Litar Bekalan Kuasa Laras 0-40V - Tutorial Pembinaan

Bekalan tujuan am serbaguna ini menghasilkan sebanyak 2.5 amp dari sifar hingga 20 volt atau hingga 1.25 amp dari 0-40 volt. Had semasa adalah berubah-ubah dalam keseluruhan julat untuk salah satu pilihan output.

Oleh Trupti Patil

Spesifikasi Utama Bekalan Kuasa:

BEKALAN KUASA IDEAL mesti menyediakan voltan yang berubah-ubah dalam jarak yang luas, dan tetap dalam voltan yang ditetapkan tanpa mengira voltan talian atau jurang beban.

Bekalan juga mesti selamat dari litar pintas sepanjang keluarannya dan dapat menyekat arus beban untuk memastikan peranti tidak rosak oleh keadaan yang gagal.

Projek khusus ini menerangkan bekalan kuasa yang dirancang untuk menyampaikan 2.5 ampere hingga 18 volt (hingga 20 volt pada arus yang lebih rendah). Pada masa yang sama beberapa pengubahsuaian asas akan membuat penawaran penawaran sebanyak 40 volt pada 1,25 ampere.

Voltan bekalan boleh diselaraskan antara sifar dan ‘tertinggi yang ada, dan had semasa juga dapat diselaraskan pada julat penuh yang ditetapkan. Cara operasi bekalan kuasa ditunjukkan dengan dua LED.

Yang dekat dengan tombol kawalan voltan menunjukkan jika unit berada dalam tetapan peraturan voltan biasa dan yang berada di dekat tombol had semasa menunjukkan jika unit berada dalam mod had semasa. Selanjutnya meter besar menunjukkan output arus atau voltan seperti yang dipilih oleh suis.

CIRI-CIRI REKA BENTUK

Semasa dalam peringkat reka bentuk awal kami meneliti pelbagai jenis pengatur dan aspek positif dan kekurangan masing-masing untuk dapat memilih yang memberikan fungsi efektif dari segi kos. Strategi dan ciri khasnya dapat diringkas sebagai berikut.

Pengatur shunt:

Susun atur ini berfungsi terutamanya untuk bekalan kuasa rendah sekitar 10 hingga 15 watt. Ia menawarkan peraturan yang sangat baik dan tahan litar pintas secara dalaman namun menghilangkan jumlah kuasa yang lengkap yang dapat dikendalikannya dalam keadaan tanpa beban.

Pengatur siri.

Pengatur ini sesuai dengan bekalan kuasa sederhana sekitar 50 watt.

Ini mungkin dan ditujukan untuk bekalan kuasa yang lebih tinggi, walaupun pelesapan panas boleh menjadi masalah terutama pada arus yang sangat tinggi dengan voltan keluaran rendah.

Peraturannya bagus, umumnya ada kebisingan output kecil dan biayanya relatif minimum.

Pengatur SRC:

Sesuai untuk tujuan kuasa sederhana hingga tinggi, pengatur ini memberikan pelesapan daya rendah, walaupun riak output dan masa tindak balas tidak sehebat yang dihasilkan dari pengatur siri.

Pra-pengatur SCR dan pengatur siri.

Ciri terbaik pengatur SCR dan siri disatukan dengan rangkaian bekalan kuasa jenis ini yang digunakan untuk aplikasi kuasa sederhana hingga tinggi. Pra-pengatur SCR digunakan untuk mendapatkan bekalan yang diatur secara kasar sekitar lima volt lebih besar daripada yang disarankan, disertai dengan pengatur siri yang sesuai.

Ini mengurangkan kehilangan kuasa pada pengatur siri. Walau bagaimanapun, pembinaannya jauh lebih mahal.

Pengatur pertukaran.

Juga digunakan untuk aplikasi daya sederhana hingga tinggi, teknik ini memberikan regulasi yang berpatutan dan pembuangan daya rendah pada pengatur tetap mahal untuk membangun dan memiliki riak frekuensi tinggi pada output.

Bekalan kuasa mod suis.

Teknik yang paling berjaya, pengatur ini memperbetulkan sesalur untuk mengendalikan penyongsang pada 20 kHz atau lebih. Untuk menurunkan atau menaikkan voltan biasanya digunakan transformer ferit kos rendah, output dari mana diperbaiki dan disaring untuk mendapatkan output DC yang disukai.

