0 - 30V, 0 - 3A, demonte laboratuvar güç kaynağı testleri ve iyileştirmeler

[taydin]

Özellikle Çin online satış sitelerinde yaygın olarak satılan ve bu forumda da zaman zaman tartışılan 0 - 30 V, 0 - 3 A, demonte laboratuvar güç kaynağının mevcut hali ile performansının incelenmesi, sınırlamalarının belirlenmesi ve sonrasında da olası iyileştirmeleri ele alacağız. Bu devrenin monte edilmiş hali üzerinde gerçek ölçümler yapacağız, sonra da aynı devreyi simulatörde oluşturup aynı testi bir de orada yapacağız.

ŞİMDİYE KADAR YAPTIĞIMIZ İYİLEŞTİRMELER

1. Filtre kondansatörü olarak 10,000 μF 63 V kullanmak. Bu değişiklik, daha düşük giriş voltajı ile çalışmamıza olanak verdiği için pass transistör üzerindeki güç kaybını ve ısınmayı azaltıyor.
2. Negatif referans voltajını azaltmak. Şuradaki mesajda tam olarak değiştirilmesi gereken komponentler belirtiliyor. Bu değişiklik, opamp'leri n gördüğü besleme voltajını azaltarak daha güvenli çalışmalarını ve çıkışta daha yüksek voltaj almamızı sağlıyor.
3. Opamp'ler için MC34071 kullanmak. Bu opamp'ler 44 V besleme gerilimi ile çalışabiliyor. Bu değişiklik, çıkışta 30 V elde edebilmemiz için gerekli.
4. Opamp'lerin çalışma voltajını sınırlandırmak. Eğer giriş voltajı şebeke dalgalanmalarından dolayı yükselirse, doğrultucu çıkışındaki voltaj, MC34071 lerin maksimum çalışma voltajı olan 44 V un da üzerine çıkıyor, o yüzden opamp çalışma voltajlarını 36 V gibi bir değerde limitlememiz lazım. Kullanılan devre tek transistörlü regülatör olduğu için zenerin ısınmasına bağlı olarak bu voltaj 39 V lara kadar çıkabiliyor, ama bu da 44 V a göre yeterli bir marjin sağlıyor. Yapılması gereken değişiklik şuradaki mesajda belirtiliyor.
5. Doğrultucu diyotlar şu anda 3 A lik. Bunları 6 A lik olanlar ile değiştirmek lazım. Böylece sürekli olarak 3 A akım çektiğimizde güvenli bir marjımız olacak.
6. Filtre kondansatörünün deşarj direnci, şebeke voltajının en üst değerinde çok aşırı derecede ısınıyor. Bu direncin 2 W güçte ve 3.3 kΩ değerde bir direnç ile değiştirilmesi.
7. Pass transistörünün TO-3 paketinde iki tane paralel transistör ile değiştirilmesi. Bununla ilgili devrede başka modifikasyonlar da gerekebilir. Bunlar belirlendiğinde güncelleme yapacağız.
8. Akım sınırlama LED nin doğru çalışması için şuradaki mesajda tarif edildiği gibi LED'yi kontrol eden transistörün bağlantılarının değiştirilmesi.

Devre şemasının son hali aşağıda. MicroCap simulasyon dosyaları da ekte.

 

[taydin]

Öncelikle bu devre ile ilgili internette bulunan yararlı linkleri toparlayalım.

Bu güç kaynağı ile ilgili olası geliştirmelerin tartışıldığı, ama birçok görselin de eksik olduğu bir forum:

0-30V Stabilized Power Supply

We seem to have lost the extensive discussion on this power supply topic. I attached what I believe is the latest version. NOTE the parts list included in the attached zip file is REV 5 dated 12/13/13 and covers the next 125 pages of this tread. 0-30V.zip

www.electronics-lab.com

Devrenin şemasını çıkarmış olan birisinin izlenimleri:

