LM309 jako regulator prądu

[Furman Zenobiusz]

Tak sobie kombinuję nad dość prostym zasilaczem dla żarzenia lamp serii P. Do dyspozycji mam napięcie stałe 60V, co pozwala mi połączyć kilka mniejszych lamp w szereg i stabilizować prąd.
Ponieważ mam w szafie całe pudełko starych LM309 w obudowach TO-3, pomyślałem, że może przeszłaby taka aplikacja:

LM309 jako stabilizator prądu.

Tylko teraz zastanawiają mnie co najmniej dwie rzeczy:

- Czy jedyne napięcie jakim mam się przejmować, to spadek napięcia na LMie ? Zdrowy rozsądek tak podpowiada, w takim razie LMa szlag może trafić najwyżej przy zwarciu lub dużym przeciążeniu gdzieś za nim, pracując ze spadkiem rzędu kilku woltów (długość i sumaryczne napięcie szeregu lamp dobrane tak, żeby za dużo mocy na stabilizatorze nie tracić) powinien być dość bezpieczny.

- Skąd wziąść wartość rezystora ? PDF milczy na ten temat, czyżby trzeba było dobrać eksperymentalnie pierwszą wartość, a następnie liczyć z proporcji ?

W ogóle czy to ma sens na dłuższą metę, używał ktoś takiego rozwiązania ? Wprawdzie ryzyko prawie żadne i chyba się połakomię na testy, ponieważ nawet w razie zwarcia w układzie szereg lamp powinno dać się łatwo zabezpieczyć - chociażby bezpiecznikiem 630mA.

[OTLamp]

Zdrowy rozsądek tak podpowiada, w takim razie LMa szlag może trafić najwyżej przy zwarciu lub dużym przeciążeniu gdzieś za nim, pracując ze spadkiem rzędu kilku woltów (długość i sumaryczne napięcie szeregu lamp dobrane tak, żeby za dużo mocy na stabilizatorze nie tracić) powinien być dość bezpieczny.

Nie tylko wtedy. Zauważ, że zimne włókna lamp mają mały opór i tuż po włączeniu LM może dostać napięcie bliskie napięciu zasilania. Będzie to sytuacja zbliżona do chwilowego zwarcia.

- Skąd wziąść wartość rezystora ? PDF milczy na ten temat, czyżby trzeba było dobrać eksperymentalnie pierwszą wartość, a następnie liczyć z proporcji ?

R=Ustab/Iźr=5V/Iźr

gdzie
Ustab - znamionowe napięcie wyjściowe stabilizatora (dla LM309 5V)
Iźr - prąd źródła prądowego

[traxman]

Pierwsze włączenie, gdy napięcie zasilania będzie większe niż 35V, LM zniknie....
Dłuższe łańcuchy PCL'ek trzeba traktować indywidualnie i albo szukać wersji HV137 (60V) albo przeskoczyć na LT/TL783 - ale też trzeba uważać, bo ten typ, akurat łatwo zepsuć - a tani nie jest.
Najbezpieczniej jednak poskładać źródło prądu z elementów dyskretnych.

[OTLamp]

Myślę, że można zabezpieczyć go jakąś mocną diodą Zenera na 27-33V*, a w przewód wejściowy stabilizatora wstawić odpowiedni bezpiecznik na wypadek całkowitego zwarcia. Ale to tylko w sytuacji, gdy koniecznie chcesz użyć akurat tych stabilizatorów.

*były takie polskie, przykręcane, wytrzymywały chyba 3A prądu i miały moc dopuszczalną 5W z odp. radiatorem - BZP620, no i jak by to rzekł T.J., tworzyłyby z tym LM309 w obudowie TO3 koszerną parę.

[traxman]

Wystarczy dobrać transil 33V to typowe napięcia lub coś z diod zenera 1Nxxxx

[Furman Zenobiusz]

A czy niewielki rezystor od strony zasilania trochę nie wspomógłby startu ? Późniejsze 0.3V spadku napięcia przy znamionowym prądzie, na każdy 1Ohm rezystora, to nie jest straszna tragedia, a powinno zredukować znacząco udary prądowe i napięciowe przy włączeniu.

