Стабилизатор сетевого напряжения своими руками схема: Самодельный стабилизатор (трансформатор) 220 вольт: схемы для изготовления

Стабилизатор напряжения 220в для дома своими руками схема

Бытовые устройства чувствительны к скачкам напряжения, быстрее подлежат износу, и появляются неисправности. В электрической сети напряжение часто изменяется, снижается, либо возрастает. Это взаимосвязано с отдаленностью источника энергии и некачественной линии питания.

Чтобы подключать приборы к устойчивому питанию, в жилых помещениях применяют стабилизаторы напряжения. На его выходе напряжение обладает стабильными свойствами. Стабилизатор можно приобрести в торговой сети, однако такой прибор можно изготовить своими руками.

Имеются допуски на изменение напряжения не более 10% от номинального значения (220 В). Это отклонение должно быть соблюдено как в большую сторону, так и в меньшую. Но идеальной электрической сети не бывает, и величина напряжения в сети часто меняется, усугубляя тем самым работу подключенных к ней устройств.

Электрические приборы отрицательно реагируют на такие капризы сети и могут быстро выйти из строя, потеряв при этом свои заложенные функции.

Чтобы избежать таких последствий, люди применяют самодельные приборы под названием стабилизаторы напряжения. Эффективным стабилизатором стал прибор, выполненный на симисторах. Как сделать стабилизатор напряжения своими руками мы и рассмотрим.

Характеристика стабилизатора

Это устройство стабилизации не будет иметь повышенную чувствительность к изменениям напряжения, подающегося по общей линии. Сглаживание напряжения будет производиться в том случае, если на входе напряжение будет находиться в пределах от 130 до 270 вольт.

Включенные в сеть устройства будут питаться напряжением, имеющим величину от 205 до 230 вольт. От такого прибора можно будет питать электрические устройства, суммарная мощность которых до 6 кВт. Стабилизатор будет производить переключение нагрузки потребителя за 10 мс.

Устройство стабилизатора

Схема устройства стабилизации.

Стабилизатор напряжения по указанной схеме имеет в своем составе следующие части:

1. Питающий блок, в который входят емкости С2, С5, компаратор, трансформатор, теплоэлектрический диод.
2. Узел, задерживающий подключение нагрузки потребителя, и состоящий из сопротивлений, транзисторов, емкости.
3. Выпрямительного моста, измеряющего амплитуду напряжения. Выпрямитель состоит из емкости, диода, стабилитрона, нескольких делителей.
4. Компаратора напряжения. Его составными частями являются сопротивления и компараторы.
5. Логического контроллера на микросхемах.
6. Усилителей, на транзисторах VТ4-12, резисторов, ограничивающих ток.
7. Светодиодов в качестве индикаторов.
8. Оптитронных ключей. Каждый из ник снабжается симисторами и резисторами, а также оптосимисторами.
9. Электрического автомата, либо предохранителя.
10. Автотрансформатора.

Принцип действия

Рассмотрим, как функционирует стабилизатор напряжения, выполненный своими руками.

После подключения питания емкость С1 находится в состоянии разряда, транзистор VТ1 открытый, а VТ2 закрытый. VТ3 транзистор также остается закрытым. Через него поступает ток на все светодиоды и оптитрон на основе симисторов.

Так как этот транзистор пребывает в закрытом состоянии, то светодиоды не горят, а каждый симистор закрыт, нагрузка выключена. В этот момент ток поступает через сопротивление R1 и приходит на С1. Дальше конденсатор начинает заряжаться.

Диапазон выдержки идет три секунды. За этот период производятся все процессы перехода. После их окончания срабатывает триггер Шмитта на основе транзисторов VТ1 и VТ2. После этого открывается 3-й транзистор и подключается нагрузка.

Напряжение, выходящее с 3-й обмотки Т1, выравнивается диодом VD2 и емкостью С2. Далее ток поступает на делитель на сопротивлениях R13-14. Из сопротивления R14, напряжение, величина которого прямо зависит от величины напряжения, включена в каждый неинвертирующий компараторный вход.

Число компараторов становится равным 8. Они все выполнены на микросхемах DА2 и DА3. В то же время на инвертируемый вход компараторов подходит постоянный ток, подающийся с помощью делителей R15-23. Дальше вступает в действие контроллер, осуществляющий прием входного сигнала каждого компаратора.

Стабилизатор напряжения и его особенности

Когда напряжение входа становится меньше 130 вольт, то на выходах компараторов появляется логический уровень малого размера. В этот момент транзистор VТ4 находится в открытом виде, первый светодиод мигает. Эта индикация сообщает о наличии низкого напряжения, что означает невозможность выполнения регулируемым стабилизатором своих функций.

Все симисторы закрытии и нагрузка отключена. Когда напряжение находится в пределах 130-150 вольт, то сигналы 1 и А имеют свойства высокого значения логического уровня. Такой уровень имеет низкое значение. В таком случае транзистор VТ5 открывается, и начинает сигнализировать второй светодиод.

Оптосимистор U1.2 открывается, так же, как и симистор VS2. Через симистор будет протекать нагрузочный ток. Затем нагрузка зайдет в верхний вывод катушки автотрансформатора Т2.

Если напряжение входа 150 – 170 В, то сигналы 2, 1 и В имеют повышенное значение логического уровня. Другие сигналы имеют низкий уровень. При таком напряжении входа транзистор VТ6 открывается, 3-й светодиод включается. В этот момент 2-й симистор открывается и ток поступает на второй вывод катушки Т2, являющийся 2-м сверху.

Собранный самостоятельно стабилизатор напряжения на 220 вольт будет соединять обмотки 2-го трансформатора, если уровень напряжения входа достигнет соответственно: 190, 210, 230, 250 вольт. Чтобы сделать такой стабилизатор, необходима печатная плата 115 х 90 мм, изготовленная из фольгированного стеклотекстолита.

Изображение платы можно отпечатать на принтере. Затем с помощью утюга переносят это изображение на плату.

Изготовление трансформаторов

Изготовить трансформаторы Т1 и Т2 можно самостоятельно. Для Т1, мощность которого 3 кВт, необходимо применить магнитопровод с поперечным сечением 1,87 см², и 3 провода ПЭВ – 2. 1-й провод диаметром 0,064 мм. Им наматывают первую катушку, с количеством витков 8669. Другие 2 провода применяются для образования остальных обмоток. Провода на них должны быть одного диаметра 0,185 мм, с числом витков 522.

Чтобы не изготавливать самому такие трансформаторы, можно применить готовые варианты ТПК – 2 – 2 х 12 В, соединенные последовательно.

Чтобы изготовить трансформатор Т2 на 6 кВт, применяют магнитопровод тороидальной формы. Обмотку наматывают проводом ПЭВ – 2 с числом витков 455. На трансформаторе необходимо вывести 7 отводов. Первые 3 из них наматываются проводом 3 мм. Остальные 4 отвода наматываются шинами сечением 18 мм². С таким сечением провода трансформатор не нагреется.

Отводы выполняют на таких витках: 203, 232, 266, 305, 348 и 398. Витки считают с нижнего отвода. В этом случае электрический ток сети должен поступать по отводу 266 витка.

Детали и материалы

Остальные элементы и детали стабилизатора для самостоятельной сборки приобретаются в торговой сети. Перечислим их перечень:

1. Симисторы (отптроны) МОС 3041 – 7 шт.
2. Симисторы ВТА 41 – 800 В – 7 шт.
3. КР 1158 ЕН 6А (DА1) стабилизатор.
4. Компаратор LМ 339 N (для DА2 и DА3) – 2 шт.
5. Диоды DF 005 М (для VD2 и VD1) – 2 шт.
6. Резисторы проволочные СП 5 или СП 3 (для R13, R14 и R25) – 3 шт.
7. Резисторы С2 – 23, с допуском 1% – 7 шт.
8. Резисторы любого номинала с допуском 5% – 30 шт.
9. Резисторы токоограничивающие – 7 шт, для пропускания ими тока 16 миллиампер (для R 41 – 47) – 7 шт.
10. Конденсаторы электролитические – 4 шт (для С5 – 1).
11. Конденсаторы пленочные (С4 – 8).
12. Выключатель, оснащенный предохранителем.

Оптроны МОС 3041 заменяются на МОС 3061. КР 1158 ЕН 6А стабилизатор можно менять на КП 1158 ЕН 6Б. Компаратор К 1401 СА 1 можно установить в качестве аналога LM 339 N. Вместо диодов можно использовать КЦ 407 А.

Микросхему КР 1158 ЕН 6А надо устанавливать на теплоотвод. Для его изготовления применяют алюминиевую пластинку 15 см². Также на него необходимо установить симисторы. Для симисторов допускается применять общий теплоотвод.

Площадь поверхности должна превышать 1600 см². Стабилизатор необходимо снабдить микросхемой КР 1554 ЛП 5, выступающей в качестве микроконтроллера. Девять светодиодов располагаются так, что попадают в отверстия на панели прибора спереди.

Если устройство корпуса не дает установить их таким образом, как на схеме, то их размещают на другой стороне, где расположены печатные дорожки. Светодиоды необходимо устанавливать мигающего типа, но можно монтировать и немигающие диоды, при условии, что они будут светиться ярким красным светом. Для таких целей применяют АЛ 307 КМ или L 1543 SRC – Е.

Можно выполнить сборку более простых исполнений приборов, но они будут иметь определенными особенностями.

Достоинства и недостатки, отличия от заводских моделей

Если перечислять достоинства стабилизаторов, изготовленных самостоятельно, то основным достоинством является низкая стоимость. Производители приборов часто завышают цены, а своя сборка в любом случае обойдется меньшей стоимостью.

Другим преимуществом можно определить такой фактор, как возможность простого ремонта своими руками устройства, Ведь кто, если не вы знаете лучше устройство, собранное своими руками.

В случае поломки хозяин прибора сразу найдет неисправный элемент и заменит его на новый. Простая замена деталей создается таким фактором, что все детали приобретались в магазине, поэтому их можно будет легко снова купить в любом магазине.

Недостатком самостоятельно собранного стабилизатора напряжения необходимо выделить его сложную настройку.

Простейший стабилизатор напряжения своими руками

Рассмотрим, каким образом можно изготовить самостоятельно стабилизатор на 220 вольт собственными руками, имея под рукой несколько простых деталей. Если в вашей электрической сети напряжение значительно снижено, то такой прибор подойдет вам как нельзя кстати. Чтобы его изготовить, понадобится готовый трансформатор, и несколько простых деталей. Лучше взять такой пример прибора себе на заметку, так как получается неплохое устройство, обладающее достаточной мощностью, например, для микроволновки.

Для холодильников и различных других бытовых устройств понижение напряжения сети очень вредно, больше чем повышение. Если поднять величину напряжения сети, применяя автотрансформатор, то во время уменьшения напряжения сети на выходе прибора напряжение будет нормальной величины. А если в сети напряжение станет в норме, то на выходе мы получим повышенное значение напряжения. Например, возьмем трансформатор на 24 В. При напряжении на линии 190 В на выходе устройства получится 210 В, при значении сети 220 В на выходе получится 244 В. Это вполне допустимо и нормально для работы бытовых устройств.

Для изготовления нам понадобится основная деталь – это простой трансформатор, но не электронный. Его можно найти готовый, либо изменить данные на уже имеющемся трансформаторе, например, от сломанного телевизора. Трансформатор будем соединять по схеме автотрансформатора. Напряжение на выходе будет получаться примерно на 11% выше напряжения сети.

При этом нужно соблюдать осторожность, так как во время значительного перепада напряжения в сети в большую сторону, на выходе устройства получится напряжение, которое значительно превышает допустимую величину.

Автотрансформатор будет добавлять к напряжению линии сети всего 11%. Это значит, что мощность автотрансформатора берется также на 11% от мощности потребителя. Например, мощность микроволновки равна 700 Вт, значит трансформатор берем 80 Вт. Но лучше брать мощность с запасом.

Регулятор SA1 дает возможность, если нужно, подсоединять нагрузку потребителя без автотрансформатора. Конечно, это не полноценный стабилизатор, но зато для его изготовления не требуется больших вложений и много времени.

