0–40 V reguliuojama maitinimo grandinė - statybos pamoka

Šis universalus bendrosios paskirties maitinimo šaltinis generuoja net 2,5 ampero nuo nulio iki 20 voltų arba iki 1,25 ampero nuo 0–40 voltų. Bet kurios išvesties parinkties srovės ribojimas kinta visame diapazone.

Autorius Trupti Patil

Pagrindinės maitinimo šaltinio specifikacijos:

Idealus maitinimo šaltinis turi suteikti įtampą, kuri gali būti kintama plačiame diapazone ir kuri išlieka nustatytoje įtampoje, nepaisant linijos įtampos ar apkrovos skirtumų.

Maitinimas taip pat turi būti saugus nuo trumpojo jungimo per visą jo išėjimą ir turėti galimybę apriboti apkrovos srovę, kad būtų užtikrinta, jog prietaisai nebūtų sugadinti dėl netinkamų aplinkybių.

Šis konkretus projektas paaiškina maitinimo šaltinį, skirtą tiekti 2,5 amperų įtampą iki 18 voltų (iki 20 voltų esant mažesnei srovei). Tuo pačiu metu atlikus keletą pagrindinių modifikacijų, tiekimo pasiūlymas bus 40 V įtampos, esant 1,25 amperui.

Maitinimo įtampa yra reguliuojama nuo nulio iki „didžiausios prieinamos“, o srovės ribojimą taip pat galima reguliuoti visame numatytame diapazone. Maitinimo šaltinio veikimo režimas nurodomas dviem šviesos diodais.

Tas, kuris yra šalia įtampos valdymo rankenėlės, rodo, ar įrenginyje nustatytas įprastas įtampos reguliavimo nustatymas, o šalia srovės ribos rankenėlės rodomas, ar įrenginys veikia srovės ribos režimu. Be to, didelis skaitiklis rodo srovės ar įtampos išėjimą, parinktą jungikliu.

DIZAINO ELEMENTAI

Nors mūsų preliminariuose projektavimo etapuose mes ištyrėme skirtingus reguliatorių tipus ir kiekvieno jų teigiamus aspektus bei trūkumus, kad galėtume pasirinkti tą, kuris suteikia geriausią ekonomišką funkcionalumą. Konkrečias strategijas ir jų ypatybes būtų galima apibendrinti taip.

Šunto reguliatorius:

Šis išdėstymas visų pirma veiktų, kai energijos šaltinis yra apie 10–15 vatų. Jis pasižymi puikiu reguliavimu ir yra atsparus trumpam jungimui, tačiau išsklaido visą galingumą, kurį jis turi dirbti be apkrovos.

Serijos reguliatorius.

Šis reguliatorius tinka maždaug 50 vatų vidutinio maitinimo šaltiniams.

Jis gali ir yra skirtas didesnio maitinimo šaltiniams, nors šilumos išsklaidymas gali būti problema, ypač esant labai didelei srovei esant žemai išėjimo įtampai.

Reguliavimas puikus, paprastai yra nedidelis išėjimo triukšmas, o kaina yra palyginti minimali.

SRC reguliatorius:

Idealiai tinkamas vidutinės ir didelės galios tikslams, šis reguliatorius išskiria mažai energijos, nors išėjimo bangavimas ir atsako laikas nėra tokie geri, kaip iš serijinio reguliatoriaus.

SCR išankstinis reguliatorius ir serijos reguliatorius.

Geriausios SCR ir serijos reguliatorių savybės yra sujungtos su tokia maitinimo grandine, naudojama vidutinio ir didelio galingumo programoms. SCR išankstinis reguliatorius naudojamas maždaug reguliuojamam maždaug penkių voltų, nei rekomenduojama, tiekimui, kartu su tinkamu serijos reguliatoriumi.

Tai sumažina serijos reguliatoriaus galios nuostolius. Tačiau tai yra daug brangiau statyti.

Perjungimo reguliatorius.

Šis metodas taip pat taikomas vidutinės ir didelės galios pritaikymams, todėl prieinamas reguliavimas yra prieinamas, o mažas energijos išsklaidymas reguliatoriuje yra nepaprastai brangus ir turi aukštą dažnio bangą išėjime.

Perjungto režimo maitinimas.

Sėkmingiausia technika - šis reguliatorius ištaiso maitinimo tinklą, kad būtų galima valdyti keitiklį esant 20 kHz ar dar didesniam dažniui. Norint sumažinti arba padidinti įtampą, paprastai naudojamas pigus ferito transformatorius, kurio išvestis ištaisoma ir filtruojama, norint gauti pageidaujamą nuolatinės srovės išėjimą.

