Stabilizované zdroje napájení

Všechna elektronická zařízení jsou napájena ze stejnosměrných zdrojů. Pro mobilní zařízení se obvykle používají baterie nebo galvanické baterie. Nyní je v rukou a kapsách spousta takových zařízení: jsou to mobilní telefony, fotoaparáty, tablety, různé měřicí přístroje a mnoho dalšího.

Stacionární elektronika - televizory, počítače, hudební centra atd. napájen střídavým proudem pomocí napájecích zdrojů. Zde se v žádném případě neobejdete bez baterií nebo malých baterií.

Elektronická zařízení často nejsou samostatná a pracují samostatně. Nejprve se jedná o vestavěné elektronické jednotky, například řídicí jednotku pro pračku nebo mikrovlnnou troubu. Ale i v tomto případě mají elektronické jednotky své vlastní napájecí zdroje, nejčastěji dokonce stabilizovaný, a dokonce i s ochranou, která vám umožní chránit jak samotný zdroj napájení, tak zátěž, tj. připojená řídicí jednotka.

U návrhů vyvinutých amatérskými rádiovými amatéři je vždy k dispozici napájení, pokud ovšem tento návrh není samozřejmě ukončen a není opuštěn na půli cesty. Bohužel se to stává docela často. Ale v obecném případě se konstrukce obvodu skládá z několika fází.

Mezi ně patří vývoj schématu zapojení, jakož i jeho sestavení a odladění na prkénku. A až po dosažení požadovaných výsledků na prkénku se začnou rozvíjet kapitálové struktury. Tehdy vyvíjí obvodové desky, kryt a zdroj energie.

V procesu experimentů na prkénku, tzv laboratorní napájecí zdroje. Stejná jednotka musí být použita pro uvedení do provozu široké škály návrhů, takže by měla mít široké možnosti.

Zpravidla se jedná o jednotku s regulací výstupního napětí a poskytující dostatečný proud. Někdy napájecí zdroj produkuje několik napětí, takové jednotky se nazývají vícekanálové. Příkladem je běžné napájení počítače nebo bipolární zdroj pro výkonný UMZCH.

Pokud je napájení navrženo pro jedno stálé napětí, například 5 V, není špatné poskytovat ochranu proti překročení výstupního napětí: pokud tranzistor stabilizátoru výstupu prorazí, pak může trpět obvod, který je jím napájen.

Ačkoli taková ochrana není příliš komplikovaná, existuje jen několik podrobností, z nějakého důvodu to nedělá v průmyslových obvodech a nachází se pouze v amatérských rádiových designech, a dokonce ani ne ve všech. Přesto však existují takové systémy ochrany.

Pokud se podrobně podíváte na spotřební zařízení, všimnete si, že všechna elektronická zařízení jsou napájena napětím ze standardní řady. Jedná se především o 5, 9, 12, 15, 24V. Na základě těchto hodnot se vyrábí řada integrovaných stabilizátorů s pevným napětím.

Tyto stabilizátory vypadají jako běžný tranzistor v pouzdru TO-220 (podobně jako KT819) nebo v pouzdru D-PAK pro povrchovou montáž. Výstupní napětí je 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Tato napětí se odrážejí přímo ve značení stabilizátorů aplikovaných na tělo zařízení. Může to vypadat takto: MC78XX nebo LM78XX.

V datových listech je uvedeno, že se jedná o stabilizátory se třemi výstupy s pevným napětím, jak je znázorněno na obrázku 1.

Obrázek 1

Spínací obvod je velmi jednoduchý: pouze tři nohy byly pájeny a obdržely stabilizátor s požadovaným napětím a výstupním proudem od 1 ... 2A. V závislosti na konkrétním stabilizátoru se proudy liší, což by mělo být uvedeno v dokumentaci.Integrální stabilizátory mají navíc vestavěnou ochranu proti přehřátí a ochranu proti proudu.

První dvě písmena označují společnost výrobce a druhá XX jsou nahrazena čísly zobrazujícími stabilizační napětí, někdy jsou první dvě písmena nahrazena jedním ... třemi nebo vůbec ne. Například MC7805 označuje stabilizátor s pevným napětím 5 V a MC7812 je stejný, ale s napětím 12 V výstup.