Mile Kokotov - PSU 0-30V / 0-3A

www.qsl.net

Bu güç kaynağı üzerinde faydalı geliştirmeler yapmış olan başka birisinin blog makalesi:

http://www.paulvdiyblogs.net/2015/05/tuning-030v-dc-with-03a-psu-diy-kit.html

Bizim forumda bu güç kaynağı ile ilgili konular:

0-30V, 0-3A laboratuvar güç kaynağı

Aşağıda bulunan ve birçok sitede demonte olarak satılan güç kaynağı kitini alıp montajını yapmak, bu montajı da kaydedip youtube'a yüklemek istiyordum: https://www.f1depo.com/urun/demonte-guc-kaynagi-devresi-0-30v-2ma-3a-diy-regule-karti Ama artık bu tip devrelerle beraber şeması verilmiyor...

mekatronik.org

0 - 30V, 5A Demonte Güç Kaynağı Tasarımı

Bu konuda üzerinde uğraştığımız güç kaynağı üzerinde yapılması gerekenlerin özeti ve dikkat edilecek noktaları burada toplayacağız. Önce referans aldığımız şemayı koyalım: Bu şemanın bulunduğu web sayfası da aşağıda: https://www.qsl.net/z33t/dc_0-30v_0-3A_eng.html 1) 24 V luk fan regülatörü...

mekatronik.org

 

[taydin]

Devrenin satıldığı şekliyle şeması ve malzeme listesi aşağıdaki sitede. Yalnız piyasada devrenin küçük farklılıklar gösteren revizyonları olabilir. Devrenin bu şemaya uygun olduğunu teyit etmekte yarar var.

Mile Kokotov - PSU 0-30V / 0-3A

www.qsl.net

 

[taydin]

İlk önce devreyi AYNEN SATILDIĞI ŞEKLİ ile simulatörde kuralım ve deneyelim. Burada dikkat edilmesi gereken en önemli konu, devrede kullanılan TL081 opamp'lerin maksimum besleme voltajlarının en fazla 36 V olması. Bu kriter, bizim girişe verebileceğimiz AC voltaj değeri için bir üst sınır getiriyor. Şu anda ben devreye 22 VAC veriyorum ve çıkıştan da 3 A akım çekiyorum. Bu şartlar altında opamp'lerin gördüğü besleme voltaj değeri 34 V !

Bir de 3 A akım çekerken çıkış voltajında herhangi bir ripple olmaması için de çıkış voltajı EN FAZLA 15.1 V olabiliyor! Çıkış voltajı bundan daha yüksek bir değere ayarlanırsa, çıkışta ripple oluşmaya başlıyor. Örneğin aşağıda gene 3 A akım çekerken çıkış voltajını 20 V yapıyorum. Çıkışta çok belirgin bir ripple var.

34 V luk besleme değeri tabiki tam yükte görülen değer. Güç kaynağı boşta iken olan duruma bakalım. Bu durumda da opamp besleme voltajı 34.6 V değerine çıkmış. Yani sınır değere oldukça yakın. Bu güç kaynağını OLDUĞU GİBİ kullanmak istiyorsak, girişteki AC voltajın kesinlikle 22 VAC yi geçmemesi lazım!

 

[taydin]

Şimdi aynı devrenin gerçeğine 22 VAC bağlayalım ve çıkışından 3 A çekelim. Bakalım aynı sonucu alacak mıyız.

 

[taydin]

Gerçek devreyi kurup 22 VAC verip boşta iken opamp voltajlarını ölçünce 34.9 V ölçüyorum. Bu simulatör değerine olukça yakın. Aradaki sapmanın sebebi de AC besleme tarafında varyak kullanıyorum ve AC voltaj sürekli olarak geziniyor tabi.

 

[taydin]

Çıkışı 20 V yapıp 3 A çekiyorum. Bu şartlar altında opamp lerin besleme voltajını 31.5 V ölçtüm. Simulatörde bu değer 34 V olarak görülüyor. Arada önemli bir fark var. Gene bu şartlar altında oluşan ripple değeri simulasyonun öngörüsünden oldukça fazla. Bu aradaki farkı irdelemek lazım.

