Цепь регулируемого источника питания 0-40 В - Учебное пособие по сборке

Этот многоцелевой источник питания общего назначения вырабатывает до 2,5 ампер от нуля до 20 вольт или до 1,25 ампера от 0-40 вольт. Ограничение тока может изменяться во всем диапазоне для любого варианта вывода.

Трупти Патил

Основные характеристики источника питания:

ИДЕАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ должен обеспечивать напряжение, которое может изменяться в широком диапазоне и оставаться в установленном напряжении независимо от напряжения в сети или неравномерности нагрузки.

Источник питания также должен быть защищен от короткого замыкания на всем его выходе и иметь возможность ограничивать ток нагрузки, чтобы гарантировать, что устройства не будут повреждены в результате сбоя.

В этом конкретном проекте описывается источник питания, рассчитанный на 2,5 А при напряжении до 18 В (до 20 В при более низких токах). В то же время несколько базовых модификаций сделают предложение питания до 40 вольт при 1,25 ампера.

Напряжение питания регулируется в диапазоне от нуля до «максимально возможного», а ограничение тока также может быть отрегулировано в полном диапазоне. Режим работы блока питания индицируется двумя светодиодами.

Тот, что рядом с ручкой управления напряжением, показывает, находится ли блок в нормальном режиме регулирования напряжения, а тот, что рядом с ручкой ограничения тока, показывает, находится ли блок в режиме ограничения тока. Кроме того, большой измеритель показывает выходной ток или напряжение, выбранное переключателем.

ОСОБЕННОСТИ ДИЗАЙНА

На стадии предварительного проектирования мы исследовали различные типы регуляторов, а также положительные стороны и недостатки каждого из них, чтобы выбрать тот, который обеспечивает максимальную рентабельную функциональность. Конкретные стратегии и их особенности можно резюмировать следующим образом.

Шунтирующий регулятор:

Эта схема будет работать в первую очередь с маломощными источниками питания мощностью от 10 до 15 Вт. Он обеспечивает отличную регулировку и устойчив к внутреннему короткому замыканию, однако рассеивает весь объем энергии, на который способен работать в условиях холостого хода.

Регулятор серии.

Этот регулятор подходит для блоков питания средней мощности примерно 50 Вт.

Он может быть и предназначен для более мощных источников питания, хотя рассеяние тепла может быть проблемой, особенно при очень высоком токе и низком выходном напряжении.

Отличная регулировка, как правило, выходной шум незначителен, а стоимость сравнительно минимальна.

Регулятор SRC:

Этот стабилизатор, идеально подходящий для целей средней и высокой мощности, обеспечивает низкое рассеивание мощности, хотя пульсации на выходе и время отклика не так хороши, как у последовательного регулятора.

Предварительный регулятор SCR и последовательный регулятор.

Самые лучшие характеристики SCR и последовательных регуляторов объединены в этой схеме источника питания, используемой для приложений средней и большой мощности. Предрегулятор SCR используется для обеспечения примерно регулируемого напряжения питания примерно на пять вольт выше рекомендованного, в сопровождении подходящего последовательного регулятора.

Это снижает потери мощности в последовательном регуляторе. Однако его строительство намного дороже.

Регулятор переключения.

Этот метод, также применяемый для приложений средней и большой мощности, обеспечивает доступное регулирование и низкое рассеивание мощности в регуляторе, тем не менее, его конструкция является дорогостоящей и имеет высокочастотную пульсацию на выходе.

Импульсный источник питания.

Самый успешный метод из всех, этот регулятор выпрямляет сеть для работы инвертора на частоте 20 кГц или даже больше. Для понижения или повышения напряжения обычно используется недорогой ферритовый трансформатор, выход которого выпрямляется и фильтруется, чтобы получить предпочтительный выход постоянного тока.

Линейное регулирование очень хорошее, но у него, безусловно, есть обратная сторона, заключающаяся в том, что его нельзя удобно применять в качестве переменного источника, поскольку его можно просто адаптировать в относительно меньшем диапазоне.

НАШ СОБСТВЕННЫЙ ДИЗАЙН

Наш первоначальный принцип конструкции заключался в использовании источника питания напряжением около 20 вольт при выходной мощности от 5 до 10 ампер.
При этом, учитывая разнообразие доступных регуляторов, а также стоимость, было решено ограничить ток до 2,5 ампер.
Такой подход помог нам использовать серийный регулятор, наиболее экономичную модель. Требовалось хорошее регулирование, наряду с регулируемой функцией ограничения тока, плюс было дополнительно выбрано, чтобы источник питания мог работать вплоть до практически нулевого вольт.

Чтобы получить окончательную квалификацию, необходима отрицательная шина питания или компаратор, который может работать с использованием своих входов при нулевом напряжении. Вместо использования отрицательной шины питания мы решили использовать в качестве компаратора операционный усилитель CA3l30 IC.

CA3l 30 требуется одно питание (максимум 15 вольт), и вначале мы использовали резистор и стабилитрон 12 вольт, чтобы получить питание 12 вольт. Опорное напряжение было затем создано из этого источника стабилитрона с помощью еще одного резистора и 5 вольтого стабилитрона.

