Tipi di alimentatori

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Gli alimentatori regolati si riferiscono solitamente ad un alimentatore in grado di fornire una varietà di tensioni di uscita utili per testare al banco circuiti elettronici, eventualmente con variazione continua della tensione di uscita, o solo alcune tensioni preimpostate. Quasi tutti i dispositivi elettronici utilizzati nei circuiti elettronici necessitano di una fonte di alimentazione CC per funzionare. Un alimentatore regolato consiste essenzialmente in un normale alimentatore e un dispositivo di regolazione della tensione. L'uscita da un normale alimentatore è inviata al dispositivo di regolazione della tensione che fornisce l'uscita finale. La tensione di uscita rimane costante indipendentemente dalle variazioni della tensione di ingresso CA o dalle variazioni della corrente di uscita (o carico) ma la sua ampiezza viene variata in base al requisito di carico.

Alcuni di questi tipi di alimentatori sono discussi di seguito.




SMPS

La spinta del settore a sistemi elettronici più piccoli, leggeri e produttivi ha spinto il progresso dell'SMPS, nient'altro che alimentatore a commutazione. Esistono alcune topologie normalmente utilizzate per attualizzare SMPS. Un alimentatore switching è un alimentatore elettronico che incorpora un regolatore di commutazione per convertire l'energia elettrica in modo efficiente. In questo, impiegando alte frequenze di commutazione, le dimensioni del trasformatore di potenza e dei componenti di filtraggio associati nell'SMPS vengono drasticamente ridotte rispetto al lineare. I convertitori da CC a CC e da CC a CA appartengono alla categoria degli SMPS.

In un circuito regolatore lineare la tensione in eccesso dall'alimentazione di ingresso cc non regolata cade su un elemento in serie e quindi c'è una perdita di potenza proporzionale a questa caduta di tensione, mentre nel circuito a modalità commutata la parte non regolata della tensione viene rimossa modulando il funzionamento dell'interruttore rapporto. Le perdite di commutazione nei moderni interruttori (come: MOSFET) sono molto inferiori rispetto alla perdita nell'elemento lineare.



La maggior parte dei carichi elettronici CC sono alimentati da fonti di alimentazione standard. Sfortunatamente, le tensioni della sorgente standard potrebbero non corrispondere ai livelli richiesti da microprocessori, motori, LED o altri carichi, specialmente quando la tensione della sorgente non è regolata come le sorgenti della batteria e altre sorgenti CC e CA.

Diagramma a blocchi SMPS:

Schema a blocchi dell

L'idea principale alla base di un alimentatore switching (SMPS) può essere facilmente compresa dal concetto di spiegazione concettuale di un convertitore CC-CC. Se l'ingresso del sistema è AC, il primo stadio è convertire in DC. Questa si chiama rettifica. L'SMPS con ingresso DC non necessita della fase di rettifica. Molti SMPS più recenti utilizzeranno uno speciale circuito PFC (Power Factor Correction). Seguendo l'onda sinusoidale dell'ingresso AC, possiamo rendere la corrente in ingresso. E il segnale rettificato viene filtrato dal condensatore del serbatoio di ingresso per produrre l'alimentazione di ingresso CC non regolata. L'alimentazione CC non regolata viene fornita all'interruttore ad alta frequenza. Per frequenze più alte, sono necessari componenti con capacità e induttanza di livello superiore. In questo MOSFET possono essere usati come raddrizzatori sincroni, questi hanno cadute di tensione dello stadio conduttore ancora più basse. L'alta frequenza di commutazione, commuta la tensione di ingresso sul primario del trasformatore di potenza. Gli impulsi dell'azionamento sono normalmente a frequenza fissa e duty cycle variabile. L'uscita del trasformatore secondario viene raddrizzata e filtrata. Quindi viene inviato all'uscita dell'alimentatore. La regolazione dell'uscita per fornire un'alimentazione CC stabilizzata viene eseguita dal blocco di controllo o feedback.


La maggior parte degli errori SMPS. I sistemi funzionano su una base di modulazione della larghezza di impulso a frequenza fissa, in cui la durata del tempo di attivazione del convertitore di frequenza sull'interruttore di alimentazione viene variata ciclo per ciclo. Il segnale di ampiezza dell'impulso fornito all'interruttore è inversamente proporzionale all'uscita della tensione di uscita. L'oscillatore è controllato dal feedback di tensione da un regolatore ad anello chiuso. Ciò si ottiene solitamente utilizzando un piccolo trasformatore di impulsi o un optoisolatore, aggiungendo quindi al conteggio dei componenti. In un SMPS, il flusso di corrente in uscita dipende dal segnale di alimentazione in ingresso, dagli elementi di memoria e dalle topologie di circuito utilizzate, nonché dal modello utilizzato per pilotare gli elementi di commutazione. Utilizzando filtri LC vengono filtrate le forme d'onda in uscita.

