Како дизајнирати стабилизовани круг напајања клупе

У овом посту расправљамо о томе како било који електронички хоби може да дизајнира ефикасно и ефикасно, а опет врло јефтино и стабилизовано напајање са клупе за сигурно тестирање свих врста електронских пројеката и прототипова.

Главне карактеристике које напајање са клупе мора имати су:

• Треба да се гради са јефтиним и лако доступним компонентама
• Треба да буде флексибилан са својим опсезима напона и струје или једноставно мора да садржи могућност променљивог напона и променљивих струјних излаза.
• Треба да буде заштићен од прекомерне струје и преоптерећења.
• Требало би је лако поправити, у случају да се појави проблем.
• Требало би да буде релативно ефикасно са својом излазном снагом.
• Требало би да олакша прилагођавање према жељеној спецификацији.

Општи опис

Већина дизајна напајања до сада укључује линеарни серијски стабилизатор. Овај дизајн користи пролазни транзистор који ради као променљиви отпорник, регулисан Зенер диодом.

Серијски систем напајања је популарнији, вероватно због чињенице да је много ефикаснији. Осим неких мањих губитака на Зенер-у и напону отпорника, приметни губици се дешавају само у серијским пролазним транзисторима током периода који напаја струју оптерећењем.

Међутим, један недостатак серијског система напајања је тај што не пружа никакав кратки спој излазног оптерећења. Што значи, током стања квара на излазу транзистор са пролазом може да допусти да кроз њега тече велика струја, евентуално уништавајући себе, а можда и повезано оптерећење.

То је рекло, додајући а заштита од кратког споја на серијско пролазно напајање може се брзо имплементирати преко других транзистора конфигурисаних као тренутни ступањ контролера.

Тхе контролер променљивог напона постиже се помоћу једноставног транзистора, повратне везе потенциометра.

Горе наведена два додатка омогућавају серијско напајање са клупама за пролаз врло разноврсно, робусно, јефтино, универзално и практично неуништиво.

У следећим параграфима ћемо укратко научити пројектовање различитих фаза укључених у стандардно стабилизовано напајање са клупе.

Најлакши транзисторски регулатор напона

Брзи начин добијања подесивог излазног напона је закачење основе пролаза транзистор са потенциометром и Зенер диодом као што је приказано на доњој слици.

У овом колу Т1 је намештен као емитер-следбеник БЈТ , где његов основни напон ВБ одређује бочни напон емитора ВЕ. И ВЕ и ВБ прецизно ће се међусобно кореспондирати и биће готово једнаки, одузимајући његов пад унапред.

Напонски пад било ког БЈТ је обично 0,7 В, што значи да ће бочни напон емитора бити:

ВЕ = ВБ - 0,7

Коришћење петље повратних информација

Иако наведено дизајн је једноставан за изградњу и врло јефтин , овај тип приступа не нуди велику регулацију снаге на нижим нивоима напона.

Управо се због тога обично користи тип повратне спреге за постизање побољшане регулације у читавом опсегу напона, као што је приказано на доњој слици.

У овој конфигурацији, основни напон Т1, а тиме и излазни напон, контролише се падом напона на Р1, углавном због струје коју вуче Т2.

Када је клизач крака лонце ВР1 на крајњем крају уз земљу, Т2 постаје одсечен, јер сада његова основа постаје уземљена, омогућавајући једини пад напона на Р1 изазван основном струјом Т1. У овој ситуацији излазни напон на емитеру Т1 биће готово једнак напону колектора и може се дати као:

ВЕ = Вин - 0,7 , овде је ВЕ напон на страни емитора Т1, а 0,7 је стандардна вредност пада напона напријед за БЈТ Т1 водове базе / емитер.

Дакле, ако је улазно напајање 15 В, може се очекивати да ће излаз бити:

ВЕ = 15 - 0,7 = 14,3 В.

Сада, када се клизач крака ВР1 помери на горњи позитивни крај, довешће до тога да Т2 приступи целом бочном напону емитора Т1, што ће довести до тога да Т2 врло тешко ради. Ова акција ће директно повезати Зенер диода Д1 са Р1. Значи, сада ће основни напон ВБ Т1 бити једноставно једнак зенер напону Вз. Дакле, излаз ће бити:

ВЕ = Вз - 0,7

Стога, ако је вредност Д1 6 В, може се очекивати да излазни напон буде само:

ВЕ = 6 - 0,7 = 5,3 В. , тако да ценер напон одлучује о најмањем могућем излазном напону који би се из тога могао добити серијско пролазно напајање када се лонац ротира на најнижем нивоу.

Иако је горе наведено лако и ефикасно за израду напајања са клупе, има главни недостатак што није заштита од кратког споја. То значи да ће се, ако се на излазним стезаљкама струјног круга случајно изврши кратки спој или се примени прекомерна струја, Т1 брзо загрејати и сагорети.

Да би се избегла оваква ситуација, дизајн се може једноставно надоградити додавањем а тренутна контролна карактеристика како је објашњено у следећем одељку.

Додавање заштите од преоптерећења кратког споја

Једноставно укључивање Т3 и Р2 омогућава да дизајн круга напајања стола буде 100% отпоран на кратке спојеве и струјом контролисана . Овим дизајном чак ни намерно прекидање на излазу неће нанети штету Т1.

