Fuentes de poder estabilizadas

Todos los equipos electrónicos funcionan con fuentes de corriente continua. Para equipos móviles, generalmente se usan baterías o baterías galvánicas. Ahora hay muchos equipos de este tipo en las manos y los bolsillos: estos son teléfonos móviles, cámaras, tabletas, varios instrumentos de medición y mucho más.

Electrónica estacionaria: televisores, computadoras, centros de música, etc. alimentado por CA utilizando fuentes de alimentación. Aquí, en ningún caso puede prescindir de baterías o baterías pequeñas.

Los dispositivos electrónicos a menudo no son independientes y funcionan por sí solos. En primer lugar, se trata de unidades electrónicas integradas, por ejemplo, una unidad de control para una lavadora o microondas. Pero incluso en este caso, las unidades electrónicas tienen su propio fuentes de alimentación, con mayor frecuencia incluso estabilizado, e incluso con protección, lo que le permite proteger tanto la fuente de alimentación como la carga, es decir Unidad de control conectada.

En los diseños desarrollados por los radioaficionados aficionados, siempre hay una fuente de alimentación, a menos, por supuesto, que este diseño llegue al final y no se abandone a la mitad. Desafortunadamente, esto sucede con bastante frecuencia. Pero en el caso general, la construcción de un circuito consta de varias etapas.

Entre ellos se encuentran el desarrollo de un diagrama de circuito, así como el montaje y la depuración del mismo en una placa de pruebas. Y solo después de obtener los resultados requeridos en el tablero, comienzan a desarrollar una estructura de capital. Es entonces cuando desarrollan placas de circuito, una carcasa y una fuente de alimentación.

En el proceso de experimentos en el tablero, el llamado fuentes de alimentación de laboratorio. Se debe usar la misma unidad para la puesta en marcha de una amplia variedad de diseños, por lo que debe tener amplias capacidades.

Como regla general, esta es una unidad con regulación del voltaje de salida y que proporciona suficiente corriente. A veces, la fuente de alimentación produce varios voltajes, tales unidades se llaman multicanal. Un ejemplo es una fuente de alimentación de computadora convencional o una fuente bipolar para un potente UMZCH.

Cuando la fuente de alimentación está diseñada para un voltaje fijo, por ejemplo 5V, no es malo proporcionar protección contra exceder el voltaje de salida: si el transistor estabilizador de salida se rompe, entonces el circuito que se alimenta puede sufrir.

Aunque dicha protección no es muy complicada, solo hay unos pocos detalles, por alguna razón no lo hace en circuitos industriales, y se encuentra solo en diseños de radioaficionados, e incluso entonces no en todos. Pero, sin embargo, existen tales esquemas de protección.

Si observa de cerca los dispositivos de consumo, notará que todos los dispositivos electrónicos están alimentados por voltajes del rango estándar. Esto es, en primer lugar, 5, 9, 12, 15, 24V. En base a estos valores, se producen varios estabilizadores integrados con voltajes fijos.

En apariencia, estos estabilizadores se parecen a un transistor convencional en un paquete TO-220 (similar al KT819) o en un paquete D-PAK para montaje en superficie. El voltaje de salida es 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Estos voltajes se reflejan directamente en la marca de los estabilizadores aplicados al cuerpo del dispositivo. Puede verse más o menos así: MC78XX o LM78XX.

En las hojas de datos se escribe que estos son estabilizadores de tres salidas con un voltaje fijo, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1

El circuito de conmutación es extremadamente simple: solo se soldaron tres patas y recibieron un estabilizador con el voltaje y la corriente de salida requeridos de 1 ... 2A. Dependiendo del estabilizador particular, las corrientes varían, lo que debe tenerse en cuenta en la documentación.Además, los estabilizadores integrales tienen protección integrada contra sobrecalentamiento y protección contra corriente.

Las primeras dos letras indican la compañía del fabricante, y las segundas XX se reemplazan por números que muestran el voltaje de estabilización, a veces las primeras dos letras se reemplazan por una ... tres o ninguna. Por ejemplo, el MC7805 denota un estabilizador con un voltaje fijo de 5V, y el MC7812 es el mismo, pero con un voltaje de salida de 12V.

