Stabilizované napájacie zdroje

Všetky elektronické zariadenia sú napájané jednosmernými zdrojmi. Pre mobilné zariadenia sa zvyčajne používajú batérie alebo galvanické batérie. V rukách a vreckách je teraz veľa takýchto zariadení: sú to mobilné telefóny, fotoaparáty, tablety, rôzne meracie prístroje a oveľa viac.

Stacionárna elektronika - televízory, počítače, hudobné centrá atď. napájané zo siete pomocou zdrojov napájania. Tu sa v žiadnom prípade nezaobídete bez batérií alebo malých batérií.

Elektronické zariadenia často nie sú samostatné a fungujú samostatne. V prvom rade sú to vstavané elektronické jednotky, napríklad riadiaca jednotka pre práčku alebo mikrovlnnú rúru. Ale aj v tomto prípade majú elektronické jednotky svoje vlastné napájacie zdroje, najčastejšie dokonca stabilizovaný, a to dokonca aj pomocou ochrany, ktorá vám umožňuje chrániť tak samotné napájanie, ako aj záťaž, t. pripojená riadiaca jednotka.

V dizajnoch vyvinutých amatérskymi amatérskymi amatérmi je vždy k dispozícii napájanie, pokiaľ sa, samozrejme, tento návrh nedokončí a neopustí na polceste. Bohužiaľ sa to stáva dosť často. Ale vo všeobecnosti sa výstavba okruhu skladá z niekoľkých etáp.

Medzi ne patrí vývoj schém zapojenia, ako aj ich zostavenie a ladenie na doštičku. A až po získaní požadovaných výsledkov na doštičke sa začnú rozvíjať kapitálové štruktúry. To je, keď vyvíjajú dosky s plošnými spojmi, kryt a zdroj energie.

V procese experimentov na doštičku, tzv laboratórne zdroje energie, Rovnaká jednotka sa musí používať na uvedenie do prevádzky širokej škály návrhov, takže by mala mať široké možnosti.

Spravidla ide o jednotku s reguláciou výstupného napätia as dostatočným prúdom. Niekedy napájací zdroj produkuje niekoľko napätí, takéto jednotky sa nazývajú viackanálové. Príkladom je konvenčné napájanie počítačom alebo bipolárny zdroj výkonného UMZCH.

Ak je napájanie navrhnuté pre jedno pevné napätie, napríklad 5 V, nie je zlé poskytovať ochranu pred prekročením výstupného napätia: ak tranzistor stabilizátora výstupu prelomí, môže dôjsť k poškodeniu obvodu, ktorý je ním napájaný.

Aj keď takáto ochrana nie je príliš komplikovaná, existuje len niekoľko detailov, z nejakého dôvodu to nerobí v priemyselných obvodoch a vyskytuje sa iba v amatérskych rozhlasových dizajnoch, a dokonca ani nie vo všetkých. Existujú však také systémy ochrany.

Ak sa pozorne pozriete na spotrebné zariadenia, všimnete si, že všetky elektronické zariadenia sú napájané napätím zo štandardného radu. Toto je predovšetkým 5, 9, 12, 15, 24V. Na základe týchto hodnôt sa vyrába množstvo integrovaných stabilizátorov s pevným napätím.

Tieto stabilizátory sa podobajú bežnému tranzistoru v puzdre TO-220 (podobne ako KT819) alebo v puzdre D-PAK na povrchovú montáž. Výstupné napätie je 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Tieto napätia sa odrážajú priamo pri označení stabilizátorov aplikovaných na telo zariadenia. Môže to vyzerať takto: MC78XX alebo LM78XX.

V technických listoch je uvedené, že ide o stabilizátory s tromi výstupmi s pevným napätím, ako je znázornené na obrázku 1.

Obrázok 1

Spínací obvod je veľmi jednoduchý: iba tri nohy boli spájkované a dostali stabilizátor s požadovaným napätím a výstupným prúdom od 1 ... 2A. V závislosti od konkrétneho stabilizátora sa prúdy líšia, čo by sa malo zaznamenať v dokumentácii.Integrované stabilizátory majú navyše zabudovanú ochranu pred prehriatím a ochranu pred prúdom.

Prvé dve písmená označujú spoločnosť výrobcu a druhé XX sa nahrádzajú číslami, ktoré ukazujú stabilizačné napätie, niekedy sa prvé dve písmená nahradia jedným ... tromi alebo vôbec nie. Napríklad MC7805 označuje stabilizátor s pevným napätím 5 V a MC7812 je rovnaký, ale s výstupom 12V.

