).
6. Алтернативно решение кое често го применуваат водечките производители на толку моќни лабораториски напојувања е изработка на импулсен предрегулатор кој ќе ја намали дисипираната моќност на транзисторите и со тоа ќе се намали бројот на транзисторите и големината на ладилното тело. Но, и тоа решение не е семоќно и за вакви напони и струи сепак ќе требаат некои 6 до 8 транзистори и ладилно тело од 4 до 5 kg (пак двојно за 2x60V). Импулсните предрегулатори не се склопови кои лесно се изработуваат во аматерска изведба првенствено поради фактот дека тие содржат придушница и/или импулсен трансформатор кои нема да можете да ги најдете во малопродажба, па нив ќе треба сами да ги изработувате, што не е нималку лесна работа. И тоа не е единствениот проблем тука, лошо технички изведени и уште полошо нагодени предрегулатори повлекуваат брза и ефикасна метода за уништување на нивните извршни елементи (транзистори или тријаци).
Останатото? Останатото е ситна боранија!
Толку моќен лабораториски извор немаме објавено во ЕМИТЕР и не можеме да ви понудиме готово и испробано решение. Но, како основа за вашиот проект може да ви послужи проектот "Професионален извор за напојување LPS-95", кој е објавен во ЕМИТЕР во броевите 1, 2 и 3 од 1999 г. Тој има предрегулатор и е предвиден за напон 2x40V/5A, но вие би можеле да го надградите за поголеми напони и струи со додавање на дополнителни излезни транзистори и соодветно димензионирање на постоечките склопови.
Емилијан Иљоски

Како прво сакам да ви се заблагодарам за брзиот одговор, а и воедно со ова писмо да конкретизирам, исправам и критикувам некои работи како од моја, така и ваша страна.
Она за кое сакам да исправам е тоа дека имав печатна грешка за транзисторите значи не се 2N3771 туку 2N3773, чиј максимален напон на колектор-емитер изнесува 150V со максимална континуирана струја од 16A. Овој факт дека еден транзистор може континуирано да одржува струја меѓу колектор-емитер не смееме да го занемариме, всушност и не е моќноста на транзисторот главниот фактор кој одлучува дали ќе ја добиеме посакуваната излезна струја, но сепак 4 вакви транзистори повеќе од сигурен сум дека можат да ми ја дадат максималната струја која можам да ја извлечам од трансформаторите, а со новата поточна пресметка тие се 900W, при напон од 60V, а максималната струја која можам да ја добијам ќе изнесува 15A, која сепак ќе задоволи за лабараториското напојување. Иако посакувана струја ми е 20A, сепак реалноста на трансформаторите е друга.
Околу ладилниците морам да ве критикувам, малку сте ја преувеличиле работата. Теоретските пресметки секогаш се косат со практичните можности, тоа значи ако се има принудно ладење (како вентилатори, турбини или водено ладење) тогаш големината на ладилникот може да е и четирипати помала од теоретски пресметаната големина. Всушност во реалноста многу ретко со часови може да се користи максималната моќност на напојувањето, така што и загревањето на транзисторите сепак ќе биде со некои т.н. временски пикови. Сепак се работи за лабораториско напојување, не за индустриско кое ќе работи 24 часа.
Споменавте дека за ваква струја потребни се барем 10 електролитски кондензатори од 4700µF/80V. Да, секогаш е подобро што повеќе, но склопот ќе фунционира и со 1 таков кондензатор. Сепак не е ништо тешко да се набават и имплементират и 10. Денешната технологија толку ги има минијатуризирано кондензаторите така што и 10 нема да зафаќаат некој простор во кутијата која веќе ја имам како готов производ.
Да, грецевите имаат соодветно ладење како и излезните транзистори со вентилатори со соодветни големини – 2 големи вентилатора, со моќност од 500W монтирани на ладиниците на транзисторите и два помали со моќност од 150W монтирани на ладилниците на грецевите.
Околу точката 6 во вашето писмо ќе бидам краток: во право сте, и поради тие причини кои ги набројавте не ни размислувам за такво напојување, особено што околу 70% од деловите веќе ги имам за класично трансформаторско напојување, па сè што останува сега е онаа ситна боранија која ја викате вие, а тоа електрониката за регулација. Јас веќе имам некои шеми со LM10, но тие се до 50V, а навистина мислам дека ќе ми биде потребно да имам 60V, така што ако не најдам некоја готова шема до 60V ќе се обидам да направам некои корекции и да го добијам максималниот напон од 60V, а притоа да не се оштети колото LM10.
Вашиот проект објавен во броевите 1, 2 и 3 од 1999 г. секако ќе ги проучам колку да го проширам знаењето околу U/I регулацијата, но дали ќе го применам или искористам некој дел зависи од многу фактори.
За крај сакам уште еднаш да ви се заблагодарам за опсежниот одговор и за вашето драгоцено време одвоено за нас редовните читатели на единственото списание кое редовно има статии од електрониката.
Срдечен поздрав од Зоран Димитров од Штип

Драг пријателе,
Навистина жалам што моето пишување не ги задоволи вашите желби да направите лабораториско напојување со материјалот што го поседувате. Но, морам да напомнам дека електрониката не се заснова на листа на желби, туку тоа е прецизна наука создадена од човекот и сите нејзини параметри се експериментално утврдени и точно дефинирани. Навистина жалам што токму на мене ми паѓа редот да посочувам на овие факти. Но, верувајте, за волја на научната вистина тоа ќе го чинам сè додека и последниот читател не ги разбере основните поими во електрониката. Сепак, колку ќе успеам во тоа не зависи само од мене.
