Какую индуктивность (дросель) выбрать для Линейного Лабараторного блока питания на выходе из диодного моста (0-30В макс. 10А макс. 160ват 50*2ГЦ)?

Question

[Сергей Кордубин]

Суть вопроса:
Мечтаю собрать в свободное время Лабораторный блок питания (очень нужен чтобы экспериментировать ну или аккумуляторы заряжать например).
Из детства помню что деды говорили что самый чистый источник, который обладает LC фильтром.
Помня немного предыстории, знаю что раньше мотали здоровенные дросселя, так как их изготовить было проще и дешевле чем найти конденсаторы большой емкости.
Но Все же я жуть как захотел реализовать в своем самодельном блоке, подобие "П - образного" или "Г - образного" LC фильтра.

Трансформатор будет использоваться ТС-160-3, обмотки будут коммутироваться с двух-полярного(0-15В до 5А) до одно-полярно (0-15В макс. 10А или 0-30В макс. 5А).

Я так понимаю что через этот дроссель (?) будет течь ток до 10А и мощность дросселя будет до 160Ватт.
Будут применены конденсаторы 50В 10000мкФ (к50-18 отечественные).

Вопрос такой существует ли готовый такой дроссель, как он выглядит, или как должен выглядеть этот дроссель, или какие у него должны быть параметры?

<<< Внимание! >>> Прошу обратить внимание что блок питания будет регулируемый, трансформатор на 50Гц соответственно на выходе полного диодного моста будет уже 100Гц, линейный и с защитой по току от перегрузки и короткого замыкания. LS- фильтр будет стоять сразу после диодного моста. Конденсаторы Советские К50-18 на 50 вольт 10 000 микрофарад. Сразу после фильтра будет стоять "двух линейный дроссель" если конечно будет необходим. Схема стабилизации по напряжению и току и прочая логика, будет стоят после фильтра

Comments

[Василий]

у вас схема неправильная вместо С1 должен стоять диод (желательно шотки) иначе преобразователь будет работать в режиме короткого замыкания

[nirvimel]

Василий: Стандартный же фильтр, одна из разновидностей LC. Где там короткое замыкание?

[Сергей Кордубин]

nirvimel: Спс, сейчас допишу условия.

[Василий]

nirvimel: 1)заряд конденсатора при включении - кз, 2) для переменного тока высокой частоты тоже кз

[Сергей Кордубин]

Василий: с зарядом конденсатора согласен, чем больше емкость, тем больше времени это КЗ продлиться, но трансформатор выдержит кз около секунды не сильно нагреваясь. Остальное в условиях вопроса.

[Василий]

Сергей Кордубин: тут дело не столько в трансформаторе сколько в диодном мосте, да и вообще дроссель шибко не нужен в линейном стабилизаторе - грязную работу по фильтрации в итоге на себя берёт в итоге стабилизатор,

[Сергей Кордубин]

Василий: согласен, если срезать лишние 2-3 вольта то наверное хорошо было бы. на выход поставить двухлинейный дросель между ним пару небольших конденсаторов, и шумы должны убраться. но хотя бы габариты этого чуда прикинуть бы =)

Answer 1

[Василий]

грубо говоря у вас частота пульсации 100 герц(есть и побольше), посмотрите на дроссель в сварочном инверторе
он с полкулака , да там токи выше (в 30 раз) но и частота которую он фильтрует выше в 200-400 раз, то есть эффективности от дросселя на 100 герцах размером меньше чем кулак ожидать не стоит
в случае линейного преобразователя фильтры которые имеет смысл ставить
1) варистор на 600 вольт параллельно обмотке 220
2)термистор последовательно обмотке 220
3) керамические конденсаторы параллельно каждому диоду- при закрывании диод создаёт вч помеху которая будет усилена трансформатором и отправлена обратно в сеть 220 или(и) пойдёт дальше, а аллюминиевые электролиты большой ёмкости вообще не гасят вч помехи
4) чисто символически можно сделать какой-нибудь дроссель в 10 витков от вч помех идущих из сети 220 а перед ним такой же символический плёночный конденсатор на 1 мкф да гашения вч помех.
5) большие электролиты
6) не больше 1 мкф плёночные конденсаторы после линейного стабилизатора будут блокировать остатки пульсаций которые сделает стабилизатор сделает в процессе работы

ну и бонус отключение бп на 12 вольт в котором не предусмотрено дополнительных фильтров (1,2,3,4)от сети
получилось с 15го раза

Comments

[Сергей Кордубин]

Не совсем в дырочку но уделенное внимание впечатляет! Спасибо за старания!