Считалось, это было бы представлено адекватное регулирование опорного напряжения, однако практически на выходе из выпрямителя был идентифицирован, чтобы изменить от 21to 29 вольт, плюс некоторые пульсации и напряжения переключения, которое имело место в течение 12 вольт стабилитрон, в результате чего, закончилась до отражаясь в качестве ссылки стабилитрона 5 вольт.

По этой причине стабилитрон на 12 В был заменен регулятором LC, который устранил проблему.

Во всех последовательных регуляторах транзистор с последовательным выходом, исходя из характеристик схемы, должен рассеивать много энергии, особенно при низком выходном напряжении и большом токе. В этом смысле респектабельный радиатор является важной частью конструкции.

Промышленные радиаторы невероятно дороги, и их часто сложно установить. В результате мы создали наш собственный радиатор, который был не только более доступным, но и работал намного лучше, чем коммерческий вариант, о котором мы думали, - его было проще установить.

Тем не менее, при полной нагрузке радиатор продолжает работать в тепле, как и трансформатор. а в условиях сильноточного и низкого напряжения транзистор может даже стать слишком горячим, чтобы его можно было коснуться.
Это вполне нормально, поскольку в этих ситуациях транзистор продолжает работать в выбранном диапазоне температур.

Вместе с любой чрезвычайно регулируемой поставкой стабильность может быть проблемой. Для этого используется режим регулирования напряжения, конденсаторы C5 и C7 включены, чтобы минимизировать усиление контура на высоких частотах и, следовательно, избежать колебаний напряжения питания.

Значение C5 было выбрано для идеальной экономии между стабильностью и временем реакции. Когда значение C5 слишком низкое, скорость реакции увеличивается.

Однако существует большая вероятность отсутствия стабильности. Если чрезмерное время реакции чрезмерно увеличено. В режиме ограничения тока идентичные функции выполняются C4, и реализуются те же мнения, что и для сценария напряжения.

Поскольку источник питания может выдавать относительно высокий выходной ток, несомненно, может наблюдаться некоторое падение напряжения на проводке к выходным клеммам. Это компенсируется измерением напряжения на выходных клеммах через независимый набор проводов.

Хотя источник питания был в основном рассчитан на 20 В при 2,5 А, в конечном итоге было рекомендовано, чтобы точно такой же источник питания можно было использовать для подачи 40 В при 1,25 А, и что это может быть более подходящим для многих конечных пользователей.

Этого можно добиться, изменив настройки выпрямителя и изменив несколько компонентов. Некоторая идея была предложена для создания переключаемого предложения, однако из-за дополнительных сложностей и цены это было проигнорировано как выгодное.

Поэтому вам нужно в основном выбрать конфигурацию, которая соответствует вашему спросу, и при необходимости наращивать предложение.

Максимальное регулируемое напряжение ограничено доступными, возможно, с помощью входного напряжения к регулятору слишком снижается (с более чем 18 вольт и 2,5 ампер) или, возможно, из соотношения R14 / R15 и значением опорного напряжения. (Выход = R14 + R15 / R15) V ref

Из-за допуска ZD1 полные 20 вольт (или 40 вольт), вероятно, недоступны. Если это идентифицируется как ситуация, R14 необходимо увеличить до следующего предпочтительного значения.

Однооборотные потенциометры предназначены для регуляторов напряжения и тока из-за их доступности. Тем не менее, если требуется точная регулировка напряжения или тока, вместо них следует использовать десятиоборотные потенциометры.

КАК ЭТО УСТРОЕНО

Сетевое напряжение 240 В понижается до 40 В переменного тока через трансформатор и, в зависимости от того, какое питание было разработано, выпрямляется до 25 или 5 В постоянного тока.

Это напряжение на самом деле умеренное, поскольку фактическое напряжение будет отличаться от 29 В (58 В) на холостом ходу до 21 В (42 В) при полной нагрузке.

В обоих случаях используются идентичные конденсаторы фильтра. Они подключаются параллельно для вашего варианта на 25 В (5000 мкФ) и последовательно для модели на 50 В (1250 мкФ). В модели на 50 В центральный отвод трансформатора будет соединен с центральным отводом конденсаторов, что гарантирует точное напряжение. разделение между конденсаторами. Эта установка дополнительно обеспечивает подачу 25 В на регулятор lC.

Стабилизатор напряжения, по существу, является последовательным типом, в котором импеданс последовательного транзистора регулируется таким способом, что это напряжение по всей нагрузке поддерживается постоянным на заданном уровне.

Транзистор Q4 рассеивает большую мощность, особенно при низких выходных напряжениях и большом токе, поэтому он устанавливается на радиаторе внутри задней части изделия.

Транзистор Q3 обеспечивает усиление по току на Q4, при этом совместная работа работает как мощный PNP-транзистор с высоким коэффициентом усиления. С помощью интегрального регулятора ICI напряжение 25 вольт снижается до 12 вольт. Это напряжение обычно используются в качестве напряжения питания для CA3130 ЛВПА и дополнительно снижено до 5,1 вольтого стабилитрона ZDI для использования в качестве опорного напряжения.