Схема мощного стабилизатора напряжения 220в своими руками. Стабилизатор напряжения — как все сделать своими руками. Видео. Преимущества и недостатки перед фабричными

Подборка радиолюбительских схем и конструкций стабилизаторов напряжения собранных своими руками. Часть схем рассматривают стабилизатор без защиты от КЗ в нагрузке, в других заложена возможность плавного регулирования напряжения от 0 до 20 Вольт. Ну а отличительной чертой отдельных схемы является возможность защиты от короткого замыкания в нагрузке.

5 очень простых схем в основном собранных на транзисторах, одна из них, с защитой от КЗ

Очень часто бывает когда для питания вашей новодельной электронной самоделки требуется стабильное напряжение, которое не меняется от нагрузки, например, 5 Вольт или 12 Вольт для питания автомагнитолы. И чтобы сильно не заморачиваться с конструированием самодельного блока питания на транзисторах, используются так называемые микросхемы стабилизаторы напряжения. На выходе такого элемента мы получим напряжение, на которое спроектирован этот прибор

Многие радиолюбители уже неоднократно собирали схемы стабилизаторов напряжения на специализированных микросхемах серий 78хх, 78Мхх, 78Lxx. Например, на микросхеме KIA7805 можно собрать самодельную схему рассчитаную на выходное напряжение +5 В и максимальный ток нагрузки 1 А. Но мало кто знает, что имеются узко специализированный микросхемы серии 78Rxx, которые сочитают в себе стабилизаторы напряжения положительной полярности с малым напряжением насыщения, которое не превышает 0, 5 В при токе нагрузки 1 А. Одну из этих схем мы и рассмотрим более подробно.

Регулируемый трехвыводной стабилизатор положительного напряжения LM317 обеспечивает ток нагрузки 100 мА в диапазоне выходного напряжения от 1.2 до 37 В. Стабилизатор очень удобен в применении и требуют только два внешних резистора для обеспечения выходного напряжения. Кроме того, нестабильность по напряжению и току нагрузки у стабилизатора LM317L имеет лучшие показателями, чем у традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения.

Для стабилизации напряжения постоянного тока достаточно большой мощности в числе других применяются компенсационные стабилизаторы непрерывного действия. Принцип действия такого стабилизатора заключается в поддержании выходного напряжения на заданном уровне за счет изменения падения напряжения на регулирующем элементе. При этом величина управляющего сигнала, поступающего на регулирующий элемент, зависит от разницы между заданным и выходным напряжениями стабилизатора.

При стационарной эксплуатации аппаратуры, CD и аудиоплейеров возникают проблемы с БП. Большинство блоков питания, выпускаемых серийно отечественным производителем, (если быть точным) практически все не могут удовлетворить потребителя, так как содержат упрощенные схемы. Если говорить об импортных китайских и им подобных блоках питания, то они, вообще, представляют интересный набор деталей «купи и выброси». Эти и многие другие проблемы заставляют радиолюбителейно изготовлять блоки питания. Но и на этом этапе любители сталкиваются с проблемой выбора: конструкций опубликовано множество, но не все хорошо работают. Данная радиолюбительская разработка представлена как вариант нетрадиционного включения операционного усиителя, ранее опубликованного и вскоре забытого

Почти все радиолюбительские самоделки и конструкции имеют в своем составе стабилизированный источник питания. А если ваша конструкция работает от напряженияпять вольт, то лучшим вариантом будет использование трехвыводного интегрального стабилизатора 78L05

Стабилизатор напряжения на 220 вольт

В статье рассматривается возможность безразрывного переключения цепей переменного тока с помощью электромеханических реле. Показана возможность уменьшения эрозии контактов реле и, как следствие повышение долговечности и уменьшение помех от работы на примере стабилизатора напряжения сети для квартиры.

Идея

Встретил в интернете рекламу на сайте ООО «Прибор», г. Челябинск:
Стабилизаторы напряжения марки Селен, выпускаемые нашим предприятием, основаны на принципе ступенчатого регулирования напряжения путем безразрывного переключения обмоток автотрансформатора (патент на изобретение № 2356082). В качестве ключей используются мощные быстродействующие реле.
Приведены картинки переключений (слева «Селен», справа — с обычными характеристиками)

Меня эта информация заинтересовала, я вспомнил, что в кинопередвижке «Украина» тоже было безразрывное переключение напряжения – там, на время переключения между смежными контактами переключателя подключался проволочный резистор. Я стал искать в интернете, что-либо полезное по этому поводу. Ознакомиться с изобретением №2356082 я не смог.

Мне удалось найти статью «Типы стабилизаторов напряжения», где рассказывалось о возможности подключения диода к контактам реле в момент переключения. Идея заключается в том, чтобы в переменном напряжении произвести переключение во время положительного полупериода. При этом можно подключить диод параллельно контактам реле на время переключения.

Что дает такой способ? Переключение 220В меняется на переключение всего 20В, и так как нет разрыва тока нагрузки, то и практически нет дуги. Кроме того, при малых напряжениях дуга практически не возникает. Нет дуги – контакты не подгорают и не изнашиваются, надежность увеличивается в 10 и более раз. Долговечность контактов будет определяться только механическим износом, а он составляет 10 миллионов переключений.

На базе этой статьи были взяты самые обычные реле и измерены время отключения, время нахождения в разорванном состоянии и время включения. Во время измерений увидел на осциллографе дребезг контактов, который вызывал большое искрение и эрозию контактов, что резко уменьшает ресурс работы реле.

Для реализации и проверки этой идеи был собран релейный стабилизатор переменного тока мощностью 2 кВт, для питания квартиры. Вспомогательные реле подключают диод только на время переключения основного реле во время положительного полупериода. Оказалось, что реле имеют значительные времена задержки и дребезга, но, тем не менее операцию переключения удалось умесить в один полупериод.

Принципиальная схема

Состоит из автотрансформатора переключаемого как по входу, так и по выходу при помощи реле.
В схеме применено прямое измерение переменного напряжения микроконтроллером. Выходное напряжение через делитель R13, R14, R15, R16 поступает на вход микроконтроллера через конденсатор C10 .
Питание реле и микросхемы осуществляется через диод D3 и микросхему U1 . Кнопка SB1 совместно с резистором R1 служат для калибровки стабилизатора. Транзисторы Q1-Q4 – усилители для реле.
Реле Р1 и Р2 – основные, а реле Р1а и Р2а совместно с диодами D1 и D5 и замыкают цепь во время переключения основных реле. Для уменьшения времени отключения реле в усилителях реле, применены транзисторы BF422 и обмотки реле шунтированы диодами 1N4007 и диодами Зенера на 150 Вольт, включенными встречно.
Для уменьшения импульсных помех, попадающих из сети, на входе и выходе стабилизатора стоят конденсаторы C1 и C11.
Трехцветный светодиод индицирует уровни напряжения на входе стабилизатора: красный – низкое, зеленый – норма, синий – высокое.

Программа

Программа написана на языке СИ (mikroC PRO for PIC), разбита на блоки и снабжена комментариями. В программе применено прямое измерение переменного напряжения микроконтроллером, что позволило упростить схему. Микропроцессор применен PIC16F676 .
Блок программы zero ожидает появление спадающего перехода через ноль
По этому перепаду происходит либо измерение величины переменного напряжения, либо начинается переключение реле.
Блок программы izm_U измеряет амплитуды отрицательного и положительного полупериодов

В основной программе производиться обработка результатов измерений и если необходимо дается команда на переключение реле.
Для каждой группы реле написаны отдельные программы включения и выключения с учетом необходимых задержек R2on , R2off , R1on и R1off .
5-й бит порта C задействован в программе для подачи импульса синхронизации на осциллограф, чтобы можно было посмотреть на результаты эксперимента.

Технические характеристики

При изменении входного напряжения в пределах 195-245 Вольт выходное напряжение поддерживается с точностью 7%. При изменении входного напряжения в пределах 185-255 Вольт выходное напряжение поддерживается с точностью 10%
Выходной ток в длительном режиме 9 А.

Детали и конструкция

При сборке использован трансформатор ТПП 320-220-50 200 Вт. Обмотки его соединены на 240 Вольт, что позволило уменьшить ток холостого хода. Основные реле TIANBO HJQ-15F-1 , а вспомогательные LIMING JZC — 22F .
Все детали установлены на печатной плате, закрепленной на трансформаторе. Диоды D1 и D5 должны выдерживать ток 30-50А в течение времени переключения (5-10 мсек).

Прибор повешен на стене и закрыт кожухом из жести

Настройка

Налаживание устройства заключается в проверке безобрывного переключения и установке номинального напряжения 220 Вольт с помощью построечного резистора R15 и кнопки SB1.
Необходимо подать на вход напряжение от ЛАТР»а через лампу накаливания мощностью 100 – 150 Вт, установить напряжение 220 Вольт и удерживая кнопку добиться зеленого свечения, вращая построечный резистор.
После этого кнопку отпустить, вольтметр подключить к выходу устройства и вращая ЛАТР проверить пороги переключения: нижний 207 Вольт и верхний 232 вольта. При этом лампа накаливания при переключениях не должна вспыхивать или светиться, что свидетельствует о правильной работе. Также работу безобрывного переключения можно увидеть на осциллографе, для этого надо подключить внешний запуск к порту RC5 и наблюдать выходное напряжение стабилизатора в, изменяя входное напряжение. В моменты переключений синусоида на выходе не должна разрываться.
При напряжении на выходе меньше 187V горит красный диод, а зеленый мигает.
При напряжении на выходе больше 242V горит синий диод, а зеленый мигает.

Стабилизатор работает у меня 3-й месяц и показал себя очень хорошо. До этого у меня работал стабилизатор предыдущей разработки . Он работал хорошо, но иногда в момент его переключения срабатывал источник бесперебойного питания компьютера. С новым стабилизатором эта проблема исчезла безвозвратно.

Учитывая, что в реле резко уменьшилась эрозия контактов (практически нет искрения), можно было бы в качестве основных использовать менее мощные реле (LIMING JZC — 22F).

Замеченные недостатки

Довольно сложно было подобрать в программе время задержки реле.
Для такого включения желательно применять более быстродействующие реле.

Выводы

a) Безобрывное переключение цепей переменного тока с помощью реле – вполне реальная и разрешимая задача.
b) Можно в качестве вспомогательного реле применить тиристор или симистор, тогда на реле не будет падения напряжения, а симистор за 10 мсек не успеет нагреться.
c) В таком режиме искрение контактов резко уменьшается, а долговечность возрастает, и уменьшаются помехи от переключений реле

Использованы источники

1. на сайте “Энергосбережение в Украине”
2. Официальный web-сайт предприятия ООО «Прибор», г. Челябинск
3. Даташиты на детали

Файлы

Схема, чертеж печатной платы и программа с прошивкой
▼ 🕗 12/08/12 ⚖️ 211,09 Kb ⇣ 165 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи — помоги мне!

Стабилизатор представ­ляет собой сетевой авто­трансформатор, отводы обмотки которого пере­ключаются автоматичес­ки в зависимости от величины напряжения в электросети.

Стабилизатор позво­ляет поддерживать вы­ходное напряжение на уровне 220V при измене­нии входного от 180 до 270 V. Точность стабили­зации 10V.

Принципиальную схему можно разделить на слаботоковую схему (или схему управления) и сильнотоковую (или схе­му автотрансформатора).

Схема управления пока­зана на рисунке 1. Роль измерителя напряжения возложена на поликомпараторную микросхему с линейной индикацией напряжения, — А1 (LM3914).

Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку маломощного трансформатора Т1. У этого трансформатора есть две вторичные обмотки, по 12V на каждой, имеющие один общий вывод (или одна обмотка на 24V с отво­дом от середины).

Выпрямитель на диоде VD1 служит для получения питающего напряжения. Напряже­ние с конденсатора С1 поступает на цепь пита­ния микросхемы А1 и светодиодов оптопар Н1.1-Н9.1. А так же, он служит для получения образцовых стабильных напряжений мини­мальной и максимальной отметки шкалы. Для их получения используется параметрический стабилизатор на УЗ и Р1. Предельные значения измерения устанавливаются подстроечными резисторами R2 и R3 (резистором R2 — верхнее значение, резистором RЗ -нижнее).

Измеряемое напряжение берется с другой вторичной обмотки трансформатора Т1. Оно выпрямляется диодом VD2 и поступает на резистор R5. Именно по уровню постоянного напряжения на резисторе R5 производится оценка степени отклонения сетевого напря­жения от номинального значения. В процессе налаживания резистор R5 пред­варительно устанавливают в среднее положе­ние, а резистор RЗ в нижнее по схеме.

