0-40V nastavljivo napajalno vezje - Vadnica za gradnjo

0-40V nastavljivo napajalno vezje - Vadnica za gradnjo

Ta večnamenski napajalnik za splošno uporabo ustvari do 2,5 amperov od nič do 20 voltov ali do 1,25 amperov od 0-40 voltov. Omejitev toka je spremenljiva v celotnem obsegu za obe izhodni možnosti.



Avtor Trupti Patil

0-40V nastavljiv napajalnik Pogled od spredaj





Glavne specifikacije napajalnika:

Tehnične specifikacije za napajalnik 0-40V

IDEALNO NAPAJANJE mora zagotavljati napetost, ki je spremenljiva v širokem območju in ki ostane v nastavljeni napetosti ne glede na napetost v omrežju ali razlike v obremenitvi.



Napajanje mora biti tudi varno pred kratkim stikom v celotnem izhodu in mora imeti možnost omejevanja toka obremenitve, da se naprave ne poškodujejo zaradi okvar.

Ta projekt pojasnjuje napajanje, zasnovano za oddajanje 2,5 amperov do 18 voltov (do 20 voltov pri nižjih tokovih). Hkrati bo nekaj osnovnih sprememb omogočilo, da bo oskrba ponujala kar 40 voltov pri 1,25 ampera.

Napajalna napetost je nastavljiva med nič in 'najvišjo razpoložljivo vrednost', omejitev toka pa je mogoče prilagoditi tudi v celotnem območju. Način delovanja napajalnika prikazujeta dve LED.

Tisti v bližini gumba za nadzor napetosti prikazuje, ali je enota v normalni nastavitvi napetosti, tisti v bližini gumba za omejitev toka pa, če je enota v načinu trenutne omejitve. Poleg tega velik merilnik prikazuje izhod toka ali napetosti, ki ga izbere stikalo.

LASTNOSTI OBLIKOVANJA

V fazi predhodnega načrtovanja smo raziskovali različne tipe regulatorjev ter pozitivne vidike in pomanjkljivosti vsakega, da smo lahko izbrali tistega, ki daje stroškovno najučinkovitejšo funkcionalnost. Posebne strategije in njihove značilnosti bi lahko povzeli, kot sledi.

Regulator premika:

Ta postavitev bi delovala predvsem za napajalnike z nizko porabo energije približno 10 do 15 vatov. Ponuja odlično regulacijo in je odporen na kratke stike, vendar odvaja celoten volumen moči, s katero je opremljen v prostem teku.

Serijski regulator.

Ta regulator ustreza napajalnikom srednje moči približno 50 vatov.

Lahko in je namenjen večjim napajalnikom, čeprav bi lahko odvajanje toplote povzročalo težave zlasti pri zelo močnem toku z nizko izhodno napetostjo.

Uredba je odlična, na splošno je majhen izhodni hrup in stroški sorazmerno minimalni.

Regulator SRC:

Idealen za namene srednje do velike moči, ta regulator zagotavlja majhno odvajanje moči, čeprav izhodno valovanje in odzivni čas nista tako dobra kot pri serijskem regulatorju.

Predregulator SCR in serijski regulator.

Najboljše lastnosti regulatorjev SCR in serije so združene s to vrsto napajalnega vezja, ki se uporablja za aplikacije srednje do velike moči. Za zagotovitev približno reguliranega napajanja, ki je približno pet voltov večje od priporočenega, skupaj z ustreznim regulatorjem serije, se uporablja predregulator SCR.

To zmanjša izgubo moči v serijskem regulatorju. Vendar je gradnja veliko dražja.

Preklopni regulator.

Ta tehnika, ki se uporablja tudi za aplikacije srednje do velike moči, zagotavlja cenovno ugodno regulacijo in nizko odvajanje moči v regulatorju, vendar je drago za izdelavo in ima visokofrekvenčno valovanje na izhodu.

Preklopno napajanje.

Najuspešnejša tehnika od vseh je, da ta regulator popravi omrežje za delovanje pretvornika pri 20 kHz ali več. Za znižanje ali povečanje napetosti se običajno uporablja nizkocenovni feritni transformator, katerega izhod se odpravi in ​​filtrira, da se dobi prednostni enosmerni izhod.

