0-40V Justerbar strømforsyningskreds - Vejledning i konstruktion

Denne multifunktionsforsyning til generelle formål genererer så meget som 2,5 ampere fra nul til 20 volt eller op til 1,25 ampere fra 0-40 volt. Aktuel begrænsning er variabel inden for hele området for begge outputmuligheder.

Af Trupti Patil

Strømforsyning Hovedspecifikationer:

EN IDEAL STRØMFORSYNING skal tilvejebringe en spænding, der er variabel inden for et bredt område, og som forbliver i den indstillede spænding uanset netspænding eller belastningsforskelle.

Forsyningen skal også være sikker fra kortslutning i hele dens output og være i stand til at begrænse belastningsstrømmen for at sikre, at enheder ikke beskadiges af svigtende omstændigheder.

Dette særlige projekt forklarer en strømforsyning designet til at levere 2,5 ampere ved op til 18 volt (op til 20 volt ved lavere strømme). På samme tid vil nogle få grundlæggende ændringer få tilbudet til så meget som 40 volt ved 1,25 ampere.

Forsyningsspændingen kan indstilles mellem nul og 'den højeste tilgængelige, og strømbegrænsning kan også justeres over det foreskrevne fulde interval. Strømforsyningens driftsform er angivet ved hjælp af to lysdioder.

Den nær spændingskontrolknappen viser, om enheden er i normal spændingsreguleringsindstilling, og den nær spændingsknap viser, om enheden er i strømgrænsetilstand. Desuden viser en stor meter strøm- eller spændingsoutput som valgt af en switch.

DESIGNFUNKTIONER

Mens vi i vores foreløbige designfaser undersøgte forskellige typer regulatorer og de positive aspekter og ulemper ved hver for at være i stand til at vælge den, der giver den bedste omkostningseffektive funktionalitet. De specifikke strategier og deres funktioner kan sammenfattes som følger.

Shuntregulatoren:

Dette layout fungerer primært for lavt strømforsyning omkring 10 til 15 watt. Det tilbyder fremragende regulering og er internt kortslutningsresistent, men spreder den fulde mængde strøm, den er udstyret til at håndtere under ingen belastningsforhold.

Serieregulatoren.

Denne regulator passer til mellemstore strømforsyninger ca. 50 watt.

Det kan og er beregnet til højere strømforsyninger, skønt varmeafledning kan være et problem især ved meget høj strøm med lave udgangsspændinger.

Regulering stor, generelt er der mindre outputstøj, og omkostningerne er forholdsvis minimale.

SRC regulator:

Ideel til middel til høj effekt formål, denne regulator giver lav strømforsyning, selvom output krusning og responstid ikke er nær så god som dem fra en serie regulator.

SCR forregulator og serieregulator.

De allerbedste funktioner i SCR og serieregulatorer er sammensat med denne form for strømforsyningskredsløb, der anvendes til mellemstore til høje effektapplikationer. En SCR-forregulator anvendes til at sikre en groft reguleret forsyning, der er omkring fem volt større end anbefalet, ledsaget af en passende serieregulator.

Dette mindsker effekttabet i serieregulatoren. Det er dog meget dyrere at konstruere.

Omskifteregulator.

Også anvendt til mellemstore til kraftige applikationer, giver denne teknik overkommelig regulering og lav effektafledning i regulatoren er alligevel pebret at konstruere og har en højfrekvent rippel på udgangen.

Switched-mode strømforsyning.

Den mest succesrige teknik af alt, denne regulator retter strømmen til at betjene en inverter ved 20 kHz eller endnu mere. For at sænke eller forøge spændingen anvendes almindeligvis en billig ferrittransformator, hvis output er rettet og filtreret for at få det foretrukne DC-output.

Linjeregulering er meget god, men det har helt sikkert den ulempe, at den ikke bekvemt kan anvendes som en variabel kilde, da den bare kan tilpasses over et relativt mindre interval.

