Paano Magdisenyo ng isang Stabilized Bench Power Supply Circuit

Sa post na ito tinatalakay namin kung paano ang isang mabisa at mahusay, ngunit napaka-mura, at nagpapatatag ng power supply ng bench ay maaaring idisenyo ng anumang elektronikong libangan para sa ligtas na pagsubok sa lahat ng uri ng mga elektronikong proyekto at prototype.

Ang mga pangunahing tampok na dapat magkaroon ng isang bench power supply ay:

• Dapat itayo sa murang at madaling magagamit na mga sangkap
• Dapat na may kakayahang umangkop sa kanyang boltahe at kasalukuyang mga saklaw, o kailangan lang isama ang pasilidad ng isang variable na boltahe at variable na kasalukuyang output.
• Dapat ay over-current at over-load na protektado.
• Dapat ay madaling baguhin, kung sakaling may lumitaw na problema.
• Dapat maging makatwirang mahusay sa output ng kuryente nito.
• Dapat pangasiwaan ang madaling pagpapasadya ayon sa bawat nais na detalye.

Pangkalahatang paglalarawan

Ang karamihan ng mga disenyo ng supply ng kuryente sa ngayon ay nagsasama ng isang linear stabilizer. Ang disenyo na ito ay gumagamit ng isang pass transistor na gumagana tulad ng isang variable risistor, kinokontrol ng isang Zener diode.

Ang serye ng sistema ng supply ng kuryente ay mas popular, posibleng dahil sa ang katunayan na ito ay mas mahusay. Maliban sa ilang menor de edad na pagkawala sa Zener at feed resistor, ang kapansin-pansin na pagkawala ay nangyayari lamang sa serye ng pass transistor sa panahon na ito ay nagbibigay ng kasalukuyang sa pagkarga.

Gayunpaman, ang isang kawalan ng sunod-sunod na sistema ng supply ng kuryente ay ang mga ito ay hindi nagbibigay ng anumang uri ng output load short-circuit. Ibig sabihin, sa panahon ng mga kundisyon ng output kasalanan ang pass transistor ay maaaring payagan ang isang malaking kasalukuyang dumaloy sa pamamagitan nito, kalaunan sinisira ang sarili nito at posibleng ang konektadong pagkarga din.

Sinabi na, pagdaragdag ng a maikling proteksyon ng circuit sa isang serye ng pass bench power supply ay maaaring mabilis na ipatupad sa pamamagitan ng isa pang transistors na naka-configure bilang isang kasalukuyang yugto ng controller.

Ang variable boltahe controller ay nakamit sa pamamagitan ng isang simpleng transistor, potentiometer feedback.

Ang dalawang karagdagan sa itaas ay nagbibigay-daan sa isang serye ng pass bench power supply na lubos na maraming nalalaman, masungit, murang, unibersal, at halos hindi masisira.

Sa mga sumusunod na talata malalaman naming maikli ang pagdidisenyo ng iba't ibang mga yugto na kasangkot sa isang pamantayang pinatatag na suplay ng kuryente ng bench.

Pinakamadaling Regulator ng Boltahe ng Transistor

Ang isang mabilis na paraan ng pagkuha ng isang naaayos na boltahe ng output ay upang mai-hook up ang base ng pass transistor na may potentiometer at Zener diode tulad ng ipinakita sa pigura sa ibaba.

Sa circuit na ito ang T1 ay rigged bilang isang tagasunod ng emitter na si BJT , kung saan ang batayan ng boltahe na VB ay nagpapasya ng emitter na bahagi ng boltahe na VE. Ang parehong VE at VB ay tiyak na tumutugma sa bawat isa, at magiging halos pantay, binabawas ang pasulong na drop.

Ang boltahe sa unahan na drop ng anumang BJT ay karaniwang 0.7 V, na nagpapahiwatig na ang boltahe ng emitter na bahagi ay:

VE = VB - 0.7

Paggamit ng isang Feedback Loop

Kahit na ang nasa itaas ang disenyo ay madaling buuin at napakamura , ang ganitong uri ng diskarte ay hindi nag-aalok ng mahusay na regulasyon ng kapangyarihan sa mas mababang mga antas ng boltahe.

Ito mismo ang dahilan kung bakit ang isang kontrol sa uri ng feedback ay karaniwang ginagamit upang makakuha ng isang pinabuting regulasyon sa buong saklaw ng boltahe, tulad ng ipinakita sa pigura sa ibaba.

Sa pagsasaayos na ito, ang batayang boltahe ng T1, at samakatuwid ang boltahe ng output, ay kinokontrol ng pagbagsak ng boltahe sa kabuuan ng R1, pangunahin dahil sa kasalukuyang hinila ng T2.

Kapag ang braso ng slider ng palayok na VR1 ay nasa ground side na matinding dulo, ang T2 ay napuputol dahil ngayon ang base nito ay naging grounded, na pinapayagan ang tanging boltahe na bumaba sa R1 sanhi ng base kasalukuyang ng T1. Sa sitwasyong ito ang output voltage sa T1 emitter ay magiging halos kapareho ng boltahe ng kolektor, at maaaring ibigay bilang:

VE = Vin - 0.7 , narito ang VE ay ang emitter side voltage ng T1, at 0.7 ay ang karaniwang halaga ng boltahe ng pasulong na boltahe para sa BJT T1 base / emitter lead.