Затем, на первичную обмотку Т1 от автотрансфор­матора типа ЛАТР подают повышенное напряжение (около 270V) и резистором R2 выводят шкалу микросхемы на значение, при котором горит светодиод, подключенный к выводу 11 (временно вместо светодиодов оптопар можно подключить обычные свето-диоды). Затем входное переменное напря­жение уменьшают до 190V и резистором RЗ выводят шкалу на значение когда горит свето­диод, подключенный к выводу 18 А1.

Если вышеуказанные настройки сделать не удается, нужно подстроить немного R5 и повторить их снова. Так, путем последова­тельных приближений добиваются результата, когда изменению входного напряжения на 10V соответствует переключение выходов микро­схемы А1.

Всего получается девять пороговых значе­ний, — 270V, 260V, 250V, 240V, 230V, 220V, 210V, 200V, 190V.

Принципиальная схема автотрансформатора показана на рисунке 2. В его основе лежит переделанный трансформатор типа ЛАТР. Корпус трансформатора разбирают и удаляют ползунковый контакт, который служит для переключения отводов. Затем по результатам предварительных изме­рений напряжений от отводов делают выводы (от 180 до 260V с шагом в 10V), которые, в дальнейшем переключают при помощи симисторных ключей VS1-VS9, управляемых системой управления посредством оптопар Н1-Н9. Оптопары подключены так, что при снижении показания микросхемы А1 на одно деление (на 10V) происходит переключение на повышающий (на очередные 10V) отвод автотрансфор­матора. И наоборот, — увеличение пока­заний микросхемы А1 приводит к пере­ключению на понижающий отвод авто­трансформатора. Подбором сопротивления резистора R4 (рис. 1) устанавливают ток через светодиоды оптопар, при котором симис-торные ключи переключаются уверенно. Схема на транзисторах VТ1 и VT2 (рис. 1) служит для задержки включения нагрузки автотрансформатора на время, необходимое на завершение переход­ных процессов в схеме после включе­ния. Эта схема задерживает подключе­ние светодиодов оптопар к питанию.

Вместо микросхемы LM3914 нельзя использовать аналогичные микросхемы LM3915 или LM3916, из-за того, что они работают по логарифмическому закону, а здесь нужен линейный, как у LM3914. Трансформатор Т1 — малогабаритный китайский трансформатор типа TLG, на первичное напряжение 220V и два вто­ричных по 12V (12-0-12V) и ток 300mА. Можно использовать и другой аналогич­ный трансформатор.

Трансформатор Т2 можно сделать из ЛАТРа, как описано выше, или намотать его самостоятельно.

Содержание:

В электрических цепях постоянно возникает необходимость в стабилизации тех или иных параметров. С этой целью применяются специальные схемы управления и слежения за ними. Точность стабилизирующих действий зависит от так называемого эталона, с которым и сравнивается конкретный параметр, например, напряжение. То есть, когда значение параметра будет ниже эталона, схема стабилизатора напряжения включит управление и отдаст команду на его увеличение. В случае необходимости выполняется обратное действие — на уменьшение.

Данный принцип работы лежит в основе автоматического управления всеми известными устройствами и системами. Точно так же действуют и стабилизаторы напряжения, несмотря на разнообразие схем и элементов, используемых для их создания.

Схема стабилизатора напряжения 220в своими руками

При идеальной работе электрических сетей, значение напряжения должно изменяться не более чем на 10% от номинала в сторону увеличения или уменьшения. Однако на практике перепады напряжения достигают гораздо больших значений, что крайне отрицательно сказывается на электрооборудовании, вплоть до его выхода из строя.

Защититься от подобных неприятностей поможет специальное стабилизирующее оборудование. Однако из-за высокой стоимости, его применение в бытовых условиях во многих случаях экономически невыгодно. Наилучшим выходом из положения становится самодельный стабилизатор напряжения 220в, схема которого достаточно простая и недорогая.

За основу можно взять промышленную конструкцию, чтобы выяснить, из каких деталей она состоит. В состав каждого стабилизатора входят трансформатор, резисторы, конденсаторы, соединительные и подключающие кабели. Самым простым считается стабилизатор переменного напряжения, схема которого действует по принципу реостата, повышая или понижая сопротивление в соответствии с силой тока. В современных моделях дополнительно присутствует множество других функций, обеспечивающих защиту бытовой техники от скачков напряжения.

Среди самодельных конструкций наиболее эффективными считаются симисторные устройства, поэтому в качестве примера будет рассматриваться именно эта модель. Выравнивание тока этим прибором будет возможно при входном напряжении в диапазоне 130-270 вольт. Перед началом сборки необходимо приобрести определенный набор элементов и комплектующих. Он состоит из блока питания, выпрямителя, контроллера, компаратора, усилителей, светодиодов, автотрансформатора, узла задержки включения нагрузки, оптронных ключей, выключателя-предохранителя. Основными рабочими инструментами служат пинцет и паяльник.

Для сборки стабилизатора на 220 вольт в первую очередь потребуется печатная плата размером 11,5х9,0 см, которую нужно заранее подготовить. В качестве материала рекомендуется использовать фольгированный стеклотекстолит. Схема размещения деталей распечатывается на принтере и переносится на плату с помощью утюга.

Трансформаторы для схемы можно взять уже готовые или собрать самостоятельно. Готовые трансформаторы должны иметь марку ТПК-2-2 12В и соединяться последовательно между собой. Для создания первого трансформатора своими руками потребуется магнитопровод сечением 1,87 см2 и 3 кабеля ПЭВ-2. Первый кабель применяется в одной обмотке. Его диаметр составит 0,064 мм, а количество витков — 8669. Оставшиеся провода используются в других обмотках. Их диаметр будет уже 0,185 мм, а число витков составит 522.

Второй трансформатор изготавливается на основе тороидального магнитопровода. Его обмотка выполняется из такого же провода, как и в первом случае, но количество витков будет другим и составит 455. Во втором устройстве делаются отводы в количестве семи. Первые три изготавливаются из провода диаметром 3 мм, а остальные из шин, сечением 18 мм2. За счет этого предотвращается нагрев трансформатора во время работы.

Все остальные комплектующие рекомендуется приобретать в готовом виде, в специализированных магазинах. Основой сборки является принципиальная схема стабилизатора напряжения, заводского изготовления. Вначале устанавливается микросхема, выполняющая функцию контроллера для теплоотвода. Для ее изготовления используется алюминиевая пластина площадью свыше 15 см2. На эту же плату производится монтаж симисторов. Теплоотвод, предназначенный для монтажа, должен быть с охлаждающей поверхностью. После этого сюда же устанавливаются светодиоды в соответствии со схемой или со стороны печатных проводников. Собранная таким образом конструкция, не может сравниваться с заводскими моделями ни по надежности, ни по качеству работы. Такие стабилизаторы используются с бытовыми приборами, не требующими точных параметров тока и напряжения.

Схемы стабилизаторов напряжения на транзисторах

Качественные трансформаторы, применяемые в электрической цепи, эффективно справляются даже с большими помехами. Они надежно защищают бытовую технику и оборудование, установленные в доме. Настроенная система фильтрации позволяет бороться с любыми скачками напряжения. За счет контроля над напряжением происходят изменения величины тока. Предельная частота на входе увеличивается, а на выходе — уменьшается. Таким образом, ток в цепи преобразуется в течение двух этапов.

В начале на входе задействуют транзистор с фильтром. Далее происходит включение в работу . Для завершения преобразования тока в схеме применяется усилитель, чаще всего устанавливаемый между резисторами. За счет этого в устройстве поддерживается необходимый уровень температуры.

Схема выпрямления действует следующим образом. Выпрямление переменного напряжения с вторичной обмотки трансформатора происходит с помощью диодного моста (VD1-VD4). Сглаживание напряжения выполняет конденсатор С1, после чего оно попадает в систему компенсационного стабилизатора. Действие резистора R1 задает стабилизирующий ток на стабилитроне VD5. Резистор R2 является нагрузочным. При участии конденсаторов С2 и С3 происходит фильтрация питающего напряжения.

Значение выходного напряжения стабилизатора будет зависеть от элементов VD5 и R1 для выбора которых существует специальная таблица. VT1 устанавливается на радиаторе, у которого площадь охлаждающей поверхности должна быть не менее 50 см2. Отечественный транзистор КТ829А может быть заменен зарубежным аналогом BDX53 от компании Моторола. Остальные элементы имеют маркировку: конденсаторы — К50-35, резисторы — МЛТ-0,5.

Схема линейного стабилизатора напряжения 12в

В линейных стабилизаторах используются микросхемы КРЕН, а также LM7805, LM1117 и LM350. Следует отметить, что символика КРЕН не является аббревиатурой. Это сокращение полного названия микросхемы стабилизатора, обозначаемой как КР142ЕН5А. Таким же образом обозначаются и другие микросхемы этого типа. После сокращения такое название выглядит по-другому — КРЕН142.

Линейные стабилизаторы или стабилизаторы напряжения постоянного тока схемы получили наибольшее распространение. Их единственным недостатком считается невозможность работы при напряжении, которое будет ниже заявленного выходного напряжения.

Например, если на выходе LM7805 нужно получить напряжение в 5 вольт, то входное напряжение должно быть, как минимум 6,5 вольт. При подаче на вход менее 6,5В, наступит так называемая просадка напряжения, и на выходе уже не будет заявленных 5-ти вольт. Кроме того, линейные стабилизаторы очень сильно нагреваются под нагрузкой. Это свойство лежит в основе принципа их работы. То есть, напряжение, выше стабилизируемого, преобразуется в тепло. Например, при подаче на вход микросхемы LM7805 напряжения 12В, то в этом случае 7 из них уйдут для нагрева корпуса, и лишь необходимые 5В поступят потребителю. В процессе трансформации происходит настолько сильный нагрев, что данная микросхема просто сгорит при отсутствии охлаждающего радиатора.

Регулируемый стабилизатор напряжения схема

Нередко возникают ситуации, когда напряжение, выдаваемое стабилизатором, необходимо отрегулировать. На рисунке представлена простая схема регулируемого стабилизатора напряжения и тока, позволяющая не только стабилизировать, но и регулировать напряжение. Ее можно легко собрать даже при наличии лишь первоначальных познаний в электронике. Например, входное напряжение составляет 50В, а на выходе получается любое значение, в пределах 27 вольт.

В качестве основной детали стабилизатора используется полевой транзистор IRLZ24/32/44 и другие аналогичные модели. Данные транзисторы оборудуются тремя выводами — стоком, истоком и затвором. Структура каждого из них состоит из металла-диэлектрика (диоксида кремния) — полупроводника. В корпусе расположена микросхема-стабилизатор TL431, с помощью которой и настраивается выходное электрическое напряжение. Сам транзистор может оставаться на радиаторе и соединяться с платой проводниками.

Данная схема может работать с входным напряжением в диапазоне от 6 до 50В. Выходное напряжение получается в пределах от 3 до 27В и может быть отрегулировано с помощью подстрочного резистора. В зависимости от конструкции радиатора, выходной ток достигает 10А. Емкость сглаживающих конденсаторов С1 и С2 составляет 10-22 мкФ, а С3 — 4,7 мкФ. Схема сможет работать и без них, однако качество стабилизации будет снижено. Электролитические конденсаторы на входе и выходе рассчитываются примерно на 50В. Мощность, рассеиваемая таким стабилизатором, не превышает 50 Вт.

Схема симисторного стабилизатора напряжения 220в

Симисторные стабилизаторы работают по аналогии с релейными устройствами. Существенным отличием является наличие узла, переключающего обмотки трансформатора. Вместо реле используются мощные симисторы, работающие под управлением контроллеров.

Управление обмотками с помощью симисторов — бесконтактное, поэтому при переключениях нет характерных щелчков. Для намотки автотрансформатора используется медный провод. Симисторные стабилизаторы могут работать при пониженном напряжении от 90 вольт и высоком — до 300 вольт. Регулировка напряжения осуществляется с точностью до 2%, отчего лампы совершенно не моргают. Однако во время переключений возникает ЭДС самоиндукции, как и в релейных устройствах.