Kromě stabilizátorů s pevným napětím v integrované verzi existují také nastavitelné stabilizátory, například LT317A, jejichž typický spínací obvod je znázorněn na obrázku 2. Rovněž jsou zde uvedeny limity regulace napětí.

Obrázek 2. Typický spínací obvod nastavitelného stabilizátoruLT317A

Někdy prostě není k dispozici žádný nastavitelný stabilizátor, jak vyřešit tento problém, je možné to udělat bez něj? Potřebujete napětí 7,5 V a to je vše! Ukazuje se, že regulátor s pevným napětím se snadno otočí. Podobný spínací obvod je znázorněn na obrázku 3.

Obrázek 3

Rozsah nastavení v tomto případě začíná od pevného napětí aplikovaného stabilizátoru a je omezen pouze velikostí vstupního napětí, přirozeně mínus minimální pokles napětí napříč regulačním tranzistorem stabilizátoru.

Pokud nepotřebujete upravovat napětí, ale místo 5V potřebujete získat například 10, stačí vyjmout tranzistor VT1 a vše s ním spojené, a místo toho zapnout zenerovu diodu se stabilizačním napětím 5V. Zenerova dioda se přirozeně zapíná nevodivým směrem: anoda je připojena k záporné napájecí sběrnici a katoda je připojena ke stabilizačnímu terminálu 8 (2).

Pozoruhodné je očíslování závěrů třínohého případu, znázorněného na obr. 3, konkrétně: 17, 8, 2! Odkud to přišlo, kdo to vymyslel, není jasné. Možná je to opět machinace našich vývojářů, takže by to jejich nemohli uhodnout! Používá se však takový pinout a člověk se s tím musí vyrovnat.

Po zvážení integrálních stabilizátorů je možné přistoupit k výrobě napájecích zdrojů na jejich základě. K tomu stačí najít vhodný transformátor, doplnit jej diodovým můstkem s elektrolytickým kondenzátorem a vše sestavit ve vhodném případě.

Laboratorní napájecí zdroj

Začněte vyvíjet laboratorní napájecí zdroj, měli byste se rozhodnout o jeho elementární základně, nebo jednoduše o tom, z čeho si z něj vyrobíme. Nejjednodušší způsob, jak sestavit požadovanou jednotku na čip LT317A nebo jeho domácí analogový analogový přístroj KR142EN12A (B), jsou nastavitelné regulátory napětí.

Vraťme se k obrázku 2. To znamená, že rozsah nastavení napětí je 1,25 ... 25V. Maximální přípustná hodnota tohoto parametru je až 1,25 ... 37V se vstupním napětím 45V. Toto je maximální přípustné napětí, takže je lepší se omezit na regulační rozsah 25 V.

Je lepší nesnažit se o maximální proud (1,5A), takže vycházíme z výpočtu alespoň o jeden ampér, což je přesně 75%. Koneckonců, bezpečnost by měla být vždy. Proto pro takové napájení budete potřebovat usměrňovač s napětím nejméně 30 ... 33V a proudem až 1A.

Cobvod usměrňovače je znázorněn na obrázku 4. V případě, že je odběr proudu více než jeden ampér, měl by být stabilizátor doplněn o externí výkonné tranzistory. Ale to je další schéma.

Obrázek 4. Usměrňovací obvod

Výpočet usměrňovače a transformátoru

Nejprve by měly být zvoleny diody usměrňovacího můstku, jejich stejnosměrný proud by měl být alespoň 1A, a je lepší, pokud alespoň 2A nebo více. Zde jsou zcela vhodné diody 1N5408 se stejnosměrným proudem 3A a zpětným napětím 1000V. Vhodné jsou také domácí diody KD226 s jakýmkoli indexem písmen.

Elektrolytický kondenzátor filtru lze také jednoduše vybrat pomocí praktických doporučení: pro každý ampér výstupního proudu, tisíc mikrofarad. Pokud plánujeme proud ne více než 1A, pak je vhodný kondenzátor s kapacitou 1 000 uF.Elektrolytické kondenzátory na rozdíl od keramických kondenzátorů netolerují vysoké napětí, proto je v obvodech vždy uvedeno jejich pracovní napětí, které by mělo být v tomto obvodu vyšší než skutečné napětí.

Pro navržené napájení je zapotřebí kondenzátor 1 000 uF * 50V. Pokud kondenzátor není 1000, ale 1500 ... 2000µF, nic se nestane. Usměrňovač sám je již navržen. Nyní, jak se říká, je záležitost malá: zbývá vypočítat transformátor.