Kaya't kung ang input supply ay 15 V, ang output ay maaaring asahan na:

VE = 15 - 0.7 = 14.3 V

Ngayon, kapag ang palayok na VR1 slider arm ay inilipat sa itaas na positibong dulo, ay magdudulot sa T2 na ma-access ang buong boltahe ng emitter na bahagi ng T1, na magdudulot sa T2 na magsagawa ng napakahirap. Ang pagkilos na ito ay direktang ikonekta ang zener diode D1 kasama ang R1. Ibig sabihin, ngayon ang base voltage VB ng T1 ay magiging katumbas lamang ng zener voltage Vz. Kaya't ang magiging output ay:

VE = Vz - 0.7

Samakatuwid, kung ang halaga ng D1 ay 6 V, ang output boltahe ay maaaring asahan na maging makatarungan:

VE = 6 - 0.7 = 5.3 V , kaya't ang boltahe ng zener ay nagpapasiya ng pinakamaliit na posibleng boltahe ng output na maaaring makuha mula rito serye ng supply ng power pass kapag ang palayok ay pinaikot sa pinakamababang setting nito.

Bagaman ang nasa itaas ay madali at epektibo para sa paggawa ng isang power supply ng bench, mayroon itong pangunahing kawalan na hindi pagiging patunay ng maikling circuit. Nangangahulugan iyon, kung ang mga output terminal ng circuit ay hindi sinasadyang maikli, o inilapat ang isang kasalukuyang pag-load, ang T1 ay mabilis na maiinit at masusunog.

Upang maiwasan ang sitwasyong ito, ang disenyo ay maaaring isang simpleng na-upgrade sa pamamagitan ng pagdaragdag ng a kasalukuyang tampok na kontrol tulad ng ipinaliwanag sa sumusunod na seksyon.

Pagdaragdag ng Overload Proteksyon ng Maikling Circuit

Ang isang simpleng pagsasama ng T3 at R2 ay nagbibigay-daan sa disenyo ng bench power supply circuit na maging 100% patunay na maikling-circuit at kasalukuyang kinokontrol . Sa disenyo na ito kahit na ang isang sadyang pag-ikli sa output ay hindi magiging sanhi ng anumang pinsala sa T1.

Ang pagtatrabaho ng yugtong ito ay maaaring maunawaan tulad ng sumusunod:

Sa sandaling ang kasalukuyang output ay may kaugaliang lumampas sa itinakdang ligtas na halaga, isang proporsyonal na halaga ng potensyal na pagkakaiba sa kabuuan ng R2 ay binuo, sapat na upang lumipat sa ON transistor T3 nang husto.

Sa T3 na nakabukas ang ON ay sanhi ng pagsasama ng T1 base sa linya ng emitter nito, na agad na hindi pinapagana ang pagpapadaloy ng T1, at ang sitwasyong ito ay mapanatili hanggang sa maiksi ang output o natanggal ang labis na karga. Sa ganitong paraan ang T1 ay mapangalagaan mula sa anumang hindi nais na sitwasyon ng output.

Pagdaragdag ng isang variable na Kasalukuyang Tampok

Sa disenyo sa itaas, ang kasalukuyang sensor resistor R2 ay maaaring maging isang nakapirming halaga kung ang output ay kinakailangan upang maging isang pare-pareho kasalukuyang output. Gayunpaman, ang isang mahusay na supply ng kuryente ng bench ay dapat magkaroon ng isang variable range para sa parehong boltahe at kasalukuyang. Isinasaalang-alang ang kahilingan na ito, ang kasalukuyang limiter ay maaaring gawing naaayos sa pamamagitan lamang ng pagdaragdag ng a variable risistor na may batayan ng T3, tulad ng ipinakita sa ibaba:

Hinahati ng VR2 ang boltahe na bumaba sa R2 at sa gayon ay pinapayagan ang T3 na lumipat SA sa isang tukoy na nais na kasalukuyang output.

Kinakalkula ang Mga Halaga ng Bahagi

Magsimula tayo sa mga resistors, maaaring makalkula ang R1 sa sumusunod na pormula:

R1 = (Vin - MaxVE) hFE / Kasalukuyang Output

Dito, mula pa MaxVE = Alak - 0.7

Samakatuwid, pinasimple namin ang unang equation bilang R1 = 0.7hFE / Kasalukuyang Output

Ang VR1 ay maaaring isang 10 k palayok para sa mga voltages hanggang 60 V

Ang kasalukuyang limiter R2 ay maaaring kalkulahin tulad ng ibinigay sa ibaba:

R2 = 0.7 / Kasalukuyang Output Kasalukuyan

Ang kasalukuyang kasalukuyang output ay dapat mapili ng 5 beses na mas mababa kaysa sa T1 maximum Id, kung kinakailangan ang T1 upang gumana nang walang heatsink. Sa isang malaking heatsink na naka-install sa T1, ang kasalukuyang output ay maaaring maging 3/4 ng T1 Id.