Симисторные ключи обладают повышенной чувствительностью к перегрузкам, в связи с чем они должны иметь запас по мощности. Данный тип стабилизаторов отличается очень сложным температурным режимом. Поэтому установка симисторов осуществляется на радиаторы с принудительным вентиляторным охлаждением. Точно так же работает схема тиристорного стабилизатора напряжения 220В своими руками.

Существуют устройства с повышенной точностью, работающие по двухступенчатой системе. На первой ступени выполняется грубая регулировка выходного напряжения, а на второй ступени этот процесс осуществляется значительно точнее. Таким образом, управление двумя ступенями выполняется с помощью одного контроллера, что фактически означает наличие двух стабилизаторов в едином корпусе. Обе ступени имеют обмотки, намотанные в общем трансформаторе. При наличии 12 ключей, эти две ступени позволяют регулировать выходное напряжение в 36 уровнях, чем и обеспечивается его высокая точность.

Стабилизатор напряжения с защитой по току схема

Данные устройства обеспечивают питание преимущественно для низковольтных устройств. Такой стабилизатор тока и напряжения схема отличается простотой конструкции, доступной элементной базой, возможностью плавных регулировок не только выходного напряжения, но и тока, при котором срабатывает защита.
Основой схемы является параллельный стабилизатор или регулируемый стабилитрон, а также с высокой мощностью. С помощью так называемого измерительного резистора контролируется ток, потребляемый нагрузкой.

Иногда на выходе стабилизатора возникает короткое замыкание или ток нагрузки превышает установленное значение. В этом случае на резисторе R2 падает напряжение, а транзистор VT2 открывается. Происходит и одновременное открытие транзистора VT3, шунтирующего источник опорного напряжения. В результате, значение выходного напряжения снижается практически до нулевого уровня, и регулирующий транзистор оказывается защищенным от перегрузок по току. Для того чтобы установить точный порог срабатывания токовой защиты, применяется подстроечный резистор R3, включаемый параллельно с резистором R2. Красный цвет светодиода LED1 указывает на срабатывание защиты, а зеленый LED2 — на выходное напряжение.

После правильно выполненной сборки схемы мощных стабилизаторов напряжения сразу же включаются в работу, достаточно всего лишь выставить необходимое значение выходного напряжения. После загрузки устройства реостатом выставляется ток, при котором срабатывает защита. Если защита должна срабатывать при меньшем токе, для этого необходимо увеличить номинал резистора R2. Например, при R2 равном 0,1 Ом, минимальный ток срабатывания защиты будет составлять около 8А. Если же нужно, наоборот, увеличить ток нагрузки, следует параллельно включить два и более транзисторов, в эмиттерах которых имеются выравнивающие резисторы.

Схема релейного стабилизатора напряжения 220

С помощью релейного стабилизатора обеспечивается надежная защита приборов и других электронных устройств, для которых стандартный уровень напряжения составляет 220В. Данный стабилизатор напряжения 220В, схема которого всем известна. Пользуется широкой популярностью, благодаря простоте своей конструкции.

Для того чтобы правильно эксплуатировать это устройство, необходимо изучить его устройство и принцип действия. Каждый релейный стабилизатор состоит из автоматического трансформатора и электронной схемы, управляющей его работой. Кроме того, имеется реле, помещенное в надежный корпус. Данный прибор относится к категории вольтодобавочных, то есть с его помощью лишь добавляется ток в случае низкого напряжения.

Добавление необходимого количества вольт осуществляется путем подключения обмотки трансформатора. Обычно для работы используется 4 обмотки. В случае слишком высокого тока в электрической сети, трансформатор автоматически уменьшает напряжение до нужного значения. Конструкция может быть дополнена и другими элементами, например, дисплеем.

Таким образом, релейный стабилизатор напряжения имеет очень простой принцип работы. Ток измеряется электронной схемой, затем, после получения результатов, он сравнивается с выходным током. Полученная разница в напряжении регулируется самостоятельно путем подбора необходимой обмотки. Далее, подключается реле и напряжение выходит на необходимый уровень.

Стабилизатор напряжения и тока на LM2576

Напряжение домашней электросети часто бывает пониженным, никогда не достигая нормальных 220 В. В такой ситуации и холодильник плохо запускается, и освещение слабое, и вода в электрочайнике долгое время не закипает. Мощность устаревшего стабилизатора напряжения, предназначенного для питания черно-белого (лампового) телевизора, обычно недостаточна для всех других бытовых приборов, да и напряжение в сети зачастую падает ниже допустимого для такого стабилизатора.

Известен простой способ повысить напряжение в сети, используя трансформатор мощностью значительно меньше мощности нагрузки. Первичную обмотку трансформатора включают непосредственно в сеть, а нагрузку соединив последовательно со вторичной (понижающей) обмоткой трансформатора. При соответствующей фазировке напряжение на нагрузке будет равно сумме сетевого и снимаемого с трансформатора.

Схема стабилизатора сетевого напряжения , действующего по этому принципу, изображена на рис. 1. Когда включенный в диагональ диодного моста VD2 полевой транзистор VT2 закрыт, обмотка I (первичная) трансформатора Т1 отключена от сети. Напряжение на нагрузке практически равно сетевому за вычетом небольшого падения напряжения на обмотке II (вторичной) трансформатора Т1. Если же открыть полевой транзистор, цепь питания первичной обмотки трансформатора будет замкнута, а к нагрузке приложена сумма напряжения его вторичной обмотки и сетевого.

Рис. 1 Схема стабилизатора напряжения

Напряжение на нагрузке, пониженное трансформатором Т2 и выпрямленное диодным мостом VD1, поступает на базу транзистора VT1. Движок подстроечного резистора R1 должен быть установлен в положение, при котором транзистор VT1 открыт, a VT2 закрыт, если напряжение на нагрузке больше номинального (220 В). При напряжении меньше номинального транзистор VT1 будет закрыт, a VT2 — открыт. Организованная таким образом отрицательная I обратная связь поддерживает напряжение на нагрузке приблизительно равным номинальному

Выпрямленное мостом VD1 напряжение использовано и для питания коллекторной цепи транзистора VT1 (через интегральный стабилизатор DA1). Цепь C5R6 подавляет нежелательные выбросы напряжения сток-исток транзистора VT2. Конденсатор С1 снижает помехи, проникающие в сеть при работе стабилизатора. Резисторы R3 и R5 подбирают, добиваясь наилучшей и устойчивой стабилизации напряжения. Выключателем SA1 включают и выключают стабилизатор вместе с нагрузкой. Замкнув выключатель SA2, отключают автоматику, поддерживающую напряжение на нагрузке неизменным. Оно в этом случае становится максимально возможным при данном напряжении в сети.

Большинство деталей стабилизатора смонтированы на печатной плате, изображенной на рис. 2. Остальные соединяются с ней в точках А-Г.

Подбирая замену диодному мосту КЦ405А (VD2), следует иметь в виду, что он должен быть рассчитан на напряжение не менее 600 В и ток, равный максимальному току нагрузки, деленному на коэффициент трансформации трансформатора Т1. Требования к мосту VD1 скромнее: напряжение и ток — не менее соответственно 50 В и 50 мА

Рис. 2 Монтаж печатной платы

Транзистор КТ972А можно заменить на КТ815Б , a IRF840 — на IRF740 . Полевой транзистор имеет теплоотвод размерами 50×40 мм.

«Вольтодобавочный» трансформатор Т1 изготовлен из трансформатора СТ-320, применявшегося в блоках питания БП-1 телевизоров УЛПЦТ-59. Трансформатор разбирают, и аккуратно сматывают вторичные обмотки, оставив первичные в сохранности. Новые вторичные обмотки (одинаковые на обеих катушках) наматывают эмалированным медным проводом (ПЭЛ или ПЭВ) в соответствии с данными, приведенными в таблице. Чем сильнее падает напряжение в сети, тем больше потребуется витков и тем меньше допустимая мощность нагрузки.

После перемотки и сборки трансформатора выводы 2 и 2″ половин первичной обмотки, находящихся на разных стержнях магнитопровода, соединены перемычкой. Половины вторичной обмотки нужно соединить последовательно таким образом, чтобы их суммарное напряжение было максимальным (при неправильном соединении оно окажется близким к нулю). По максимуму суммарного напряжения вторичной обмотки и сети нужно определить, какой из оставшихся свободными выводов этой обмотки следует соединить с выводом 1 первичной, а какой — с нагрузкой.

Трансформатор Т2 — любой сетевой с напряжением на вторичной обмотке, близким к указанному на схеме при потребляемом от этой обмотки токе 5О…1ООмА.

Таблица 1

Добавочное напряжение, В	70	60	50	40	30	20
Максимальная мощность нагрузки, кВт	1	1.2	1.4	1,8	2,3	3,5
Число витков обмотки II	60+60	54+54	48+48	41+41	32+32	23+23
Диаметр провода, мм	1.5	1,6	1,8	2	2,2	2,8

Включив собранный стабилизатор в сеть, подстроечным резистором R1 установите напряжение на нагрузке равным 220 В. Следует учитывать, что описанное устройство не устраняет колебания сетевого напряжения, если оно превышает 220 В или опускается ниже минимального, принятого при расчете трансформатора.

Стабилизатор, устанавливаемый в сыром помещении, нужно обязательно поместить в заземленный металлический корпус.

Примечание: в тяжелых режимах работы стабилизатора, мощность, рассеиваемая транзистором VT2, бывает весьма увеличенной. Именно она, а не мощность трансформатора, может ограничить допустимую мощность нагрузки. Поэтому следует позаботиться о хорошем теплоотводе транзистора.

Стоит ли собирать стабилизатор напряжения своими руками

Идеальным вариантом работы электросетей является изменение значений тока и напряжения как в сторону уменьшения, так и увеличения не более чем на 10% от номинальных 220 В. Но поскольку в реальности скачки характеризуются большими изменениями, то электроприборам, подключенным к сети напрямую, грозит потеря проектных возможностей и даже выход из строя.

Избежать неприятностей поможет использование специального оборудования. Но поскольку оно отличается весьма высокой ценой, то многие предпочитают собирать стабилизатор напряжения сделанный своими руками. Насколько оправдан такой шаг и что потребуется для его реализации?

Конструкция и принцип действия стабилизатора

Конструкция прибора

Решив собрать прибор самостоятельно придется заглянуть внутрь корпуса промышленной модели. Она состоит из нескольких основных деталей:

• Трансформатора;
• Конденсаторов;
• Резисторов;
• Кабеля для соединения элементов и подключения устройства.

Принцип действия самого простого стабилизатора основан на работе реостата. Он повышает или понижает сопротивление в зависимости от силы тока. Более современные модели обладают широким набором функций и способны в полной мере защитить бытовую технику от скачков напряжения в сети.

Виды приборов и их особенности

Виды и их применения

Классификация оборудования зависит от методов, используемых для регулировки тока. Поскольку эта величина представляет собой направленное движение частиц, то воздействовать на нее можно одним из способов:

• Механическим;
• Импульсным.

Первый основывается на законе Ома. Приборы, работа которых основана на нем называют линейными. Они включают в себя два колена, которые соединяются при помощи реостата. Поданное на один элемент напряжение проходит по реостату и таким образом оказывается на другом, с которого поступает к потребителям.

Приборы этого типа позволяют очень только выставлять параметры выходного тока и могут быть модернизированы дополнительными узлами. Но использовать такие стабилизаторы в сетях, где разница между входным и выходным током велика нельзя, так как они не смогут обезопасить бытовую технику от КЗ при больших нагрузках.

Смотрим видео, принцип работы импульсного прибора:

Импульсные модели работают по принципу амплитудной модуляции тока. В цепи стабилизатора используется выключатель, разрывающий ее через определенные промежутки времени. Такой подход позволяет равномерно накапливать ток в конденсаторе, а после его полной зарядки и далее на приборы.

В отличие от линейных стабилизаторов импульсные не имеют возможности задавать определенную величину. В продаже встречаются модели повышающе-понижающие – это идеальный выбор для дома.

Также стабилизаторы напряжения делятся на:

1. Однофазные;
2. Трехфазные.

Но так как большинство бытовых приборов работают от однофазной сети, то в жилых помещениях используют как правило оборудование, относящееся к первому типу.

Приступаем к сборке: комплектующие, инструменты

Поскольку наиболее эффективным считается симисторный аппарат, то в своей статье мы рассмотрим, как самостоятельно собрать именно такую модель. Сразу следует отметить, что этот стабилизатор напряжения, выполненный своими руками, будет выравнивать ток при условии, что входное напряжение находится в диапазоне от 130 до 270В.

