Circuit de alimentare reglabil 0-40V - Tutorial de construcție

Această sursă multifuncțională de uz general generează până la 2,5 amperi de la zero la 20 de volți sau până la 1,25 amperi de la 0 la 40 de volți. Limitarea curentului este variabilă în întregul interval pentru ambele opțiuni de ieșire.

De Trupti Patil

Specificații principale ale sursei de alimentare:

O SURSA DE ALIMENTARE IDEALĂ trebuie să furnizeze o tensiune variabilă într-un interval larg și care să rămână în tensiunea setată, indiferent de tensiunea de linie sau de diferențele de sarcină.

Alimentarea trebuie, de asemenea, să fie sigură de un scurtcircuit pe întreaga sa ieșire și să fie capabilă să restricționeze curentul de sarcină pentru a se asigura că dispozitivele nu sunt deteriorate de circumstanțe defectuoase.

Acest proiect special explică o sursă de alimentare concepută pentru a furniza 2,5 amperi la până la 18 volți (până la 20 de volți la curenți mai mici). În același timp, câteva modificări de bază vor face oferta de aprovizionare cu până la 40 de volți la 1,25 amperi.

Tensiunea de alimentare este reglabilă între zero și „cea mai mare disponibilă, iar limitarea curentului poate fi, de asemenea, ajustată pe întreaga gamă stipulată. Modul de funcționare a sursei de alimentare este indicat prin intermediul a două LED-uri.

Cel din apropierea butonului de control al tensiunii arată dacă unitatea este în reglaj normal de reglare a tensiunii și cel din apropierea butonului de limită de curent arată dacă unitatea este în modul de limită de curent. Mai mult, un contor mare arată curentul sau tensiunea de ieșire, așa cum este selectat de un comutator.

CARACTERISTICI DE PROIECTARE

În timp ce în etapele noastre preliminare de proiectare, am cercetat diferite tipuri de regulatoare și aspectele pozitive și dezavantajele fiecăruia pentru a putea alege pe cel care oferă funcționalitatea de top rentabilă. Strategiile specifice și caracteristicile acestora ar putea fi rezumate după cum urmează.

Regulatorul de șunt:

Acest aspect ar funcționa în principal pentru surse de energie reduse în jur de 10 până la 15 wați. Oferă o reglare excelentă și este rezistent la scurtcircuit intern, cu toate acestea disipează întregul volum de putere pe care este echipat să îl manevreze în condiții fără sarcină.

Regulatorul seriei.

Acest regulator se potrivește cu surse de putere medie de aproximativ 50 de wați.

Poate și este destinat unor surse de alimentare mai mari, deși disiparea căldurii ar putea fi o problemă în special la curent foarte mare cu tensiuni de ieșire reduse.

Reglementare excelentă, în general există un zgomot de ieșire minor și costul este relativ minim.

Regulator SRC:

Ideal pentru scopuri de putere medie spre mare, acest regulator asigură o disipare redusă a puterii, deși timpul de ieșire și timpul de răspuns nu sunt aproape la fel de bune ca cele ale unui regulator de serie.

Pre-regulator SCR și regulator de serie.

Cele mai bune caracteristici ale regulatoarelor SCR și ale seriei sunt combinate cu acest tip de circuit de alimentare utilizat pentru aplicații de putere medie până la mare. Un pre-regulator SCR este utilizat pentru a asigura o alimentare aproximativ reglementată cu aproximativ 5 volți mai mare decât recomandat, însoțită de un regulator de serie adecvat.

Acest lucru reduce pierderile de putere în regulatorul de serie. Cu toate acestea, este mult mai costisitor de construit.

Regulator de comutare.

De asemenea, aplicată pentru aplicații de putere medie spre mare, această tehnică asigură o reglementare accesibilă și o disipare redusă a puterii în regulator, cu toate acestea este costisitoare de construit și are o ondulație de înaltă frecvență la ieșire.

Alimentare cu comutare.

Cea mai reușită tehnică dintre toate, acest regulator rectifică rețeaua electrică pentru a acționa un invertor la 20 kHz sau chiar mai mult. Pentru a reduce sau a mări tensiunea, se folosește în mod obișnuit un transformator de ferită cu cost redus, a cărui ieșire este rectificată și filtrată pentru a obține ieșirea DC preferată.

