Fonte de Alta Tensão Ajustável Valvulada

[raphaelCoelho]

Montei a fonte hoje, consegui regular em 250 V e em 50 V com um arranjo de resistores e uma chave alavanca spdt ao invés do potenciômetro (testei um potenciômetro e consigo ajustar, mas só preciso de 250 e 50 volts).
Fiz a fonte que é usada na tensão de placa do sussex. O único porém é que a fonte fica um pouco nos 250 V e depois vai subindo aos poucos, não consegui ver/medir até que tensão ela vai, pois tive que sair, quando desliguei ela estava em 265 V.
A única carga na saída da fonte é o próprio multimetro.

Depois coloco uma foto do esquema dela, mas é praticamente igual a fonte do sussex.
-----Segue abaixo o esquema usado. O transformador é de 300 Vac, o mosfet é o IRF840 e o transistor MPSA42.


-----Por fim retirei aqueles dois zeners de 130 v e 120 v (o de 120v tava medindo 160v) e coloquei 4 de 56 v e 1 de 27 v, em série, o que deveria dar 251 v.
Em 10 minutos ligado a tensão de saida subiu de 250 v para 263 v, medindo zener por zener, obtive em todos os zeners de 56 v, o valor de 59 v e o zener de 27 v se manteve no valor correto.
Medi zener a zener duas vezes, e na primeira medida, onde a tensão de saida tava 257 v, o valor nos zeners de 56 v variou entre 57 v e 58 v.
Usei zeners de 1W e eles não aquecem.
To desconfiado desses zeners, porém só tem uma loja na cidade e vão me vender os mesmos se for trocar eles.
Vou tentar com zeners de 1/2W, esses eles tem muitos valores diferentes lá.
Tava lendo a mensagem antes de postar, e o valor da saida se manteve em 253 v, a fonte está ligada a 22 minutos...

[A.Sim]

Q3 está com coletor e emissor invertidos entre si.

[raphaelCoelho]

Q3 está com coletor e emissor invertidos entre si.

Desculpem, esqueci de dizer, como não achei o mpsa42 no eagle, usei outro transistor, e para a imagem da placa ficar com o transistor na posição certa (pinagem do que usei é ao contrario) eu inverti no esquema. Na montagem está o coletor no gate e o emissor conectado ao resistor de 100R.

Desliguei a fonte depois de 25 minutos ligada, a tensão ficou estavel em 263V, os zeners de 56v todos com 59v o de 27v estava correto. Todos eles de 1w e depois desses 25 minutos ligado, sem nenhuma carga, os zeners estavam mornos. Vou repensar o uso de zeners de 1/2 w. Talvez eu use esses e coloque um trimpot, desses multivoltas, no lugar do resistor de 1M como fez o Hgamal. Só não tenho certeza se não tem problema ser um trimpot, pela potência dissipada (pelo que me parece é quase nada, mas vai saber...)
A corrente máxima que vou precisar usar é de 150mA (37,5W), e o tempo de uso não é muito longo, algo como 5 ou 10 minutos com intervalos de mesmo tempo entre o uso. Na maioria dos casos, vai ser usado por 5 ou 10 minutos durante o teste e depois desligado.
-----O problema é nos zeners de 56V mesmo. Eu usei 4 de 56v que deveria totalizar 224V, mas como eles estão medindo 59V estão totalizando 236V. Soma com o de 27V vai para 263V. Substitui o diodo de 27V por um de 15V e pimba, tensão de saida em 251V faz algum tempo já.
Preciso arrumar um bom fornecedor de semi condutores no pais, infelizmente depois que a farnell fechou as portas, eu não faço idéia de onde comprar com segurança (compro do Daniel com a certeza de ser peças originais, mas o estoque dele é voltado para os pedais e amplificadores). Se alguém souber uma loja que seja seguro comprar, por favor, compartilhe aqui...
Logo vou ligar uma carga para ver o comportamento da tensão de saida. Posto aqui o resultado.
-----Liguei uma valvula 12ax7 e a tensão demorou um pouco a mais para estabilizar, mas estabilizou em 251V.
Com uma tensão de grade de -2V a corrente de placa foi 1,33mA, a válvula tá com a emissão muito boa.
Amanhã vou ver se acho um soquete octal e vou colocar uma 6L6 ou kt88, cujas correntes na placa é na faixa dos 70mA e 140mA respectivamente, e assim verificar se a tensão de saida vai se manter em 250V.

