Nguồn cung cấp ổn định

Tất cả các thiết bị điện tử được cung cấp bởi các nguồn hiện tại trực tiếp. Đối với thiết bị di động, pin hoặc pin điện thường được sử dụng. Bây giờ có rất nhiều thiết bị như vậy trong tay và túi: đây là điện thoại di động, máy ảnh, máy tính bảng, dụng cụ đo khác nhau và nhiều hơn nữa.

Điện tử văn phòng phẩm - tivi, máy tính, trung tâm âm nhạc, vv được cung cấp bởi AC sử dụng nguồn điện. Ở đây, trong mọi trường hợp, bạn không thể làm gì nếu không có pin hoặc pin nhỏ.

Các thiết bị điện tử thường không độc lập và tự hoạt động. Trước hết, đây là những thiết bị điện tử tích hợp, ví dụ, bộ điều khiển cho máy giặt hoặc lò vi sóng. Nhưng ngay cả trong trường hợp này, các đơn vị điện tử có riêng của họ nguồn điện, thường xuyên nhất là ổn định và thậm chí với bảo vệ, cho phép bạn bảo vệ cả nguồn cung cấp năng lượng và phụ tải, tức là đơn vị điều khiển kết nối.

Trong các thiết kế được phát triển bởi những người nghiệp dư vô tuyến nghiệp dư, luôn có một nguồn cung cấp năng lượng, trừ khi, tất nhiên, thiết kế này được đưa đến cuối cùng, và không bị bỏ rơi giữa chừng. Thật không may, điều này xảy ra khá thường xuyên. Nhưng trong trường hợp chung, việc xây dựng một mạch bao gồm một số giai đoạn.

Trong số đó là sự phát triển của một sơ đồ mạch, cũng như việc lắp ráp và gỡ lỗi của nó trên bảng mạch. Và chỉ sau khi có được kết quả cần thiết trên bảng xếp hạng, họ mới bắt đầu phát triển cấu trúc vốn. Đó là khi họ phát triển bảng mạch, nhà ở và nguồn điện.

Trong quá trình thí nghiệm trên bảng điều khiển, cái gọi là nguồn cung cấp phòng thí nghiệm. Cùng một đơn vị phải được sử dụng để đưa vào sử dụng nhiều kiểu dáng khác nhau, vì vậy nó phải có khả năng rộng.

Theo quy định, đây là một đơn vị có quy định về điện áp đầu ra, và cung cấp đủ dòng điện. Đôi khi nguồn cung cấp điện tạo ra một số điện áp, các đơn vị như vậy được gọi là đa kênh. Một ví dụ là nguồn cung cấp năng lượng máy tính thông thường hoặc nguồn lưỡng cực cho UMZCH mạnh mẽ.

Khi nguồn cung cấp được thiết kế cho một điện áp cố định, ví dụ 5V, sẽ không tệ khi cung cấp bảo vệ chống lại vượt quá điện áp đầu ra: nếu bóng bán dẫn đầu ra ổn định bị phá vỡ, thì mạch được cấp nguồn từ nó có thể bị ảnh hưởng.

Mặc dù việc bảo vệ như vậy không phức tạp lắm, nhưng chỉ có một vài chi tiết, vì một số lý do, nó không làm điều đó trong các mạch công nghiệp, và nó chỉ được tìm thấy trong các thiết kế radio nghiệp dư, và thậm chí không phải tất cả. Nhưng, tuy nhiên, có những kế hoạch bảo vệ như vậy.

Nếu bạn nhìn kỹ vào các thiết bị tiêu dùng, bạn sẽ nhận thấy rằng tất cả các thiết bị điện tử được cung cấp bởi điện áp từ phạm vi tiêu chuẩn. Đây là, trước hết, 5, 9, 12, 15, 24V. Dựa trên những giá trị này, một số chất ổn định tích hợp với điện áp cố định được sản xuất.

