Gestabiliseerde voedingen

Alle elektronische apparatuur wordt gevoed door gelijkstroombronnen. Voor mobiele apparatuur worden meestal batterijen of galvanische batterijen gebruikt. Nu is er genoeg van dergelijke apparatuur in de handen en zakken: dit zijn mobiele telefoons, camera's, tabletcomputers, verschillende meetinstrumenten en nog veel meer.

Stationaire elektronica - televisies, computers, muziekcentra, enz. aangedreven door AC met behulp van voedingen. Hier kunt u in geen geval zonder batterijen of kleine batterijen.

Elektronische apparaten staan ​​vaak niet op zichzelf en werken op zichzelf. Allereerst zijn dit ingebouwde elektronische units, bijvoorbeeld een besturingseenheid voor een wasmachine of magnetron. Maar zelfs in dit geval hebben de elektronische eenheden hun eigen voedingen, meestal zelfs gestabiliseerd, en zelfs met bescherming, waarmee u zowel de voeding zelf als de belasting kunt beschermen, d.w.z. aangesloten besturingseenheid.

In de ontwerpen die zijn ontwikkeld door de amateur-radioamateurs, is er altijd een stroomvoorziening, tenzij dit ontwerp natuurlijk tot het einde wordt gebracht en niet halverwege wordt verlaten. Helaas gebeurt dit vrij vaak. Maar in het algemeen bestaat de constructie van een circuit uit verschillende fasen.

Onder hen zijn de ontwikkeling van een schakelschema, evenals de assemblage en debuggen ervan op een breadboard. En pas na het behalen van de vereiste resultaten op het breadboard, beginnen ze een kapitaalstructuur te ontwikkelen. Dat is wanneer ze printplaten, een behuizing en een stroomvoorziening ontwikkelen.

In het proces van experimenten op de breadboard, de zogenaamde laboratorium voedingen. Dezelfde unit moet worden gebruikt voor de inbedrijfstelling van een breed scala aan ontwerpen, dus het moet brede mogelijkheden hebben.

In de regel is dit een eenheid met regeling van de uitgangsspanning en die voldoende stroom levert. Soms produceert de voeding meerdere spanningen, dergelijke eenheden worden multi-channel genoemd. Een voorbeeld is een conventionele computervoeding of een bipolaire bron voor een krachtige UMZCH.

Wanneer de voeding is ontworpen voor één vaste spanning, bijvoorbeeld 5V, is het niet slecht om bescherming te bieden tegen overschrijding van de uitgangsspanning: als de transistor van de stabilisatoruitgang doorbreekt, kan het circuit dat hiervan wordt aangedreven, lijden.

Hoewel dergelijke bescherming niet erg ingewikkeld is, zijn er slechts enkele details, om de een of andere reden doet het dit niet in industriële circuits, en wordt het alleen gevonden in amateurradio-ontwerpen, en zelfs dan niet in alle. Maar toch zijn er dergelijke beschermingsregelingen.

Als u goed kijkt naar consumentenapparaten, zult u merken dat alle elektronische apparaten worden gevoed door spanningen uit het standaardbereik. Dit is in de eerste plaats 5, 9, 12, 15, 24V. Op basis van deze waarden worden een aantal geïntegreerde stabilisatoren met vaste spanningen geproduceerd.

Qua uiterlijk lijken deze stabilisatoren op een conventionele transistor in een TO-220-pakket (vergelijkbaar met de KT819) of in een D-PAK-pakket voor opbouwmontage. De uitgangsspanning is 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Deze spanningen worden direct weerspiegeld in de markering van de stabilisatoren aangebracht op het lichaam van het apparaat. Het ziet er ongeveer zo uit: MC78XX of LM78XX.

In datasheets staat dat dit drie-output stabilisatoren zijn met een vaste spanning, zoals getoond in figuur 1.

Figuur 1

Het schakelcircuit is uiterst eenvoudig: slechts drie poten werden gesoldeerd en ontvingen een stabilisator met de vereiste spanning en uitgangsstroom van 1 ... 2A. Afhankelijk van de specifieke stabilisator variëren de stromen, wat moet worden genoteerd in de documentatie.Bovendien hebben integrale stabilisatoren een ingebouwde oververhittingsbeveiliging en stroombeveiliging.

De eerste twee letters geven het bedrijf van de fabrikant aan, en de tweede XX worden vervangen door cijfers die de stabilisatiespanning aangeven, soms worden de eerste twee letters vervangen door een ... drie of helemaal niet. De MC7805 geeft bijvoorbeeld een 5V vaste spanningsstabilisator aan, terwijl de MC7812 hetzelfde is, maar met een 12V uitgangsspanning.