Peraturan garis adalah sangat baik tetapi pasti mempunyai kelemahan bahawa ia tidak dapat diterapkan dengan mudah sebagai sumber yang berubah-ubah kerana ia hanya dapat disesuaikan dengan jarak yang lebih kecil.

REKA BENTUK SENDIRI

Prinsip rekaan awal kami adalah untuk bekalan kuasa sekitar 20 volt pada output 5 hingga 10 amp.
Oleh karena itu, berdasarkan jenis pengatur yang tersedia, dan juga biaya, ia memilih untuk membatasi arus hingga sekitar 2.5 amp.
Pendekatan ini membantu kami menggunakan pengatur siri, model yang paling menjimatkan. Peraturan yang baik diperlukan, bersama dengan fitur pembatasan arus yang dapat disesuaikan, dan juga dipilih bahawa bekalan kuasa dapat berfungsi hingga sifar volt.

Untuk mendapatkan kelayakan akhir, rel bekalan negatif atau pembanding yang mungkin berjalan menggunakan inputnya pada sifar volt adalah mustahak. Berbanding menggunakan rel bekalan negatif, kami membuat keputusan untuk bekerja dengan penguat operasi IC CA3l30 sebagai pembanding.

CA3l 30 memerlukan bekalan tunggal (maksimum 15 volt) dan, pada awalnya kami menggunakan perintang dan zener l 2 volt untuk mendapatkan bekalan 12 volt. Voltan rujukan kemudian dibuat dari bekalan zener ini oleh satu lagi perintang dan zener 5 volt.

Dipercayai ini akan memberikan peraturan yang memadai untuk voltan rujukan namun secara praktiknya output dari penerus dikenal pasti berubah dari 21 hingga 29 volt ditambah dengan beberapa perubahan riak dan voltan yang berlaku pada zener 12 volt, sebagai hasilnya, berakhir sehingga dicerminkan menjadi rujukan zener 5 volt.

Kerana alasan ini, zener 12 volt telah digantikan oleh pengatur lC yang menyelesaikan masalah ini.

Dengan semua pengatur siri, transistor output-siri dari ciri-ciri susun atur, semestinya menghilangkan banyak tenaga terutamanya dalam voltan keluaran rendah dan arus tinggi. Untuk faktor ini, heatsink yang terhormat adalah bahagian penting dalam struktur.

Heatsink industri sangat mahal dan sering mencabar untuk dipasang. Hasilnya, kami membuat heatsink sendiri yang bukan hanya lebih berpatutan tetapi juga berfungsi jauh lebih baik daripada variasi komersial yang kami fikirkan - menjadi lebih mudah untuk dilampirkan.

Walaupun demikian pada saat pemanas penuh, heatsink terus beroperasi seperti pengubah. dan dalam keadaan voltan rendah semasa tinggi transistor bahkan boleh menjadi terlalu mendesis untuk disentuh.
Ini agak normal kerana transistor dalam situasi ini masih berfungsi dalam julat suhu yang dipilihnya.

Bersama dengan bekalan yang sangat terkawal, kemantapan dapat menjadi kesukaran. Untuk motif ini mod operasi pengatur voltan, kapasitor C5 dan C7 disertakan untuk meminimumkan kenaikan gelung pada frekuensi tinggi dan oleh itu mengelakkan bekalan dari berayun.

Nilai C5 telah dipilih untuk kekurangan antara kestabilan dan tempoh reaksi. Apabila nilai C5 terlalu rendah maka kadar tindak balas meningkat.

Namun terdapat kemungkinan besar kekurangan kestabilan. Sekiranya masa tindak balas berlebihan dinaikkan. Dalam mod had semasa, fungsi serupa diselesaikan oleh C4 dan pendapat yang sama dilaksanakan seperti senario voltan.

Oleh kerana bekalan kuasa mempunyai kemampuan untuk menghasilkan arus yang agak tinggi, mungkin terdapat penurunan voltan pada pendawaian ke terminal output. Ini dikompensasikan dengan merasakan voltan pada terminal output melalui satu set plumbum yang bebas.

Walaupun bekalannya pada dasarnya dibuat untuk 20 volt pada 2.5 amp, ia disarankan agar bekalan yang sama mungkin terbiasa membekalkan 40 volt pada 1,25 amp dan ini mungkin lebih sesuai untuk banyak pengguna akhir.

