0-40 V állítható tápegység - építési útmutató

Ez a többcélú általános célú tápegység akár 2,5 ampert is képes előállítani 0 és 20 volt között, vagy akár 1,25 ampert is 0-40 volt között. Az áramkorlátozás a kimeneti opciók teljes tartományán belül változó.

Írta: Trupti Patil

Tápegység fő specifikációi:

AZ IDEÁLIS TÁPELLÁTÁSnak olyan feszültséget kell biztosítania, amely széles tartományban változtatható, és amely a beállított feszültségben marad, függetlenül a hálózati feszültségtől vagy a terhelési különbségektől.

A tápellátásnak a teljes kimenetén rövidzárlat ellen is biztonságosnak kell lennie, és képesnek kell lennie a terhelési áram korlátozására annak biztosítására, hogy az eszközöket ne sértsék meg a meghibásodott körülmények.

Ez a projekt egy olyan tápegységet ismertet, amelyet 2,5 amper áramerősségének 18 V-ig (alacsonyabb áram esetén 20 V-ig) történő leadására terveztek. Ugyanakkor néhány alapvető módosítással az ellátási ajánlat akár 40 V-ot is elérhet 1,25 amper mellett.

A tápfeszültség nulla és a rendelkezésre álló legmagasabb között állítható, és az áramkorlátozás a megadott teljes tartományban is beállítható. A tápegység működési módját két LED jelzi.

A feszültségszabályozó gomb közelében lévő mutatja, hogy az egység normál feszültségszabályozási beállításban van-e, az áramkorlátozó gomb közelében lévő pedig azt, hogy az egység áramkorlátozási módban van-e. Ezenkívül egy nagy mérő mutatja az áram vagy a feszültség kimenetét egy kapcsoló által kiválasztva.

TERVEZÉSI JELLEMZŐK

Míg előzetes tervezési szakaszunkban különféle típusú szabályozókat kutattunk, és mindegyikük pozitív szempontjaival és hátrányaival megválasztottuk azt, amelyik a legjobb költséghatékony funkcionalitást biztosítja. A konkrét stratégiákat és azok jellemzőit a következőképpen lehetne összefoglalni.

A söntszabályozó:

Ez az elrendezés elsősorban 10–15 watt körüli alacsony tápegységek esetén működne. Kiváló szabályozást kínál és belsőleg rövidzárlat-ellenálló, azonban eloszlatja a teljes teljesítménymennyiséget, amelyet terhelés nélküli körülmények között képes kezelni.

A sorozatszabályozó.

Ez a szabályozó körülbelül 50 watt közepes tápegységekre alkalmas.

Nagyobb tápegységekhez lehet és szánták, bár a hőelvezetés különösen nagy áram mellett, alacsony kimeneti feszültség mellett okozhat problémát.

Nagy a szabályozás, általában kisebb a kimeneti zaj, és a költségek viszonylag minimálisak.

SRC szabályozó:

Ideális közepes és nagy teljesítményű célokra, ez a szabályozó alacsony energiaeloszlást biztosít, bár a kimeneti hullámosság és a válaszidő közel sem olyan jó, mint egy soros szabályozóé.

SCR előszabályozó és sorozatszabályozó.

Az SCR és a sorozatszabályozók legjobb tulajdonságait a közepes és nagy teljesítményű alkalmazásokhoz használt ilyen típusú áramellátási áramkörökkel állítják össze. SCR előszabályozót alkalmaznak egy durván szabályozott tápellátás biztosításához, amely az ajánlottnál öt voltnál nagyobb, megfelelő soros szabályozóval együtt.

Ez csökkenti az áramveszteséget a soros szabályozóban. A kivitelezés azonban sokkal költségesebb.

Kapcsolószabályozó.

A közepes és nagy teljesítményű alkalmazásokhoz is alkalmazzák, ez a technika megfizethető szabályozást biztosít, és a szabályozóban alacsony az energiaeloszlás, ennek ellenére költséges felépíteni, és a kimeneten nagy frekvenciájú hullámzással rendelkezik.

Kapcsolóüzemű tápegység.

A legsikeresebb technika, ez a szabályozó kijavítja a hálózatot egy inverter 20 kHz vagy még nagyobb frekvenciájú működtetésére. A feszültség csökkentésére vagy növelésére általában olcsó ferritranszformátort alkalmaznak, amelynek kimenetét egyenlítik és szűrik, hogy az előnyben részesített egyenáramú kimenetet kapják.

