Aquest subministrament polivalent genera fins a 2,5 amperes de zero a 20 volts o fins a 1,25 amperes de 0 a 40 volts. La limitació de corrent és variable dins de tot l’interval de les opcions de sortida.
A càrrec de Trupti Patil
Especificacions principals de la font d'alimentació:
UNA FONT D'ALIMENTACIÓ IDEAL ha de proporcionar una tensió variable dins d'un ampli rang i que es mantingui en la tensió configurada, independentment de la tensió de línia o de les disparitats de càrrega.
El subministrament també ha de ser protegit contra un curtcircuit durant tota la seva sortida i ha de poder restringir el corrent de càrrega per garantir que els dispositius no es danyin per circumstàncies fallides.
Aquest projecte en particular explica una font d'alimentació dissenyada per proporcionar 2,5 amperes fins a 18 volts (fins a 20 volts a corrents més baixos). Al mateix temps, algunes modificacions bàsiques faran que l'oferta subministri fins a 40 volts a 1,25 amperes.
La tensió d’alimentació es pot ajustar entre zero i ‘la màxima disponible, i la limitació de corrent també es pot ajustar a tot el rang estipulat. El mode de funcionament de la font d'alimentació s'indica mitjançant dos LEDs.
El que hi ha a prop del comandament de control de tensió mostra si la unitat està en un paràmetre normal de regulació de voltatge i el proper al comandament de límit de corrent mostra si la unitat està en mode límit de corrent. A més, un mesurador gran mostra la sortida de corrent o tensió seleccionada per un commutador.
CARACTERÍSTIQUES DEL DISSENY
Mentre que en les nostres fases preliminars de disseny, vam investigar diferents tipus de reguladors i els aspectes positius i els inconvenients de cadascun per poder escollir el que proporciona la màxima funcionalitat rendible. Les estratègies específiques i les seves característiques es podrien resumir de la següent manera.
El regulador de derivació:
Aquest disseny funcionaria principalment per a fonts d’alimentació baixa d’uns 10 a 15 watts. Ofereix una regulació excel·lent i és resistent a curtcircuits interns, però dissipa tot el volum de potència que està equipat per manejar en condicions de no càrrega.
El regulador de la sèrie.
Aquest regulador s'adapta a fonts d'alimentació mitjana d'aproximadament uns 50 watts.
Pot i està pensat per a fonts d’alimentació més elevades, tot i que la dissipació de calor podria ser un problema, especialment a corrents molt elevats amb baixos voltatges de sortida.
Regulació excel·lent, en general hi ha un soroll de sortida menor i el cost és relativament mínim.
Regulador SRC:
Ideal per a propòsits de potència mitjana a alta, aquest regulador proporciona una baixa dissipació de potència, tot i que l’ondulació de sortida i el temps de resposta no són tan bons com els d’un regulador de sèrie.
Pre-regulador SCR i regulador de sèrie.
Les millors característiques dels reguladors SCR i de la sèrie s’uneixen a aquest tipus de circuit d’alimentació que s’utilitza per a aplicacions de potència mitjana a alta. S'utilitza un pre-regulador SCR per assegurar un subministrament aproximadament regulat al voltant de cinc volts més del recomanat, acompanyat d'un regulador de sèrie adequat.
Això disminueix la pèrdua de potència al regulador de la sèrie. Tot i això, és molt més costós construir-lo.
Regulador de commutació.
Aplicada també per a aplicacions de potència mitjana a alta, aquesta tècnica proporciona una regulació assequible i una baixa dissipació de potència en el regulador, tot i que és costosa de construir i posseeix una ondulació d’alta freqüència a la sortida.
Alimentació en mode de commutació.
La tècnica més exitosa de totes, aquest regulador rectifica la xarxa elèctrica per fer funcionar un inversor a 20 kHz o fins i tot més. Per reduir o augmentar la tensió, s’utilitza habitualment un transformador de ferrita de baix cost, la sortida del qual es rectifica i es filtra per obtenir la sortida de CC preferida.