Về hình thức, các chất ổn định này giống như một bóng bán dẫn thông thường trong gói TO-220 (tương tự KT819) hoặc trong gói D-PAK để gắn bề mặt. Điện áp đầu ra là 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Các điện áp này được phản ánh trực tiếp trong việc đánh dấu các chất ổn định được áp dụng cho thân thiết bị. Nó có thể trông giống như thế này: MC78XX hoặc LM78XX.

Các datasheets nói rằng đây là những bộ ổn định ba đầu ra với điện áp cố định, như trong Hình 1.

Hình 1

Mạch chuyển mạch cực kỳ đơn giản: chỉ có ba chân được hàn và nhận được bộ ổn định với điện áp và dòng điện yêu cầu từ 1 ... 2A. Tùy thuộc vào chất ổn định cụ thể, dòng điện khác nhau, cần lưu ý trong tài liệu.Ngoài ra, chất ổn định tích hợp có tích hợp bảo vệ quá nhiệt và bảo vệ hiện tại.

Hai chữ cái đầu tiên cho biết công ty của nhà sản xuất và XX thứ hai được thay thế bằng các số hiển thị điện áp ổn định, đôi khi hai chữ cái đầu tiên được thay thế bằng một ... ba hoặc không hoàn toàn. Ví dụ, MC7805 biểu thị bộ ổn định điện áp cố định 5V, trong khi MC7812 là như nhau, nhưng với điện áp đầu ra 12V.

Ngoài các bộ ổn định có điện áp cố định trong phiên bản tích hợp, còn có các bộ ổn định có thể điều chỉnh, ví dụ LT317A, một mạch chuyển đổi điển hình được thể hiện trong Hình 2. Các giới hạn của quy định điện áp cũng được chỉ ra ở đó.

Hình 2. Mạch chuyển mạch điển hình của bộ ổn định có thể điều chỉnhLT317A

Đôi khi đơn giản là không có bộ ổn định có thể điều chỉnh trong tay, làm thế nào để giải quyết vấn đề này, liệu có thể làm mà không cần nó? Chà, bạn cần một điện áp 7.5V và thế thôi! Nó chỉ ra rằng một bộ điều chỉnh với điện áp cố định dễ dàng điều chỉnh biến. Một mạch chuyển đổi tương tự được hiển thị trong Hình 3.

Hình 3

Phạm vi điều chỉnh trong trường hợp này bắt đầu từ điện áp cố định của bộ ổn định được áp dụng và chỉ bị giới hạn bởi độ lớn của điện áp đầu vào, trừ khi giảm điện áp tối thiểu trên bóng bán dẫn điều chỉnh của bộ ổn định.

Nếu bạn không cần điều chỉnh điện áp, nhưng chỉ cần thay vì 5V, bạn cần lấy 10, chỉ cần tháo bóng bán dẫn VT1 và mọi thứ được kết nối với nó, và thay vào đó bật diode zener với điện áp ổn định 5V. Đương nhiên, diode zener được bật theo hướng không dẫn điện: cực dương được kết nối với bus công suất âm và cực âm được kết nối với cực ổn định 8 (2).

Việc đánh số các kết luận của trường hợp ba chân như trong Hình 3 là đáng chú ý, cụ thể là: 17, 8, 2! Nó đến từ đâu, ai phát minh ra nó, không rõ ràng. Có lẽ đây lại là mưu mô của các nhà phát triển của chúng tôi, do đó họ sẽ không đoán được! Nhưng một pinout như vậy được sử dụng, và người ta phải đưa ra nó.

Sau khi các chất ổn định tích phân đã được xem xét, có thể tiến hành sản xuất các bộ nguồn dựa trên chúng. Để làm điều này, bạn chỉ cần tìm một máy biến áp phù hợp, bổ sung nó bằng một cầu diode với một tụ điện điện phân và lắp ráp tất cả trong một trường hợp phù hợp.