[xformer]

Amanhã vou ver se acho um soquete octal e vou colocar uma 6L6 ou kt88, cujas correntes na placa é na faixa dos 70mA e 140mA respectivamente, e assim verificar se a tensão de saida vai se manter em 250V.

Só lembre que o circuito de proteção de corrente de saída está programado para começar a atuar com 125 mA  ou pouco menos (0,6 V dividido por 4,8 ohms que é a equivalente de 10R 10R 220R e 270R em paralelo). Então com 140 mA não vai manter a tensão. E talvez você precise diminuir o resistor de 1M que liga a referência de tensão ao gate do MOSFET.  Qualquer microampére que o MPSA42 conduzir, derruba a tensão no gate em valor considerável.

[raphaelCoelho]

Amanhã vou ver se acho um soquete octal e vou colocar uma 6L6 ou kt88, cujas correntes na placa é na faixa dos 70mA e 140mA respectivamente, e assim verificar se a tensão de saida vai se manter em 250V.

Só lembre que o circuito de proteção de corrente de saída está programado para começar a atuar com 125 mA  ou pouco menos (0,6 V dividido por 4,8 ohms que é a equivalente de 10R 10R 220R e 270R em paralelo). Então com 140 mA não vai manter a tensão. E talvez você precise diminuir o resistor de 1M que liga a referência de tensão ao gate do MOSFET.  Qualquer microampére que o MPSA42 conduzir, derruba a tensão no gate em valor considerável.

Xformer, muito obrigado pelo retorno!
Eu ja tinha até comprado uns resistores de 10R por 2W a mais, ontem antes de encerrar eu já tinha substituido o de 270R por mais um de 10R, a resistência equivalente ficou por volta de 3R3 e o circuito de proteção vai começar a atuar com aproximadamente 180mA.
Quanto ao resistor de 1M que tu te refere é o que vai em série com o de 10K? Eu não tinha me atentado a esse resistor, qual seria um valor mais "ideal" pra esse arranjo na proteção?

[xformer]

Sim, é esse resistor de 1M ohms em série com o de 10k. É que sem o circuito de proteção, o MOSFET em sí só precisa de tensão no gate para conduzir, nada de corrente, então o resistor de 1M nem conduziria corrente e portanto não haveria queda de tensão sobre ele. Mas com o transistor de proteção, qualquer corrente que ele conduzir, mesmo bem pequena, faz a tensão no gate cair porque começa a passar corrente no resistor de 1M (se passar 10 uA, nele vai ter uma queda de 10 V).

Na datasheet não tem muita informação para fazer uma estimativa de quanto deve ser o resistor. Veja este gráfico:



Na curva de 25 °C de temperatura ambiente, o MPSA42 pode conduzir 1 mA se o Vbe for de aproximadamente 0,63 V.  Então é bem mais do que os 250 uA de corrente que passaria pelo resistor de 1M (e derrubaria toda a tensão de gate) sem considerar o resistor de 10k e a tensão Vce do MPSA. Talvez seja melhor deixar só o resistor de 10k (ou fazer alguns experimentos e ir trocando o resistor de 1M por valores menores até achar um valor satisfatório).

[raphaelCoelho]

Sim, é esse resistor de 1M ohms em série com o de 10k. É que sem o circuito de proteção, o MOSFET em sí só precisa de tensão no gate para conduzir, nada de corrente, então o resistor de 1M nem conduziria corrente e portanto não haveria queda de tensão sobre ele. Mas com o transistor de proteção, qualquer corrente que ele conduzir, mesmo bem pequena, faz a tensão no gate cair porque começa a passar corrente no resistor de 1M (se passar 10 uA, nele vai ter uma queda de 10 V).

Na datasheet não tem muita informação para fazer uma estimativa de quanto deve ser o resistor.

Na curva de 25 °C de temperatura ambiente, o MPSA42 pode conduzir 1 mA se o Vbe for de aproximadamente 6,3 V.  Então é bem mais do que os 250 uA de corrente que passaria pelo resistor de 1M (e derrubaria toda a tensão de gate) sem considerar o resistor de 10k e a tensão Vce do MPSA. Talvez seja melhor deixar só o resistor de 10k (ou fazer alguns experimentos e ir trocando o resistor de 1M por valores menores até achar um valor satisfatório).

Xformer, muito obrigado.
Vou deixar o circuito exatamente como está e conectar a maior carga possivel que no caso vai ser uma EL34 (não achei nenhuma kt88 nem 6550 nas minhas sucatas). Vou ver como vai se comportar a tensão no gate do mosfet, e ir ajustando o resistor de 1M conforme tu sugeriu.