La regulació de la línia és molt bona, però segurament té l’inconvenient que no es pot aplicar convenientment com a font variable, ja que només es pot adaptar en un rang relativament més petit.
EL NOSTRE PROPI DISSENY
El nostre principi inicial de disseny havia estat per a una font d'alimentació d'uns 20 volts a una sortida de 5 a 10 amperes.
Dit això, a la llum de les varietats de reguladors fàcilment disponibles, així com dels costos, es va optar per limitar el corrent a uns 2,5 amperes.
Aquest enfocament ens va ajudar a emprar un regulador de la sèrie, el model més rendible. Calia una bona regulació, juntament amb una característica de limitació de corrent ajustable, a més es va escollir que la font d'alimentació podria funcionar fins a pràcticament zero volts.
Per obtenir la qualificació final és imprescindible un rail d’alimentació negatiu o un comparador que pugui funcionar amb les seves entrades a zero volts. A diferència d’utilitzar un rail de subministrament negatiu, vam prendre la decisió de treballar amb un amplificador operatiu CA3l30 IC com a comparador.
El CA3l 30 necessita una alimentació única (màxim 15 volts) i, al principi, vam fer servir una resistència i un zener de 2 volts per obtenir un subministrament de 12 volts. El voltatge de referència s'havia creat a partir d'aquest subministrament zener per una resistència més i un zener de 5 volts.
Es creia que això hauria presentat una regulació adequada per a la tensió de referència, tot i que pràcticament es va identificar que la sortida del rectificador canviava de 21 a 29 volts més alguns dels canvis de tensió i ondulació que es van produir al zener de 12 volts, com a resultat, va acabar es reflecteix en la referència zener de 5 volts.
Per aquest motiu, el zener de 12 volts ha estat substituït per un regulador de lC que va solucionar el problema.
Amb tots els reguladors de sèrie, el transistor de sortida en sèrie a partir de les característiques del disseny hauria de dissipar molta energia, sobretot en baixa tensió de sortida i corrent elevat. Per a aquest factor, un dissipador de calor respectable és una part important de l'estructura.
Els dissipadors de calor industrials són increïblement costosos i sovint són difícils de fixar. Com a resultat, vam crear el nostre propi dissipador de calor que no només era més assequible, sinó que funcionava molt millor que la variació comercial que havíem estat pensant: era més fàcil de fixar.
No obstant això, a plena càrrega, el dissipador de calor continua funcionant calent, igual que el transformador. i en circumstàncies de baixa tensió de corrent elevat, el transistor podria arribar a ser massa espurnejant per tocar-lo.
Això és bastant normal, ja que el transistor en aquestes situacions continua funcionant dins del seu rang de temperatura seleccionat.
Juntament amb qualsevol subministrament extremadament regulat, la constància podria ser una dificultat. Per aquest motiu, s’inclouen el mode d’operació de regulació del voltatge, els condensadors C5 i C7 per minimitzar el guany del bucle en altes freqüències i, per tant, evitar que l’alimentació oscil·li.
S'ha escollit el valor de C5 per escatimar idealment entre l'estabilitat i el període de reacció. Quan el valor de C5 és massa baix, augmenta la velocitat de reacció.
No obstant això, existeix una major possibilitat de manca d'estabilitat. Si augmenta indegudament el temps de reacció excessiu. En el mode límit de corrent, la funcionalitat idèntica es completa amb C4 i s’implementen exactament les mateixes opinions que per a l’escenari de tensió.
Com que la font d'alimentació té una capacitat de sortida de corrent relativament alta, pot haver-hi, sens dubte, alguna caiguda de tensió sobre el cablejat als terminals de sortida, cosa que es compensa detectant la tensió als terminals de sortida a través d'un conjunt independent de cables.
Tot i que el subministrament es va fer principalment per 20 volts a 2,5 amperes, es va acabar recomanant que el mateix subministrament es pugui acostumar a subministrar 40 volts a 1,25 amperes i que això sigui més adequat per a molts usuaris finals.
