Стабилизирани захранвания

Цялото електронно оборудване се захранва от източници на постоянен ток. За мобилно оборудване обикновено се използват батерии или галванични батерии. Сега в ръцете и джобовете има изобилие от такова оборудване: това са мобилни телефони, камери, таблети, различни измервателни уреди и много други.

Стационарна електроника - телевизори, компютри, музикални центрове и др. захранва се от променлив ток, използвайки захранващи устройства. Тук в никакъв случай не можете да направите без батерии или малки батерии.

Електронните устройства често не са самостоятелни и работят самостоятелно. На първо място, това са вградени електронни устройства, например контролен блок за пералня или микровълнова печка. Но дори и в този случай електронните единици имат свои собствени захранвания, най-често дори стабилизирана и дори със защита, която ви позволява да защитите както самото захранване, така и товара, т.е. свързан блок за управление

В проектите, разработени от любителските радиолюбители, винаги има захранване, освен ако, разбира се, този дизайн не е доведен до края и не е изоставен наполовина. За съжаление, това се случва доста често. Но в общия случай изграждането на схема се състои от няколко етапа.

Сред тях са разработката на схема, както и сглобяването и отстраняването на грешки от нея на дъска. И едва след като получат необходимите резултати на дъската, те започват да развиват капиталова структура. Точно тогава те разработват платки, корпус и захранване.

В процеса на експерименти върху таблото се използва т.нар лабораторни захранвания, Същото устройство трябва да се използва за въвеждане в експлоатация на голямо разнообразие от проекти, така че трябва да има широки възможности.

По правило това е единица с регулиране на изходното напрежение и осигуряване на достатъчен ток. Понякога захранването произвежда няколко напрежения, такива единици се наричат ​​многоканални. Пример е конвенционално компютърно захранване или биполярен източник за мощен UMZCH.

Когато захранването е проектирано за едно фиксирано напрежение, например 5V, не е лошо да се осигури защита срещу превишаване на изходното напрежение: ако изходният транзистор на стабилизатора се пробие, тогава веригата, която се захранва от него, може да пострада.

Въпреки че такава защита не е много сложна, има само няколко подробности, по някаква причина тя не го прави в индустриални схеми и се среща само в любителски радиоконструкции и дори тогава не във всички. Но въпреки това има такива схеми за защита.

Ако погледнете внимателно потребителските устройства, ще забележите, че всички електронни устройства се захранват от напрежения от стандартния диапазон. Това е на първо място 5, 9, 12, 15, 24V. Въз основа на тези стойности се произвеждат редица интегрирани стабилизатори с фиксирани напрежения.

На външен вид тези стабилизатори наподобяват конвенционален транзистор в пакет TO-220 (подобен на KT819) или в D-PAK пакет за повърхностен монтаж. Изходното напрежение е 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Тези напрежения се отразяват директно в маркирането на стабилизаторите, приложени към тялото на устройството. Може да изглежда нещо подобно: MC78XX или LM78XX.

В таблиците с данни е написано, че това са триизходни стабилизатори с фиксирано напрежение, както е показано на фигура 1.

Фигура 1

Превключвателната верига е изключително проста: само три крака бяха запоени и получиха стабилизатор с необходимото напрежение и изходен ток от 1 ... 2А. В зависимост от конкретния стабилизатор, токовете варират, което трябва да се отбележи в документацията.В допълнение, интегралните стабилизатори имат вградена защита от прегряване и защита от ток.

Първите две букви означават фирмата на производителя, а втората XX се заменят с цифри, показващи стабилизационното напрежение, понякога първите две букви се заменят с една ... три или изобщо. Например, MC7805 обозначава стабилизатор с фиксирано напрежение 5V, а MC7812 е същото, но с напрежение 12V изход.

В допълнение към стабилизаторите с фиксирани напрежения в интегрираната версия, има регулируеми стабилизатори, например LT317A, типична комутационна верига на която е показана на фигура 2. Там са посочени и границите на регулиране на напрежението.