1. В общем то с кулак, то есть каждый дроссель будет не менее этого конденсатора а то и больше в два раза (конденсаторы отечественные)
   
   
2. Сдатся мне что я что то упустил из виду обратное ЭДС самого дросселя включенного последовательно, нужно ли будет ставить после дросселя еще один диод? или Вполне хватит до дросселя диодного моста?
   
   
3. Идея поставить фильтр высоких частот, у меня была, но для этого я планировал использовать переделанный (так как у меня нет земли в розетке) входной фильтр от блока питания компьютера, тот на 250 Вт. Спасибо что уточнили необходимость в нем так как из за отсутствия теории я предполагал что подобные помехи будут гаситься в трансформаторе.
   
   
4. Задумался насчет Варистора, он же не вечный? Значит нужно будет подумать над схемой ограничителя напряжения, так как иначе подобные броски убьют мой диодный мост на выходе трансформатора. Я помню что диоды лучше подбирать с запасом по напряжению в x10 раз и по току в x2 раза что скажете о КД2999В?
   
   
5. На счет термистора, честно говоря сомневаюсь, так как это более не вечный прибор, я так понимаю что его имеет смысл ставить в тех случаях когда защита срабатывает в КЗ тогда да он сработает, и не будет необходимости менять предохранитель, но просто ставить его как тока ограничитель навряд ли приемлемо, так как в таком режиме работы он будет более чем не долговечен.
   
   
6. Спасибо что напомнили про шунтирование диодов конденсаторами, как вследствие всплыл вопрос о таком же шунтировании реле коммутации обмоток, есть ли в этом необходимость, точнее имеет ли это смысл и возможные негативные последствия шунтирования (схема там переключение обмоток для добавки 7-ми вольтовой обмотки для каждого канала отдельно RL1, RL2, 3-5 реле для коммутации каналов каждый отдельно, последовательно или параллельно).
   
   
7. А чего это у вас за программка такая?
   

[Сергей Кордубин]

Василий: в п1 не "дросселя диодного моста", а просто "диодного моста"

[Василий]

Сергей Кордубин:
1) для 100 герц заметные влияния оказывают только очень большие дросселя, + надо учитывать насыщение сердечника в случае кз ( допустим происходик кз -> ток превышает расчётный -> сердечник уходит в насыщение -> индуктивность падает -> повышается частота пульсаций-> непредсказуемые последствия

2) последовательно с дросселем нельзя ставить диод если току обратного эдс некуда уходить - он просто пробьёт диод , диодный мост нормально шунтирует дроссель открывась, избыток напряжения уходит на конденсатор.

4)да варисторы не вечны, вместо них можно ставить TVS диоды они же супрессоры но сети редко проскакивают напряжения 600+ вольт( по сути они срабатывают когда мощности фильтра для гашения помехи не хватило) , а для защиты от перенапряжения лучше поставить в щиток реле напряжения- да дорого, но когда оно сработает, то сэкономит кучу денег или времени если удастся отсудить деньги
5) термисторы бывают двух типов с положительным и отрицательным ТКС для мягкого старта бп надо использовать с отрицательным - в начале у него большое сопротивление но через пару секунд в районе долей ома на самом деле правильный подбор термистора это целая наука www.platan.ru/bek/05.pdf
позисторы можно использовать как самовосстанавливающиеся предохранители по нормальному надо использовать сочетание того и другого, но так как лабораторный источник питания подразумевает частое кз, то защиту лучше организовать на реле или собрать ограничитель тока.

6) вместо реле лучше использовать тиристоры - они после снятия управляющего напряжения и переходе через 0 - сильно уменьшает всякие левые выбросы и вч помехи, но сами к ним чувствительны - могут и открыться от вч помехи благо что сами потом и закроются при следующем 0 поэтому тиристоры для управления постоянным током не стоит использовать, если всётаки реле то для гашения помех создаваемых реле стоит использовать снабберы - конденсатор простейший снаббер

7) цифровой осциллограф Hantek DSO5102P на этом скрине c ещё с ещё не тронутым Linux

[Василий]

Сергей Кордубин: Сергей Кордубин: насчёт диодов для выпрямления 50 герц рекомендую китайцев KBPC5010 на
ru.aliexpress.com/
ёмкость перехода такая что можно не париться с дополнительными конденсаторами надёжность бешеная цена скромная

[Сергей Кордубин]

Василий:

1. По п. 1 и п. 2 твоего комментария, Да что там не предсказуемые? Вполне предсказуемые, от насыщенного последовательно подключенного дросселя, получаем обратное ЭДС и ближайшая цепь которая может пробиться от x10-x100 напряжения пробивает, для этого логично было бы поставить, параллельно дросселю, два защитных диода подключенных встречно последовательно (он же зенер, он же стабилитрон и он же TVS-диод) или как я понял с твоей подсказки что вполне себе хорошо будет себя чувствовать там Варистор на напряжение 60+. Тогда все обратное ЭДС пройдет через этот шунт, хотя лучше все таки, цепь из двух последовательных встречно подсоединенных диодов, один TVS а второй который не будет пропускать нормальное напряжение через TVS диод. единственное что в этой затее не ясно до конца так это какая индуктивность должна быть у этого дросселя.
   
