Stabilizowane zasilacze

Cały sprzęt elektroniczny jest zasilany ze źródeł prądu stałego. W przypadku urządzeń mobilnych zwykle stosuje się baterie lub baterie galwaniczne. Teraz w rękach i kieszeniach jest wiele takich urządzeń: są to telefony komórkowe, aparaty fotograficzne, tablety, różne przyrządy pomiarowe i wiele innych.

Stacjonarna elektronika - telewizory, komputery, centra muzyczne itp. zasilany prądem przemiennym za pomocą zasilaczy. Tutaj w żadnym wypadku nie można obejść się bez baterii lub małych baterii.

Urządzenia elektroniczne często nie są samodzielne i działają samodzielnie. Przede wszystkim są to wbudowane jednostki elektroniczne, na przykład jednostka sterująca pralki lub kuchenki mikrofalowej. Ale nawet w tym przypadku jednostki elektroniczne mają swoje własne zasilacze, najczęściej nawet stabilizowany, a nawet z ochroną, co pozwala chronić zarówno sam zasilacz, jak i obciążenie, tj. podłączona jednostka sterująca.

W projektach opracowanych przez amatorskich amatorów radiowych zawsze jest zasilacz, chyba że projekt ten zostanie ostatecznie zakończony i nie zostanie porzucony w połowie. Niestety zdarza się to dość często. Ale w ogólnym przypadku konstrukcja obwodu składa się z kilku etapów.

Wśród nich jest opracowanie schematu obwodu, a także jego montaż i debugowanie na płycie kontrolnej. I dopiero po uzyskaniu wymaganych wyników na tablicy powierniczej zaczynają rozwijać strukturę kapitałową. Wtedy opracowują płytki drukowane, obudowę i zasilacz.

W procesie eksperymentów na płycie chleba tzw zasilacze laboratoryjne. To samo urządzenie musi być użyte do uruchomienia wielu różnych konstrukcji, więc powinno mieć szerokie możliwości.

Z reguły jest to jednostka z regulacją napięcia wyjściowego i zapewniająca wystarczający prąd. Czasami zasilacz wytwarza kilka napięć, takie jednostki nazywane są wielokanałowe. Przykładem jest konwencjonalny zasilacz komputerowy lub źródło bipolarne dla potężnego UMZCH.

Kiedy zasilacz jest zaprojektowany dla jednego stałego napięcia, na przykład 5 V, nie jest źle zapewnić ochronę przed przekroczeniem napięcia wyjściowego: jeśli tranzystor wyjściowego stabilizatora pęknie, wówczas obwód, który jest przez niego zasilany, może ucierpieć.

Chociaż taka ochrona nie jest bardzo skomplikowana, jest tylko kilka szczegółów, z jakiegoś powodu nie robi tego w obwodach przemysłowych, i występuje tylko w projektach radia amatorskiego, a nawet wtedy nie we wszystkich. Niemniej jednak istnieją takie systemy ochrony.

Jeśli przyjrzysz się uważnie urządzeniom konsumenckim, zauważysz, że wszystkie urządzenia elektroniczne są zasilane napięciem ze standardowego zakresu. Jest to przede wszystkim 5, 9, 12, 15, 24 V. Na podstawie tych wartości powstaje szereg zintegrowanych stabilizatorów o stałych napięciach.

Z wyglądu stabilizatory te przypominają tradycyjny tranzystor w pakiecie TO-220 (podobny do KT819) lub w pakiecie D-PAK do montażu powierzchniowego. Napięcie wyjściowe wynosi 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24 V. Napięcia te znajdują odzwierciedlenie bezpośrednio w oznaczeniu stabilizatorów przyłożonych do korpusu urządzenia. Może to wyglądać mniej więcej tak: MC78XX lub LM78XX.

W arkuszach danych jest napisane, że są to stabilizatory z trzema wyjściami o stałym napięciu, jak pokazano na rysunku 1.

Rycina 1

Obwód przełączający jest niezwykle prosty: tylko trzy nogi zostały przylutowane i otrzymały stabilizator o wymaganym napięciu i prądzie wyjściowym od 1 ... 2A. W zależności od konkretnego stabilizatora prądy różnią się, co należy odnotować w dokumentacji.Ponadto zintegrowane stabilizatory mają wbudowaną ochronę przed przegrzaniem i ochronę przed prądem.

Pierwsze dwie litery wskazują firmę producenta, a drugie XX zastępuje się liczbami wskazującymi napięcie stabilizacyjne, czasem dwie pierwsze litery zastępuje się jedną ... trzema lub wcale. Na przykład MC7805 oznacza stabilizator o stałym napięciu 5 V, a MC7812 jest taki sam, ale o napięciu wyjściowym 12 V.

