Alimentatori stabilizzati

Tutte le apparecchiature elettroniche sono alimentate da fonti di corrente continua. Per le apparecchiature mobili, vengono generalmente utilizzate batterie o batterie galvaniche. Ora c'è un sacco di tale attrezzatura nelle mani e nelle tasche: si tratta di telefoni cellulari, macchine fotografiche, tablet, vari strumenti di misura e molto altro.

Elettronica fissa - televisori, computer, centri musicali, ecc. alimentato a corrente alternata utilizzando alimentatori. Qui, in nessun caso puoi fare a meno di batterie o batterie di piccole dimensioni.

I dispositivi elettronici spesso non sono autonomi e funzionano da soli. Prima di tutto, si tratta di unità elettroniche integrate, ad esempio un'unità di controllo per una lavatrice o un forno a microonde. Ma anche in questo caso, le unità elettroniche hanno le loro alimentatori, molto spesso anche stabilizzato, e persino con protezione, che consente di proteggere sia l'alimentazione stessa che il carico, ad es. centralina collegata.

Nei progetti sviluppati dai radioamatori dilettanti, c'è sempre un alimentatore, a meno che, ovviamente, questo progetto non sia portato a termine e non abbandonato a metà strada. Sfortunatamente, questo succede abbastanza spesso. Ma nel caso generale, la costruzione di un circuito è composta da più fasi.

Tra questi ci sono lo sviluppo di uno schema circuitale, nonché l'assemblaggio e il debug di esso su una breadboard. E solo dopo aver ottenuto i risultati richiesti sulla breadboard, iniziano a sviluppare una struttura di capitale. Questo è quando sviluppano circuiti stampati, un alloggiamento e un alimentatore.

Nel processo di esperimenti sulla breadboard, il cosiddetto alimentatori da laboratorio. La stessa unità deve essere utilizzata per la messa in servizio di un'ampia varietà di progetti, quindi dovrebbe avere ampie capacità.

Di norma, si tratta di un'unità con regolazione della tensione di uscita e che fornisce corrente sufficiente. A volte l'alimentatore produce diverse tensioni, tali unità sono chiamate multicanale. Un esempio è un alimentatore per computer convenzionale o una fonte bipolare per un potente UMZCH.

Quando l'alimentatore è progettato per una tensione fissa, ad esempio 5 V, non è male fornire protezione contro il superamento della tensione di uscita: se il transistor dello stabilizzatore di uscita si rompe, allora il circuito alimentato da esso può risentirne.

Sebbene tale protezione non sia molto complicata, ci sono solo alcuni dettagli, per qualche motivo non lo fa nei circuiti industriali, e si trova solo nei progetti radio amatoriali, e anche allora non in tutti. Tuttavia, esistono tali schemi di protezione.

Se osservi attentamente i dispositivi di consumo, noterai che tutti i dispositivi elettronici sono alimentati da tensioni della gamma standard. Questo è, prima di tutto, 5, 9, 12, 15, 24V. Sulla base di questi valori, vengono prodotti numerosi stabilizzatori integrati con tensioni fisse.

In apparenza, questi stabilizzatori assomigliano a un transistor convenzionale in un pacchetto TO-220 (simile al KT819) o in un pacchetto D-PAK per il montaggio superficiale. La tensione di uscita è 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Queste tensioni si riflettono direttamente nella marcatura degli stabilizzatori applicati al corpo del dispositivo. Potrebbe assomigliare a questo: MC78XX o LM78XX.

I fogli dati affermano che si tratta di stabilizzatori a tre uscite con una tensione fissa, come mostrato nella Figura 1.

Figura 1

Il circuito di commutazione è estremamente semplice: hanno saldato solo tre gambe e hanno ottenuto uno stabilizzatore con la tensione e la corrente di uscita richieste da 1 ... 2A. A seconda del particolare stabilizzatore, le correnti variano, il che dovrebbe essere annotato nella documentazione.Inoltre, gli stabilizzatori integrali hanno una protezione integrata da surriscaldamento e protezione corrente.

Le prime due lettere indicano l'azienda del produttore e le seconde XX sono sostituite da numeri che mostrano la tensione di stabilizzazione, a volte le prime due lettere sono sostituite da una ... tre o per niente. Ad esempio, l'MC7805 indica uno stabilizzatore con una tensione fissa di 5 V e l'MC7812 è lo stesso, ma con una tensione di uscita di 12V.

