Блок питания своими руками с регулировкой тока и напряжения схема: регулируемый, лабораторный трансформаторный, импульсный, на 12В и 5А, на 24В и 10А, линейный регулятор, печатная плата, стабилизированный на одном транзисторе

Простой блок питания с регулировкой напряжения и тока. — Радиомастер инфо

12.12.201903.12.2019 от admin

Довольно распространенная схема такого блока питания выполнена на двух транзисторах, силовом p-n-p КТ818 и усилителе КТ815. Схема для начинающих и они часто задают вопрос, можно ли выполнить эту схему на более распространенном силовом n-p-n транзисторе. Сделать можно, результаты даже лучше, чем на КТ818. О том, как это сделать рассказано в этой статье.

Для начала приведу, базовую, назовем ее так, схему простого блока питания на силовом p-n-p транзисторе КТ818.

Схема простого блока питания состоит из понижающего трансформатора Tr1, двухполупериодного выпрямителя на четырех диодах 1N4007, конденсатора фильтра С1, резистора R1, ограничивающего ток стабилитрона VD1, регулятора напряжения R4, усилителя на Т2, силового транзистора Т1, цепи регулировки тока R5 с ограничителем R2, диода развязки тока базы Т2 и резистора, повышающего стабильность работы схемы при разных токах нагрузки R3.

Максимальное выходное напряжение определяется напряжением вторичной обмотки трансформатора, рабочим напряжением стабилитрона VD1, допустимым напряжением транзисторов Т1 и Т2.

Максимальный ток нагрузки определяется мощностью трансформатора Tr1, соответственно диаметром провода вторичной обмотки, током диодов выпрямителя, максимальным током К-Э транзистора Т1, его коэффициентом усиления и как следствие, его током базы и параметрами транзистора Т2, который должен увеличить малый ток от стабилитрона до необходимого значения тока базы силового транзистора Т1, иначе Т1 полностью не откроется и на выходе не будет увеличения напряжения и тока при повороте соответствующих регуляторов (R4, R5).

Учитывая изложенный выше принцип работы схемы, был изготовлен вариант на силовом транзисторе n-p-n по следующей схеме.

В качестве транзисторов были опробованы несколько вариантов:

Т1 – КТ819, КТ805, КТ829, КТ8109, КТ8101

Т2 – КТ814, КТ816, КТ973

Сочетания транзисторов использовались разные. Наилучшие результаты получены на транзисторах Т1 КТ805БМ и Т2 КТ814В1.

Вот как выглядят детали, примененные в этой схеме:

Диапазон регулировки напряжения и тока самый широкий, падение напряжения на силовом транзисторе Т1 самое низкое и соответственно его нагрев меньше.

Что еще важно учитывать при изготовлении этой, и других подобных схем линейных стабилизаторов.

1. Так как все лишнее напряжение падает на силовом транзисторе Т1, он греется. Больше всего он греется при больших тока и низких напряжениях на выходе. Например, при входном напряжении 16В, выходном 5В и токе 2А на транзисторе Т1 будет падать напряжение 11В. При токе 2А мощность, рассеиваемая на этом транзисторе будет равна 2А х 11В = 22Вт. При приблизительной оценке площади радиатора для Т1 получаем значение более 400 см кв. Это пластина 20х20 см или ребристый радиатор с такой же площадью охлаждения.

2. Это понижает КПД устройства и делает его применение невыгодным при больших мощностях. Самый простой выход для повышения КПД, подобрать трансформатор с отводами на вторичной обмотке и поставить переключатель. В таком случае при нужном напряжении на выходе 5В на входе можно установить 7В. В этом случае, при том же токе 2А, на транзисторе Т1 будет рассеиваться мощность 4Вт. Это более чем в 4 раза меньше, чем в предыдущем случае.
3. Схема простого блока питания не имеет эффективной защиты от короткого замыкания в нагрузке и при неблагоприятных ситуациях (большом токе и нагретом Т1) силовой транзистор Т1 может выйти из строя.
4. Вывод. Данная схема удобна при использовании для токов в нагрузке до 1А. Наиболее рациональным в этом случае является изготовление металлического корпуса для блока питания и использования его в качестве радиатора для транзистора Т1. Главное достоинство – простота, отсутствие дефицитных деталей, а также плавная регулировка напряжения и тока делает схему привлекательной.