Reglarea liniei este foarte bună, dar are cu siguranță dezavantajul că nu poate fi aplicată în mod convenabil ca sursă variabilă, deoarece este doar adaptabilă într-un interval relativ mai mic.

PROIECTUL NOSTRU

Principiul nostru inițial de proiectare a fost pentru o sursă de alimentare de aproximativ 20 volți la ieșire de la 5 la 10 amperi.
Acestea fiind spuse, în lumina varietăților de regulatoare disponibile ușor, precum și a costurilor, sa optat pentru limitarea curentului la aproximativ 2,5 amperi.
Această abordare ne-a ajutat să folosim un regulator de serie, cel mai rentabil model. A fost necesară o bună reglementare, împreună cu o caracteristică de limitare a curentului reglabilă, plus s-a ales în plus că sursa de alimentare ar putea fi funcțională chiar până la practic zero volți.

Pentru a obține calificarea finală, este esențială o șină de alimentare negativă sau un comparator care poate funcționa folosind intrările sale la zero volți. Spre deosebire de utilizarea unei șine de alimentare negative, am luat decizia de a lucra cu un amplificator operațional CA3l30 IC ca comparator.

CA3l 30 are nevoie de o singură sursă (maxim 15 volți) și, la început, am folosit un rezistor și un zener de 2 volți pentru a obține o sursă de 12 volți. Tensiunea de referință fusese atunci creată din această sursă zener de încă un rezistor și un zener de 5 volți.

S-a crezut că acest lucru ar fi prezentat o reglementare adecvată pentru tensiunea de referință, cu toate că practic ieșirea din redresor a fost identificată pentru a se modifica de la 21 la 29 de volți, plus o parte din comutarea de undă și tensiune care a avut loc peste zenerul de 12 volți, ca urmare, sa încheiat fiind reflectat în referința zenerului de 5 volți.

Din acest motiv, zenerul de 12 volți a fost înlocuit cu un regulator lC care a remediat problema.

Cu toate regulatoarele de serie, tranzistorul de ieșire în serie de la caracteristicile aspectului ar trebui să disipeze o mulțime de putere, în special la tensiune de ieșire scăzută și curent mare. Pentru acest factor, un radiator respectabil este o porțiune importantă a structurii.

Radiatoarele industriale sunt incredibil de scumpe și deseori dificile de atașat. Ca rezultat, am creat propriul nostru radiator, care nu numai că era mai accesibil, dar funcționa mult mai bine decât varianta comercială la care ne gândeam - fiind mai simplu de atașat.

Cu toate acestea, la încărcare completă, radiatorul continuă să funcționeze cald, la fel ca transformatorul. iar în condiții de joasă tensiune de curent ridicat, tranzistorul ar putea chiar să devină mult prea sfâșietor pentru a fi atins.
Acest lucru este destul de normal, deoarece tranzistorul în aceste situații rămâne să funcționeze în intervalul său de temperatură selectat.

Împreună cu orice aprovizionare extrem de reglementată, stabilitatea ar putea fi o dificultate. Din acest motiv, sunt incluse modalitățile de reglare a tensiunii, condensatoarele C5 și C7 pentru a minimiza câștigul buclei la frecvențe înalte și, prin urmare, pentru a evita alimentarea oscilantă.

Valoarea lui C5 a fost aleasă pentru a economisi în mod ideal între stabilitate și perioada de reacție. Când valoarea lui C5 este prea mică, viteza de reacție este crescută.

Cu toate acestea, există o posibilitate mai mare de lipsă de stabilitate. Dacă timpul de reacție excesiv este crescut în mod nejustificat. În modul limită de curent, funcționalitatea identică este completată de C4 și se implementează exact aceleași opinii ca pentru scenariul de tensiune.

Deoarece sursa de alimentare are capacitatea de a produce o ieșire de curent relativ ridicată, poate exista, fără îndoială, o anumită cădere de tensiune peste cablare la bornele de ieșire. Aceasta este compensată prin detectarea tensiunii la bornele de ieșire printr-un set independent de conductori.

Deși alimentarea a fost realizată în principal pentru 20 volți la 2,5 amperi, a fost recomandat ca aceeași sursă să fie obișnuită să furnizeze 40 volți la 1,25 amperi și că acest lucru poate fi mai potrivit pentru mulți utilizatori finali.

