SMPS Labortápegység II.

Észrevételek, visszajelzések

 

 

Máig (2014.04.27.) több mint nyolc hónap telt el az SMPS Labortápegység II publikálása óta és ez idő alatt minimum 58db utánépített példány látta meg a napvilágot. (Legalábbis eddig ennyi gyári panelt osztogattam el. Ehhez még hozzájönnek a házilag elkészített nyákokra megépített példányok de ezek számáról nincs tudomásom.) Ez idő alatt érkezett egy marék észrevétel a tápegységgel kapcsolatban melyekből a fontosabbakra most itt válaszolok:

 

 


• Miért hálózati 50Hz-es trafót használok ha kapcsolóüzemű a labortáp?


Az SMPSII labortápegység egy része, az előszabályozó fokozata az ami kapcsolóüzemű, nem pedig az egész tápegység. Megtehettem volna hogy az 50Hz-es hálózati trafót kiváltom egy 230V-ról közvetlen működő kapcsolóüzemű résszel de ez nagy mértékben bonyolította volna az áramkört. A hobbisták jelentős részének az SMPSII már így is túl bonyolult. Illetve ha valaki mégis valamiféle hálózati kapcsolóüzemű tápról szeretné járatni az SMPSII-t akkor megteheti. Terveim szerint később majd közölni is fogok egy ilyen kapcsolást mely kimondottan az SMPSII-höz készül majd.

 


• Miért van a készülék hátulján és elején is hálózati kapcsoló?


Ennek az az egyszerű oka van hogy személy szerint nekem nagyon tetszik az a kapcsolóval és biztosíték-foglalattal egybeépített hálózati csatlakozó amit az SMPSII-nél is használtam. És ha már van rajta kapcsoló akkor bekötöttem azt is. De egyszerűen csak sorba van kötve az előlapi kapcsolóval.

 


• Labortápokat tervezek de csak mostanra jutott eszembe a dinamikus viselkedés vizsgálata?


Nem, ez korábban is eszembe jutott. Csak eddig nem volt rá lehetőségem hogy ilyen vizsgálatokat végezzek mert nem volt tárolós oszcilloszkópom. Megjegyzem; kíváncsi lennék hogy hány hobbista tervez úgy labortápegységet hogy dinamikus-vizsgálatokat végez rajta a fejlesztés során...

 


• A panelmérő kis jelnél nem lineáris ha a labortápról van táplálva.


Erre páran felhívták a figyelmemet és utánajártam a dolognak, sajnos valóban így van. Ha a PIC-es panelmérő II-t az öt pólusú csatlakozón keresztül tápláljuk meg az SMPSII-ről akkor az áram-mérés sajnos az alsó mérési tartományban (nulla közelében) pontatlan lesz. A hiba okára egyenlőre nem volt időm rájönni és jó darabig nem is tudok ezzel foglalkozni. Annyira mindenesetre sikerült rájönnöm hogy hogyan lehet kiküszöbölni ezt a hibát: ne az öt pólusú csatin tápláljuk a panelmérőt hanem egy külön szekunder-tekercsről (vagy külön trafóról) közvetlen adjunk neki váltakozófeszültséget!

 


• A táp néha bekapcsolás után 0V-al és világító áramgenerátor-leddel indul.


Sajnos ez igaz. Nálam is 20 bekapcsolásból kb egyszer úgy kapcsol be hogy 0V van a kimeneten és világít az áramgenerátoros üzemet jelző LED. Próbáltam rájönni hogy mi okozza ezt, mi az ami reteszelődik de az a baj hogy a digimulti mérőcsúcsának odaérintésére a hiba azonnal megszűnik (már ha egyáltalán nagy nehezen sikerül előidézni a hibát!) így gyakorlatilag ez a hiba kimérhetetlen. Ha lesz időm ezzel is foglalkozom majd még. Viszont a hiba nagyon könnyen orvosolható ha egy pillanatra leterheljük a táp kimenetét, akkor azonnal észhez tér! A leggyorsabban ez egy egyszerű rövidzárral is kivitelezhető. Azaz ha esetleg így indulna az SMPSII akkor zárjuk rövidre a kimenetét egy pillanatra és már jó is! :-)

 


• Miért írtam bele a cikkbe pirossal hogy a RET-nél olcsóbb a fojtótekercs? Rontani akarom a HEStore üzletét?


