Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Аватара пользователя
AZM.SU
Сообщения: 136
Зарегистрирован: 17 окт 2019, 21:00
Город: Новосибирск
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 34 раза

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение AZM.SU » 19 окт 2019, 16:25

Тему создал по "мотивам" сообщений R2AON в теме, которую создал "Трансформаторный линейный блок питания на 13,8V и 20A со стабилизатором на мощных MOSFET транзисторах" ( viewtopic.php?f=15&t=127 ), в частности для дискуссии на поднятую им тему:
R2AON писал(а):
19 окт 2019, 15:33
Не хотите обсуждать другие схемы и заимствовать из них хорошие решения - не надо. Сидите в углу со своей.
в контексте приведённой им публикации:
"Блок питания 13,8В. 20А." ( http://ua3vfs.narod.ru/BP13.JPG ).

Собственно приступим к обсуждению.
Как я уже и писал - схема UA3VFS не содержит никаких цепей для плавного старта блока питания, а подключение в сеть трансформатора с накоротко замкнутой вторичной обмоткой, а именно через диоды выпрямителя и ёмкость в 100 тысяч микрофарад (0,1 фарады) не лучшая идея.
С другой стороны, если из моей схемы "вытрясти" все цепи плавного старта, то по сложности они будут соизмеримы, но не в этом суть, а суть вот в чём:
регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?

Основные достоинства современных мощных MOSFET транзисторов:
+ Большая крутизна характеристики.
+ Большие допустимые токи.
+ Это современная элементная база.
+ Стоимость.

Для начала сравним "в лоб" характеристики двух транзисторов КТ819ГМ и IRFP044N:
максимальное напряжение коммутации* 100 против 55 вольт,
максимальный постоянный ток коммутации 15 против 53 ампер,
максимальная рассеиваемая мощность 100 против 120 ватт,
цена в розничных магазинах (взят чип и дип) 110 против 76 рублей.
* Под словом "коммутация" для упрощения сравнения я понимаю напряжение в закрытом состоянии (К-Э или С-И), которое не приводит к пробою.

Преимущество IRFP044N для низковольтных блоков питания уже очевидно, но это ещё не всё.
Как известно биполярные транзисторы управляются током, в то время как полевые с изолированным затвором напряжением. Преимущество управления напряжением может быть не таким очевидным, до тех пор, пока не будет рассмотрены потери на управление.
Транзистор КТ819ГМ имеет коэффициент передачи от 12 до 225, возьмём округлённое в большую сторону среднее, 120, тогда для управления током в 20 ампер, ток базы должен быть около 0,17 ампера, что при напряжении 14,3 вольта (не забываем про 0.5 вольта необходимые чтобы транзистор открылся), получаем "локальный кипятильник" по цепи базы с мощностью 2,4 ватта. Кажется 2,4 ватта не много, но это лишняя греющаяся деталь, лишний источник тепла, причём не рядом с мощным элементом, который на радиаторе, а на плате управления, где как правило установлен и источник опорного напряжения блока питания.
В свою очередь так как MOSFET управляется напряжением, то ток необходимый ему для коммутации никак не будет зависеть от коммутируемого тока, а будет зависеть лишь от переменной составляющей (которую и будет подавлять стабилизатор) и ёмкости его затвора. Даже в худшем случае, если напряжение на затворе потребуется менять на 10 вольт, то есть практически полностью закрывая ключевой элемент и полностью его открывая и этот процесс будет происходить с частотой 1000Гц, энергия для этого (для перезарядки ёмкости затвора) и транзистора IRFP044N с его полной ёмкостью затвора 2110 пикофарад потребуется 0,0001055 ватта.

Что же выбрать?
Для себя, в своём блоке питания я выбрал IRFP044N.

R2AON
Сообщения: 57
Зарегистрирован: 13 окт 2019, 19:30
Откуда: Москва
Позывной: R2AON
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 22 раза

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение R2AON » 19 окт 2019, 16:38

Хорошо что пошли на диалог а не перешли на личности как это часто на форумах бывает, нам такое не надо.
По теме - зачем такой огромный запас? Я считаю что и 819 ГМ достаточно, ибо транзисторы как никак советские, а если и 2Т, то запаса в них еще дофигища. Да и какая разница, если они работают в номинальном режиме без превышения токов?
В вашей схеме - 4 полевика. Если пробьет один - трансиверу будет очень больно, и пофигу что там еще 3 живых есть.
В той схеме что я кидал - 2 транзистора.