Linijos reguliavimas yra labai geras, tačiau jis tikrai turi minusų, kad jo negalima patogiai pritaikyti kaip kintamo šaltinio, nes jis yra tiesiog pritaikomas palyginti mažesniame diapazone.

MŪSŲ SAVO DIZAINAS

Mūsų pradinis projektavimo principas buvo maždaug 20 voltų maitinimo šaltinis esant 5–10 amperų galiai.
Tačiau, atsižvelgiant į lengvai prieinamas reguliatoriaus rūšis ir išlaidas, buvo nuspręsta riboti srovę iki maždaug 2,5 ampero.
Šis požiūris padėjo mums naudoti serijinį reguliatorių - ekonomiškiausią modelį. Reikėjo gero reguliavimo, kartu su reguliuojama srovės ribojimo funkcija, be to, buvo pasirinkta, kad maitinimo šaltinis gali būti praktiškai veikiantis iki nulio iki voltų.

Norint gauti galutinę kvalifikaciją, būtina turėti neigiamą tiekimo bėgį arba lygintuvą, kuris gali veikti naudodamas jo įvestį nuliu voltų. Priešingai nei naudojant neigiamą tiekimo bėgį, mes nusprendėme dirbti su CA3l30 IC operaciniu stiprintuvu kaip palyginamuoju.

„CA3l 30“ reikia vieno maitinimo šaltinio (ne daugiau kaip 15 voltų), ir iš pradžių mes naudojome rezistorių ir l 2 voltų zenerį, kad gautume 12 voltų maitinimo šaltinį. Tada atskaitos įtampa buvo sukurta iš šio zenerio maitinimo šaltinio dar vienu rezistoriumi ir 5 voltų zeneriu.

Buvo manoma, kad tai būtų užtikrinęs tinkamą etaloninės įtampos reguliavimą, tačiau praktiškai nustatyta, kad lygintuvo išvestis keičiasi nuo 21 iki 29 voltų, taip pat kai kurie bangų ir įtampos perjungimai, įvykę per 12 voltų zenerį, dėl to baigėsi į 5 voltų „zener“ atskaitos tašką.

Dėl šios priežasties 12 voltų zenerį pakeitė kintamosios srovės reguliatorius, kuris ištaisė problemą.

Su visais serijiniais reguliatoriais serijos išėjimo tranzistorius pagal išdėstymo charakteristikas turėtų išsklaidyti daug energijos, ypač esant mažai išėjimo įtampai ir didelei srovei. Dėl šio veiksnio garbingas radiatorius yra svarbi konstrukcijos dalis.

Pramoniniai radiatoriai yra nepaprastai brangūs ir juos dažnai sunku pritvirtinti. Dėl to mes sukūrėme savo radiatorių, kuris buvo ne tik prieinamesnis, bet ir veikė daug geriau nei komerciniai variantai, apie kuriuos galvojome - paprasčiau pritvirtinti.

Nepaisant to, esant pilnai apkrovai, radiatorius ir toliau veikia šiltai, kaip ir transformatorius. ir esant aukštai srovei esant žemai įtampai, tranzistorius gali būti net per daug šnypščiantis, kad galėtų liesti.
Tai yra gana normalu, nes tokiose situacijose tranzistorius tebeveikia pasirinktame temperatūros diapazone.

Kartu su bet kokiu itin reguliuojamu tiekimu pastovumas gali būti sunkumas. Dėl šio motyvo įtampos reguliavimo režimas yra įtrauktas į kondensatorius C5 ir C7, kad būtų sumažintas kilpos padidėjimas aukštuose dažniuose ir todėl išvengiama energijos svyravimo.

C5 vertė buvo parinkta, norint idealiai sutaupyti stabilumo ir reakcijos periodo. Kai C5 reikšmė per maža, reakcijos greitis padidėja.

Tačiau yra didesnė stabilumo trūkumo galimybė. Jei pernelyg ilgas reakcijos laikas pailgėja. Esant srovės ribos režimui, identišką funkciją užbaigia C4 ir įgyvendinamos tos pačios nuomonės kaip ir įtampos scenarijuje.

Kadangi maitinimo šaltinis gali palyginti didelę srovės galią, neabejotinai gali būti tam tikras įtampos kritimas per laidus į išvesties gnybtus. Tai kompensuojama jutant įtampą išėjimo gnybtuose per nepriklausomą laidų rinkinį.

Nors maitinimas iš esmės buvo skirtas 20 voltų įtampai esant 2,5 ampero stiprumui, galų gale buvo rekomenduojama, kad tas pats maitinimas gali būti įpratęs tiekti 40 voltų įtampą esant 1,25 ampero stiprumui ir kad tai gali būti tinkamesnė daugeliui galutinių vartotojų.