Elég nagy butaságnak tartom ezt a kérdést, hiszen a labortáphoz külön HEStore-os kosár-fájlt mellékelek amit a HEStore-ban lehet importálni, ezzel is egyrészt megkönnyítve az utánépítők dolgát, másrészt a HEStore-nak is jót teszek nem kicsit. Konkrétan az egész labortápot úgy terveztem meg hogy olyan alkatrészeket válogattam bele amelyek mind kaphatóak a HEStore-ban! Ennek ellenére a RET-es fojtót fontosnak éreztem megemlíteni a cikkben hiszen az jóval olcsóbb (harmad annyiba kerül!) és ráadásul sokkal jobb is. Elsősorban nekem az utánépítőknek kell, vagy legalábbis nekik, az ő elvárásaiknak szeretnék megfelelni a cikkeimmel. Márpedig az utánépítőknek tapasztalataim szerint nagyon nem mindegy hogy egy alkatrészért 2100Ft-ot vagy 710Ft-ot adnak-e ki. Főleg hogyha a 710Ft-ossal jobb is lesz az áramkörük!

 


• A graetz 10A-es diódái elbírják a 10A-t?


Volt pár ember aki kétségbe vonta hogy a főtáp egyenirányító diódái elbírják a 10A áramot mert hogy ugyebár 10A-es a labortáp. A kapcsolásban használt diódák névleges maximális árama pedig épp 10A. Egész pontosan ezt úgy nevezi az adatlapjuk hogy „maximum average forward rectified current", azaz magyarul maximális nyitóirányú áram átlag. Vagyis az áram amely rajta folyik, annak az átlag értéke maximum 10A lehet. Nos az SMPSII labortápegység maximális kimenő árama valóban 10A, de ez nem jelenti azt hogy 10A kimenő áramnál a trafóról is 10A-t vesz fel az áramkör! Mivel kapcsolóüzemű előszabályozó van benne, ezért a bemenő áram mindig kisebb mint a kimenő, mivel az előszabályozó feszültség-áram átalakítást végez. Egy idézet a labortáp cikkéből:


A hatásfok-táblázatból kiolvashatunk még egy rendkívül fontos információt! Nézzük csak meg a főtáp bemenő áramát és a kimeneti áramot! Azt látjuk, hogy a kimenő áram minden esetben nagyobb mint a bemenő, némely esetekben jóval nagyobb! Az első mérésnél több mint hússzor akkora áram folyik ki a tápból mint amekkorát felvesz! Azaz konkrétan a táp 63mA-t vesz fel, de közben 1,29A folyik ki belőle! Vagy ott van például a 6. mérés ahol a labortápba 887mA folyik be, ki belőle viszont 4,6A, azaz több mint az ötszöröse. Hogyan lehetséges ez? A válasz nagyon egyszerű: a jelenség az előszabályozónak köszönhető, hiszen az feszültség-áram átalakítást végez. Ebből következik egy rendkívül előnyös tulajdonsága az SMPS II labortápnak, mégpedig hogy nagyobb áramot is ki vehetünk belőle mint amit a trafónk le tud adni! Azaz durva példával élve: ha van egy például 300VA-es trafónk ami 60V-ot és 5A-t tud leadni, abból készíthetünk olyan labortápot ami ugyan csak 30V-os viszont 10A-es! Vagyis a feszültség 'kárára' nagyobb áramot kaphatunk. Ez azért is jó egyébként mert ha egy kisebb áramú trafónk van mint kellene, azon nem igazán tudunk változtatni hiszen az áram növeléséhez vastagabb huzallal újra kellene tekernünk az egész trafót. Viszont a trafó feszültségét sokkal egyszerűbben növelhetjük, hiszen csak rá kell tekernünk még néhány menetet a trafóra. Ez egy olyan óriási előnye az SMPS Labortápegység II-nek amit egyetlen másik, tisztán disszipatív labortápegység áramkör sem mondhat el magáról.


