Virtalähteistä

[tanantunari]

Osaiskohan joku pistää sivuja joilla olis syvällisempää tietoa rengassydänmuuntaja virtalähteistä, ja ohjeita sellaisen rakentamiseen.

[Kremmen]

Osaiskohan joku pistää sivuja joilla olis syvällisempää tietoa rengassydänmuuntaja virtalähteistä, ja ohjeita sellaisen rakentamiseen.

Rengassydänmuuntaja on vain muuntaja siinä kuin muutkin muuntajat. Siihen ei liity mitään syvällisempää rengassydänviisautta vaan muuntaja mikä muuntaja. Vasta kun mennään hakkureihin niin muuntajan sydämen magentoitumis- ja muut ominaisuudet tulevat ratkaiseviksi.
Rengassydämiä käytetään sen takia että niillä on poikkeuksellisen pieni hajavuo ja siitä johtuen erittäin hyvä hyötysuhde. Kuitenkin mikä tahansa viratlähde voidaan toteutta joko rengas- tai pakkamuuntajalla. Vain kilowattiluokan teholähteissä rengassydämen äkäinen magneoitumisvirtapiikki käynnistyksessä on syytä huomioida esivaimentimin, mutta muuten ei ole eroa.

Linkkejä voisin kehitellä, mutta rajaa nyt vähän mihin tarkoitukseen tuo lähde tulisi. Tarvitaanko laboratorioluokan regulointia vai onko kyse servon syöttölähteestä vai mistä?

[tomi667]

Ei välttämättä kannata akkulaturia käyttää sellaisenaan virtalähteenä. Kun se ei yleensä
anna kovin tasaista sähköä. Ehkä jos laittas jonkun ison kondensaattorin väliin, niin
sitten varmaan kelpais.

[porepe]

tasasuuntaus ja jännitteen vakavointi kondensaattoreilla nostaa jännitettä alkuperäisestä ac jännitteestä.
Laskukaavaa en ulkoa muista, mutta löytynee netistäkin...
Muuntajan jännite ilmoitetaan keskiarvo jännitteenä ja tasasuuntaus/ vakavointi nostaa jännitteen muuntajan huippuarvoon. Joka on noin 1,4 kertaa nimellisjännite.

Korjatkaa jos muisti pätkii, mutta suurinpiirtein noin se menee:)

Tuossa yksi löytämäni linkki peruskytkentöihin.
http://koti.mbnet.fi/huhtama/ele/index.php?si=ml11.sis&pa=


Edit.
Eli jos käytössäsi ei ole kunnon yleismittaria, niin valitse muuntaja joka on vähintään 1,4 kertaa pienempi nimellisjännitteeltään, kuin suurin sallittu lopullinen jännite.

Esim 3d step muistaakseeni max 42v? ->  valitse 30v muuntaja tai 2x15v rengassydän tms.
2x15v käämit sarjaan ja 2x30v käämit rinnan niin saat enemmän ämpäreitä ulos :)

[Kremmen]

Virtalähde tulis näillä näkymin kolmelle tiny stepille, voltteja pitäs olla 15-35 ampeereja kai sit se 6. Löysin kaverin romuista tommosen rengassydänmuuntajan, 11,8v 200va, 2 lähtöö joissa molemmissa 10A sulake tulo puolella 1.6A. Eikö tommonen kävis tarkotukseen, mikäli oon oikein ymmärtäny tarvitaan tasa suuntaaja että saa tasa virtaa ja konkka tasaamaan jotain?. Mitä muuta? käämistä tulee 2 keltasta ja 2 vihreetä johtoo mites ne kytketää että saa enemmän voltteja?. Joku perusteiden opettelu olis varmaan paikallaan, mutta ehkä se tästä pikkuhiljaa.

Joo, tuolla voi koettaa kyllä. Ellei muuta sanota niin tuo 6A on kummankin toisiokäämin max.virta jolloin kytkemällä ne sarjaan saat 23,2VAC 6A vaihtosähköä (tsekkaa yleismittarilla, että olet kytkenyt käämit oikein sarjaan. Väärin kykentä tuottaa ~0V toisiojännitettä.