1) Јас од вашето пишување разбрав дека вие сакате да изработите лабораториско напојување. Класификацијата во зависност од квалитетот на уредите укажува постоење на 4 класи: комерцијална, индустриска, воена и лабораториска. Основните правила за коефициентите на димензионирање на уредите по класи е: комерцијална 1:1,2 до 1:1,5, индустриска 1:2 до 1:3, воена 1:4 до 1:6 и лабораториска 1:6 и повеќе.
Значи, ако сакаме да изработиме уред по индустриски стандарди (а не по лабораториски), максималните дозволени вредности на сите параметри треба да бидат 2 до 3 пати поголеми од максимално дозволените параметри во колото. Во тој контекст, ако се задоволите со некој само вам познат супкомерцијален стандард и ако се откажете од тие 0V, и се задоволите со некои минимални 10V и ред други инфериорни карактеристики во однос на претставените, тогаш е возможно да го изработите уредот дури и со само 4 транзистори од класата 2N377x.
2) 2N3771 или 2N3773 сеедно, припаѓа на втората генерација планарни транзистори на моќност (1968 година) што споредено со неверојатниот развиток на електрониката во последните 40 години претставува елемент од праисторијата на електрониката. Оправдување за користењето на вакви транзистори може да се најде во фактот дека е произведено големо количество од нив. Така, иако тие веќе не се произведуваат повеќе од 15 години, сè уште ги има на залихи по ниски цени. Во таа смисла би ви препорачал употреба на некои од поновите генерации транзистори на моќност, како на пример извонредниот, но евтиниот 2SC5200. Но, дали ќе употребите стар или нов тип на транзистор, една работа не е променета од 1968 година: термодинамичките појави.
3) Што се однесува до максималната струја, никој не кажал дека 4 транзистори од класата 2N377x не можат да издржат 20 ампера. Јас кажувам дека ќе бидат далеку од тоа да можат да ја издржат потребната моќност! Всушност и не треба никаква пресметка да се констатира тоа – едноставно максималната можна дисипирана моќност на транзисторот 2N377x е 150W и 4x150W дава 600W, што е многу помалку од потребните 1300W, зарем не? Само по овој критериум ни требаат 9 транзистори!
Но, погледнете ги техничките карактеристики (datasheet) на 2N3773, поточно дијаграмот Forward Bias Safe Operating Area (слика 12). На сликата гледаме дека апсолутно максимална струја која може да ја даде еден транзистор монтиран на идеално ладилно тело со термички отпор од 0 (нула) °C/W е 2,2 A (за напон колектор-емитер од 65V) и при тоа ќе се загрее на температура од 200°C и ќе прегори по 0,5 секунди бидејќи тоа е времето на достигнувањето на тие 200°C. Тоа не е сè. Погледнете ја сега сликата 13 (Power Derating), каде што се гледа дека на 200°C транзисторот не може да ослободи ни миливат повеќе, а да не прегори. Тоа е лесно разбирливо бидејќи ослободувањето на топлината е бавна и кумулативна појава, па наредните 0,5 секунди ако продолжи транзисторот да дисипира со исто темпо ќе достигне дури 400°C! Која е таа реална можна состојба, а сè да има логика? Инженерите, како максимална РЕАЛНА точка која нема да води кон "пропаст" ја земаат точката 50%, односно точката каде што моќноста е намалена за 50% и која нема да предизвикува понатамошно качување на температурата! Според истиот дијаграм, тогаш температурата на куќиштето ќе биде 110°C.
50% од 150W се 75W, зарем не? Тоа кај нас го зголемува бројот на транзистори на 18 наместо 9. Треба ли да одиме понатаму? Мораме! Горните пресметки се вршени со идеален ладилник, таков немаме, па мораме да го земеме предвид неговиот термички коефициент! И тоа не е сè, транзисторите не се идеално еднакви, па мораме и тоа да го земеме предвид. Сето доведува до ситуацијата која ја презентирав во претходното писмо: "Во реални експлоатациски услови, оваа моќност не е многу поголема од некои 40 W". Многу мои колеги, инженери, не ни се мачат толку да размислуваат за ова, тие едноставно од искуство знаат дека 150-ватните транзистори во T03 куќиште не смеат да ги "тераат" многу повеќе од тие 40W! Ете, сега вам ви се укажа можност да дознаете зошто е тоа така.
Како што гледате, ова не се некои "теоретизирања" на некои таму, туку токму физички измерени големини зад кои стојат производителот и инженерите и кои се потврдени во пракса.
4) Што се однесува до пресметката на потребно ладилно тело за излезните транзистори, јас би ве упатил на написот на стр. 46 од Емитер бр 1/06 и на многуте други за оваа тема. Јас тука за прва пресметка земав дека ладилникот треба да дисипира 1300W и дека не треба да "качи" температура повеќе од 100 °C, што даде резултат од некои 0,07 °C/W. Интернетот е јавен сервис, па секој може да види кои производители какви и колкави ладилни тела нудат, така што тука јас не би можел да ве лажам за тие 20 kg (алуминиум, се разбира). Јас тука ќе додадам дека цената на таков ладилник е некои 120 до 150 евра (и тоа се проверува на интернет)! Во претходното писмо го кажав и ова "Се разбира дека возможна е изработка на принудно ладење, но и тоа нема да биде мало со оглед на дисипираната моќност". Вам ви оставам да пресметате дали повеќе ви се исплати да го носите потешкиот, но поевтиниот стабилизатор или да ја намалите тежината со примена на некоја ладилна техника, како што кажавте "вентилатори, турбини или водено ладење".
5) Што се однесува до кондензаторите, ви препорачувам да го прочитате мојот напис на стр. 60 и 61 од Емитер бр. 7/8-2010 каде што можете да ги најдете формулите кои се користат во пракса за да се пресмета електролитски кондензатор за насочувач зависно од потребната струја.
Емилијан Иљоски