VORES EGNE DESIGN

Vores oprindelige design princip havde været for en strømforsyning på omkring 20 volt ved 5 til 10 ampere output.
Når det er sagt, blev det i lyset af de sorter, der var let tilgængelige, såvel som omkostningerne, valgt at begrænse strømmen til ca. 2,5 ampere.
Denne tilgang hjalp os med at anvende en serieregulator, den mest omkostningseffektive model. God regulering var nødvendig sammen med justerbar strømbegrænsningsfunktion, plus det blev desuden valgt, at strømforsyningen godt kunne fungere helt ned til næsten nul volt.

For at få den endelige kvalifikation er det nødvendigt med en negativ forsyningsskinne eller en komparator, der kan køre ved hjælp af dens input på nul volt. I modsætning til at bruge en negativ forsyningsskinne besluttede vi at arbejde med en CA3l30 IC operationel forstærker som komparator.

CA3l 30 har brug for en enkelt forsyning (maksimalt 15 volt), og i starten brugte vi en modstand og l 2 volt zener for at få en 12 volt forsyning. Referencespændingen var derefter oprettet fra denne zener-forsyning af endnu en modstand og en 5 volt zener.

Man mente, at dette ville have præsenteret tilstrækkelig regulering af referencespændingen, men praktisk taget blev output fra ensretter identificeret til at ændre sig fra 21 til 29 volt plus noget af krusning og spændingskobling, der fandt sted over 12 volt zeneren, som et resultat sluttede bliver spejlet i 5 volt zener-referencen.

På grund af denne grund er 12 volt zener blevet erstattet af en lC regulator, der afhjælper problemet.

Med alle serieregulatorer bør serieudgangstransistoren fra layoutets karakteristika sprede masser af strøm, især i lav udgangsspænding og høj strøm. For denne faktor er en respektabel køleplade en vigtig del af strukturen.

Industrielle køleplader er utroligt dyre og ofte udfordrende at fastgøre. Som et resultat skabte vi vores helt egen kølelegeme, der ikke kun var mere overkommelig, men fungerede meget bedre end den kommercielle variation, vi havde tænkt på - at være enklere at vedhæfte.

Ikke desto mindre fortsætter kølelegemet ved fuld belastning med at fungere varmt, ligesom transformatoren vil. og under højstrøms lavspændingsforhold kunne transistoren endda blive alt for sydende til at røre ved.
Dette er ret normalt, da transistoren i disse situationer stadig fungerer inden for det valgte temperaturområde.

Sammen med enhver ekstremt reguleret forsyning kan stabilitet være et problem. Af dette motiv er spændingsreguleringstilstanden, kondensatorer C5 og C7 inkluderet for at minimere loopforstærkningen i høje frekvenser og derfor undgå, at forsyningen svinger.

Værdien af ​​C5 er valgt for ideelt at skimme mellem stabilitet og reaktionsperiode. Når værdien af ​​C5 er for lav, øges reaktionshastigheden.

Der findes dog en større mulighed for manglende stabilitet. Hvis overdreven reaktionstid øges unødigt. I strømgrænsetilstanden afsluttes den samme funktionalitet af C4, og de nøjagtige samme meninger implementeres som for spændingsscenariet.

Da strømforsyningen har en relativ høj strømudgang, kan der utvivlsomt være et spændingsfald over ledningerne til udgangsterminalerne. Dette kompenseres ved at registrere spændingen på udgangsterminalerne gennem et uafhængigt sæt ledninger.

Selvom forsyningen hovedsageligt blev foretaget for 20 volt ved 2,5 ampere, blev det til sidst anbefalet, at den nøjagtige samme forsyning kan være vant til at levere 40 volt ved 1,25 ampere, og at dette kan være mere passende for mange slutbrugere.

Dette kunne opnås ved at ændre ensretterens indstillinger og ved at ændre nogle få komponenter. Der blev givet en idé om at skabe omskiftelig forsyning, men de ekstra kompleksiteter og prisen var på en måde, som det blev ignoreret for at være fordelagtig.