Tuo vaihtojännite on tasasuunnattava diodisillalla. Noita saa valmiina mötikkänä jossa tarvittavat 4 diodia samassa paketissa, mutta yhtä hyvin voi käyttää erillisiä diodeja (4 kpl) ja kolvata niistä kasaan. Tämän jälkeen sinulla on tasasuunnattua sähköä jonka (huippu)jännite tällaisessa 1-vaihetapauksessa on Vout(DC)max = Vin(AC)rms * SQRT(2) eli tasajännitteen huippuarvo on vaihtojänniteen tehollisarvo kertaa neliöjuuri 2. Tämä johtuu siitä, että vaihtojännite noudattaa 50 hertsin sinikäyrää jonka tehollisaro on tuo 11,8V per käämi. Lontoonkielisessä tekstissä tuo tehollisarvo kulkee termillä RMS voltage (Root Mean Square).

Tasasuuntauksen jälkeen sinulla on sähköä jonka napaisuus ei enää muutu mutta jänitteen muoto on aika huono, se kun on peräkkäisiä sinipuoliaaltoja jotka vaihtelevat välillä 0 - Vout(DC)max eli 100 kertaa sekunnissa jännite käy nollassa asti. Ei hyvä. Tähän ongelmaan auttavat ne kondensaattorit. Konkka ei ole muuta kuin pytty johon voidaan erittäin nopeasti varastoida pieniä määriä sähköä ja saada se ulos myös nopeasti. Kondensaattorin kapasiteetti (C)  ilmaistaan faradeina (F) = As/V  eli ampeerisekuntia per voltti (käytännössä faradin miljoonasosia eli mikrofaradeja (uF) . Tämän tietäen on aika suoraviivaista laskea kuinka iso konkka tarvitaan jotta saavutetaan haluttu jännitteen vaihtelutaso. Likiarvoon pääsee yksinkertaisesti lähtemällä siitä, että tyhjäkäyvän virtalähteen konkat varautuvat jännitteeseen Vout(DC)max. Kuorman aiheuttama virta purkaa konkkaa kulmakertoimella I(avg)/C eli virran keskiarvo per kapasitanssi. Lasketaanpa esimerkillä:

tasasuunnattu jännite Vout(DC)max = 2 * 11,8 V = 23,6V (sanotaan 25V niin on helpompi laskea :)
kuormavirta I(avg) = esim. tasainen 5 ampeeria
Konkan kapasitanssi C = 10000 uF
t(ripple) = sinipuoliaallon kestoaika 1/100 sek = 10 ms
Vout(DC)min = konkan jännite puoliaallon päättyessä

Vout(DC)min = Vout(DC)max - (Iavg /(C * t(ripple) ) )
--> 25V- ( 5A /(10000*10^-6 F  * 1*10^-2 sek) ) = 25V - 5V = 20V

10000 uF konkalla ja 5A virralla siis lähtöjännite putoaa joka puoliaallon lopussa 20V:iin. Sykkiminen pienenee suoraan suhteessa konkan kokoon. Pelkällä kondensaattorilla ei koskaan voi päästä täysin tasaiseen lähtöjännitteeseen vaan siihen tarvitaan aktiivinen komponentti, ns. regulaattori.

Reguloitu lähtö saavutetaan (lineaarisessa reguloinnissa s.o. ei hakkurissa) leikkaamalla lähtöjännite arvoon Vout(DC)min tai sen alapuolelle. Tällöin siis edeltävässä piirissä tulee olla jännitevaraa riittävästi. Tuossa edeltävässä esimerkissä ehdoton maksimi reguloidulle jännitteelle olis 20V mutta käytännössä tarvitaan muutama voltti pelivaraa regulaattorin toimintaan.
Yksinkertaisin mahdollinen regulaattori on tasuri-konkkayhdistelmän lähtöön sarjaankytketty vastus ja zenerdiodi. Estosuntaan kytketty zeneri (s.o. katodi positiiviseen jännitteeseen) estää virran kulun kun napajännite on alle ns. zenerjännitteen jolloin diodi alkaa johtaa myös estosuunnassa säilyttäen napojensa yli mitatun jännitteen zenerjännitteessä. "Ylijäävä" jännite hukataan sarjavastuksessa jonka yli jääs siis vaikuttamaan Vout(DC) - Vz ja piirissä kulkee virta Iz = ( Vout(DC) - Vz) / R missä R on vastuksen resistanssi. Sekä zenerdiodi että vastus hukkaavat tyhjäkäynnillä tehon jonka voi laskea Pd = Iz * V missä V on Vz zenerille ja loput vastukselle.
Tällaista kytkentää ei todellisuudessa juuri käytetä teholähdön regulointiin koska komponettien mitoitus menee järjettömäksi kun teho alkaa kasvaa mihinkään käyttökelpoiseen. Seuraavaksi onkin aika kutsua apuun transistori helpottamaan zeneriä. Käytännössä tuo tapahtuu liittämällä piiriin NPN-transistori yhteiskantakytkentään siten, että trankun kollektorille kytketään suoraan suodatinkonkalta Vout(DC), kannalle zenerjännite Vz zenerin katodilta (johon siis myös edelleen se vastus on kytketty) ja trankun emitteri toimii virtalähteen lähtönapana. Nyt transistorilta saadaan kohtuullisen hyvin reguloitua tasajännitettä, jonka arvo on likimääräisesti sama kuin zenerdiodin zenerjännite (eroa tulee transistorin kanta-emitteriliitoksen päästöjännitteen verran n. 0,3 - 0,7V komponerntista riippuen).
Muutamia piirin mitoitukseen liittyviä juttuja jotka selviävät komponenttien datalehdiltä:
Avataan datalehti kohdasta abolute maximum ratings:

1.Tarkistetaan, että max sallittu kollektorijännite V(ceo) on "reilusti" isompi kuin Vout(DC)max. Esim aina suositulle 2N3055:lle se on 60V. Hyvä, se riittää.

2.Tarkistetaan max kollektorivirta I(c); 2N3055:lle se on 15A - riittää hyvin

3.Tarkistetaan max hukkatehon kesto total dissipation P(tot); 115W - riittänee hyvin, mutta palataan tähän vielä

4. Tarkistetaan toisioläpilyönnin max virta second breakdown collector current I(s/b); 2,87 A @ 40V - hmm, tätä pitää tutkia tarkemmin. Siirrytään datalehdellä kohtaan josta löytyy diagrammi - yleensä nimellä Active Region Safe Operating Area. Tähän on kuvattu suurin sallittu kollektorivirta kollektori-emitterijännitteen funktiona. Käyrästössä näkyy maksimiarvoja eri pulssinpituuksilla (so jännitteen kestoajoilla) ja näitä ei saa ylittää, muuten pamahtaa. Toiminta-alue käyrien alapuolella on turvallinen. Käyrästöstä näkyy, että jatkuvalla (dc) 5A virralla saa kollektori-emitterijännitettä olla n. 25V joten 2N3055 kestää siis kyllä. Kollektorillehan tulee enimmillään Vout(DC)max joka siis oli 25V ja emitteriltä lähtee powerin lähtöjännite Vout = 20V joten trankulle jää kestettäväksi vain 5V. Ei siis mitään hätää.

5. Zenerdiodin syöttövastuksen läpi kulkevaa virtaa käytetään tässä piirissä transistorin kantavirtana joka siis "avaa" transistorin kollektori-emitteriliitoksen joka näin syöttää lähtöjännitteen ja -virran. Tarvittava kantavirta tsekataan seuraavasti: transistorin datalehdeltä kaivetaan vahvistuskertoimen h(FE) (large current gain) arvo, mieluiten lähellä haluttua maksimivirtaa mikäli se on annettu. 2N3055:lle h(FE) 10A kollektorivirralla on 5. Näin ollen transistorin kantavirta vahvistuu max 5-kertaiseksi 10A kollektorivirralla. 5A virralla tarvittaisi kantavirtaa (noin) 1 ampeeri. Ei hyvä, pitää keksiä jotain koska 1 ampeerin zenervirta tarkoittaisi 20W hukkatehoa zenerdiodille kun poweri on kuormittamaton (eikä kantavirtaa transistorille siis kulje lainkaan). Tehdäänpä tähän siis ensimmäinen komplikaatio ja siirrytään Darlington-kytkentään. Tämä ei tarkoita muuta kuin että käytetään transistoria vahvistamaan toiselle transistorille tulevaa kantavirtaa, eli kytkennän virtavahvistus on n. yksittäisten vahvistusten tulo. Darlington toteutetaan kahdella NPN-transistorilla kytkemällä kollektorit yhteen ja vahvistintransistorin emitteri alkp. trankun kannalle. Kantavirta syötetään nyt vahv.trankun kannalle jolloin se kertoo alkup. trankun kannalle menevän virran omalla vahvistuksellaan. Emitterivirta tulee edelleen ulos alkup. trankun emitteriltä. Vahvistintransistorille on suoritettava samat tarkistukset kuin alkuperäisellekin, mutta tehonkestoa vaaditaan huomattavasti vähemmän jolloin riittää pienempi kivi (jolla yleensä sitten myös parempi vahvistus).
Vedetään aputransistoriksi ihan hatusta vaikka BD132 jolla on virrankestoa riittävästi ja hFE = 40. Tuottaakseen 2N3055:lle 1 A kantavirran se tarvitsee siis itse 1/40 A kantavirtaa eli 25mA. Paljon parempi. Zenerpiiri voidaan siis mitoittaa niin, että siinä kulkee "reilusti" tuo 25mA jottei powerin lähtöjännite max kuormalla nyykähdä kantavirran puutteeseen. Laitetaan zenerjännitteeksi 22V jolla kompensoidaan vähän noita trankkujen kantajännitehäviöitä. (Huom, nyt pitänee suodatinkonkkiakin kasvattaa jotta Vout(DC)min pysyy yli 22V, muuten sykkiminen näkyy lähdössä kun piirin jännitevarat loppuu kesken.) Zenerpiirissä pitää saada menemään tarvittava virta kaikilla ajanhetkillä, joten valitaan mitoitustulojännitteeksi Vout(DC)min. Tämä menee tässä esimerkissä kornin lähelle zenerjännitettä joten vastukselle tulee aika patologisen pieni arvo, yleensä jännitevaraa on enemmän... Mutta leikitään että Vout(DC)min = 23V ja Vz =22V jolloin meillä on mahtava 1 voltin jännite-ero esivastuksen yli. Ohmin kaavasta R=U/I saadaan 1V / 25mA = 40 Ohm. Otetaan vähän sitä virtavaraa ja laitetaan 33 ohmin vastus. Sen tehonkesto selviää kun tiedetään, että P=U*I eli 1V * 25mA = 25mW. Eli mikä vaan pikku vastus selviää tästä. Zenerdiodille jää tehonkestotarvetta vähän enemmän, P = 22V * 25mA = n. 500mW eli kannattaa löytää ainakin watin kestävä zeneri niin se ei kuumene turhaan.

