0-40 V: n säädettävä virtalähde - rakennuksen opetusohjelma

Tämä monikäyttöinen yleiskäyttöinen syöttö tuottaa jopa 2,5 ampeeria nollasta 20 volttiin tai jopa 1,25 ampeeria 0-40 voltista. Virranrajoitukset vaihtelevat koko alueella kummallekin ulostulovaihtoehdolle.

Kirjoittanut Trupti Patil

Virtalähteen päätiedot:

IDEAALISEN VIRRALÄHTEEN on tuotettava jännite, joka vaihtelee laajalla alueella ja joka pysyy asetetussa jännitteessä linjajännitteestä tai kuorman eroista riippumatta.

Sähkönsyötön on myös oltava suojattu oikosululta koko lähdön aikana ja sen on kyettävä rajoittamaan kuormitusvirtaa sen varmistamiseksi, että vialliset olosuhteet eivät vahingoita laitteita.

Tässä projektissa selitetään virtalähde, joka on suunniteltu tuottamaan 2,5 ampeeria jopa 18 voltilla (enintään 20 volttia pienemmillä virroilla). Samanaikaisesti muutama perusmuutos tekee tarjonnasta jopa 40 volttia 1,25 ampeerilla.

Syöttöjännite on säädettävissä nollan ja korkeimman käytettävissä olevan välillä, ja virranrajoitusta voidaan säätää myös koko määrätyllä alueella. Virtalähteen toimintatapa osoitetaan kahdella LEDillä.

Jännitteen säätönupin lähellä oleva osoittaa, onko yksikkö normaalissa jännitteen säätöasetuksessa, ja lähellä virran raja-nappulaa, onko yksikkö virtaraja-tilassa. Lisäksi suuri mittari näyttää kytkimen valitseman virran tai jännitteen.

SUUNNITTELUOMINAISUUKSIA

Alustavassa suunnitteluvaiheessamme tutkimme erilaisia ​​säätimityyppejä ja kunkin positiivisia puolia ja haittoja voidaksemme valita yhden, joka antaa parhaan kustannustehokkaan toiminnallisuuden. Erityiset strategiat ja niiden ominaisuudet voidaan tiivistää seuraavasti.

Shunt-säädin:

Tämä asettelu toimisi ensisijaisesti matalille virtalähteille noin 10 - 15 wattia. Se tarjoaa erinomaisen säätelyn ja on sisäisesti oikosulkua kestävä, mutta haihduttaa koko tehon, jonka se on varustettu käsittelemään kuormittamattomissa olosuhteissa.

Sarjan säädin.

Tämä säädin sopii keskitason virtalähteisiin noin 50 wattia.

Se voi ja on tarkoitettu suuremmille virtalähteille, vaikka lämmöntuotto voi olla ongelma erityisesti erittäin suurella virralla pienillä lähtöjännitteillä.

Sääntely on suuri, lähtökohina on yleensä vähäistä ja kustannukset ovat suhteellisen vähäiset.

SRC-säädin:

Tämä säädin on ihanteellinen keskisuuriin ja suuritehoisiin tarkoituksiin, ja se tuottaa matalan tehohäviön, vaikka ulostulon aaltoilu ja vasteaika eivät ole läheskään yhtä hyviä kuin sarjan säätimen.

SCR-esisäädin ja sarja-säädin.

SCR- ja sarja-säätimien parhaat ominaisuudet yhdistetään tämän tyyppiseen virtalähdepiiriin, jota käytetään keskisuuriin ja suuritehoisiin sovelluksiin. SCR-esisäätölaitetta käytetään karkeasti säännellyn syötön varmistamiseen noin viisi volttia suositusta suuremmalla jännitteellä, johon liittyy sopiva sarjasäädin.

Tämä vähentää sarjan säätimen tehohäviötä. Rakentaminen on kuitenkin paljon kalliimpaa.

Kytkinsäädin.

Tätä tekniikkaa käytetään myös keskisuuriin ja suuritehoisiin sovelluksiin, ja se tarjoaa kohtuuhintaisen säädön ja matala tehohäviö säätimessä on kuitenkin kalliita rakentaa ja sillä on korkean taajuuden aaltoilu lähdössä.

Kytketty virtalähde.

Kaikista menestynein tekniikka, tämä säädin korjaa verkkovirran toimimaan taajuusmuuttajalla taajuudella 20 kHz tai enemmän. Jännitteen laskemiseksi tai nostamiseksi käytetään yleisesti edullista ferriittimuuntajaa, jonka lähtö tasasuuntaan ja suodatetaan, jotta saadaan edullinen tasavirtaulostulo.