Acest lucru ar putea fi realizat prin modificarea setărilor redresorului și prin modificarea câtorva componente. S-a dat o anumită idee creării ofertei comutabile, cu toate acestea, complexitatea și prețul adițional au fost într-un mod care a fost ignorat pentru a fi avantajoase.

Prin urmare, trebuie să alegeți practic configurația care se potrivește cu cererea dvs. și să construiți oferta după cum este necesar.

Tensiunea maximă reglementată accesibilă este restricționată posibil de faptul că tensiunea de intrare la regulator este prea redusă (cu mai mult de 18 volți și 2,5 amperi) sau poate de la raportul R14 / R15 și de valoarea tensiunii de referință. (Ieșire = R14 + R15 / R15) V ref

Datorită toleranței ZD1, 20 de volți complet (sau 40 de volți) probabil nu sunt accesibile. Dacă este identificat ca o situație, R14 trebuie mărit la valoarea favorizată ulterioară.

Potențiometrele cu o singură rotație au fost date pentru comenzile de tensiune și curent datorită faptului că sunt accesibile. Cu toate acestea, dacă este necesară reglarea corectă a tensiunii sau a controlului curentului, ar trebui aplicate ca înlocuitoare potențiometrele cu zece ture.

CUM FUNCTIONEAZA

Rețeaua de 240 volți este redusă la 40 Vac prin transformator și, pe baza căreia a fost dezvoltată alimentarea, rectificată la 25 sau 5 Vcc.

Această tensiune este de fapt moderată, deoarece tensiunea reală va fi diferită între 29 de volți (58 de volți) în lipsă de sarcină și 21 de volți (42 de volți) în sarcină maximă.

Condensatoarele de filtrare identice sunt utilizate în ambele situații. Acestea sunt atașate în paralel pentru varianta de 25 volți (5000uF) și în serie destinate modelului de 50 volți (1250uF). La modelul de 50 volți, robinetul central al transformatorului va fi cuplat la robinetul central al condensatorilor, garantând astfel o tensiune precisă. partajarea între condensatori. Această setare oferă suplimentar o sursă de alimentare de 25 volți la regulatorul lC.

Regulatorul de tensiune este în esență un tip de serie în care impedanța tranzistorului de serie este guvernată într-o astfel de metodă încât această tensiune pe toată sarcina să fie menținută constantă la valoarea predeterminată.

Tranzistorul Q4 disipează o mare cantitate de putere, în special la tensiuni de ieșire reduse și curent mare și, prin urmare, este instalat pe radiatorul din partea din spate a produsului.

Tranzistorul Q3 aduce câștigul curent la Q4, colaborarea funcționând ca un tranzistor PNP de mare putere, cu câștig ridicat. Cele 25 de volți sunt reduse la 12 volți prin regulatorul de circuit integrat ICI. Această tensiune este utilizată în mod obișnuit ca tensiune de alimentare pentru CA3130 lCs și este redusă suplimentar la 5,1 volți de dioda zener ZDI pentru a o folosi ca tensiune de referință.

Reglarea tensiunii este condusă de lC3 care examinează tensiunea determinată de RV3 (O la 5,1 'volți) cu tensiunea de ieșire împărțită la R14 și R15. Divizorul oferă o diviziune de 4,2 (O la 21 volți) sau opt (0 la 40 volți).

Pe de altă parte, la capătul ridicat, tensiunea obținută este restricționată până la punctul în care regulatorul reușește să piardă controlul la curent mare, deoarece tensiunea prin condensatorul filtrului atinge tensiunea de ieșire, plus o undă de 100 Hz poate fi, de asemenea, găsită. Ieșirea IC3 reglează tranzistorul Q2 care ulterior controlează tranzistorul de ieșire într-un mod în care tensiunea de ieșire continuă să fie consecventă, indiferent de diferențele de linie și de sarcină. Referința de 5,1 volți este oferită emițătorului Q2 până la Q1.

Acest tranzistor este de fapt o etapă tampon pentru a contracara linia de 5,1 volți de la încărcare. Controlul curentului este efectuat de IC2 care analizează tensiunea determinată de -RV1 (O până la 0,55 volți) utilizând tensiunea creată în jurul R7 de curentul de sarcină.

