0-40V Ayarlanabilir Güç Kaynağı Devresi - İnşaat Eğitimi

Bu çok amaçlı genel amaçlı besleme, sıfırdan 20 volta kadar 2,5 amper veya 0-40 voltta 1,25 amper üretir. Akım sınırlaması, her iki çıkış seçeneği için tüm aralık içinde değişkendir.

Trupti Patil tarafından

Güç Kaynağı Ana Özellikleri:

İDEAL BİR GÜÇ KAYNAĞI, geniş bir aralıkta değişken olan ve hat voltajı veya yük eşitsizliklerinden bağımsız olarak ayarlanan voltajda kalan bir voltaj sağlamalıdır.

Besleme ayrıca çıkışı boyunca kısa devreden korunmalı ve arızalı koşullar nedeniyle cihazların zarar görmemesini sağlamak için yük akımını sınırlayabilmelidir.

Bu özel proje, 18 volta kadar (daha düşük akımlarda 20 volta kadar) 2,5 amper sağlamak için tasarlanmış bir güç kaynağını açıklamaktadır. Aynı zamanda birkaç temel modifikasyon, arzın 1,25 amperde 40 volta kadar çıkmasını sağlayacaktır.

Besleme voltajı sıfır ile mevcut en yüksek arasında ayarlanabilir ve akım sınırlaması da öngörülen tam aralıkta ayarlanabilir. Güç kaynağının çalışma şekli iki LED ile gösterilir.

Voltaj kontrol düğmesinin yanındaki, ünitenin normal voltaj regülasyon ayarında olup olmadığını ve akım sınır düğmesi yakınında ise ünitenin akım limit modunda olup olmadığını gösterir. Ayrıca, büyük bir sayaç, bir anahtarla seçilen akım veya voltaj çıkışını gösterir.

TASARIM ÖZELLİKLERİ

Ön tasarım aşamalarımızda, en uygun maliyetli işlevselliği sağlayanı seçebilmek için farklı regülatör türlerini ve her birinin olumlu yönlerini ve dezavantajlarını araştırdık. Spesifik stratejiler ve özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir.

Şönt regülatörü:

Bu düzen, öncelikle 10 ila 15 watt civarında düşük güç kaynakları için çalışacaktır. Mükemmel düzenleme sunar ve dahili olarak kısa devreye dirençlidir, ancak yüksüz koşullarda işlemek üzere donatıldığı tüm güç hacmini dağıtır.

Seri düzenleyici.

Bu regülatör, yaklaşık 50 watt civarında orta güç kaynaklarına uyar.

Daha yüksek güç kaynakları için olabilir ve amaçlanmıştır, ancak ısı dağıtımı özellikle düşük çıkış voltajlarıyla çok yüksek akımda bir sorun olabilir.

Düzenleme harika, genellikle küçük çıktı gürültüsü var ve maliyet nispeten az.

SRC regülatörü:

Orta ila yüksek güç amaçları için ideal olan bu regülatör, düşük güç dağılımı sağlar, ancak çıkış dalgalanması ve yanıt süresi, bir seri regülatörden gelenler kadar iyi değildir.

SCR ön regülatörü ve seri regülatör.

SCR ve seri regülatörlerin en iyi özellikleri, orta ila yüksek güç uygulamaları için kullanılan bu tür güç kaynağı devresi ile bir araya getirilmiştir. Bir SCR ön regülatörü, uygun bir seri regülatör eşliğinde, önerilenden yaklaşık beş volt daha büyük bir kabaca düzenlenmiş bir beslemeyi güvence altına almak için kullanılır.

Bu, seri regülatördeki güç kaybını azaltır. Ancak yapımı çok daha maliyetlidir.

Anahtarlama regülatörü.

Orta ila yüksek güç uygulamaları için de uygulanan bu teknik, uygun fiyatlı düzenleme ve regülatörde düşük güç dağıtımı sağlar, ancak yine de oluşturmak pahalıdır ve çıkışta yüksek frekans dalgalanmasına sahiptir.

Anahtarlamalı güç kaynağı.

En başarılı teknik olan bu regülatör, bir inverteri 20 kHz veya daha yüksek bir hızda çalıştırmak için şebekeyi düzeltir. Voltajı düşürmek veya yükseltmek için genellikle düşük maliyetli bir ferrit transformatörü kullanılır; buradan çıkan çıktı, tercih edilen DC çıkışını elde etmek için düzeltilir ve filtrelenir.