Oltre agli stabilizzatori con tensioni fisse nella versione integrata, ci sono stabilizzatori regolabili, ad esempio LT317A, il cui tipico circuito di commutazione è mostrato nella Figura 2. Qui sono indicati anche i limiti di regolazione della tensione.

Figura 2. Circuito di commutazione tipico di uno stabilizzatore regolabileLT317A

A volte semplicemente non c'è uno stabilizzatore regolabile a portata di mano, come risolvere questo problema, è possibile farne a meno? Bene, hai bisogno di una tensione di 7,5 V e basta! Si scopre che un regolatore con una tensione fissa diventa facilmente regolabile. Un simile circuito di commutazione è mostrato nella Figura 3.

Figura 3

Il campo di regolazione in questo caso inizia dalla tensione fissa dello stabilizzatore applicato ed è limitato solo dall'ampiezza della tensione di ingresso, naturalmente, meno la caduta di tensione minima attraverso il transistor di regolazione dello stabilizzatore.

Se non è necessario regolare la tensione, ma solo invece di 5 V è necessario ottenere, ad esempio, 10, è sufficiente rimuovere il transistor VT1 e tutto ciò che è collegato, e invece accendere il diodo zener con una tensione di stabilizzazione di 5 V. Naturalmente, il diodo zener è acceso in una direzione non conduttiva: l'anodo è collegato al bus di alimentazione negativo e il catodo è collegato al terminale stabilizzatore 8 (2).

Degna di nota è la numerazione delle conclusioni del caso a tre zampe, mostrato in Fig. 3, ovvero: 17, 8, 2! Da dove viene, chi l'ha inventato, non è chiaro. Forse sono di nuovo le macchinazioni dei nostri sviluppatori, in modo che i loro non avrebbero indovinato! Ma tale pinout viene utilizzato e bisogna tollerarlo.

Dopo aver considerato gli stabilizzatori integrali, è possibile procedere alla produzione di alimentatori basati su di essi. Per fare questo, devi solo trovare un trasformatore adatto, integrarlo con un ponte a diodi con un condensatore elettrolitico e assemblare il tutto in un caso adatto.

Alimentatore da laboratorio

Iniziando a sviluppare un alimentatore da laboratorio, dovresti decidere la sua base elementale o, semplicemente, da cosa ne faremo. Il modo più semplice è assemblare l'unità desiderata su un chip LT317A o sul suo analogo domestico KR142EN12A (B) - stabilizzatori di tensione regolabili.

Torniamo alla Figura 2. Indica che l'intervallo di regolazione della tensione è 1,25 ... 25 V. Il valore massimo consentito di questo parametro è fino a 1,25 ... 37 V, con una tensione di ingresso di 45 V. Questa è la tensione massima consentita, quindi è meglio limitarsi a un intervallo di regolazione di 25 volt.

È meglio non inseguire la corrente massima (1,5 A), quindi procederemo dal calcolo di almeno un ampere, che è esattamente il 75%. Dopotutto, il margine di sicurezza dovrebbe essere sempre. Pertanto, per un tale alimentatore sarà necessario raddrizzatore con una tensione di almeno 30 ... 33 V e una corrente fino a 1A.

Cil circuito raddrizzatore è mostrato in Figura 4. Se il consumo di corrente è superiore a un ampere, lo stabilizzatore dovrebbe essere integrato con potenti transistor esterni. Ma questo è un altro schema.

Figura 4. Circuito raddrizzatore

Calcolo di raddrizzatore e trasformatore

Prima di tutto, è necessario selezionare i diodi a ponte raddrizzatore, la loro corrente continua dovrebbe essere almeno 1A ed è meglio se almeno 2A o più. Qui sono adatti i diodi 1N5408 con una corrente continua di 3A e una tensione inversa di 1000V. Sono adatti anche diodi domestici KD226 con qualsiasi indice di lettere.

Il condensatore elettrolitico del filtro può anche essere semplicemente selezionato usando raccomandazioni pratiche: per ogni ampere della corrente di uscita, mille microfarad. Se prevediamo una corrente non superiore a 1A, è adatto un condensatore con una capacità di 1000µF.I condensatori elettrolitici, a differenza di quelli ceramici, non tollerano aumenti di tensione, pertanto la loro tensione di funzionamento, che dovrebbe essere superiore alla tensione reale in questo circuito, è sempre indicata nei circuiti.

Per l'alimentatore progettato, è necessario un condensatore da 1000µF * 50V. Non succederà nulla di male se il condensatore non è 1000, ma 1500 ... 2000µF. Il raddrizzatore stesso è già progettato. Ora, come si suol dire, la questione è piccola: resta da calcolare il trasformatore.