Derfor er du grundlæggende nødt til at vælge konfiguration, der passer til din efterspørgsel og opbygge udbuddet efter behov.

Den maksimalt regulerede tilgængelige spænding er muligvis begrænset af, at indgangsspændingen til regulatoren er for reduceret (med mere end 18 volt og 2,5 ampere) eller måske fra forholdet R14 / R15 og af værdien af ​​referencespændingen. (Output = R14 + R15 / R15) V ref

På grund af tolerancen for ZD1 er de komplette 20 volt (eller 40 volt) sandsynligvis ikke tilgængelige. Hvis det identificeres som en situation, skal R14 øges til den efterfølgende foretrukne værdi.

Der er givet potentiometre til enkelt drejning til spændings- og strømstyring på grund af det faktum, at de er overkommelige. Ikke desto mindre, hvis der kræves nøjagtig indstilling af spænding eller strømstyring, bør der anvendes ti-omdrejningspotentiometre som erstatning.

HVORDAN DET VIRKER

240 volt strømforsyning trækkes ned til 40 Vac gennem transformeren og, baseret på hvilken forsyning der er udviklet, udbedres til enten 25 eller 5 Vdc.

Denne spænding er faktisk moderat, da den faktiske spænding vil være forskellig mellem 29 volt (58 volt) ved ikke-belastning til 21 volt (42 volt) ved fuld belastning.

De samme filterkondensatorer anvendes i begge situationer. Disse monteres parallelt til din 25 volt variant (5000uF) og i serie beregnet til 50 volt modellen (1250uF). På 50 volt-modellen kobles transformatorens midterhaner til kondensatorens midterhaner og garanterer dermed nøjagtig spænding. deling mellem kondensatorerne. Denne opsætning tilbyder desuden en 25 volt forsyning til regulatoren lC.

Spændingsregulatoren er i det væsentlige en serietype, hvor serietransistorens impedans styres på en sådan metode, at denne spænding gennem hele belastningen holdes konstant på den forudbestemte værdi.

Transistoren Q4 spreder en hel del strøm, især ved lave udgangsspændinger og høj strøm, og den er derfor installeret på kølelegemet på bagsiden af ​​produktet.

Transistor Q3 bringer den aktuelle forstærkning til Q4, hvor samarbejdet fungerer som en PNP-transistor med høj effekt, høj forstærkning. De 25 volt sænkes til 12 volt gennem den integrerede kredsløbsregulator ICI. Denne spænding anvendes almindeligvis som forsyningsspændingen til CA3130 lCs, og den sænkes desuden til 5,1 volt af zenerdioden ZDI for at bruge som referencespænding.

Spændingsreguleringen udføres af lC3, der undersøger spændingen som bestemt af RV3 (O til 5,1 'volt) med udgangsspændingen divideret med R14 og R15. Opdeleren giver en opdeling på 4,2 (O til 21 volt) eller otte (0 til 40 volt).

På den anden side i den høje ende er den opnåelige spænding begrænset til det punkt, at regulatoren formår at miste kontrol ved høj strøm, da spændingen gennem filterkondensatoren når udgangsspændingen plus nogle 100 Hz krusning kan også findes. Udgangen fra IC3 regulerer transistoren Q2, der efterfølgende styrer udgangstransistoren på en måde, således at udgangsspændingen fortsætter med at være konsistent uanset linje- og belastningsforskelle. 5,1 volt referencen tilbydes emitteren til Q2 til og med Q1.

Denne transistor er faktisk et buffertrin for at modvirke, at 5,1 volt-ledningen bliver belastet. Strømstyring udføres af IC2, der analyserer spændingen bestemt af -RV1 (O til 0,55 volt) ved hjælp af spændingen skabt omkring R7 af belastningsstrømmen.