Además de los estabilizadores con voltajes fijos en la versión integrada, hay estabilizadores ajustables, por ejemplo LT317A, cuyo circuito de conmutación típico se muestra en la Figura 2. Los límites de la regulación de voltaje también se indican allí.

Figura 2. Circuito de conmutación típico de un estabilizador ajustable.LT317A

A veces simplemente no hay un estabilizador ajustable a mano, ¿cómo resolver este problema? ¿Es posible prescindir de él? Bueno, necesitas un voltaje de 7.5V y eso es todo. Resulta que un regulador con un voltaje fijo se vuelve fácilmente ajustable. Un circuito de conmutación similar se muestra en la Figura 3.

Figura 3

El rango de ajuste en este caso comienza desde el voltaje fijo del estabilizador aplicado y está limitado solo por la magnitud del voltaje de entrada, naturalmente, menos la caída de voltaje mínima a través del transistor regulador del estabilizador.

Si no necesita ajustar el voltaje, pero en lugar de 5V necesita, por ejemplo, 10, simplemente retire el transistor VT1 y todo lo que esté conectado con él, y encienda el diodo zener con un voltaje de estabilización de 5V. Naturalmente, el diodo zener se enciende en una dirección no conductiva: el ánodo está conectado al bus de alimentación negativo y el cátodo está conectado al terminal estabilizador 8 (2).

Es de destacar la numeración de las conclusiones del caso de tres patas, que se muestra en la Fig. 3, a saber: 17, 8, 2! De dónde vino, quién lo inventó, no está claro. ¡Quizás esta sea de nuevo las maquinaciones de nuestros desarrolladores, de modo que las suyas no habrían adivinado! Pero se usa ese pinout, y uno tiene que aguantarlo.

Después de considerar los estabilizadores integrales, es posible proceder a la fabricación de fuentes de alimentación basadas en ellos. Para hacer esto, solo necesita encontrar un transformador adecuado, complementarlo con un puente de diodos con un condensador electrolítico y ensamblarlo todo en un estuche adecuado.

Fuente de alimentación de laboratorio

Al comenzar a desarrollar una fuente de alimentación de laboratorio, debe decidir sobre su base elemental o, simplemente, de qué vamos a sacar provecho. La forma más fácil de ensamblar la unidad deseada en el chip LT317A o su análogo doméstico KR142EN12A (B) es mediante reguladores de voltaje ajustables.

Volvamos a la Figura 2. Indica que el rango de ajuste de voltaje es 1.25 ... 25V. El valor máximo permitido de este parámetro es de hasta 1.25 ... 37V, con un voltaje de entrada de 45V. Este es el voltaje máximo permitido, por lo que es mejor limitarse a un rango de regulación de 25 voltios.

Es mejor no perseguir la corriente máxima (1.5A), por lo que procederemos del cálculo en al menos un amperio, que es exactamente el 75%. Después de todo, el margen de seguridad siempre debe ser. Por lo tanto, para tal fuente de alimentación necesitará rectificador con un voltaje de al menos 30 ... 33V y una corriente de hasta 1A.

Cel circuito rectificador se muestra en la Figura 4. Si el consumo de corriente es más de un amperio, el estabilizador debe complementarse con transistores externos potentes. Pero este es otro esquema.

Figura 4. Circuito rectificador

Cálculo de rectificador y transformador.

En primer lugar, deben seleccionarse los diodos de puente rectificador, su corriente continua también debe ser de al menos 1A, y es mejor si al menos 2A o más. Aquí los diodos 1N5408 con una corriente continua de 3A y un voltaje inverso de 1000V son bastante adecuados. Los diodos domésticos KD226 con cualquier índice de letras también son adecuados.

El condensador electrolítico del filtro también se puede seleccionar simplemente mediante recomendaciones prácticas: por cada amperio de la corriente de salida, mil microfaradios. Si planificamos una corriente de no más de 1 A, entonces es adecuado un condensador con una capacidad de 1000 µF.Los condensadores electrolíticos, a diferencia de los cerámicos, no toleran altos voltajes, por lo tanto, su voltaje de trabajo, que debería ser más alto que el voltaje real en este circuito, siempre se indica en los circuitos.

