Snížení/regulace napětí na zátěži s velkým proudovým odběrem

Ahoj,
všiml jsem si tady tématu, jak jednoduše zvýšit stejnosměrně napětí a tak mě napadlo, že i já přispěji svou troškou do mlýna a zeptám se na něco podobného, co aktuálně tíží zase mě. Já bych naopak potřeboval jednoduše napětí snižovat.

Mám paralelně zapojených osm žárovek 12V/5W. V budoucnu již možná bude deset. Do 5W žárovek tedy teče něco přes 3A. Potřeboval bych jim trochu ubrat jasu (stačí ubrat, regulace by byla fajn, ale to by asi bylo moc složité), aniž bych měnil napájecí adaptér. Jde ale o docela velký proud, a proto to není tak jednoduché. Moje otázka tedy zní, jak jim jednoduše ubrat např. 3V s tím, abych to byl schopen uchladit. Rezistor nebo klasický stabilizátor 7809 nepřipadá v úvahu. Sice se snížením napětí se i trochu sníží protékající proud, ale i tak bych musel chladit mnoho Wattů a na takový chladič není místo.

Napadlo mě následující dvě řešení.

  • Připojit do série 3A usměrňovací diody. Každá ubere něco přes 0,6V. Zatím jsem to nezkoušel, ale myslím si, že by byly diody hodně horké a že by tu opět byl ten problém s chlazením.
  • Nějaký spínaný stabilizátor. Máte prosím tip? Je mi jasné, že to bude dražší řešení, to ale až tak nevadí. Ideálně, pokud bych stabilizátor nemusel dávat na plošný spoj nebo aby byl plošný spoj co možná nejjednodušší. Potřeboval bych tedy spínaný stabilizátor, který má minimum externích součástek. Ideál by byl nějaký spínaný stabilizátor, který by se připojoval jako 78xx.

Předem moc díky za Vaše názory.

Radim Musil

P. S. Prosím žádné tipy, ať přejdu na LED osvětlení :slight_smile:. Klasické žárovky mám z důvodu zajímavé retro atmosféry, které navozují.

A jaký máš zdroj? Pokud spínaný, tak uprav snímací dělič na výstupu nebo jej nahraď potenciometrem, pak můžeš výstup z větší části regulovat. V případě trafa se tišťáku a elektronice nevyhneš (ideální bude PWM regulace). Tedy, u trafa je ještě možnost jej “změkčit” zapojením kondenzátoru do série s primárním vinutím.
Viz: belza.cz/charge/chc.htm
Mikop

Je tam adaptér celý zalisovaný v plastu. Měnit bych ho nechtěl a zasahovat do něj nemohu.

O PWM jsem zatím nevěděl, děkuji za tip, teď jsem si o tom právě přečetl, co to vlastně je (nejsem elektronik, jsou to pro mne novinky).

Nevíš prosím náhodou o nějakém fakt jednoduchém zapojení, které by “dělalo” PWM a vydrželo by 3A? Ideálně nějaký integráč, ke kterému připojím jen pár součástek a je hotovo.

Radim Musil

Třeba tady:
schematics.wz.cz/schemata-PWM_regulator.html
stepa.wz.cz/index.php?page=PWM
8bitu.cz/clanek/modul-pro-re … omoci-pwm/
pokusy.chytrak.cz/schemata/wmp.htm
nebo to kup jako stavebnici
tipa.eu/cz/stavebnice-tipa-p … e/d-83990/

Ve schémetech místo motorků zapojíš paralelně žárovky. Výstupní tranzistor musí být dimenzován na max. proud zátěží (žárovkami). Vstupní napětí musí být stejnosměrné!
Mikop

To zapojení s NE555 je bezva. Vůbec mě nenapadlo, že s tak málo součástkami se dá provést regulace (ne jen snížení). Děkuji.

BD911 je na 15A, takže zapojení mohu použít beze změny. Jen mu budu muset přidat nějaký malej chladič.