2n3055 hukkaa tehoa Pd = Ic * Vce eli kollektorivirta kertaa trankun yli jäävä jännite. Turvallinen tapa laskea jännite on Vout(DC)max - Vout joka olisi se 5V. 5A kollektorivirralla trankku hukkaa 25W tehoa. Datalehdestä selviää arvot max häviöteho - Total Power Dissipation PD (=115W, ok) ja terminen vastus puolijohdeliitoksesta kannuun - Thermal Resistance, Junction to case R(th)JC (=1,52 C/W). 25W teholla kannu lämpiää siis 25W * 1,52 C/W = ~40C eli ei paha. Voisihan tuohon jäähdytysrivankin laittaa koska laskenta edellyttää ympäristön pysyvän 25C lämmössä. Eli trankkua ei saisi laittaa kotelon sisään kuumenemaan.

Jos powerilta vaaditaan potkua niin paljon, ettei yksi tehokivi jaksa, niin seuraava komplikaatio on laittaa useita rinnan. Tällöin, mikäli käytetään bipolaariliitostransistoreja kuten 2N3055  (eikä siis kanavatransistoreja eli fettejä), on huomioitava virranjaon vakauttamistarve. Liitostransistorilla esiintyy ilmiö nimeltä thermal runaway mikä tarkoittaa, että kuumetessaan transistorin liitoksen näennäinen resistanssi pienenee. Rinnankytketyill transistoreilla tämä tarkoittaa sitä, että kuumimpana käyvä kivi ryöstää virtaa itselleen, kuumenee lisää ja lopulta pamahtaa. Tämä on helppo kompensoida kytkemällä pääpiiriin kullekin transistorille oma pieniohminen virranjakovastus sarjaan emitterin ja lähdön väliin. Mitoituksena vastuksen yli pitäisi jäädä max virralla voltti-pari jolloin tämä häviö riittää tasaamaan trankkujen virran. Tehonkestoa noilta vastuksilta vaaditaan jonkin verran joten se on aina laskettava. Jännitehäviö pitää luonnollisesti huomioida mitoitettaessa jännitettä Vout(DC)max.
Tässä vaiheessa viimeistään kannattaa jo keksiä jotain parempaa kuin zeneri ja aputransistori syöttämään tehokivien kantavirta. Helppo ratkaisu on jokin valmis 3.napainen regulaattori vaikkapa 78xx-sarjasta. Pitää vaan huomata, ettei noillakaan ole virrankestoa kuin se ampeeri, joten useaa tehokiveä ohjatessa voi välivahvistukselle kuitenkin olla tarvetta. Darlington-periaate toimii edelleen siinäkin.
Säädettävän teholähteen saa tällä periaatteella helposti soveltamalla esim LM317-regulaattoria jonka lähtöjännitteen voi ohjelmoida vastusjaolla mieleisekseen. En sitä lähde täsä avaamaan kun homma on kerrottu komponentin datalehdillä.

