Regulirani napajalniki se običajno nanašajo na napajalnike, ki lahko napajajo različne izhodne napetosti, uporabne za preskušanje elektronskih vezij, po možnosti z neprekinjenim spreminjanjem izhodne napetosti ali samo nekatere vnaprej nastavljene napetosti. Skoraj vse elektronske naprave, ki se uporabljajo v elektronskih vezjih, potrebujejo enosmerni vir energije za delovanje. Regulirano napajanje je v bistvu sestavljeno iz običajnega napajalnika in naprave za uravnavanje napetosti. Izhod iz običajnega napajalnika se napaja na napravo za regulacijo napetosti, ki zagotavlja končni izhod. Izhodna napetost ostane nespremenjena ne glede na spremembe vhodne napetosti izmeničnega toka ali spremembe izhodnega (ali obremenitvenega) toka, vendar se njegova amplituda spreminja glede na zahteve glede obremenitve.
Nekatere od teh vrst napajalnikov so obravnavane spodaj.
SMPS
Industrijski zagon do bolj majhnih, lažjih in bolj produktivnih elektronskih sistemov je spodbudil napredek sistema SMPS, nič drugega kot napajalnik v stikalnem načinu. Obstaja nekaj topologij, ki se običajno uporabljajo za aktualizacijo SMPS. Preklopno napajanje je elektronsko napajanje, ki vključuje preklopni regulator za učinkovito pretvorbo električne energije. Pri tem se z uporabo visokih preklopnih frekvenc velikosti močnostnega transformatorja in pripadajočih filtrirnih komponent v SMPS drastično zmanjšajo v primerjavi z linearnimi. Pretvorniki v enosmerni v enosmerni in pretvorniki v enosmerni v izmenični tok spadajo v kategorijo SMPS.
V linearnem regulacijskem vezju presežna napetost iz nereguliranega vhoda enosmernega toka pade na serijski element in s tem pride do izgube moči sorazmerno s tem padcem napetosti, medtem ko se v vezju s preklopnim načinom neurejeni del napetosti odstrani z modulacijo obratovanja stikala razmerje. Preklopne izgube v sodobnih stikalih (kot so MOSFET-ji) so veliko manjše kot izgube v linearnem elementu.
Večina elektronskih enosmernih obremenitev se napaja iz običajnih virov energije. Na žalost se standardne napetosti vira morda ne bodo ujemale z ravnmi, ki jih zahtevajo mikroprocesorji, motorji, LED ali druge obremenitve, zlasti kadar napetost vira ni regulirana, kot so viri akumulatorjev in drugi enosmerni in izmenični viri.
Blokovni diagram SMPS:
Glavno idejo napajanja s stikalom (SMPS) je mogoče enostavno razumeti iz konceptualne razlage pretvornika za enosmerni in enosmerni tok. Če je sistemski vhod AC, je prva stopnja pretvorba v DC. Temu pravimo rektifikacija. SMPS z enosmernim vhodom ne zahteva faze popravljanja. Mnogi novejši SMPS bodo uporabljali posebno vezje za popravljanje faktorja moči (PFC). Če sledimo sinusnemu valu AC vhoda, lahko naredimo vhodni tok. In popravljeni signal filtrira vhodni zbiralni kondenzator, da ustvari neurejeno vhodno napetost enosmernega toka. Neregulirano napajanje enosmernega toka dobi visokofrekvenčno stikalo. Za višje frekvence so potrebne komponente z večjo kapacitivnostjo in induktivnostjo. V tem se MOSFET-ji lahko uporabljajo kot sinhroni usmerniki, ti pa imajo še nižje prevodne stopnje padcev napetosti. Visoka preklopna frekvenca preklopi vhodno napetost skozi primar močnostnega transformatorja. Pogonski impulzi imajo običajno fiksno frekvenco in spremenljiv delovni cikel. Izhod sekundarnega transformatorja se popravi in filtrira. Nato se pošlje na izhod napajalnika. Regulacija izhoda za zagotavljanje stabiliziranega napajanja enosmernega toka se izvaja s krmilnim ali povratnim blokom.
Večina SMPS. Sistemi delujejo na osnovi impulzne modulacije s fiksno frekvenco, pri čemer se čas trajanja pogona do stikala za napajanje spreminja ciklično. Signal širine impulza, ki ga oddaja stikalo, je obratno sorazmeren izhodu izhodne napetosti. Oscilator nadzoruje napetostna povratna informacija regulatorja z zaprto zanko. To se običajno doseže z uporabo majhnega impulznega transformatorja ali optičnega izolatorja, s čimer se prišteje število komponent. Pri SMPS je pretok izhodnega toka odvisen od vhodnega napajalnega signala, shranjevalnih elementov in uporabljenih topologij vezja ter tudi od vzorca, ki se uporablja za pogon preklopnih elementov. Z uporabo LC filtrov se izhodne valovne oblike filtrirajo.
