Σταθεροποιημένα τροφοδοτικά

Όλος ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός τροφοδοτείται από πηγές συνεχούς ρεύματος. Για κινητό εξοπλισμό χρησιμοποιούνται συνήθως μπαταρίες ή γαλβανικές μπαταρίες. Τώρα υπάρχει ένας τέτοιος εξοπλισμός στα χέρια και στις τσέπες: πρόκειται για κινητά τηλέφωνα, κάμερες, tablet υπολογιστές, διάφορα όργανα μέτρησης και πολλά άλλα.

Σταθερά ηλεκτρονικά - τηλεοράσεις, υπολογιστές, κέντρα μουσικής κλπ. που τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιώντας τροφοδοτικά. Εδώ, σε καμία περίπτωση δεν μπορείτε να κάνετε χωρίς μπαταρίες ή μικρές μπαταρίες.

Οι ηλεκτρονικές συσκευές συχνά δεν είναι ανεξάρτητες και δουλεύουν μόνοι τους. Πρώτα απ 'όλα, πρόκειται για ενσωματωμένες ηλεκτρονικές μονάδες, για παράδειγμα, μονάδα ελέγχου για πλυντήριο ρούχων ή φούρνο μικροκυμάτων. Αλλά ακόμη και σε αυτή την περίπτωση, οι ηλεκτρονικές μονάδες έχουν τη δική τους τροφοδοτικά, πιο συχνά ακόμη και σταθεροποιημένα, ακόμη και με προστασία, που σας επιτρέπει να προστατεύετε τόσο την τροφοδοσία ίδια όσο και το φορτίο, δηλ. συνδεδεμένη μονάδα ελέγχου.

Στα σχέδια που αναπτύσσονται από τους ερασιτέχνες ραδιοερασιτέχνες, υπάρχει πάντα μια παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, εκτός αν βέβαια αυτός ο σχεδιασμός φέρεται στο τέλος και όχι εγκαταλελειμμένος στα μισά του δρόμου. Δυστυχώς, αυτό συμβαίνει αρκετά συχνά. Αλλά στη γενική περίπτωση, η κατασκευή ενός κυκλώματος αποτελείται από διάφορα στάδια.

Ανάμεσά τους είναι η ανάπτυξη ενός διαγράμματος κυκλώματος, καθώς και η συναρμολόγηση και η αποσφαλμάτωση του σε ένα πινέλο. Και μόνο αφού λάβουν τα απαιτούμενα αποτελέσματα για το breadboard, αρχίζουν να αναπτύσσουν μια δομή κεφαλαίου. Αυτό είναι όταν αναπτύσσουν πίνακες κυκλωμάτων, ένα περίβλημα και ένα τροφοδοτικό.

Στη διαδικασία των πειραμάτων στο breadboard, το λεγόμενο εργαστηριακών τροφοδοτικών. Η ίδια μονάδα πρέπει να χρησιμοποιηθεί για την ανάθεση σε μεγάλη ποικιλία σχεδίων, οπότε θα πρέπει να έχει ευρείες δυνατότητες.

Κατά κανόνα, πρόκειται για μονάδα με ρύθμιση της τάσης εξόδου και παροχή επαρκούς ρεύματος. Μερικές φορές η τροφοδοσία παράγει αρκετές τάσεις, οι μονάδες αυτές ονομάζονται πολλαπλά κανάλια. Ένα παράδειγμα είναι ένα συμβατικό τροφοδοτικό υπολογιστή ή μια διπολική πηγή για ένα ισχυρό UMZCH.

Όταν η τροφοδοσία είναι σχεδιασμένη για μια σταθερή τάση, για παράδειγμα 5V, δεν είναι κακό να προστατεύεται από την υπέρβαση της τάσης εξόδου: αν το τρανζίστορ σταθεροποιητή εξόδου σπάσει, τότε το κύκλωμα που τροφοδοτείται από αυτό μπορεί να υποφέρει.

