Circuito di alimentazione regolabile 0-40V - Tutorial di costruzione

Circuito di alimentazione regolabile 0-40V - Tutorial di costruzione

Questo alimentatore multiuso per uso generale genera fino a 2,5 ampere da zero a 20 volt o fino a 1,25 ampere da 0-40 volt. La limitazione di corrente è variabile all'interno dell'intero intervallo per entrambe le opzioni di uscita.



Di Trupti Patil

Vista anteriore dell





Specifiche principali dell'alimentatore:

Specifiche tecniche per l

UN ALIMENTATORE IDEALE deve fornire una tensione variabile entro un ampio intervallo e che rimanga nella tensione impostata indipendentemente dalla tensione di linea o dalle disparità di carico.



L'alimentazione deve inoltre essere protetta da un cortocircuito in tutta la sua uscita ed essere in grado di limitare la corrente di carico per garantire che i dispositivi non vengano danneggiati da circostanze di guasto.

Questo particolare progetto spiega un alimentatore progettato per fornire 2,5 ampere fino a 18 volt (fino a 20 volt a correnti inferiori). Allo stesso tempo, alcune modifiche di base renderanno l'offerta di alimentazione fino a 40 volt a 1,25 ampere.

La tensione di alimentazione è regolabile tra zero e 'la più alta disponibile, e la limitazione di corrente può anche essere regolata su tutta la gamma stabilita. La modalità di funzionamento dell'alimentatore è indicata tramite due led.

Quello vicino alla manopola di controllo della tensione mostra se l'unità è nella normale impostazione di regolazione della tensione e quello vicino alla manopola del limite di corrente mostra se l'unità è in modalità di limite di corrente. Inoltre un grande misuratore mostra l'uscita di corrente o tensione selezionata da un interruttore.

CARATTERISTICHE DEL PROGETTO

Durante le nostre fasi di progettazione preliminare abbiamo ricercato diversi tipi di regolatori e gli aspetti positivi e gli svantaggi di ciascuno per poter scegliere quello che offre la funzionalità più conveniente. Le strategie specifiche e le loro caratteristiche potrebbero essere riassunte come segue.

Il regolatore di shunt:

Questo layout funzionerebbe principalmente per alimentatori a bassa potenza da 10 a 15 watt. Offre un'eccellente regolazione ed è internamente resistente al cortocircuito, tuttavia dissipa l'intero volume di potenza che è in grado di gestire in condizioni di vuoto.

Il regolatore di serie.

Questo regolatore è compatibile con alimentatori di media potenza di circa 50 watt.

Può ed è inteso per alimentatori più elevati, sebbene la dissipazione del calore possa essere un problema particolarmente a correnti molto elevate con tensioni di uscita basse.

Regolazione eccezionale, generalmente c'è un rumore di uscita minore e il costo è relativamente minimo.

Regolatore SRC:

Ideale per scopi di potenza medio-alta, questo regolatore fornisce una bassa dissipazione di potenza, sebbene il ripple di uscita e il tempo di risposta non siano così buoni come quelli di un regolatore in serie.

Preregolatore SCR e regolatore di serie.

Le migliori caratteristiche dell'SCR e dei regolatori in serie sono unite a questo tipo di circuito di alimentazione utilizzato per applicazioni di potenza medio-alta. Un preregolatore SCR viene utilizzato per garantire un'alimentazione approssimativamente regolata di circa cinque volt superiore a quella raccomandata, accompagnato da un regolatore di serie adatto.

Ciò riduce la perdita di potenza nel regolatore in serie. Tuttavia, è molto più costoso da costruire.

Regolatore di commutazione.

Applicata anche per applicazioni di potenza medio-alta, questa tecnica fornisce una regolazione conveniente e una bassa dissipazione di potenza nel regolatore, tuttavia è costosa da costruire e possiede un'ondulazione ad alta frequenza sull'uscita.

Alimentatore switching.

La tecnica di maggior successo in assoluto, questo regolatore raddrizza la rete per far funzionare un inverter a 20 kHz o anche di più. Per abbassare o aumentare la tensione viene comunemente impiegato un trasformatore di ferrite a basso costo, la cui uscita viene rettificata e filtrata per ottenere l'uscita CC preferita.