Oprócz stabilizatorów ze stałymi napięciami w wersji zintegrowanej istnieją regulowane stabilizatory, na przykład LT317A, którego typowy obwód przełączający pokazano na ryc. 2. Wskazano tam również granice regulacji napięcia.

Rysunek 2. Typowy obwód przełączający regulowanego stabilizatoraLT317A

Czasami po prostu nie ma pod ręką regulowanego stabilizatora, jak rozwiązać ten problem, czy można go obejść? Potrzebujesz napięcia 7,5 V i to wszystko! Okazuje się, że regulator ze stałym napięciem łatwo zmienia się w regulację. Podobny obwód przełączający pokazano na rysunku 3.

Rycina 3

Zakres regulacji w tym przypadku zaczyna się od ustalonego napięcia zastosowanego stabilizatora i jest ograniczony jedynie wielkością napięcia wejściowego, oczywiście pomniejszoną o minimalny spadek napięcia na tranzystorze regulacyjnym stabilizatora.

Jeśli nie musisz regulować napięcia, ale tylko zamiast 5 V musisz uzyskać, na przykład 10, wystarczy usunąć tranzystor VT1 i wszystko z nim związane, a zamiast tego włączyć diodę Zenera o napięciu stabilizacji 5 V. Oczywiście dioda Zenera jest włączona w kierunku nieprzewodzącym: anoda jest podłączona do szyny ujemnej mocy, a katoda jest podłączona do zacisku 8 (2) stabilizatora.

Na uwagę zasługuje numeracja wniosków z trójnożnej sprawy, pokazanej na ryc. 3, a mianowicie: 17, 8, 2! Nie wiadomo, skąd się wziął, kto go wynalazł. Być może jest to znów machinacja naszych programistów, aby ich nie zgadli! Ale taki pinout jest używany i trzeba się z tym pogodzić.

Po rozważeniu zintegrowanych stabilizatorów można przystąpić do produkcji zasilaczy na ich podstawie. Aby to zrobić, wystarczy znaleźć odpowiedni transformator, uzupełnić go mostkiem diodowym z kondensatorem elektrolitycznym i złożyć wszystko w odpowiedniej skrzynce.

Zasilacz laboratoryjny

Zaczynając opracowywać zasilacz laboratoryjny, powinieneś zdecydować o jego elementarnej podstawie lub, po prostu, z tego, co z niego zrobimy. Najłatwiejszym sposobem jest zamontowanie pożądanego urządzenia na układzie LT317A lub jego krajowym analogu KR142EN12A (B) - regulowane stabilizatory napięcia.

Wróćmy do rysunku 2. Wskazuje, że zakres regulacji napięcia wynosi 1,25 ... 25 V. Maksymalna dopuszczalna wartość tego parametru wynosi do 1,25 ... 37 V przy napięciu wejściowym 45 V. Jest to maksymalne dopuszczalne napięcie, dlatego lepiej ograniczyć się do zakresu regulacji 25 woltów.

Lepiej nie ścigać się z maksymalnym prądem (1,5A), więc przejdziemy do obliczeń co najmniej jednego ampera, czyli dokładnie 75%. W końcu margines bezpieczeństwa powinien zawsze wynosić. Dlatego do takiego zasilacza będziesz potrzebować prostownik o napięciu co najmniej 30 ... 33 V i prądzie do 1A.

C.obwód prostownika pokazano na rysunku 4. W przypadku, gdy pobór prądu jest większy niż jeden amper, stabilizator należy uzupełnić zewnętrznymi mocnymi tranzystorami. Ale to kolejny schemat.

Rysunek 4. Obwód prostownika

Obliczanie prostownika i transformatora

Przede wszystkim należy wybrać diody mostkowe prostownika, ich prąd stały powinien również wynosić co najmniej 1A, a lepiej, jeśli co najmniej 2A lub więcej. Tutaj diody 1N5408 o prądzie stałym 3A i napięciu wstecznym 1000 V są całkiem odpowiednie. Odpowiednie są również domowe diody KD226 o dowolnym indeksie literowym.

Kondensator elektrolityczny filtra można również po prostu wybrać, stosując praktyczne zalecenia: na każdy amper prądu wyjściowego tysiąc mikrofaradów. Jeśli planujemy prąd nie większy niż 1A, odpowiedni jest kondensator o pojemności 1000µF.Kondensatory elektrolityczne, w przeciwieństwie do ceramicznych, nie tolerują wysokich napięć, dlatego ich napięcie robocze, które powinno być wyższe niż napięcie rzeczywiste w tym obwodzie, jest zawsze wskazywane w obwodach.