Phòng thí nghiệm cung cấp điện

Bắt đầu phát triển nguồn cung cấp năng lượng trong phòng thí nghiệm, bạn nên quyết định dựa trên cơ sở nguyên tố của nó, hoặc, khá đơn giản, chúng ta sẽ làm gì từ nó. Cách dễ nhất là lắp ráp bộ phận mong muốn trên chip LT317A hoặc bộ tương tự KR142EN12A (B) tương tự trong nước - bộ ổn định điện áp có thể điều chỉnh.

Chúng ta hãy quay lại Hình 2. Nó chỉ ra rằng phạm vi điều chỉnh điện áp là 1,25 ... 25V. Giá trị tối đa cho phép của tham số này lên tới 1,25 ... 37V, với điện áp đầu vào là 45V. Đây là điện áp tối đa cho phép, vì vậy tốt hơn là giới hạn bản thân trong phạm vi điều chỉnh 25 volt.

Tốt hơn là không theo đuổi dòng điện tối đa (1.5A), vì vậy chúng tôi sẽ tiến hành tính toán ít nhất một ampere, chính xác là 75%. Rốt cuộc, biên độ an toàn phải luôn luôn là. Do đó, để cung cấp năng lượng như vậy, bạn sẽ cần chỉnh lưu với điện áp ít nhất 30 ... 33V và dòng điện lên tới 1A.

Cmạch chỉnh lưu được chỉ ra trong Hình 4. Trong trường hợp mức tiêu thụ hiện tại nhiều hơn một ampe, bộ ổn định cần được bổ sung các bóng bán dẫn mạnh bên ngoài. Nhưng đây là một kế hoạch khác.

Hình 4. Mạch chỉnh lưu

Tính toán chỉnh lưu và biến áp

Trước hết, nên chọn điốt cầu chỉnh lưu, dòng điện trực tiếp của chúng cũng phải ít nhất là 1A, và sẽ tốt hơn nếu ít nhất 2A trở lên. Ở đây, điốt 1N5408 với dòng điện trực tiếp là 3A và điện áp ngược 1000V là khá phù hợp. Điốt KD226 trong nước với bất kỳ chỉ số chữ cái cũng phù hợp.

Tụ điện phân của bộ lọc cũng có thể được chọn một cách đơn giản bằng các khuyến nghị thực tế: cho mỗi ampe của dòng điện đầu ra, một nghìn microfarad. Nếu chúng ta lập kế hoạch dòng điện không quá 1A, thì một tụ điện có công suất 1000 SiêuF là phù hợp.Các tụ điện, không giống như các tụ gốm, không chịu được điện áp tăng, do đó, điện áp hoạt động của chúng, phải cao hơn điện áp thực trong mạch này, luôn luôn được chỉ định trong các mạch.

Đối với nguồn cung cấp được thiết kế, cần có tụ điện 1000 DẠNG * 50V. Sẽ không có gì xấu xảy ra nếu tụ không phải 1000, mà là 1500 ... 2000. Bản thân bộ chỉnh lưu đã được thiết kế. Bây giờ, như họ nói, vấn đề là nhỏ: vẫn còn để tính toán máy biến áp.

Trước hết, bạn nên xác định sức mạnh của máy biến áp. Điều này được thực hiện có tính đến sức tải. Nếu dòng điện đầu ra của bộ ổn định là 1A và điện áp đầu vào của bộ ổn định là 32V, thì công suất tiêu thụ từ cuộn dây thứ cấp của máy biến áp là P = U * I = 32 * 1 = 32W.

Máy biến áp nào sẽ được yêu cầu với công suất mạch thứ cấp như vậy? Tất cả phụ thuộc vào hiệu suất của máy biến áp, công suất tổng thể càng lớn thì hiệu quả càng cao. Chất lượng và thiết kế của sắt biến áp cũng ảnh hưởng đến thông số này. Bảng hiển thị trong Hình 5 sẽ giúp xác định khoảng câu hỏi này.

