Регулируемые источники питания обычно относятся к источникам питания, способным подавать различные выходные напряжения, полезные для стендовых испытаний электронных схем, возможно, с непрерывным изменением выходного напряжения или просто с некоторыми предварительно установленными напряжениями. Практически все электронные устройства, используемые в электронных схемах, для работы нуждаются в источнике питания постоянного тока. Стабилизированный источник питания по существу состоит из обычного источника питания и устройства регулирования напряжения. Выход из обычного источника питания подается на устройство регулирования напряжения, которое обеспечивает конечный выход. Выходное напряжение остается постоянным независимо от изменений входного переменного напряжения или изменений выходного тока (или тока нагрузки), но его амплитуда изменяется в соответствии с требованиями нагрузки.
Некоторые из этих типов источников питания описаны ниже.
SMPS
Стремление отрасли к созданию более миниатюрных, легких и более производительных электронных систем привело к развитию импульсных источников питания, представляющих собой не что иное, как импульсный источник питания. Для реализации SMPS обычно используются некоторые топологии. Импульсный источник питания - это электронный источник питания, который включает в себя импульсный регулятор для эффективного преобразования электроэнергии. При этом за счет использования высоких частот переключения размеры силового трансформатора и связанных с ним фильтрующих компонентов в SMPS значительно уменьшаются по сравнению с линейным. Преобразователи постоянного тока в постоянный и преобразователи постоянного тока в переменный относятся к категории ИИП.
В схеме линейного регулятора избыточное напряжение от нерегулируемого входного источника постоянного тока падает на последовательном элементе, и, следовательно, возникают потери мощности пропорционально этому падению напряжения, тогда как в схеме с переключаемым режимом нерегулируемая часть напряжения удаляется путем модуляции коэффициента заполнения переключателя. соотношение. Коммутационные потери в современных переключателях (например, полевых МОП-транзисторах) намного меньше по сравнению с потерями в линейном элементе.
Большинство электронных нагрузок постоянного тока питаются от стандартных источников питания. К сожалению, стандартные напряжения источника могут не соответствовать уровням, требуемым микропроцессорами, двигателями, светодиодами или другими нагрузками, особенно когда напряжение источника не регулируется, как источники батарей и другие источники постоянного и переменного тока.
Блок-схема SMPS:
Основная идея импульсного источника питания (SMPS) может быть легко понята из концепции концептуального объяснения преобразователя постоянного тока в постоянный. Если вход системы переменного тока, то первая ступень должна преобразовать в постоянный ток. Это называется исправлением. ИИП с входом постоянного тока не требует стадии выпрямления. Многие новые SMPS будут использовать специальную схему коррекции коэффициента мощности (PFC). Следя за синусоидальной волной на входе переменного тока, мы можем сделать входной ток. Выпрямленный сигнал фильтруется входным накопительным конденсатором для создания нерегулируемого входного источника постоянного тока. Нерегулируемый источник постоянного тока подается на высокочастотный переключатель. Для более высоких частот требуются компоненты с более высоким уровнем емкости и индуктивности. В этом случае полевые МОП-транзисторы могут использоваться в качестве синхронных выпрямителей, они имеют еще более низкие падения напряжения на проводящей стадии. Высокая частота переключения переключает входное напряжение на первичную обмотку силового трансформатора. Импульсы возбуждения обычно имеют фиксированную частоту и переменный рабочий цикл. Выход вторичного трансформатора выпрямляется и фильтруется. Затем он отправляется на выход блока питания. Регулировка выхода для обеспечения стабилизированного питания постоянного тока осуществляется блоком управления или обратной связи.
Большинство SMPS. Системы работают на основе фиксированной частоты широтно-импульсной модуляции, где продолжительность включения привода на выключатель питания изменяется от цикла к циклу. Сигнал ширины импульса, подаваемый на переключатель, обратно пропорционален выходному напряжению на выходе. Генератор управляется обратной связью по напряжению от регулятора с обратной связью. Обычно это достигается с помощью небольшого импульсного трансформатора или оптоизолятора, что увеличивает количество компонентов. В SMPS выходной ток зависит от входного сигнала мощности, используемых элементов памяти и топологии схемы, а также от схемы, используемой для управления переключающими элементами. Используя LC-фильтры, выходные сигналы фильтруются.