На счет цен - советские транзисторы я в чипдипе лично не покупал (сочувствую тем, кто это делает), они мне достаются бесплатно с каких-то разборок либо совсем за копейки покупаются на всяких барахолках типа Новоподрезково (вблизи МСК) в комплекте с радиатором.

По плавному пуску - интереса ради может даже попробую сделать на реле у себя, без дополнительных транзисторов вообще, поиграв резистором R1.

Меньше элементов - меньше шанс выхода схемы из сроя. Хотя, надежность ирфов относительно 2т819гм мы не знаем, но все же.

Почему кстати не добавили на выходе тиристорную защиту на случай пробоя?


Аватара пользователя
dopl
Сообщения: 95
Зарегистрирован: 16 окт 2019, 20:00
Город: Карасук
Благодарил (а): 38 раз
Поблагодарили: 27 раз

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение dopl » 19 окт 2019, 17:03

Вот вам ещё схемка ЛБП 25V 15A
http://hpm-elektronik.de/

Моё мнение - Лабораторные Блоки Питания только на биполярных.Мощные регулируемые питальники (НЕ ЛАБоРАТОРНИКИ), хоть на TDA2030 на выходе.Главное что бы минимум помех на выходе. :)
Вложения
nt-25v-15a-trafo-sp.jpg
"Не сломал сам?...Приноси!"

Аватара пользователя
AZM.SU
Сообщения: 136
Зарегистрирован: 17 окт 2019, 21:00
Город: Новосибирск
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 34 раза

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение AZM.SU » 19 окт 2019, 17:24

R2AON писал(а):
19 окт 2019, 16:38
зачем такой огромный запас?
В действительности запаса никакого нет, это в других схемах есть работа на грани, причём не по току, а по корпусу.
Я же привожу ориентировочный тепловой расчёт:
AZM.SU писал(а):
18 окт 2019, 23:21
Из 4 штук потому, что несмотря на заявленные производителем жуткие токи и рассеиваемые мощности, эти транзисторы предназначены для работы в импульсных схемах и рассеить 100 ватт тепла в линейном режиме одному не под силу. Пусть тепловое сопротивление кристалл-корпус транзистора 1W/C, то есть если рассеивать на 1 транзисторе 100 ватт тепла, то корпус будет холоднее кристалла на 100 градусов и это только корпус. Если принять что переходное сопротивление корпус транзистора-радиатор ещё хотя бы 0,5 W/C, а предельная температура кристалла у них 175 градусов, то получится что радиатор не должен нагреваться больше чем до 25 градусов цельсия, а так не бывает даже если обдувать вентилятором, особенно летом!
Но и запас по току карман тянуть не будет, потому как всегда есть импульсные токи, которые в разы превышают постоянные, например, при подключении заряжаются ёмкости, при нештатных ситуациях, чтобы не случилось как оно часто бывает: "предохранитель не защизает современную электронику, обычно она защищает предохранитель" :)
Собственно потому как имеется запас по ключам, и нет защиты "тиристорной". Шанс что ключи выгорят не больше, чем шанс что рухнет перекрытие моего дома и похоронит под собой и блок питания и трансивер, или что откажет всё и сразу, например, если вылью в блок питания кружку чая.

Но "тиристорная" защита очень даже не лишняя будет в любом блоке питания, как и защита от КЗ, но это всё же отдельные "модули", так например "тиристорную защиту" можно даже в отдельном корпусе выполнить.
dopl писал(а):
19 окт 2019, 17:03
Моё мнение - Лабораторные Блоки Питания только на биполярных
А есть этому мнению научное обоснование?
Мы ведь здесь обсуждаем не импульсники, а именно работу MOSFET в линейных режимах, в линейном стабилизаторе.
dopl писал(а):
19 окт 2019, 17:03
питальники (НЕ ЛАБоРАТОРНИКИ), хоть на TDA2030 на выходе
Между прочим полностью на бипорярных транзисторах.