Материал статьи продублирован на видео:

как сделать своими руками пошагово

Автор Vladimir На чтение 4 мин. Просмотров 7.4k. Опубликовано 17.03.2020

Занимаясь проектированием и конструированием различных электронных схем, не обойтись без надежного блока питания с регулируемым напряжением. Сегодня предлагаются различные конструкции: как сложные, так и простые. Узнайте, как сделать блок питания от 0 до 30 В на 10 ампер своими руками по пошаговым инструкциям со схемами и фото-примерами процесса сборки.

Содержание

1. Варианты БП для самостоятельного монтажа
2. Простой БП 0-30 В
3. Мощный импульсный БП
4. На Ардуино

Блок питания выбирают исходя из того, какие схемы предполагается им запитывать. Если это устройства с низким потреблением тока, то и БП не обязательно делать мощный: вполне можно обойтись источником с током на 5 ампер. Рассмотрим несколько вариантов схем, а также узнаем, как собирать самодельные блоки питания.

Простой БП 0-30 В

Одна из несложных схем источника питания с регулировкой выходного напряжения приводится на схеме.

Устройство выполнено всего на трех транзисторах и отличается высокой точностью напряжения на выходе, благодаря использованию компенсационной стабилизации, а также применением недорогих элементов.

Изделие собирается на печатной плате и после монтажа практически сразу начинает функционировать. Главное — подобрать стабилитрон, который должен соответствовать максимальному напряжению на выходе.

Для корпуса подойдет любой пластиковый или металлический короб, который окажется под рукой, например, от компьютерного БП.

В такой корпус без проблем поместится трансформатор на 100 Вт и печатная плата. Имеющийся вентилятор можно оставить, подключив в разрыв его питания сопротивление для снижения оборотов.

Для измерения потребляемого нагрузкой тока задействуем стрелочный амперметр, устанавливая его на переднюю панель из пластиковой коробки.

Вольтметр можно использовать цифровой.

Завершив монтаж, проверяем выходное напряжение, изменяя положение переменного резистора.

Минимальное значение должно быть около нуля, максимальное – 30 В. Подсоединив нагрузку около 0,5 А, проверяем просадку напряжения на выходе – она должна быть минимальной.

Читайте также: УНЧ на транзисторах своими руками

Мощный импульсный БП

Рассмотрим схему блока питания с регулировкой по току и напряжению. Такие устройства иногда еще называют лабораторными, поскольку они подходят не только для запитки электронных схем, но и для зарядки АКБ.

Этот БП обеспечивает регулировку напряжения в диапазоне 0-30 В и тока 0-10 А. Источник можно разделить на три части:

1. Внутренняя схема питания, состоящая из источника напряжения на 12 В, и ток минимум 300 мА. Назначение этого источника – запитка схемы БП.
2. Блок управления. Выполнен на микросхеме TL494 с простым драйвером. Резистор R4 позволяет регулировать максимальный порог напряжения, R2 – ток.
3. Силовая часть. Большую часть схемы можно задействовать из старого компьютерного блока питания. Для намотки трансформатора управления подойдет ферритовое кольцо R16*10*4,5, на котором наматывают провод МГТФ 0.07 мм² в количестве 30 витков одновременно в 3 провода. L1 мотают на кольце от того же БП, удалив старую обмотку и намотав медный провод диаметром 2 мм и длиной 2 м. Для L2 подойдет дроссель на ферритовом стержне.

[alert]Чтобы получить выходное напряжение 30 В, вторичную обмотку силового трансформатора нужно перемотать, увеличив количество витков.[/alert]

Для размещения элементов схемы изготавливают печатную плату.

Если сборка выполнена правильно, блок питания начинает работать сразу. Чтобы была возможность управлять вентилятором по температуре, можно собрать простую схему на lm317.

На Ардуино

Радиолюбители с опытом иногда собирают блоки питания под управлением Ардуино. Таким образом удается создать контролируемый источник питания с такими режимами: может “отдыхать”, функционировать в режиме экономии либо работать на ток в 10 А и разное выходное напряжение, если это требуется.

«Умный» блок питания представлен на схеме.

Для запитки микропроцессора ATmega задействуется импульсный стабилизатор. Благодаря наличию постоянного и стабилизированного напряжения 5 В блок питания можно оснастить разъемом USB, что позволит подзаряжать какие-либо устройства.