Παρόλο που μια τέτοια προστασία δεν είναι πολύ περίπλοκη, υπάρχουν μόνο λίγες λεπτομέρειες, για κάποιο λόγο δεν γίνονται σε βιομηχανικά κυκλώματα, και βρίσκονται μόνο σε ερασιτεχνικά ραδιοφωνικά σχέδια, ακόμα και τότε όχι καθόλου. Αλλά, παρόλα αυτά, υπάρχουν τέτοια συστήματα προστασίας.

Αν κοιτάξετε προσεκτικά τις καταναλωτικές συσκευές, θα παρατηρήσετε ότι όλες οι ηλεκτρονικές συσκευές τροφοδοτούνται από τάσεις από την τυπική περιοχή. Αυτό είναι, πρώτα απ 'όλα, 5, 9, 12, 15, 24V. Με βάση αυτές τις τιμές, παράγονται ορισμένοι ενσωματωμένοι σταθεροποιητές με σταθερές τάσεις.

Στην εμφάνιση, αυτοί οι σταθεροποιητές μοιάζουν με ένα συμβατικό τρανζίστορ σε συσκευασία TO-220 (παρόμοιο με το KT819) ή σε συσκευασία D-PAK για επιφανειακή στερέωση. Η τάση εξόδου είναι 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Αυτές οι τάσεις αντικατοπτρίζονται απευθείας στη σήμανση των σταθεροποιητών που εφαρμόζονται στο σώμα της συσκευής. Μπορεί να μοιάζει με αυτό: MC78XX ή LM78XX.

Τα δελτία δεδομένων λένε ότι πρόκειται για σταθεροποιητές τριών εξόδων με σταθερή τάση, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1

Το κύκλωμα μεταγωγής είναι εξαιρετικά απλό: συγκόλλησε μόνο τρία πόδια και πήρε σταθεροποιητή με την απαιτούμενη τάση και ρεύμα εξόδου από 1 ... 2Α. Ανάλογα με τον συγκεκριμένο σταθεροποιητή, τα ρεύματα ποικίλλουν, τα οποία πρέπει να σημειωθούν στην τεκμηρίωση.Επιπλέον, οι ενσωματωμένοι σταθεροποιητές έχουν ενσωματωμένη προστασία υπερθέρμανσης και προστασία κατά την τρέχουσα κατάσταση.

Τα δύο πρώτα γράμματα δείχνουν την εταιρεία του κατασκευαστή και το δεύτερο XX αντικαθίστανται από αριθμούς που δείχνουν την τάση σταθεροποίησης, μερικές φορές τα δύο πρώτα γράμματα αντικαθίστανται από ένα ... τρία ή καθόλου. Για παράδειγμα, το MC7805 δηλώνει ένα σταθεροποιητή σταθερής τάσης 5V και το MC7812 είναι το ίδιο, αλλά με τάση 12V εξόδου.

Εκτός από σταθεροποιητές σταθερής τάσης στην ενσωματωμένη έκδοση, υπάρχουν ρυθμιζόμενοι σταθεροποιητές, για παράδειγμα LT317A, ένα τυπικό κύκλωμα μεταγωγής του οποίου φαίνεται στο σχήμα 2. Τα όρια της ρύθμισης της τάσης υποδεικνύονται επίσης εκεί.

Σχήμα 2. Τυπικό κύκλωμα μεταγωγής ενός ρυθμιζόμενου σταθεροποιητήLT317A

Μερικές φορές δεν υπάρχει απλά καμία ρυθμιζόμενο σταθεροποιητή στο χέρι, πώς να λύσει αυτό το πρόβλημα, είναι δυνατόν να το κάνουμε χωρίς αυτό; Λοιπόν, χρειάζεστε μια τάση 7.5V και αυτό είναι! Αποδεικνύεται ότι ένας ρυθμιστής με σταθερή τάση μπορεί εύκολα να γυρίσει ρυθμιζόμενος. Ένα παρόμοιο κύκλωμα μεταγωγής φαίνεται στο σχήμα 3.

Σχήμα 3

Η περιοχή ρύθμισης στην περίπτωση αυτή ξεκινά από την σταθερή τάση του εφαρμοζόμενου σταθεροποιητή και περιορίζεται μόνο από το μέγεθος της τάσης εισόδου, φυσικά, μείον την ελάχιστη πτώση τάσης κατά μήκος του ρυθμιστικού τρανζίστορ του σταθεροποιητή.