Преимущества SMPS:
- Повышенная эффективность, поскольку переключающий транзистор рассеивает мало энергии
- Меньшее тепловыделение за счет более высокой эффективности
- Меньше по размеру
- Меньший вес
- Уменьшение гармонической обратной связи в питающей сети
Применение SMPS:
- Персональные компьютеры
- Станкостроение
- Охранные системы
Наряду с SMPS ниже обсуждается другая схема для регулируемого питания и резервного питания.
Линейные источники питания
Блок питания рабочего стола с резервным питанием
Блок питания рабочего стола - это блок питания постоянного тока, который может обеспечивать различные регулируемые напряжения постоянного тока, которые используются для тестирования или поиска неисправностей. Разработана простая схема регулируемого источника питания с резервным аккумулятором, которая может использоваться как источник питания рабочего стола. Он дает 12 вольт, 9 вольт и 5 вольт регулируемого постоянного тока для питания прототипов во время тестирования или устранения неисправностей. Он также имеет резервную батарею, чтобы продолжить работу в случае сбоя питания. Индикация низкого заряда батареи также предусмотрена для подтверждения состояния батареи.
Он состоит из трех основных разделов:
Блок выпрямителя и фильтра, который преобразует сигнал переменного тока в регулируемый сигнал постоянного тока, используя комбинацию трансформатора, диодов и конденсаторов.
Батарея, используемая как альтернатива, которую можно перезаряжать во время основного источника питания и использовать в качестве источника питания в случае отсутствия основного источника питания.
Индикатор заряда аккумулятора, показывающий уровень заряда и разряда аккумулятора.
Трансформатор 14-0-14, 500 мА, выпрямительные диоды D1, D2 и сглаживающий конденсатор C1 образуют блок питания . При наличии сетевого питания D3 смещает в прямом направлении и подает на IC1 постоянный ток более 14 вольт, который затем выдает регулируемые 12 вольт, которые могут быть сняты с его выхода. В то же время IC2 выдает регулируемые 9 вольт, а IC3 регулируемые 5 вольт со своих выходов.
В качестве резервного используется аккумуляторная батарея на 12 В 7,5 Ач. При наличии сетевого питания он заряжается через D3 и R1. R1 ограничивает ток для зарядки. Чтобы предотвратить перезарядку, если источник питания включен в течение длительного времени, а аккумулятор не используется, режим непрерывной зарядки безопасен. Зарядный ток будет около 100-150 мА. При пропадании сетевого питания происходит обратное смещение D3 и прямое смещение D4, и аккумулятор принимает нагрузку. Батарея ИБП - идеальный выбор.
Стабилитрон ZD и транзистор PNP T1 образуют индикатор разряда батареи. Такое расположение используется в инверторах для индикации низкого уровня заряда батареи. Когда напряжение батареи выше 11 вольт, стабилитрон проводит и поддерживает базу T1 на высоком уровне, так что он остается выключенным. Когда напряжение батареи падает ниже 11 вольт, стабилитрон выключается и T1 смещается в прямом направлении. (Стабилитрон работает только тогда, когда напряжение на нем выше 1 В или выше его номинального напряжения. Таким образом, здесь стабилитрон на 10 В работает, только если напряжение выше 11 В.) Затем загорается светодиод, указывая на необходимость зарядки аккумулятора. VR1 настраивает правильную точку выключения стабилитрона. Зарядите аккумулятор полностью и измерьте напряжение на его клеммах. Если оно выше 12 вольт, установите стеклоочиститель предварительно установленного VR1 в среднее положение и слегка поверните его, пока светодиод не погаснет. Не доводите пресет до крайности. Батарея всегда должна иметь достаточное напряжение выше 12 вольт (полностью заряженная батарея показывает около 13,8 вольт), тогда только IC1 получает достаточное входное напряжение.
Принципиальная схема автономного источника питания
На этой принципиальной схеме представлена регулируемая цепь источника питания, которая, хотя стабилизатор постоянного напряжения U1-LM7805 не только дает переменную, но и автоматическое выключение Особенности. Это достигается с помощью потенциометра, который подключен между общей клеммой IC регулятора и землей. На каждые 100 Ом приращения внутрисхемного значения сопротивления потенциометра RV1 выходное напряжение увеличивается на 1 вольт. Таким образом, выходное напряжение варьируется от 3,7 В до 8,7 В (с учетом падения 1,3 В на диодах D7 и D8).