Pensei em usar um resistor de 1K5 ohms mas a potência dissipada é muito alta. Posso tentar um arranjo ligando duas valvulas, deve passar um pouco do valor da corrente das kt88 e 6550, o que seria otimo.

[xformer]

Não vá queimar a EL34. A potência de dissipação na placa  é de 25 W. Portanto com 250 V na placa e na screen,  a corrente de placa só até 100 mA. Tem de deixar a grade de controle com -15 V.

[raphaelCoelho]

Não vá queimar a EL34. A potência de dissipação na placa  é de 25 W. Portanto com 250 V na placa e na screen,  a corrente de placa só até 100 mA. Tem de deixar a grade de controle com -15 V.

Exato, a idéia entrar os valores tipicos descritos no datasheet.

Liguei uma 6L6 aqui, leva uns 3 minutos até a tensão chegar nos 250V e a corrente drenada na placa+screen foi de 25mA.
Pude medir indiretamente a transcondutância também.
No final das contas, aproximadamente 5 minutos ligado, até estabilizar e anotar os resultados, Ip+Is = 25mA, o que já foi suficiente (tempo e corrente) pro aquecimento do conjunto mpsa92 e zeners (mas ai o problema deve ser a tensão de entrada, aproximadamente 400Vdc) e também o aquecimento do mosfet.

A demora na estabilização, pra saida da fonte chegar aos 250V pode estar relacionada ao resistor de 1M?

Vou testar agora com a EL34 e ver o comportamento, depois eu troco o resistor (vou soldar algum em paralelo sobre ele) para teste.
-----Com a EL34, depois de 3 minutos ligado (levou 2 minutos pra tensão estabilizar) o resultado foi esse:

O multimetro a esquerda é TRMS e novo, o amarelo tá medindo a tensão placa-catodo e o display é a tensão negativa da grade.
Esses 3 minutos com essa corrente de aproximadamente 80 mA foi suficiente para aquecer bem o mosfet. O regulador da entrada aqueceu também, mas enquanto o transformador certo não ficar pronto, paciência.
Deve ser por isso que o sussex tem um pequeno cooler sobre o dissipador do mosfet. Ja calculei o transformador com um enrolamento de 12 V 0.3 A para alimentar o cooler e espero que usando um transformador com 200 Vac no secundário o circuito de entrada se mantenha mais frio, pois ele vai baixar de 280 V para 250 V.

Vou reduzir o resistor de 1M e ver se vai alterar o tempo de estabilização e o valor da tensão ht.
-----Feita a alteração, no lugar dos resistores de 1M e 10K ficou uma resistência equivalente de 190K. A demora na estabilização segue a mesma. Se eu tiro o cabo do amperimetro (desligo a valvula) a tensão sobe 2V. Isso com ou sem a valvula ligada.
Vou deixar somente o resistor de 10K pra ver o que acontece.

[A.Sim]

Sugestão de circuito estável:



Usa MPSA42, MOSFET de potência e um TL431. Dimensionar o divisor resistivo no source do MOSFET para dar uns 25...30 V sobre o TL431 e 2,5 V no terminal REF, à tensão de saída desejada. Pode ser que seja necessário colocar uns capacitores de compensação de frequência entre coletor e base, e/ou entre catodo/ref. Dimensionar o resistor no gate do MOSFET para proporcionar uns 200..300 uA no TL431.

[raphaelCoelho]

Mesmo com os 10k no lugar do 1M+10K, a demora é a mesma para estabilizar. Pelo que pude entender, é quase a mesma demora que se tivesse sem carga, sem carga leva um tempo pouco menor.
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Sugestão de circuito estável:


Usa MPSA42, MOSFET de potência e um TL431. Dimensionar o divisor resistivo no source do MOSFET para dar uns 25...30 V sobre o TL431 e 2,5 V no terminal REF, à tensão de saída desejada. Pode ser que seja necessário colocar uns capacitores de compensação de frequência entre coletor e base, e/ou entre catodo/ref. Dimensionar o resistor no gate do MOSFET para proporcionar uns 200..300 uA no TL431.

Tem uma versão dessa fonte com o TL431, uma versão mais recente do sussex. Pensei em fazer ela, mas ja tinha todos os componentes desta que montei e o TL431 não tem no comércio aqui 
De toda forma, o que tá me incomodando é essa demora (1~2 minutos) até estabilizar a tensão. Depois que entra "em regime permanente" ela não muda, mas o tempo transiente tá muito longo....