   
2. По п. 3-му и 4-му, Про варисторы немного не понял, спасибо за уточнение, идея хорошая, действительно сэкономит мне денег.
   
   
3. По п 5-му, подумал как будет эта снаберная цепь выглядеть (схема с релюхами), и получается что сильные помехи она будет гасить, но увеличивать небольшие помехи и уменьшит КПД трансформатора, думаю что проще и надежнее сделать переключение этих режимов отдельными кнопками, я и так планировал сделать переключение "два независимых канала", "один канал с параллельными вторичками" и "один с последовательными вторичками". И уже программно при необходимости добавлять обмотки. но теперь я вижу уже пять кнопок три кнопки коммутации каналов, и две кнопки добавочных обмоток. Т.к. все добро будет на МК то сам МК будет разрешать или запрещать ручное переключение исходя из условий но сам делать этого не будет.
   
   
4. А прога у тебя крутая =)
   
   
5. Может переселимся на форум например схем.нет и уже там будем дискутировать, или тебе тут удобно?
   

[Сергей Кордубин]

Василий: эм насчет KBPC5010 я хотел с умничать что заявлено что 50A, но на моей памяти они не выдерживали постоянные 15А, открыл даташит и увидел что 50А это для импульсного режима работы и пиковые на 8мили секунды, то есть для синусоиды это максимум 35А в продолжительном режиме работы летом это минус треть 23А. при том при работе на 50градусов 3А всего то... но это наверное справедливо (3А) при работе нон стоп без радиатора в среде не превышающий 50 градусов или я чет не понял?

а КД2999В не подойдут? а если я между плюсом и минусом кину стабилитрон на пробой в их пиковые 100В?

[Сергей Кордубин]

Василий: просто как то хотелось отечественные запихнуть они такие необычные и с хорошим теплоотводом, говорят кз немного держат =(

[Сергей Кордубин]

Василий: думаю на этот мост KBPC5010 пойдет более правдивый даташит по токам от VS-36MB80A

[Василий]

Сергей Кордубин:
с насыщением дросселя немного не так - при насыщении его индуктивность резко падает, в первом приближении можно считать что при превышении некоторого тока дроссель исчезает из цепи, поэтому в разработках повышенной ответственности используют дроссели без сердечника.

кстати стабилитрон и TVS это разные детали с общим принципом работыTVS не предназначен для постоянного прохождения тока через него, но должен моментально открываться, у стабилитрона не стоит задача моментального открытия, но стоит задача стабильного напряжения на переходе
варистор же делается по другому принципу и он при срабатывании существенно сильнее изнашивается чем диоды

с дросселями дело обстоит так - его можно считать источником тока , и чтобы не получить пары киловольт куда не следует, ток должен куда-то идти если дроссель с одной стороны выходит на диодный мост, а с другой на конденсатор большой ёмкости то дополнительных мер предпринимать не нужно, в случае обрыва цепи после фильтра в крайнем случае откроется диодный мост и лишний ток уйдёт на конденсатор 10к мкФ зарядив его на несколько вольт ,однозначно "проглотит" выброс дросселя размером с кулак энергия дросселя (L*I^2)/2 энергия конденсатора (С*U^2)/2 если приравнять это дело получим повышение напряжения U=I*(L*C)^0.5 тоесть чтобы напряжение скакануло до с 30 вольт до 50 при токе 10 ампер на конденсатор 10к мкФ надо найти L= 400 генри
как говорят сейчас в интернетах "это почти 2 километра провода, Карл!" размер этой бобины представить не сложно

для гашения помех при работе реле надо знать коммутируемый ток и индуктивность цепи индуктивность цепи можно прикинуть по формулам для прямого провода* кофициент испуга, выше простой пример расчёта выброса напряжения, так как реле коммутирует переменный ток то увлекаться слишком большими конденсаторами не стоит -ток побежит через них

[Сергей Кордубин]

Василий: ,
Понятно, от здоровенных дросселей отказываемся.
Вычитал на одном из форумАх, что высокая частота в цепи, насилует электролиты, и что для импульсников там какие то особые нужны по идее, советуют ставить предварительный фильтр высоких частот. Я вот и немного призадумался, может имеет смысл, поставить на выходе после релюх перед конденсатором такойже LC фильтр как и на входе в трансформатор на первичку? Тоесть подербанить парочку одинаковых приборов на нагрузку свыше 160 Вт и поставить двух линейные дросселя с керамикой от туда, после конденсаторов взять просто дросселя на выходе импульсника из под сгоревших АТХ блоков, как считаешь лучше будет?