La regolazione della linea è molto buona ma ha sicuramente lo svantaggio di non poter essere convenientemente applicata come sorgente variabile poiché è solo adattabile su un intervallo relativamente più piccolo.

IL NOSTRO PROPRIO DESIGN

Schema del circuito di alimentazione regolabile 0-40V

Dettagli del cablaggio del diodo del trasformatore di alimentazione 0-40V

Il nostro principio di progettazione iniziale prevedeva un'alimentazione di circa 20 volt a 5-10 ampere di uscita.
Detto ciò, alla luce delle varietà di regolatori facilmente disponibili, nonché dei costi, si è optato per limitare la corrente a circa 2,5 ampere.
Questo approccio ci ha aiutato a utilizzare un regolatore in serie, il modello più conveniente. Era necessaria una buona regolazione, insieme alla funzione di limitazione della corrente regolabile, inoltre è stato inoltre scelto che l'alimentatore potesse essere funzionante fino a praticamente zero volt.

Per ottenere la qualifica finale è essenziale una linea di alimentazione negativa o un comparatore che possa funzionare utilizzando i suoi ingressi a zero volt. Invece di utilizzare una linea di alimentazione negativa, abbiamo deciso di lavorare con un amplificatore operazionale IC CA3l30 come comparatore.

Il CA3l 30 necessita di una singola alimentazione (massimo 15 volt) e, all'inizio abbiamo utilizzato un resistore el 2 volt zener per ottenere un'alimentazione a 12 volt. La tensione di riferimento era stata quindi creata da questa alimentazione zener da un altro resistore e uno zener da 5 volt.

Si credeva che questo avrebbe presentato una regolazione adeguata per la tensione di riferimento, tuttavia praticamente l'uscita dal raddrizzatore è stata identificata per alterare da 21 a 29 volt più parte del ripple e della commutazione di tensione che ha avuto luogo sullo zener a 12 volt, di conseguenza per essere rispecchiato nel riferimento zener a 5 volt.

Per questo motivo lo zener da 12 volt è stato sostituito da un regolatore lC che ha risolto il problema.

Con tutti i regolatori in serie il transistor uscita in serie dalle caratteristiche di layout, dovrebbe dissipare molta potenza soprattutto a bassa tensione di uscita e alta corrente. Per questo fattore un dissipatore rispettabile è una parte importante della struttura.

I dissipatori di calore industriali sono incredibilmente costosi e spesso difficili da collegare. Di conseguenza, abbiamo creato il nostro dissipatore di calore che non solo era più conveniente, ma funzionava molto meglio della variante commerciale a cui stavamo pensando, essendo più semplice da collegare.

Tuttavia a pieno carico il dissipatore continua a funzionare caldo così come il trasformatore. e in circostanze di alta corrente e bassa tensione il transistor potrebbe persino diventare troppo sfrigolante per essere toccato.
Ciò è abbastanza normale poiché il transistor in queste situazioni deve ancora funzionare entro il suo intervallo di temperatura selezionato.

Insieme a qualsiasi fornitura estremamente regolamentata, la stabilità potrebbe essere una difficoltà. Per questo motivo la modalità di funzionamento di regolazione della tensione, i condensatori C5 e C7 sono inclusi per ridurre al minimo il guadagno del loop nelle alte frequenze e quindi evitare che l'alimentazione oscilli.

Il valore di C5 è stato scelto per risparmiare idealmente tra stabilità e periodo di reazione. Quando il valore di C5 è troppo basso, la velocità di reazione aumenta.

Tuttavia esiste una maggiore possibilità di mancanza di stabilità. Se il tempo di reazione eccessivo viene indebitamente aumentato. Nella modalità limite di corrente la funzionalità identica è completata da C4 e si applicano le stesse identiche opinioni dello scenario di tensione.

Poiché l'alimentatore ha la capacità di un'uscita di corrente relativamente elevata, potrebbe esserci senza dubbio una caduta di tensione sul cablaggio ai terminali di uscita, compensata rilevando la tensione sui terminali di uscita attraverso una serie di conduttori indipendente.

Sebbene l'alimentazione sia stata fatta principalmente per 20 volt a 2,5 ampere, è stato raccomandato che la stessa identica alimentazione possa essere abituata a fornire 40 volt a 1,25 amp e che questo potrebbe essere più appropriato per molti utenti finali.

