0-40V Регулируема верига за захранване - Урок за строителство

Това многофункционално захранване с общо предназначение генерира до 2,5 ампера от нула до 20 волта или до 1,25 ампера от 0-40 волта. Ограничаването на тока е променливо в целия диапазон и за двете изходни опции.

От Trupti Patil

Основни характеристики на захранването:

ИДЕАЛНОТО ЗАХРАНВАНЕ трябва да осигурява напрежение, което е променливо в широк диапазон и което остава в зададеното напрежение, независимо от линейното напрежение или разликите в товара.

Захранването трябва също така да бъде защитено от късо съединение през целия си изход и да може да ограничава тока на натоварване, за да се гарантира, че устройствата не са повредени от неизправност.

Този конкретен проект обяснява захранване, проектирано да доставя 2,5 ампера при до 18 волта (до 20 волта при по-ниски токове). В същото време няколко основни модификации ще направят захранването да предлага до 40 волта при 1,25 ампера.

Захранващото напрежение се регулира между нула и „най-високото налично, а ограничаването на тока може също да се регулира в предвидения пълен диапазон. Режимът на работа на захранването се показва с помощта на два светодиода.

Този в близост до копчето за управление на напрежението показва дали устройството е в нормална настройка за регулиране на напрежението, а този близо до копчето за ограничаване на тока показва дали устройството е в режим на ограничение на тока. Освен това голям измервателен уред показва тока или напрежението, избрани от превключвател.

ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ДИЗАЙНА

Докато в нашите предварителни етапи на проектиране ние изследвахме различни видове регулатори и положителните аспекти и недостатъци на всеки, за да можем да изберем този, който дава най-добрата рентабилна функционалност. Конкретните стратегии и техните характеристики могат да бъдат обобщени, както следва.

Шунтовият регулатор:

Това оформление ще работи предимно за източници на ниско захранване около 10 до_15 вата. Той предлага отлично регулиране и е вътрешно устойчив на късо съединение, но разсейва пълния обем мощност, с която е оборудван да работи при условия на празен товар.

Серийният регулатор.

Този регулатор е подходящ за източници със средна мощност около 50 вата.

Той може и е предназначен за по-високи захранвания, въпреки че разсейването на топлината може да е проблем, особено при много висок ток с ниско изходно напрежение.

Регулирането е чудесно, като цяло има малък изходен шум и разходите са сравнително минимални.

SRC регулатор:

Идеален за целите със средна до голяма мощност, този регулатор осигурява ниско разсейване на мощността, въпреки че пулсациите на изхода и времето за реакция не са толкова добри, колкото тези от сериен регулатор.

SCR предрегулатор и сериен регулатор.

Най-добрите характеристики на SCR и серийните регулатори са събрани заедно с този вид захранваща схема, използвана за приложения със средна до голяма мощност. Използва се SCR предрегулатор за осигуряване на грубо регулирано захранване с около пет волта по-голямо от препоръчаното, придружено от подходящ сериен регулатор.

Това намалява загубата на мощност в серийния регулатор. Изграждането му обаче е много по-скъпо.

Превключващ регулатор.

Прилагана също за приложения със средна и висока мощност, тази техника осигурява достъпна регулация и разсейване на ниска мощност в регулатора, въпреки това е скъпа за конструиране и притежава високочестотна пулсация на изхода.

Импулсно захранване.

Най-успешната техника от всички, този регулатор коригира мрежата, за да работи с инвертор на 20 kHz или дори повече. За понижаване или повишаване на напрежението обикновено се използва евтин феритен трансформатор, изходът от който се коригира и филтрира, за да се получи предпочитаният DC изход.

Регулирането на линията е много добро, но със сигурност има и недостатъка, че не може удобно да се прилага като променлив източник, тъй като е просто адаптивно в относително по-малък диапазон.

НАШИЯ СОБСТВЕН ДИЗАЙН

Първоначалният ни принцип на проектиране беше за захранване от около 20 волта при изход от 5 до 10 ампера.
След като каза, че в светлината на сортовете регулатори, които са лесно достъпни, както и на разходите, беше избрано ограничаването на тока до около 2,5 ампера.
Този подход ни помогна да използваме сериен регулатор, най-рентабилният модел. Необходима е добра регулация, заедно с регулируема функция за ограничаване на тока, плюс допълнително беше избрано, че захранването може да бъде работещо до практически нула волта.

За да се получи окончателната квалификация, е необходима отрицателна релса за захранване или компаратор, който може да работи, използвайки входовете си при нула волта. За разлика от използването на релса за отрицателно захранване, взехме решение да работим с операционен усилвател CA3l30 IC като сравнителен.

CA3l 30 се нуждае от едно захранване (максимум 15 волта) и в началото използвахме резистор и l 2 волта ценер, за да получим захранване от 12 волта. Тогава референтното напрежение беше създадено от този ценерови източник от още един резистор и 5 волтов ценер.