Когда к его выходным клеммам не подключена нагрузка, то питание отключается. Это достигается с помощью транзисторов Q1 и Q2, диодов D7 и D8 и конденсатора C2. Когда к выходу подключена нагрузка, падения потенциала на диодах D7 и D8 (приблизительно 1,3 В) достаточно для того, чтобы транзисторы Q2 и Q1 проводили проводимость. В результате реле активируется и остается в этом состоянии, пока нагрузка остается подключенной. В то же время конденсатор C2 заряжается примерно до 7-8 вольт через транзистор Q2. Но когда нагрузка (лампа здесь последовательно с S2) отключается, транзистор Q2 отключается. Однако конденсатор C2 все еще заряжен и начинает разряжаться через базу транзистора Q1. Через некоторое время (которое в основном определяется значением C2) реле RL1 обесточивается, что отключает вход сети в первичную обмотку трансформатора TR1. Чтобы снова возобновить подачу питания, необходимо на мгновение нажать кнопку S1. Задержка выключения источника питания напрямую зависит от емкости конденсатора.
Был использован трансформатор с вторичным напряжением 12 В-0 В, 250 мА, тем не менее, он может быть изменен в соответствии с требованиями пользователя (максимум до 30 В и номинальный ток 1 ампер). Для потребления тока более 300 мА микросхема регулятора должна быть оснащена небольшим радиатором над слюдяным изолятором. Когда вторичное напряжение трансформатора превышает 12 В (среднеквадратичное значение), необходимо изменить размеры потенциометра RV1. Кроме того, следует заранее определить номинальное напряжение реле.
Регулируемый источник питания с использованием LM338
Источник питания постоянного тока часто требуется для питания электронных устройств. В то время как для некоторых требуется регулируемый источник питания, во многих случаях выходное напряжение необходимо изменять. Источник переменного тока - это источник, в котором мы можем регулировать выходное напряжение в соответствии с требованиями. Переменный источник питания может использоваться во многих приложениях, таких как подача переменного напряжения на двигатели постоянного тока, подача переменного напряжения на высоковольтные преобразователи постоянного тока в постоянный для регулировки усиления и т. Д. тестирование электронных проектов .
Основным компонентом переменного источника питания является любой регулятор, выход которого можно регулировать с помощью любых средств, например, переменного резистора. ИС регулятора, такие как LM317, обеспечивают регулируемое напряжение от 1,25 до 30 В. Другой способ - использовать LM33 IC.
Здесь используется простая схема регулируемого источника питания с использованием LM33, который представляет собой высоковольтный стабилизатор напряжения.
LM 338 - это высоковольтный стабилизатор напряжения, который может подавать на нагрузку ток более 5 ампер. Выходное напряжение регулятора можно регулировать от 1,2 вольт до 30 вольт. Для установки выходного напряжения требуется всего два внешних резистора. LM 338 принадлежит к семейству LM 138, которое доступно в 3-х клеммной упаковке. Его можно использовать в таких приложениях, как регулируемый источник питания, стабилизатор постоянного тока, зарядные устройства и т. Д. Сильноточный регулируемый источник важен для тестирования схем усилителя большой мощности, во время поиска неисправностей или обслуживания. Это позволяет использовать источник питания с высокими переходными нагрузками и ускорять запуск в условиях полной нагрузки. Защита от перегрузки остается работоспособной даже в случае случайного отключения регулировочного штифта.
Описание схемы
Базовая схема состоит из следующих частей:
- Понижающий трансформатор, вызывающий падение переменного напряжения на 230 В.
- Модуль выпрямителя для исправления сигнала переменного тока.
- Сглаживающий электролитный конденсатор для фильтрации сигнала постоянного тока и удаления пульсаций переменного тока.
- LM338
- Переменный резистор
Работа схемы
Регулируемый источник питания с использованием стабилизатора положительного напряжения LM338 показан ниже. Питание поступает от понижающего трансформатора 0-30 В на 5 ампер. Модуль выпрямителя на 10 ампер выпрямляет низковольтный переменный ток в постоянный, который устраняет пульсации сглаживающим конденсатором C1. Конденсаторы C2 и C3 улучшают переходные характеристики. Выходное напряжение можно отрегулировать с помощью Pot VR1 до желаемого напряжения от 1,2 до 28 В. D1 защищает от C4, а D2 защищает от C3 в выключенном состоянии. Регулятору требуется радиатор.
Vout = 1,2 В (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.