 

[taydin]

Ripple'ın başladığı voltajı belirlediğim zaman ise gerçek devrede ripple 18.5 V değerinden sonra başlıyor. Burada da gene simulatöre göre baya sapma var. Simulatörde devre 15.1 V dan sonra ripple yapmaya başlıyordu.

 

[taydin]

Yani gerçek devre ile girişe 22 VAC verirsek, çıkıştan temiz bir şekilde 18.5 VDC alabiliyoruz. Ama burada şu önemli: Giriş voltajı, transformatörden geliyor olacak ve şebekedeki bütün dalgalanmalar bu voltaja yansıyacak. O yüzden bir güvenlik marjı bırakmak zorundayız ve bu durumda girişe en fazla 20 VAC vermeliyiz ki, şebeke yükselip 22 VAC ye çıkarsa hala güvenli çalışma bölgesinde olalım.

 

[taydin]

Şimdi tekrar karşılaştırdım simulasyon ve gerçek devre sonuçlarını. Aradaki fark, varyak değişkenliğinden kaynaklanıyor. Giriş voltajı şebeke gezinmelerine bağlı olarak 21.8 VAC ve 22.5 VAC arasında geziniyor. Bu da ölçüm sonucuna doğrudan yansıyor. Şebeke gezinmesi tabi çok yavaş oluyor, o yüzden anlık bir değere göre simulatörde tekrar denedim ve bu durumda ölçülen ve simulasyon değeri birbirine çok yakın çıktı.

 

[taydin]

Aslında bu varyak için şöyle motorlu bir regülasyon sistemi yapmak lazım. Yani varyak ayar tekerleğini söküp oraya redüktörlü bir DC motor koymak lazım, sonra da çıkış voltajına göre ayar yapmak lazım.

 

[taydin]

Evet sonuçta standart devre ile alacağımız performansı belirledik. Maksimum giriş voltajı 22 VAC ve temiz alınabilecek DC çıkış voltajı da 18.5 V.

Şimdi yapabileceğimiz ilk iyileştirmeyi yapalım ve performansı nasıl etkilediğini görelim. İlk yapacağımız iyileştirme, filtre kondansatörünün kapasite değerini 3.3 mF dan 10 mF a çıkarmak. Önce bunu simulatörde yapalım. Bu şekilde simulatörde deneyince, 3 A çekerken artık 21.5 VDC temiz voltaj alabildiğimizi görüyoruz. Bir kondansatör değişikliği 3 V kazanç sağladı.

 

[taydin]

Gerçek devrede filtre kondansatörünü değiştirdim ve neredeyse tam olarak aynı sonuç çıktı. 3 A çekerken 21.5 V a kadar temiz çıkış alıyoruz.

 

[taydin]

Sıradaki iyileştirme, negatif referans voltaj değerinin düşürülmesi. Opamp'lerin besleme voltajı neticede negatif referans ile pozitif doğrultucu çıkış voltajı arası. Şu anda negatif referansı 5.1 V luk bir zener diyot sağlıyor. Bu zeneri söküp onun yerine iki tane seri 1N4148 bağlarsak, referans voltajı 1.25 V'a düşer ve biz de buradan 4 V luk bir marj yakalarız opamp beslemesinde. Bunun da anlamı, giriş AC voltajını yükseltebiliriz.

 

[taydin]

Negatif referans gerilimini 1.2 V yapıp simulatörde deneyelim. Ama negatif referans azalınca, Q1 transistörünün çalışma noktası da değişmiş oluyor ve mevcut değeri ile çıkış transistörlerini hemen OFF yapıyor. O direnç değerini 0.5 k yapınca bu sorun ortadan kalkıyor. Bu değişiklik ile artık 3 A çekerken temiz 25.5 VDC alabiliyoruz ve giriş AC gerilimi de 25 VAC.

Şu anda opamp'lerin gördüğü besleme voltajı 34.6 V yani yukarıda yaptığımız deneylerdekinin aynısı.