Hat düzenlemesi çok iyidir, ancak sadece nispeten daha küçük bir aralıkta uyarlanabildiği için değişken bir kaynak olarak uygun şekilde uygulanamaması gibi bir dezavantajı vardır.

KENDİ TASARIMIMIZ

İlk tasarım prensibimiz 5 ila 10 amper çıkışta yaklaşık 20 voltluk bir güç kaynağı içindi.
Halihazırda temin edilebilen regülatör çeşitlerinin yanı sıra maliyetler ışığında, akımı yaklaşık 2,5 amper ile sınırlamanın seçildiğini söyledi.
Bu yaklaşım, en uygun maliyetli model olan bir dizi düzenleyici kullanmamıza yardımcı oldu. Ayarlanabilir akım sınırlama özelliğinin yanı sıra iyi bir düzenleme gerekliydi, ayrıca ek olarak güç kaynağının pratik olarak sıfır volta kadar çalıştırılabileceği seçildi.

Nihai niteliği elde etmek için negatif bir besleme rayı veya girişlerini sıfır voltta kullanarak çalışabilen bir karşılaştırıcı gereklidir. Negatif besleme rayı kullanmanın aksine, karşılaştırıcı olarak bir CA3l30 IC operasyonel amplifikatör ile çalışmaya karar verdik.

CA3l 30'un tek bir beslemeye (maksimum 15 volt) ihtiyacı var ve başlangıçta 12 voltluk bir besleme elde etmek için bir direnç ve 1 2 voltluk zener kullandık. Referans voltaj daha sonra bu zener beslemesinden bir direnç ve 5 voltluk bir zener ile oluşturulmuştur.

Bunun referans voltajı için yeterli düzenleme sağlayacağına inanılıyordu, ancak pratikte redresörden gelen çıkışın 21 ila 29 volt artı 12 volt zener üzerinde gerçekleşen dalgalanma ve voltaj anahtarlamasının bir kısmını değiştirdiği tespit edildi, sonuç olarak sona erdi 5 volt zener referansına yansıtılıyor.

Bu nedenle, 12 voltluk zener, sorunu çözen bir lC regülatörü ile değiştirildi.

Tüm seri regülatörlerde, düzen özelliklerinden gelen seri çıkışlı transistör, özellikle düşük çıkış gerilimi ve yüksek akımda bol miktarda güç dağıtmalıdır. Bu faktör için saygın bir soğutucu, yapının önemli bir parçasıdır.

Endüstriyel soğutucular inanılmaz derecede pahalıdır ve sık sık takılması zordur. Sonuç olarak, sadece daha uygun fiyatlı olmakla kalmayıp, aynı zamanda düşündüğümüz ticari varyasyondan çok daha iyi işleyen, takması daha kolay olan kendi soğutucumuzu yarattık.

Bununla birlikte, tam yükte, soğutucu, transformatör gibi sıcak çalışmaya devam eder. ve yüksek akım düşük voltaj koşullarında, transistör dokunulamayacak kadar cızırtılı hale gelebilir.
Bu oldukça normaldir çünkü bu durumlar içindeki transistör, seçilen sıcaklık aralığında çalışmayı sürdürür.

Aşırı derecede düzenlenmiş arz ile birlikte, istikrar zor olabilir. Bu sebep için, yüksek frekanslarda döngü kazancını en aza indirmek ve bu nedenle salınımdan beslemeden kaçınmak için işlemlerin voltaj düzenleme modu, kapasitörler C5 ve C7 dahil edilmiştir.

C5'in değeri, kararlılık ve reaksiyon süresi arasında ideal bir eksiklik olması nedeniyle seçilmiştir. C5'in değeri çok düşük olduğunda reaksiyon hızı artar.

Bununla birlikte, daha büyük bir istikrar eksikliği olasılığı vardır. Eğer aşırı tepki süresi gereksiz yere artarsa. Akım sınırı modunda, aynı işlevsellik C4 tarafından tamamlanır ve gerilim senaryosu için tam olarak aynı görüşler uygulanır.

Güç kaynağı nispeten yüksek akım çıkışı yeteneğine sahip olduğundan, şüphesiz çıkış terminallerine giden kablolarda bir miktar voltaj düşüşü olabilir. Bu, bağımsız bir kablo seti aracılığıyla çıkış terminallerindeki voltajı algılayarak telafi edilir.

Besleme esas olarak 2.5 amperde 20 volt için yapılmasına rağmen, aynı kaynağın 1.25 amperde 40 volt tedarik etmeye alışkın olabileceği ve bunun birçok son kullanıcı için daha uygun olabileceği önerildi.

