Stabilize Tezgah Güç Kaynağı Devresi Nasıl Tasarlanır

Bu yazıda, her tür elektronik projeyi ve prototipi güvenli bir şekilde test etmek için herhangi bir elektronik hobisi tarafından etkili ve verimli, ancak çok ucuz ve stabilize bir güç kaynağının nasıl tasarlanabileceğini tartışacağız.

Bir tezgah güç kaynağının sahip olması gereken temel özellikler şunlardır:

• Ucuz ve kolay bulunabilen bileşenlerle inşa edilmelidir
• Voltaj ve akım aralıklarıyla esnek olmalı veya basitçe değişken voltaj ve değişken akım çıkışları olanağını içermelidir.
• Aşırı akım ve aşırı yük korumalı olmalıdır.
• Bir sorun çıkması durumunda kolayca onarılabilir olmalıdır.
• Güç çıkışı ile makul derecede verimli olmalıdır.
• İstenilen spesifikasyona göre kolayca özelleştirmeyi kolaylaştırmalıdır.

Genel açıklama

Şimdiye kadar güç kaynağı tasarımlarının çoğunluğu bir doğrusal seri dengeleyici içerir. Bu tasarım, bir Zener diyot tarafından düzenlenen, değişken bir direnç gibi çalışan bir geçiş transistörü kullanır.

Seri güç kaynağı sistemi, muhtemelen çok daha verimli olması nedeniyle daha popülerdir. Zener ve besleme direncindeki bazı küçük kayıplar dışında, sadece yüke akım sağladığı süre boyunca seri geçiş transistöründe gözle görülür bir kayıp olur.

Bununla birlikte, seri güç kaynağı sisteminin bir dezavantajı, bunların herhangi bir çıkış yükü kısa devresi sağlamamalarıdır. Yani, çıkış hatası koşulları sırasında geçiş transistörü, büyük bir akımın içinden geçmesine izin vererek sonunda kendisini ve muhtemelen bağlı yükü de yok edebilir.

Bu, ekleyerek bir kısa devre koruması Bir seri geçiş tezgahına güç kaynağı, bir akım kontrol aşaması olarak yapılandırılmış başka bir transistör aracılığıyla hızlı bir şekilde uygulanabilir.

değişken voltaj kontrolörü basit bir transistör, potansiyometre geri bildirimi ile elde edilir.

Yukarıdaki iki ekleme, çok yönlü, sağlam, ucuz, evrensel ve neredeyse yok edilemez bir seri geçiş tezgahı güç kaynağı sağlar.

Aşağıdaki paragraflarda, standart bir stabilize tezgah güç kaynağında yer alan çeşitli aşamaların tasarımını kısaca öğreneceğiz.

En Kolay Transistör Voltaj Regülatörü

Ayarlanabilir bir çıkış voltajı elde etmenin hızlı bir yolu, geçişin tabanını bağlamaktır potansiyometreli ve Zener diyotlu transistör aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi.

Bu devrede T1, bir yayıcı takipçisi BJT , temel voltajı VB, yayıcı tarafı voltajına VE karar verir. Hem VE hem de VB, birbirlerine tam olarak karşılık gelecek ve ileriye doğru düşüşü düşülerek neredeyse eşit olacaktır.

Herhangi bir BJT'nin ileri düşme voltajı tipik olarak 0,7 V'tur, bu da yayıcı taraf voltajının şöyle olacağı anlamına gelir:

VE = VB - 0.7

Geri Bildirim Döngüsü Kullanma

Yukarıdakilere rağmen tasarımın oluşturulması kolay ve çok ucuz , bu tür bir yaklaşım, daha düşük voltaj seviyelerinde büyük bir güç düzenlemesi sunmaz.

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, tüm voltaj aralığı boyunca iyileştirilmiş bir düzenleme elde etmek için normalde geri besleme tipi bir kontrolün kullanılmasının nedeni budur.

Bu konfigürasyonda, T1'in temel voltajı ve dolayısıyla çıkış voltajı, esas olarak T2 tarafından çekilen akıma bağlı olarak R1 boyunca voltaj düşüşü tarafından kontrol edilir.