Dacă 0,25 volți este definit pe RV1 și curentul preluat din sursă este mic, ieșirea IC2 va fi aproape de 12 volți. Acest lucru duce la aprinderea LED-ului 2, deoarece emițătorul Q1 este la 5,7 volți.

În consecință, acest LED înseamnă că această sursă funcționează în modul de reglare a tensiunii. Dacă totuși curentul acționat este ridicat într-un mod în care tensiunea din jurul R7 este puțin peste 0,25 volți (în ilustrația noastră), ieșirea IC2 poate scădea. Odată ce ieșirea IC2 scade sub aproximativ 4 volți, Q2 începe să se oprească prin LED-urile 3 și D5. Rezultatul ar fi reducerea la minimum a tensiunii de ieșire pentru ca tensiunea din R7 să nu poată crește mai mult.

În timp ce acest lucru are loc, comparatorul de tensiune IC3 încearcă să contracareze problema și ieșirea sa urcă la 12 volți. IC2 consumă mai mult curent pentru a compune și acest curent aduce LED-ul 3 la luminare, ceea ce înseamnă că alimentarea funcționează în modul limită de curent.

Pentru a asigura o reglare precisă, bornele de detectare a tensiunii sunt livrate la punctele de ieșire, independent de cele care transportă curentul de sarcină. Contorul include o mișcare de un miliamper și citește tensiunea de ieșire (imediat de-a lungul terminalelor de ieșire) sau curentul (prin „măsurarea tensiunii în jurul R7) așa cum este ales din comutatorul panoului frontal SV2

Structura PCB pentru circuitul de alimentare de 40V

CONSTRUCTIE

Structura PCB propusă pentru acest circuit de alimentare variabilă de 0-40V trebuie utilizată, deoarece construcția este extrem de simplificată.

Componentele trebuie asamblate pe placă, asigurându-se că polaritățile diodelor, tranzistoarelor, lC-urilor și electroliticelor sunt adecvate. BDl40 (Q3) trebuie instalat în așa fel încât latura care folosește suprafața metalică să se confrunte în direcția lCl. Un mic radiator trebuie fixat pe tranzistor, așa cum se arată în imagine.

Dacă se folosește lucrările metalice așa cum este detaliat, urmărind aranjamentul de asamblare.

a) Alăturați panoul frontal în partea din față a cadrului și fixați-le unul cu celălalt prin montarea contorului.

b) Fixați bornele de ieșire, potențiometrele și comutatorul contorului pe panoul frontal.

c) Catozii LED-urilor (pe care i-am aplicat) fuseseră desemnați printr-o crestătură din corp care nu putea fi observată în timp ce LED-urile erau montate pe panoul frontal.

Dacă acest lucru sună la situația dvs., reduceți bornele catodului puțin mai mici pentru a le recunoaște, după care instalați LED-urile în poziție.

d) Lungimile de lipit de sârmă (în jur de 180 mm lungime) la bornele de 240 volți ale transformatorului, izolează bornele folosind bandă, după care atașează transformatorul în loc în cadrul.

f) Montați cablul de alimentare și clema. conectați comutatorul de alimentare, izolați terminalele și apoi atașați comutatorul de pe panoul frontal.

g) Fixați radiatorul și înșurubați-l pe partea din spate a cadrului utilizând câteva șuruburi - după aceea instalați tranzistorul de putere folosind șaibe de izolație și grăsime de siliciu.

h) Instalați PCB-ul asamblat pe cadru utilizând distanțiere de 10 mm.

i) Conectați transformatorul secundar, diodele redresoare și condensatoarele de filtrare. Conductoarele diode sunt suficient de rigide pentru a nu mai dori un suport suplimentar.

j) Cablajul care implică placa și comutatoarele pot intra acum prin conectarea punctelor cu litere potrivite în diagrama panoului frontal și în diagramele de suprapunere a componentelor. Singura unitate necesară ar fi calibrarea contorului. Conectați un voltmetru autentic la comanda de ieșire a sursei de alimentare, astfel încât contorul extern să descifreze 1 5 volți (sau 30 de volți la setarea alternativă).

Lista pieselor pentru circuitul de alimentare propus de 40 V 2 amperi propus