Naast stabilisatoren met vaste spanningen in de geïntegreerde versie, zijn er instelbare stabilisatoren, bijvoorbeeld LT317A, een typisch schakelcircuit waarvan wordt getoond in figuur 2. De grenzen van de spanningsregeling worden daar ook aangegeven.

Figuur 2. Typisch schakelcircuit van een instelbare stabilisatorLT317A

Soms is er gewoon geen instelbare stabilisator bij de hand, hoe dit probleem op te lossen, is het mogelijk om zonder te doen? Nou, je hebt een spanning van 7.5V nodig en dat is het! Het blijkt dat een regelaar met een vaste spanning eenvoudig instelbaar wordt. Een soortgelijk schakelcircuit wordt getoond in figuur 3.

Figuur 3

Het instelbereik begint in dit geval met de vaste spanning van de toegepaste stabilisator en wordt alleen beperkt door de grootte van de ingangsspanning, uiteraard minus de minimale spanningsval over de regeltransistor van de stabilisator.

Als u de spanning niet hoeft aan te passen, maar alleen in plaats van 5V, moet u bijvoorbeeld 10 krijgen, verwijdert u eenvoudig de transistor VT1 en alles wat ermee is verbonden en zet u in plaats daarvan de zenerdiode aan met een stabilisatiespanning van 5V. Natuurlijk is de zenerdiode ingeschakeld in een niet-geleidende richting: de anode is verbonden met de negatieve voedingsbus en de kathode is verbonden met de stabilisatoraansluiting 8 (2).

Opmerkelijk is de nummering van de conclusies van de driebenige casus, getoond in Fig. 3, namelijk: 17, 8, 2! Waar het vandaan kwam, wie het heeft uitgevonden, is onduidelijk. Misschien is dit opnieuw de machinaties van onze ontwikkelaars, zodat zij niet hadden geraden! Maar zo'n pinout wordt gebruikt, en men moet het verdragen.

Nadat integrale stabilisatoren zijn overwogen, is het mogelijk over te gaan tot de fabricage van voedingen op basis daarvan. Om dit te doen, hoeft u alleen maar een geschikte transformator te vinden, deze aan te vullen met een diodebrug met een elektrolytische condensator en alles in een geschikt geval te monteren.

Voeding laboratorium

Beginnend met het ontwikkelen van een laboratoriumvoeding, moet u beslissen over de elementaire basis, of, eenvoudigweg, wat we ervan zullen maken. De eenvoudigste manier is om de gewenste eenheid op een LT317A-chip of de analoge analoge KR142EN12A (B) - instelbare spanningsstabilisatoren te monteren.

Laten we teruggaan naar figuur 2. Het geeft aan dat het spanningsaanpassingsbereik 1,25 ... 25V is. De maximaal toelaatbare waarde van deze parameter is maximaal 1,25 ... 37V, met een ingangsspanning van 45V. Dit is de maximaal toegestane spanning, dus het is beter om jezelf te beperken tot een 25 volt regelbereik.

Het is beter om de maximale stroom (1,5 A) niet te achtervolgen, dus gaan we uit van de berekening met ten minste één ampère, wat precies 75% is. De veiligheidsmarge moet immers altijd zijn. Daarom heeft u voor een dergelijke voeding nodig rectificator met een spanning van minimaal 30 ... 33V en een stroomsterkte tot 1A.

Chet gelijkrichtercircuit wordt weergegeven in figuur 4. Als het stroomverbruik meer dan één ampère is, moet de stabilisator worden aangevuld met externe krachtige transistoren. Maar dit is een ander schema.

Figuur 4. Gelijkrichtercircuit

Berekening van gelijkrichter en transformator

Allereerst moeten gelijkrichterbrugdiodes worden geselecteerd, hun gelijkstroom moet ook minstens 1A zijn en het is beter als minstens 2A of meer. Hier zijn diodes 1N5408 met een gelijkstroom van 3A en een omgekeerde spanning van 1000V zeer geschikt. Binnenlandse KD226-diodes met elke letterindex zijn ook geschikt.

De elektrolytische condensator van het filter kan ook eenvoudig worden gekozen met behulp van praktische aanbevelingen: voor elke ampère van de uitgangsstroom, duizend microfarads. Als we een stroom van niet meer dan 1A plannen, is een condensator met een capaciteit van 1000µF geschikt.Elektrolytische condensatoren verdragen, in tegenstelling tot keramische, geen hoge spanningen, daarom wordt hun werkspanning, die hoger moet zijn dan de werkelijke spanning in dit circuit, altijd aangegeven in de circuits.

Voor de ontworpen voeding is een 1000µF * 50V-condensator nodig. Er zal niets ergs gebeuren als de condensator niet 1000, maar 1500 ... 2000µF is. De gelijkrichter zelf is al ontworpen. Nu, zoals ze zeggen, is de zaak klein: het blijft om de transformator te berekenen.