Фигура 2. Типична комутационна верига на регулируем стабилизаторLT317A

Понякога просто няма регулируем стабилизатор под ръка, как да се реши този проблем, възможно ли е да се направи без него? Е, имаш нужда от напрежение 7,5 V и това е! Оказва се, че регулатор с фиксирано напрежение лесно се превръща в регулируем. Подобна схема на превключване е показана на фигура 3.

Фигура 3

Диапазонът на регулиране в този случай започва от фиксираното напрежение на приложения стабилизатор и е ограничен само от величината на входното напрежение, естествено минус минималния спад на напрежението през регулиращия транзистор на стабилизатора.

Ако не е необходимо да регулирате напрежението, а просто вместо 5V трябва да получите примерно 10, просто премахнете транзистора VT1 и всичко свързано с него и вместо това включете стабилизиращия диод със стабилизационно напрежение 5V. Естествено, ценеровият диод е включен в непроводяща посока: анодът е свързан към шината с отрицателна мощност, а катодът е свързан към клема 8 (2) на стабилизатора.

Забележимо е номерирането на изводите от случая с три крака, показано на фиг. 3, а именно: 17, 8, 2! Откъде е дошъл, кой го е измислил, не е ясно. Може би това отново са машинациите на нашите разработчици, така че техните не биха предположили! Но такова пининг се използва и човек трябва да се примири с него.

След като са разгледани интегралните стабилизатори, е възможно да се пристъпи към производството на захранващи устройства, базирани на тях. За да направите това, просто трябва да намерите подходящ трансформатор, да го допълнете с диоден мост с електролитен кондензатор и да сглобите всичко в подходящ случай.

Лабораторно захранване

Започвайки да разработвате лабораторно захранване, трябва да вземете решение за неговата елементарна база или, по-просто казано, какво ще създадем от него. Най-лесният начин за сглобяване на желания блок върху чипа LT317A или неговия вътрешен аналог KR142EN12A (B) са регулируеми регулатори на напрежението.

Да се ​​върнем към фигура 2. Това показва, че обхватът на регулиране на напрежението е 1,25 ... 25V. Максимално допустимата стойност на този параметър е до 1,25 ... 37V, с входно напрежение 45V. Това е максимално допустимото напрежение, така че е по-добре да се ограничите до обхват на регулиране от 25 волта.

По-добре е да не преследвате максималния ток (1,5А), така че ще пристъпим към изчислението поне с един ампер, което е точно 75%. В крайна сметка маржът на безопасност винаги трябва да бъде. Следователно, за такова захранване ще ви трябва токоизправител с напрежение най-малко 30 ... 33V и ток до 1А.

Cверигата на токоизправителя е показана на фигура 4. Ако консумацията на ток е повече от един ампер, стабилизаторът трябва да бъде допълнен с външни мощни транзистори. Но това е друга схема.

Фигура 4. Токоизправителна верига

Изчисляване на токоизправител и трансформатор

На първо място, трябва да се избират изправителни мостови диоди, техният постоянен ток също трябва да бъде най-малко 1А и е по-добре, ако е поне 2А или повече. Тук диоди 1N5408 с постоянен ток 3А и обратно напрежение 1000V са доста подходящи. Подходящи са и вътрешни диоди KD226 с всеки буквен индекс.

Електролитичният кондензатор на филтъра също може да бъде просто избран, като се използват практически препоръки: за всеки ампер на изходния ток, хиляда микрофарада. Ако планираме ток не повече от 1А, тогава е подходящ кондензатор с капацитет 1000 µF.Електролитичните кондензатори, за разлика от керамичните, не понасят високи напрежения, поради което работното им напрежение, което трябва да бъде по-високо от реалното напрежение в тази верига, винаги е посочено в схемите.

За проектираното захранване е необходим кондензатор 1000 µF * 50V. Нищо лошо няма да се случи, ако капацитетът на кондензатора не е 1000, а 1500 ... 2000µF. Самият токоизправител вече е проектиран. Сега, както казват, въпросът е малък: остава да се изчисли трансформаторът.