Печатную плату можно сделать по образцу.

Внешний вид устройства и внутреннее расположение компонентов представлены на фото.

Читайте также: Мощный отпугиватель собак своими руками

Блок питания от 0 до 30 В на 10 ампер можно собрать своими руками по любой из представленных схем, а как именно сделать такое устройство, пошагово рассмотрено в инструкциях с фото-примерами. Для сборки простого источника питания потребуются начальные значения в области радиоэлектроники, умение обращаться с паяльником и минимальный перечень радиокомпонентов.

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=LgUN7lH_x6g[/youtube]

Как собрать собственный блок питания » maxEmbedded

Этот пост был написан Вишвамом, фанатом электроники и потрясающим гитаристом. Он является основным членом roboVITics. Не забудьте поделиться своим мнением после прочтения!

Источник питания — это устройство, которое подает точное напряжение на другое устройство в соответствии с его потребностями.

Сегодня на рынке доступно множество источников питания, таких как регулируемые, нерегулируемые, переменные и т. д., и решение о выборе правильного полностью зависит от того, с каким устройством вы пытаетесь работать с источником питания. Источники питания, часто называемые адаптерами питания или просто адаптерами, доступны с различными напряжениями, с различной силой тока, что является ничем иным, как максимальной способностью источника питания подавать ток на нагрузку (нагрузка — это устройство, которое вы пытаетесь подавать). власть до).

Можно было бы спросить себя, «Почему я делаю это сам, когда это доступно на рынке?» Ответ таков — даже если вы его купите, через какое-то время он обязательно перестанет работать (и поверьте мне, блоки питания перестают работать без каких-либо предварительных показаний, сегодня они будут работать, а завтра просто перестанут работать). прекрати работать!). Таким образом, если вы создадите его самостоятельно, вы всегда будете знать, как его отремонтировать, так как вы будете точно знать, какой компонент / часть схемы что делает. А дальше, знание того, как построить один, позволит вам отремонтировать уже купленные, не тратя деньги на новый.

1. Медные провода с допустимой нагрузкой по току не менее 1 А для сети переменного тока
2. Понижающий трансформатор
3. 1N4007 Кремнеземные диоды (×4)
4. Конденсатор 1000 мкФ
5. Конденсатор 10 мкФ
6. Регулятор напряжения (78XX) (XX — требуемое выходное напряжение. Я объясню эту концепцию позже)
7. Паяльник
8. Припой
9. Печатная плата общего назначения
10. Гнездо адаптера (для подачи выходного напряжения на устройство с определенной розеткой)
11. 2-контактный штекер

Дополнительно

1. Светодиод (для индикации)
2. Резистор (Значение поясняется позже)
3. Радиатор для регулятора напряжения (для более высоких выходных токов)
4. Переключатель SPST

Трансформаторы

Трансформаторы представляют собой устройства, которые понижают относительно более высокое входное напряжение переменного тока до более низкого выходного переменного напряжения. Найти входные и выходные клеммы трансформатора очень сложно. Обратитесь к следующему рисунку или к Интернету, чтобы понять, где что находится.

Клеммы ввода-вывода трансформатора

В основном трансформатор имеет две стороны, где заканчивается обмотка катушки внутри трансформатора. На обоих концах по два провода (если только вы не используете трансформатор с отводом от середины для двухполупериодного выпрямления). На трансформаторе с одной стороны будет три клеммы, а с другой — две. Тот, у которого три клеммы, является пониженным выходом трансформатора, а тот, у которого две клеммы, предназначен для подачи входного напряжения.

Регуляторы напряжения

Регуляторы напряжения серии 78XX широко используются во всем мире. XX обозначает напряжение, которое регулятор будет регулировать как выходное, исходя из входного напряжения. Например, 7805 будет регулировать напряжение до 5В. Точно так же 7812 будет регулировать напряжение до 12В. При работе с этими регуляторами напряжения следует помнить, что им требуется как минимум на 2 вольта больше, чем их выходное напряжение в качестве входного. Например, 7805 потребуется не менее 7 В, а 7812 — не менее 14 В в качестве входов. Это избыточное напряжение, которое необходимо подать на регуляторы напряжения, называется Напряжение отключения .