Això es podria aconseguir modificant la configuració del rectificador i alterant alguns components. Es va donar alguna idea a la creació del subministrament commutable, tot i que les complexitats i el preu addicionals eren d'una manera que es va ignorar per ser avantatjós.
Per tant, bàsicament heu de triar una configuració que s’adapti a la vostra demanda i construir l’oferta segons sigui necessari.
La tensió màxima regulada accessible està restringida possiblement per la reduïda tensió d’entrada al regulador (amb més de 18 volts i 2,5 amperes) o potser per la relació R14 / R15 i pel valor de la tensió de referència. (Sortida = R14 + R15 / R15) V ref
A causa de la tolerància de ZD1, els 20 volts (o 40 volts) complets probablement no són accessibles. Si s’identifica com una situació, R14 s’ha d’incrementar fins al valor afavorit posterior.
S'han donat potenciòmetres de gir únic per als controls de tensió i corrent, ja que són assequibles. Tanmateix, si es necessita un ajustament precís del voltatge o control de corrent, s’han d’aplicar potenciòmetres de deu girs com a substitut.
COM FUNCIONA
La xarxa elèctrica de 240 volts es redueix a 40 Vac a través del transformador i, segons el qual s’ha desenvolupat l’alimentació, es rectifica a 25 o 5 Vcc.
Aquest voltatge és realment moderat, ja que el voltatge real serà diferent entre 29 volts (58 volts) en càrrega a 21 volts (42 volts) a plena càrrega.
En tots dos casos s’utilitzen condensadors de filtre idèntics. Aquests s’uneixen en paral·lel per a la vostra variant de 25 volts (5000uF) i en sèries destinades al model de 50 volts (1250uF). En el model de 50 volts, l’aixeta central del transformador s’acoblarà a l’aixeta central dels condensadors, garantint així una tensió precisa. compartint entre els condensadors. Aquesta configuració ofereix a més un subministrament de 25 volts al regulador lC.
El regulador de tensió és essencialment un tipus de sèrie en què la impedància del transistor de sèrie es regeix de manera que aquest voltatge al llarg de la càrrega es mantingui constant al valor predeterminat.
El transistor Q4 dissipa una gran quantitat de potència, especialment a baixos voltatges de sortida i corrent elevat, per la qual cosa s’instal·la al dissipador de calor a la part posterior del producte.
El transistor Q3 aporta el guany actual a Q4, la col·laboració funciona com un transistor PNP d’alta potència i d’alt guany. Els 25 volts es redueixen a 12 volts mitjançant el regulador de circuits integrats ICI. Aquest voltatge s’utilitza habitualment com a tensió d’alimentació per als CA3130 lCs i també es redueix a 5,1 volts mitjançant el díode zener ZDI per utilitzar-lo com a tensió de referència.
La regulació de la tensió la realitza lC3 que examina la tensió determinada per RV3 (O a 5,1 'volts) amb la tensió de sortida dividida per R14 i R15. El divisor proporciona una divisió de 4,2 (O a 21 volts) o vuit (0 a 40 volts).
D'altra banda, a la gamma alta, la tensió obtinguda es limita al punt que el regulador aconsegueix perdre el control a un corrent elevat, ja que la tensió a través del condensador del filtre arriba a la tensió de sortida i també es pot trobar una ondulació de 100 Hz. La sortida de l'IC3 regula el transistor Q2 que posteriorment controla el transistor de sortida de manera que la tensió de sortida continuï essent consistent independentment de les disparitats de línia i càrrega. La referència de 5,1 volts s’ofereix a l’emissor de Q2 a Q1.
Aquest transistor és en realitat una etapa de memòria intermèdia per contrarestar la càrrega de la línia de 5,1 volts. El control de corrent el realitza IC2 que analitza la tensió determinada per -RV1 (O a 0,55 volts) mitjançant la tensió creada al voltant de R7 pel corrent de càrrega.
Si a RV1 es defineix 0,25 volts i el corrent pres del subministrament és petit, la sortida de l'IC2 serà a prop de 12 volts. Això fa que el LED 2 s’encengui, ja que l’emissor de Q1 està a 5,7 volts.