Prednosti SMPS:
- Večja učinkovitost, ker preklopni tranzistor odvaja malo moči
- Manjša proizvodnja toplote zaradi večje učinkovitosti
- Manjše velikosti
- Lažja teža
- Zmanjšana harmonska povratna informacija v oskrbovalni vod
Aplikacije SMPS:
- Osebni računalniki
- Strojna industrija
- Varnostni sistemi
V nadaljevanju je poleg SMPS obravnavano še eno vezje za regulirano oskrbo in rezervni namen.
Linearni napajalniki
Napajanje delovne mize z varnostno kopijo
Napajalnik delovne mize je enosmerna napajalna enota, ki lahko zagotavlja različne regulirane enosmerne napetosti, ki se uporablja za preskušanje ali odpravljanje težav. Izdelano je preprosto vezje reguliranega napajanja z rezervno baterijo, ki se lahko uporablja kot napajanje delovne mize. Med preskušanjem ali odpravljanjem težav daje 12 voltov, 9 voltov in 5 voltov reguliranega enosmernega toka za napajanje prototipov. Prav tako ima vgrajeno baterijo za nadaljevanje dela v primeru izpada električne energije. Za potrditev stanja baterije je na voljo tudi indikator prazne baterije.
Sestavljen je iz treh glavnih odsekov:
Usmernik in filtrirna enota, ki pretvori izmenični signal v regulirani enosmerni signal s kombinacijo transformatorja, diod in kondenzatorjev.
Baterija, ki se uporablja kot alternativa, ki jo je mogoče med glavnim napajanjem napolniti in jo uporabiti kot vir energije v primeru odsotnosti glavnega napajanja.
Indikator napolnjenosti baterije, ki prikazuje napolnjenost in praznjenje baterije.
14-0-14, 500 mA transformator, usmerniške diode D1, D2 in gladilni kondenzator C1 odsek za napajanje . Ko je omrežno napajanje na voljo, D3 preusmeri naprej in zagotavlja več kot 14 voltov enosmernega toka do IC1, ki nato daje reguliranih 12 voltov, ki jih je mogoče izvleči iz njegovega izhoda. Hkrati IC2 daje reguliranih 9 voltov in IC3 reguliranih 5 voltov od svojih izhodov.
Kot rezervna je uporabljena 12-voltna 7,5 Ah polnilna baterija. Ko je omrežje na voljo, se polni prek D3 in R1. R1 omejuje tok za polnjenje. Če je napajanje dlje časa vklopljeno in baterija ne uporablja, je način polnilnega polnjenja varen, da se prepreči prekomerno polnjenje. Polnilni tok bo približno 100-150 mA. Ko omrežno napajanje izpade, D3 vzvratne predsodke in D4 odklonijo naprej in baterija prevzame obremenitev. Idealna izbira je baterija UPS.
Zenerjeva dioda ZD in PNP tranzistor T1 tvorita indikator prazne baterije. Ta vrsta ureditve se v pretvornikih uporablja za prikaz stanja prazne baterije. Ko je napetost akumulatorja nad 11 voltov, Zener izvede in ohranja bazo T1 visoko, tako da ostane izključena. Ko napetost akumulatorja pade pod 11 voltov, se Zener izklopi in T1 premakne naprej. (Zenerjeva dioda deluje samo, če je napetost skozi to napetost nad 1 volt ali višja od nazivne napetosti. Torej tukaj 10-voltni cener deluje samo, če je napetost nad 11 voltov.) Nato LED zasveti, kar kaže na potrebo po polnjenju akumulatorja. VR1 prilagodi pravilno izklopno točko Zenerja. Napolnite baterijo do konca in izmerite napetost na priključku. Če je ta višja od 12 voltov, nastavite brisalnik prednastavljene VR1 v srednji položaj in ga rahlo zavrtite, da se LED ugasne. Prednastavitve ne obračajte do skrajnih koncev. Baterija mora vedno vsebovati zadostno napetost nad 12 voltov (popolnoma napolnjena baterija bo pokazala približno 13,8 voltov), potem samo vhodna napetost dobi dovolj IC1.
Diagram vezja brez samovklopnega napajanja
V tem diagramu vezja, glede na regulirano napajalno vezje, ki čeprav regulator napetosti U1-LM7805 ne daje samo spremenljivke, temveč tudi samodejni izklop Lastnosti. To dosežemo s potenciometrom, ki je povezan med skupnim terminalom IC regulatorja in maso. Za vsakih 100 ohmskih prirastkov vrednosti odpornosti potenciometra RV1 v tokokrogu se izhodna napetost poveča za 1 volt. Tako se izhod spreminja od 3,7 V do 8,7 V (ob upoštevanju 1,3-voltnega padca na diodi D7 in D8).