Bu, doğrultucunun ayarlarını değiştirerek ve birkaç bileşeni değiştirerek gerçekleştirilebilir. Arz değiştirilebilirliği yaratmak için bir fikir verildi, ancak ek karmaşıklıklar ve fiyat avantajlı olduğu göz ardı edildi.

Bu nedenle, temel olarak talebinize uyan konfigürasyonu seçmeniz ve gerektiği şekilde tedarik oluşturmanız gerekir.

Erişilebilen maksimum düzenlenmiş voltaj, muhtemelen regülatöre giriş voltajının çok düşük olması (18 volt ve 2.5 amperden fazla) veya belki de R14 / R15 oranından ve referans voltajın değerinden dolayı sınırlandırılır. (Çıkış = R14 + R15 / R15) V ref

ZD1'in toleransı nedeniyle 20 voltun (veya 40 voltun) tamamına muhtemelen erişilemez. Bir durum olarak tanımlanırsa, R14 sonraki tercih edilen değere yükseltilmelidir.

Uygun fiyatlı olmaları nedeniyle gerilim ve akım kontrolleri için tek dönüşlü potansiyometreler verilmiştir. Yine de, voltaj veya akım kontrolünün doğru ayarlanabilirliği gerekiyorsa, yedek olarak on dönüşlü potansiyometreler uygulanmalıdır.

NASIL ÇALIŞIR

240 voltluk şebeke, transformatör aracılığıyla 40 Vac'ye düşürülür ve hangi beslemenin geliştirildiğine bağlı olarak 25 veya 5 Vdc'ye doğrultulur.

Bu voltaj aslında orta düzeydedir, çünkü gerçek voltaj yüksüz durumda 29 volt (58 volt) ile tam yükte 21 volt (42 volt) arasında farklı olacaktır.

Her iki durumda da aynı filtre kapasitörleri kullanılır. Bunlar, 25 voltluk varyantınız (5000uF) için paralel olarak ve 50 volt modeli (1250uF) için tasarlanmış seri olarak bağlanmıştır. 50 voltluk modelde, transformatörün merkez musluğu kapasitörlerin merkez musluğuna bağlanacak ve böylece doğru voltajı garanti edecektir. kapasitörler arasında paylaşım. Bu kurulum ek olarak regülatör lC'ye 25 voltluk bir besleme sunar.

Voltaj regülatörü, esasen, seri transistörün empedansının, yük boyunca bu voltajın önceden belirlenmiş değerde sabit tutulacağı bir yöntemle yönetildiği bir seri tiptir.

Transistör Q4, özellikle düşük çıkış voltajlarında ve yüksek akımda büyük miktarda güç dağıtır ve bu nedenle ürünün arka tarafındaki soğutucuya monte edilir.

Transistör Q3, işbirliği yüksek güçlü, yüksek kazançlı bir PNP transistör gibi performans gösteren Q4'e mevcut kazancı getiriyor. 25 volt, entegre devre regülatörü ICI ile 12 volta düşürülür. Bu voltaj genellikle CA3130 IC'ler için besleme voltajı olarak kullanılır ve ek olarak referans voltajı olarak kullanılmak üzere zener diyot ZDI tarafından 5,1 volta düşürülür.

Voltaj regülasyonu, RV3 (O - 5,1 'volt) tarafından belirlenen voltajı R14 ve R15'e bölünmüş olarak çıkış voltajıyla inceleyen lC3 tarafından yürütülür. Bölücü 4,2 (O - 21 volt) veya sekiz (0 - 40 volt) arasında bir bölme sağlar.

Öte yandan, yüksek uçta, elde edilebilir voltaj, filtre kapasitöründen geçen voltaj çıkış voltajına ulaştığında, regülatörün yüksek akımda kontrolü kaybetmeyi başardığı noktayla sınırlıdır, artı 100 Hz dalgalanma da bulunabilir. IC3'ün çıkışı, daha sonra çıkış transistörünü, çıkış voltajının hat ve yük eşitsizliklerinden bağımsız olarak tutarlı olmaya devam edecek şekilde kontrol eden Q2 transistörünü düzenler. 5,1 volt referansı, Q2 ila Q1 emitörüne sunulur.

Bu transistör aslında 5.1 voltluk hattın yüklenmesini engellemek için bir tampon aşamasıdır. Akım kontrolü, yük akımı tarafından R7 çevresinde oluşturulan voltajı kullanarak -RV1 (O ila 0,55 volt) tarafından belirlenen voltajı analiz eden IC2 tarafından gerçekleştirilir.