Tai galima pasiekti modifikuojant lygintuvo nustatymus ir pakeičiant keletą komponentų. Buvo pateikta idėja sukurti tiekimą, kurį galima perjungti, tačiau dėl papildomo sudėtingumo ir kainos nebuvo atsižvelgta į tai, kad tai būtų naudinga.

Todėl jūs turite iš esmės pasirinkti jūsų poreikius atitinkančią konfigūraciją ir, jei reikia, sukurti tiekimą.

Didžiausia prieinama reguliuojama įtampa gali būti ribojama dėl to, kad reguliatoriaus įėjimo įtampa yra per maža (daugiau nei 18 voltų ir 2,5 ampero) arba galbūt nuo R14 / R15 santykio ir etaloninės įtampos vertės. (Išvestis = R14 + R15 / R15) V ref

Dėl ZD1 tolerancijos visi 20 voltų (arba 40 voltų) greičiausiai nėra prieinami. Jei nustatoma, kad situacija yra R14, ji turi būti padidinta iki tolesnės privilegijuotos vertės.

Vieno posūkio potenciometrai buvo skirti įtampos ir srovės valdymui dėl to, kad jie yra prieinami. Nepaisant to, jei reikia tiksliai nustatyti įtampą ar srovės valdymą, reikėtų pakeisti dešimties apsisukimų potenciometrus.

KAIP TAI VEIKIA

Per transformatorių 240 voltų maitinimo tinklas nuleidžiamas iki 40 Vac įtampos ir, atsižvelgiant į tai, koks maitinimas buvo sukurtas, ištaisomas iki 25 arba 5 Vdc.

Ši įtampa iš tikrųjų yra vidutinė, nes faktinė įtampa skirsis nuo 29 voltų (58 voltų) be apkrovos iki 21 voltų (42 voltų) visos apkrovos.

Abiem atvejais naudojami vienodi filtro kondensatoriai. Jie tvirtinami lygiagrečiai jūsų 25 voltų variantui (5000uF) ir nuosekliai skirti 50 voltų modeliui (1250uF). 50 voltų modelyje centrinis transformatoriaus čiaupas bus sujungtas su centriniu kondensatorių čiaupu, taip užtikrinant tikslią įtampą. dalijimasis tarp kondensatorių. Šis įrenginys papildomai siūlo 25 voltų maitinimą reguliatoriui lC.

Įtampos reguliatorius iš esmės yra serijinis tipas, kai nuoseklaus tranzistoriaus varža valdoma tokiu metodu, kad ši įtampa visoje apkrovoje būtų pastovi pagal iš anksto nustatytą vertę.

Tranzistorius Q4 išsklaido daug energijos, ypač esant žemai išėjimo įtampai ir didelei srovei, todėl jis sumontuotas ant radiatoriaus gaminio gale.

Tranzistorius Q3 atneša dabartinį padidėjimą į Q4, bendradarbiavimas atliekamas kaip didelės galios, didelio pelno PNP tranzistorius. 25 voltai sumažinami iki 12 voltų per integrinio grandyno reguliatorių ICI. Ši įtampa paprastai naudojama kaip maitinimo įtampa CA3130 lC, ir ji papildomai sumažinama iki 5,1 voltų Zenerio diodu ZDI, kad būtų naudojamas kaip atskaitos įtampa.

Įtampos reguliavimą atlieka lC3, kuris tiria įtampą, nustatytą pagal RV3 (nuo O iki 5,1 'voltų), išėjimo įtampą padalijus iš R14 ir R15. Skirstytuvas pateikia 4,2 (nuo O iki 21 voltų) arba aštuonių (nuo 0 iki 40 voltų) padalijimą.

Kita vertus, aukščiausiame gale gaunama įtampa ribojama iki taško, kai reguliatorius sugeba prarasti valdymą esant didelei srovei, kai įtampa per filtro kondensatorių pasiekia išėjimo įtampą, taip pat gali būti nustatyta apie 100 Hz pulsacija. IC3 išėjimas reguliuoja tranzistorių Q2, kuris vėliau valdo išėjimo tranzistorių taip, kad išėjimo įtampa ir toliau būtų pastovi, nepaisant linijos ir apkrovos skirtumų. Siūloma 5,1 voltų nuoroda Q2 – Q1 spinduoliui.

Šis tranzistorius iš tikrųjų yra buferinis etapas, skirtas neutralizuoti 5,1 voltų linijos apkrovą. Srovės valdymą atlieka IC2, kuris analizuoja įtampą, nustatytą pagal -RV1 (nuo O iki 0,55 voltų), naudojant įtampą, kurią aplink R7 sukuria apkrovos srovė.