Αν δεν χρειάζεται να ρυθμίσετε την τάση, αλλά αντί για 5V χρειάζεται να πάρετε, για παράδειγμα, 10, απλά να αφαιρέσετε το τρανζίστορ VT1 και όλα όσα σχετίζονται με αυτό και αντ 'αυτού να ενεργοποιήσετε τη δίοδο zener με τάση σταθεροποίησης 5V. Φυσικά, η δίοδος zener είναι ενεργοποιημένη σε μη αγώγιμη κατεύθυνση: η άνοδος συνδέεται στον αρνητικό δίαυλο ισχύος και η κάθοδος συνδέεται με τον ακροδέκτη σταθεροποιητή 8 (2).

Αξίζει να σημειωθεί η αρίθμηση των συμπερασμάτων της τριπλής θήκης, που φαίνεται στο σχήμα 3, δηλαδή: 17, 8, 2! Από πού προήλθε, ποιος το εφευρέθηκε, είναι ασαφές. Ίσως να είναι και πάλι οι μηχανορραφίες των προγραμματιστών μας, έτσι ώστε η δική τους δεν θα μαντέψει! Αλλά ένα τέτοιο pinout χρησιμοποιείται, και πρέπει να το βάλουμε μαζί.

Αφού εξεταστούν οι ολοκληρωμένοι σταθεροποιητές, είναι δυνατόν να προχωρήσουμε στην κατασκευή τροφοδοτικών με βάση αυτά. Για να γίνει αυτό, πρέπει απλώς να βρείτε έναν κατάλληλο μετασχηματιστή, να τον συμπληρώσετε με μια γέφυρα δίοδος με έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή και να το συναρμολογήσετε σε μια κατάλληλη περίπτωση.

Εργαστήριο Τροφοδοσίας

Ξεκινώντας να αναπτύξετε μια εργαστηριακή παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, θα πρέπει να αποφασίσετε για τη βασική της βάση ή, απλά, τι θα κάνουμε από αυτήν. Ο ευκολότερος τρόπος συναρμολόγησης της επιθυμητής μονάδας στο τσιπ LT317A ή στο οικιακό αναλογικό σύστημα KR142EN12A (B) είναι ρυθμιζόμενοι ρυθμιστές τάσης.

Ας επιστρέψουμε στο σχήμα 2. Δείχνει ότι το εύρος ρύθμισης τάσης είναι 1,25 ... 25V. Η μέγιστη επιτρεπτή τιμή αυτής της παραμέτρου είναι μέχρι 1,25 ... 37V, με τάση εισόδου 45V. Αυτή είναι η μέγιστη επιτρεπτή τάση, οπότε είναι καλύτερο να περιορίσετε τον εαυτό σας σε μια περιοχή ρύθμισης 25 volt.

Είναι προτιμότερο να μην κυνηγάμε το μέγιστο ρεύμα (1,5Α), οπότε θα προχωρήσουμε από τον υπολογισμό με τουλάχιστον ένα αμπέρ, το οποίο είναι ακριβώς 75%. Μετά από όλα, το περιθώριο ασφαλείας πρέπει πάντα να είναι. Ως εκ τούτου, για μια τέτοια παροχή ενέργειας θα χρειαστείτε ανορθωτή με τάση τουλάχιστον 30 ... 33 V και ρεύμα μέχρι 1Α.

Γτο κύκλωμα ανορθωτή φαίνεται στο σχήμα 4. Εάν η κατανάλωση ρεύματος είναι μεγαλύτερη από ένα αμπέρ, ο σταθεροποιητής θα πρέπει να συμπληρώνεται με εξωτερικά ισχυρά τρανζίστορ. Αλλά αυτό είναι ένα άλλο σχέδιο.

