A szabályozott tápegységek általában olyan tápegységre utalnak, amely képes különféle kimeneti feszültségek biztosítására, amelyek hasznosak az elektronikus áramkörök teszteléséhez, esetleg a kimeneti feszültség folyamatos változtatásával, vagy csak néhány előre beállított feszültséggel. Szinte minden elektronikus áramkörben használt elektronikus eszköz működéséhez egyenáramú áramforrásra van szükség. A szabályozott tápegység lényegében egy közönséges tápegységből és egy feszültségszabályozó készülékből áll. A közönséges tápegység kimenetét a feszültségszabályozó eszköz táplálja, amely biztosítja a végső kimenetet. A kimeneti feszültség állandó marad, függetlenül a váltakozó áramú bemeneti feszültség változásától vagy a kimeneti (vagy a terhelés) áram változásától, de amplitúdója a terhelésigénytől függően változik.
Néhány ilyen típusú tápegységet az alábbiakban tárgyalunk.
SMPS
Az ipari törekvés a kisebb, könnyebb és termelékenyebb elektronikai rendszerek felé ösztönözte az SMPS fejlődését, csak a kapcsoló üzemmódú tápegységet. Van néhány topológia, amelyet általában használnak az SMPS aktualizálására. A kapcsolt üzemmódú tápegység olyan elektronikus tápegység, amely kapcsolószabályozót tartalmaz az elektromos energia hatékony átalakításához. Ebben a magas kapcsolási frekvenciák alkalmazásával az SMPS-ben lévő teljesítménytranszformátor és a hozzá tartozó szűrőösszetevők mérete drasztikusan csökken a lineárishoz képest. A DC-DC átalakítók és a DC-AC átalakítók az SMPS kategóriába tartoznak.
Egy lineáris szabályozó áramkörben a szabályozatlan egyenáramú bemeneti tápfeszültség többletfeszültsége csökken egy soros elemre, így ennek a feszültségesésnek az arányában áramveszteség keletkezik, míg kapcsolt üzemmódú áramkörben a feszültség szabályozatlan részét a kapcsolási teljesítmény modulálásával távolítják el. hányados. A modern kapcsolók (például: MOSFET-ek) kapcsolási veszteségei sokkal kisebbek a lineáris elem veszteségéhez képest.
Az elektronikus egyenáramú terhelések nagy részét normál áramforrásokból táplálják. Sajnos a szokásos forrásfeszültség nem felel meg a mikroprocesszorok, motorok, LED-ek vagy más terhelések által megkövetelt szinteknek, különösen akkor, ha a forrásfeszültséget nem szabályozzák, mint például az akkumulátorforrások és más egyenáramú, illetve váltakozó áramú források.
SMPS blokkdiagram:
A kapcsolóüzemű tápegység (SMPS) fő gondolata könnyen érthető a DC-DC átalakító fogalmi magyarázatából. Ha a rendszer bemenete váltóáramú, akkor az első lépés az átalakítás DC-re. Ezt nevezzük helyesbítésnek. Az egyenáramú bemenettel rendelkező SMPS-nek nincs szüksége javítási szakaszra. Sok újabb SMPS egy speciális teljesítménytényező-korrekciós (PFC) áramkört fog használni. Az AC bemenet szinuszos hullámának követésével a bemeneti áramot meg tudjuk valósítani. A javított jelet a bemeneti tartály kondenzátora szűri a szabályozatlan egyenáramú bemeneti tápellátás előállításához. A szabályozatlan egyenáramú tápellátás a nagyfrekvenciás kapcsolók számára történik. Magasabb frekvenciákhoz nagyobb szintű kapacitású és induktivitású alkatrészek szükségesek. Ebben a MOSFET-ek szinkron egyenirányítóként használhatók, ezeknél még alacsonyabb a vezető fokozatú feszültségesés. A magas kapcsolási frekvencia a bemeneti feszültséget kapcsolja át a transzformátor primerjén. A hajtásimpulzusok általában rögzített frekvenciájúak és változó munkaciklusúak. A szekunder transzformátor kimenetét kijavítják és szűrik. Ezután a tápegység kimenetére kerül. A kimenet szabályozott egyenáramú ellátásának szabályozását a vezérlő vagy a visszacsatoló blokk végzi.