Para la fuente de alimentación diseñada, se necesita un condensador de 1000µF * 50V. No pasará nada malo si el condensador no es 1000, sino 1500 ... 2000µF. El rectificador en sí ya está diseñado. Ahora, como dicen, el asunto es pequeño: queda por calcular el transformador.

En primer lugar, debe determinar la potencia del transformador. Esto se hace teniendo en cuenta la potencia de carga. Si la corriente de salida del estabilizador es 1A, y el voltaje de entrada del estabilizador es 32V, entonces la potencia consumida por el devanado secundario del transformador es P = U * I = 32 * 1 = 32W.

¿Qué transformador se requeriría con una potencia de circuito secundario? Todo depende de la eficiencia del transformador, cuanto mayor sea la potencia total, mayor será la eficiencia. La calidad y el diseño del transformador de hierro también afectan este parámetro. La tabla que se muestra en la Figura 5 ayudará a determinar esta pregunta aproximadamente.

Figura 5

Para conocer la potencia total del transformador, la potencia en el devanado secundario debe dividirse por la eficiencia del transformador. Supongamos que tenemos a nuestra disposición un transformador convencional con una plancha en forma de W, indicado en la tabla como "estampado blindado". La potencia estimada de la fuente de alimentación diseñada es de 32W, luego la potencia del transformador es de 32 / 0.8 = 40W.

Como se escribió anteriormente, para la fuente de alimentación desarrollada se requiere un voltaje constante de 30 ... 33V. Entonces el voltaje del devanado secundario del transformador será 33 / 1.41 = 23.404V.

Esto le permite elegir un transformador estándar con un voltaje del devanado secundario a 24V inactivo.

Para no complicar los cálculos, la caída de voltaje a través de los diodos del puente y la resistencia secundaria del devanado secundario no se tienen en cuenta aquí. Es suficiente decir que a una corriente de 1A, el diámetro del cable secundario generalmente se toma al menos 0,6 mm.

Tal transformador se puede seleccionar de los transformadores unificados de la serie CCI. La potencia del transformador puede ser superior a 40 W, esto solo mejorará la fiabilidad de la fuente de alimentación, aunque aumentará ligeramente su peso. Si no se pudo comprar el transformador CCI, simplemente puede rebobinar el devanado secundario del transformador con la potencia adecuada.

Si se requiere una fuente de alimentación ajustable bipolar, se puede ensamblar de acuerdo con el circuito que se muestra en la Figura 6. Para esto, se necesitará un regulador de voltaje negativo KR142EN18A o LM337. El circuito de su inclusión es muy similar al KR142EN12A.

Figura 6. Diagrama de una fuente de alimentación regulada bipolar

Es bastante obvio que se necesitará un rectificador bipolar para alimentar dicho estabilizador. Esto se hace más fácilmente en un transformador con un punto medio y un puente de diodos, como se muestra en la Figura 7.

Figura 7. Diagrama de un rectificador bipolar.

El diseño de la fuente de alimentación es arbitrario. El rectificador en sí y la placa estabilizadora pueden ensamblarse en placas separadas o en una sola. Los microcircuitos deben instalarse en radiadores con un área de al menos 100 centímetros cuadrados. Si desea reducir el tamaño de los radiadores, puede usar enfriamiento forzado con la ayuda de pequeños enfriadores de computadora, de los cuales ahora hay muchos a la venta.

En la Figura 8 se muestra un circuito de conmutación del estabilizador ligeramente mejorado.

Figura 8 Circuito de conmutación típico KR142EN12A

Los diodos protectores VD1, VD2 tipo 1N4007 están diseñados para proteger el microcircuito de la falla en el caso de que el voltaje de salida exceda el voltaje de entrada. Esta situación puede suceder cuando apaga el chip. Por lo tanto, la capacitancia del capacitor electrolítico C2 no debe ser mayor que la capacitancia del capacitor electrolítico en la salida del puente de diodos.

El condensador Cadj conectado al terminal de control reduce significativamente la ondulación a la salida del estabilizador. Su capacidad suele ser de varias decenas de microfaradios.

En el diseño de la fuente de alimentación, es deseable proporcionar un voltímetro y un amperímetro integrados, preferiblemente electrónicos, que se venden en tiendas en línea. Esos son solo los precios que muerden, así que al principio es mejor prescindir de ellos y establecer el voltaje requerido con un multímetro.

Boris Aladyshkin