Ang VR2 ay maaaring maging isang 1k palayok o preset.

Ang T1 ay dapat mapili alinsunod sa kasalukuyang kinakailangan na output. Ang rating ng T1 Id ay dapat na 5 beses na mas malaki kaysa sa kinakailangang kasalukuyang output, kung nais itong patakbuhin nang walang heatsink. Sa isang malaking naka-install na heatsink, ang rating ng T1 Id ay dapat na hindi bababa sa 1.33 beses na higit pa kaysa sa kinakailangang kasalukuyang output.

Ang maximum na kolektor / emitter o VCE para sa T1 ay dapat na perpektong dalawang beses ang halaga ng maximum na detalye ng output boltahe.

Ang halaga ng zener diode D1 ay maaaring mapili depende sa pinakamababa o sa minimum na kinakailangang output ng boltahe mula sa bench power supply.

Ang rating ng T2 ay depende sa halaga ng R1. Dahil ang boltahe sa kabuuan ng R1 ay palaging 0.7 V, ang VCE ng T2 ay nagiging hindi materyal, at maaaring maging anumang minimum na halaga. Ang Id ng T2 ay dapat na tulad nito ay magagawang hawakan ang batayang kasalukuyang ng T1, na tinutukoy ng halaga ng R1

Nalalapat din ang parehong mga patakaran para sa T3 din.

Sa pangkalahatan T2, at T3 ay maaaring maging anumang maliit na signal pangkalahatang layunin transistor tulad ng BC547 o marahil a 2N2222 .

Praktikal na Disenyo

Na nauunawaan ang lahat ng mga parameter para sa pagdidisenyo ng isang pasadyang power supply ng bench, oras na upang ipatupad ang data sa isang praktikal na prototype, tulad ng ipinakita sa ibaba:

Maaari kang makahanap ng ilang karagdagang mga sangkap na ipinakilala sa disenyo, na kung saan ay simpleng para sa pagpapahusay ng kakayahan sa regulasyon ng circuit.

Ang C2 ay ipinakilala upang linisin ang anumang natitirang ripple sa mga base ng T1, T2.

Ang T2 kasama ang T1 ay bumubuo ng a Pares ng Darlington upang madagdagan ang kasalukuyang nakuha ng output.

Ang R3 ay idinagdag upang mapabuti ang pagpapadaloy ng zener diode at samakatuwid upang matiyak na mas mahusay ang pangkalahatang regulasyon.

Ang R8 at R9 ay idinagdag upang paganahin ang boltahe ng output upang maiayos sa buong takdang saklaw, na hindi kritikal.

Itinatakda ng R7 ang maximum na kasalukuyang maaaring ma-access sa output, na kung saan ay:

I = 0.7 / 0.47 = 1.5 amps, at lumilitaw na mababa ito kumpara sa rating ng 2N3055 transistor . Bagaman maaaring panatilihin itong sobrang cool ng transistor, maaaring posible na dagdagan ang halagang ito hanggang sa 8 amps kung ang 2N3055 ay naka-mount sa isang malaking heatsink.

Pagbawas ng Disipasyon upang Taasan ang Kahusayan

Ang pinakamalaking kawalan sa anumang serye ng transistor batay sa linear regulator ay ang pagdidisenyo ng mataas na halaga ng transistor. At nangyayari ito kapag mataas ang pagkakaiba sa input / output.

Nangangahulugan, kapag ang boltahe ay nababagay patungo sa mas mababang boltahe ng output, ang transistor ay kailangang gumana nang husto upang makontrol ang labis na boltahe, na pagkatapos ay pinakawalan bilang init mula sa transistor.

Halimbawa kung ang load ay isang 3.3 V LED, at ang supply ng input sa bench power supply ay 15 V, kung gayon ang output boltahe ay dapat ibababa sa 3.3 V na 15 - 3.3 = 11.7 V mas mababa. At ang pagkakaiba na ito ay na-convert sa init ng transistor, na maaaring mangahulugan ng pagkawala ng kahusayan ng higit sa 70%.

Gayunpaman, ang problemang ito ay malulutas lamang sa pamamagitan ng paggamit ng a transpormador na may tapped boltahe output paikot-ikot.

Halimbawa ang transpormer ay maaaring may mga taps ng 5 V, 7.5 V, 10 V, 12 V, at iba pa.

Nakasalalay sa pag-load ang mga tapik ay maaaring mapili para sa pagpapakain ng regulator circuit . Pagkatapos nito, ang boltahe ng pagsasaayos ng boltahe ng circuit ay maaaring magamit para sa karagdagang pag-aayos ng antas ng output nang tumpak sa nais na halaga.

Ang pamamaraan na ito ay magpapataas ng kahusayan sa isang napakataas na antas, na pinapayagan ang heatsink sa transistor na maging mas maliit at siksik.