Sådan designes en stabiliseret strømforsyningskreds

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





I dette indlæg diskuterer vi, hvordan en effektiv og effektiv, men alligevel billig og stabiliseret bænkstrømforsyning kan designes af enhver elektronisk hobbyist til sikkert at teste alle typer elektroniske projekter og prototyper.

De vigtigste funktioner, som en bænkstrømforsyning skal have, er:



  • Bør bygges med billige og let tilgængelige komponenter
  • Skal være fleksibel med dens spændings- og strømområder, eller skal simpelthen omfatte anlægget med en variabel spænding og variabel strømudgang.
  • Bør være overstrøm og overbelastningsbeskyttet.
  • Skal let repareres, hvis der opstår et problem.
  • Bør være rimelig effektiv med sin effekt.
  • Skal lette tilpasning let i henhold til en ønsket specifikation.

Generel beskrivelse

Størstedelen af ​​strømforsyningsdesignene har hidtil indbygget en lineær seriestabilisator. Dette design bruger en pass transistor, der fungerer som en variabel modstand, reguleret af en Zener-diode.

Seriens strømforsyningssystem er det mest populære, muligvis på grund af det faktum, at det er meget mere effektivt. Bortset fra noget mindre tab i Zener- og fødemodstanden, sker der mærkbart tab kun i seriepassetransistoren i den periode, hvor strømmen tilføres belastningen.



En ulempe ved seriens strømforsyningssystem er imidlertid, at disse ikke giver nogen form for kortslutning til udgangsbelastning. Det betyder, at pass-transistoren under outputfejltilstande kan tillade en stor strøm at strømme igennem den, og til sidst ødelægge sig selv og muligvis også den tilsluttede belastning.

Når det er sagt, tilføjer en kortslutningsbeskyttelse til en seriekortbænk kan strømforsyningen hurtigt implementeres gennem en anden transistor konfigureret som et nuværende controller-trin.

Det regulator til variabel spænding opnås gennem en simpel transistor, potentiometerfeedback.

Ovenstående to tilføjelser muliggør en seriepasbænkstrømforsyning, der er meget alsidig, robust, billig, universel og praktisk talt uforgængelig.

I de følgende afsnit vil vi kort lære design af de forskellige faser, der er involveret i en standardstabiliseret bænkstrømforsyning.

Nemmeste transistorspændingsregulator

En hurtig måde at få en justerbar udgangsspænding på er at tilslutte bunden af ​​passet transistor med et potentiometer og Zener-diode som vist i nedenstående figur.

I dette kredsløb er T1 rigget som en emitter-tilhænger BJT , hvor dens basisspænding VB bestemmer dens emitter-sidespænding VE. Både VE og VB svarer nøjagtigt til hinanden og vil være næsten lige store og trække dets forreste fald.

Den fremadgående spænding for enhver BJT er typisk 0,7 V, hvilket betyder, at emitter-sidespændingen vil være:

VE = VB - 0,7

Brug af en feedback loop

Selvom ovenstående design er let at bygge og meget billigt , denne type tilgang tilbyder ikke stor regulering af strøm ved de lavere spændingsniveauer.

Dette er nøjagtigt grunden til, at der normalt anvendes en feedback type kontrol til at få en forbedret regulering i hele spændingsområdet, som vist i nedenstående figur.

I denne konfiguration styres basespændingen for T1, og derfor udgangsspændingen, af spændingsfaldet over R1, hovedsageligt på grund af strømmen trukket af T2.

Når skyderen på potten VR1 befinder sig i den ekstreme ende på jordsiden, bliver T2 afskåret, da basen nu bliver jordforbundet, hvilket tillader det eneste eneste spændingsfald over R1 forårsaget af basestrømmen for T1. I denne situation vil udgangsspændingen ved T1-emitteren være næsten den samme som kollektorspændingen og kan gives som:

VE = Vin - 0,7 , her er VE emitter-sidespændingen på T1, og 0,7 er standardværdien for fremadspændingsfald for BJT T1-base / emitterledninger.

Så hvis inputforsyningen er 15 V, kan output forventes at være:

VE = 15 - 0,7 = 14,3 V

Når potten VR1-skyderarmen flyttes til den øverste positive ende, får T2 nu adgang til hele emitter-sidespændingen på T1, hvilket får T2 til at lede meget hårdt. Denne handling forbinder direkte zener-diode D1 med R1. Betydning, nu er basisspændingen VB for T1 simpelthen lig med zenerspændingen Vz. Så output vil være:

VE = Vz - 0,7

Derfor, hvis D1-værdien er 6 V, kan udgangsspændingen forventes at være lige:

VE = 6 - 0,7 = 5,3 V , så zenerspændingen bestemmer den mindst mulige udgangsspænding, der kunne opnås ved dette serie pass strømforsyning når gryden roteres ved den laveste indstilling.

Selvom ovenstående er let og effektiv til fremstilling af en bænkstrømforsyning, har den en stor ulempe ved ikke at være kortslutningssikker. Det betyder, at hvis udgangsterminalerne på kredsløbet ved et uheld kortsluttes, eller der påføres en overbelastningsstrøm, vil T1 hurtigt varme op og brænde.

For at undgå denne situation kan designet simpelthen opgraderes ved at tilføje et aktuelle kontrolfunktion som forklaret i det følgende afsnit.

Tilføjelse af overbelastning kortslutningsbeskyttelse

En simpel inkludering af T3 og R2 gør det muligt for design af bænkets strømforsyningskredsløb at være 100% kortslutningssikker og strømstyret . Med dette design vil selv en forsætlig kortslutning ved output ikke forårsage nogen skade for T1.