Я взял твои формулы и посчитал,
при условии что напряжение 31,5В а сила тока 5А а емкость конденсатора 10кмкФ = 10мФ = 0,01Ф
энергия запасенная в конденсаторе 4,96125
Индуктивность катушки 0,3969 генри = 396,9мГ = 396900мкГ

в общем после не сложных онлайн калькуляторов я высчитал вес провода длиною 1200м или 1,2км это около 60кг меди !!! я не говорю про цену, я просто размеры себе никак не прикину, это гдето как бутылка 19 литров разрезаная пополам минимум только диаметр у которой больше полу метра, вот такой вот тор получиться. я уверен что любые помехи сожрет, а насыщение катухи длина провода, вобщем если ради поржать, то эта бабинища, будет неплохим регулятором напряжения =) снял пару десятков витков, поднял напряжение, .... короче говоря эту катуху можно будет прям в сеть через диод врубать, и на выходе получать почти линейное напряжение вольт так в 100-150 гыыы...

Все на том и порешили с дроселями, ставим до трансформатора варистор, термистор с отрицательным ТКС, потом переделанный входной фильт высоких частот от компа, после релюх, ставим П образный фильтр высоких частот на керамических или же пленочных конденсаторах, где хз сколько витков каким сечением и на какой сердечник, после стоит Электролит 10к мкФ который гасит низкие частоты, после него грязь подбирает блок стабилизации по току или напряжению с защитой по току, на выходе блока ставим прям перед самими разьемами и после выводов на вольт метр, двух линейный дросель, и это пожалуй наилучший выход. Остался вопрос как расчитать этот самый высокачастотный фильтр после релюх.

[Сергей Кордубин]

Василий: а проблема с коммутацией на релюхах, состоит в том что так как ток переменный, тов разомкнутом контакте, всегда будет гулять некий ток через конденсатор, и тем самым конденсатор станет источником небольшого того, мелочь но все таки не приятно.

[Василий]

да электролиты очень не любят вч особенно старые советские для этого их шунтируют плёночными и керамическими конденсаторами
вот тут есть расчёт фильтра и много чего полезного
https://geektimes.ru/post/269650/
проще взять тиристоры=) чем на каждую релюху лепить снаббер они при при комутации переменного тока не создают помех

вообще при 100+ ваттах имеет смысл подумать над импульсным бп.

[Сергей Кордубин]

Василий: не то один такой универсальчик будет, есть еще тн-56-220, вот он как раз 56 ват, и как раз самый чистый блок будет на нем, а этот просто средний универсальный, Потом как нибудь соберу отдельный блок питания на 300++ Вт, из АТХ блока. но то уже совсем другая история, с этим бы разобраться.
Насчет диодов уже сомневаюсь сильно конечно, что скажешь. использовать имеющиеся у меня КД2999В или же пойти купить китайских два моста и не мучиться сомнениями?

[Василий]

Сергей Кордубин: КД2999В в таком случше лучше , но стоит посадить на радиатор побольше (то ли датащит дурацкий, то ли я дурак - совершенно не вижу теплового сопротивления корпуса)

[Сергей Кордубин]

Василий: даташит дурацкий, сам случайно на график нападал в полной инструкции, но пролистал. смущает что КД2999В напряжение пробоя 50В, в пике кратковременно до 100В, его редко ставят на радиаторы, но наверное я их буду вешать на радиаторпозади корпуса на маленькую вертикальную гребенку, вчера расчитывал на них радиатор выходило что то около площадь поверхности радиатора должна быть на четыре диода около 150мм^2 на радиаторе больше.. На паяльнике ребята говорят их жарить можно смело

Answer 2

[nvs2020]

Сергей, на каком решении в конечном счёте остановился?
У меня аналогичная задача - после мощного трансформатора на 24V стоит диодный мост, для регулировки выходного напряжения и ограничения тока хотел поставить понижающий преобразователь на XL4016 (с Али), но между ними нужен фильтр (24V и ~6A). Сам не большой спец, погуглив простого решения не нашел. Твоя ветка как раз в тему, но концовки нет.
Напиши, пожалуйста, чем у тебя закончилось.