Kuidas kujundada stabiliseeritud pingiga toiteallikat

Selles postituses arutame, kuidas tõhusat ja tõhusat, kuid samas väga odavat ja stabiilset pingil töötavat toiteallikat saab iga elektrooniline harrastaja kujundada igat tüüpi elektrooniliste projektide ja prototüüpide ohutuks testimiseks.

Pingi toiteallika peamised omadused peavad olema:

• Peaks olema ehitatud odavate ja hõlpsasti kättesaadavate komponentidega
• Peaks olema paindlik oma pinge ja voolu vahemike suhtes või lihtsalt sisaldama muutuva pinge ja muutuva voolu väljundite võimalust.
• Peaks olema ülevoolu ja ülekoormusega kaitstud.
• Peaks olema probleemi korral kergesti parandatav.
• Peaks olema oma väljundvõimsusega piisavalt tõhus.
• Peaks hõlbustama hõlpsasti kohandamist vastavalt soovitud spetsifikatsioonile.

Üldkirjeldus

Suurem osa toiteallika konstruktsioonidest sisaldab seni lineaarseeria stabilisaatorit. See disain kasutab läbipääsutransistorit, mis töötab nagu muutuv takisti, mida reguleerib Zeneri diood.

Seeriatoitesüsteem on populaarsem, võib-olla tingitud sellest, et see on palju tõhusam. Välja arvatud mõned väiksemad kaod Zeneris ja ettetakistuses, toimub märgatav kaotus seeriapäästtransistoris ainult sel perioodil, kui see koormusele voolu annab.

Seeriatoitesüsteemi üks puudus on aga see, et need ei taga mingisugust väljundkoormuse lühist. See tähendab, et väljundvea tingimustes võib läbipääsutransistor lubada selle kaudu voolata suurel voolul, hävitades lõpuks iseenda ja võib-olla ka ühendatud koormuse.

See ütles, lisades a lühisekaitse jadapingi pingeallika saab kiiresti rakendada teiste transistoride kaudu, mis on konfigureeritud praeguse kontrollerina.

The muutuva pinge regulaator saavutatakse lihtsa transistori, potentsiomeetri tagasiside abil.

Kaks ülaltoodud täiendust võimaldavad seeriapääsupingi toiteallikat väga mitmekülgseks, vastupidavaks, odavaks, universaalseks ja praktiliselt hävitamatuks.

Järgmistes lõikudes õpime lühidalt standardse stabiliseeritud pingil töötava toiteallika erinevate etappide kavandamist.

Lihtsaim transistori pinge regulaator

Kiire viis reguleeritava väljundpinge saamiseks on läbipääsu aluse ühendamine transistor potentsiomeetri ja Zeneri dioodiga nagu on näidatud alloleval joonisel.

Selles vooluringis on T1 võltsitud kiirgaja-jälgija BJT , kus selle baaspinge VB otsustab emitteripoolse pinge VE. Nii VE kui ka VB vastavad täpselt üksteisele ja on peaaegu võrdsed, kui lahutada selle edasilangus.

Mis tahes BJT edasilangemispinge on tavaliselt 0,7 V, mis tähendab, et emitteri poolne pinge on:

VE = VB - 0,7

Tagasiside ahela kasutamine

Kuigi ülaltoodud disain on lihtne ehitada ja väga odav , seda tüüpi lähenemine ei paku madalama pinge korral võimsuse suurt reguleerimist.

Täpselt seetõttu kasutatakse parema reguleerimise saamiseks kogu pingepiirkonnas tavaliselt tagasisidetüüpi juhtimist, nagu on näidatud alloleval joonisel.

Selles konfiguratsioonis kontrollib T1 baaspinget ja seega ka väljundpinget pinge langus üle R1, peamiselt T2 poolt tõmmatud voolu tõttu.