Допустимая мощность приборов, подключаемых к такому оборудованию не сможет превышать 6 кВт. При этом переключение нагрузки будет осуществляться за 10 миллисекунд.

Что касается комплектующих, то для сборки такого стабилизатора понадобятся следующие элементы:

• Блок питания;
• Выпрямитель для измерения амплитуды напряжения;
• Компаратор;
• Контроллер;
• Усилители;
• Светодиоды;
• Узел задержки включения нагрузки;
• Автотрансформатор;
• Оптронные ключи;
• Выключатель-предохранитель.

Из инструментов буду необходимы паяльник и пинцет.

Этапы изготовления

Чтобы собрать стабилизатор напряжения 220В для дома своими руками сначала нужно подготовить печатную плату размером 115х90 мм. Она изготавливается из фольгированного стеклотекстолита. Схема размещения деталей может быть напечатана на лазерном принтере и при помощи утюга перенесена на плату.

Смотрим видео, самодельный несложный прибор:

схема электрическая принципиальная

Далее переходим к сборке трансформаторов. Для одного такого элемента потребуется:

• магнитопровод площадью сечения 1,87 см²;
• три кабеля ПЭВ-2.

Первый провод используется для создания одной обмотки, при этом его диаметр составляет 0,064 мм. Число витков должно равняться 8669.

Два оставшихся провода потребуются для выполнения других обмоток. Они отличаются от первого диаметром, составляющим 0,185 мм. Количество витков для этих обмоток будет равно 522.

Если хотите упростить себе задачу, то можно воспользоваться двумя готовыми трансформаторами ТПК-2-2 12В. Их соединяют последовательно.

В случае изготовления этих деталей самостоятельно после того как будет готов один из них переходят к созданию второго. Для него будет нужен тороидальный магнитопровод. Для обмотки выбирают тот же ПЭВ-2, что и в первом случае, только количество витков составит 455.

Также во втором трансформаторе придется выполнить 7 отводов. Причем для первых трех используется провод диаметром 3мм, а для остальных – шины, сечением 18 мм². Это поможет избежать нагревания трансформатора в процессе работы.

соединение двух трансформаторов

Все остальные комплектующие для прибора, создаваемого своими руками лучше приобретать в магазине. После того, как все необходимое закуплено можно приступать к сборке. Начинать лучше всего с установки микросхемы, выполняющей роль контроллера на теплоотвод, который изготавливается из алюминиевой платины площадью более 15 см². На него также монтируются симисторы. Причем теплоотвод, на который предполагается их установка должен иметь охлаждающую поверхность.

Далее необходимо установить на плату светодиоды. Причем лучше выбирать мигающие. Если не получается расположить их согласно схеме, то можно разместить на стороне, где находятся печатные проводники.

Если сборка симисторного стабилизатора напряжения 220В своими руками для вас кажется сложной, то можно остановиться на более простой линейной модели. Она будет обладать аналогичными свойствами.

Эффективность изделия, выполненного своими руками

Что толкает человека на изготовление того или иного прибора? Чаще всего – его высокая стоимость. И в этом смысле стабилизатор напряжения, собранный своими руками, конечно, превосходит фабричную модель.

К преимуществам самодельных устройств можно отнести и возможность самостоятельного ремонта. Человек, собравший стабилизатор разобрался как в его принципе действия, так и строении и поэтому сможет устранить неисправность без посторонней помощи.

Кроме того, все детали для такого прибора предварительно покупались в магазине, поэтому в случае выхода их из строя всегда можно будет найти аналогичную.

Если же сравнивать надежность стабилизатора, собранного своими руками и произведенного на предприятии, то здесь преимущество на стороне заводских моделей. В домашних условиях разработать модель, отличающуюся высокой производительностью практически невозможно, так как нет специального измерительного оборудования.

Заключение

Существуют различные типы стабилизаторов напряжения, причем некоторые из них вполне реально сделать своими руками. Но для этого придется разобраться в нюансах работы оборудования, приобрести необходимые комплектующие и выполнить их грамотный монтаж. Если вы не уверены в своих силах, то лучший вариант – приобретение устройства заводского изготовления. Стоит такой стабилизатор дороже, но и по качеству значительно превосходит модели, собираемые самостоятельно.

Схема стабилизатора напряжения сети | Мастер Винтик. Всё своими руками!

Стабилизатор представ­ляет собой сетевой авто­трансформатор, отводы обмотки которого пере­ключаются автоматичес­ки в зависимости от величины напряжения в электросети.

Стабилизатор позво­ляет поддерживать вы­ходное напряжение на уровне 220V при измене­нии входного от 180 до 270 V. Точность стабили­зации 10V.

Принципиальную схему можно разделить на слаботоковую схему (или схему управления) и сильнотоковую (или схе­му автотрансформатора).

Схема управления пока­зана на рисунке 1. Роль измерителя напряжения возложена на поликомпараторную микросхему с линейной индикацией напряжения, — А1 (LM3914).

 

Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку маломощного трансформатора Т1. У этого    трансформатора есть две вторичные обмотки, по 12V на каждой, имеющие один общий вывод (или одна обмотка на 24V с отво­дом от середины).

Выпрямитель на диоде VD1 служит для получения питающего напряжения. Напряже­ние с конденсатора С1 поступает на цепь пита­ния микросхемы А1 и светодиодов оптопар Н1.1-Н9.1. А так же, он служит для получения образцовых стабильных напряжений мини­мальной и максимальной отметки шкалы. Для их получения используется параметрический стабилизатор на УЗ и Р1. Предельные значения измерения устанавливаются подстроечными резисторами R2 и R3 (резистором R2 — верхнее значение, резистором RЗ -нижнее).

Измеряемое напряжение берется с другой вторичной обмотки трансформатора Т1. Оно выпрямляется диодом VD2 и поступает на резистор R5. Именно по уровню постоянного напряжения на резисторе R5 производится оценка степени отклонения сетевого напря­жения от номинального значения. В процессе налаживания резистор R5 пред­варительно устанавливают в среднее положе­ние, а резистор RЗ в нижнее по схеме.

 Затем, на первичную обмотку Т1 от автотрансфор­матора типа ЛАТР подают повышенное напряжение (около 270V) и резистором R2 выводят шкалу микросхемы на значение, при котором горит светодиод, подключенный к выводу 11 (временно вместо светодиодов оптопар можно подключить обычные свето-диоды). Затем входное переменное напря­жение уменьшают до 190V и резистором RЗ выводят шкалу на значение когда горит свето­диод, подключенный к выводу 18 А1.

Если вышеуказанные настройки сделать не удается, нужно подстроить немного R5 и повторить их снова. Так, путем последова­тельных приближений добиваются результата, когда изменению входного напряжения на 10V соответствует переключение выходов микро­схемы А1.

Всего получается девять пороговых значе­ний, — 270V, 260V, 250V, 240V, 230V, 220V, 210V, 200V, 190V.

 Принципиальная схема автотрансформатора показана на рисунке 2. В его основе лежит переделанный трансформатор типа ЛАТР. Корпус трансформатора разбирают и удаляют ползунковый контакт, который служит для переключения отводов. Затем по результатам предварительных изме­рений напряжений от отводов делают выводы (от 180 до 260V с шагом в 10V), которые, в дальнейшем переключают при помощи симисторных ключей VS1-VS9, управляемых системой управления посредством оптопар Н1-Н9. Оптопары подключены так, что при снижении показания микросхемы А1 на одно деление (на 10V) происходит переключение на повышающий (на очередные 10V) отвод автотрансфор­матора. И наоборот, — увеличение пока­заний микросхемы А1 приводит к пере­ключению на понижающий отвод авто­трансформатора. Подбором сопротивления резистора R4 (рис. 1) устанавливают ток через светодиоды оптопар, при котором симис-торные ключи переключаются уверенно. Схема на транзисторах VТ1 и VT2 (рис. 1) служит для задержки включения нагрузки автотрансформатора на время, необходимое на завершение переход­ных процессов в схеме после включе­ния. Эта схема задерживает подключе­ние светодиодов оптопар к питанию.

Вместо микросхемы LM3914 нельзя использовать аналогичные микросхемы LM3915 или LM3916, из-за того, что они работают по логарифмическому закону, а здесь нужен линейный, как у LM3914. Трансформатор Т1 — малогабаритный китайский трансформатор типа TLG, на первичное напряжение 220V и два вто­ричных по 12V (12-0-12V) и ток 300mА. Можно использовать и другой аналогич­ный трансформатор.

Трансформатор Т2 можно сделать из ЛАТРа, как описано выше, или намотать его самостоятельно.

Симисторы можно использовать другие, — все зависит от мощности нагрузки. Можно даже использовать в качестве элементов коммутации элекромагнитные реле.

Сделав другие настройки резисторами R2, RЗ, R5 (рис. 1) и, соответственно, другие отводы Т2 (рис. 2) можно изме­нить шаг переключения напряжения.

Кривошеим Н. Радиоконструктор. 2006г. №6.

Литература:

1. Андреев С. Универсальный логичес­кий пробник, ж. Радиоконструктор 09-2005.
2. Годин А. Стабилизатор переменного напряжения, ж. Радио, №8, 2005  

P.S. В нашем «Магазине Мастера» вы можете приобрести готовые модули стабилизаторов, усилителей, индикаторов напряжения и тока, а также различные радиолюбительские наборы для самостоятельной сборки.

 Наш «Магазин Мастера «

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

• Простая схема электронной «массы» для автомобиля

Электронный выключатель «МАССЫ» для авто своими руками

Чтобы обезопасить свой автомобиль от случайного возгорания от короткого замыкания проводки на время стоянки, а также чтобы излишне не разряжать аккумулятор многие автолюбители устанавливают в своем автомобиле устройство для отключения «массы». С его помощью аккумулятор легко отсоединяется от бортовой электросети автомобиля. Не нужно каждый раз снимать клемму с АКБ. Иногда ставят такое устройство под руль в салоне авто и не нужно даже открывать капот.

Подробнее…

• Солнечные батареи своими руками

САМОДЕЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР

Вчера обсуждал с родителями жены планы по строительству бани на даче. Уломал их отказаться от идеи поставить на крыше бочку для нагрева солнцем воды для летнего душа.

Бочка будет стоять на чердаке, а воду будет греть солнечный коллектор. Делать его буду сам из подручного хлама. План пока примерно такой: Подробнее…

• Солнечные батареи своими руками (часть 2)

Как уже и обещалось ранее продолжаю описание процесса изготовления самодельного солнечного коллектора из сотового поликарбоната, начатое в прошлом посте.

Начинаем сборку.

Надо сделать продольный разрез в подающей и отводящей трубе. В этот разрез будет вставлен лист сотового поликарбоната. Подробнее…

Популярность: 46 703 просм.

⚡️Самодельный стабилизатор напряжения 220в | radiochipi.ru

На чтение 3 мин Опубликовано 01.10.2017 Обновлено 14.03.2020

Электронный стабилизатор напряжения — это промежуточное устройство между бытовой электросети и электропотребителем (нагрузкой). Такое устройство предназначено для поддержания напряжения на определенном уровне, а в частности 220В.

Нередко случается в квартирах, а часто в своих домах, напряжения в розетке далеко от идеала 220В, оно или сильно занижено, либо завышено, а порой просто резко скачет. В таких ситуациях включенные бытовые приборы в розетку ведут себя как-то странно, освещение тускло горит, холодильник начинает гудеть, вода в электрочайнике медленно закипает. На помощь нам приходит стабилизатор сетевого напряжения.

[info]Стабилизаторы бывают промышленные и бытовые. Промышленные стабилизаторы напряжения работают от трех фазного напряжения 380В, бытовые от однофазного и делятся на электронные, феррорезонансные, релейные, электромеханические, инверторные.[/info]

Рассмотрим принципиальную схему упрощенного электронного стабилизатора напряжения. В диодном мосту VD2 по диагонали расположен полевой транзистор VT2, когда он закрыт, то первичная обмотка вольтодобавочного трансформатора Т1 отключена от сети. Выходное U на холостом ходу, равно сетевому за исключением, малого падения напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1.