Co ciekawe, mam od LMów tej serii dwie instrukcje - PDFa dostępnego chyba w pierwszym linku z gogli i praktycznie to samo z pudełka, producent wstydził się tam chyba podać maksymalny prąd - piszą tylko 'greater than 1A'.

Z diodą zenera niezły patent. Tych polskich starych mam dość dużo, ale chyba same niskonapięciowe. Natomiast coś z serii 1N53xx o napięciach między 20 a 30V powinienem mieć, mają teoretycznie 5W więc pewnie impuls prądu wytrzymają.

[Tomasz Gumny]

Dopuszczalne napięcie zasilania wynosi 35V, zatem skoro Vout=5V, można założyć, że różnica Vin-Vout powinna być mniejsza od 30V. Przy zasilaniu z 60V i 300mA, zimne grzejniki powinny mieć więcej niż 100R, w przeciwnym wypadku LM309 mógłby ulec uszkodzeniu. Dlatego proponuję dodać diodę Zenera większej mocy lub nawet transila ograniczającego różnicę napięć na LM309 w momencie załączenia..
LM309 stabilizuje 5V, zatem taki spadek napięcia należy przyjąć na rezystorze R1. Wypada przy tym uwzględnić prąd "upływu" z nóżki 3, który wynosi typowo 5mA.

[OTLamp]

Z drugiej jednak strony wadą zabezpieczenia poprzez transil/diodę Zenera będzie udar prądowy tuż po włączeniu - lampy będą błyskać.

[Furman Zenobiusz]

Nie powinno być tak strasznie, ponieważ różnica napięcia wymaganego dla szeregu lamp i wyjściowego napięcia za prostownikiem nie będzie aż tak duża. Myślę, że 10V maksymalnie. Gorzej z tym, że trafo jest dość spore i zapewne ma niską rezystancję wewnętrzną, czyli chwilowo będzie w stanie dostarczyć sporo prądu.
Teoretycznie mógłbym nawet zbić to szeregowym rezystorem, ale stabilizator bardziej mi się podoba - po dobraniu wysokiej jakości rezystora w obwodzie stabilizatora pewnie można będzie mieć nadzieję, że niezależnie od wstawionych egzemplarzy lamp (które pewnie będą miały jakiś niewielki rozrzut rezystancji włókien) 300mA +/- maksymalnie kilka procent zawsze tam będzie.

Co do koszerności - do zestawu mam jeszcze fajne stare diody DK61 i DK63 i chyba trochę nowsze BYP 680/500. Niestety rozmiarami mi trochę nie pasują, ale może coś znajdę ładnego z ruskich. Ewentualnie mostek WS06 chyba też pasuje klimatem.

[Thereminator]

Trzeba pamiętać przy takiej aplikacji układu, aby odizolować jego obudowę i radiator od masy.

[Furman Zenobiusz]

Jestem już po testach prototypów. Wychodzi taki trochę bieda-stabilizator, ale nie jest wcale źle.

Pierwsza sytuacja - napięcie wejściowe w granicach gwarantowanego bezpieczeństwa stabilizatora dajmy na to 40V. Spokojnie zasili każdą lampę z serii P wymagającą napięcia <34V*, co prawda przy lampach wymagających mniejszego napięcia (jak np. EF80) straty są duże, ale w pewnych sytuacjach można sobie na to pozwolić (np. urządzenie do mierzenia lamp, które składam powoli).
Dla pojedyńczej lampy jest to układ typu dwa w jednym - stabilizowany prąd i miękki start, włókna rozgrzewają się powoli, żadnych udarów. Nawet taka malutka lampa jak EAA91 rozżarza się około 30 sekund do momentu aż wzrost napięcia się zatrzyma, a więc temperatura się stabilizuje.