Okrem stabilizátorov s pevným napätím v integrovanej verzii existujú aj nastaviteľné stabilizátory, napríklad LT317A, ktorých typický spínací obvod je zobrazený na obrázku 2. Limity regulácie napätia sú tu tiež uvedené.

Obrázok 2. Typický spínací obvod nastaviteľného stabilizátoraLT317A

Niekedy jednoducho nie je k dispozícii žiadny nastaviteľný stabilizátor, ako vyriešiť tento problém, je možné to urobiť bez neho? Potrebujete napätie 7,5 V a to je všetko! Ukazuje sa, že regulátor s pevným napätím sa ľahko otočí. Podobný spínací obvod je znázornený na obr.

Obrázok 3

Rozsah nastavenia v tomto prípade začína od stáleho napätia aplikovaného stabilizátora a je obmedzený iba veľkosťou vstupného napätia, samozrejme mínus minimálny pokles napätia cez regulačný tranzistor stabilizátora.

Ak nepotrebujete nastavovať napätie, ale namiesto 5 V musíte napríklad získať 10, jednoducho odstráňte tranzistor VT1 a všetko s ním spojené, a namiesto toho zapnite zenerovu diódu so stabilizačným napätím 5 V. Prirodzene je Zenerova dióda zapnutá nevodivým smerom: anóda je pripojená na zápornú napájaciu zbernicu a katóda je pripojená na stabilizačný terminál 8 (2).

Pozoruhodné je očíslovanie záverov trojnohého prípadu znázorneného na obr. 3, a to: 17, 8, 2! Odkiaľ pochádza, kto to vymyslel, nie je jasné. Možno to sú opäť machinácie našich vývojárov, aby ich títo nemohli uhádnuť! Ale taký pinout sa používa a človek sa s tým musí vyrovnať.

Po zvážení integrálnych stabilizátorov je možné pristúpiť k výrobe energetických zdrojov na ich základe. Stačí len nájsť vhodný transformátor, doplniť ho diódovým mostíkom s elektrolytickým kondenzátorom a všetko zostaviť vo vhodnom prípade.

Laboratórne napájanie

Ak chcete začať vyvíjať laboratórne napájanie, mali by ste sa rozhodnúť o jeho elementárnej základni, alebo jednoducho o tom, z čoho ho vyrobíme. Najjednoduchší spôsob je zostaviť požadovanú jednotku na čip LT317A alebo jeho domáci analógový stabilizátor napätia KR142EN12A (B).

Vráťte sa na obrázok 2. To naznačuje, že rozsah nastavenia napätia je 1,25 ... 25V. Maximálna povolená hodnota tohto parametra je až 1,25 ... 37V so vstupným napätím 45V. Toto je maximálne povolené napätie, takže je lepšie sa obmedziť na 25 V regulačný rozsah.

Je lepšie nesnažiť sa o maximálny prúd (1,5A), takže budeme vychádzať z výpočtu aspoň jedným ampérom, čo je presne 75%. Koniec koncov, miera bezpečnosti by mala byť vždy. Preto na takéto napájanie budete potrebovať usmerňovač s napätím najmenej 30 ... 33V a prúdom do 1A.

Cusmerňovací obvod je znázornený na obrázku 4. Ak je spotreba prúdu viac ako jeden ampér, stabilizátor by sa mal doplniť o externé výkonné tranzistory. Je to však iná schéma.

Obrázok 4. Usmerňovací obvod

Výpočet usmerňovača a transformátora

Najprv by sa mali zvoliť usmerňovacie mostíkové diódy, ich jednosmerný prúd by mal byť najmenej 1A a je lepšie, ak sú najmenej 2A alebo viac. Tu sú celkom vhodné diódy 1N5408 s jednosmerným prúdom 3A a spätným napätím 1000V. Vhodné sú aj domáce diódy KD226 s ľubovoľným indexom písmen.

Elektrolytický kondenzátor filtra sa dá tiež jednoducho zvoliť pomocou praktických odporúčaní: pre každý ampér výstupného prúdu jeden tisíc mikrofarad. Ak plánujeme prúd nie väčší ako 1A, potom je vhodný kondenzátor s kapacitou 1 000 uF.Elektrolytické kondenzátory, na rozdiel od keramických kondenzátorov, netolerujú vysoké napätie, preto v obvodoch je vždy uvedené ich pracovné napätie, ktoré by malo byť v tomto obvode vyššie ako skutočné napätie.

Pre navrhnuté napájanie je potrebný kondenzátor 1 000µF * 50V. Ak kondenzátor nie je 1000, ale 1500 ... 2000µF, nič sa nestane. Usmerňovač je už navrhnutý. Teraz, ako sa hovorí, ide o malú záležitosť: výpočet transformátora zostáva.