RV1'de 0.25 volt tanımlanmışsa ve kaynaktan alınan akım küçükse, IC2'nin çıkışı 12 volta yakın olacaktır. Bu, Q1'in vericisi 5,7 volt olduğu için LED 2'nin yanmasına neden olur.

Bu LED, sonuç olarak, bu beslemenin voltaj regülatörü modunda çalıştığını gösterir. Bununla birlikte, sürülen akım, R7 etrafındaki voltaj 0.25 voltun biraz üzerinde olacak şekilde yükselirse (bizim örneğimizde) IC2'nin çıkışı düşebilir. IC2'nin çıkışı yaklaşık 4 voltun altına düştüğünde Q2, LED 3 ve D5 ile kapanmaya başlar. Bunun sonucu, R7 boyunca voltajın daha fazla dalgalanmaması için çıkış voltajını en aza indirmektir.

Bu gerçekleşirken, IC3 voltaj karşılaştırıcısı sorunu gidermeye çalışır ve çıkışı 12 volta yükselir. IC2 daha sonra telafi etmek için daha fazla akım tüketir ve bu akım LED 3'ü aydınlatmaya getirir, bu da arzın akım sınırı modunda çalıştığını gösterir.

Hassas düzenlemeyi sağlamak için voltaj algılama terminalleri, yük akımını taşıyanlardan bağımsız olarak çıkış noktalarına gönderilir. Sayaç bir miliamper hareketi içerir ve ön panel anahtarı SV2'den seçilen çıkış voltajını (çıkış terminalleri boyunca) veya akımı (R7 çevresindeki voltajı ölçerek) okur

40V güç kaynağı devresi için PCB Düzeni

İNŞAAT

Bu 0-40V değişken güç kaynağı devresi için önerilen PCB yerleşimi kullanılmalıdır, çünkü yapım oldukça basitleştirilmiştir.

Bileşenler, diyotların, transistörlerin, lC'lerin ve elektrolitiklerin kutuplarının uygun olduğundan emin olarak pano üzerinde bir araya getirilmelidir. BDl40 (Q3), metal yüzeyin kullanıldığı tarafın lCl yönüne bakacak şekilde monte edilmelidir. Küçük bir soğutucu, resimde gösterildiği gibi transistöre cıvatalanmalıdır.

Ayrıntılı olarak metal yapı kullanılırsa, montaj düzenlemesi izlenmelidir.

a) Ön paneli çerçevenin ön kısmına birleştirin ve sayacı takarak birbirleriyle cıvatalayın.

b) Çıkış terminallerini, potansiyometreleri ve sayaç anahtarını ön panele sabitleyin.

c) Uyguladığımız LED'lerin katotları, LED'ler ön panele takılırken fark edilemeyen gövde içindeki bir çentik ile belirlenmişti.

Bu sizin durumunuza uygunsa, katot terminallerini tanımak için biraz küçültün ve ardından LED'leri yerine takın.

d) Transformatörün 240 volt terminallerine lehim uzunlukları (yaklaşık 180 mm uzunluğunda), terminalleri bant kullanarak yalıtın ve ardından transformatörü çerçeve içindeki yerine takın.

f) Elektrik kablosunu ve kordon klipsini takın. güç anahtarını bağlayın, terminalleri yalıtın ve bundan sonra anahtarı ön panele takın.

g) Soğutucuyu sabitleyin ve birkaç cıvata kullanarak çerçevenin arkasına vidalayın - bundan sonra güç transistörünü yalıtım rondelaları ve silikon gres kullanarak takın.

h) Monte edilmiş PCB'yi 10 mm ara parçalar kullanarak çerçeveye takın.

i) Transformatör ikincil, doğrultucu diyotları ve filtre kapasitörlerini bağlayın. Diyot uçları, herhangi bir ekstra destek istemeyecek kadar sağlamdır.

j) Kartı ve anahtarları içeren kablolama şimdi muhtemelen ön panel şemasında ve bileşen kaplama şemalarında eşleşen harflere sahip bağlantı noktalarından gelebilir. İhtiyaç duyulan tek kurulum, sayacı kalibre etmek olacaktır. Harici sayacın 1 5 volt (veya alternatif kurulumda 30 volt) deşifre etmesi için güç kaynağının çıkış kontrolüne orijinal bir voltmetre bağlayın.

Önerilen 40 V 2 amper güç kaynağı devresi için Parça Listesi