Druga sytuacja - wyższe napięcie wejściowe i szereg lamp. Tutaj niestety jest trochę gorzej i zabezpieczenie stabilizatora jest konieczne.
Z diodą 33V uderzenie prądu pali bezpiecznik 630mA, 1A już wytrzymuje ale widać, że w momencie włączenia ma chęć się przepalić - drucik się odkształca na ułamek sekundy prawdopodobnie pod wpływem gwałtownego wzrostu temperatury. Trochę szkoda lamp, więc trzeba znaleźć jakiś sposób na łagodniejszy start.



* - minimalny spadek na takim stabilizatorze prądu to niestety ponad 6V, można trochę zminimalizować wybierając 'gorszy' stabilizator. Udało mi się z kilkunastu sztuk wybrać taki, którego napięcie wyjściowe to 4,72V tak więc zawsze te 0,28 do przodu. Na samej strukturze układu trzeba liczyć około 1,25V.


Tak przy okazji, jak to jest w końcu z lampami 6,3V/300mA - konieczne jest napięcie równe 6,3V czy prąd równy 300mA ? W parze jakoś to niezbyt idzie, bo dla dwóch pierwszych z brzegu przy 300mA miałem 5,95 i 6,1V.

[Tomasz Gumny]

Z diodą 33V uderzenie prądu pali bezpiecznik 630mA, 1A już wytrzymuje

Zostaw diodę Zener, ale dodaj rezystor szeregowo ze stabilizatorem (tak jak ktoś już sugerował). Powinno się dać dobrać taką wartość, żeby ograniczyć udar na początku i spadek napięcia po nagrzaniu.
Chyba trochę za bardzo uparłeś się na te LM309. Na jednym tranzystorze mocy, LED-zie, kondensatorze i dwóch(?) rezystorach można zrobić źródło prądowe z łagodnym startem...

Chociaż w tym wypadku łagodny start (kondensator) będzie zapewne zbędny...

[Furman Zenobiusz]

Po prostu lubię wykorzystywać to, co akurat mam w szpargałach. Odpowiednie tranzystory co prawda też by się znalazły, ale zawsze mogą się przydać do czegoś innego. Natomiast LM309 pasuje tu jak ulał i to przy całkowicie minimalistycznej liczbie elementów na stabilizator, wynoszącej 2szt. Jeden gotowy układ zostawiam już na stałe do testowania lamp. Przy napięciu wejściowym 40V nie boi się nawet zwarcia na wyjściu, przy którym dalej mam 300mA prądu, tylko kosztem 10W zamienianych w ciepełko na radiatorze.

EDIT: a jest pewien haczyk, co może być wadą jak i zaletą.
Włączenie najpierw zasilania stabilizatora, a następnie obciążenia, skutkuje zablokowaniem wyjścia - napięcie na nim wynosi 0,05V i pomaga jedynie chwilowe wyłączenie zasilania.
To samo przy starcie ze zbyt dużym obciążeniem - układ się od razu blokuje.

[Tomasz Gumny]

Włączenie najpierw zasilania stabilizatora, a następnie obciążenia, skutkuje zablokowaniem wyjścia - napięcie na nim wynosi 0,05V i pomaga jedynie chwilowe wyłączenie zasilania.
To samo przy starcie ze zbyt dużym obciążeniem - układ się od razu blokuje.

Z pierwszym można spróbować walczyć dodając niewielkie wstępne obciążenie, ale oba objawy praktycznie wykluczają układ z zastosowań warsztatowych - szkoda lamp.
Co oznacza "zbyt duże obciążenie" dla źródła prądowego?

[Furman Zenobiusz]

Po prostu gdy rezystancja obciążenia jest zbyt niska, układ od razu przy włączeniu zasilania się blokuje. Dzieje się tak tylko przy wysokim napięciu zasilania. Może wewnętrzna rezystancja termiczna jest za duża i gwałtowny wzrost temperatury powoduje reakcję układu zabezpieczenia termicznego ?

W każdym razie nie jest to problem nawet z jedną lampą 'P'.