Кстати, за счёт высокой крутизны характеристики MOSFET дадут большую стабилизацию, а за счёт принципов своей работы и меньше шумов на выходе.

R2AON
Сообщения: 57
Зарегистрирован: 13 окт 2019, 19:30
Откуда: Москва
Позывной: R2AON
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 22 раза

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение R2AON » 19 окт 2019, 17:49

У КТ819ГМ постоянная рассеиваемая мощность - 100 Вт. Именно постоянная) Корпус то3 имеет в этом плане явные преимущества перед то247 - это и нормальный прижим в 2 точках по краям, и намного большая толщина теплораспределительной медной пластины, и конечно большая площадь.

На всем стабилизаторе при токе 22А у меня падает 6 вольт, что в сумме дает 132w или по 66 Вт на транзистор. Цифры вполне реальные и не запредельные, никакой работы на границе жизни и смерти. Правда поверхность советского радиатора была очень неровная, но после шлифовки и радиатора и транзистора дополнительно - все прилегло идеально, и тепло отводится хорошо.

На счет рассеивания тепла схемой управления - тут ничего криминального нет, если 10 Вт решает - вам не линейный надо, а импульсный блок питания)

По охлаждению у меня кстати тоже самое - термостат, но на 40 градусов. Срабатывает на 50 примерно, а отпускает уже на 40.

По ограничению токов заряда емкостей - помимо этого тока, есть еще бросок тока намагничивания при включении транса в сеть, который в моем случае тоже немаленький (тр-р ТС360). Но если транс тор хороший, то при такой мощности про этот ток конечно можно забыть.

Кстати, полевиков ваших в чиде не продают) (в наличии нет). Но эт так, к слову. Подобрать аналог не составит труда

Аватара пользователя
dopl
Сообщения: 95
Зарегистрирован: 16 окт 2019, 20:00
Город: Карасук
Благодарил (а): 38 раз
Поблагодарили: 27 раз

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение dopl » 19 окт 2019, 18:21

AZM.SU писал(а):
19 окт 2019, 17:24
А есть этому мнению научное обоснование?
Не знаю на сколько научно, но даже в усилителях класса D mosfet не работает в линейном режиме
Вложения
image.png
"Не сломал сам?...Приноси!"

Аватара пользователя
AZM.SU
Сообщения: 136
Зарегистрирован: 17 окт 2019, 21:00
Город: Новосибирск
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 34 раза

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение AZM.SU » 19 окт 2019, 18:29

dopl писал(а):
19 окт 2019, 18:21
но даже в усилителях класса D mosfet не работает в линейном режиме
Это совершенно антинаучно :)
В усилилителях класса D выходник не должен работать в линейном режиме, в них линейный режим это зло от которого всячески стараются избавиться.
Вообще усилитель класса D, если упрощённо, то это импульсный блок питания где управление выходным напряжением осуществляется входным НЧ сигналом. А в импульсных блоках питания ключи всегда чем резче открываются и закрываются, тем меньше потерь в тепло.

Но к сути - да, мощные MOSFET разработаны для работы именно в переключательном режиме, когда транзистор либо открыт, либо закрыт, и у него достаточно сильная нелинейность передаточной характеристики. Что правда совершенно не важно в случае с блоком питания, как в прочем и в других применениях, где схемой определена огромной величины отрицательная обратная связь.
Впрочем не так велика нелинейность мощных MOSFET, яркая иллюстрация тому, что она не так ужасна, весьма распространённая конструкция "Усилитель мощности на IRF510 для КВ трансивера" в разных вариациях, например, конструкция OZ1PIF http://frenning.dk/OZ1PIF_HOMEPAGE/50MHz_IRF510.htm

tygra
Сообщения: 245
Зарегистрирован: 15 окт 2019, 19:52
Откуда: Казахстан
Позывной: -- -- --
Город: Жезказган
Благодарил (а): 51 раз
Поблагодарили: 47 раз

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение tygra » 20 окт 2019, 17:24

Любой линейный БП это , как не крути , кипятильник и совершенно без разницы какой элемент греет воздух будь то биполярный транзистор или полевой , они работают в режиме управляемого сопротивления . Большая мощность БП требуется в режиме передачи в основном , соответственно , как "костыльно\колхозный" вариант , взять относительно не мощный линейный БП со стабилизатором тока , подключить его к акку нужной емкости , ну и трансивер . В режиме приема акк будет заряжаться от БП , он же питать трансивер , в режиме передачи БП ограничится выставленным током заряда , а основная нагрузка упадет на акк .... Перешли на прием , акк заряжается ... В данном случае и пробой силового элемента в БП уже не страшен т.к. все на себя , на какое то время , возьмет акк ...
Такой какой есть , ничего не могу с этим поделать ) .