Рад ове фазе могао би се разумети на следећи начин:

Чим излазна струја тежи да пређе подешену безбедну вредност, развија се пропорционална количина потенцијалне разлике на Р2, довољна да снажно УКЉУЧИ транзистор Т3.

Када је Т3 укључен, Т1 база се спаја са његовом емитерском линијом, што тренутно онемогућава проводност Т1, и та се ситуација одржава све док се не уклони кратки излаз или преоптерећење. На овај начин Т1 је заштићен од било какве нежељене излазне ситуације.

Додавање променљиве тренутне функције

У горе наведеном дизајну, тренутни отпорник Р2 сензора може бити фиксна вредност ако се захтева да излаз буде константни струјни излаз. Међутим, добро напајање са клупе требало би да има променљив опсег и напона и струје. Узимајући у обзир ову потражњу, тренутни граничник може се подесити једноставним додавањем а променљива отпорник са базом Т3, као што је приказано доле:

ВР2 дели пад напона на Р2 и тако омогућава Т3 да се укључи на одређеној жељеној излазној струји.

Израчунавање вредности делова

Почнимо са отпорницима, Р1 се може израчунати следећом формулом:

Р1 = (Вин - МакВЕ) хФЕ / Излазна струја

Ево, од МакВЕ = Вино - 0,7

Стога поједностављујемо прву једначину као Р1 = 0.7хФЕ / Излазна струја

ВР1 може бити лонац од 10 к за напоне до 60 В

Граничник струје Р2 може се израчунати како је дато у наставку:

Р2 = 0,7 / максимална излазна струја

Максимална излазна струја треба да буде изабрана 5 пута нижа од максималне вредности Т1, ако Т1 захтева рад без хладњака. Са великим хладњаком инсталираним на Т1, излазна струја може бити 3/4 од Т1 Ид.

ВР2 може бити једноставно пот од 1 кс или унапред подешена.

Т1 треба одабрати према захтеву излазне струје. Ознака Т1 Ид требало би да буде пет пута већа од потребне излазне струје ако се ради без хладњака. Са инсталираним великим хладњаком, Т1 Ид оцена би требала бити најмање 1,33 пута већа од потребне излазне струје.

Максимални колектор / емитер или ВЦЕ за Т1 би у идеалном случају требао бити двоструко већи од вредности спецификације максималног излазног напона.

Вредност зенер диоде Д1 се може одабрати у зависности од најнижег или минималног захтева за излаз напона из сточног напајања.

Оцена Т2 зависиће од вредности Р1. Будући да ће напон на Р1 увек бити 0,7 В, ВЦЕ Т2 постаје нематеријални и може бити било која минимална вредност. Ид Т2 би требао бити такав да може да се носи са базном струјом Т1, како је одређено вредношћу Р1

Иста правила важе и за Т3.

Генерално Т2 и Т3 могу бити било који мали сигнални транзистор опште намене као што је БЦ547 или можда а 2Н2222 .

Практични дизајн

Пошто смо разумели све параметре за пројектовање прилагођеног напајања са клупе, време је да применимо податке у практични прототип, као што је приказано доле:

У дизајну ћете наћи неколико додатних компонената које служе само за побољшање регулационе способности кола.

Ц2 се уводи за чишћење било ког заосталог таласа на основама Т1, Т2.

Т2 заједно са Т1 формира а Дарлингтон пар да се повећа тренутни добитак на излазу.

Р3 је додат да би се побољшало провођење ценер диоде и стога обезбедила боља укупна регулација.

Р8 и Р9 су додати како би се омогућило регулисање излазног напона у фиксном опсегу, што није критично.

Р7 поставља максималну струју којој се може приступити на излазу, а то је:

И = 0,7 / 0,47 = 1,5 ампера, и то изгледа прилично ниско у поређењу са оценом Транзистор 2Н3055 . Иако би ово могло транзистор држати супер хладним, можда би било могуће повећати ову вредност до 8 ампера ако је 2Н3055 постављен на велики хладњак.

Смањивање расипања за повећање ефикасности

Највећи недостатак било ког серијског транзисторског линеарног регулатора је велика дисипација транзистора. А то се дешава када је улазна / излазна разлика велика.

Што значи, када се напон подеси на нижи излазни напон, транзистор мора напорно радити на контроли вишка напона, који се затим ослобађа као топлота из транзистора.

На пример, ако је оптерећење ЛЕД од 3,3 В, а улазно напајање за стоно напајање је 15 В, тада се излазни напон мора смањити на 3,3 В што је за 15 - 3,3 = 11,7 В мање. А ову разлику транзистор претвара у топлоту, што би могло значити губитак ефикасности већи од 70%.

Међутим, овај проблем се једноставно може решити коришћењем а трансформатор са навојним излазним намотајем са навојем.

На пример, трансформатор може имати славине од 5 В, 7,5 В, 10 В, 12 В итд.

У зависности од оптерећења, славине се могу одабрати за напајање коло регулатора . После тога, лонац за подешавање напона у кругу могао би се користити за даље подешавање нивоа излаза тачно на жељену вредност.

Ова техника би повећала ефикасност на врло висок ниво, омогућавајући да хладњак на транзистору буде мањи и компактнији.