Pokud se tě mohu ještě prosím zeptat, na jakou nejvyšší úroveň napětí se dostanu, pokud úplně vytočím potenciometr? Je mi jasné, že PWM “seká” výstupní signál. Tou úrovní myslím myšlené napětí, které by udělalo stejnou intenzitu svitu žárovky. Až tak tomu nerozumím a nejsem si jist, zda při úplném vytočení potenciometru je na výstupu stále přerušovaný signál nebo je tranzistor trvale sepnut a výstupní napětí je tak závislé pouze na úbytku na odporu tranzistoru.

Teoreticky 100%. Ale to by se ta 555-ka musela až zastavit při max. vytočení potenciometru. Reálně si myslím, že 99% ±. Na svitu to ale okem skoro nepoznáš. Ty “dorazy” jsou ošetřeny těmi diodami v koncích potenciometru. Pokud jednu stranu (diodu) zkratuješ, změní se trochu průběh a frekvence, ale zase bude doraz natvrdo. Tzn., že se PWM zastaví. Vyzkoušej a uvidíš sám.
Mikop

Tak to je úplně super. Kdybys řekl, že 95 % tak bych řekl jupíííí :slight_smile: protože 5 % určitě nepoznáš a 1 % už vůbec ne. Větší snížení jasu tam teda asi udělá samotný odpor tranzistoru než 555ka. Děkuji.

Místo toho BD911, můžeš zkusit např. tento mosfet - IRF540. Má odpor v sepnutém stavu 0,007 ohmu !!! Takže tepelná ztráta minimální. Když budeš hledat najdeš i lepší.
Mikop

Co se tyka toho MOSFETu,
a) Vetrela se ti tam jedna nula.
b) zrovna pro tuhle aplikaci neni moc vhodny, protoze neustalym spinanim a rozpinanim v prechodovem stavu hreje jako blazen a odpor neni ten deklarovany, ale muze byt i v ohmech. Pokud by to spinal jenom 555 tak je tam docela indukce a bylo by lepsi, kdyby tam mel driver.
Nicmene ten je docela drahy.

U mosfetů s nízkým odporem není problém jakási indukce, nýbrž kapacita GS. Ta je v jednotkách nF a zpomaluje spínání. To je důvod použití driveru, ten totiž dokáže dodat na okamžik jednotky A čímž sepnutí značně urychlí.

Sorry. Fakt jsem se o nulu uklepl. Datasheety uvádějí odpor v sepnutém stavu od 0,055 do 0,077 ohmu. Ale např. IRL2203N to splňuje. Ale je jen pro 30V. S tou kapacitou hradla to je pravda (datasheet uvádí 870 pF), ale provozoval jsem to kdysi na 555-ce pro motorek 80W a tranzistor byl studený. Možná by mu stačil driver z tranzistoru. Každopádně připomenu, že nikde není definován kmitočet PWM a zátěž je odporová - žárovky. Nevím, jak to vychází z těch schemat a nedokážu teď definovat, jak moc velký zpoždění při sepnutí a vypnutí to bude (datasheet Ton=60ns a Toff=50ns v ideálním stavu) , ale myslím, že to tak “horký” nebude. Každopádně si myslím.že bude mosfet tranzistor studenější než bipolar.
Mikop

U žárovek může být frekvence velmi nízká (stačí 100Hz) a pak se mosfet opravdu hřát nebude. Problém je jen u vyšších frekvencí, kde je doba nabíjení hradla a doba sepnutí/rozepnutí srovnatelná s periodou pwm.

Děkuji za plodnou diskuzi. Závěrem bych asi řekl, že ten MOSFET by stál za zkoušku. Tzn. zkusím a pokud zjistím, že moc hřeje nebo že mají žárovky i při plném vytočení trimru příliš nízký jas, tak ho vyměním za bipolární. Mám prosím zkusit ten IRF540 nebo raději nějaký jiný? Jestli bude jiný a lepší stát o dvacku více, tak mě to rozhodně nezabije :wink:.