Εικόνα 4. Κύκλωμα ανορθωτή

Υπολογισμός ανορθωτή και μετασχηματιστή

Πρώτα απ 'όλα, θα πρέπει να επιλεγούν διόδους ανορθωτή γέφυρας, το συνεχόμενο ρεύμα τους θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 1Α, και είναι καλύτερα να είναι τουλάχιστον 2Α ή περισσότερο. Εδώ είναι πολύ κατάλληλες οι δίοδοι 1Ν5408 με συνεχές ρεύμα 3Α και αντίστροφη τάση 1000V. Οι οικιακές δίοδοι KD226 με οποιοδήποτε δείκτη γραμμάτων είναι επίσης κατάλληλοι.

Ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής του φίλτρου μπορεί επίσης απλά να επιλεγεί χρησιμοποιώντας πρακτικές συστάσεις: για κάθε αμπέρ του ρεύματος εξόδου, χίλια μικροφάρδια. Αν σχεδιάσουμε ένα ρεύμα όχι μεγαλύτερο από 1Α, τότε είναι κατάλληλο ένας πυκνωτής χωρητικότητας 1000μF.Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές, αντίθετα από τους κεραμικούς, δεν ανέχονται αυξημένες τάσεις, επομένως η τάση λειτουργίας τους, η οποία θα πρέπει να είναι υψηλότερη από την πραγματική τάση σε αυτό το κύκλωμα, είναι πάντοτε υποδεικνυόμενη στα κυκλώματα.

Για το σχεδιασμένο τροφοδοτικό απαιτείται ένας πυκνωτής 1000μF * 50V. Τίποτα κακό δεν θα συμβεί αν ο πυκνωτής δεν είναι 1000, αλλά 1500 ... 2000μF. Ο ίδιος ο ανορθωτής έχει ήδη σχεδιαστεί. Τώρα, όπως λένε, το θέμα είναι μικρό: παραμένει ο υπολογισμός του μετασχηματιστή.

Πρώτα απ 'όλα, θα πρέπει να καθορίσετε τη δύναμη του μετασχηματιστή. Αυτό γίνεται λαμβάνοντας υπόψη την ισχύ φορτίου. Αν το ρεύμα εξόδου του σταθεροποιητή είναι 1Α και η τάση εισόδου του σταθεροποιητή είναι 32V, τότε η ισχύς που καταναλώνεται από τη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή είναι P = U * I = 32 * 1 = 32W.

Ποιος μετασχηματιστής θα απαιτείται με μια τέτοια ισχύ δευτερογενούς κυκλώματος; Όλα εξαρτώνται από την απόδοση του μετασχηματιστή, τόσο μεγαλύτερη είναι η συνολική ισχύς, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση. Η ποιότητα και ο σχεδιασμός του μετασχηματιστού σιδήρου επηρεάζουν επίσης αυτήν την παράμετρο. Ο πίνακας που φαίνεται στο σχήμα 5 θα βοηθήσει να καθοριστεί αυτή η ερώτηση περίπου.

Σχήμα 5

Για να διαπιστώσετε τη συνολική ισχύ του μετασχηματιστή, η ισχύς στη δευτερεύουσα περιέλιξη πρέπει να διαιρεθεί από την απόδοση του μετασχηματιστή. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε στη διάθεσή μας έναν συμβατικό μετασχηματιστή με σίδερο σχήματος W, που υποδεικνύεται στον πίνακα ως "θωρακισμένο σφραγισμένο". Η εκτιμώμενη ισχύς του σχεδιασμένου τροφοδοτικού είναι 32W, τότε η ισχύς του μετασχηματιστή είναι 32 / 0.8 = 40W.

Όπως γράφηκε παραπάνω, για την ανεπτυγμένη τροφοδοσία απαιτείται σταθερή τάση 30 ... 33V. Στη συνέχεια, η τάση της δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή θα είναι 33 / 1.41 = 23.404V.

Αυτό σας επιτρέπει να επιλέξετε έναν τυπικό μετασχηματιστή με τάση δευτερεύουσας περιέλιξης στο ρελαντί 24V.

Για να μην περιπλέκονται οι υπολογισμοί, η πτώση τάσης στις διόδους της γέφυρας και η δευτερεύουσα αντίσταση της δευτερεύουσας περιέλιξης δεν λαμβάνονται υπόψη εδώ. Αρκεί να πούμε ότι σε ένα ρεύμα 1Α, η διάμετρος του δευτερεύοντος σύρματος λαμβάνεται συνήθως τουλάχιστον 0,6 mm.