Linjasäätö on erittäin hyvä, mutta sillä on varmasti haittapuoli, että sitä ei voida käyttää sopivasti vaihtelevana lähteenä, koska se on vain mukautettavissa suhteellisen pienellä alueella.

OMA SUUNNITTELUMME

Alkuperäinen suunnitteluperiaatteemme oli ollut noin 20 voltin virtalähde 5-10 ampeerin teholla.
Sanottuaan, että säätimen helposti saatavissa olevien lajikkeiden ja kustannusten valossa valittiin virran rajoittaminen noin 2,5 ampeeriin.
Tämä lähestymistapa auttoi meitä käyttämään sarjan säätimiä, kustannustehokkainta mallia. Hyvä sääntely oli tarpeen, samoin kuin säädettävä virranrajoitustoiminto, ja lisäksi valittiin, että virtalähde voisi hyvin toimia käytännössä nollavolttiin asti.

Lopullisen pätevyyden saamiseksi on välttämätöntä negatiivinen syöttökisko tai vertailulaite, joka voi toimia sen syöttöjä käyttäen nollavoltilla. Negatiivisen syöttökiskon sijasta teimme päätöksen työskennellä CA3l30 IC: n operatiivisen vahvistimen kanssa vertailijana.

CA3l 30 tarvitsee yhden virtalähteen (enintään 15 volttia), ja alussa käytimme vastusta ja l 2 voltin zeneriä 12 voltin virtalähteen saamiseksi. Vertailujännite oli sitten luotu tästä zener-syötteestä yhdellä uudella vastuksella ja 5 voltin zenerillä.

Uskottiin, että tämä olisi tarjonnut riittävän säädön referenssijännitteelle, mutta käytännössä tasasuuntaajan ulostulon havaittiin muuttuvan välillä 21 - 29 volttia plus osa 12 voltin zenerin yli tapahtuneista aalto- ja jännitekytkimistä, minkä seurauksena loppui peilataan 5 voltin zener-vertailuun.

Tästä syystä 12 voltin zener on korvattu lc-säätimellä, joka korjasi ongelman.

Kaikilla sarjasäätimillä sarja-lähtötransistorin tulisi ulkoasun ominaisuuksien mukaan haihtua runsaasti tehoa erityisesti matalalla lähtöjännitteellä ja suurella virralla. Tälle tekijälle kunnioitettava jäähdytyselementti on tärkeä osa rakennetta.

Teolliset jäähdytyselementit ovat uskomattoman kalliita ja usein haastavia kiinnittää. Tämän seurauksena loimme oman jäähdytyselementtimme, joka ei ollut pelkästään edullisempi, mutta toimi paljon paremmin kuin ajatellut kaupallinen muunnelma - helpompi kiinnittää.

Siitä huolimatta jäähdytyselementti toimii täydellä kuormalla lämpimänä, kuten muuntaja. ja suurjännitteisissä matalajännitetilanteissa transistori saattaa jopa tulla liian liikuttavaksi koskettaakseen.
Tämä on melko normaalia, koska transistori näissä tilanteissa toimii edelleen valitulla lämpötila-alueella.

Yhdessä minkä tahansa erittäin säännellyn toimituksen kanssa vakaus voi olla ongelma. Tätä motiivia varten jännitteen säätötapa, kondensaattorit C5 ja C7 sisältyvät minimoimaan silmukan vahvistus korkeilla taajuuksilla ja välttämään siten syötteen värähtelyä.

C5: n arvo on valittu, jotta säästetään ihanteellisesti stabiilisuuden ja reaktiojakson välillä. Kun C5-arvo on liian alhainen, reaktionopeus kasvaa.

Vakauden puute on kuitenkin suurempi. Jos liiallinen reaktioaika on kohtuuttoman pidentynyt. Nykyinen raja-tilassa C4 täydentää saman toiminnallisuuden ja täsmälleen samat lausunnot kuin jänniteskenaariossa.

Koska virtalähteellä on kyky saavuttaa suhteellisen suuri virtalähtö, voi epäilemättä olla jonkin verran jännitehäviötä johdotuksen yli lähtöliittimiin.Tämä kompensoidaan tunnistamalla lähtöliittimien jännite itsenäisen johtosarjan kautta.

Vaikka syöttö tehtiin pääasiassa 20 voltille 2,5 ampeerilla, lopulta suositeltiin, että täsmälleen sama syöttö voidaan tottua toimittamaan 40 volttia 1,25 ampeerilla ja että tämä voi olla tarkoituksenmukaisempaa monille loppukäyttäjille.