A legtöbb SMPS. A rendszerek rögzített frekvenciájú impulzusszélesség modulációval működnek, ahol a hajtás bekapcsolási idejének időtartama a főkapcsolóhoz ciklusonként változik. A kapcsolónak adott impulzusszélesség-jel fordítottan arányos a kimeneti feszültség kimenetével. Az oszcillátort egy zárt hurkú szabályozó feszültségvisszajelzése vezérli. Ezt általában egy kis impulzus transzformátor vagy egy opto-izolátor alkalmazásával érik el, ezáltal növelve az alkatrészszámot. Az SMPS esetében a kimeneti áramáram függ a bemeneti teljesítményjeltől, az alkalmazott tárolóelemektől és áramköri topológiáktól, valamint a kapcsolóelemek meghajtásához használt mintától. LC-szűrők alkalmazásával a kimeneti hullámformákat kiszűrjük.
Az SMPS előnyei:
- Nagyobb hatékonyság, mert a kapcsoló tranzisztor kevés energiát bocsát ki
- Alacsonyabb hőtermelés a nagyobb hatékonyság miatt
- Kisebb méretű
- Könnyebb súly
- Csökkentett harmonikus visszacsatolás a tápvezetékbe
Az SMPS alkalmazásai:
- Személyi számítógépek
- Szerszámgépipar
- Biztonsági rendszerek
Az SMPS-szel együtt egy másik áramkört szabályozott ellátás és tartalékolás céljára az alábbiakban tárgyalunk.
Lineáris tápegységek
Munka pad tápellátása tartalékkal
A munkaasztal tápegysége egy egyenáramú tápegység, amely különböző szabályozott egyenfeszültségeket képes biztosítani, és amelyeket tesztelés vagy hibaelhárítás céljából használnak. A szabályozott tápegység egyszerű áramkört és akkumulátor-tartalékot terveztek, amely munkapad-tápegységként használható. 12 V, 9 V és 5 V szabályozott egyenáramot ad a prototípusok áramellátásához tesztelés vagy hibaelhárítás közben. Van egy akkumulátora is, amely folytatja a munkát, ha az áramellátás megszűnik. Az akkumulátor lemerülésének jelzése szintén rendelkezésre áll az akkumulátor állapotának megerősítésére.
Három fő szakaszból áll:
Egyenirányító és egy szűrőegység, amely transzformátor, diódák és kondenzátorok kombinációjával alakítja az AC jelet szabályozott DC jellé.
Alternatívaként használt akkumulátor, amely a fő tápegység alatt újratölthető, és áramellátás hiányában a tápellátás hiánya esetén használható.
Akkumulátor töltésjelző, amely jelzi az akkumulátor töltöttségét és lemerülését.
14-0-14, 500 mA-es transzformátor, D1, D2 egyenirányító dióda és C1 simító kondenzátor képződik a tápegység szakasza . Ha rendelkezésre áll a hálózati feszültség, a D3 előre torzít, és több mint 14 volt DC-t szolgáltat az IC1-nek, amely ezután szabályozott 12 voltot ad, amelyek a kimenetéről lehallgathatók. Ugyanakkor az IC2 szabályozott 9, az IC3 pedig 5 voltos teljesítményt ad a kimenetükből.