Allereerst moet u de kracht van de transformator bepalen. Dit wordt gedaan rekening houdend met het laadvermogen. Als de uitgangsstroom van de stabilisator 1A is en de ingangsspanning van de stabilisator 32V, dan is het stroomverbruik van de secundaire wikkeling van de transformator P = U * I = 32 * 1 = 32W.

Welke transformator zou nodig zijn met zo'n secundair circuitvermogen? Het hangt allemaal af van de efficiëntie van de transformator, hoe groter het totale vermogen, hoe hoger de efficiëntie. De kwaliteit en het ontwerp van transformatorijzer hebben ook invloed op deze parameter. De tabel in figuur 5 helpt om deze vraag ongeveer te bepalen.

Figuur 5

Om het totale vermogen van de transformator te achterhalen, moet het vermogen in de secundaire wikkeling worden gedeeld door de efficiëntie van de transformator. Stel dat we een conventionele transformator tot onze beschikking hebben met een W-vormig ijzer, in de tabel aangeduid als "gepantserd gestempeld". Het geschatte vermogen van de ontworpen voeding is 32W, vervolgens is het vermogen van de transformator 32 / 0.8 = 40W.

Zoals hierboven is geschreven, vereist de ontwikkelde voeding een constante spanning van 30 ... 33V. Dan zal de spanning van de secundaire wikkeling van de transformator 33 / 1.41 = 23.404V zijn.

Hiermee kunt u een standaardtransformator kiezen met een spanning van de secundaire wikkeling bij inactieve 24V.

Om de berekeningen niet ingewikkelder te maken, wordt hier geen rekening gehouden met de spanningsval over de brugdioden en de secundaire weerstand van de secundaire wikkeling. Het is voldoende om te zeggen dat bij een stroom van 1A de diameter van de secundaire draad meestal ten minste 0,6 mm is.

Een dergelijke transformator kan worden gekozen uit de verenigde transformatoren van de CCI-serie. Het vermogen van de transformator kan meer dan 40 W zijn, dit zal alleen de betrouwbaarheid van de voeding verbeteren, hoewel het lichter wordt. Als de transformator CCI niet kon worden gekocht, kunt u eenvoudig de secundaire wikkeling van de transformator met geschikt vermogen terugspoelen.

Als een bipolaire instelbare voeding vereist is, kan deze worden geassembleerd volgens de schakeling in afbeelding 6. Hiervoor is een negatieve spanningsregelaar KR142EN18A of LM337 nodig. Het circuit van de opname ervan lijkt erg op KR142EN12A.

Figuur 6. Diagram van een bipolaire gereguleerde voeding

Het is vrij duidelijk dat een bipolaire gelijkrichter nodig zal zijn om een ​​dergelijke stabilisator van stroom te voorzien. Dit wordt het gemakkelijkst gedaan op een transformator met een middelpunt en een diodebrug, zoals weergegeven in figuur 7.

Figuur 7. Diagram van een bipolaire gelijkrichter

Het ontwerp van de voeding is willekeurig. De gelijkrichter zelf en de stabilisatorplaat kunnen op afzonderlijke platen of op één worden gemonteerd. Microcircuits moeten worden geïnstalleerd op radiatoren met een oppervlakte van minimaal 100 vierkante centimeter. Als u de grootte van de radiatoren wilt verkleinen, kunt u geforceerde koeling gebruiken met behulp van kleine computerkoelers, waarvan er nu veel te koop zijn.

Een enigszins verbeterde stabilisatorschakelschakeling is weergegeven in figuur 8.

Figuur 8 Typisch schakelcircuit KR142EN12A

Beschermende diodes VD1, VD2 type 1N4007 zijn ontworpen om de microschakeling te beschermen tegen defecten in het geval dat de uitgangsspanning de ingangsspanning overschrijdt. Deze situatie kan gebeuren wanneer u de chip uitschakelt. Daarom moet de capaciteit van de elektrolytische condensator C2 niet groter zijn dan de capaciteit van de elektrolytische condensator aan de uitgang van de diodebrug.

De Cadj-condensator aangesloten op de stuurklem vermindert de rimpel aan de uitgang van de stabilisator aanzienlijk. De capaciteit is meestal enkele tientallen microfarads.

Bij het ontwerp van de voeding is het wenselijk om een ​​ingebouwde voltmeter en ampèremeter te leveren, bij voorkeur elektronisch, die worden verkocht in online winkels. Dat is gewoon hun prijzen bijten, dus in het begin is het beter om zonder hen te doen en de vereiste spanning in te stellen met een multimeter.

Boris Aladyshkin