ПРИМЕЧАНИЕ: Входной контакт обозначен как «1», заземление — как «2», а выход — как «3».

Схема регулятора напряжения

Диодный мост

Мостовой выпрямитель состоит из сборки четырех обычных диодов, с помощью которых мы можем преобразовывать переменное напряжение в постоянное. Установлено, что это лучшая модель для преобразования переменного тока в постоянный по сравнению с двухполупериодными и двухполупериодными выпрямителями. Вы можете использовать любую модель, которую хотите, но я использую ее для повышения эффективности (если вы используете модель двухполупериодного выпрямителя, вам понадобится трансформатор с центральным отводом, и вы сможете использовать только половину мощности). преобразованное напряжение).

Следует отметить, что диоды падают примерно на 0,7 В каждый при прямом смещении. Таким образом, при мостовом выпрямлении мы падаем на 1,4 В, потому что в один момент времени два диода проводят ток, и каждый падает на 0,7 В. В случае двухполупериодного выпрямителя будет падать только 0,7 В.

Так как же эта капля повлияет на нас? Что ж, это пригодится при выборе правильного понижающего напряжения для трансформатора. Видите ли, нашему регулятору напряжения нужно на 2 Вольта больше, чем его выходное напряжение. Для пояснения предположим, что мы делаем адаптер на 12 В. Таким образом, регулятору напряжения требуется не менее 14 вольт на входе. Таким образом, выход диодов (который идет на регулятор напряжения) должен быть больше или равен 14 Вольтам. Теперь о входном напряжении диодов. В сумме они упадут на 1,4 Вольта, поэтому входное напряжение на них должно быть больше или равно 14,0 + 1,4 = 15,4 Вольта. Поэтому я бы, вероятно, использовал для этого понижающий трансформатор от 220 до 18 вольт.

Таким образом, понижающее напряжение трансформатора должно быть по крайней мере на 3,4 В больше, чем требуемое выходное напряжение источника питания.

Схема и иллюстрация диода

Цепь фильтра

Мы фильтруем как вход, так и выход регулятора напряжения, чтобы получить как можно более плавное напряжение постоянного тока от нашего адаптера, для которого мы используем конденсаторы. Конденсаторы — это самые простые доступные фильтры тока, они пропускают переменный ток и блокируют постоянный, поэтому они используются параллельно с выходом. Кроме того, если на входе или выходе есть пульсации, конденсатор выпрямляет их, разряжая накопленный в нем заряд.

Схема и иллюстрация конденсатора

Вот принципиальная схема источника питания:

Принципиальная схема

Как это работает

Сеть переменного тока подается на трансформатор, который понижает 230 вольт до желаемого напряжения . Мостовой выпрямитель следует за трансформатором, таким образом, преобразуя переменное напряжение в постоянное на выходе и через фильтрующий конденсатор подает его непосредственно на вход (вывод 1) регулятора напряжения. Общий вывод (вывод 2) регулятора напряжения заземлен. Выход (вывод 3) стабилизатора напряжения сначала фильтруется конденсатором, а затем снимается выход.

Соберите схему на печатной плате общего назначения и используйте 2-контактный разъем (5 А) для подключения входа трансформатора к сети переменного тока с помощью изолированных медных проводов.

Если вы хотите включить устройство, купленное на рынке, вам необходимо припаять выход блока питания к разъему адаптера. Этот разъем адаптера бывает разных форм и размеров и полностью зависит от вашего устройства. Я включил изображение наиболее распространенного типа гнезда адаптера.

Очень распространенный тип разъема адаптера

Если вы хотите подать питание на самодельную схему или устройство, то вам, вероятно, следует подключить выходные провода источника питания напрямую к вашей схеме.

Важно отметить, что вам нужно будет позаботиться о полярности при использовании этого источника питания, так как большинство устройств, которые вы будете включать, будут работать только при прямом смещении и не будут иметь встроенного выпрямителя для исправления неправильного положения. полярности.

Соединительные порты разъема адаптера

Почти для всех устройств потребуется плюс на наконечнике и заземление на гильзе, за исключением некоторых, например, в музыкальной индустрии, почти всем устройствам потребуется заземление на наконечнике. , и позитив на рукаве.