Vantaggi di SMPS:

  • Maggiore efficienza perché il transistor di commutazione dissipa poca potenza
  • Minore generazione di calore grazie alla maggiore efficienza
  • Di dimensioni inferiori
  • Peso più leggero
  • Feedback armonico ridotto nella rete di alimentazione

Applicazioni di SMPS:

  • Computer personale
  • Industrie di macchine utensili
  • Sistemi di sicurezza

Insieme a SMPS, viene discusso di seguito un altro circuito per alimentazione regolata e scopo di backup.

Alimentatori lineari

Alimentatore da banco con backup

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Un alimentatore da banco da lavoro è un alimentatore CC in grado di fornire diverse tensioni CC regolate che viene utilizzato a scopo di test o risoluzione dei problemi. È stato progettato un semplice circuito di alimentazione regolata con batteria tampone che può essere utilizzato come alimentatore da banco di lavoro. Fornisce 12 volt, 9 volt e 5 volt CC regolati per alimentare i prototipi durante i test o la risoluzione dei problemi. Ha anche una batteria di riserva per continuare il lavoro in caso di interruzione dell'alimentazione. Viene fornita anche l'indicazione di batteria scarica per confermare lo stato della batteria.

Consiste di tre sezioni principali:

Un raddrizzatore e un'unità filtro che converte il segnale CA in segnale CC regolato utilizzando la combinazione di trasformatore, diodi e condensatori.

Una batteria utilizzata in alternativa, che può essere ricaricata durante l'alimentazione principale e utilizzata come fonte di alimentazione in caso di assenza di alimentazione principale.

Un indicatore di carica della batteria che fornisce un'indicazione della carica e dello scaricamento della batteria.

A 14-0-14, trasformatore 500 mA, diodi raddrizzatori D1, D2 e ​​condensatore di livellamento C1 la sezione di alimentazione . Quando l'alimentazione di rete è disponibile, D3 polarizza direttamente e fornisce più di 14 volt CC a IC1 che quindi fornisce 12 volt regolati che possono essere prelevati dalla sua uscita. Allo stesso tempo, IC2 fornisce 9 volt regolati e IC3 5 volt regolati dalle loro uscite.

Come backup viene utilizzata una batteria ricaricabile da 12 volt e 7,5 Ah. Quando l'alimentazione di rete è disponibile, si carica tramite D3 e R1. R1 limita la corrente per la ricarica. Per evitare il sovraccarico, se l'alimentazione viene attivata per un lungo periodo e la batteria non viene utilizzata, la modalità di carica di mantenimento è sicura. La corrente di carica sarà di circa 100-150 mA. Quando l'alimentazione di rete viene a mancare, la polarizzazione inversa D3 e la polarizzazione diretta D4 e la batteria prendono il carico. Una batteria UPS è la scelta ideale.

Alimentatore da banco con backup

Il diodo Zener ZD e il transistor PNP T1 formano l'indicatore di batteria scarica. Questo tipo di disposizione viene utilizzato negli inverter per indicare lo stato di batteria scarica. Quando la tensione della batteria è superiore a 11 volt, Zener conduce e mantiene alta la base di T1 in modo che rimanga spenta. Quando la tensione della batteria scende al di sotto di 11 volt, lo Zener si spegne e T1 va in polarizzazione diretta. (Il diodo Zener conduce solo quando la tensione che lo attraversa è superiore a 1 volt o superiore alla sua tensione nominale. Quindi qui lo zener a 10 volt conduce solo se la tensione è superiore a 11 volt.) Il LED si accende per indicare la necessità di caricare la batteria. VR1 regola il corretto punto di spegnimento dello Zener.Caricare completamente la batteria e misurare la sua tensione ai terminali.Se è superiore a 12 volt, regolare il tergicristallo del preset VR1 nella posizione centrale e ruotarlo leggermente finché il LED non si spegne. Non sposta il Preset al limite. La batteria deve sempre contenere una tensione sufficiente superiore a 12 volt (la batteria completamente carica mostrerà circa 13,8 volt), quindi solo IC1 riceve una tensione di ingresso sufficiente.

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Schema del circuito libero dell'alimentatore a commutazione automatica

In questo schema circuitale, dato un circuito di alimentazione regolato che sebbene un regolatore a tensione fissa U1-LM7805 non solo dia una variabile ma anche spegnimento automatico Caratteristiche. Ciò è ottenuto da un potenziometro che è collegato tra il terminale comune IC del regolatore e la massa. Per ogni incremento di 100 ohm nel valore in-circuit della resistenza del potenziometro RV1, la tensione di uscita aumenta di 1 volt. Pertanto, l'uscita varia da 3,7 V a 8,7 V (tenendo conto di una caduta di 1,3 volt tra i diodi D7 e D8).