Arbejdet med dette stadium kunne forstås som følger:

Så snart udgangsstrømmen har tendens til at gå ud over den indstillede sikre værdi, udvikles en proportional mængde potentiel forskel på tværs af R2, nok til at tænde for transistoren T3 hårdt.

Når T3 er slået TIL, får T1-basen til at blive forbundet med sin emitterlinie, som øjeblikkeligt deaktiverer T1-ledningen, og denne situation opretholdes, indtil udgangen kort eller overbelastning fjernes. På denne måde er T1 beskyttet mod enhver uønsket udgangssituation.

Tilføjelse af en variabel aktuel funktion

I ovenstående design kan den aktuelle sensormodstand R2 være en fast værdi, hvis output kræves for at være en konstant strømudgang. Imidlertid formodes en god bænkforsyning at have et variabelt område for både spænding og strøm. I betragtning af dette krav kunne den nuværende begrænser gøres justerbar ved blot at tilføje en variabel modstand med bunden af ​​T3, som vist nedenfor:

VR2 opdeler spændingsfaldet over R2 og tillader således T3 at tænde ved en bestemt ønsket udgangsstrøm.

Beregning af delværdierne

Lad os starte med modstandene, R1 kan beregnes med følgende formel:

R1 = (Vin - MaxVE) hFE / udgangsstrøm

Her siden MaxVE = Vin - 0,7

Derfor forenkler vi den første ligning som R1 = 0,7 hFE / udgangsstrøm

VR1 kan være en 10 k pot til spændinger op til 60 V.

Nuværende begrænser R2 kan beregnes som angivet nedenfor:

R2 = 0,7 / maks. Udgangsstrøm

Maks. Udgangsstrøm skal vælges 5 gange lavere end T1 maksimum Id, hvis T1 kræves for at arbejde uden kølelegeme. Med et stort kølelegeme installeret på T1 kan udgangsstrømmen være 3/4 af T1 Id.

VR2 kan simpelthen være en 1k pot eller forudindstillet.

T1 skal vælges i henhold til udgangsstrømkravet. T1 Id-klassificering skal være 5 gange mere end den krævede udgangsstrøm, hvis den skal betjenes uden køleplade. Med en stor køleplade installeret, skal T1 Id-klassificeringen være mindst 1,33 gange mere end den krævede udgangsstrøm.

Den maksimale kollektor / emitter eller VCE for T1 skal ideelt set være dobbelt så stor som værdien af ​​den maksimale udgangsspændingsspecifikation.

Værdien af ​​zenerdiode D1 kan vælges afhængigt af det laveste eller mindste spændingsudgangskrav fra bænkens strømforsyning.

T2-klassificeringen afhænger af R1-værdien. Da spændingen over R1 altid vil være 0,7 V, bliver VCE for T2 uvæsentlig og kan være en hvilken som helst minimumsværdi. Id for T2 skal være sådan, at den er i stand til at håndtere basisstrømmen for T1 som bestemt af værdien af ​​R1

De samme regler gælder også for T3.

Generelt kan T2 og T3 være en hvilken som helst lille transistor til generelle formål, såsom BC547 eller måske en 2N2222 .

Praktisk design

Efter at have forstået alle parametrene til at designe en tilpasset bænkstrømforsyning, er det tid til at implementere dataene i en praktisk prototype, som vist nedenfor:

Du kan finde et par ekstra komponenter introduceret i designet, som simpelthen er til at forbedre kredsløbets reguleringsevne.

C2 introduceres for at rense enhver tilbageværende krusning ved T1, T2 baserne.

T2 danner sammen med T1 en Darlington par for at øge den aktuelle forstærkning af output.

R3 tilsættes for at forbedre zenerdiodeledningen og derfor for at sikre bedre overordnet regulering.

R8 og R9 tilføjes for at gøre det muligt at regulere udgangsspændingen over fast område, hvilket ikke er kritisk.

R7 indstiller den maksimale strøm, der kan tilgås ved udgangen, hvilket er:

I = 0,7 / 0,47 = 1,5 ampere, og dette ser ret lavt ud sammenlignet med vurderingen af 2N3055 transistor . Selvom dette måske holder transistoren superkold, kan det muligvis øge denne værdi op til 8 ampere, hvis 2N3055 er monteret over en stor køleplade.

Faldende spredning for at øge effektiviteten

Den største ulempe med enhver serietransistorbaseret lineær regulator er transistorafledningen i høj mængde. Og dette sker, når input / output forskellen er høj.

Det betyder, at når spændingen justeres mod lavere udgangsspænding, skal transistoren arbejde hårdt for at kontrollere overskydende spænding, som derefter frigøres som varme fra transistoren.

For eksempel, hvis belastningen er en 3,3 V LED, og ​​indgangsforsyningen til bænkens strømforsyning er 15 V, skal udgangsspændingen sænkes til 3,3 V, hvilket er 15 - 3,3 = 11,7 V mindre. Og denne forskel konverteres til varme af transistoren, hvilket kan betyde et effektivitetstab på mere end 70%.

Dette problem kan dog simpelthen løses ved hjælp af a transformer med spændingsudgangsspoling.

For eksempel kan transformeren have vandhaner på 5 V, 7,5 V, 10 V, 12 V osv.

Afhængigt af belastningen kan hanerne vælges til fødning af regulator kredsløb . Herefter kunne kredsløbets spændingsjusteringspotte bruges til yderligere justering af outputniveauet nøjagtigt til den ønskede værdi.

Denne teknik vil øge effektiviteten til et meget højt niveau, hvilket gør det muligt for kølelegemet til transistoren at være mindre og kompakt.




Forrige: 2 meter skinke radiosender kredsløb Næste: Sendermodtagerkredsløb til 80 meter Ham Radio