Pot VR1'in kaydırıcı kolu zemin tarafının en uç ucunda olduğunda, T2 kesilir, çünkü şimdi tabanı topraklanır ve T1'in temel akımının neden olduğu R1 boyunca tek voltaj düşüşüne izin verir. Bu durumda, T1 vericideki çıkış voltajı, kollektör voltajı ile hemen hemen aynı olacaktır ve şu şekilde verilebilir:

VE = Vin - 0.7 Burada VE, T1'in verici tarafı voltajıdır ve 0.7, BJT T1 baz / yayıcı uçları için standart ileri voltaj düşüşü değeridir.

Dolayısıyla, giriş beslemesi 15 V ise, çıkışın şöyle olması beklenebilir:

VE = 15 - 0.7 = 14.3 V

Şimdi, pot VR1 kaydırma kolu üst pozitif uca hareket ettirildiğinde, T2'nin T1'in tüm yayıcı tarafı voltajına erişmesine neden olacak ve bu da T2'nin çok zor çalışmasını sağlayacaktır. Bu eylem doğrudan zener diyot R1 ile D1. Yani, şimdi T1'in temel voltajı VB, zener voltajı Vz'ye basitçe eşit olacaktır. Yani çıktı:

VE = Vz - 0.7

Bu nedenle, D1 değeri 6 V ise, çıkış voltajının şu şekilde olması beklenebilir:

VE = 6 - 0.7 = 5.3 V , böylece zener voltajı buradan elde edilebilecek minimum olası çıkış voltajına karar verir. seri geçiş güç kaynağı tencere en düşük ayarda döndürüldüğünde.

Yukarıdakiler bir tezgah güç kaynağı yapmak için kolay ve etkili olmasına rağmen, kısa devre korumalı olmaması gibi büyük bir dezavantaja sahiptir. Bu, devrenin çıkış terminalleri yanlışlıkla kısa devre yaparsa veya aşırı yük akımı uygulanırsa, T1'in hızla ısınacağı ve yanacağı anlamına gelir.

Bu durumdan kaçınmak için, tasarım bir mevcut kontrol özelliği aşağıdaki bölümde açıklandığı gibi.

Aşırı Yük Kısa Devre Koruması Ekleme

T3 ve R2'nin basit bir şekilde dahil edilmesi, tezgah güç kaynağı devresi tasarımının% 100 kısa devre korumalı olmasını sağlar ve akım kontrollü . Bu tasarımla çıktıdaki kasıtlı bir kısa devre bile T1'e herhangi bir zarar vermeyecektir.

Bu aşamanın işleyişi şu şekilde anlaşılabilir:

Çıkış akımı, ayarlanan güvenli değerin ötesine geçme eğiliminde olduğunda, R2 boyunca orantılı bir potansiyel fark miktarı geliştirilir ve bu, T3 transistörünü sert bir şekilde AÇIK konuma getirmek için yeterlidir.

T3 açıkken T1'in emitör hattına bağlanmasına neden olur, bu da T1 iletimini anında devre dışı bırakır ve bu durum çıkış kısa devre veya aşırı yük kaldırılıncaya kadar sürdürülür. Bu şekilde T1, herhangi bir istenmeyen çıktı durumundan korunur.

Değişken Mevcut Özellik Ekleme

Yukarıdaki tasarımda, çıkışın sabit bir akım çıkışı olması gerekiyorsa, akım sensörü direnci R2 sabit bir değer olabilir. Bununla birlikte, iyi bir tezgah güç kaynağının hem voltaj hem de akım için değişken bir aralığa sahip olması beklenir. Bu talep göz önüne alındığında, akım sınırlayıcı basitçe bir ekleyerek ayarlanabilir hale getirilebilir. değişken direnç aşağıda gösterildiği gibi T3 tabanı ile:

VR2, voltaj düşüşünü R2'ye böler ve böylece T3'ün istenen belirli bir çıkış akımında AÇIK konuma gelmesine izin verir.

Parça Değerlerinin Hesaplanması

Dirençlerle başlayalım, R1 aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

R1 = (Vin - MaxVE) hFE / Çıkış Akımı

Burada, o zamandan beri MaxVE = Şarap - 0.7

Bu nedenle, ilk denklemi şu şekilde basitleştiriyoruz: R1 = 0.7hFE / Çıkış Akımı

VR1, 60 V'a kadar voltajlar için 10 k pot olabilir

Akım sınırlayıcı R2 aşağıda verildiği gibi hesaplanabilir:

R2 = 0.7 / Maksimum Çıkış Akımı

T1'in soğutucu olmadan çalışması gerekiyorsa, maksimum çıkış akımı T1 maksimum Id'den 5 kat daha düşük seçilmelidir. T1'e büyük bir soğutucu takıldığında, çıkış akımı T1 Id'nin 3 / 4'ü olabilir.