По схеме начало первичной обмотки L1-1 трансформатора Т1 соединен непосредственно к сети 220В. Для того чтобы подключить второй конец первичной обмотки L2-1’ трансформатора Т1 к сети 220В, необходимо открыть полевой транзистор VT2 (IRF840), после чего к нагрузке приложится сумма напряжений на вторичной обмотке L1 1-2, L2 2’-1’ и напряжения сети.

На биполярный транзистор VT1 структуры n-p-n перехода подается напряжение, через нагрузку, трансформатор Т2 и диодный мост VD1. Потенциометром R1 выставляется выходное U=220В порог срабатывания устройства на нагрузке, биполярный транзистор VT1 открывается, при этом транзистор VT2 закрывается. Если напряжение в сети упадет и станет ниже 220В, то закроется транзистор VT1, откроется транзистор VT2.

Диодный мост VD1 КЦ405В выпрямляет переменное U=12В на вторичной обмотке трансформатора Т2, после постоянное напряжение подается на стабилизатор DA1 КР142ЕН8А и запитывает коллекторную цепь транзистора VT1 КТ972А. Конденсатор С5 и резистор R6 соединены параллельно истоку стоку транзистора VT2 и образуют гасящую цепочку от нежелательных скачков напряжения. С1 выполняет роль фильтрующего конденсатора от сетевых помех, тем самым улучшает процесс работы устройства.

Подбирая номиналы сопротивлений резисторов R3, R5 добиваются наилучшей и устойчивой работы стабилизации напряжения. Включение/выключение устройства и нагрузки осуществляется выключателем SA1. В стабилизаторе напряжения предусмотрено отключение стабилизирующего напряжения на нагрузке выключателем SA2. Собранный по схеме стабилизатор включают в сеть 220В и переменным резистором R1 выставляют U=220В на нагрузке.

С каталогом масляных трансформаторов можно ознакомиться по ссылке.

Вольтодобавочный трансформатор Т1 собран на основе готового трансформатора марки СТ-320, ранее использовавшегося в БП-1 блоках питания телевизоров УЛПЦТ-59. Трансформатор необходимо разобрать полностью, снять магнитосердечник, после чего смотать все вторичные обмотки, необходимо оставить только сетевую (первичную обмотку). Заново намотать поровну вторичные обмотки эмалированным медным проводом ПЭВ, ПЭЛ.

Одинаковые две катушки имеют следующие намоточные данные:

Полевой транзистор VT2 необходимо закрепить на радиаторе!

электронных, релейных, электромеханических и инверторных

Любое электрооборудование проектируется с расчётом на стабильные параметры сетевого напряжения. Это необходимо по двум причинам:

1. Подключённое к сети устройство должно обеспечивать стабильные параметры тока на выходе в соответствии со своим целевым предназначением;
2. Электрическая схема оборудования нуждается в защите от аномалий входного тока, которые являются основной причиной сбоев в работе и выходе из строя потребителей электроэнергии вследствие перегорания их токопроводящих контактов и элементов.

Чтобы питающее сетевое напряжение оставалось неизменным, используется специальное устройство – стабилизатор напряжения. Он осуществляет выравнивание характеристик входного тока и обеспечивает отключение потребителей в случае возникновения короткого замыкания или других критических сетевых аномалий.

Виды стабилизаторов напряжения

Принципиальная схема стабилизатора напряжения включает 2 основных элемента, функции которых заключаются в сравнении входных параметров тока с требуемыми и регулировкой выходных характеристик. При выборе стабилизатора необходимо учитывать его основные параметры, которые должны соответствовать свойствам электросети и особенностям питающихся от неё потребителей.

В список главных характеристик любого стабилизирующего устройства входят:

• Точность стабилизации;
• Скорость реакции на изменения параметров входного тока;
• Эксплуатационная надёжность;
• Защищённость от помех;
• Срок эксплуатации;
• Стоимость.

Существует несколько технических решений, позволяющих обеспечить стабильные параметры тока в сетях электропитания различного назначения. Наиболее широкое применение получили следующие виды стабилизаторов напряжения:

Сервоприводные. Обеспечивают высокую точность стабилизации и обладают неплохой устойчивостью к сетевым перегрузкам, включая короткое замыкание. Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа имеет существенный недостаток – низкую скорость реакции на изменения характеристик входного тока, вследствие их целесообразно использовать для защиты потребителей, питающихся от сетей, исключающих резкие скачки напряжения на входе.

Релейные. Характеризуются завидным быстродействием, однако не способны обеспечить высокую точность и качество выравнивания выходного напряжения, вследствие чего применяются для защиты электрооборудования малой мощности.

Электронные. Работают по тому же принципу, что и релейные, но вместо коммутационных реле функцию регулировки выходного напряжения выполняют электронные ключи – симисторы или тиристоры. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью стабилизации и надёжной защитой от резких скачков входного напряжения. К недостаткам можно отнести сравнительно большую погрешность при выравнивании выходного тока и высокую стоимость.

Электромеханические. Представляют собой разновидность сервоприводных стабилизаторов. В отличии от последних, в оборудовании этого класса вместо графитовых щёток используются ролики, обеспечивающие защиту от перегрева, высокую перегрузочную способность и продолжительный срок службы системы. Главным минусом электромеханического стабилизатора является сравнительно высокая стоимость.

В продаже встречаются гибридные (с двойной релейной схемой), а также инверторные и широтно-импульсные (ШИМ) стабилизаторы. Они обеспечивают высокую скорость выравнивания выходного тока с небольшой погрешностью и могут работать с широким диапазоном входных параметров напряжения. Стабилизаторы с подмагничиванием и дискретным высокочастотным регулированием являются узкоспециализированными, вследствие чего широкого применения на практике не получили.

Сервоприводные стабилизаторы

Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа включает:

• Блок защиты от перегрузки;
• Автотрансформатор;
• Серводвигатель с редуктором;
• Блок управления

Сервоприводные стабилизаторы напряжения осуществляют выравнивание выходного тока посредством сервопривода, который приводит в движение коммутационные контакты – графитовые щётки. Перемещение последних в нужную позицию обмотки трансформатора осуществляется плавно без прерывания фазы и искажений синусоиды выходного напряжения. При скачках или проседаниях входного тока в пределах 10 В блок управления выдаёт команду серводвигателю, который двигает коммутационные контакты до достижения требуемых на выходе 220 В.

Схема регулируемого стабилизатора напряжения сервоприводного типа включает подвижные элементы, что снижает его надёжность и долговечность. Кроме того, устройства этого класса поддерживают достаточно узкий диапазон входного напряжения (150-260 В) и допустимой нагрузки (в пределах 250-500 Вт). В то же время, работают они практически бесшумно и обеспечивают погрешность выравнивания параметров тока не более 2-3%.

Стабилизаторы релейного типа

Принцип работы устройств стабилизации релейного типа основан на ступенчатом регулировании напряжения. Осуществляется оно посредством силовых реле, которые выполняют коммутацию секций на вторичной обмотке автотрансформатора после вычисления необходимого числа трансформации контролирующим входные и выходные параметры тока процессором.

К основным достоинствам релейных стабилизаторов относят:

1. Компактные габариты и небольшой вес;
2. Широкий диапазон выравнивания;
3. Возможность применения при температурном режиме -20…+40°C;
4. Низкую стоимость.

Главные минусы этого оборудования – малая перегрузочная способность и снижение скорости стабилизации при увеличении точности последней.

Электронные стабилизаторы напряжения

Электронные устройства стабилизации работают по принципу ступенчатого регулирования напряжения посредством автоматической коммутации участков вторичной обмотки трансформатора, которая осуществляется силовыми электронными ключами, управляемыми процессорным блоком.

Отсутствие открытой коммутации исключает возникновение искр и окисление токопроводящих контактов схемы стабилизатора при избыточном токе на входе. Кроме того, оборудование этого класса обеспечивает малую инерционность срабатывания, отличается высокой конструктивной надёжностью и полностью бесшумной работой.

Можно собрать электронный стабилизатор напряжения 220В своими руками. Стоимость такое устройство будет иметь гораздо меньшую, чем произведённое на заводе, обеспечивая простоту в обслуживании. Основным недостатком самодельных решений является их низкая надёжность.

Инверторные стабилизирующие устройства

Всё более популярными становятся устройства стабилизации, работающие по принципу двойного преобразования напряжения. Они не имеют подвижных элементов и обеспечивают куда более высокое качество выравнивания тока, чем классические сервоприводные, релейные и электронные.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220В включает:

• Входной частотный фильтр;
• Выпрямитель напряжения;
• Корректор коэффициента мощности;
• Накопительный конденсатор;
• Преобразователь постоянного напряжения в переменное (инвертор) с требуемыми на выходе устройства характеристиками.
• Микроконтроллер.

Входной ток проходит частотную фильтрацию, после чего выпрямитель превращает его в постоянный с правильной синусоидой. В результате значительно возрастает коэффициент мощности. Постоянное напряжение заряжает конденсаторы, с которых ток поступает на инвертор, где выравниваются его частота и напряжение до требуемых 50 Гц и 220 В соответственно.

Инверторные устройства стабилизации обеспечивают КПД выше 90% и практически нулевую инерционность, поддерживая широкий спектр входных параметров тока.

Схема подключения стабилизатора напряжения не представляет особой сложности. Очень важно при этом грамотно выбрать сечение кабеля:

• Чем выше мощность устройства, тем большей должна быть площадь сечения;
• При низком уровне входного напряжения сила тока будет большой, поэтому для сетей с преобладающими проседаниями напряжения следует выбирать сечение кабеля с запасом.

И главное: при подключении стабилизатора любого типа требуется неукоснительно соблюдать правила электробезопасности и рекомендации производителя, указанные в паспорте устройства.

Сетевой стабилизатор напряжения | Микросхема

Поводом для публикации статьи про сетевые стабилизаторы напряжения послужил комментарий одного из наших уважаемых радиолюбителей в заметке про мощные стабилизаторы напряжения, обеспечивающие ток нагрузки до 3 ампер.

Здесь рассмотрим именно сетевые стабилизаторы напряжения бытового назначения, т.е. которые обеспечивают на выходе стандартное для многих стран (хотя далеко не всегда оно таковое – прим. AndReas) потребительское напряжение 220 вольт. Так вот, при девиации сетевого напряжения на входе такого стабилизатора они призваны приводить его к номиналу 220 вольт на выходе. Таким образом, обеспечивается стабильное и бесперебойное питание бытовых приборов или оргтехники, что способствует значительному продлению срока эксплуатации бытовой техники.

Не буду загружать вас, уважаемые радиолюбители, теоретическим материалом, поскольку здесь и так все ясно. Схем различных сетевых стабилизаторов напряжения масса. Большинство из них также уже содержат фильтры от ВЧ помех и прочие «навороты». Но фирмы при покупке у них готового сетевого стабилизатора напряжения всегда «до кучи» пытаются «навалить» «левого», уже ненужного товара, например, сетевые фильтры. А цена на данные устройства порой доходит до абсурда.

Для начала небольшая ремарка. Если вы зашли на эту страничку, чтобы просто найти подходящий стабилизатор для себя, то можете поискать, например, здесь. Некоторые модели вполне заслуживают внимания.

Поскольку речь в комментарии зашла про сетевые стабилизаторы напряжения торговой марки Defender, то остановлюсь на них чуточку подробнее. Если изучить номенклатуру предлагаемых ими стабилизаторов, то в описании практически каждого устройства написано одно и то же назначение, а именно: предназначен для защиты электропитания бытовой аудио- и видеотехники, компьютеров, периферии и другой электронной аппаратуры от длительного повышения или понижения напряжения в сети, импульсных помех, а также для защиты от высокого напряжения.

Лично я для компьютера и другой маломощной цифровой электроники, вместо каких бы то ни было сетевых стабилизаторов, использую источник бесперебойного питания (или инвертор или преобразователь — кому как нравится). Вот это крайне полезное устройство во всех отношениях. Оно и от девиации напряжения спасает (кстати, в некоторые современные модели таких инверторов уже встроены стабилизаторы), и от его совершенного падения до нуля, да и от помех защищает.

А сетевые стабилизаторы напряжения не то чтобы необходимы, но рекомендованы приборам с электродвигателями и низкочастотными трансформаторами. А действительно необходимы они этим самым приборам за городом, на даче, т.е. там, где на выделенной вам электролинии напряжение много меньше даже 180 вольт.