Regulacija linij je zelo dobra, vendar ima zagotovo slabo stran, ker je ni mogoče priročno uporabiti kot spremenljiv vir, saj je le prilagodljiva v relativno manjšem obsegu.

NAŠ LASTNI OBLIK

Diagram 0-40V nastavljivega napajalnika

Podrobnosti o ožičenju transformatorja diode 0-40V

Naše prvotno načelo načrtovanja je bilo napajanje približno 20 voltov pri izhodu od 5 do 10 amperov.
Glede na to, da so se glede na vrste regulatorjev, ki so na voljo, in stroške odločili, da bodo tok omejili na približno 2,5 ampera.
Ta pristop nam je pomagal uporabiti serijski regulator, najbolj stroškovno učinkovit model. Potrebna je bila dobra regulacija, skupaj z nastavljivo funkcijo omejevanja toka, poleg tega pa je bilo izbrano tudi, da je napajalnik lahko izvedljiv vse do praktično nič voltov.

Za končno kvalifikacijo je nujna negativna napajalna tirnica ali primerjalnik, ki lahko deluje z uporabo svojih vhodov pri nič voltih. V nasprotju z uporabo negativne napajalne tirnice smo se odločili, da bomo kot primerjalnik delali z operacijskim ojačevalnikom CA3l30 IC.

CA3l 30 potrebuje en sam napajalnik (največ 15 voltov), ​​na začetku pa smo uporabili upor in l 2 voltni cener, da smo dobili 12-voltno napajanje. Referenčno napetost je nato ustvaril iz tega dovoda zenerja še en upor in 5-voltni cener.

Menilo se je, da bi to predstavljalo ustrezno regulacijo za referenčno napetost, vendar je bilo ugotovljeno, da se je izhod usmernika praktično spremenil od 21 do 29 voltov, poleg tega pa se je končalo nekaj valovanja in preklopa napetosti, ki je potekalo nad 12-voltnim cenerjem. zrcali v referenco 5-voltnega cenerja.

Zaradi tega je 12-voltni cener nadomestil lC regulator, ki je odpravil težavo.

Z vsemi serijskimi regulatorji mora serijski izhodni tranzistor od značilnosti postavitve odvajati veliko moči, zlasti pri nizki izhodni napetosti in močnem toku. Za ta dejavnik je pomemben del strukture ugleden hladilnik.

Industrijski hladilniki so neverjetno dragi in jih je pogosto težko izvesti. Kot rezultat smo ustvarili svoj lasten hladilnik, ki pa ni bil le cenovno ugodnejši, ampak je deloval veliko bolje kot komercialna različica, o kateri smo razmišljali - preprostejši za pritrditev.

Kljub temu hladilnik pri polni obremenitvi deluje še naprej toplo, kot tudi transformator. in v visokonapetostnih nizkonapetostnih okoliščinah bi lahko tranzistor celo postal preveč piskajoč, da bi se ga dotaknil.
To je povsem normalno, saj tranzistor znotraj teh situacij še vedno deluje v izbranem temperaturnem območju.

Skupaj z izredno urejeno oskrbo bi lahko bila stabilnost težava. Za ta motiv so vključeni način delovanja z regulacijo napetosti, kondenzatorja C5 in C7, da se zmanjša ojačanje zanke pri visokih frekvencah in se tako prepreči nihanje napajanja.

Vrednost C5 je bila izbrana za idealno varčevanje med stabilnostjo in reakcijskim obdobjem. Ko je vrednost C5 prenizka, se hitrost reakcije poveča.

Vendar obstaja večja možnost pomanjkanja stabilnosti. Če se čezmerni reakcijski čas neupravičeno podaljša. V načinu omejevanja toka identično funkcionalnost dopolnjuje C4 in se uporabljajo popolnoma enaka mnenja kot za napetostni scenarij.

Ker ima napajalnik sposobnost sorazmerno visokega izhodnega toka, lahko nedvomno pride do padca napetosti na ožičenju do izhodnih sponk, kar se kompenzira z zaznavanjem napetosti na izhodnih sponkah prek neodvisnega nabora vodnikov.

Čeprav je bilo napajanje v glavnem namenjeno za 20 voltov pri 2,5 ampera, se je na koncu priporočilo, da se lahko popolnoma enaka napajalna napetost napaja 40 voltov pri 1,25 ampera in da je to morda bolj primerno za številne končne uporabnike.