Nejprve byste měli určit sílu transformátoru. To se provádí s ohledem na výkon zatížení. Pokud je výstupní proud stabilizátoru 1A a vstupní napětí stabilizátoru je 32 V, pak je spotřeba energie ze sekundárního vinutí transformátoru P = U * I = 32 * 1 = 32W.

Jaký transformátor bude vyžadován s takovou sekundární energií? Vše záleží na účinnosti transformátoru, čím větší je celkový výkon, tím vyšší je účinnost. Kvalita a konstrukce transformátorového železa také ovlivňuje tento parametr. Tabulka uvedená na obrázku 5 pomůže tuto otázku přibližně určit.

Obrázek 5

Pro zjištění celkového výkonu transformátoru musí být výkon v sekundárním vinutí dělen účinností transformátoru. Předpokládejme, že máme k dispozici konvenční transformátor se železem ve tvaru písmene W, který je v tabulce označen jako „obrněný lisovaný“. Odhadovaný výkon navrženého zdroje napájení je 32 W, pak výkon transformátoru je 32 / 0,8 = 40 W.

Jak bylo napsáno výše, pro vyvinuté napájení vyžaduje konstantní napětí 30 ... 33V. Napětí sekundárního vinutí transformátoru bude pak 33 / 1,41 = 23,404V.

To vám umožní zvolit standardní transformátor s napětím sekundárního vinutí při volnoběhu 24V.

Aby se výpočty nekomplikovaly, zde se nebere v úvahu úbytek napětí přes můstkové diody a sekundární odpor sekundárního vinutí. Stačí říci, že při proudu 1A je průměr sekundárního drátu obvykle alespoň 0,6 mm.

Takový transformátor může být vybrán z unifikovaných transformátorů řady CCI. Výkon transformátoru může být více než 40 W, což zlepší pouze spolehlivost napájení, i když to mírně zvýší jeho hmotnost. Pokud nelze koupit CCI transformátoru, můžete jednoduše převinout sekundární vinutí transformátoru o vhodném výkonu.

Pokud je vyžadován bipolární nastavitelný napájecí zdroj, může být sestaven podle obvodu znázorněného na obrázku 6. K tomu bude zapotřebí záporný regulátor napětí KR142EN18A nebo LM337. Okruh jeho zařazení je velmi podobný KR142EN12A.

Obrázek 6. Schéma bipolárního regulovaného napájení

Je zcela zřejmé, že k napájení takového stabilizátoru bude zapotřebí bipolární usměrňovač. To se nejsnadněji provádí na transformátoru se středovým bodem a diodovým můstkem, jak je znázorněno na obrázku 7.

Obrázek 7. Schéma bipolárního usměrňovače

Konstrukce napájecího zdroje je libovolná. Usměrňovač sám a stabilizační deska mohou být sestaveny na samostatných deskách nebo na jedné. Mikroobvody by měly být instalovány na radiátorech o ploše nejméně 100 čtverečních centimetrů. Pokud chcete zmenšit velikost radiátorů, můžete použít nucené chlazení pomocí malých počítačových chladičů, z nichž je jich nyní v prodeji spousta.

Mírně vylepšený spínací obvod stabilizátoru je zobrazen na obrázku 8.

Obrázek 8 Typický spínací obvod KR142EN12A

Ochranné diody VD1, VD2 typu 1N4007 jsou navrženy tak, aby chránily mikroobvod před poruchou v případě, že výstupní napětí překročí vstupní napětí. Tato situace může nastat, když čip vypnete. Proto by kapacita elektrolytického kondenzátoru C2 neměla být větší než kapacita elektrolytického kondenzátoru na výstupu diodového můstku.

Cadjův kondenzátor připojený k ovládacímu terminálu významně snižuje zvlnění na výstupu stabilizátoru. Jeho kapacita je obvykle několik desítek mikrofarád.

Při návrhu napájecího zdroje je žádoucí poskytnout vestavěný voltmetr a ampérmetr, s výhodou elektronický, které se prodávají v internetových obchodech. To jsou jen ceny, které kouše, takže nejprve je lepší se obejít bez nich a nastavit požadované napětí pomocí multimetru.

Boris Aladyshkin