Kui poti VR1 liugvarras on maapinna äärmises otsas, lõigatakse T2 ära, kuna nüüd on selle alus maandatud, võimaldades ainsat ainsat pingelangust R1-s, mille põhjustas T1 baasivool. Selles olukorras on T1 emitteri väljundpinge peaaegu sama kui kollektori pinge ja seda saab anda järgmiselt:

VE = Vin - 0,7 , siin on VE T1 emitteri poolne pinge ja 0,7 on BJT T1 aluse / emitteri juhtmete standardne pinge languse väärtus.

Nii et kui sisendvarustus on 15 V, võib eeldada, et väljund on:

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

Nüüd, kui poti VR1 liugvarsi liigutatakse ülemisse positiivsesse otsa, põhjustab T2 juurdepääsu kogu T1 emitteri poolsele pingele, mis põhjustab T2 väga tugevat käitumist. See toiming ühendab otse zener-diood D1 koos rühmaga R1. See tähendab, et nüüd on T1 baaspinge VB lihtsalt zeneri pingega Vz võrdne. Seega on väljund:

VE = Vz - 0,7

Seega, kui D1 väärtus on 6 V, võib eeldada, et väljundpinge on õige:

VE = 6 - 0,7 = 5,3 V , seega otsustab zeneri pinge minimaalse võimaliku väljundpinge, mida sellest saada võiks seeriapääsuga toiteallikas kui potti pööratakse kõige madalamas asendis.

Kuigi ülaltoodud on pingil töötava toiteallika valmistamiseks lihtne ja tõhus, on selle peamine puudus, kuna see pole lühisekindel. See tähendab, et kui vooluahela väljundklemmid on juhuslikult lühises või rakendatakse ülekoormusvoolu, siis T1 kuumeneb ja põleb kiiresti.

Selle olukorra vältimiseks võiks disaini lihtsalt täiendada, lisades a praegune juhtimisfunktsioon nagu on selgitatud järgmises osas.

Ülekoormuse lühisekaitse lisamine

T3 ja R2 lihtne kaasamine võimaldab pingi toiteallika konstruktsiooni olla 100% lühisekindel ja vool kontrollitud . Selle konstruktsiooni korral ei kahjusta ka tahtlik väljund väljundis T1-le mingit kahju.

Selle etapi tööd võib mõista järgmiselt:

Niipea, kui väljundvool kipub ületama seatud ohutut väärtust, töötatakse R2-s välja proportsionaalne potentsiaalide vahe, mis on piisavalt suur transistori T3 sisselülitamiseks.

Kui T3 on sisse lülitatud, ühendatakse T1 alus oma emitterliiniga, mis lülitab T1 juhtivuse koheselt välja ja see olukord püsib kuni väljundi lühise või ülekoormuse eemaldamiseni. Nii kaitstakse T1 soovimatute väljundsituatsioonide eest.

Muutuva voolu funktsiooni lisamine

Ülaltoodud konstruktsioonis võib vooluanduri takisti R2 olla fikseeritud väärtus, kui väljundiks on nõutav püsiv voolu väljund. Heal pingetoiteallikal peaks aga olema muutuv vahemik nii pinge kui voolu jaoks. Arvestades seda nõudmist, saaks praeguse piiraja muuta reguleeritavaks, lisades lihtsalt a muutuv takisti T3 alusega, nagu allpool näidatud:

VR2 jagab pingelanguse R2-s ja võimaldab T3-l lülituda sisse kindla soovitud väljundvoolu korral.

Osaväärtuste arvutamine

Alustame takistitest, R1 saab arvutada järgmise valemiga:

R1 = (Vin - MaxVE) hFE / väljundvool

Siit alates MaxVE = Vein - 0,7

Seetõttu lihtsustame esimest võrrandit kui R1 = 0,7 hFE / väljundvool

VR1 võib olla 10 k suurune pott pingele kuni 60 V

Voolupiiraja R2 saab arvutada järgmiselt:

R2 = 0,7 / maksimaalne väljundvool

Maksimaalne väljundvool tuleks valida viis korda väiksem kui T1 maksimaalne Id, kui T1 on vajalik töötama ilma jahutusradiaatorita. T1-le paigaldatud suure jahutusradiaatori korral võib väljundvool olla T1 Id-st 3/4.