Jei RV1 yra nustatytas 0,25 voltų ir srovė, paimta iš maitinimo šaltinio, yra maža, IC2 galia bus artima 12 voltų. Dėl to šviesos diodas 2 užsidega, nes Q1 spinduolis yra 5,7 voltų.

Šis šviesos diodas reiškia, kad šis maitinimas veikia įtampos reguliatoriaus režimu. Tačiau jei srovė yra padidinta taip, kad įtampa aplink R7 būtų šiek tiek didesnė nei 0,25 voltai (mūsų iliustracijoje), IC2 išėjimas gali sumažėti. Kai IC2 išvestis nukrenta žemiau maždaug 4 voltų, Q2 pradeda išsijungti per LED 3 ir D5. To rezultatas būtų sumažinti išėjimo įtampą, kad įtampa visame R7 negalėtų didėti daugiau.

Nors tai vyksta, įtampos palygintuvas IC3 bando įveikti problemą, o jo išėjimas pakyla iki 12 voltų. Tada IC2 sunaudoja daugiau srovės, o ši srovė apšviečia LED 3, o tai reiškia, kad maitinimas veikia srovės ribos režimu.

Kad būtų užtikrintas tikslus reguliavimas, įtampos jutikliai turi būti tiekiami į išėjimo taškus, nepriklausomai nuo tų, kurie transportuoja apkrovos srovę. Skaitiklis apima vieno miliampero judesį ir nuskaito išėjimo įtampą (iškart išilgai išvesties gnybtų) arba srovę („matuodamas įtampą aplink R7“), pasirinktą iš priekinio skydelio jungiklio SV2

PCB išdėstymas 40 V maitinimo grandinei

STATYBA

Siūlomas šios 0–40 V kintamosios maitinimo grandinės PCB išdėstymas turi būti panaudotas, nes tai yra nepaprastai supaprastinta.

Komponentai turi būti sumontuoti ant plokštės, užtikrinant, kad diodų, tranzistorių, nuolatinės srovės ir elektrolitinių elementų poliškumas būtų tinkamas. BDl40 (Q3) turi būti sumontuotas taip, kad metalinio paviršiaus pusė susidurtų lCl kryptimi. Mažas radiatorius turi būti prisukamas prie tranzistoriaus, kaip parodyta paveikslėlyje.

Jei naudojamas metalo apdirbimas, kaip aprašyta išsamiau, turi būti vykdomas surinkimas.

a) Prijunkite priekinį skydą prie karkaso priekio ir pritvirtinkite matuoklį tarpusavyje varžtais.

b) Pritvirtinkite išvesties gnybtus, potenciometrus ir skaitiklio jungiklį ant priekinio skydo.

c) Šviesos diodų katodai (kuriuos pritaikėme) buvo pažymėti kėbulo išpjova, kurios nebuvo įmanoma pastebėti, kol šviesos diodai buvo pritvirtinti prie priekinio skydelio.

Jei tai skamba jūsų situacijoje, sumažinkite katodo gnybtus šiek tiek mažesnius, kad juos atpažintumėte, o tada įdėkite šviesos diodus į savo vietą.

d) Pritvirtinkite vielos ilgius (apie 180 mm ilgio) prie transformatoriaus 240 voltų gnybtų, izoliuokite gnybtus juosta, po kurios transformatorius pritvirtinamas vietoje karkaso.

f) Sumontuokite maitinimo laidą ir laido spaustuką. prijunkite maitinimo jungiklį, izoliuokite gnybtus ir po to pritvirtinkite jungiklį priekiniame skydelyje.

g) Pritvirtinkite radiatorių ir užsukite jį ant karkaso galo, naudodami kelis varžtus - po to sumontuokite maitinimo tranzistorių naudodami izoliacines poveržles ir silicio tepalus.

h) Sumontuotą PCB montuokite ant karkaso, naudodami 10 mm tarpiklius.

i) Vielos transformatoriaus antrinius, lygintuvo diodus ir filtro kondensatorius. Diodų laidai yra pakankamai standūs, kad tikrai nereikėtų papildomo palaikymo.

j) Laidą ir jungiklius jungiantys laidai dabar gali būti įjungti pritvirtinant taškus su atitinkančiomis raidėmis priekinio skydo schemoje ir komponentų perdangos schemose. Vienintelis reikalingas matuoklio kalibravimas. Prijunkite tikrą voltmetrą prie maitinimo šaltinio išvesties valdymo, kad išorinis skaitiklis iššifruotų 1 5 voltus (arba 30 voltų, esant alternatyviam nustatymui).

Siūlomos 40 V 2 amperų maitinimo grandinės dalių sąrašas