Ini dapat dicapai dengan mengubah pengaturan penyearah dan dengan mengubah beberapa komponen. Sebilangan idea diberikan untuk mewujudkan penawaran yang dapat ditukar namun kerumitan dan harga tambahan sedemikian rupa sehingga diabaikan untuk menguntungkan.

Oleh itu, pada dasarnya anda perlu memilih konfigurasi yang sesuai dengan permintaan anda dan membina bekalan yang diperlukan.

Voltan terkawal maksimum yang dapat diakses mungkin dibatasi oleh voltan masukan kepada pengatur yang terlalu berkurang (dengan lebih daripada 18 volt dan 2.5 amp) atau mungkin dari nisbah R14 / R15 dan oleh nilai voltan rujukan. (Keluaran = R14 + R15 / R15) V ref

Kerana toleransi ZD1, 20 volt (atau 40 volt) yang lengkap mungkin tidak dapat dicapai. Sekiranya dikenal pasti seperti keadaan, R14 mesti dinaikkan ke nilai yang disukai berikutnya.

Potensiometer putaran tunggal telah diberikan untuk kawalan voltan dan arus kerana hakikat bahawa ia berpatutan. Walaupun begitu, jika ketetapan tegangan atau kawalan arus yang tepat diperlukan, potensiometer sepuluh putaran harus digunakan sebagai pengganti.

BAGAIMANA IA BERFUNGSI

Daya 240 volt diturunkan ke 40 Vac melalui transformer dan, berdasarkan bekalan yang telah dikembangkan, diperbaiki ke 25 atau 5 Vdc.

Voltan ini sebenarnya sederhana kerana voltan sebenar akan berbeza antara 29 volt (58 volt) tanpa beban hingga 21 volt (42 volt) pada beban penuh.

Kapasitor penapis yang sama digunakan dalam kedua keadaan. Ini dilampirkan secara selari untuk varian 25 volt (5000uF) dan secara siri yang dimaksudkan untuk model 50 volt (1250uF). Pada model 50 volt, keran tengah transformer akan digabungkan dengan keran tengah kapasitor sehingga menjamin voltan yang tepat. perkongsian antara kapasitor. Pengaturan ini juga menawarkan bekalan 25 volt ke regulator lC.

Pengatur voltan pada dasarnya adalah jenis siri di mana impedans transistor siri diatur dalam kaedah sedemikian sehingga voltan sepanjang beban tetap tetap pada nilai yang telah ditentukan.

Transistor Q4 menghilangkan banyak tenaga terutamanya pada voltan keluaran rendah dan arus tinggi dan oleh itu dipasang pada pendingin di bahagian belakang produk.

Transistor Q3 membawa keuntungan semasa ke Q4, kerjasama yang dilakukan seperti transistor PNP berkuasa tinggi, keuntungan tinggi. 25 volt diturunkan menjadi 12 volt melalui ICI pengatur litar bersepadu. Voltan ini biasanya digunakan sebagai voltan bekalan untuk CA3130 lCs dan juga diturunkan menjadi 5.1 volt oleh zener diode ZDI untuk digunakan sebagai voltan rujukan.

Peraturan voltan dilakukan oleh lC3 yang memeriksa voltan seperti yang ditentukan oleh RV3 (O hingga 5.1 'volt) dengan voltan output yang dibahagi dengan R14 dan R15. Pembahagi memberikan pembahagian 4.2 (O hingga 21 volt) atau lapan (0 hingga 40 volt).

Sebaliknya pada voltan tinggi voltan yang diperoleh terhad kepada titik bahawa pengatur berjaya kehilangan kawalan pada arus tinggi kerana voltan melalui kapasitor penapis mencapai voltan output ditambah dengan beberapa riak 100 Hz juga dapat dijumpai. Output IC3 mengatur transistor Q2 yang kemudiannya mengawal transistor output dengan cara agar voltan output terus konsisten tanpa mengira jurang dan jurang beban. Rujukan 5.1 volt ditawarkan kepada pemancar Q2 hingga Q1.