Ну да ладно, лирику в сторону, продолжаем по существу. Как мне стало известно, в сетевых стабилизаторах напряжения Defender AVR применяется автотрансформаторная схема с цифровым управлением, а раньше использовалась схема с аналоговым управлением. Пример схемы с аналоговым управлением:

Более про бытовые стабилизаторы Defender никаких данных, к сожалению, найти не удалось. Вообще подобные фирмы неохотно раскрывают, так сказать, коммерческую тайну. Хотя, было бы что скрывать, если подобных разработок полно в общем доступе (прим. авт. AndReas). Но мы подготовили ещё несколько схем сетевых преобразователей напряжения. Не думаю, что все производители подобных устройств могут предложить что-то кардинально новое. Все их, так называемые, разработки основаны на общедоступных схемотехнических решениях. Вот один из них:

Сетевой стабилизатор напряжения, схема которого представлена чуть выше, включает последовательно с нагрузкой одну, две или три дополнительных обмотки трансформатора при девиации сетевого напряжения. Если сетевое напряжение ниже необходимого, то дополнительные обмотки включаются синфазно с сетью, и напряжение на нагрузке становится больше сетевого. Если напряжение сети становится выше нормы, то обмотки включаются в противофазе с сетевым напряжением, приводя к уменьшению напряжения на нагрузке. Трансформатор на схеме обозначен Т1, а дополнительные обмотки римскими цифрами IV, V, VI. Компараторы DA3…DA8 настроены на срабатывание в зависимости от уровней сетевого напряжения 250 В, 240 В, 230 В, 210 В, 200 В и 190 вольт соответственно. Если напряжение сети превышает указанные уровни, то на выходах (вывод 9) тех компараторов, для которых выполняется указанное условие, действует напряжение высокого логического уровня (логической 1), составляющее около 12 В. Таким образом, разница уровней срабатывания компараторов составляет 10 В, или примерно 5 % сетевого напряжения. Уровни срабатывания компараторов DA5 и DA6 отличаются на 20 вольт. Это соответствует зоне регулирования 220 В ± 5%. Следует заметить, что государственными стандартами установлено допустимое сетевое напряжение от 187 В до 242 В. Данный же стабилизатор, как видно, обеспечивает более высокую точность поддержания величины сетевого напряжения. Это можно отразить так:

Вместо указанных на схеме компараторов можно применить микросхему К1401СА1. В качестве стабилизаторов применены КР142ЕН8Б. Диодные мостики VD1 и VD2 можно заменить на КЦ402…КЦ405, КЦ409, КЦ410, КЦ412. VD4…VD7 – любые с допустимым обратным напряжением более 15 В и прямым током более 100 мА. Оксидные конденсаторы — К50-16, К50-29 или К50-35; остальные— КМ-6, К10-17, К73-17. Реле К1 — К5 — зарубежного производства Bestar BS-902CS. Реле этого типа имеют обмотку сопротивлением 150 Ом, рассчитанную на рабочее напряжение 12 В, и контактную группу переключающего типа, рассчитанную на коммутацию напряжения 240 В при токе 15 А. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ50х40. Обмотка I намотана проводом ПЭВ-2 0,9 и содержит 300 витков; обмотка II —21 виток провода ПЭВ-2 0,45; обмотка III — 14 витков провода ПЭВ-2 0.45; обмотки IV, V, VI содержат по 14 витков провода ПБД 2.64. Удобно использовать стандартный трансформатор типа ОСМ1-0.63, у которого все обмотки, кроме первичной (она содержит 300 витков), удалены, а вторичные обмотки намотаны в соответствии с приведенными выше данными. При изготовлении трансформатора одноименные выводы обмоток I, IV, V, VI следует пометить (на схеме обозначены точками). Номинальная мощность такого трансформатора составляет 630 Вт. К данному сетевому стабилизатору напряжения можно подключить нагрузку до 3 киловатт. Если точность поддержания выходного напряжения нужна ниже, то число вторичных обмоток трансформатора Т2 можно снизить до двух, а их напряжение увеличить с 10 вольт до 15 вольт. При этом число компараторов также уменьшится, а пороги их срабатывания следует установить соответственно напряжениям вторичных обмоток Т2.

Настройка этого сетевого стабилизатора следующая:

Самыми простыми в схемотехническом отношении являются электромеханические сетевые стабилизаторы напряжения. Основными компонентами такого типа приборов являются автотрансформатор и электродвигатель, например, РД-09 со встроенным редуктором, который вращает движок автотрансформатора.

Все очень просто. Контроль сетевого напряжения осуществляет электронная схема, которая при его девиации подает сигналы электродвигателю на вращение ротора по часовой или против часовой стрелки. Вращаясь, ротор перемещает движок автотрансформатора, обеспечивая тем самым стабильное выходное напряжение. Вот несколько схем электромеханических сетевых стабилизаторов:

Ещё одной разновидностью сетевых стабилизаторов напряжения являются релейные. Они обеспечивают более высокую выходную мощность вплоть до нескольких киловатт. Мощность нагрузки даже может превосходить мощность самого трансформатора. При выборе мощности трансформатора учитывается минимально возможное напряжение в электрической сети. Если, например, минимальное напряжение сети не менее 180 вольт, то от трансформатора требуется вольтодобавка 40 вольт, т.е. в 5,5 раз меньше сетевого напряжения. Во столько же раз выходная мощность всего стабилизатора будет больше мощности силового трансформатора. Количество ступеней регулирования напряжения обычно не превышает 3…6, что обеспечивает достаточную точность поддержания выходного напряжения. Вот некоторые схемы стабилизаторов релейного типа:

Дополнительно можете ознакомиться со следующими схемами, описанием работы и конструкциями сетевых стабилизаторов напряжения:

Скачать схему сетевого стабилизатора на 6 киловатт

Скачать схему сетевого стабилизатора с микроконтроллерным управлением

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: полезно собрать

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Стабилизатор сетевого напряжения
Мощный стабилизатор напряжения

Самая простая схема источника питания

Эта схема источника питания проста в изготовлении и недорого. А для этого требуется всего 5 компонентов.

За свою жизнь я построил много схем, но на самом деле это первый раз, когда я построил схему источника питания с нуля.

Последним проектом, который я хотел создать, был сетевой адаптер с USB-разъемом для зарядки моего iPhone. Но сначала я хотел начать с создания простой схемы, которая преобразует напряжение сети 220 В или 110 В в 5 В.

Поскольку я нахожусь в Австралии, когда пишу это, а напряжение здесь 220 В, я построил его с расчетом на 220 В. Но вместо этого очень легко преобразовать его в 110 В, переключив одно соединение (или один компонент).

Осторожно: НЕ подключайте к электросети все, что вы делаете самостоятельно, если вы не на 100% уверены в том, что делаете. Неправильное действие может привести к серьезным повреждениям, даже к смерти. Используйте предоставленную здесь информацию на свой страх и риск.

Если вам нужна совершенно безопасная и чрезвычайно полезная схема источника питания, вам следует проверить это портативное зарядное устройство USB, которое я построил.Он даже включает в себя загружаемое пошаговое руководство о том, как его собрать самостоятельно.

Проектирование источника питания

Я хочу построить схему источника питания на базе регулятора напряжения LM7805, потому что это простой в использовании чип. Этот компонент даст стабильное выходное напряжение от 5 В до 1,5 А.

Я могу легко понять, как использовать LM7805, посмотрев на его техническое описание.

Из таблицы я нашел эту маленькую схему:

Выбор номиналов конденсатора

На изображении выше показан регулятор напряжения с цифрой 0.Конденсатор 33 мкФ на входе и 0,1 мкФ на выходе. Трудно найти хороший источник информации об этих значениях конденсаторов, но, согласно этим вопросам и ответам, в этих значениях нет ничего волшебного.

В сети есть много мнений по поводу этих конденсаторов. Некоторые предлагают конденсаторы 0,1 мкФ, другие — конденсаторы 100 мкФ. Некоторые предлагают использовать одновременно 0,1 мкФ и 100 мкФ.

Значения, которые вы должны использовать, зависят от множества факторов. Например, какой длины будут провода.Но эта статья о том, как построить простую схему питания, поэтому не будем усложнять. Наверное, подойдет практически любая емкость конденсатора. Возможно, он будет работать даже без конденсаторов.

Чтобы сделать выходное напряжение «немного стабильным», я собираюсь использовать на выходе конденсатор емкостью 1 мкФ. Я пропущу входной конденсатор, потому что конденсатор все равно будет в этом положении — просто продолжайте читать.

Преобразование из 220 В

В таблице данных также указано, что для правильной работы требуется от 7 до 25 В.Итак, мне нужно только добавить несколько компонентов, которые преобразуют 220 В (или 110 В) переменного тока в постоянное напряжение, которое остается между 7 и 25 В.

Это относительно просто. Я просто добавлю трансформатор, который преобразует напряжение, например, примерно до 12 В. Затем я подам это переменное напряжение в мостовой выпрямитель, чтобы его выпрямить.

И я использую большой конденсатор на выходе, чтобы постоянно поддерживать напряжение выше необходимых 7В. Это значение конденсатора не критично. Я видел много схем блоков питания, в которых используется 470 или 1000 мкФ, поэтому сейчас я попробую с 470 мкФ.

Схема блока питания

Итак, итоговая схема выглядит так:

Список запчастей

Часть	Значение	Описание
Т1	220 В (или 110 В) до 12 В	Трансформатор
DB1		Выпрямитель с диодным мостом
C1	470 мкФ (20 В и выше)	Конденсатор
C2	1 мкФ (10 В и выше)	Конденсатор
U1	7805	Регулятор напряжения

Общая стоимость комплектующих около 12-15 долларов.Самый дорогой компонент — трансформатор (около 10 долларов).

Поиск компонентов для цепи

Когда я не уверен, как выбрать компоненты для схемы, я обычно хожу в интернет-магазины электроники для любителей и смотрю на их варианты. В этих магазинах обычно есть компоненты, которые должны работать от стандартного блока питания без каких-либо особых требований.

В Австралии Jaycar — хороший вариант.

Быстрый поиск «трансформатора» на Jaycar дает мне несколько вариантов.Входное напряжение должно быть около 220 В, а выходное — около 12 В. После быстрого просмотра их вариантов и цен я остановился на этом:
https://www.jaycar.com.au/12-6v-ct-7va-500ma-centre-tapped-type-2853-transformer/p / MM2013

Трансформатор имеет центральный отвод на выходной стороне, который я могу игнорировать.

Это на 220В. Если вы живете в стране с напряжением 110 В, в магазинах вашей страны, вероятно, найдется подходящая версия. Щелкните здесь, чтобы просмотреть мой список интернет-магазинов.

Тогда мне нужен выпрямитель. Мы можем использовать 4 силовых диода (например, 1N4007) или мостовой выпрямитель (который в основном состоит из четырех диодов, встроенных в один компонент). Самый дешевый вариант, который появляется при поиске мостового выпрямителя на Jaycar, — это:
https://www.jaycar.com.au/w04-1-5a-400v-bridge-rectifier/p/ZR1304

Готовая схема

Это простая схема для пайки на макетной плате. Вот прототип, который я построил:

.

Напоминание: не подключайте к электросети все, что вы построили самостоятельно, если вы не уверены на 100% в том, что делаете.Используйте предоставленную здесь информацию на свой страх и риск.

Вы его построили?

Вы построили эту схему? Какой у вас опыт? С чем вы боролись? Расскажите в комментариях ниже, как все прошло.

Как собрать собственный блок питания »maxEmbedded

Этот пост написал Вишвам, фанат электроники и потрясающий гитарист. Он является одним из основных членов roboVITics. Не забудьте поделиться своим мнением после прочтения!

Блок 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, регулируемые и т. Д., И решение о выборе правильного полностью зависит от того, какое устройство вы пытаетесь использовать с источником питания. Источники питания, часто называемые адаптерами питания или просто адаптерами, доступны с различным напряжением и разной токовой нагрузкой, что является не чем иным, как максимальной мощностью источника питания для подачи тока на нагрузку (нагрузка — это устройство, которое вы пытаетесь подать. мощность к).

Можно спросить себя, «Почему я делаю это сам, если он доступен на рынке?» Что ж, ответ — даже если вы его купите, он обязательно перестанет работать через некоторое время (и поверьте мне, блоки питания перестают работать без каких-либо предварительных указаний, однажды они будут работать, завтра они просто перестанут работать. прекратить работу!). Итак, если вы построите его самостоятельно, вы всегда будете знать, как его отремонтировать, поскольку вы будете точно знать, какой компонент / часть схемы что делает. А дальше, зная, как построить один, вы сможете отремонтировать уже купленные, не тратя деньги на новый.