Ei lineaaripowerit tämän kummempia ole. Kaikki perustuu siihen, että ensin tasasuunnataan mahdollisimman hyvää sykkivää tasajännitettä ja jollei se riitä, leikellää syke pois päältä kiusaamasta. Kokonaan eri juttu ovat hakkuripowerit. Ne ovat enemmän sukua taajuusmuuttajille sikäli, että niissä homma perustuu jännitteen (joko tasasuunnattu tai suoraan vaihtojännite) pätkimiseen jollain modulaatioperiaatteella, yleensä pulssinleveydellä. Taajuudet ovat korkeita jotta voidaan käyttää ferriittimateriaaleihin perustuvia muuntajasydämiä ja päästään hyvin pieniin komponettikokoihin. Hyötysuhteet ovat myös eri luokkaa kun regulointi ei perustu ylimääräisen jännitteen muuttamiseen hukkatehoksi. Näistä en lähde tässä nyt avautumaan enempää koska se kaikella kunnioituksella todennäköisesti menee "yli hilseen" tällä foorumilla, eikä kai kukaan joka moisia alkaa rakennella, tarvitse täältä neuvontaa :)

Mutta mielelläni jorisen tästä lisääkin jos joku jäi hämäräksi

[Kremmen]

Mitä muuta? käämistä tulee 2 keltasta ja 2 vihreetä johtoo mites ne kytketää että saa enemmän voltteja?. Joku perusteiden opettelu olis varmaan paikallaan, mutta ehkä se tästä pikkuhiljaa.

Niin tuo jäi selittämättä vielä. Yleismittari käteen ja alue joku 20 V vaihtojännitettä tai mitä alueita sulla mittarissa nyt on, ei ole niin tarkkaa. Etsi vihreä ja keltainen johto joista mittaamalla saat näkymään sen 11 volttia. Tämä on pari A. Varmista vielä että se toinen pari B samalla tavalla mitattuna tuottaa saman jännitteen. Kun nyt kytket yhteen joko parin A keltaisen ja parin B vihreän, tai parin A vihreän ja parin B keltaisen, käämit menevät sarjaan.Ei ole väliä kumminka päin, mutta varo kytkemästä kummankaan parin omia päitä (siis esim parin A vihreä ja keltainen) yhteen koska silloin käämi on oikosulussa ja tulee murheita.

[Kremmen]

tasasuunnattu jännite Vout(DC)max = 2 * 11,8 V = 23,6V (sanotaan 25V niin on helpompi laskea :)

Itseäni lainaten korjataan vähän :)
Tuosta jäi se neliöjuuri 2 kiireessä pois joten totuus on tietysti, että Vout(DC)max = 33,37V. Eli tilanne paranee kunhan tuon huomioi niissä edellisen viestini laskujen numeroarvoissa.

[Kremmen]

Jo otat samasta lähteestä askelmoottorien syötön ja +5V logiikalle, niin pistä kunnon suodatus ennen ja jälkeen 5V regulaattorin. Askelmoottorit voi aiheuttaa aika teräviäkin jännitepiikkejä jotka ui läpi jos systeemin häiriösuojaukset ei ole kunnossa. Ai niin, ja 7805 taitaa jo kärvähtää noin korkealla tulojännitteellä, menee siinä 5 volttia överiksi. Että joudut keksimään jotain muuta jos meinaat päästä ns helpolla.

[Kremmen]

No sen 15VAC tasasuunnattuna tuo 7805 kyllä kestää. Saattaapi olla kaikkein yksinkertaisin vaihtoehto. Jos haluat varmistella, niin pistä joku ~100uH kuristin tasurin ja ekan suotokonkan väliin sarjaan, ja hyvin lähelle regulaattorin napoja 100nF ja 10nF keraamiset konkat rinnan sekä tulo- että lähtökarvasta maakarvaan. Eiköhän suunnilleen tuollaisella virityksellä  hoituisi.
Tai sitten kehität kokonaan oman powerin :)
POLKO on juurikin POLyesterikalvoKOnkka, joten samaa kamaa ovat.

[Kremmen]

Joo se meni kerralla oikein, eli karvojen väli tuo on.