Cum se proiectează un circuit de alimentare cu bancă stabilizată

Încercați Instrumentul Nostru Pentru Eliminarea Problemelor





În această postare discutăm despre modul în care o sursă de alimentare pe bancă eficientă și eficientă, dar foarte ieftină și stabilizată poate fi proiectată de orice hobbyist electronic pentru testarea în siguranță a tuturor tipurilor de proiecte și prototipuri electronice.

Principalele caracteristici pe care trebuie să le aibă o sursă de alimentare pe bancă sunt:



  • Ar trebui construit cu componente ieftine și ușor disponibile
  • Ar trebui să fie flexibil cu limitele sale de tensiune și curent, sau pur și simplu trebuie să includă facilitatea unei ieșiri variabile de tensiune și curent variabil.
  • Ar trebui să fie protejat la supracurent și la suprasarcină.
  • Ar trebui să fie ușor de reparat, în cazul în care apare o problemă.
  • Ar trebui să fie destul de eficient cu puterea sa de ieșire.
  • Ar trebui să faciliteze personalizarea cu ușurință conform specificațiilor dorite.

Descriere generala

Majoritatea proiectelor de alimentare cu energie electrică încorporează până acum un stabilizator liniar de serie. Acest design utilizează un tranzistor de trecere care funcționează ca un rezistor variabil, reglat de o diodă Zener.

Sistemul de alimentare de serie este cel mai popular, posibil datorită faptului că este mult mai eficient. Cu excepția unor pierderi minore în rezistența Zener și de alimentare, pierderea vizibilă se întâmplă numai în tranzistorul de trecere în serie în perioada în care furnizează curent sarcinii.



Cu toate acestea, un dezavantaj al sistemului de alimentare de serie este că acestea nu oferă niciun fel de scurtcircuit al sarcinii de ieșire. Adică, în condiții de defecțiune de ieșire, tranzistorul de trecere poate permite să curgă un curent mare prin el, distrugându-se în sine și, eventual, și sarcina conectată.

Acestea fiind spuse, adăugând un protecție la scurtcircuit la o serie de surse de alimentare pe bancă pot fi implementate rapid prin intermediul altor tranzistori configurate ca un stadiu de control curent.

regulator de tensiune variabilă se realizează printr-un tranzistor simplu, feedback potențiometru.

Cele două adăugiri de mai sus permit o sursă de alimentare pe bancă de serie foarte versatilă, robustă, ieftină, universală și practic indestructibilă.

În paragrafele următoare vom învăța pe scurt proiectarea diferitelor etape implicate într-o sursă de alimentare standard pe bancă stabilizată.

Cel mai ușor regulator de tensiune al tranzistorului

O modalitate rapidă de a obține o tensiune de ieșire reglabilă este de a conecta baza pasului tranzistor cu potențiometru și diodă Zener așa cum se arată în figura de mai jos.

În acest circuit, T1 este montat ca un emițător-adept BJT , unde tensiunea sa de bază VB decide tensiunea sa laterală a emițătorului VE. Atât VE, cât și VB vor corespunde cu exactitate și vor fi aproape egale, deducându-i căderea înainte.

Tensiunea de cădere directă a oricărui BJT este de obicei 0,7 V, ceea ce implică faptul că tensiunea laterală a emițătorului va fi:

VE = VB - 0,7

Utilizarea unui buclă de feedback

Deși cele de mai sus designul este ușor de construit și foarte ieftin , acest tip de abordare nu oferă o reglare excelentă a puterii la nivelurile de tensiune mai mici.

Acesta este exact motivul pentru care un control de tip feedback este utilizat în mod normal pentru a obține o reglare îmbunătățită pe întreaga gamă de tensiune, așa cum se arată în figura de mai jos.

În această configurație, tensiunea de bază a T1 și, prin urmare, tensiunea de ieșire, este controlată de căderea de tensiune pe R1, în principal datorită curentului tras de T2.

Când brațul glisant al vasului VR1 este la capătul extrem al solului, T2 devine întrerupt, deoarece acum baza sa devine împământată, permițând singura cădere de tensiune pe R1 cauzată de curentul de bază al T1. În această situație, tensiunea de ieșire la emițătorul T1 va fi aproape aceeași cu tensiunea colectorului și poate fi dată ca:

VE = Vin - 0,7 , aici VE este tensiunea laterală a emițătorului T1, iar 0,7 este valoarea standard a căderii de tensiune înainte pentru cablurile BJT T1 de bază / emițător.