VR2 võib olla lihtsalt 1k pott või eelseadistatud.

T1 tuleks valida vastavalt väljundvoolu nõudele. Kui seda soovitakse kasutada ilma jahutusradiaatorita, peaks T1 Id-nimiväärtus olema viis korda suurem kui nõutav väljundvool. Paigaldatud suure jahutusradiaatori korral peaks T1 Id hinnang olema vähemalt 1,33 korda suurem kui vajalik väljundvool.

T1 maksimaalne kollektor / emitter või VCE peaks ideaalis olema maksimaalse väljundpinge spetsifikatsiooni väärtusest kaks korda suurem.

Zener-dioodi D1 väärtuse saab valida sõltuvalt pingi toiteallika madalaimast või minimaalsest väljundnõudest.

T2 reiting sõltub R1 väärtusest. Kuna pinge R1 kaudu on alati 0,7 V, muutub T2 VCE ebaoluliseks ja võib olla mis tahes miinimumväärtus. T2 ID peaks olema selline, et see suudaks hallata T1 baasvoolu, mille määrab R1 väärtus

Samad reeglid kehtivad ka T3 kohta.

Üldiselt võivad T2 ja T3 olla mis tahes väikesed signaaliga üldotstarbelised transistorid, näiteks BC547 või võib-olla a 2N2222 .

Praktiline disain

Olles mõistnud kõiki kohandatud pingetoiteallika kujundamise parameetreid, on aeg rakendada andmed praktilises prototüübis, nagu allpool näidatud:

Võite leida mõned täiendavad komponendid, mis on disainilahenduses tutvustatud ja mis on mõeldud lihtsalt vooluahela reguleerimisvõime suurendamiseks.

C2 sisestatakse T1, T2 aluse jääkide pulsatsiooni puhastamiseks.

T2 koos T1 moodustab a Darlingtoni paar väljundi praeguse kasvu suurendamiseks.

R3 lisatakse zenerdioodi juhtivuse parandamiseks ja seetõttu parema üldise reguleerimise tagamiseks.

Lisatakse R8 ja R9, et võimaldada väljundpinge reguleerimist fikseeritud vahemikus, mis pole kriitiline.

R7 määrab maksimaalse voolu, millele väljundis pääseb, mis on:

I = 0,7 / 0,47 = 1,5 amprit ja see tundub üsna madal, võrreldes signaali väärtusega 2N3055 transistor . Ehkki see võib hoida transistori eriti lahedana, võib seda väärtust suurendada kuni 8 amprini, kui 2N3055 on paigaldatud suure jahutusradiaatori kohale.

Hajumise vähenemine efektiivsuse suurendamiseks

Mis tahes seeria transistoripõhise lineaarse regulaatori suurim puudus on transistori hajumine suurel hulgal. Ja see juhtub siis, kui sisendi / väljundi erinevus on suur.

See tähendab, et kui pinget reguleeritakse madalama väljundpinge suunas, peab transistor pingutama liigse pinge juhtimiseks, mis seejärel transistorist soojuse kujul vabaneb.

Näiteks kui koormus on 3,3 V LED ja pinge toiteallika toiteallikas on 15 V, tuleb väljundpinge langetada 3,3 V-ni, mis on 15 - 3,3 = 11,7 V vähem. Ja selle erinevuse muundab transistor soojuseks, mis võib tähendada efektiivsuse kadu üle 70%.

Kuid selle probleemi saab lihtsalt lahendada, kasutades a trafo koputatud pinge väljundmähisega.

Näiteks võib trafol olla kraanid 5 V, 7,5 V, 10 V, 12 V jne.

Sõltuvalt koormusest saab kraanide toitmiseks valida regulaatori ahel . Pärast seda sai vooluahela pinge reguleerimise potti kasutada väljundtaseme edasiseks reguleerimiseks täpselt soovitud väärtuseni.

See tehnika suurendaks efektiivsust väga kõrgele tasemele, võimaldades transistori jahutusradiaatoril olla väiksem ja kompaktne.