Смяташе се, че това би представлявало адекватна регулация за еталонното напрежение, но на практика изходът от токоизправителя беше идентифициран да се променя от 21 до 29 волта плюс някои от пулсациите и превключването на напрежението, които се извършват над 12 волта ценера, в резултат на се отразява в 5-волтовия ценеров еталон.

Поради тази причина 12-волтовият ценер е заменен от lC регулатор, който отстрани проблема.

С всички серийни регулатори серийният изходен транзистор от характеристиките на оформлението трябва да разсейва много енергия, особено при ниско изходно напрежение и висок ток. За този фактор респектиращият радиатор е важна част от структурата.

Промишлените радиатори са изключително скъпи и често предизвикателни за закрепване. В резултат на това създадохме собствен собствен радиатор, който беше не само по-достъпен, но и функционираше много по-добре от комерсиалния вариант, за който бяхме мислили - по-лесен за прикачване.

Независимо от това при пълно натоварване радиаторът продължава да работи топъл, както и трансформаторът. а при силни токове при ниско напрежение транзисторът дори може да стане твърде пищящ, за да се докосне.
Това е доста нормално, тъй като транзисторът в тези ситуации остава да функционира в избрания от него температурен диапазон.

Заедно с всяко изключително регулирано снабдяване, стабилността може да представлява трудност. За този мотив са включени режимът на регулиране на напрежението, кондензатори C5 и C7, за да се намали усилването на контура при високи честоти и следователно да се избегне трептенето на захранването.

Стойността на C5 е избрана за идеално спестяване между стабилност и период на реакция. Когато стойността на C5 е твърде ниска, скоростта на реакция се увеличава.

Съществува обаче по-голяма възможност за липса на стабилност. Ако прекомерното време за реакция е неправомерно увеличено. В режим на текущ лимит идентичната функционалност се допълва от C4 и се прилагат същите мнения, както при сценария на напрежението.

Тъй като захранването има способността да има относително висок токов изход, несъмнено може да има някакъв спад на напрежението върху окабеляването към изходните клеми. Това се компенсира чрез усещане на напрежението на изходните клеми чрез независим набор от проводници.

Въпреки че основното захранване беше направено за 20 волта при 2,5 ампера, в крайна сметка се препоръчва точно същото захранване да бъде свикнало да подава 40 волта при 1,25 ампера и че това може да е по-подходящо за много крайни потребители.

Това може да се постигне чрез промяна на настройките на токоизправителя и чрез промяна на няколко компонента. Някаква идея беше дадена за създаване на захранване с възможност за превключване, но допълнителните сложности и цената бяха по такъв начин, че това не беше пренебрегнато като изгодно.

Следователно трябва основно да изберете конфигурация, която отговаря на вашето търсене и да изградите предлагането, ако е необходимо.

Достъпното максимално регулирано напрежение е ограничено евентуално от прекалено намалено входно напрежение към регулатора (с повече от 18 волта и 2,5 ампера) или може би от съотношението R14 / R15 и от стойността на еталонното напрежение. (Изход = R14 + R15 / R15) V ref

Поради допустимото отклонение на ZD1, пълните 20 волта (или 40 волта) вероятно не са достъпни. Ако се идентифицира като ситуация, R14 трябва да се увеличи до следващата предпочитана стойност.

Еднооборотни потенциометри са дадени за регулиране на напрежението и тока поради факта, че те са достъпни. Независимо от това, ако е необходима точна стабилност на управлението на напрежението или тока, трябва да се приложат като заместител потенциометри с десет оборота.

КАК РАБОТИ

240-волтовата мрежа се понижава до 40 Vac през трансформатора и, въз основа на която е разработено захранването, се коригира до 25 или 5 Vdc.

Това напрежение всъщност е умерено, тъй като действителното напрежение ще бъде различно между 29 волта (58 волта) при празен ход до 21 волта (42 волта) при пълно натоварване.

И в двата случая се използват еднакви филтърни кондензатори. Те са прикрепени паралелно за вашия вариант от 25 волта (5000uF) и в серия, предназначени за модела от 50 волта (1250uF). В модела от 50 волта централният кран на трансформатора ще бъде свързан към централния кран на кондензаторите, което гарантира точно напрежение. споделяне между кондензаторите. Тази настройка допълнително предлага захранване от 25 волта към регулатора lC.

Регулаторът на напрежението е по същество сериен тип, при който импедансът на серийния транзистор се управлява по такъв метод, че това напрежение в целия товар да се поддържа постоянно при предварително определената стойност.

Транзисторът Q4 разсейва голяма част от мощността, особено при ниски изходни напрежения и висок ток и следователно е инсталиран на радиатора в задната част на продукта.

Транзисторът Q3 носи текуща печалба до Q4, като сътрудничеството се изпълнява като високоефективен PNP транзистор. 25-волта се намалява до 12 волта чрез интегралната схема ICI регулатор. Това напрежение обикновено се използва като захранващо напрежение за CA3130 lCs и допълнително се понижава до 5,1 волта от ценеров диод ZDI, за да се използва като еталонно напрежение.