 

[Endorfin35+]

Aslında bu varyak için şöyle motorlu bir regülasyon sistemi yapmak lazım. Yani varyak ayar tekerleğini söküp oraya redüktörlü bir DC motor koymak lazım, sonra da çıkış voltajına göre ayar yapmak lazım.

Zamaninda bizim evde aynen dedigin gibi 10kva regulator vardi. O zamanlar bizim orada sebeke cok kotu durumdaydi. Hava kararmadan (voltaj dusmeden once) florasanlari yakardik. Yoksa aksam yanmazdi. 180v a kadar dustugunu gordum. Sonrasinda butun evi bu regulator ile besledik. Ilk zamanlar iyiydi ama sonra tekerlek kismi arasira temazsizlik yapiyor. Kademeyi artiriyor voltaj yukselmiyor. Sonra biraz daha artiriyor. Voltaj asiri yukseliyor. Sonra dengeleniyordu. Flamanli ampullerden anlardim regulatorun sacmaladigini...

Velhasil Motorlu sistem yavas kaliyor. Zamanla temas sorunu oluyor.

 

[by lent]

Ups çıkışını bu deneylerde kullanmak mantıklı değil mi? Eğer sabit 220 vac isteniyorsa fakat böyle yapınca da gerçek şartlardan uzaklaşmış olmaz mıyız, amaç ideal koşullar mıdır? Evet motorlu varyak geç kalır tepkilerde.

 

[taydin]

Zaten UPS çıkışını kullanıyorum. Ama çekilen akım yüksek o yüzden kablolar üzerindeki gerilim düşümü bile birkaç voltluk oynamalar yapıyor.

 

[taydin]

Geri kalan testleri simulatörde devam edeceğim ve simulatörde istenen sonucu aldıktan sonra bir kerede devredeki modifikasyonları yapacağım. Yoksa her seferinde devreyi tamamen sök, değiştir, tüm bağlantıları yeniden yap, zor oluyor.

En son yaptığım değişiklik ile temiz 25.5 V alabiliyoruz. 30 V almaya az kaldı Şimdi bu noktada iki opsiyon var:

1) Daha yüksek voltaj dayanımı olan opamp kullanacağız.

2) Opamp'leri daha düşük bir besleme voltajı ile çalıştıracağız.

Önce ilk seçeneği değerlendirelim. 36 V yerine 44 V voltaj dayanımı olan opamp'ler var. Böyle bir opamp kullanarak ne elde edebiliyoruz bakalım. Giriş voltajını 30 VAC yapınca, çıkışta 28.5 VDC alıyoruz. Ha gayret Ve bu şartlarda opamp'lerin gördüğü besleme voltajı 41.7 V. Yani 44 V luk bir opamp kullanılırsa marjinal de olsa iş görüyor.

 

[taydin]

Aynı şekilde 60 V besleme ile çalışan opamp'ler de var. Fiyatları daha yüksek de olsa bunlarla nasıl bir sonuç alırız bakalım. Şu anda girişe 35 VAC veriyorum ve bu şekilde opamp'ler 49 V besleme voltajı görüyor. Çıkışta da temiz 39.7 VDC alabiliyoruz. Tabi voltajlar bu kadar yükselince ya voltaj regülatörün referans voltajını yükseltmek lazım, yada voltaj regülatörün kazancını arttırmak lazım. Dolayısıyla burada uygun seçimi yapmak lazım. Kazanç değişikliği güç kaynağının stabilitesini doğrudan etkileyen birşey olduğu için belki de uygun olmayabilir. Onu o aşamaya gelince irdelemek lazım.

60 V besleme tolere edebilen Texas Instruments'in OPA551 opamp'i var. Tanesi 5 dolar, ama devrede minimal değişiklik ile sonuca gitmemizi sağlıyor. Yalnız Türkiye'de PDIP8 olarak bulunamıyor gibi, sadece SOIC-8 olarak var. Bu durumda SOIC den DIP'e dönüştüren minyatür PCB lerle dönüşüm yapıp öyle soketlere yerleştirmek lazım.