Transistor ini sebenarnya merupakan tahap penyangga untuk mengatasi garis 5.1 volt daripada dimuat. Kawalan arus dilakukan oleh IC2 yang menganalisis voltan yang ditentukan oleh -RV1 (O hingga 0.55 volt) menggunakan voltan yang dibuat di sekitar R7 oleh arus beban.

Jika dikatakan 0.25 volt ditentukan pada RV1 dan arus yang diambil dari bekalan kecil, output IC2 akan hampir 12 volt. Ini menyebabkan LED 2 menyala kerana pemancar Q1 berada pada 5.7 volt.

Oleh itu, LED ini menandakan bahawa bekalan ini berfungsi dalam mod pengatur voltan. Sekiranya arus yang digerakkan dinaikkan dengan cara voltan di sekitar R7 sedikit lebih dari 0.25 volt (dalam ilustrasi kami) output IC2 mungkin turun. Setelah output IC2 turun di bawah sekitar 4 volt Q2 mula dimatikan melalui LED 3 dan D5. Hasilnya adalah untuk mengurangkan voltan keluaran agar voltan di seluruh R7 tidak dapat melonjak lebih banyak.

Walaupun ini berlaku, pembanding voltan IC3 berusaha mengatasi masalah tersebut dan outputnya melambung hingga 12 volt. IC2 kemudian menggunakan lebih banyak arus untuk menebus dan arus ini membawa LED 3 ke pencahayaan, menyiratkan bahawa bekalan berfungsi dalam mod had semasa.

Untuk memastikan peraturan yang tepat, terminal penginderaan voltan dihantar ke titik output Secara bebas dari yang mengangkut arus beban. Meter termasuk pergerakan satu miliamp dan membaca voltan keluaran (tepat di sepanjang terminal output) atau arus (dengan 'mengukur voltan di sekitar R7) seperti yang dipilih dari suis panel depan SV2

Susun atur PCB untuk litar bekalan kuasa 40V

PEMBINAAN

Susun atur PCB yang disarankan untuk rangkaian bekalan kuasa berubah-ubah 0-40V ini mesti digunakan kerana pembinaannya sangat mudah.

Komponen mesti disatukan ke papan untuk memastikan polariti diod, transistor, lC dan elektrolitik betul. BDl40 (Q3) mesti dipasang dengan cara yang menggunakan permukaan logam menghadap ke arah lCl. Heatsink kecil mesti dilekatkan pada transistor seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Sekiranya kerja logam seperti yang diperincikan digunakan mengejar pemasangan pemasangan mesti digunakan.

a) Sambungkan panel depan ke bahagian depan rangka dan pasangkannya satu sama lain dengan memasang meter.

b) Betulkan terminal output, potensiometer dan meter-switch ke panel depan.

c) Katod LED (yang kami pakai) telah ditentukan oleh takik di dalam badan yang tidak mungkin diperhatikan ketika LED dipasang ke panel depan.

Sekiranya keadaan ini sesuai dengan keadaan anda, kurangkan terminal katod sedikit lebih kecil untuk mengenalinya setelah memasang LED ke tempatnya.

d) Panjang kawat pateri (sekitar 180 mm panjang) ke terminal pengubah 240 volt, lindungi terminal menggunakan pita selepas itu pasangkan pengubah ke tempatnya di dalam rangka.

f) Pasang tali pusat dan klip tali. kawat suis kuasa, lindungi terminal dan selepas itu pasangkan suis pada panel depan.

g) Betulkan heatsink dan skru ke bahagian belakang rangka dengan menggunakan beberapa baut - selepas itu pasangkan transistor kuasa menggunakan pencuci penebat dan minyak silikon.

h) Pasang PCB yang dipasang pada rangka menggunakan spacer 10 mm.

i) Kabel pengubah sekunder, diod penyearah dan kapasitor penapis. Sambungan diod cukup tegar dan tidak memerlukan sokongan tambahan.

j) Pendawaian yang melibatkan papan dan suis mungkin sekarang masuk dengan menghubungkan mata dengan huruf yang sepadan di rajah panel depan dan gambarajah tindanan komponen. Satu-satunya petunjuk yang diperlukan adalah mengkalibrasi meter. Sambungkan voltmeter tulen ke kawalan output bekalan kuasa sehingga meter luaran menguraikan 1 5 volt (atau 30 volt pada penyediaan alternatif).

Senarai Bahagian untuk litar bekalan kuasa 40V 2 amp yang dicadangkan