Deci, dacă alimentarea cu intrare este de 15 V, se poate aștepta ca ieșirea să fie:

VE = 15 - 0,7 = 14,3 V

Acum, când brațul glisor pot VR1 este mutat la capătul pozitiv superior, va face ca T2 să acceseze întreaga tensiune laterală a emițătorului T1, ceea ce va face ca T2 să conducă foarte greu. Această acțiune va conecta direct fișierul diodă Zener D1 cu R1. Adică, acum tensiunea de bază VB a T1 va fi pur și simplu egală cu tensiunea zener Vz. Deci rezultatul va fi:

VE = Vz - 0,7

Prin urmare, dacă valoarea D1 este de 6 V, se poate aștepta ca tensiunea de ieșire să fie doar:

VE = 6 - 0,7 = 5,3 V , deci tensiunea zener decide tensiunea minimă de ieșire posibilă care ar putea fi obținută din aceasta sursă de alimentare de serie când ghiveciul este rotit la cea mai mică setare.

Deși cele de mai sus sunt ușoare și eficiente pentru realizarea unei surse de alimentare pe bancă, are un dezavantaj major că nu este rezistent la scurtcircuit. Asta înseamnă că, dacă bornele de ieșire ale circuitului sunt scurtcircuitate accidental sau este aplicat un curent de suprasarcină, T1 se va încălzi și arde rapid.

Pentru a evita această situație, designul ar putea fi pur și simplu actualizat prin adăugarea unui caracteristică de control curentă după cum se explică în secțiunea următoare.

Adăugarea protecției la scurtcircuit

O simplă includere a T3 și R2 permite proiectarea circuitului de alimentare de la bancă să fie 100% rezistent la scurtcircuit și curent controlat . Cu acest design, chiar și un scurtcircuit intenționat la ieșire nu va cauza nici un prejudiciu T1.

Funcționarea acestei etape ar putea fi înțeleasă după cum urmează:

De îndată ce curentul de ieșire tinde să depășească valoarea sigură setată, se dezvoltă o cantitate proporțională de diferență de potențial pe R2, suficientă pentru a porni tranzistorul T3 cu putere.

Cu T3 pornit, T1 se conectează la baza T1 cu linia sa de emițător, care dezactivează instantaneu conducerea T1, iar această situație se menține până când ieșirea scurtă sau suprasarcina este eliminată. În acest fel, T1 este protejat de orice situație de ieșire nedorită.

Adăugarea unei caracteristici curente variabile

În proiectarea de mai sus, rezistența senzorului de curent R2 poate fi o valoare fixă ​​dacă ieșirea trebuie să fie o ieșire de curent constant. Cu toate acestea, o sursă de alimentare bună pe bancă ar trebui să aibă un interval variabil atât pentru tensiune, cât și pentru curent. Având în vedere această cerere, limitatorul de curent ar putea fi ajustat prin simpla adăugare a rezistor variabil cu baza T3, așa cum se arată mai jos:

VR2 împarte căderea de tensiune pe R2 și astfel permite T3 să pornească la un curent specific de ieșire dorit.

Calculul valorilor pieselor

Să începem cu rezistoarele, R1 poate fi calculat cu următoarea formulă:

R1 = (Vin - MaxVE) hFE / curent de ieșire

Aici, de atunci MaxVE = Vin - 0,7

Prin urmare, simplificăm prima ecuație ca R1 = 0,7 hFE / curent de ieșire

VR1 poate fi un vas de 10 k pentru tensiuni de până la 60 V

Limitatorul de curent R2 poate fi calculat după cum se arată mai jos:

R2 = 0,7 / curentul maxim de ieșire

Curentul maxim de ieșire trebuie selectat de 5 ori mai mic decât T1 Id maxim, dacă T1 trebuie să funcționeze fără radiator. Cu un radiator mare instalat pe T1, curentul de ieșire poate fi 3/4 din T1 Id.

VR2 poate fi pur și simplu un pot sau o presetare de 1k.