R2AON
Сообщения: 57
Зарегистрирован: 13 окт 2019, 19:30
Откуда: Москва
Позывной: R2AON
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 22 раза

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение R2AON » 20 окт 2019, 17:43

Зачем эти все колхозы)? На передачу ж в том то и дело что не постоянно работает, так что говорить о том что линейный бп кипятильник - тоже не верно. Да и весь БП, можно сделать, как минимум размером с аккумулятор, а то и меньше

Аватара пользователя
AZM.SU
Сообщения: 136
Зарегистрирован: 17 окт 2019, 21:00
Город: Новосибирск
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 34 раза

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение AZM.SU » 20 окт 2019, 21:29

tygra писал(а):
20 окт 2019, 17:24
совершенно без разницы какой элемент греет воздух
Разница есть. В доставаемости нужных деталей, в цене, в удобстве монтажа. Если корпуса вроде ТО220 и ТО247 можно легко прикрутить к плоскому и выводы окажутся по ту же сторону что и корпуса транзисторов, то ТО3 уже выводу будут с ордной стороны а шапка транзистора с другой, плюс больше отверстий, для ТО247 1 отверстие, для ТО3 отверстий 4.
tygra писал(а):
20 окт 2019, 17:24
не мощный линейный БП со стабилизатором тока , подключить его к акку нужной емкости
И постоянно заботится об аккумуляторе, и постоянно покупать новые аккумуляторы.
А всё потому, что:
1) Саморазряд аккумулятора, за 3 года без работы уничтожит аккумулятор, высадит в ноль и тот откинет коньки, склеит ласты, отбросит чешки, загнёт боты, двинет лыжи.
2) Частые циклы заряд-разряд уничтожат аккумулятор довольно быстро, а цена у аккумулятора не маленькая.

Экономия же сомнительная.
Пусть трансивер потребляет 20 ампер при 13,8 вольта то есть 276 ватт, пусть при этом на регулирующем элементе правильно спроектированного* блока питания уходит в тепло 40 ватт (лишние 2 вольта при токе 20 ампер), пусть радиолюбитель сидит за аппаратом в среднем 10 часов, каждый день, пусть он выходит в эфир 1/3 времени, вот такой общительный радиолюбитель, тогда на регулирующем элементе выделиться в тепло 40*10/3=~133.4 ватт/часа энергии в сутки. Пусть цена 1 кВт/ч электроэнергии 5 рублей 38 копеек, тогда за 1 год траты на "тепло" составят: 0.1334*365*5.38=261 рубль 96 копеек. Пусть цена аккумулятора будет 2000 рублей, тогда: 2000/261.96=7.634753397465262 или аккумулятор должен будет проработать чуть более 7 с половиной лет, чтобы началась экономия. Вот только мало какой аккумулятор проработает 7 лет, потому как даже LTO и LiFePO4, доступные, а не "супер-спец" хоть и протянут столько циклов заряда/разряда, но не протянут столько по сроку, деградировать начнут (диффузия, химпроцессы), свинец сдохнет от постоянных циклов ещё раньше.

* "Правильно спроектированного блока питания" - это тема для отдельной публикации, которую я возможно осилю в обозримом будущем, а именно: частичное замыкание магнитного потока трансформаторов для трансформаторных линейных блоков питания. Суть простая: между обмотками трансформатора создаётся не максимально жесткая связь, а ровно такая связь, чтобы при максимальном токе нагрузки напряжение на выходе выпрямителя просаживалось до минимальных величин на которых ещё успешно работает стабилизатор. Что то вроде как в сварочниках, когда КЗ по вторичке на сажает в КЗ сеть а лишь снижает напряжение.

Ответить

Вернуться в «Трансформаторные и линейные»