Virtalähteiden stabiilisuudesta

[teemumm]

Romulaatikossa lojui yksi 375VAC:n muuntaja, 10H:n kuristin (70h reistanssilla) ja muutama iso moottorikondensaattori. Ajattelin josko näistä saisi jonkin SE putkivahvarin virtalähteen rakennettua. Moottorikondensaattorit ovat siitä hyviä, että niiden jännitekesto on yli 600VDC, joten ne kestäisivät hyvin tuon 375VAC:n muuntajan jännitteen ilman kuormaakin. Isokokoisiahan ne tosin ovat, joten kapasitanssin kokonaismäärä ei voi olla kovin suuri.

Kokeilin ajaa PSU Designerillä jotain simulaatioita kytkennälle jossa diodisillan jälkeen oli 50uF:n kondensaattori, sen jälkeen kuristin ja lopuksi 2x50uF:n kondensaattorit. 200mA:n kuormalla rippeli jäi 60mV:hen, joka lienee hyvä arvo SE-vahvaria ajatellen.

Tuolla PSU Designerillä kuitenkin ajoin myös simulointeja joissa muutin kuormaa 200mA -> 100mA. Jännitteen askelvastekuvaajassa näkyi noin 25% ylitystä, mutta ei mitään useamman jakson pituista värähtelyä. Jotkut tuntuvat olevan sitä mieltä, että tuo askelvaste pitäisi saada ihan suoraksi ilman että mitään värähtelyä tai ylitystä tulisi, mutta mitenkähän paljon tällä on käytännössä merkitystä vahvistimen äänenlaadulle? Todelliset kuormanmuutoksethan eivät ole mitään askelmaisia.

Lisäämällä tuon kuristimen kanssa sarjaan 150 ohmia resistanssia sain ylityksen kokonaan pois, mutta tällöin taas virtalähteen impedanssi kasvaa joka taas varmaan heikentäisi vahvistimen bassontoistoa.

Koetin ajaa myös LTSpicellä samalle kytkennälle simulointeja joissa kuormavirta muuttui sinimuotoisesti. Tämän simuloinnin vasteesta en ainakaan silmämääräisesti osannut sanoa että virtalähteessä olisi tuollaista epästabiilisuutta.

[artosalo]

Lisäämällä tuon kuristimen kanssa sarjaan 150 ohmia resistanssia sain ylityksen kokonaan pois, mutta tällöin taas virtalähteen impedanssi kasvaa joka taas varmaan heikentäisi vahvistimen bassontoistoa.

Jos tuo 150 ohmin vastus on ennen 2 x 50 uF kondensaattoria, niin ei lähtöimpedanssi paljoa kasva.
Mitä enemmän lähdössä on kapasitanssia, sitä alhaisempi lähtöimpedanssi.

Tasasuunnattuna 375 VAC:stä tuolla kytkennällä muodostuu kuormasta riippuen n. 450… 500 VDC.
Se on aika paljon. Mitä pääteputkia ajattelit kokeilla ?

Rakentamalla yksinkertaisen fettiregulaattorin saisit säädettävän lähtöjännitteen, hyvän rippelisuodon ja alhaisen lähtöimpedanssin.

Esimerkiksi tällaisen:

http://www.hifiharrastajat.org/foorumi/attachment.php?attachmentid=52234&d=1408302345

[RG]

Tarinasta ei käy ilmi, mikä tuon muuntajan nimellisteho on?

Voi tosiaan käydä niin, että ylimitoitetun muuntajan kuormittamaton lähtöjännite nousee vaikkapa 10-20% yli nimellisjännitteen tai enemmän ja kun tuohon kerrotaan vielä SQR(2), niin ollaan tasasuuntauksen jälkeen jo lähellä tai yli tuon 600VDC.

Tuo ehdotettu regulaattori voisi tosiaan myös olla paikallaan.

Omissa kokeiluissa tuli kerran, (kun verkkojännite oli Suomessa vielä 380/220 V,) sellainen tilanne vastaan, että piti ruveta poistamaan toisiokäämistä lankaa, että saatiin oikea jännite anodeille. (Käänsin ongelman voitoksi, käämimällä tyhjään tilaan paksummasta langasta hehkujen käämit. )

SE-vahvistimessa en turhaan pelkäisi virtalähteen transienttikäyttäytymistä, koska voidaan kai olettaa, että toimintapiste on A-luokassa tai hyvin lähellä sitä, jolloin virrankulutuksen ei tulisi muuttua, vaikka musiikissa on paljonkin atackeja tai muuta dynamiikkaa.

t. /Robert

[teemumm]

Laitoin tuon 150 ohmin vastuksen sarjaan tuon 10H:n kuristimen kanssa.

Tuo 375VAC:n muuntaja siis jokin brittimalli jossa ilmoitettu jännite on tyhjäkäyntijännite. Virtaa pitäisi saada ulos 350mA (AC). Muuntajan resistanssi on toisioon redusoituna noin 60 ohmia, eli tuolla 200mA:n kuormalla tuosta saisi vajaat 450VDC ulos. Ajattelin vähän että laittaisin triodikytketyt KT88:t tai 6550:t, kun tuossa olisi parit 2.5k/5k ensiöllä varustetut päätemuuntajat jotka sietävät n. 100mA:n virtaa. 5k ensiö lienee sopiva jos laittaisi putket vajaan 450VDC:n HT:lla ja katodibiasoituna johonkin 80mA:n virralle.