A vonalszabályozás nagyon jó, de biztosan van egy hátránya, hogy nem kényelmesen alkalmazható változó forrásként, mivel csak viszonylag kisebb tartományban alkalmazkodik.

SAJÁT TERVÜNK

A kezdeti tervezési elvünk egy 20 volt körüli, 5-10 amperes teljesítményű áramellátás volt.
Ennek ellenére, a szabályozó könnyen elérhető fajtáinak és költségeinek fényében úgy döntöttek, hogy az áramot körülbelül 2,5 amperre korlátozzák.
Ez a megközelítés segített abban, hogy alkalmazzunk egy sorozatszabályozót, a legköltséghatékonyabb modellt. Jó szabályozásra volt szükség, az állítható áramkorlátozó funkcióval együtt, valamint azt is megválasztották, hogy az áramellátás gyakorlatilag nulla voltig működőképes lehessen.

A végleges minősítés megszerzéséhez elengedhetetlen egy negatív tápvezeték vagy egy komparátor, amely a bemeneteit nulla volton képes használni. A negatív tápvezeték használatával szemben úgy döntöttünk, hogy összehasonlítóként egy CA3l30 IC operációs erősítőt használunk.

A CA3l 30-nak egyetlen tápra van szüksége (maximum 15 volt), és az elején egy ellenállást és 1 2 voltos zenert használtunk egy 12 voltos tápellátáshoz. A referenciafeszültséget ekkor ebből a zener tápból egy újabb ellenállás és egy 5 voltos zener hozta létre.

Úgy gondolták, hogy ez megfelelő szabályozást adott volna a referenciafeszültségre, de gyakorlatilag azonosították az egyenirányító kimenetét, hogy 21-29 voltra változzon, plusz a hullámosság és a feszültségváltás, amely a 12 voltos zener felett végbement, ennek eredményeként véget ért tükröződik az 5 voltos zener referencián.

Emiatt a 12 voltos zener helyett egy egyenáramú szabályozó került, amely orvosolta a problémát.

Valamennyi soros szabályozóval a soros kimenetű tranzisztornak az elrendezés jellemzői alapján rengeteg energiát kell elvezetnie, különösen alacsony kimeneti feszültség és nagy áram esetén. Ennél a tényezőnél a tekintélyes hűtőborda fontos része a szerkezetnek.

Az ipari hűtőbordák hihetetlenül drágák és gyakran nehézkesen felszerelhetők. Ennek eredményeként hoztuk létre saját hűtőbordánkat, amely nemcsak megfizethetőbb, de sokkal jobban működött, mint a kereskedelmi variáció, amelyre gondoltunk - egyszerűbb felszerelni.

Mindazonáltal a hűtőborda teljes terhelés mellett továbbra is melegen működik, akárcsak a transzformátor. és nagyáramú kisfeszültségű körülmények között a tranzisztor még túlságosan is sistergővé válhat ahhoz, hogy megérintse.
Ez meglehetősen normális, mivel a tranzisztor ezekben a helyzetekben továbbra is a kiválasztott hőmérsékleti tartományon belül működik.

Bármely rendkívül szabályozott ellátással együtt az állandóság nehézséget okozhat. Ehhez a motívumhoz a feszültség-szabályozási módot a C5 és C7 kondenzátorok tartalmazzák, hogy minimalizálják a hurok erősítését a magas frekvenciákban, és így elkerüljék a tápellátás lengését.

A C5 értékét úgy választottuk meg, hogy ideális esetben spóroljon a stabilitás és a reakcióidő között. Ha a C5 értéke túl alacsony, a reakció sebessége megnő.

A stabilitás hiányának azonban nagyobb a lehetősége. Ha a túlzott reakcióidő indokolatlanul megnő. Áramkorlátos üzemmódban az azonos funkcionalitást a C4 egészíti ki, és pontosan ugyanazok a vélemények valósulnak meg, mint a feszültség forgatókönyvnél.

Mivel a tápegység viszonylag nagy áramkimenettel rendelkezik, kétségtelenül némi feszültségesés léphet fel a vezetékeken a kimeneti sorkapcsok felett. Ezt kompenzálja a kimeneti sorkapcsok feszültségének érzékelése független vezetékkészleten keresztül.

Noha az áramellátás elsősorban 20 voltos feszültség mellett 2,5 amperes volt, végül azt ajánlották, hogy pontosan ugyanazt az áramellátást lehet megszokni 40 volt feszültség 1,25 amperes áramellátására, és ez sok végfelhasználó számára megfelelőbb lehet.