Регулирането на напрежението се провежда от lC3, който изследва напрежението, определено от RV3 (O до 5.1 'волта) с изходното напрежение, разделено на R14 и R15. Разделителят осигурява разделяне на 4,2 (O до 21 волта) или осем (0 до 40 волта).

От друга страна, във високия край, полученото напрежение е ограничено до точката, в която регулаторът успява да загуби контрол при висок ток, тъй като напрежението през кондензатора на филтъра достига изходното напрежение плюс може да се намери и пулсация от 100 Hz. Изходът на IC3 регулира транзистора Q2, който впоследствие контролира изходния транзистор по начин, който изходното напрежение продължава да бъде постоянно, независимо от разликите в линията и товара. Препратката от 5,1 волта се предлага на излъчвателя от Q2 до Q1.

Този транзистор всъщност е буферен етап за противодействие на натоварването на линията от 5,1 волта. Контролът на тока се провежда от IC2, който анализира напрежението, определено от -RV1 (O до 0,55 волта), използвайки напрежението, създадено около R7 от тока на товара.

Ако на RV1 се дефинират 0,25 волта и токът, взет от захранването, е малък, изходът на IC2 ще бъде близо 12 волта. Това води до светене на LED 2, тъй като излъчвателят на Q1 е на 5,7 волта.

Следователно този светодиод означава, че това захранване функционира в режим на регулатор на напрежението. Ако обаче задвижваният ток е повишен по такъв начин, че напрежението около R7 е малко над 0,25 волта (в нашата илюстрация), изходът на IC2 може да падне. След като изходът на IC2 падне под около 4 волта, Q2 започва да се изключва чрез LED 3 и D5. Резултатът от това би бил да се сведе до минимум изходното напрежение, за да може напрежението в R7 да не може да скочи повече.

Докато това се извършва, компараторът за напрежение IC3 се опитва да се противопостави на проблема и изходът му се покачва до 12 волта. След това IC2 консумира повече ток за компенсиране и този ток води до LED 3 до осветление, което означава, че захранването работи в режим на ограничение на тока.

За да се гарантира точното регулиране, терминалите за определяне на напрежението се доставят към изходните точки независимо от тези, които транспортират тока на товара. Измервателният уред включва движение от един милиампер и отчита изходното напрежение (непосредствено по изходните клеми) или тока (чрез „измерване на напрежението около R7), както е избрано от превключвателя на предния панел SV2

Разпределение на печатни платки за веригата за захранване 40V

СТРОИТЕЛСТВО

Предложеното оформление на печатни платки за тази верига за променливо захранване 0-40V трябва да се използва, тъй като конструкцията е изключително опростена.

Компонентите трябва да бъдат поставени заедно на платката, като се гарантира, че полярностите на диодите, транзисторите, lCs и електролитите са правилни. BDl40 (Q3) трябва да бъде монтиран по начин, по който страната, използваща металната повърхност, да се сблъсква в посока lCl. Към транзистора трябва да се закрепи малък радиатор, както е показано на снимката.

Ако се използва металоконструкцията, както е подробно, трябва да се използва сглобяване.

а) Присъединете предния панел към предната част на рамката и ги закрепете един с друг, като монтирате глюкомера.

б) Закрепете изходните клеми, потенциометрите и превключвателя на измервателния уред на предния панел.

в) Катодите на светодиодите (които приложихме) бяха обозначени с прорез в корпуса, който не можеше да бъде забелязан, докато светодиодите бяха монтирани на предния панел.

Ако това звучи ситуацията с вашата, намалете катодните клеми малко по-малки, за да ги разпознаете, след което инсталирайте светодиодите на място.

г) Припойте дължините на проводника (с дължина около 180 mm) към клемите 240 волта на трансформатора, изолирайте клемите с помощта на лента, след което прикрепете трансформатора на място вътре в рамката.

е) Монтирайте захранващия кабел и щипката за кабела. свържете захранващия превключвател, изолирайте клемите и след това закрепете превключвателя на предния панел.

ж) Закрепете радиатора и го завийте на гърба на рамката, като използвате няколко болта - след това инсталирайте силовия транзистор, използвайки изолационни шайби и силициева грес.

з) Инсталирайте сглобената печатна платка върху рамката, използвайки 10 mm дистанционни елементи.

i) Свържете вторичния трансформатор, изправителните диоди и филтърните кондензатори. Диодните проводници са достатъчно твърди, за да не искат допълнителна опора.

й) Окабеляването, включващо платката и превключвателите, евентуално сега може да влезе чрез точки за свързване със съответстващи букви в диаграмата на предния панел и схемите за наслагване на компоненти. Единственото необходимо установяване би било калибриране на измервателния уред. Свържете истински волтметър към контрола на изхода на захранването, така че външният измервателен уред да дешифрира 1 5 волта (или 30 волта при алтернативната настройка).

Списък на частите за предложената верига за захранване 40V 2 amp