Ciò può essere ottenuto modificando le impostazioni del raddrizzatore e alterando alcuni componenti. Qualche idea è stata data alla creazione dell'offerta commutabile, tuttavia le complessità aggiuntive e il prezzo erano in un modo che non era considerato vantaggioso.

Pertanto è necessario scegliere fondamentalmente la configurazione che corrisponda alla propria domanda e creare la fornitura secondo necessità.

La massima tensione regolata accessibile è limitata possibilmente dalla tensione di ingresso al regolatore troppo ridotta (con più di 18 volt e 2,5 ampere) o forse dal rapporto di R14 / R15 e dal valore della tensione di riferimento. (Uscita = R14 + R15 / R15) V rif

A causa della tolleranza di ZD1, i 20 volt completi (o 40 volt) probabilmente non sono accessibili. Se viene identificata come una situazione R14 deve essere aumentata al successivo valore favorito.

I potenziometri a giro singolo sono stati forniti per i controlli di tensione e corrente poiché sono convenienti. Tuttavia, se è necessaria un'accurata impostazione della tensione o del controllo della corrente, è necessario applicare potenziometri a dieci giri in sostituzione.

COME FUNZIONA

La rete da 240 volt viene ridotta a 40 Vac tramite il trasformatore e, in base a quale alimentazione è stata sviluppata, raddrizzata a 25 o 5 Vdc.

Questa tensione è in realtà moderata poiché la tensione effettiva sarà diversa tra 29 volt (58 volt) a vuoto e 21 volt (42 volt) a pieno carico.

In entrambe le situazioni vengono impiegati gli stessi condensatori di filtro. Questi sono collegati in parallelo per la variante da 25 volt (5000uF) e in serie destinati al modello da 50 volt (1250uF). Nel modello a 50 volt la presa centrale del trasformatore sarà accoppiata alla presa centrale dei condensatori garantendo così una tensione precisa. condivisione tra i condensatori. Questa configurazione offre inoltre un'alimentazione di 25 volt al regolatore CC.

Il regolatore di tensione è essenzialmente un tipo in serie in cui l'impedenza del transistor in serie è regolata in modo tale che questa tensione in tutto il carico sia mantenuta costante al valore predeterminato.

Il transistor Q4 dissipa una grande quantità di potenza in particolare a basse tensioni di uscita e alta corrente ed è quindi installato sul dissipatore di calore all'interno della parte posteriore del prodotto.

Il transistor Q3 porta il guadagno di corrente a Q4, la collaborazione che si comporta come un transistor PNP ad alta potenza e alto guadagno. I 25 volt vengono ridotti a 12 volt tramite il regolatore a circuito integrato ICI. Questa tensione è comunemente impiegata come tensione di alimentazione per i CA3130 lC ed è inoltre ridotta a 5,1 volt dal diodo zener ZDI da utilizzare come tensione di riferimento.

La regolazione della tensione è condotta da lC3 che esamina la tensione determinata da RV3 (O a 5,1 'volt) con la tensione di uscita divisa per R14 e R15. Il divisore fornisce una divisione di 4,2 (O a 21 volt) o otto (da 0 a 40 volt).

D'altra parte nella fascia alta la tensione ottenibile è limitata al punto che il regolatore riesce a perdere il controllo ad alta corrente quando la tensione attraverso il condensatore di filtro raggiunge la tensione di uscita più si possono trovare anche circa 100 Hz di ondulazione. L'uscita di IC3 regola il transistor Q2 che successivamente controlla il transistor di uscita in modo tale che la tensione di uscita continui ad essere coerente indipendentemente dalle disparità di linea e di carico. Il riferimento a 5,1 volt viene offerto all'emettitore da Q2 a Q1.

Questo transistor è in realtà uno stadio buffer per contrastare il caricamento della linea a 5,1 volt. Il controllo della corrente è condotto da IC2 che analizza la tensione determinata da -RV1 (O a 0,55 volt) utilizzando la tensione creata intorno a R7 dalla corrente di carico.

Se diciamo 0,25 volt è definito su RV1 e la corrente prelevata dall'alimentazione è piccola, l'uscita di IC2 sarà prossima a 12 volt. Ciò porta all'accensione del LED 2 poiché l'emettitore di Q1 è a 5,7 volt.