[xformer]

A tensão que é aplicada no gate é basicamente a tensão no capacitor de 47 uF limitada pelos zeners. A fonte de corrente é que determina o tempo de carga do capacitor.
Se a queda de tensão em cada diodo 1N4148 for de 0,65 V, vamos ter 1,95 V no total, que descontada da tensão Vbe do transistor PNP, fica 1,3 V. Essa é a tensão que sobra para o resistor de 470R e determina a corrente da fonte, assim 1,3 V / 470 = 2,76 mA.  Essa é a corrente constante que vai carregar o capacitor.  No capacitor deverá chegar a uma carga de 47 uF x 250 V = 11,75 mC (milicoulombs), assim o tempo para carregar seria de 11,75 mC / 2,76 mA. Um mA é igual a 1 mC/s, assim o tempo de carga seria 4,26 s. Esse tempo é bem pouco frente ao que se verifica na realidade.

Eu considero que essa corrente só vai ter fuga pelo resistor de 1M que está em paralelo com o capacitor (mas que no máximo vai drenar 250 uA) e pelo outro resistor de 1M + 10k e em seguida passando pelos zeners de 15 V.  Pelos zeners que formam o "zenerzão" de 250 V não deveria passar nada, já que ainda não atingiram a tensão reversa de condução.

Experimente levantar o resistor de 1M (checa se é mesmo de 1 Mohms) que está em paralelo com o capacitor e os zeners de 15 V entre o emissor e coletor do NPN (nem sei qual a função dos zeners ali) pra eliminar possíveis escapes da corrente de carga do capacitor.
Outra opção seria aumentar a corrente da fonte de corrente, diminuindo o resistor de 470R ligado no emissor do MPSA42 ou colocar um zener no lugar dos 3 1N4148 e aumentar a tensão gerada ali.

Ou tira logo esse capacitor de 47 uF (ou diminua para algo na casa dos 100 nF e assim não precisa do resistor bleeder de 1M em paralelo), que em tese a tensão no gate chega instantaneamente a 250 V.

[A.Sim]

... e o TL431 não tem no comércio aqui 

Tem em praticamente qualquer fonte chaveada, de ATX a carregador de celular. É só pegar uma na sucata.

[raphaelCoelho]

Boa tarde pessoal.
Seguindo com a montagem, quando achei que o projeto estava "pronto", resolvi colocar uma válvula maior que as que eu estava testando (no caso uma EL34). A medida de corrente na placa já aferida, medindo alguns triodos, algumas 6L6 e quando passei para algumas EL34 que identifiquei o problema. O miliamperimetro, quando a corrente passa de 50~60 mA, cai o valor da medida rápidamente e volta, sucessivamente. A medida na volta, está compatível com a medida no multimetro TRMS. O miliamperimetro e o multimetro estão em série com a placa da valvula.
Eu tentei colocar um capacitor de 1, 10, 47 e 100 uF em paralelo com o shunt de 1 ohm, mas nada mudou. Também coloquei um soquete novo e depois troquei os dois "lcd meter" de lugar (reconfigurando eles).
Segue uma foto:



Nessa foto dá pra ver que o valor medido no multimetro é o mesmo do miliamperimetro.

Abaixo deixo um link de um video rápido que fiz do problema:

https://youtu.be/1JyhHUrDilg

Se alguém tiver alguma idéia do que possa estar acontecendo, agradeço.

A única coisa que ainda não troquei foi o resistor shunt de 1 ohm, pois não tenho outro para colocar.


-----Ainda em tempo, o modelo dos "lcd meter" é PM-438.
Cheguei a pensar que algo pudesse estar com mal contato e que esse painel fosse mais rápido que o multimetro, então troquei os multimetros e eles seguiram medindo corretamente enquanto o miliamperimetro continuou dando problemas. Também eliminei as chaves da ligação para não ter essa dúvida.
-----Fiz um teste rápido agora, variando a tensão na G1 da EL34 e pude observar que setando a corrente na placa até 48 mA o miliamperimetro não oscila na medida. De 49 mA pra cima, já começa a oscilar.... Quanto maior a corrente a placa, mais rápido e maior o valor da oscilação. Chega a cair de aproximadamente 100 mA para 5 ou 6 mA (mas não é constante, as vezes oscila pra 60 mA).
-----

[Ramsay]

Será que a fonte não estaria conseguindo suprir a alta demanda da corrente de filamento da EL34 que é de 1.5 A contra 0.9 A da 6L6?