Egy 12 voltos 7,5 Ah-s újratölthető akkumulátort használnak biztonsági mentésként. Ha rendelkezésre áll a hálózati áram, akkor a D3 és R1 keresztül tölt. R1 korlátozza a töltés áramát. A túltöltés megakadályozása érdekében, ha az áramellátás hosszabb ideig kapcsol, és az akkumulátor nem használ, akkor a Trickle töltés mód biztonságos. A töltőáram 100-150 mA körül lesz. Amikor a hálózati áramkimaradás megszakad, a D3 hátramenet és a D4 előrefeszültség és az akkumulátor terheli. Az UPS akkumulátor ideális választás.
A ZD Zener dióda és a T1 PNP tranzisztor alkotja az akkumulátor lemerülésének jelzőjét. Ezt a fajta elrendezést használják az inverterek az akkumulátor alacsony állapotának jelzésére. Amikor az akkumulátor feszültsége meghaladja a 11 V-ot, a Zener vezeti és magasan tartja a T1 alapját, hogy az kikapcsolt állapotban maradjon. Amikor az akkumulátor feszültsége 11 volt alá csökken, a Zener kikapcsol, és a T1 előre torzít. (A Zener dióda csak akkor vezet, ha a rajta keresztüli feszültség meghaladja az 1 voltot, vagy meghaladja a névleges feszültséget. Tehát itt a 10 voltos zener csak akkor vezet, ha a feszültség meghaladja a 11 V-ot.) Ezután a LED világít, jelezve az akkumulátor töltésének szükségességét. A VR1 beállítja a Zener helyes kikapcsolási pontját. Töltse fel teljesen az akkumulátort és mérje meg a kapcsának feszültségét. Ha az 12 V fölött van, állítsa középre az előre beállított VR1 ablaktörlőt, és kissé kapcsolja addig, amíg a LED kialszik. Ne fordítsa az Előbeállítást a legvégső határokig. Az akkumulátornak mindig elegendő 12 V feletti feszültséget kell tartalmaznia (a teljesen feltöltött akkumulátor 13,8 V körüli értéket mutat), akkor csak az IC1 kap elegendő bemeneti feszültséget.
Önkapcsoló tápegység nélküli áramkör diagram
Ebben a kapcsolási rajzban egy szabályozott tápfeszültség-áramkör szerint, bár az U1-LM7805 fixfeszültségű szabályozó nem csak változót ad, hanem automatikus kikapcsolás jellemzők. Ezt egy potenciométerrel lehet elérni, amely a szabályozó IC közös kapcsa és a föld között van összekötve. Az RV1 potenciométer ellenállásának bekapcsolási értékének minden 100 ohmos növekménye esetén a kimeneti feszültség 1 voltkal nő. Így a kimenet 3,7 V és 8,7 V között változik (figyelembe véve a D7 és D8 diódák 1,3 voltos esését).
Ha a kimeneti kapcsain nincs terhelés csatlakoztatva, akkor a tápellátás az, hogy kikapcsolja önmagát. Ezt a Q1 és Q2 tranzisztorok, a D7 és D8 diódák és a C2 kondenzátor segítségével érik el. Ha a kimeneten terhelés van csatlakoztatva, a D7 és D8 diódák potenciálesése (kb. 1,3 V) elegendő a Q2 és Q1 tranzisztorok vezetéséhez. Ennek eredményeként a relé feszültség alá kerül és ebben az állapotban marad, amíg a terhelés kapcsolatban marad. Ugyanakkor a C2 kondenzátor 7-8 volt körüli potenciálra töltődik fel a Q2 tranzisztoron keresztül. De amikor a terhelést (itt egy S2-vel sorozatban lámpát) leválasztják, a Q2 tranzisztor levágódik. A C2 kondenzátor azonban még mindig töltve van, és a Q1 tranzisztor bázisán keresztül kezd lemerülni. Egy idő után (amelyet alapvetően a C2 értéke határoz meg) az RL1 relé feszültségmentes, amely kikapcsolja a hálózati bemenetet a TR1 transzformátor primerjére. Az áramellátás ismételt visszaállításához nyomja meg az S1 kapcsoló nyomógombját. Az áramellátás kikapcsolásának késése közvetlenül a kondenzátor értékétől függ.