Hvis der er defineret 0,25 volt på RV1, og strømmen taget fra forsyningen er lille, vil udgangen af ​​IC2 være nær 12 volt. Dette fører til, at LED 2 lyser, da Q1-emitteren er på 5,7 volt.

Denne LED betyder derfor, at denne forsyning fungerer inden for spændingsregulator-tilstand. Hvis den drevne strøm imidlertid er forhøjet på en måde, så spændingen omkring R7 er lidt over 0,25 volt (i vores illustration) kan udgangen af ​​IC2 falde. Når udgangen af ​​IC2 falder til under ca. 4 volt, begynder Q2 at slukke gennem LED 3 og D5. Resultatet af dette ville være at minimere udgangsspændingen, så spændingen i hele R7 ikke er i stand til at bøje mere.

Mens dette finder sted, forsøger spændingskomparator IC3 at imødegå problemet, og dets output stiger til 12 volt. IC2 bruger derefter mere strøm for at kompensere, og denne strøm medfører LED 3 til lysning, hvilket antyder, at forsyningen fungerer i strømgrænsetilstanden.

For at sikre nøjagtig regulering leveres spændingsfølerterminalerne til udgangspunkterne uafhængigt af dem, der transporterer belastningsstrømmen. Måleren inkluderer en milliampers bevægelse og aflæser udgangsspændingen (straks langs udgangsterminalerne) eller strømmen (ved at måle spændingen omkring R7) som valgt fra frontpanelkontakten SV2

Printkortlayout til 40V strømforsyningskredsløb

KONSTRUKTION

Det foreslåede printkortlayout til dette 0-40V variable strømforsyningskredsløb skal bruges, da konstruktionen på den måde gør det enormt forenklet.

Komponenterne skal sættes sammen på tavlen for at sikre, at polariteterne på dioder, transistorer, lC'er og elektrolytika er korrekte. BDl40 (Q3) skal installeres på en sådan måde, at siden ved hjælp af metaloverfladen konfronteres i retning af lCl. En lille køleplade skal boltes på transistoren som vist på billedet.

Hvis metalværket som beskrevet er brugt, skal man anvende monteringsarrangement.

a) Sæt frontpanelet i fronten af ​​rammen, og skru dem sammen ved at montere måleren.

b) Fastgør udgangsterminaler, potentiometre og måleromskifter på frontpanelet.

c) Katoderne på lysdioderne (som vi anvendte) var udpeget med et hak i kroppen, der ikke kunne bemærkes, mens lysdioderne blev monteret på frontpanelet.

Hvis dette lyder fra situationen med din, skal du reducere katodeterminalerne lidt mindre for at genkende dem, hvorefter lysdioderne installeres på plads.

d) Loddelængder af ledning (ca. 180 mm lange) til transformatorens 240 volt terminaler, isoler terminalerne ved hjælp af tape, hvorefter transformeren fastgøres på plads inden i rammen.

f) Monter netledningen og ledningsklemmen. ledning til afbryderen, isoler terminalerne, og sæt derefter kontakten på frontpanelet.

g) Fastgør kølelegemet og skru det på bagsiden af ​​rammen ved hjælp af et par bolte - installer derefter effekttransistoren ved hjælp af isoleringsskiver og siliciumfedt.

h) Installer det samlede printkort på rammen ved hjælp af 10 mm afstandsstykker.

i) Tilslut transformatorens sekundære, ensretterdioder og filterkondensatorer. Diodeledningerne er stive nok til ikke rigtig at ønske ekstra støtte.

j) Ledningerne, der involverer tavlen og afbryderne, kan muligvis nu komme ind ved at tilslutte punkter med matchende bogstaver i frontpaneldiagrammet og komponentoverlaydiagrammer. Den eneste nødvendige etablering ville være at kalibrere måleren. Tilslut et ægte voltmeter til strømforsyningens udgangskontrol, så den eksterne måler afkodes 1 5 volt (eller 30 volt på den alternative opsætning).

Deleliste til det foreslåede 40V 2 amp strømforsyningskredsløb