Di conseguenza, questo LED indica che questa alimentazione funziona in modalità regolatore di tensione. Se tuttavia la corrente pilotata è elevata in modo tale che la tensione intorno a R7 sia di poco superiore a 0,25 volt (nella nostra illustrazione), l'uscita di IC2 potrebbe diminuire. Quando l'uscita di IC2 scende al di sotto di circa 4 volt, Q2 inizia a spegnersi tramite i LED 3 e D5. Il risultato di ciò sarebbe ridurre al minimo la tensione di uscita in modo che la tensione in tutto R7 non sia in grado di aumentare ulteriormente.

Mentre ciò avviene, il comparatore di tensione IC3 tenta di contrastare il problema e la sua uscita sale a 12 volt. IC2 consuma quindi più corrente per compensare e questa corrente fa illuminare il LED 3, il che implica che l'alimentatore sta funzionando in modalità limite di corrente.

Per garantire una regolazione precisa, i terminali di rilevamento della tensione vengono forniti ai punti di uscita indipendentemente da quelli che trasportano la corrente di carico. Il misuratore include un movimento di un milliampere e legge la tensione di uscita (immediatamente lungo i terminali di uscita) o la corrente (misurando la tensione intorno a R7) come scelto dall'interruttore sul pannello frontale SV2

Layout PCB per il circuito di alimentazione 40V

Layout traccia PCB alimentatore regolabile 0-40V

Sovrapposizione componenti PCB alimentazione 0-40V

COSTRUZIONE

Il layout PCB suggerito per questo circuito di alimentazione variabile 0-40V deve essere utilizzato poiché la costruzione è estremamente semplificata.

I componenti devono essere assemblati sulla scheda assicurando che le polarità di diodi, transistor, LC ed elettrolitici siano corrette. Il BDl40 (Q3) deve essere installato in modo che il lato che utilizza la superficie metallica sia rivolto in direzione di lCl. Un piccolo dissipatore di calore deve essere imbullonato sul transistor come mostrato nell'immagine.

Se viene utilizzata la carpenteria metallica come descritto in dettaglio, è necessario adottare una disposizione di montaggio successiva.

Connessione misuratore 0-40V

a) Unire il pannello anteriore alla parte anteriore della struttura e imbullonarli l'uno con l'altro montando il misuratore.

b) Fissare i terminali di uscita, i potenziometri e l'interruttore del misuratore sul pannello frontale.

c) I catodi dei LED (che abbiamo applicato) erano stati designati da una tacca all'interno del corpo che non poteva essere notato mentre i LED erano montati sul pannello frontale.

Se questo suona la situazione con il tuo, riduci leggermente i terminali del catodo per riconoscerli, dopodiché installa i LED in posizione.

d) Saldare spezzoni di filo (lungo circa 180 mm) ai terminali da 240 volt del trasformatore, isolare i terminali con nastro adesivo dopodiché fissare il trasformatore in posizione all'interno della struttura.

f) Montare il cavo di alimentazione e il fermacavi. cablare l'interruttore di alimentazione, isolare i terminali e quindi collegare l'interruttore sul pannello anteriore.

g) Fissare il dissipatore di calore e avvitarlo sul retro della struttura utilizzando un paio di bulloni, dopodiché installare il transistor di potenza utilizzando rondelle isolanti e grasso al silicone.

h) Installare il PCB assemblato sulla struttura utilizzando distanziali da 10 mm.

i) Cablare il secondario del trasformatore, i diodi raddrizzatori e i condensatori di filtro. I conduttori del diodo sono abbastanza rigidi da non richiedere alcun supporto aggiuntivo.

j) Il cablaggio che coinvolge la scheda e gli interruttori può ora avvenire per punti di collegamento con lettere corrispondenti nello schema del pannello frontale e negli schemi di sovrapposizione dei componenti. L'unico stabilimento necessario sarebbe calibrare il contatore. Collegare un voltmetro originale al controllo di uscita dell'alimentatore in modo che il misuratore esterno decifri 1 5 volt (o 30 volt sull'impostazione alternativa).

Elenco delle parti per il circuito di alimentazione da 40 V 2 amp proposto

Elenco delle parti dell




Precedente: 3 circuiti di alimentazione regolabili da 220 V a CI singolo a stato solido Avanti: 2 Circuiti SMPS compatti da 12 V e 2 Amp per driver LED