На първо място, трябва да определите силата на трансформатора. Това се прави, като се вземе предвид мощността на товара. Ако изходният ток на стабилизатора е 1А, а входното напрежение на стабилизатора е 32V, тогава консумираната мощност от вторичната намотка на трансформатора е P = U * I = 32 * 1 = 32W.

Какъв трансформатор ще се изисква с такава мощност на вторичен кръг? Всичко зависи от ефективността на трансформатора, колкото по-голяма е общата мощност, толкова по-висока е ефективността. Качеството и дизайна на трансформаторното желязо също влияят на този параметър. Таблицата, показана на фигура 5, ще ви помогне да определите този въпрос приблизително.

Фигура 5

За да разберете общата мощност на трансформатора, мощността във вторичната намотка трябва да бъде разделена на ефективността на трансформатора. Да предположим, че имаме на разположение конвенционален трансформатор с W-образно желязо, посочен в таблицата като "брониран щампован". Прогнозната мощност на проектираното захранване е 32W, тогава мощността на трансформатора е 32 / 0,8 = 40W.

Както беше написано малко по-горе, за разработеното захранване е необходимо постоянно напрежение 30 ... 33V. Тогава напрежението на вторичната намотка на трансформатора ще бъде 33 / 1.41 = 23.404V.

Това ви позволява да изберете стандартен трансформатор с напрежение на вторичната намотка на празен ход 24V.

За да не се усложняват изчисленията, спадът на напрежението през мостовите диоди и вторичното съпротивление на вторичната намотка не се вземат предвид тук. Достатъчно е да се каже, че при ток от 1А диаметърът на вторичния проводник обикновено се взема най-малко 0,6 мм.

Такъв трансформатор може да бъде избран от унифицираните трансформатори от серията CCI. Мощността на трансформатора може да бъде повече от 40W, това само ще подобри надеждността на захранването, въпреки че леко ще увеличи теглото му. Ако трансформаторът CCI не може да бъде закупен, тогава можете просто да превъртите вторичната намотка на трансформатора с подходяща мощност.

Ако е необходимо биполярно регулируемо захранване, то може да бъде сглобено според схемата, показана на фигура 6. За това ще е необходим регулатор на отрицателно напрежение KR142EN18A или LM337. Схемата на включването му е много подобна на KR142EN12A.

Фигура 6. Диаграма на биполярно регулирано захранване

Очевидно е, че за захранване на такъв стабилизатор е необходим биполярен изправител. Това се прави най-лесно на трансформатор със средна точка и диоден мост, както е показано на фигура 7.

Фигура 7. Диаграма на биполярен изправител

Дизайнът на захранването е произволен. Самият токоизправител и стабилизаторната платка могат да бъдат сглобени на отделни дъски или на една. Микросхемите трябва да бъдат инсталирани на радиатори с площ най-малко 100 квадратни сантиметра. Ако искате да намалите размера на радиаторите, можете да използвате принудително охлаждане с помощта на малки компютърни охладители, от които сега има много в продажба.

Малко подобрена верига за превключване на стабилизатора е показана на фигура 8.

Фигура 8 Типична комутационна верига KR142EN12A

Защитните диоди VD1, VD2 тип 1N4007 са проектирани да предпазват микросхемата от разрушаване в случай, че изходното напрежение надвишава входното напрежение. Тази ситуация може да се случи, когато изключите чипа. Следователно, капацитетът на електролитния кондензатор С2 не трябва да бъде по-голям от капацитета на електролитния кондензатор на изхода на диодния мост.

Кондензаторът Cadj, свързан към терминала за управление, значително намалява пулсациите на изхода на стабилизатора. Капацитетът му обикновено е няколко десетки микрофаради.

При проектирането на захранването е желателно да се предвиди вграден волтметър и амперметър, за предпочитане електронен, които се продават в онлайн магазините. Това е само техните цени хапят, така че в началото е по-добре да се направи без тях и да настроите необходимото напрежение с мултицет.

Борис Аладишкин