Вы можете последовательно добавить светодиод с токоограничивающим резистором для индикации работы блока питания. Значение сопротивления рассчитывается следующим образом:

 R = (Vвых – 3)/0,02 Ом 

Где R – значение последовательного сопротивления, а Vвых – выходное напряжение регулятора напряжения (а также источника питания).

Схема и изображение резистора

ПРИМЕЧАНИЕ: Значение резистора не обязательно должно быть точно таким, как рассчитано по этой формуле, оно может быть любым, близким к расчетному значению, а предпочтительно больше.

Схема и изображение светодиода

В дополнение к светодиоду вы также можете добавить переключатель для управления режимом включения/выключения источника питания.

Вы также можете использовать радиатор, который представляет собой металлический проводник тепла, прикрепленный к регулятору напряжения с помощью болта. Применяется в случае, если нам нужны сильноточные выходы от блока питания и греется регулятор напряжения.

Радиатор

Здесь я сделал блок питания на 12 В для питания платы микроконтроллера. Он отлично работает и стоит где-то около 100 баксов (индийских рупий).

ПРИМЕЧАНИЕ: Все платы микроконтроллеров должны иметь положительный контакт на конце и заземление на втулке.

Это адаптер на 12 В, который я сделал

1. Прежде чем припаивать детали к печатной плате, спланируйте расположение схемы на ней, это помогает сэкономить место и дает меньше возможностей для ошибок при пайке.
2. Если вы новичок в схемах и пайке, я бы посоветовал вам сначала выполнить эту настройку на макетной плате и проверить ваши соединения, а после того, как эта схема заработает на макетной плате, перенести эту схему на печатную плату и припаять.
3. Будьте осторожны , так как вы работаете напрямую с сетью переменного тока.
4. Заранее проверьте, какое напряжение требуется для устройства, которое вы пытаетесь включить с помощью вашего источника питания. Вы можете сжечь некоторые устройства всего парой лишних вольт.
5. Регуляторы напряжения серии 78XX способны обеспечивать ток до 700 мА при использовании радиатора.

Вот и все. Если вам нравится этот пост, у вас есть какие-либо мнения относительно него или какие-либо дополнительные вопросы и проекты, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Кроме того, подпишитесь на maxEmbedded, чтобы оставаться в курсе! Ваше здоровье!

Вишвам Аггарвал
vishwam@delta. robovitics.in

Нравится:

Нравится Загрузка…

Схема эффективного источника питания1 и эффективный, но очень дешевый и стабилизированный настольный источник питания может быть разработан любым любителем электроники для безопасного тестирования всех типов электронных проектов и прототипов.

Основные характеристики, которыми должен обладать настольный блок питания:

• Должен быть изготовлен из дешевых и легкодоступных компонентов.
• Должен быть гибким в отношении диапазонов напряжения и тока или просто должен иметь возможность изменять выходное напряжение и переменный ток.
• Должен быть защищен от перегрузки по току и перегрузке.
• Должен легко ремонтироваться в случае возникновения проблемы.
• Должен быть достаточно эффективным с выходной мощностью.
• Должен облегчить настройку в соответствии с желаемой спецификацией.

Общее описание

В настоящее время в большинстве конструкций источников питания используется линейный последовательный стабилизатор. В этой конструкции настольного источника питания используется проходной транзистор, который работает как переменный резистор, регулируемый стабилитроном.

Последовательная система питания более популярна, возможно, из-за того, что она намного эффективнее. За исключением некоторых незначительных потерь в стабилитроне и питающем резисторе, заметные потери происходят только в последовательном транзисторе в течение периода, когда он подает ток на нагрузку.

Однако одним из недостатков системы последовательного питания является то, что она не обеспечивает никакого короткого замыкания выходной нагрузки. Это означает, что в условиях неисправности выхода проходной транзистор может пропустить через себя большой ток, в конечном итоге разрушив себя и, возможно, подключенную нагрузку.

Тем не менее, добавление защиты от короткого замыкания к последовательному источнику питания стенда может быть быстро реализовано с помощью других транзисторов, сконфигурированных как ступень регулятора тока.

Контроллер переменного напряжения достигается за счет простого транзистора с обратной связью потенциометра.

Вышеупомянутые два дополнения позволяют сделать блок питания последовательного подключения очень универсальным, прочным, дешевым, универсальным и практически неразрушимым.