Prima di tutto, dovresti determinare la potenza del trasformatore. Questo viene fatto tenendo conto della potenza di carico. Se la corrente di uscita dello stabilizzatore è 1A e la tensione di ingresso dello stabilizzatore è 32 V, la potenza consumata dall'avvolgimento secondario del trasformatore è P = U * I = 32 * 1 = 32 W.

Quale trasformatore sarebbe richiesto con una tale potenza del circuito secondario? Tutto dipende dall'efficienza del trasformatore, maggiore è la potenza complessiva, maggiore è l'efficienza. Anche la qualità e il design del ferro trasformatore influiscono su questo parametro. La tabella mostrata nella Figura 5 aiuterà a determinare questa domanda approssimativamente.

Figura 5

Per scoprire la potenza complessiva del trasformatore, la potenza nell'avvolgimento secondario deve essere divisa per l'efficienza del trasformatore. Supponiamo di avere a nostra disposizione un trasformatore convenzionale con un ferro a forma di W, indicato nella tabella come "timbrato corazzato". La potenza stimata dell'alimentatore progettato è di 32 W, quindi la potenza del trasformatore è di 32 / 0,8 = 40 W.

Come è stato scritto sopra, per l'alimentatore sviluppato richiede una tensione costante di 30 ... 33V. Quindi la tensione dell'avvolgimento secondario del trasformatore sarà 33 / 1.41 = 23.404V.

Ciò consente di scegliere un trasformatore standard con una tensione dell'avvolgimento secondario al minimo 24V.

Per non complicare i calcoli, la caduta di tensione attraverso i diodi a ponte e la resistenza secondaria dell'avvolgimento secondario non vengono prese in considerazione qui. Basti dire che ad una corrente di 1A, il diametro del filo secondario viene normalmente preso almeno 0,6 mm.

Tale trasformatore può essere selezionato tra i trasformatori unificati della serie CCI. La potenza del trasformatore può essere superiore a 40 W, questo migliorerà solo l'affidabilità dell'alimentatore, anche se aumenterà leggermente il suo peso. Se non è possibile acquistare il trasformatore CCI, è possibile semplicemente riavvolgere l'avvolgimento secondario del trasformatore di potenza adeguata.

Se è necessario un alimentatore bipolare regolabile, può essere assemblato secondo il circuito mostrato in Figura 6. A tal fine, sarà necessario un regolatore di tensione negativa KR142EN18A o LM337. Il circuito della sua inclusione è molto simile a KR142EN12A.

Figura 6. Schema di un alimentatore regolato bipolare

È abbastanza ovvio che sarà necessario un raddrizzatore bipolare per alimentare un tale stabilizzatore. Ciò è più semplice su un trasformatore con un punto medio e un ponte a diodi, come mostrato nella Figura 7.

Figura 7. Schema di un raddrizzatore bipolare

Il design dell'alimentatore è arbitrario. Il raddrizzatore stesso e la scheda stabilizzatrice possono essere assemblati su schede separate o su una. I microcircuiti devono essere installati su radiatori con una superficie di almeno 100 centimetri quadrati. Se si desidera ridurre le dimensioni dei radiatori, è possibile applicare il raffreddamento forzato con l'aiuto di dispositivi di raffreddamento di piccoli computer, di cui ora ce ne sono molti in vendita.

Un circuito di commutazione stabilizzatore leggermente migliorato è mostrato nella Figura 8.

Figura 8 Tipico circuito di commutazione KR142EN12A

I diodi di protezione VD1, VD2 tipo 1N4007 sono progettati per proteggere il microcircuito dalla rottura nel caso in cui la tensione di uscita superi la tensione di ingresso. Questa situazione può verificarsi quando si spegne il chip. Pertanto, la capacità del condensatore elettrolitico C2 non dovrebbe essere maggiore della capacità del condensatore elettrolitico all'uscita del ponte a diodi.

Il condensatore Cadj collegato al terminale di controllo riduce significativamente l'ondulazione all'uscita dello stabilizzatore. La sua capacità è di solito diverse decine di microfarad.

Nella progettazione dell'alimentatore, è desiderabile fornire un voltmetro e un amperometro integrati, preferibilmente elettronici, che vengono venduti nei negozi online. Questi sono solo i prezzi che mordono, quindi all'inizio è meglio farne a meno e impostare la tensione richiesta con un multimetro.

Boris Aladyshkin