De ha ezt esetleg nem hinné el valaki akkor tessék, meg is mértem:

 

smpsii graetz aram 1 kicsismpsii graetz aram 2 kicsi

 

Ezek az szkópábrák maximális közeli (50V, 10A) terhelés mellett készültek. A főtáp szekunder tekercse és az SMPSII főtáp-bemenete közé beiktattam egy söntellenállást és a szkóppal rámértem erre illetve a szekunder-tekercs másik kivezetésére. A piros jelalak a tápba befolyó áramot mutatja, a sárga pedig a szekundertekercs feszültségét. A piros jelalak effektív értékét a szkóp a képernyőkép bal alsó sarkában írja "Vk" jelöléssel, azaz 12,72A. Ez azonban mindkét félperiódus együttese, ez a graetz két-két diódája közt oszlik meg. Vagyis a graetz egyes diódáin átlag 6,36A folyik csupán. Ez még nagyon messze van az adatlapjukban maximalizált 10A-től! Az áram csúcsértéke ennél persze magasabb, a szkóppal ezt is kiszámoltattam; ez a bal alsó sarokban „Vp" jelöléssel szerepel: 68,61A. Azaz diódánként 34,3A. Na de csúcsban ezek a diódák 150A-t bírnak! :-)  És ha valaki még mindig a szőrszálakat keresné annak mondom hogy igen, az adatlap azt írja hogy ezt maximum 8,3ms-ig tudja elviselni. Ezért tettem fel a második szkópábrát is melyen látszik hogy mennyi ideig folyik az áram. A két kurzorral közrezárt terület ideje leolvasható: 4,320ms. Ennyi ideig tartó impulzusokban folyik az áram, de igazából nem is ide kellett volna tenni a kurzort hanem a vízszintes tengely feletti első vonalra (egy DIV). Azért, mert a szkóp 10A/DIV osztásban van és itt most az lenne a lényeg hogy mekkora ideig nagyobb a dióda árama a névleges átlag-értéknél, vagyis 10A-nél. Már a 4,320ms is jóval kevesebb mint a 8,3ms, de a 10A feletti rész ideje még ennél is kevesebb.

 

 

• A 10000uF-os elkó nem tud kiadni 10A-t!


Ez a tévhit onnan ered hogy a 10000uF/100V-os elkó adatlapját megnézve ott egy 6,60A-os „ripple current"-nek nevezett értékkel találkozhatunk. Itt két komoly tévedés is van: az egyik hogy ez nem azt jelenti hogy az elkó maximum ekkora áramot tud leadni, a másik pedig hogy az hogy a táp 10A kimenő áramot tud, nem azt jelenti hogy az elkóból 10A áram fog kifolyni! Ugyanis a kimenet felé nem az elkóból, pontosabban nem csak az elkóból folyik az áram! A 10000uF-os puffer elkóra ezért van szükség, mert amikor a trafó szekunder-feszültsége alacsonyabb a puffer-elkón lévőnél, akkor a graetz diódái lezárnak. Viszont a labortáp kimenetén továbbra is kell áramnak folynia, ennek az időnek az áthidalására van a 10000uF-os kondenzátor amiben rengeteg energia tud eltárolódni és a graetz lezárásának idejére a labortáp ebből az energiából táplálkozik. Persze ennek hatására esik a kondi feszültsége, ezért hullámosság alakul ki. Minél nagyobb a kondenzátor kapacitása, annál kisebb ez a hullámosság. Az általánosan elfogadott 1000uF/A ökölszabályból eredően lett az SMPSII pufferkondenzátora 10000uF. Na de amikor a szekunderfeszültség nem kisebb hanem nagyobb mint az elkón lévő, akkor a graetz kinyit és az elkó elkezd feltöltődni, illetve ekkor a kimenet felé is közvetlen a trafótól folyik az áram, nem az elkóból! A másik tévhit pedig hogy ez az adatlapokon szereplő „ripple current" érték azt jelentené hogy ekkora áramot tud maximum az elkó. Ez nem igaz! Gondoljunk csak bele, egy kis 220uF-os elkó is ki tud adni akár 100A-t is, csak persze nagyon rövid időre. Ráadásul hogyha ez a „ripple current" ezt jelentené akkor egy 10A-es tápegységhez az adatlapon szereplő legeslegnagyobb kondenzátor, a 120000uF-os sem lenne elég mert a „ripple current" annál is csupán 8,6A! A „ripple current" érték (legalábbis tudtommal) a kondenzátorba befolyó és abból kifolyó áramok négyzetes középértékének (RMS) különbségét jelenti. Ennek szemléltetésére készítettem egy rajzocskát és mellette mutatok egy szkóp-ábrát:

 

smpsii aramutak kicsismpsii graetz aram 2 kicsi


Jelöltem a rajzon négy áramot (I1, I2, I3 és I4). Az I1 az az áram ami a labortáp nyákjára folyik a transzformátor szekunder-tekercséről. Az I2 a puffer elkóba folyó áramot jelzi, az I3 az elkóból a terhelés felé folyó áramot, az I4 pedig a graetztől egyenesen a terhelés felé folyót. Az egyszerűsítés végett ezzel ne foglalkozzunk, valójában úgyis ez csak csökkenti az elkót ért terhelést.
A szkópábrán a transzformátor szekunder oldalának (főtáp) feszültsége és árama látható kb 470-480W kimenő teljesítmény mellett. A lényeg ezen annyi hogy a piros, azaz az áram jelalakra azt írja a szkóp a kép bal alsó sarkában hogy a ciklikus effektív értéke (a szkóp "Vk" névvel jelöli) 13,61A. Ez folyik bele a labortápba. Az I2 jelalakja majdnem ugyan ez csak a negatív félperiódusok a graetz miatt ott pozitívak lesznek, de az effektív érték ettől természetesen ugyan annyi. Az elkóból kifolyó áram az I3, ami nagyjából 10A. A kettő különbsége 3,61A, ami pedig az SMPSII labortáp áramkörében használt elkó 6,6A-os ripple current értékének csupán a fele. Azaz bőven jó!

 


• Az áteresztő fet disszipációjának alakulása


Pár hónapja végre sikerült szert tennem egy nagyon jó kis digitális oszcilloszkópra. Ezzel a komoly műszerrel egy halom olyan dolgot tudok vizsgálni amiket eddig nem tudtam. Például most már lehetőségem van arra hogy megmérjem az SMPSII labortápban az áteresztő FET-et érő disszipáció nagyságát! Ugyanis noha az előszabályozásnak köszönhetően a főszabályozó FET-jén mindig kb 1V van csupán, vagyis 10A kimenő áram esetén is csak 10W-ot disszipál, viszont tranziens jelleggel ennél sokkal-sokkal nagyobb terhelés is érheti. A legrosszabb eset akkor fordul elő amikor a feszültség és az áram is maximumra van tekerve és így rövidre zárjuk az SMPSII kimenetét. Ekkor ugyanis a rákapcsolás pillanatában kb 51V van az áteresztő FET-en és folyik rajta egy elég nagy áram. Ennek szorzata egy óriási teljesítmény lesz, de eddig nem tudtam hogy pontosan mennyi. Ezt úgy tudtam megmérni hogy a szkóp egyik csatornáján a FET-en lévő feszültséget mértem, a másik csatornáján pedig a főszabályozó söntjén lévőt, azaz a kimenő áramot. Utóbbi csatornát invertálnom kellett a fordított polaritás miatt, illetve át kellett kapcsolnom árammérő üzemmódra. Innen már csak be kellett kapcsolnom a matematikát, és beállítanom hogy a „math" jelalak a két csatorna (a FET feszültsége és árama) szorzata legyen. Illetve persze single módba kellett a szkópot kapcsolnom hogy eltárolja a tranzienst. Így az alábbi jelalakot kapta el a szkóp:

 

smpsii disszipacio 1 kicsismpsii disszipacio 2 kicsi

smpsii disszipacio 3 kicsismpsii disszipacio 4 kicsi


A piros jelalak az áteresztő feten lévő maradékfeszültség, a sárga a söntön folyó áram, a zöld (matematika) pedig a két jelalak szorzata lejjebb tolva. Azaz a zöld jelalak magát a feten disszipálandó teljesítményt mutatja (Watt). A teljesítmény legnagyobb értékénének időpillanatához odatettem a kurzorokat a feszültségre és az áramra is, ekkor látható hogy 38,4V van a feten és kb 59A folyik. Azaz több mint 2,2kW, egész pontosan 2268W fűti a fetet! Egyébként a két jel osztását összeszorozva megkapjuk hogy a teljesítmény (zöld jelalak) 180W/DIV osztásban van. Az is látszik hogy kb 0,8ms után már egy DIV-en belül azaz 180W alatt van a disszipáció és nagyjából 9ms múlva éri el az üzemi értékét (ami kb 1V*10A=10W).

 


• Szupresszor dióda a kimenetre?


Páran kérdezték hogy miért nincs a labortáp kimenetén valami jó izmos dióda ami megvédené a tápot az induktív visszarúgásoktól. Ilyen dióda beiktatásának ötlete már a tápegység tervezése során is felmerült bennem, azonban szándékosan hagytam ki. Egész egyszerűen azért, mert az ilyen diódákat a gyári labortápokban is közvetlen az előlapi banánhüvelyek mögé szokták forrasztani, magára a banánhüvelyekre. Nagyon helyesen! Viszont ez a produktum, az SMPS Labortápegység II az a nyák és az abba ültetett alkatrészek összessége, vagyis ez a dióda egyszerűen nem hozzá tartozik. Ha valaki ilyen diódát szeretne tenni a tápja kimenetére nyugodtan tegye meg! Bár az SMPSII tapasztalataim alapján ilyen dióda nélkül is szerencsére elég jól viseli az induktív terhelésből eredő rúgásokat, ennek ellenére természetesen egy ilyen dióda sosem árt! Én egy 60V körüli letörési-feszültségű bidirekcionális tranziens szupresszor diódát javaslok. Bidirekcionálisból viszont sajnos 60V körüli példányt nem biztos hogy kapunk, ez esetben kössünk sorba két darab szintén 60V körüli unidirekcionálisat. Ha csak egyetlen unidirekcionálisat használunk akkor az SMPSII táp fordított polaritás-védelméről le kell mondanunk! (Hiszen abban a pillanatban amikor fordítva kötünk rá egy akkumulátort a labortápra, a dióda tönkre fog menni.) Ezek a speciális diódák kimondottan ilyen célra lettek kitalálva hogy az ilyen visszarúgásokat felfogják. Nagyon szívós kis jószágok! :-)

 

 

 

Hozzászólások   

 
#51 Attila 2018-01-15 13:16
Meg van már hogy mi az!
A kapcsolási rajzon van egy 4,7u/100V-os fóliakondi. A HEStore-ban ehhez az értékhez legközelebb álló fóliakondi amely azonos tokozású (RM22,5) az a 1003.1303-as cikkszámon szereplő kondenzátor. Ezért tettem be a HEStore-os kosárba ezt a kondit.
 
 
#52 rockersrac 2019-01-17 03:30
Kérdés: a táp mennyire érzékeny a potméterek értékére? Ha pl 20K helyett más értéket használok, mennyire befolyásolja a működését a labortápnak?
 

Nincs jogosultságod hozzászólást írni!

Keresés

Saját menü

Szavazás

Melyik kapcsolást szeretnéd hogy mihamarabb elkészüljön?


Forrasztóállomás III. - 26.7%
PIC-es panelmérő III. - 3.2%
PIC-es panelmérő IV. - 1%
PIC-es panelmérő V. - 3.6%
Labortápegység II. - 46.4%
PIC-es vezérlőmodul - 4.1%
Precíziós árammérő - 3.9%

Összes szavazat: 1365
The voting for this poll has ended on: 02 júl. 2015 - 00:00

Szavazás

Hogy tetszik az új oldal?


Fantasztikus! - 50%
Tetszik - 47.5%
Elmegy - 0%
Lehetne jobb is - 2.5%
Pocsék - 0%

Összes szavazat: 40
The voting for this poll has ended on: 09 márc. 2015 - 00:00

Olvasók az oldalon

Oldalainkat 90 vendég és 0 tag böngészi

Online felhasználók

None