VR2 basitçe bir 1k pot veya ön ayar olabilir.

T1, çıkış akımı ihtiyacına göre seçilmelidir. T1 Id değeri, soğutucu olmadan çalıştırılacaksa, gerekli çıkış akımından 5 kat daha fazla olmalıdır. Büyük bir soğutma bloğu takıldığında, T1 Id derecesi, gerekli çıkış akımından en az 1,33 kat daha fazla olmalıdır.

T1 için maksimum toplayıcı / yayıcı veya VCE ideal olarak maksimum çıkış voltajı spesifikasyonunun değerinin iki katı olmalıdır.

Zener diyot D1'in değeri, tezgah güç kaynağından gelen en düşük veya minimum voltaj çıkışı gereksinimine bağlı olarak seçilebilir.

T2 derecesi, R1 değerine bağlı olacaktır. R1 üzerindeki gerilim her zaman 0,7 V olacağından, T2'nin VCE'si önemsiz hale gelir ve herhangi bir minimum değer olabilir. T2'nin Id'si, R1'in değeri ile belirlendiği gibi, T1'in temel akımını idare edebilecek şekilde olmalıdır.

Aynı kurallar T3 için de geçerlidir.

Genel olarak T2 ve T3, BC547 gibi herhangi bir küçük sinyal genel amaçlı transistör veya belki de 2N2222 .

Pratik Tasarım

Özelleştirilmiş bir tezgah güç kaynağı tasarlamak için tüm parametreleri anladıktan sonra, verileri aşağıda gösterildiği gibi pratik bir prototipte uygulama zamanı geldi:

Tasarımda sunulan ve sadece devrenin düzenleme kapasitesini geliştirmek için kullanılan birkaç ek bileşen bulabilirsiniz.

C2, T1, T2 tabanlarındaki kalıntı dalgalanmaları temizlemek için tanıtıldı.

T1 ile birlikte T2 bir Darlington çifti çıkışın mevcut kazancını artırmak için.

Zener diyot iletimini iyileştirmek ve dolayısıyla daha iyi bir genel düzenleme sağlamak için R3 eklenir.

Çıkış voltajının kritik olmayan sabit aralıkta düzenlenmesini sağlamak için R8 ve R9 eklenir.

R7, çıkışta erişilebilen maksimum akımı ayarlar:

I = 0,7 / 0,47 = 1,5 amper ve bu, 2N3055 transistör . Bu, transistörü süper soğuk tutsa da, 2N3055 büyük bir soğutucu üzerine monte edilirse, bu değeri 8 ampere kadar artırmak mümkün olabilir.

Verimliliği Artırmak İçin Dağılmayı Azaltma

Herhangi bir seri transistör tabanlı lineer regülatörün en büyük dezavantajı, yüksek miktarda transistör dağıtımıdır. Ve bu, giriş / çıkış farkı yüksek olduğunda olur.

Yani, voltaj daha düşük çıkış voltajına ayarlandığında, transistörün aşırı voltajı kontrol etmek için çok çalışması gerekir, bu daha sonra transistörden ısı olarak salınır.

Örneğin, yük 3,3 V LED ise ve tezgah güç kaynağına giriş beslemesi 15 V ise, bu durumda çıkış voltajı 3,3 V'a düşürülmelidir, bu da 15 - 3,3 = 11,7 V daha azdır. Ve bu fark, transistör tarafından ısıya dönüştürülür, bu da% 70'in üzerinde bir verimlilik kaybı anlamına gelebilir.

Bununla birlikte, bu sorun basitçe bir trafo kademeli voltaj çıkış sargısı ile.

Örneğin, transformatörde 5 V, 7,5 V, 10 V, 12 V vb. Kademe olabilir.

Yüke bağlı olarak, kılavuzları beslemek için kılavuzlar seçilebilir. regülatör devresi . Bundan sonra, devrenin voltaj ayar potu, çıkış seviyesini tam olarak istenen değere ayarlamak için kullanılabilir.

Bu teknik, verimi çok yüksek bir seviyeye çıkararak transistöre giden soğutucunun daha küçük ve kompakt olmasına izin verir.