В следующих параграфах мы кратко изучим проектирование различных каскадов, используемых в стандартном стабилизированном настольном источнике питания.

Самый простой транзисторный регулятор напряжения

Быстрый способ получить регулируемое выходное напряжение — соединить базу проходного транзистора с потенциометром и стабилитроном, как показано на рисунке ниже.

В этой схеме T1 настроен как эмиттерный повторитель BJT, где его базовое напряжение VB определяет напряжение эмиттерной стороны VE. И VE, и VB будут точно соответствовать друг другу и будут почти равны, за вычетом его прямого падения.

Прямое падение напряжения любого биполярного транзистора обычно составляет 0,7 В, что означает, что напряжение на стороне эмиттера будет:

VE = VB — 0,7 очень дешевый, этот тип подхода не предлагает хорошего регулирования мощности на более низких уровнях напряжения.

Именно поэтому управление с обратной связью обычно используется для улучшения регулирования во всем диапазоне напряжений, как показано на рисунке ниже.

В этой конфигурации базовое напряжение T1 и, следовательно, выходное напряжение управляется падением напряжения на резисторе R1, в основном из-за тока, потребляемого T2.

Когда ползунок потенциометра VR1 находится на крайнем конце со стороны земли, T2 отключается, так как теперь его основание становится заземленным, позволяя единственному падению напряжения на R1, вызванному базовым током T1. В этой ситуации выходное напряжение на эмиттере T1 будет почти таким же, как напряжение на коллекторе, и может быть задано как:

VE = Vin — 0,7 , где VE — напряжение на стороне эмиттера T1, а 0,7 — стандартное значение прямого падения напряжения для выводов BJT T1 база/эмиттер.

Таким образом, при входном напряжении 15 В можно ожидать, что на выходе будет:

VE = 15 — 0,7 = 14,3 В

привести к тому, что T2 получит доступ ко всему напряжению на стороне эмиттера T1, что приведет к очень жесткой проводимости T2. Это действие напрямую соединит стабилитрон D1 с R1. Это означает, что теперь базовое напряжение VB T1 будет просто равно напряжению стабилитрона Vz. Таким образом, на выходе будет:

VE = Vz — 0,7

Следовательно, если значение D1 равно 6 В, можно ожидать, что выходное напряжение будет следующим:

VE = 6 — 0,7 = 5,3 В минимально возможное выходное напряжение, которое может быть получено от этого последовательного источника питания, когда потенциометр вращается в минимальном положении.

Хотя описанное выше просто и эффективно для изготовления настольного источника питания, у него есть существенный недостаток, заключающийся в том, что он не защищен от короткого замыкания. Это означает, что если выходные клеммы схемы случайно замкнуты накоротко или подается ток перегрузки, T1 быстро нагреется и сгорит.

Чтобы избежать этой ситуации, эту схему можно просто модернизировать, добавив функцию управления током, как описано в следующем разделе.

Добавление защиты от короткого замыкания при перегрузке

Простое включение T3 и R2 обеспечивает 100-процентную защиту от короткого замыкания и управление током. При такой конструкции даже умышленное замыкание на выходе не причинит Т1 никакого вреда.

Работу этой стадии можно понять следующим образом:

Как только выходной ток выходит за установленное безопасное значение, на резисторе R2 возникает пропорциональная разность потенциалов, достаточная для принудительного включения транзистора T3.

При включенном Т3 база Т1 соединяется с его эмиттерной линией, что мгновенно отключает проводимость Т1, и эта ситуация сохраняется до тех пор, пока не будет устранено короткое замыкание или перегрузка выхода. Таким образом, T1 защищен от любой нежелательной выходной ситуации.

Добавление функции переменного тока

В приведенной выше конструкции резистор датчика тока R2 может иметь фиксированное значение, если требуется, чтобы выход был выходом постоянного тока. Тем не менее, хороший настольный блок питания должен иметь переменный диапазон как напряжения, так и тока. Учитывая это требование, ограничитель тока можно сделать регулируемым, просто добавив переменный резистор с основанием T3, как показано ниже:

VR2 делит падение напряжения на R2 и, таким образом, позволяет T3 включаться при определенном желаемом выходном токе. .