T1 trebuie selectat conform cerinței curentului de ieșire. Evaluarea T1 Id ar trebui să fie de 5 ori mai mare decât curentul de ieșire necesar, dacă trebuie să funcționeze fără radiator. Cu un radiator mare instalat, ratingul T1 Id ar trebui să fie de cel puțin 1,33 ori mai mare decât curentul de ieșire necesar.

Colectorul / emițătorul maxim sau VCE pentru T1 ar trebui să fie în mod ideal dublu față de specificația tensiunii maxime de ieșire.

Valoarea diodei zener D1 poate fi selectată în funcție de cea mai mică sau cea mai mică tensiune necesară de la sursa de alimentare pe bancă.

Evaluarea T2 va depinde de valoarea R1. Deoarece tensiunea pe R1 va fi întotdeauna 0,7 V, VCE-ul lui T2 devine imaterial și poate fi orice valoare minimă. Id-ul lui T2 trebuie să fie astfel încât să poată gestiona curentul de bază al lui T1, determinat de valoarea lui R1

Aceleași reguli se aplică și pentru T3.

În general, T2 și T3 pot fi orice tranzistor de uz general cu semnal mic, cum ar fi BC547 sau poate un 2N2222 .

Proiectare practică

După ce am înțeles toți parametrii pentru proiectarea unei surse de alimentare personalizate, este timpul să implementăm datele într-un prototip practic, după cum se arată mai jos:

Este posibil să găsiți câteva componente suplimentare introduse în proiectare, care sunt pur și simplu pentru îmbunătățirea capacității de reglare a circuitului.

C2 este introdus pentru a curăța orice undă reziduală la bazele T1, T2.

T2 împreună cu T1 formează a Pereche Darlington pentru a crește câștigul curent al ieșirii.

R3 este adăugat pentru a îmbunătăți conducerea diodei zener și, prin urmare, pentru a asigura o reglare generală mai bună.

R8 și R9 sunt adăugate pentru a permite reglarea tensiunii de ieșire pe un interval fix, care nu sunt critice.

R7 setează curentul maxim care poate fi accesat la ieșire, care este:

I = 0,7 / 0,47 = 1,5 amperi, iar acest lucru pare destul de scăzut în comparație cu ratingul 2N3055 tranzistor . Deși acest lucru ar putea menține tranzistorul foarte rece, este posibil să crească această valoare până la 8 amperi dacă 2N3055 este montat pe un radiator mare.

Scăderea disipării pentru a crește eficiența

Cel mai mare dezavantaj al oricărui regulator liniar bazat pe tranzistoare de serie este disiparea cantității mari a tranzistorului. Și acest lucru se întâmplă atunci când diferențialul de intrare / ieșire este mare.

Adică, atunci când tensiunea este reglată spre o tensiune de ieșire mai mică, tranzistorul trebuie să lucreze din greu pentru a controla excesul de tensiune, care este apoi eliberat sub formă de căldură din tranzistor.

De exemplu, dacă sarcina este un LED de 3,3 V, iar alimentarea de intrare la sursa de alimentare de pe bancă este de 15 V, atunci tensiunea de ieșire trebuie redusă la 3,3 V, care este cu 15 - 3,3 = 11,7 V mai mică. Și această diferență este transformată în căldură de către tranzistor, ceea ce ar putea însemna o pierdere de eficiență mai mare de 70%.

Cu toate acestea, această problemă poate fi rezolvată pur și simplu prin utilizarea unui transformator cu înfășurare de ieșire de tensiune la priză.

De exemplu, transformatorul poate avea robinete de 5 V, 7,5 V, 10 V, 12 V și așa mai departe.

În funcție de sarcină, robinetele ar putea fi selectate pentru alimentarea circuit regulator . După aceasta, potul de reglare a tensiunii circuitului ar putea fi utilizat pentru reglarea ulterioară a nivelului de ieșire exact la valoarea dorită.

Această tehnică ar crește eficiența la un nivel foarte ridicat, permițând ca radiatorul la tranzistor să fie mai mic și compact.




Precedent: Circuit emițător radio de 2 metri Ham Următorul: Circuitul receptorului emițătorului pentru radio Ham de 80 de metri