Tuo fettiregulointi tietty voisi olla kiinostava. Onko ideoita jostain kytkennästä joka sopisi tuollaisille jännitteille?

[artosalo]

Tuo fettiregulointi tietty voisi olla kiinostava. Onko ideoita jostain kytkennästä joka sopisi tuollaisille jännitteille?

Tuossa edellä sen juuri annoin.

http://www.hifiharrastajat.org/foorumi/attachment.php?attachmentid=52234&d=1408302345

[teemumm]

Tuossa edellä sen juuri annoin.
http://www.hifiharrastajat.org/foorumi/attachment.php?attachmentid=52234&d=1408302345

Tuon avaaminen ilmeisesti vaatii jotkin käyttöoikeudet tuonne hifiharrastajat.org:n foorumille, kun en tuota auki saa.

[artosalo]

Tässä tulee:

http://kuva.termiitti.com/image/34740.GIF

[img]http://kuva.termiitti.com/image/34740.GIF[/img]

[teemumm]

…

Jos ihan oikein tulkitsin tuota, niin tuo FETti on tuossa ihan vain suojaamassa LM317:aa? LM317 kestää jonkun 1-1.5A virran, mutta tuo taitaa alkaa rajoittaa jo paljon aikaisemmin?

[artosalo]

Kävin lainaamassa alkuperäisen tarinani Hifiharrastajien foorumilta:

Kytkennässä käytetään säädettävää pienjänniteregulaattoria LM317 ohjaamaan suurta sarjafettiä (NMOS), jonka tulee olla >500 V jännitteelle sopiva.
LM317:n läpi kulkee koko regulaattorin virta, mutta sen yli jää vain alle 10 V jännitehäviö, koska sen kytkentä on “kelluva”. Tästä syystä se ei tarvitse edes jäähdytyslevyä.
Sitävastoin NFET:in tehohäviö on maksimivirralla (ja pienellä lähtöjännitteellä) suuri, joten se pitää kiinnittää joko jäähdytysprofiiliin tai esim. vahvistimen runkoon.
Jotta LM317 toimisi halutulla tavalla, pitää sillä olla vähintään 2…3 mA lepovirta. Tämä on hoidettu mitoittamalla vastukset R3, R5 ja R6 siten, että regulaattorilla on sopiva kuorma kullakin jännitealueella.

Skemaan merkityillä komponenttiarvoilla saa katettua jännitealueen 120 V … 425 V riippuen vastuksen R3 ja sen rinnakkaisvastusten arvosta. Lähtöjännite säädetään potikalla P2.
Regulaattorin maksimivirta on määriteltävissä vastuksen R7 avulla. Kun R7 on 18 ohmia, niin virranrajoitus alkaa hiukan yli 300 mA virralla.
Regulaattorin tulojännitteen ei tarvitse olla kuin n. 30…50 V suurempi, kuin haluttu lähtöjännite, koska NFET:in jännitehäviö on alhainen.
Regulaattorissa on myös “pehmeä” käynnistys. Se on toteutettu R4:n ja C1:n muosdostaman aikavakion avulla. Regu saavuttaa täyden käyttöjännitteen n. 5 s kuluessa käynnistyksestä.

Testasin 300 mA:lle säädetyn regun oikosulkukestävyyttä enkä saanut yhtään sarjafettiä rikotuksi, joten siinä(kin) suhteessa konstruktio vaikuttaa onnistuneelta.
Mittasin vain 1 mV (rms) rippelijännitteen regulaattorin lähdössä 100 mA kuormalla ja 200 V lähtöjännitteellä, kun tulossa rippelijännite oli 3,5 Vpp.
Lähtöjännitteessä ei minun yleismittarillani havainnut mitään eroa, kun kuormaa oli 100 mA tai alle 5 mA.

Kytkentään sopii hyvin moni NFET:ti, esimerkiksi: IRF-820, -830, -840, IRFBE30, IRFBC20, IRFPE50 ym. ym.
Suunnittelin tälle jo 5 cm X 5 cm kokoisen piirilevyn, joita voisi teettää jos kiinnostusta/tarvetta löytyy.

[teemumm]

Eli periaatteessa tuolla fetillä on kaksi tehtävää tuossa. D2 pitää Gaten 12V reguloidun jännitteen yli joten fetti pitää LM317:n yli olevan jännitteen tarpeeksi pienenä. Sitten R7:n avulla rajoitetaan maksimivirtaa. D1:n tarkoitusta en ihan heti keksi.

[artosalo]

Tiivistetysti sanottuna piirin NFET:ti toimii säätöelimenä, jolla haluttu lähtöjännite muodostetaan.
LM317 taas “mittaa” lähdön ja Adj. pinnin välistä jännitettä ja toimii NFET:tiä ohjaavana komponenttina.
Haluttu lähtöjännite asetetaan jännitteenjaolla, jonka muodostavat R2/P2 ja R3.

D2 määrää LM317:n yli jäävän jännitteen, joka on n. 8V. Tämä muodostuu zenerin 12V jännitteestä miinus NFET:in kynnysjännite n. 4V.

D1 varmistaa, ettei NFET:in hilalla voi missään häiriö- / vikatilassa vallita yli 12V positiivista jännitettä, joka taas voisi rikkoa NFET:in.

D3 suojaa LM317:aa tyhjentämällä C2:n varauksen kun virrat kytketään pois.

National Semiconductor on julkaissut jo v. 1980  hyvän application note:n tämän tyyppisestä regulaattorista:

http://www.ti.com/lit/an/snva583/snva583.pdf

[Julkaisija]

Artikkelit