12V-0V, 250mA szekunder feszültségű transzformátort használtak, ennek ellenére a felhasználó igényei szerint módosítható (maximum 30V és 1 amperes áramerősség). 300 mA-nél nagyobb áram felvételéhez az IC szabályozót egy kis hűtőbordával kell felszerelni egy csillámszigetelő felett. Amikor a transzformátor szekunder feszültsége meghaladja a 12 V-ot (RMS), az RV1 potenciométert át kell méretezni. Ezenkívül a relé feszültségét előre meg kell határozni.
Változtatható tápegység az LM338 segítségével
Az elektronikus eszközök táplálásához gyakran szükséges egyenáramú tápegység. Míg egyesek szabályozott tápegységet igényelnek, sok olyan alkalmazás létezik, ahol a kimeneti feszültséget változtatni kell. A változó tápegység az, ahol a kimeneti feszültséget a követelményeknek megfelelően állíthatjuk be. A változó áramellátást számos alkalmazásban lehet használni, például váltakozó feszültségű DC motorokhoz, változó feszültségeket alkalmazva nagyfeszültségű DC-DC átalakítókhoz az erősítés beállításához, stb. elektronikus projektek tesztelése .
A változtatható tápegység fő alkotóeleme minden olyan szabályozó, amelynek kimenete bármilyen eszközzel, például változtatható ellenállással beállítható. Az olyan szabályozó IC-k, mint az LM317, 1,25 és 30 V közötti állítható feszültséget biztosítanak. Egy másik módszer az LM33 IC használata.
Itt egy egyszerű változó áramellátási áramkört használnak, amely LM33-at használ, amely egy nagyáramú feszültségszabályozó.
Az LM 338 a nagyáramú feszültségszabályozó, amely 5 amperes áram feleslegét képes ellátni a terheléssel. A szabályozó kimeneti feszültsége 1,2 voltról 30 voltra állítható. Csak két külső ellenállás szükséges a kimeneti feszültség beállításához. Az LM 338 az LM 138 családhoz tartozik, amely 3 terminál csomagban kapható. Alkalmazható olyan alkalmazásokban, mint az állítható tápegység, az állandó áramszabályozó, az akkumulátortöltők stb. A nagyáramú változó táplálás elengedhetetlen a nagy teljesítményű erősítő áramkörének teszteléséhez, hibaelhárítás vagy szervizelés közben. Ez lehetővé teszi az áramellátás nagy átmeneti terheléssel történő használatát, és a sebességek teljes terhelés mellett indulnak. A túlterhelés elleni védelem akkor is működőképes marad, ha az állítócsapot véletlenül lekapcsolják.
Áramkör leírása
Az alapáramkör a következő részekből áll:
- Lépjen le a transzformátorról, hogy 230 V-os váltakozó feszültség csökkenjen.
- Egyenirányító modul az AC jel kijavítására.
- Simító elektrolit kondenzátor a DC jel kiszűrésére és a váltakozó áramú hullámok eltávolítására.
- LM338
- Változtatható ellenállás
Az áramkör működése
Az LM338 pozitív feszültségszabályozót használó változó tápegység az alábbiakban látható. A teljesítmény egy 0-30 voltos, 5 amperes visszalépő transzformátorból származik. A 10 amperes egyenirányító modul egyenirányítja az alacsony feszültségű AC-DC-t, amelyet a C1 simító kondenzátor tesz hullámzásgá. A C2 és C3 kondenzátor javítja a tranziens válaszokat. A kimeneti feszültség a Pot VR1 segítségével a kívánt feszültségre állítható 1,2 voltról 28 voltra. A D1 véd a C4 ellen, a D2 pedig kikapcsoláskor véd a C3 ellen. A szabályozóhoz hűtőborda szükséges.
Vout = 1,2 V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.