Tämä voidaan saavuttaa muuttamalla tasasuuntaajan asetuksia ja muuttamalla muutamia komponentteja. Joitakin ajatuksia luovutettiin hankintakytkennän luomisesta, mutta monimutkaisuus ja hinta olivat niin, että sitä ei otettu huomioon.

Siksi sinun on valittava periaatteessa tarpeitasi vastaava kokoonpano ja rakennettava tarjonta tarpeen mukaan.

Suurinta käytettävissä olevaa säädettyä jännitettä rajoittaa mahdollisesti säätimen tulojännite, joka on liian alhainen (yli 18 volttia ja 2,5 ampeeria) tai ehkä suhteesta R14 / R15 ja vertailujännitteen arvosta. (Lähtö = R14 + R15 / R15) V ref

ZD1: n toleranssin takia kaikkia 20 volttia (tai 40 volttia) ei todennäköisesti voida käyttää. Jos se tunnistetaan tilanteen kaltaiseksi, R14 on nostettava seuraavaan suosittuun arvoon.

Jännitteen ja virran ohjauksille on annettu yhden kierroksen potentiometrit, koska ne ovat edullisia. Siitä huolimatta, jos tarvitaan jännitteen tai virran ohjauksen tarkkaa asetettavuutta, tulisi korvikkeena käyttää kymmenen kierroksen potentiometrejä.

KUINKA SE TOIMII

240 voltin verkko vähennetään 40 Vac: iin muuntajan kautta ja tasaantuu sen mukaan, mikä syöttö on kehitetty, joko 25 tai 5 Vdc: ksi.

Tämä jännite on itse asiassa kohtalainen, koska todellinen jännite eroaa 29 voltin (58 voltin) tyhjäkäynnillä 21 voltin (42 voltin) välillä täydellä kuormalla.

Samoja suodatinkondensaattoreita käytetään molemmissa tilanteissa. Ne on kiinnitetty rinnakkain 25 voltin muunnoksellesi (5000uF) ja sarjaan 50 voltin mallille (1250uF). 50 voltin mallissa muuntajan keskihana kytketään kondensaattoreiden keskihanaan, mikä takaa tarkan jännitteen. kondensaattoreiden kesken. Tämä kokoonpano tarjoaa lisäksi 25 voltin virransyötön säätimen lC: lle.

Jännitesäädin on olennaisesti sarjatyyppi, jossa sarjatransistorin impedanssia ohjataan sellaisella menetelmällä, että tämä jännite koko kuormituksessa pidetään vakiona ennalta määrätyllä arvolla.

Transistori Q4 haihtaa paljon tehoa erityisesti matalilla lähtöjännitteillä ja suurella virralla, ja se on siten asennettu jäähdytyselementtiin tuotteen takaosaan.

Transistori Q3 tuo nykyisen vahvistuksen Q4: een, yhteistyö toimii kuten suuritehoinen, korkea voittoinen PNP-transistori. 25 volttia pienennetään 12 volttiin integroidun piirin säätimen ICI kautta. Tätä jännitettä käytetään yleisesti CA3130 lC: n syöttöjännitteenä, ja zener-diodi ZDI laskee sen lisäksi 5,1 volttiin vertailujännitteeksi.

Jännitteen säätö suoritetaan lC3: lla, joka tutkii RV3: n määrittämää jännitettä (O - 5,1 'volttia) lähtöjännitteellä jaettuna R14: llä ja R15: lla. Jakaja jakaa 4,2 (O - 21 volttia) tai kahdeksan (0 - 40 volttia).

Toisaalta yläpäässä saavutettavissa oleva jännite on rajoitettu siihen pisteeseen, että säädin onnistuu menettämään hallinnan suurella virralla, kun suodatinkondensaattorin läpi kulkeva jännite saavuttaa lähtöjännitteen, ja myös noin 100 Hz: n aalto voi löytyä. IC3: n lähtö säätelee transistoria Q2, joka sitten ohjaa lähtötransistoria tavalla, jolla lähtöjännite on edelleen tasainen linja- ja kuormaneroista riippumatta. 5,1 voltin viite tarjotaan Q2: n - Q1: n emitterille.

Tämä transistori on itse asiassa puskurivaihe 5,1 voltin linjan latautumisen estämiseksi. Virran säätö suoritetaan IC2: lla, joka analysoi -RV1: n määrittämän jännitteen (O - 0,55 volttia) käyttämällä kuormavirran R7: n ympärille luomaa jännitettä.