Регулировка напряжения осуществляется lC3, который проверяет напряжение, определяемое RV3 (от 0 до 5,1 'вольт), с выходным напряжением, разделенным на R14 и R15. Делитель обеспечивает деление на 4,2 (от 0 до 21 вольт) или восемь (от 0 до 40 вольт).

С другой стороны, на верхнем конце доступное напряжение ограничено до такой степени, что стабилизатор теряет управление при высоком токе, когда напряжение через конденсатор фильтра достигает выходного напряжения, плюс также могут быть обнаружены некоторые пульсации 100 Гц. Выход IC3 регулирует транзистор Q2, который впоследствии управляет выходным транзистором таким образом, чтобы выходное напряжение оставалось постоянным независимо от разницы между линиями и нагрузкой. Упоминание 5,1 вольта предлагается эмиттером Q2 через Q1.

Этот транзистор фактически является буферным каскадом для предотвращения нагрузки на линию 5,1 В. Управление током осуществляется IC2, который анализирует напряжение, определяемое -RV1 (от 0 до 0,55 вольт), используя напряжение, создаваемое вокруг R7 током нагрузки.

Если, скажем, на RV1 определено 0,25 В, а ток, снимаемый с источника питания, небольшой, выход IC2 будет около 12 В. Это приводит к включению светодиода 2, поскольку эмиттер Q1 находится под напряжением 5,7 В.

Следовательно, этот светодиод означает, что этот источник питания работает в режиме регулятора напряжения. Однако, если управляемый ток повышен таким образом, что напряжение вокруг R7 составляет чуть более 0,25 В (на нашей иллюстрации), выход IC2 может упасть. Как только выходное напряжение IC2 упадет ниже примерно 4 вольт, Q2 начнет отключаться через светодиоды 3 и D5. Результатом этого будет минимизация выходного напряжения, чтобы напряжение на резисторе R7 не могло увеличиваться.

В то время как это происходит, компаратор напряжения IC3 пытается устранить проблему, и его выходное напряжение резко возрастает до 12 вольт. Затем IC2 потребляет больше тока для подпитки, и этот ток вызывает свечение светодиода 3, что означает, что источник питания работает в режиме ограничения тока.

Чтобы обеспечить точное регулирование, клеммы измерения напряжения поставляются на выходные точки независимо от тех, которые передают ток нагрузки. Измеритель включает в себя движение на один миллиампер и считывает выходное напряжение (непосредственно вдоль выходных клемм) или ток (путем «измерения напряжения около R7»), выбираемого переключателем SV2 на передней панели.

Схема печатной платы для цепи питания 40В

СТРОИТЕЛЬСТВО

Рекомендуемая компоновка печатной платы для этой цепи переменного источника питания 0-40 В должна использоваться, так как конструкция при этом значительно упрощается.

Компоненты должны быть собраны на плате, соблюдая полярность диодов, транзисторов, ЖК и электролитов. BDl40 (Q3) должен быть установлен таким образом, чтобы сторона, использующая металлическую поверхность, была обращена в направлении lCl. К транзистору необходимо прикрутить небольшой радиатор, как показано на рисунке.

Если используются детализированные металлоконструкции, необходимо использовать монтажную схему.

а) Присоедините переднюю панель к передней части рамы и прикрутите их друг к другу, установив счетчик.

б) Закрепите выходные клеммы, потенциометры и переключатель измерителя на передней панели.

c) Катоды светодиодов (которые мы применили) были обозначены выемкой внутри корпуса, которую невозможно было заметить, пока светодиоды были установлены на передней панели.

Если это похоже на вашу ситуацию, уменьшите катодные выводы немного меньше, чтобы их можно было распознать, после чего установите светодиоды на место.

d) Припаяйте куски провода (длиной около 180 мм) к клеммам трансформатора на 240 В, изолируйте клеммы лентой, после чего прикрепите трансформатор на место внутри каркаса.

f) Установите сетевой шнур и зажим для шнура. подключите силовой выключатель, заизолируйте клеммы и после этого прикрепите выключатель на передней панели.

ж) Закрепите радиатор и прикрутите его к задней части корпуса с помощью пары болтов - после этого установите силовой транзистор, используя изоляционные шайбы и силиконовую смазку.

з) Установите собранную печатную плату на каркас с помощью распорок 10 мм.

i) Подключите вторичную обмотку трансформатора, выпрямительные диоды и конденсаторы фильтра. Выводы диода достаточно жесткие, чтобы не нуждаться в дополнительной поддержке.

j) Проводка, включающая плату и переключатели, может теперь входить в точки подключения с соответствующими буквами на диаграмме передней панели и схемах наложения компонентов. Единственное, что потребуется, это калибровка измерителя. Подключите настоящий вольтметр к выходному контроллеру источника питания, чтобы внешний измеритель расшифровывал 15 вольт (или 30 вольт в альтернативной настройке).

Перечень деталей для предлагаемой схемы блока питания 40 В, 2 А