En conseqüència, aquest LED significa que aquest subministrament funciona dins del mode regulador de tensió. Si tanmateix, el corrent impulsat s'eleva de manera que el voltatge al voltant de R7 sigui poc superior a 0,25 volts (a la nostra il·lustració) la sortida d'IC2 pot caure. Una vegada que la sortida de l'IC2 cau per sota d'uns 4 volts, Q2 comença a apagar-se mitjançant els LED 3 i D5. El resultat d'això seria minimitzar la tensió de sortida per tal que la tensió de tota R7 no pugui augmentar més.
Tot i que això té lloc, el comparador de tensió IC3 intenta contrarestar el problema i la seva sortida s’eleva a 12 volts. A continuació, IC2 consumeix més corrent per compensar-lo i aquest corrent provoca el LED 3 fins a la il·luminació, la qual cosa implica que el subministrament funciona en mode límit de corrent.
Per assegurar una regulació precisa, els terminals de detecció de tensió es lliuren als punts de sortida independentment dels que transporten el corrent de càrrega. El mesurador inclou un moviment d’un miliamper i llegeix el voltatge de sortida (immediatament al llarg dels terminals de sortida) o el corrent (mitjançant la “mesura de la tensió al voltant de R7) segons l’opció del commutador del tauler frontal SV2
Disposició de PCB per al circuit d'alimentació de 40V
CONSTRUCCIÓ
S'ha d'utilitzar la disposició de PCB suggerida per a aquest circuit d'alimentació variable de 0-40V, ja que la construcció s'està simplificant enormement.
Els components s’han d’ajuntar a la placa assegurant-se que les polaritats dels díodes, transistors, lC i electrolítics són adequades. El BDl40 (Q3) s’ha d’instal·lar de manera que el costat que utilitza la superfície metàl·lica s’enfronti en la direcció de lCl. S'ha de fixar un petit dissipador de calor al transistor tal com es mostra a la imatge.
Si s’utilitza la metal·lúrgia segons es detalla seguint la disposició del muntatge.
a) Uniu el tauler frontal a la part frontal de l'estructura i fixeu-los entre si ajustant el comptador.
b) Fixeu els terminals de sortida, els potenciòmetres i el commutador de comptador al tauler frontal.
c) Els càtodes dels LED (que hem aplicat) havien estat designats per una osca dins del cos que no es podia notar mentre els LED s’instal·laven al tauler frontal.
Si això sona a la vostra situació, reduïu els terminals del càtode una mica més petits per reconèixer-los després de la instal·lació dels LED.
d) Les longituds de soldadura de filferro (al voltant de 180 mm de llargada) als terminals de 240 volts del transformador, aïllen els terminals amb cinta adhesiva després de fixar el transformador al seu lloc dins del marc.
f) Munteu el cable de xarxa i el clip de cable. connecteu l'interruptor d'alimentació, aïlleu els terminals i, a continuació, fixeu l'interruptor al tauler frontal.
g) Fixeu el dissipador de calor i enrosqueu-lo a la part posterior de l'estructura mitjançant un parell de cargols; després instal·leu el transistor de potència utilitzant rentadores d'aïllament i greix de silici.
h) Instal·leu el PCB muntat a l'estructura utilitzant separadors de 10 mm.
i) Connecteu el transformador secundari, els díodes rectificadors i els condensadors del filtre. Els cables del díode són prou rígids com per no voler cap suport addicional.
j) El cablejat que implica la placa i els commutadors ara pot entrar en connectar punts amb lletres coincidents al diagrama del panell frontal i als diagrames de superposició de components. L'únic establiment necessari seria calibrar el comptador. Connecteu un voltímetre genuí al control de sortida de la font d'alimentació de manera que el comptador extern desxifri 1 5 volts (o 30 volts a la configuració alternativa).
Llista de peces per al circuit de subministrament d’alimentació de 40 V 2 amp
Anterior: 3 circuits d’alimentació ajustables d’IC de 220V d’estat sòlid Següent: 2 circuits compactes de 12 V 2 ampers SMPS per a controladors LED