Ko na izhodne sponke ni priključena nobena obremenitev, se napajanje izklopi. To dosežemo s pomočjo tranzistorjev Q1 in Q2, diod D7 in D8 ter kondenzatorja C2. Ko je na izhodu priključena obremenitev, potencialni padec na diodi D7 in D8 (približno 1,3 V) zadostuje za izvajanje tranzistorjev Q2 in Q1. Posledično se rele napaja in ostane v tem stanju, dokler je obremenitev povezana. Hkrati se kondenzator C2 s tranzistorjem Q2 napolni na približno 7-8 voltov. Ko pa je obremenitev (svetilka tukaj zaporedno s S2) odklopljena, je tranzistor Q2 odrezan. Vendar je kondenzator C2 še vedno napolnjen in se začne prazniti skozi dno tranzistorja Q1. Čez nekaj časa (kar je v osnovi določeno z vrednostjo C2) se rele RL1 izklopi, kar izklopi omrežni vhod na primarni transformator TR1. Če želite znova vklopiti napajanje, morate za trenutek pritisniti stikalo S1. Zamuda pri izklopu napajanja se neposredno spreminja glede na vrednost kondenzatorja.
Uporabljen je bil transformator s sekundarno napetostjo 12V-0V, 250mA, vendar ga je kljub temu mogoče spremeniti na zahtevo uporabnika (največ do 30V in nazivna jakost toka 1 ampera). Za vlečenje toka več kot 300 mA mora biti regulator IC opremljen z majhnim hladilnikom nad izolatorjem sljude. Ko se sekundarna napetost transformatorja poveča nad 12 voltov (RMS), je treba potenciometer RV1 ponovno dimenzionirati. Vnaprej je treba določiti tudi napetost releja.
Variabilno napajanje z uporabo LM338
Za napajanje elektronskih naprav je pogosto potrebno enosmerno napajanje. Medtem ko nekateri potrebujejo regulirano napajanje, obstaja veliko aplikacij, pri katerih je treba izhodno napetost spreminjati. Spremenljivo napajanje je tisto, pri katerem lahko prilagodimo izhodno napetost glede na zahteve. Spremenljivo napajanje je mogoče uporabiti v številnih aplikacijah, kot je navajanje spremenljive napetosti na enosmerne motorje, nanašanje spremenljive napetosti na visokonapetostne enosmerne pretvornike za prilagajanje ojačanja itd. testiranje elektronskih projektov .
Glavna komponenta v spremenljivem napajalniku je kateri koli regulator, katerega izhod je mogoče prilagoditi s kakršnimi koli sredstvi, kot je spremenljivi upor. IC-regulatorji, kot je LM317, zagotavljajo nastavljivo napetost od 1,25 do 30V. Drug način je uporaba LM33 IC.
Tu se uporablja preprosto spremenljivo napajalno vezje z uporabo LM33, ki je regulator visoke napetosti.
LM 338 je visokonapetostni regulator napetosti, ki lahko na tovor napaja presežek 5 amperov. Izhodno napetost regulatorja lahko nastavite od 1,2 do 30 voltov. Za nastavitev izhodne napetosti potrebujeta samo dva zunanja upora. LM 338 spada v družino LM 138, ki je na voljo v 3 terminalskih paketih. Uporablja se lahko v aplikacijah, kot so nastavljivo napajanje, regulator stalnega toka, polnilci baterij itd. Visokotokovna spremenljivka je nujna za preizkušanje vezja ojačevalnikov z visoko močjo med odpravljanjem težav ali servisiranjem. To omogoča uporabo napajalnika pri visokih prehodnih obremenitvah in zagonu hitrosti pod polno obremenitvijo. Zaščita pred preobremenitvijo ostane funkcionalna tudi, če nastavitveni zatič nenamerno odklopite.
Opis vezja
Osnovno vezje je sestavljeno iz naslednjih delov:
- Stopničast transformator, ki povzroči padec izmenične napetosti za 230V.
- Usmerjevalni modul za usmerjanje izmeničnega signala.
- Izravnalni elektrolitski kondenzator za filtriranje enosmernega signala in odstranjevanje izmeničnih valov.
- LM338
- Spremenljiv upor
Delo vezja
Spremenljivo napajanje z regulatorjem pozitivne napetosti LM338 je prikazano spodaj. Moč izhaja iz transformatorja od 0-30 voltov 5 amperov navzdol. 10-amperski usmerniški modul usmerja nizkonapetostni izmenični tok v enosmerni tok, ki ga gladi kondenzator C1 sprosti valovito. Kondenzator C2 in C3 izboljša prehodne odzive. Izhodno napetost lahko skozi lonec VR1 nastavite na želeno napetost od 1,2 do 28 V. D1 ob izklopu ščiti pred C4 in D2 pred C3. Regulator zahteva hladilno telo.
Vout = 1,2V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.