Quando nessun carico è collegato ai suoi terminali di uscita, l'alimentazione è che si spegne da sola. Ciò si ottiene con l'aiuto dei transistor Q1 e Q2, dei diodi D7 e D8 e del condensatore C2. Quando un carico è collegato all'uscita, la caduta di potenziale tra i diodi D7 e D8 (circa 1,3 V) è sufficiente affinché i transistor Q2 e Q1 conducano. Di conseguenza, il relè viene eccitato e rimane in quello stato finché il carico rimane collegato. Allo stesso tempo, il condensatore C2 viene caricato a circa 7-8 volt di potenziale attraverso il transistor Q2. Ma quando il carico (una lampada qui in serie con S2) è scollegato, il transistor Q2 viene interrotto. Tuttavia, il condensatore C2 è ancora carico e inizia a scaricarsi attraverso la base del transistor Q1. Dopo un po 'di tempo (che è sostanzialmente determinato dal valore di C2), il relè RL1 viene diseccitato, il che interrompe l'ingresso di rete al primario del trasformatore TR1. Per riprendere l'alimentazione, premere il pulsante S1 dell'interruttore per un momento. Il ritardo nello spegnimento dell'alimentazione varia direttamente con il valore del condensatore.

È stato utilizzato un trasformatore con una tensione secondaria di 12V-0V, 250mA, tuttavia può essere modificato secondo le esigenze dell'utente (fino a un massimo di 30 V e una corrente nominale di 1 ampere). Per assorbire più di 300 mA di corrente, il circuito integrato del regolatore deve essere dotato di un piccolo dissipatore di calore su un isolante di mica. Quando la tensione secondaria del trasformatore aumenta oltre i 12 volt (RMS), il potenziometro RV1 deve essere ridimensionato. Inoltre, la tensione nominale del relè dovrebbe essere predeterminata.

Alimentazione variabile utilizzando LM338

L'alimentazione CC è spesso richiesta per alimentare i dispositivi elettronici. Mentre alcuni richiedono un alimentatore regolato, ci sono molte applicazioni in cui la tensione di uscita deve essere variata. L'alimentazione variabile è quella in cui possiamo regolare la tensione di uscita in base alle esigenze. L'alimentatore variabile può essere utilizzato in molte applicazioni come l'applicazione di una tensione variabile ai motori CC, l'applicazione di tensioni variabili ai convertitori CC-CC ad alta tensione per regolare il guadagno, ecc. Viene utilizzato principalmente in testare progetti elettronici .

Il componente principale in un alimentatore variabile è qualsiasi regolatore la cui uscita può essere regolata utilizzando qualsiasi mezzo come un resistore variabile. I circuiti integrati del regolatore come LM317 forniscono una tensione regolabile da 1,25 a 30 V. Un altro modo è usare LM33 IC.

Qui viene utilizzato un semplice circuito di alimentazione variabile che utilizza LM33 che è un regolatore di tensione ad alta corrente.

LM 338 è il regolatore di tensione ad alta corrente in grado di fornire una corrente in eccesso di 5 ampere al carico. La tensione di uscita dal regolatore può essere regolata da 1,2 volt a 30 volt. Sono necessari solo due resistori esterni per impostare la tensione di uscita. LM 338 appartiene alla famiglia LM 138 disponibile in confezione da 3 terminali. Può essere utilizzato in applicazioni quali alimentatori regolabili, regolatori di corrente costante, caricabatterie, ecc. Un'alimentazione variabile ad alta corrente è essenziale per testare i circuiti di amplificatori ad alta potenza, durante la risoluzione dei problemi o la manutenzione. Ciò consente di utilizzare l'alimentatore con carichi transitori elevati e accelera l'avvio a pieno carico. La protezione da sovraccarico rimane funzionale anche se il perno di regolazione viene scollegato accidentalmente.

LM-338-PINS

Descrizione del circuito

Il circuito di base è costituito dalle seguenti parti:

  1. Un trasformatore step-down per provocare una caduta della tensione CA di 230 V.
  2. Un modulo raddrizzatore per rettificare il segnale CA.
  3. Un condensatore elettrolitico levigante per filtrare il segnale CC e rimuovere le increspature CA.
  4. LM338
  5. Un resistore variabile

Funzionamento del circuito

Di seguito è mostrata l'alimentazione variabile che utilizza il regolatore di tensione positiva LM338. La potenza è derivata da un trasformatore step down da 0-30 volt 5 ampere. Il modulo raddrizzatore da 10 ampere raddrizza la bassa tensione da CA a CC che è resa libera da ondulazioni dal condensatore di livellamento C1. I condensatori C2 e C3 migliorano le risposte ai transienti. La tensione di uscita può essere regolata tramite il Pot VR1 alla tensione desiderata da 1,2 volt a 28 volt. D1 protegge da C4 e D2 protegge da C3 quando è spento. Il regolatore richiede un dissipatore di calore.

Vout = 1.2V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.

Utilizzo dell