Ez az egyenirányító beállításainak módosításával és néhány alkatrész megváltoztatásával valósítható meg. Némi ötlet érkezett az ellátás kapcsolható létrehozására, azonban a további bonyolultság és az ár olyan volt, hogy azt figyelmen kívül hagyták.

Ezért alapvetően az igényeinek megfelelő konfigurációt kell választania, és szükség szerint ki kell építenie a kínálatot.

A maximálisan elérhető szabályozott feszültséget korlátozhatja esetleg a szabályozó bemeneti feszültsége, amely túlságosan csökken (több mint 18 volt és 2,5 amper), esetleg az R14 / R15 aránytól és a referenciafeszültség értékétől. (Kimenet = R14 + R15 / R15) V ref

A ZD1 tűrése miatt a teljes 20 volt (vagy 40 volt) valószínűleg nem elérhető. Ha egy helyzetet azonosítanak, az R14-et a későbbi előnyben részesített értékre kell növelni.

Az egyfordulatú potenciométereket a feszültség- és áramszabályozáshoz adták, mivel megfizethetőek. Ennek ellenére, ha pontos feszültség- vagy áramszabályozásra van szükség, akkor tízfordulatú potenciométereket kell helyettesíteni.

HOGYAN MŰKÖDIK

A 240 V-os hálózatot a transzformátoron keresztül 40 Vac-ra csökkentik, és amely alapján a tápegységet kifejlesztették, 25 vagy 5 Vdc-re egyenirányítják.

Ez a feszültség valójában mérsékelt, mivel a tényleges feszültség terhelés nélküli 29 volt (58 volt) és teljes terhelés esetén 21 volt (42 volt) között változik.

Mindkét esetben azonos szűrőkondenzátorokat használnak. Ezeket a 25 voltos változatához (5000uF) párhuzamosan, az 50 voltos modellhez (1250uF) szánt sorozatban rögzítik. Az 50 voltos modellnél a transzformátor középső csapja összekapcsolódik a kondenzátorok középső csapjával, így garantálva a pontos feszültséget. megosztása a kondenzátorok között. Ez a beállítás emellett 25 voltos tápfeszültséget kínál az lC szabályozóhoz.

A feszültségszabályozó lényegében egy soros típus, amelyben a soros tranzisztor impedanciáját olyan módszerrel szabályozzuk, hogy ezt a feszültséget a terhelés alatt az előre meghatározott értéken állandóan tartsuk.

A Q4 tranzisztor nagy teljesítményt bocsát ki, különösen alacsony kimeneti feszültségeknél és nagy áramnál, ezért a hűtőbordára van felszerelve a termék hátoldalán.

A Q3 tranzisztor aktuális erősítést hoz a Q4-be, az együttműködés nagy teljesítményű, nagy nyereségű PNP tranzisztorként működik. A 25 voltot 12 voltra csökkentik az ICI integrált áramkörű szabályozóval. Ezt a feszültséget szokták használni a CA3130 lC-k tápfeszültségeként, és ezt a ZDI zener dióda 5,1 voltra csökkenti, hogy referenciafeszültségként használhassa.

A feszültségszabályozást az lC3 végzi, amely megvizsgálja az RV3 által meghatározott feszültséget (O - 5,1 'volt) a kimeneti feszültséggel osztva R14 és R15 értékkel. Az osztó 4,2 (O - 21 V) vagy nyolc (0 - 40 V) osztást biztosít.

Másrészt a felső végén a megszerezhető feszültség arra a pontra korlátozódik, hogy a szabályozónak nagy árammal sikerül elveszítenie az irányítást, amikor a szűrőkondenzátoron átmenő feszültség eléri a kimeneti feszültséget, és hozzávetőlegesen 100 Hz-es hullám is fellelhető. Az IC3 kimenete szabályozza a Q2 tranzisztort, amely ezt követően vezérli a kimeneti tranzisztort oly módon, hogy a kimeneti feszültség továbbra is állandó legyen, függetlenül a vezeték és a terhelés különbségeitől. Az 5,1 voltos referenciát a Q2-Q1 emitterhez ajánljuk.

Ez a tranzisztor valójában egy puffer szakasz, amely ellensúlyozza az 5,1 voltos vezeték terhelését. Az áramszabályozást az IC2 végzi, amely elemzi az -RV1 által meghatározott feszültséget (O-tól 0,55 voltig) a terhelési áram által R7 körül létrehozott feszültség felhasználásával.

Ha mondjuk 0,25 V-ot határozunk meg az RV1-en, és az áramellátásból kimenő áram kicsi, akkor az IC2 kimenete közel 12 volt lesz. Ez azt eredményezi, hogy a 2 LED világítani kezd, mivel a Q1 emittere 5,7 volt.