Расчет значений деталей

Начнем с резисторов, R1 можно рассчитать по следующей формуле:

R1 = (Vin — MaxVE)hFE / Выходной ток

Здесь, начиная с MaxVE = Vin — 0,7

Таким образом, мы упрощаем первое уравнение как R1 = 0,7hFE / выходной ток

VR1 может быть потенциометром 10 кОм для напряжений до 60 В

Ограничитель тока R2 можно рассчитать, как указано ниже:

R2 = 0,7 / Максимальный выходной ток

Максимальный выходной ток должен быть выбран в 5 раз меньше максимального Id T1, если требуется, чтобы T1 работал без радиатора. С большим радиатором, установленным на T1, выходной ток может составлять 3/4 Id T1.

VR2 может быть просто 1k pot или пресетом.

T1 следует выбирать в соответствии с требованием выходного тока. Номинал T1 Id должен быть в 5 раз больше требуемого выходного тока, если он будет работать без радиатора. При установке большого радиатора номинал T1 Id должен быть как минимум в 1,33 раза больше, чем требуемый выходной ток.

Максимальное значение коллектора/эмиттера или VCE для T1 в идеале должно в два раза превышать максимальное значение выходного напряжения.

Значение стабилитрона D1 может быть выбрано в зависимости от минимального или минимального требования к выходному напряжению настольного источника питания.

Рейтинг T2 будет зависеть от значения R1. Поскольку напряжение на коллекторе T2 всегда будет равно Vin, VCE T2 должно быть выше, чем Vin или входное питание. Id T2 должен быть таким, чтобы он мог выдерживать базовый ток T1, определяемый значением R1

Те же правила применяются и к T3.

В общем случае T2 и T3 могут быть любыми маломощными транзисторами общего назначения, такими как BC547 или 2N2222.

Практическая конструкция

Поняв все параметры для проектирования индивидуального настольного источника питания, пришло время реализовать данные в практическом прототипе, как показано ниже:

Вы можете обнаружить несколько дополнительных компонентов, представленных в конструкции, которые просто для улучшения возможности регулирования схемы.

C2 вводится для устранения любых остаточных пульсаций на основаниях T1, T2.

T2 вместе с T1 образуют пару Дарлингтона для увеличения усиления по току на выходе.

R3 добавляется для улучшения проводимости стабилитрона и, следовательно, для обеспечения лучшего общего регулирования.

Добавлены резисторы R8 и R9, позволяющие регулировать выходное напряжение в фиксированном диапазоне, который не является критическим.

R7 устанавливает максимальный ток, доступный на выходе, который составляет:

I = 0,7/0,47 = 1,5 ампер, и это кажется довольно низким по сравнению с номиналом транзистора 2N3055. Хотя это может поддерживать охлаждение транзистора, возможно увеличить это значение до 8 ампер, если 2N3055 будет установлен над большим радиатором.

Уменьшение рассеяния для повышения эффективности

Самым большим недостатком любого линейного стабилизатора на основе последовательных транзисторов является большое рассеивание транзистора. И это происходит, когда дифференциал ввода/вывода высок.

Это означает, что когда напряжение регулируется в сторону более низкого выходного напряжения, транзистору приходится много работать, чтобы контролировать избыточное напряжение, которое затем выделяется транзистором в виде тепла.

Например, если нагрузкой является светодиод на 3,3 В, а входное напряжение питания стенда составляет 15 В, то выходное напряжение необходимо снизить до 3,3 В, что на 15 — 3,3 = 11,7 В меньше. И эта разница преобразуется транзистором в тепло, что может означать потерю КПД более 70%.

Однако эту проблему можно просто решить, используя трансформатор с выходной обмоткой напряжения с ответвлениями.

Например, трансформатор может иметь отводы на 5 В, 7,5 В, 10 В, 12 В и т. д.

В зависимости от нагрузки можно выбрать отводы для питания цепи регулятора. После этого потенциометр регулировки напряжения схемы можно было использовать для дальнейшей регулировки выходного уровня точно до желаемого значения.

Этот метод повысит эффективность до очень высокого уровня, позволяя радиатору транзистора быть меньше и компактнее.