Najprv by ste mali určiť výkon transformátora. Toto sa vykonáva s prihliadnutím na výkon zaťaženia. Ak je výstupný prúd stabilizátora 1A a vstupné napätie stabilizátora je 32 V, potom je spotreba energie zo sekundárneho vinutia transformátora P = U * I = 32 * 1 = 32W.

Aký transformátor by sa vyžadoval pri takomto výkone sekundárneho obvodu? Všetko záleží na účinnosti transformátora, čím väčší je celkový výkon, tým vyššia je účinnosť. Kvalita a konštrukcia transformátorového železa tiež ovplyvňujú tento parameter. Tabuľka uvedená na obrázku 5 pomôže približne túto otázku určiť.

Obrázok 5

Na zistenie celkového výkonu transformátora musí byť výkon v sekundárnom vinutí vydelený účinnosťou transformátora. Predpokladajme, že máme k dispozícii konvenčný transformátor so železom tvaru W, ktorý je v tabuľke označený ako „pancierové vyrazené“. Odhadovaný výkon navrhovaného zdroja energie je 32 W, potom je výkon transformátora 32 / 0,8 = 40 W.

Ako bolo napísané vyššie, na vyvinuté napájanie je potrebné konštantné napätie 30 ... 33V. Napätie sekundárneho vinutia transformátora bude potom 33 / 1,41 = 23,404V.

To vám umožňuje zvoliť si štandardný transformátor s napätím sekundárneho vinutia pri voľnobežných 24 V.

Aby sa nekomplikovali výpočty, tu sa neberie do úvahy pokles napätia cez mostíkové diódy a sekundárny odpor sekundárneho vinutia. Stačí povedať, že pri prúde 1A je priemer sekundárneho drôtu obvykle najmenej 0,6 mm.

Takýto transformátor môže byť vybraný z unifikovaných transformátorov série CCI. Výkon transformátora môže byť viac ako 40 W, len to zlepší spoľahlivosť zdroja, aj keď to mierne zvýši jeho hmotnosť. Ak nie je možné kúpiť transformátor CCI, môžete jednoducho previnúť sekundárne vinutie transformátora o vhodnom výkone.

Ak je potrebný bipolárny nastaviteľný napájací zdroj, môže sa zostaviť podľa obvodu znázorneného na obrázku 6. Na tento účel bude potrebný záporný regulátor napätia KR142EN18A alebo LM337. Okruh jeho začlenenia je veľmi podobný KR142EN12A.

Obrázok 6. Schéma bipolárneho regulovaného napájania

Je celkom zrejmé, že na pohon takého stabilizátora bude potrebný bipolárny usmerňovač. Najjednoduchšie sa to dosiahne na transformátore so stredovým bodom a diódovým mostíkom, ako je znázornené na obrázku 7.

Obrázok 7. Schéma bipolárneho usmerňovača

Dizajn napájacieho zdroja je svojvoľný. Usmerňovač sám a stabilizačná doska môžu byť zostavené na samostatných doskách alebo na jednej. Mikroobvody by sa mali inštalovať na radiátory s plochou najmenej 100 štvorcových centimetrov. Ak chcete zmenšiť veľkosť radiátorov, môžete použiť nútené chladenie pomocou malých počítačových chladičov, z ktorých je v súčasnosti veľa na predaj.

Mierne vylepšený spínací obvod stabilizátora je znázornený na obrázku 8.

Obrázok 8 Typický spínací obvod KR142EN12A

Ochranné diódy VD1, VD2 typu 1N4007 sú navrhnuté tak, aby chránili mikroobvod pred poruchou v prípade, keď výstupné napätie prekročí vstupné napätie. Táto situácia sa môže stať, keď vypnete čip. Preto by kapacitancia elektrolytického kondenzátora C2 nemala byť väčšia ako kapacita elektrolytického kondenzátora na výstupe diódového mostíka.

Kondjadd kondenzátor pripojený k riadiacemu terminálu významne znižuje zvlnenie na výstupe stabilizátora. Jeho kapacita je zvyčajne niekoľko desiatok mikrofarád.

Pri navrhovaní zdroja energie je žiaduce poskytnúť vstavaný voltmeter a ampérmeter, výhodne elektronický, ktoré sa predávajú v internetových obchodoch. To sú len ceny, ktoré uhryznú, takže najprv je lepšie sa bez nich obísť a pomocou multimetra nastaviť požadované napätie.

Boris Aladyshkin