To je mogoče doseči s spreminjanjem nastavitev usmernika in s spreminjanjem nekaterih komponent. Nekaj ​​idej je bilo namenjenih ustvarjanju preklopnega napajanja, vendar so bile dodatne zapletenosti in cena na tak način, da ni bilo upoštevano kot ugodno.

Zato morate v osnovi izbrati konfiguracijo, ki ustreza vašemu povpraševanju, in po potrebi zgraditi ponudbo.

Najvišja dostopna regulirana napetost je omejena zaradi prenizke vhodne napetosti regulatorja (z več kot 18 voltov in 2,5 amperov) ali morda iz razmerja R14 / R15 in vrednosti referenčne napetosti. (Izhod = R14 + R15 / R15) V ref

Zaradi tolerance na ZD1 celotnih 20 voltov (ali 40 voltov) verjetno ni dostopno. Če je prepoznan kot situacija, je treba R14 povečati na naslednjo prednostno vrednost.

Potenciometri z enim zavojem so bili podani za napetostne in tokovne krmilnike, ker so dostopni. Če pa je potrebna natančna nastavljivost napetosti ali toka, je treba kot nadomestek uporabiti deset vrtljajev.

KAKO DELUJE

240-voltno omrežje se prek transformatorja zniža na 40 Vac in, na podlagi katerega je bila razvita oskrba, odpravi na 25 ali 5 Vdc.

Ta napetost je dejansko zmerna, saj bo dejanska napetost med 29 voltov (58 voltov) pri prostem teku in 21 voltov (42 voltov) pri polni obremenitvi.

V obeh primerih se uporabljata enaka kondenzatorja filtra. Ti so pritrjeni vzporedno za vašo 25-voltno različico (5000uF) in v seriji, namenjeni za 50-voltni model (1250uF). V 50-voltnem modelu bo osrednja pipa transformatorja priključena na osrednjo pipo kondenzatorjev, kar zagotavlja natančno napetost. delitev med kondenzatorji. Ta naprava dodatno ponuja 25-voltno napajanje regulatorja lC.

Napetostni regulator je v bistvu serijski tip, pri katerem se impedanca serijskega tranzistorja uravnava tako, da se ta napetost v celotni obremenitvi ohranja konstantna pri vnaprej določeni vrednosti.

Tranzistor Q4 odvaja veliko energije, zlasti pri nizkih izhodnih napetostih in močnem toku, zato je nameščen na hladilniku na zadnji strani izdelka.

Tranzistor Q3 prinaša trenutni dobiček v Q4, sodelovanje pa deluje kot visokozmogljiv PNP tranzistor. 25 voltov se z regulatorjem integriranega vezja ICI zmanjša na 12 voltov. Ta napetost se običajno uporablja kot napajalna napetost za CA3130 lCs in jo zener dioda ZDI dodatno zniža na 5,1 volta, da jo uporabi kot referenčno napetost.

Regulacijo napetosti izvaja lC3, ki preučuje napetost, določeno z RV3 (od 0 do 5,1 voltov), ​​pri čemer je izhodna napetost deljena z R14 in R15. Razdelilnik zagotavlja delitev 4,2 (O do 21 voltov) ali osem (0 do 40 voltov).

Po drugi strani pa je v visokokakovostnem območju dosegljiva napetost omejena do te mere, da regulator lahko izgubi nadzor pri velikem toku, ko napetost skozi kondenzator filtra doseže izhodno napetost plus približno 100 Hz valovanja. Izhod IC3 uravnava tranzistor Q2, ki nato krmili izhodni tranzistor na način, da je izhodna napetost nespremenjena ne glede na razlike med vrsticami in obremenitvijo. Referenca 5,1 volta je na voljo oddajniku od Q2 do Q1.

Ta tranzistor je pravzaprav vmesna stopnja za preprečevanje obremenitve 5,1-voltne linije. Tok nadzoruje IC2, ki analizira napetost, določeno z -RV1 (O do 0,55 voltov), ​​z uporabo napetosti, ki jo okoli toka R7 ustvari tok obremenitve.

Če je na RV1 definirano recimo 0,25 voltov in je tok, odvzet iz napajalne enote, majhen, bo izhod IC2 blizu 12 voltov. To povzroči, da LED 2 zasveti, saj je oddajnik Q1 pri 5,7 volta.