Do zaprojektowanego zasilacza potrzebny jest kondensator 1000µF * 50V. Nic złego się nie stanie, jeśli kondensator nie będzie miał 1000, ale 1500 ... 2000µF. Sam prostownik jest już zaprojektowany. Teraz, jak mówią, sprawa jest niewielka: pozostaje obliczyć transformator.

Przede wszystkim powinieneś określić moc transformatora. Odbywa się to z uwzględnieniem mocy obciążenia. Jeśli prąd wyjściowy stabilizatora wynosi 1 A, a napięcie wejściowe stabilizatora wynosi 32 V, to energia pobierana z uzwojenia wtórnego transformatora wynosi P = U * I = 32 * 1 = 32 W.

Jaki transformator byłby wymagany przy takiej mocy obwodu wtórnego? Wszystko zależy od wydajności transformatora, im większa moc całkowita, tym wyższa wydajność. Jakość i konstrukcja żelazka transformatorowego również wpływa na ten parametr. Tabela pokazana na ryc. 5 pomoże w przybliżeniu ustalić to pytanie.

Rycina 5

Aby sprawdzić całkowitą moc transformatora, moc uzwojenia wtórnego musi być podzielona przez sprawność transformatora. Załóżmy, że mamy do dyspozycji konwencjonalny transformator z żelazkiem w kształcie litery W, oznaczonym w tabeli jako „opancerzony tłoczony”. Szacowana moc projektowanego zasilacza wynosi 32 W, następnie moc transformatora wynosi 32 / 0,8 = 40 W.

Jak napisano powyżej, dla opracowanego zasilacza wymaga stałego napięcia 30 ... 33 V. Wówczas napięcie uzwojenia wtórnego transformatora wyniesie 33 / 1,41 = 23,404 V.

Pozwala to wybrać standardowy transformator o napięciu uzwojenia wtórnego na biegu jałowym 24 V.

Aby nie komplikować obliczeń, nie uwzględnia się tutaj spadku napięcia na diodach mostkowych i rezystancji wtórnej uzwojenia wtórnego. Wystarczy powiedzieć, że przy prądzie 1A średnica drutu wtórnego zwykle wynosi co najmniej 0,6 mm.

Taki transformator można wybrać z ujednoliconych transformatorów serii CCI. Moc transformatora może wynosić ponad 40 W, poprawi to tylko niezawodność zasilacza, choć nieznacznie zwiększy jego wagę. Jeśli nie można kupić CCI transformatora, możesz po prostu przewinąć uzwojenie wtórne transformatora o odpowiedniej mocy.

Jeśli wymagany jest dwubiegunowy zasilacz z możliwością regulacji, można go zmontować zgodnie z obwodem pokazanym na rysunku 6. W tym celu potrzebny będzie regulator napięcia ujemnego KR142EN18A lub LM337. Obwód włączenia jest bardzo podobny do KR142EN12A.

Rysunek 6. Schemat dwubiegunowego zasilacza regulowanego

Jest oczywiste, że do zasilania takiego stabilizatora potrzebny będzie dwubiegunowy prostownik. Najłatwiej to zrobić na transformatorze z punktem środkowym i mostkiem diodowym, jak pokazano na rysunku 7.

Ryc. 7. Schemat prostownika bipolarnego

Konstrukcja zasilacza jest dowolna. Sam prostownik i płytka stabilizująca mogą być montowane na oddzielnych płytach lub na jednej. Mikroukłady powinny być instalowane na grzejnikach o powierzchni co najmniej 100 centymetrów kwadratowych. Jeśli chcesz zmniejszyć rozmiar grzejników, możesz zastosować wymuszone chłodzenie za pomocą małych lodówek komputerowych, których jest teraz w sprzedaży dużo.

Nieco ulepszony obwód przełączający stabilizatora pokazano na rysunku 8.

Rycina 8 Typowy obwód przełączający KR142EN12A

Diody ochronne VD1, VD2 typu 1N4007 są przeznaczone do ochrony mikroukładu przed awarią w przypadku, gdy napięcie wyjściowe przekracza napięcie wejściowe. Taka sytuacja może się zdarzyć po wyłączeniu układu. Dlatego pojemność kondensatora elektrolitycznego C2 nie powinna być większa niż pojemność kondensatora elektrolitycznego na wyjściu mostka diodowego.

Kondensator Cadj podłączony do terminala sterującego znacznie zmniejsza tętnienia na wyjściu stabilizatora. Jego pojemność wynosi zwykle kilkadziesiąt mikrofaradów.

W konstrukcji zasilacza pożądane jest zapewnienie wbudowanego woltomierza i amperomierza, najlepiej elektronicznego, które są sprzedawane w sklepach internetowych. To tylko ceny, które gryzą, więc na początku lepiej jest obejść się bez nich i ustawić wymagane napięcie za pomocą multimetru.

Boris Aladyshkin