Jos RV1: lle määritetään 0,25 volttia ja syöttövirta on pieni, IC2: n lähtö on lähellä 12 volttia. Tämä johtaa siihen, että LED 2 palaa, koska Q1: n emitteri on 5,7 volttia.

Tämä LED tarkoittaa siten, että tämä syöttö toimii jännitesäätimen tilassa. Jos virrankäyttöä kuitenkin korotetaan siten, että jännite R7: n ympärillä on hieman yli 0,25 volttia (kuvassamme), IC2: n lähtö voi laskea. Kun IC2: n lähtö laskee alle noin 4 voltin, Q2 alkaa sammua LEDien 3 ja D5 kautta. Tämän seurauksena olisi minimoida lähtöjännite, jotta jännite koko R7: ssä ei pysty nousemaan enemmän.

Vaikka tämä tapahtuu, jännitteen vertailija IC3 yrittää torjua ongelmaa ja sen lähtö kohoaa 12 volttiin. IC2 kuluttaa sitten enemmän virtaa täydentämiseksi ja tämä virta saa LED 3: n valaistumaan, mikä tarkoittaa, että syöttö toimii virtaraja-tilassa.

Tarkan säädön varmistamiseksi jännitteen tunnistavat liittimet toimitetaan lähtöpisteisiin riippumatta kuormavirtaa kuljettavista. Mittari sisältää yhden milliampin liikkeen ja lukee lähtöjännitteen (välittömästi lähtöliittimiä pitkin) tai virran (mittaamalla jännitteen R7 ympäri) valittuna etupaneelin kytkimestä SV2

Piirilevyn asettelu 40 V: n virtapiirille

RAKENTAMINEN

Ehdotettua piirilevyasettelua tälle 0–40 V: n vaihtuvalle virtalähdepiirille on käytettävä, koska rakentaminen on tällöin erittäin yksinkertaistettua.

Komponentit on koottava levylle varmistaen, että diodien, transistoreiden, lc: iden ja elektrolyyttien napaisuus on oikea. BDl40 (Q3) on asennettava siten, että metallipintaa käyttävä puoli kohtaa lCl: n suuntaan. Pieni jäähdytyselementti on pultattava transistoriin kuvan osoittamalla tavalla.

Jos metallityötä käytetään yksityiskohtaisesti, on käytettävä kokoonpanojärjestelyä.

a) Liitä etupaneeli rungon etuosaan ja kiinnitä ne toisiinsa asentamalla mittari.

b) Kiinnitä lähtöliittimet, potentiometrit ja mittarikytkin etupaneeliin.

c) LEDien katodit (joita käytimme) oli merkitty rungossa olevalla lovella, jota ei voitu huomata, kun ledit oli asennettu etupaneeliin.

Jos tämä kuulostaa tilanteeltasi, pienennä katodiliittimiä hieman pienemmiksi tunnistaaksesi ne, minkä jälkeen asenna LEDit paikalleen.

d) Juotosjohdon pituudet (noin 180 mm pitkiä) muuntajan 240 voltin liittimiin, eristä liittimet teipillä, jonka jälkeen muuntaja kiinnitetään rungon sisäpuolelle.

f) Asenna virtajohto ja johdonpidike. johda virtakytkin, eristä liittimet ja kiinnitä sen jälkeen kytkin etupaneeliin.

g) Kiinnitä jäähdytyselementti ja ruuvaa se rungon takaosaan parilla pultilla - asenna sen jälkeen tehotransistori eristealuslevyillä ja piirasvalla.

h) Asenna koottu piirilevy runkoon käyttämällä 10 mm: n välikappaleita.

i) Kytke muuntajan toissijaiset, tasasuuntausdiodit ja suodatinkondensaattorit. Diodijohdot ovat riittävän jäykät eivätkä oikeastaan ​​halua ylimääräistä tukea.

j) Piirilevyä ja kytkimiä sisältävät johdot voivat nyt tulla kytkemällä pisteet vastaavilla kirjaimilla etupaneelin kaaviossa ja komponenttien päällekkäiskaavioissa. Ainoa tarvittava määritys olisi mittarin kalibrointi. Kytke aito volttimittari virtalähteen lähtöohjaukseen niin, että ulkoinen mittari purkaa 1 5 volttia (tai 30 volttia vaihtoehtoisessa asennuksessa).

Osaluettelo ehdotetulle 40 V 2 ampeerin virtalähteelle