Ta LED torej pomeni, da ta napajalnik deluje v načinu napetostnega regulatorja. Če pa je trenutni tok povišan tako, da je napetost okoli R7 nekaj več kot 0,25 voltov (na naši sliki), lahko izhod IC2 pade. Ko izhod IC2 pade pod približno 4 volte, se Q2 začne izklopiti skozi LED 3 in D5. Rezultat tega bi bilo zmanjšanje izhodne napetosti, da napetost v celotnem R7 ne bo mogla več naraščati.

Medtem ko se to dogaja, primerjalnik napetosti IC3 poskuša odpraviti težavo in njegova moč naraste na 12 voltov. Nato IC2 porabi več toka za dopolnitev in ta tok prikaže LED 3 na svetilko, kar pomeni, da napajanje deluje v načinu omejevanja toka.

Da bi zagotovili natančno regulacijo, se terminali za zaznavanje napetosti dostavijo na izhodne točke neodvisno od tistih, ki prenašajo tovorni tok. Merilnik vključuje gibanje enega miliampera in odčitava izhodno napetost (takoj vzdolž izhodnih sponk) ali tok (z 'merjenjem napetosti okoli R7), kot je izbrano s stikala na sprednji plošči SV2

Postavitev tiskanega vezja za napajalno vezje 40V

Postavitev skladbe PCB z napajalnikom 0-40V

Prekrivanje komponent PCB 0-40V napajalnika

GRADNJA

Za to spremenljivo napajalno vezje 0-40V je treba uporabiti predlagano postavitev tiskanega vezja, saj je gradnja pri tem izjemno poenostavljena.

Komponente je treba sestaviti na ploščo, da se zagotovi polarnost diod, tranzistorjev, lC in elektrolitov. BDl40 (Q3) mora biti nameščen tako, da se stran, ki uporablja kovinsko površino, sooča v smeri lCl. Na tranzistor je treba pritrditi majhen hladilnik, kot je prikazano na sliki.

Če se uporabljajo kovinske konstrukcije, kot je podrobno opisano, je treba uporabiti sklop.

0-40V metrski priključek

a) Sprednjo ploščo priključite na sprednji del ogrodja in ju privijte med seboj, tako da namestite merilnik.

b) Izhodne sponke, potenciometre in merilno stikalo pritrdite na sprednjo ploščo.

c) Katode LED (ki smo jih uporabili) so bile označene z zarezo v telesu, ki je med namestitvijo LED na sprednjo ploščo ni bilo mogoče opaziti.

Če to zveni kot pri vašem, zmanjšajte katodne sponke nekoliko manjše, da jih boste prepoznali, nato pa namestite LED na svoje mesto.

d) Dolžine žic (približno 180 mm dolge) spajkajte na 240-voltne sponke transformatorja, izolirajte sponke s trakom, nato pa transformator pritrdite na svoje mesto znotraj ogrodja.

f) Namestite omrežni kabel in sponko za kabel. ožičite stikalo za vklop, izolirajte sponke in nato pritrdite stikalo na sprednji plošči.

g) Z nekaj vijaki pritrdite hladilnik in ga privijte na hrbtno stran ogrodja - po tem namestite močnostni tranzistor z izolacijskimi podložkami in silikonsko mastjo.

h) Sestavljeno tiskano vezje namestite na ogrodje z 10 mm distančniki.

i) Povežite sekundarne transformatorje, usmerniške diode in kondenzatorje filtra. Diodni vodniki so dovolj togi, da v resnici ne želijo dodatne podpore.

j) Ožičenje, ki vključuje ploščo in stikala, se zdaj lahko priklopi s priključnimi točkami z ustreznimi črkami na diagramu sprednje plošče in diagramih prekrivanja komponent. Potrebna bi bila le kalibracija števca. Priključite pristen voltmeter na izhodno krmiljenje napajalnika, tako da zunanji števec dešifrira 15 voltov (ali 30 voltov pri alternativni nastavitvi).

Seznam delov za predlagano napajalno vezje 40V 2 amp

Seznam delov napajalnika 0-40V




Prejšnja: 3 polprevodniška enosmerna napajalna vezja IC 220V Naprej: 2 kompaktna 12V amp amp SMPS vezja za LED gonilnik