Děkuji
Radim Musil

IRF540ZPBF 100V 36A 0.027Ohm 12.50Kč
IRFZ44NPBF 55V 49A 0.018Ohm 9.67Kč

Ceny jsou postaršího data, po aktuálních jsem nekoukal.

Dnes jsem koupil IRFZ44, děkuji piityy. Můžeš mi prosím říci, zapojuje se to stejně jako bipolár? Gate jako báze s rezistorem 56 ohmů, source jako emitor a drain jako kolektor?

Děkuji
Radim Musil

Tady to tak bude stačit, jen bez odporu. Možná bych dal paralelně mezi GS pro jistotu zenerku 15-18V.

Takže gate přímo na NE555 a ještě koupit zenerovu diodu. Fajn, moc děkuji.

Ještě k těm tranzistorům. Mám aplikaci, kde jako koncový tranzistor je Mosfet IRF3205. Jeho parametry jsou skoro neskutečné - 55V, 110A, 0,008ohmu (teď jsem se opravdu díval do datasheetu). Sice jsou to hodnoty “laboratorní”, ale cena je dobrá. Má sice trochu větší kapacitu hradla, jak to tu již bylo řečeno, ale při nižších frekvencích to nebude tak zlé. Ještě bych poznamenal, že pokud budeš používat těch žárovek více, tzn., že se zvětší odběr, doporučil bych paralelní řazení více kusů tranzistorů pro rozložení spínaného výkonu. Osobně si nedovedu představit 110A na nožičkách pouzdra TO220. Protože kapacity hradla se budou sčítat, bude zřejmě nutný ten budič.
Mikop

Větší odběr zatím nehrozí, ale naprostou náhodou jsem už o tom přemýšle kdyby se náhodou zvětšil odběr, tak co udělat a napadlo mě přesně stejné řešení, tzn. dát více tranzistorů na sebe (myšleno zapojit je paralelně). Kdybych to dělal, tak si samozřejmě nastuduji, co je to vlastně ten budič, protože v tuto chvíli nemám tušení :wink:. Děkuji Mikope.

Ahoj,
tak jsem se konečně dostal ke stavbě PWM regulátoru a postavil jsem ho přesně dle přiloženého schématu. Napájím to 12V a jediný rozdíl oproti schématu je v tom, že jsem dle předešlé diskuze vyměnil tranzistor za IRFZ44 a gate jsem připojil natvrdo (bez rezistoru 56 ohm) k vývodu NE555 č. 3 a na výstup jsem dal elektrolytický kondenzátor 470uF/16V (filtrace - aby to případně neblikalo). Nefunguje to.

Testuji to na žárovce, která dělá odběr asi 0,35A. Když vytočím jezdec potenciometru 50k do jedné z krajních podob, tak žárovka svítí na maximum. V druhé krajní poloze se svit sníží, ale jen opravdu malinko a spotřeba klesne asi o dvě setiny Ampér. Zapojení v tu chvíli malinko bzučí.

Když jsem si s tím hrál a neměl připojen potenciometr a zkratoval jsem jeden krajní vývod, který má jít k potenciometru s prostředním vývodem potenciometru (třetí vývod je ve vzduchu), tak žárovka úplně zhasne a zase při zkratu třetího vývodu s prostředním (první ve vzduchu) svítí na maximum. Říkám si tedy, zda není problém ve velikosti potenciometru a zda bych neměl použít potenciometr s větším odporem. Také si říkám, zda není problém v tom vyměněném tranzistoru.

Může mi prosím někdo poradit? Se zkoušením a se změnou zapojení mám teď už bohužel problém, protože to celé již mám na plošném spoji. Kdyby teda někoho prosím napadlo, v čem je chyba, abych to nemusel do nekonečná pájet a zkoušet možnosti, byl bych moc vděčen.

Děkuji Vám.

Radim Musil