Hình 5

Để tìm ra công suất tổng thể của máy biến áp, công suất trong cuộn dây thứ cấp phải được chia cho hiệu suất của máy biến áp. Giả sử rằng chúng ta có một máy biến áp thông thường với bàn ủi hình chữ W, được chỉ định trong bảng dưới dạng tem bọc thép. Công suất ước tính của nguồn cung cấp được thiết kế là 32W, sau đó công suất của máy biến áp là 32 / 0,8 = 40W.

Như đã viết ở trên, để cung cấp điện phát triển đòi hỏi điện áp không đổi 30 ... 33V. Khi đó điện áp của cuộn dây thứ cấp của máy biến áp sẽ là 33 / 1.41 = 23.404V.

Điều này cho phép bạn chọn một máy biến áp tiêu chuẩn có điện áp của cuộn dây thứ cấp ở mức nhàn rỗi 24V.

Để không làm phức tạp các tính toán, điện áp rơi trên các điốt cầu và điện trở thứ cấp của cuộn thứ cấp không được tính đến ở đây. Điều đó đủ để nói rằng ở dòng điện 1A, đường kính của dây thứ cấp thường được lấy ít nhất 0,6 mm.

Một máy biến áp như vậy có thể được chọn từ các máy biến áp hợp nhất của dòng CCI. Công suất của máy biến áp có thể hơn 40W, điều này sẽ chỉ cải thiện độ tin cậy của nguồn cung cấp, mặc dù nó sẽ tăng nhẹ trọng lượng của nó. Nếu không thể mua CCI máy biến áp, thì bạn có thể chỉ cần tua lại cuộn dây thứ cấp của máy biến áp có công suất phù hợp.

Nếu cần một nguồn cung cấp điện có thể điều chỉnh lưỡng cực, nó có thể được lắp ráp theo mạch như trong Hình 6. Đối với điều này, sẽ cần một bộ điều chỉnh điện áp âm KR142EN18A hoặc LM337. Mạch bao gồm của nó rất giống với KR142EN12A.

Hình 6. Sơ đồ cung cấp điện lưỡng cực

Một điều khá rõ ràng là sẽ cần một bộ chỉnh lưu lưỡng cực để cấp nguồn cho bộ ổn định như vậy. Điều này được thực hiện dễ dàng nhất trên máy biến áp có điểm giữa và cầu diode, như trong Hình 7.

Hình 7. Sơ đồ của bộ chỉnh lưu lưỡng cực

Thiết kế của nguồn cung cấp là tùy ý. Bản thân bộ chỉnh lưu và bảng ổn định có thể được lắp ráp trên các bảng riêng biệt hoặc trên một. Microcircuits nên được cài đặt trên bộ tản nhiệt có diện tích ít nhất 100 cm vuông. Nếu bạn muốn giảm kích thước của bộ tản nhiệt, bạn có thể sử dụng làm mát cưỡng bức với sự trợ giúp của các bộ làm mát máy tính nhỏ, hiện đang có rất nhiều sản phẩm được bán.

Một mạch chuyển đổi ổn định được cải thiện một chút được hiển thị trong Hình 8.

Hình 8 Mạch chuyển mạch điển hình KR142EN12A

Điốt bảo vệ VD1, VD2 loại 1N4007 được thiết kế để bảo vệ vi mạch khỏi sự cố trong trường hợp khi điện áp đầu ra vượt quá điện áp đầu vào. Tình huống này có thể xảy ra khi bạn tắt chip. Do đó, điện dung của tụ điện điện phân C2 không được lớn hơn điện dung của tụ điện điện phân ở đầu ra của cầu diode.

Các tụ Cadj được kết nối với thiết bị đầu cuối điều khiển làm giảm đáng kể gợn ở đầu ra của bộ ổn định. Công suất của nó thường là vài chục microfarad.

Trong thiết kế của bộ nguồn, mong muốn cung cấp một vôn kế và ampe kế tích hợp, tốt nhất là điện tử, được bán trong các cửa hàng trực tuyến. Đó chỉ là giá họ cắn, vì vậy ban đầu, tốt hơn là không có chúng, và đặt điện áp cần thiết với một vạn năng.

Boris Aladyshkin