Ένας τέτοιος μετασχηματιστής μπορεί να επιλεγεί από τους ενοποιημένους μετασχηματιστές της σειράς CCI. Η ισχύς του μετασχηματιστή μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 40W, αυτό θα βελτιώσει μόνο την αξιοπιστία του τροφοδοτικού, αν και θα αυξήσει ελαφρώς το βάρος του. Εάν δεν ήταν δυνατή η αγορά του μετασχηματιστή CCI, τότε μπορείτε απλά να επανατυλίξετε τη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή κατάλληλης ισχύος.

Εάν απαιτείται διπολική ρύθμιση ρυθμιζόμενης τροφοδοσίας, μπορεί να συναρμολογηθεί σύμφωνα με το κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα 6. Για αυτό, θα χρειαστεί ένας αρνητικός ρυθμιστής τάσης KR142EN18A ή LM337. Το κύκλωμα της ένταξής του είναι πολύ παρόμοιο με το KR142EN12A.

Σχήμα 6. Διάγραμμα μιας διπολικής ρυθμιζόμενης παροχής ισχύος

Είναι προφανές ότι θα χρειαστεί ένας διπολικός ανορθωτής για την τροφοδοσία ενός τέτοιου σταθεροποιητή. Αυτό γίνεται ευκολότερα σε έναν μετασχηματιστή με ένα μεσαίο σημείο και μία γέφυρα δίοδος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.

Σχήμα 7. Διάγραμμα ενός διπολικού ανορθωτή

Ο σχεδιασμός του τροφοδοτικού είναι αυθαίρετος. Ο ανορθωτής και ο πίνακας σταθεροποίησης μπορούν να συναρμολογηθούν σε ξεχωριστές σανίδες ή σε μία. Τα μικροκυκλώματα πρέπει να τοποθετούνται σε θερμαντικά σώματα με εμβαδόν τουλάχιστον 100 τετραγωνικών εκατοστών. Αν θέλετε να μειώσετε το μέγεθος των θερμαντικών σωμάτων, μπορείτε να εφαρμόσετε εξαναγκασμένη ψύξη με τη βοήθεια μικρών ψυγείων ηλεκτρονικών υπολογιστών, για τα οποία υπάρχουν πολλά που πωλούνται τώρα.

Ένα ελαφρώς βελτιωμένο κύκλωμα μεταγωγής σταθεροποιητή παρουσιάζεται στο σχήμα 8.

Σχήμα 8 Τυπικό κύκλωμα μεταγωγής KR142EN12A

Οι προστατευτικές δίοδοι VD1, VD2 τύπου 1N4007 έχουν σχεδιαστεί για την προστασία του μικροκυκλώματος από βλάβη στην περίπτωση που η τάση εξόδου υπερβαίνει την τάση εισόδου. Αυτή η κατάσταση μπορεί να συμβεί όταν απενεργοποιήσετε το τσιπ. Συνεπώς, η χωρητικότητα του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή C2 δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την χωρητικότητα του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή στην έξοδο της γέφυρας δίοδος.

Ο πυκνωτής Cadj που συνδέεται με το τερματικό ελέγχου μειώνει σημαντικά την κυμάτωση στην έξοδο του σταθεροποιητή. Η χωρητικότητά του είναι συνήθως αρκετές δεκάδες microfarads.

Κατά τον σχεδιασμό της παροχής ισχύος, είναι επιθυμητό να παρέχεται ένα ενσωματωμένο βολτόμετρο και αμπερόμετρο, κατά προτίμηση ηλεκτρονικό, τα οποία πωλούνται σε ηλεκτρονικά καταστήματα. Αυτές είναι ακριβώς οι τιμές που δαγκώνουν, οπότε αρχικά είναι καλύτερο να κάνετε χωρίς αυτούς και ρυθμίστε την απαιτούμενη τάση με ένα πολύμετρο.

Μπόρις Αλαντίσκιν