Прецизионный настольный источник питания, управляемый операционным усилителем

Принцип работы схемы настольного источника питания, управляемого операционным усилителем, довольно прост, поскольку регулируемые источники питания могут быть просто отдельными формами усилителя с обратной связью. В этой концепции резисторы R1 и R2 генерируют опорный сигнал от выходного источника питания, который создается другим опорным напряжением, создаваемым D2. Результирующий корректирующий сигнал подается обратно через 741 на последовательный транзистор Q1.

Обратите внимание, что стабильность схемы была повышена за счет подачи опорного источника R3-D2 на стабилизированный выход, а не на нестабилизированный вход, как это обычно делается в других настольных источниках питания. Чтобы гарантировать, что цепь инициируется сразу после включения, сопротивление утечки R4 помещается параллельно устройству последовательного прохода. Это означает, что петля обратной связи начинает работать, как только включается питание.

Абсолютно никакой регулировкой не жертвуется из-за R4, так как это общий выход, который оцифровывается резисторами R1-R2, поэтому воздействие пульсирующего тока, проходящего через R4, регулируется обратной связью.

Регулировка выхода

Выход вполне можно сделать регулируемым, изменяя R1-R2 с помощью потенциометра, однако в существующей схеме схему нельзя заставить регулировать при значении напряжения стабилитрона D2. При необходимости плавной регулировки выходного напряжения источник опорного напряжения R3-D2 следует подавать через нерегулируемый вход, что сопровождается незначительной нестабильностью. Количество мощности, которую может предложить схема, будет ограничено в первую очередь пропускной способностью по току транзистора Q1 и максимальной мощностью нерегулируемого источника питания.

Более сложная схема источника питания для стенда

Регулируемый блок питания для стенда обычно является полезным гаджетом для любого любителя или инженера. Несмотря на то, что стабилизаторы напряжения на основе ИС стали очень доступными, схема, в которой используются только обычные дискретные компоненты, может быть привлекательной. В целях экономии энергии и ограничения рассеяния на последовательном стабилизаторе весь диапазон регулирования 0–30 В дополнительно разделен на 3 уменьшенных диапазона напряжения.

Все 3 диапазона соответствуют подходящему вторичному напряжению питания (определяется положением S1a) и соответствующему опорному напряжению (определяется S1b). Чтобы вы могли получить постоянный контроль выходного напряжения до минимума 0 В, необходимо добавить отрицательный вспомогательный источник питания.

В этой цепи питания стенда это извлекается (с помощью D5 и C2) через другую обмотку 12 В через сетевой трансформатор. Другим вариантом может быть включение дополнительного отдельного сетевого трансформатора.

Окончательные результаты испытаний на стендовом прототипе довольно приличные: размах сетевого напряжения ±35 В вызывает размах выходного напряжения всего ±25 мВ при полной нагрузке 1 А, подключенной к выходу. Пульсации переменного тока на выходе (гул) были ниже 15 мВ.

Как это работает

Схема работает следующим образом.

Опорное напряжение, снятое через стабилитрон(ы) D6-D9 и зафиксированное с помощью потенциометра P1, направляется на базу транзистора T2 с помощью D10 и TI.

Т2 и Т3 работают как дифференциальный усилитель; при этом база T3 получает выходное напряжение посредством DI2. Выход этого дифференциального усилителя подается через D11 на базу комбинированного последовательного регулятора, состоящего из транзисторов T4, T5 и T6.

Хотя конфигурация может показаться немного сложной, она работает как обычная схема регулятора; он поддерживает выходное напряжение практически фиксированным в широком диапазоне выходных токов.

Транзисторы T7 и T8 вместе с соединенными частями образуют каскад ограничения тока. Как только напряжение на R10 достигает определенного значения (установленного P2), T7 начинает проводить ток. Следовательно, это приводит к смещению транзистора T8 и его открытию; что уменьшает базовый привод до транзистора T4, и ситуация снижает выходное напряжение, поэтому выходной ток продолжает оставаться в пределах заданной границы.

Когда S1 выбран в положении 1, это соответствует выходному диапазону 0-10 В, установка в положении 2 позволяет использовать 10-20 В, а настройка в положении 3 обеспечивает выходной диапазон 20-30 В. P1 используется для настройки диапазон, установленный S1.

Максимальная величина выходного тока может быть установлена ​​с помощью потенциометра P2. Этот потенциометр P2 может быть либо предварительно запрограммирован на подачу максимального выходного тока 1 А, либо использоваться как регулятор переменного выходного тока.