Ez a LED következésképpen azt jelzi, hogy ez a táplálás a feszültségszabályozó módban működik. Ha azonban a meghajtott áramot úgy emeljük meg, hogy az R7 körüli feszültség alig haladja meg a 0,25 V-ot (az ábrán látható módon), akkor az IC2 kimenete csökkenhet. Amint az IC2 kimenete 4 volt alá csökken, a Q2 megkezdi a kikapcsolást a 3-as és a D5 LED-en keresztül. Ennek az lenne az eredménye, hogy minimalizálják a kimeneti feszültséget annak érdekében, hogy az R7-es feszültség ne tudjon többet megugrani.

Amíg ez megtörténik, az IC3 feszültség-összehasonlító megpróbálja ellensúlyozni a problémát, és a kimenete 12 voltra emelkedik. Az IC2 ezután több áramot fogyaszt a pótlásához, és ez az áram a LED 3 világítását eredményezi, ami azt jelenti, hogy az áramellátás áramkorlátos üzemmódban működik.

A pontos szabályozás érdekében a feszültségérzékelő sorkapcsok a kimeneti pontokba kerülnek, függetlenül a terhelés áramát szállítóktól. A mérő egy milliamperes mozgást tartalmaz, és leolvassa a kimeneti feszültséget (közvetlenül a kimeneti kapcsok mentén) vagy az áramot (az „R7 körüli feszültség mérésével”), az SV2 előlapi kapcsoló közül választva

NYÁK-elrendezés a 40 V-os áramellátási áramkörhöz

ÉPÍTKEZÉS

Ehhez a 0-40 V-os változó tápegység áramkörének javasolt NYÁK-elrendezését ki kell használni, mivel az építkezés rendkívül egyszerűsített.

Az alkatrészeket össze kell rakni a táblára, biztosítva a diódák, tranzisztorok, lc-k és elektrolitikák polaritását. A BDl40-et (Q3) úgy kell felszerelni, hogy a fémfelületet használó oldal az lCl irányába nézzen. A tranzisztorra egy kis hűtőbordát kell csavarozni, amint az a képen látható.

Ha a részletesen ismert fémművet alkalmazzák, akkor az összeszerelési elrendezést kell alkalmazni.

a) Csatlakoztassa az elülső panelt a keret elejéhez, és a mérő felszerelésével rögzítse őket egymással.

b) Rögzítse a kimeneti kapcsokat, a potenciométereket és a mérőkapcsolót az előlapra.

c) A LED-ek katódjait (amelyeket felhasználtunk) a testen belül egy olyan rés jelölte, amelyet nem lehetett észrevenni, miközben a LED-eket az előlapra szerelték.

Ha ez úgy hangzik, mint a helyzet, csökkentse a katódsorkapcsokat valamivel kisebbre, hogy felismerje azokat, majd telepítse a LED-eket a helyükre.

d) Forrasztó huzalhosszúságúak (kb. 180 mm hosszúak) a transzformátor 240 voltos kapcsaihoz, szigeteljék a csatlakozókat szalaggal, majd rögzítsék a transzformátort a kereten belül.

f) Szerelje be a hálózati kábelt és a csatlakozót. kösse be a főkapcsolót, szigetelje a csatlakozókat és ezt követően csatlakoztassa a kapcsolót az előlapra.

g) Rögzítse a hűtőbordát, és néhány csavar segítségével csavarja rá a váz hátuljára - ezt követően szerelje be a teljesítménytranzisztort szigetelő alátétekkel és szilícium zsírral.

h) Helyezze az összeszerelt NYÁK-t a vázra 10 mm-es távtartók segítségével.

i) Huzalozzuk a transzformátor szekunder, egyenirányító diódáit és szűrőkondenzátorait. A diódavezetékek elég merevek ahhoz, hogy ne igényeljenek különösebb támaszt.

j) A táblát és a kapcsolókat magában foglaló kábelezés esetleg bekerülhet az előlap és az alkatrészek átfedési diagramjaiban lévő megfelelő betűkkel ellátott összekötő pontokba. Csak a mérő kalibrálása szükséges. Csatlakoztasson egy eredeti voltmérőt a tápegység kimeneti vezérléséhez, hogy a külső mérőfej 1 5 V-ot (vagy az alternatív beállításnál 30 V-ot) megfejtjen.

Alkatrészlista a javasolt 40V 2 amperes áramellátási áramkörhöz