1. Медные провода с допустимым током 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-полюсный штекер

Дополнительно

1. Светодиод (для индикации)
2. Резистор (значение поясняется позже)
3. Радиатор для регулятора напряжения (для более высоких выходов тока)
4. Переключатель SPST

Трансформаторы

Трансформаторы — это устройства, которые понижают относительно более высокое входное напряжение переменного тока до более низкого выходного напряжения переменного тока.Найти входные и выходные клеммы трансформатора очень сложно. Обратитесь к следующей иллюстрации или в Интернете, чтобы понять, где что находится.

Клеммы ввода-вывода трансформатора

В основном трансформатор имеет две стороны, где заканчивается обмотка катушки внутри трансформатора. Оба конца имеют по два провода на каждом (если вы не используете трансформатор с центральным отводом для двухполупериодного выпрямления). На трансформаторе одна сторона будет иметь три клеммы, а другая — две.Один с тремя выводами — это пониженный выход трансформатора, а другой с двумя выводами — это то место, где должно быть обеспечено входное напряжение.

Регуляторы напряжения

Стабилизаторы напряжения серии 78ХХ — это регуляторы, широко используемые во всем мире. XX обозначает напряжение, которое регулятор будет регулировать как выходное, исходя из входного напряжения. Например, 7805 будет регулировать напряжение до 5 В. Точно так же 7812 будет регулировать напряжение до 12 В.Обращаясь к этим регуляторам напряжения, следует помнить, что им требуется как минимум на 2 вольта больше, чем их выходное напряжение на входе. Например, для 7805 потребуется не менее 7 В, а для 7812 — не менее 14 В в качестве входов. Это повышенное напряжение, которое необходимо подать на регуляторы напряжения, называется Dropout Voltage .

ПРИМЕЧАНИЕ: Входной вывод обозначен как «1», земля — ​​как «2», а выходной — как «3».

Схема регулятора напряжения

Диодный мост

Мостовой выпрямитель состоит из четырех обычных диодов, с помощью которых мы можем преобразовать напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.Это лучшая модель для преобразования переменного тока в постоянный, чем двухполупериодные и полуволновые выпрямители. Вы можете использовать любую модель, какую захотите, 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 преобразованное напряжение).

Следует отметить, что диоды теряют около 0,7 В каждый при работе в прямом смещении. Таким образом, при выпрямлении моста мы упадем 1,4 В, потому что в один момент два диода проводят ток, и каждый из них упадет на 0.7В. В случае двухполупериодного выпрямителя будет потеряно только 0,7 В.

Так как это падение влияет 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, для регулятора напряжения требуется как минимум 14 вольт на входе. Таким образом, выход диодов (который входит в стабилизатор напряжения) должен быть больше или равен 14 вольт.Теперь о входном напряжении диодов. В целом они упадут на 1,4 Вольт, поэтому входное напряжение на них должно быть больше или равно 14,0 + 1,4 = 15,4 Вольт. Поэтому я бы, вероятно, использовал для этого понижающий трансформатор с 220 на 18 вольт.

Таким образом, понижающее напряжение трансформатора должно быть как минимум на 3,4 В выше желаемого выходного напряжения источника питания.

Схема и изображение диода

Цепь фильтра

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

Схема и изображение конденсатора

Вот принципиальная схема блока питания:

Принципиальная схема

Как это работает

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

Сделайте схему на печатной плате общего назначения и используйте 2-контактный штекер (5A) для подключения входа трансформатора к сети переменного тока через изолированные медные провода.

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

Очень распространенный тип переходного разъема

Если вы хотите запитать самодельную схему или устройство, то вы, вероятно, пропустите выходные провода вашего источника питания напрямую в вашу схему.

Важно отметить, что вам нужно будет соблюдать полярность при использовании этого источника питания, так как большинство устройств, которые вы включаете, будут работать только с прямым смещением и не будут иметь встроенного выпрямителя для исправления неправильной полярности. .

Порты подключения переходного разъема

Практически всем устройствам потребуется заземление на наконечнике и заземление на рукаве, за исключением некоторых, например, в музыкальной индустрии, почти все устройства нуждаются в заземлении на наконечнике и плюсе на рукаве.

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

 R = (Vout - 3) / 0,02 Ом 

Где, R — значение последовательного сопротивления, а Vout — 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 рассчитанному, желательно большим.

Схема и изображение светодиода

Помимо светодиода, вы также можете добавить переключатель для управления режимом включения / выключения источника питания.

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

Радиатор

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

ПРИМЕЧАНИЕ. Для всех плат микроконтроллеров потребуется положительный полюс на наконечнике и заземление на втулке.

Это адаптер на 12 В, который я сделал

1. Перед тем, как паять детали на печатную плату, спланируйте компоновку вашей схемы на ней, это поможет сэкономить место и позволит меньше места для ошибок при пайке.
2. Если вы новичок в схемах и пайке, я бы посоветовал вам сначала сделать эту настройку на макетной плате и проверить свои соединения, а после того, как эта схема заработает на макетной плате, перенесите эту схему на печатную плату и припаяйте.
3. Будьте осторожны, , поскольку вы работаете напрямую с сетью переменного тока.
4. Проверьте заранее, какое напряжение требуется устройству, которое вы пытаетесь подключить к источнику питания. Некоторые устройства можно сжечь всего парой дополнительных вольт.
5. Стабилизаторы напряжения серии 78XX способны обеспечивать токи до 700 мА при использовании радиатора.

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

Вишвам Аггарвал
[email protected]

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Design Источник питания 5 В постоянного тока (простое пошаговое руководство)

Ищете помощь в разработке источника питания 5 В самостоятельно? Что ж, добро пожаловать. В этом посте мы не только проектируем блок питания, но и узнаем о расчетных расчетах, которые вы можете сделать сами.

Схема источника питания — это очень простая схема в обучении электронике. Почти каждый в электронике пытается это сделать. И я не могу сказать вам, насколько это весело, когда вы закончите свой первый дизайн блока питания, протестируете его, и он будет работать нормально.

Хорошо!

Блок питания, который мы здесь разработаем, очень простой. Это линейный дизайн, основанный на технологиях, он будет проходить вас на каждом этапе проектирования, попытается представить все простым языком, выполнит некоторые математические вычисления i.е. Если в схеме используется конденсатор, вы должны знать, зачем он нужен и как рассчитывается его значение.

Надеюсь, вам понравится этот пост и вы чему-нибудь научитесь. На всякий случай, если вам нравится заниматься электроникой, занимаясь своими руками, то этот набор для самостоятельного изготовления регулируемого блока питания (нажмите здесь) подойдет именно вам. Развлекайтесь 😀

Конструкция блока питания 5В постоянного тока

Проектирование любой схемы начинается с хорошо составленной общей блок-схемы. Это помогает нам спроектировать отдельные части схемы, а затем, в конце концов, собрать их вместе, чтобы получить полную схему, готовую к использованию.

Общая блок-схема этого проекта представлена ​​ниже. Все очень просто. Он состоит из следующих четырех основных подблоков.

• Трансформатор
• Схема выпрямителя
• Фильтр
• Регулятор

Сначала я объясню каждый блок в целом, а затем мы перейдем к проектированию. Думаю, нужно понимать, какой блок что делает в первую очередь.

Итак, давайте попробуем разобраться в каждом разделе по отдельности.

Входной трансформатор

Трансформатор — это устройство, которое может повышать или понижать уровни напряжения в соответствии с законом передачи энергии.

Вопрос в том, зачем нам это нужно в нашей конструкции снабжения?

Что ж, в зависимости от вашей страны, переменный ток, поступающий в ваш дом, имеет уровень напряжения 220/120 В. Нам нужен входной трансформатор для понижения входящего переменного тока до требуемого нижнего уровня, то есть близкого к 5 В (переменный ток). Этот более низкий уровень в дальнейшем используется другими блоками для получения необходимых 5 В постоянного тока.

Трансформатор — это устройство, которое используется для повышения или понижения уровня переменного напряжения, сохраняя одинаковую входную и выходную мощность.

Будьте осторожны, играя с этим устройством.

Поскольку вы используете сетевое напряжение, которое может быть слишком опасным. Никогда не прикасайтесь к клеммам голыми руками или плохими инструментами. Имейте хороший и достойный бесконтактный тестер напряжения и используйте его, чтобы всегда быть уверенным в том, какая линия находится под напряжением, идущим к трансформатору.

Выпрямительная схема

Если вы думаете, что трансформатор просто снизил напряжение до 5 В постоянного тока. Извините, вы ошибаетесь, как когда-то был я. Пониженное напряжение по-прежнему остается переменным. Чтобы преобразовать его в постоянный ток, нужна хорошая выпрямительная схема.

Схема выпрямителя — это комбинация диодов, расположенных таким образом, чтобы преобразовывать переменное напряжение в постоянное напряжение.

Без выпрямительной схемы невозможно получить необходимое выходное напряжение 5 В постоянного тока.Эта схема поставляется в красивых интегрированных корпусах, или вы также можете сделать ее с использованием четырех диодов. Вы увидите, как мы его проектируем, в следующих разделах.

В основном, существует два типа выпрямительных схем; полуволна и полноволновая. Однако нас интересует полноценный выпрямитель, так как он более энергоэффективен, чем первый.

Фильтр

В практической электронике нет ничего идеального. Схема выпрямителя преобразует входящий переменный ток в постоянный, но, к сожалению, не превращает его в чистый постоянный ток.Выход выпрямителя пульсирует и называется пульсирующим постоянным током. Этот пульсирующий постоянный ток не считается подходящим для питания чувствительных устройств.
Итак, выпрямленный постоянный ток не очень чистый и имеет рябь. Задача фильтра — отфильтровывать эти пульсации и обеспечивать совместимость напряжения для регулирования.

Конденсаторный фильтр используется, когда нам нужно преобразовать пульсирующий постоянный ток в чистый или удалить искажения из сигнала

Практическое правило: напряжение постоянного тока должно иметь пульсации менее 10 процентов, чтобы можно было точно регулировать.

Лучшим фильтром в нашем случае является конденсатор. Вы, наверное, слышали, конденсатор — это устройство, накапливающее заряд. Но на самом деле его лучше всего использовать как фильтр. Это самый недорогой фильтр для нашей базовой конструкции блока питания 5 В.

Регулятор

Стабилизатор — это линейная интегральная схема, в которой используется стабилизированное постоянное выходное напряжение. Регулировка напряжения очень важна, потому что нам не нужно изменять выходное напряжение при изменении нагрузки.

Всегда требуется выходное напряжение, независимое от нагрузки.ИС регулятора не только делает выходное напряжение независимым от переменных нагрузок, но и от изменений напряжения в сети.

Регулятор — это интегральная схема, используемая для обеспечения постоянного выходного напряжения независимо от изменений входного напряжения.

Надеюсь, вы разработали несколько основных концепций проектирования источников питания. Давайте пойдем дальше с реальной принципиальной схемой для нашей конкретной конструкции блока питания 5 В постоянного тока.

Принципиальная схема источника питания 5В постоянного тока

Ниже представлена ​​принципиальная схема указанного проекта.Вы получаете основной запас; напряжение и частота могут зависеть от вашей страны, предохранителя; для защиты схемы, трансформатора, выпрямителя, конденсаторного фильтра, светодиодного индикатора и регулятора IC.

Блок-схема реализована в программном обеспечении NI Multisim, хорошем программном обеспечении для моделирования для студентов и начинающих электронщиков. Я рекомендую потратить немного времени на то, чтобы поиграть с ним.

Теперь перейдем к собственному дизайну.

Пошаговый метод проектирования источника питания постоянного тока 5 В

Вот в чем дело, мы сначала спроектируем каждую секцию, а затем соберем каждую из них, чтобы наш источник питания постоянного тока был готов для питания наших проектов.

Итак, приступим к делу шаг за шагом.

Вы думаете, я бы начал объяснение конструкции с трансформатора, но это не так. Трансформатор выбирается не сразу.

Шаг 1: Выбор регулятора IC

Выбор микросхемы регулятора зависит от вашего выходного напряжения. В нашем случае мы проектируем для выходного напряжения 5В, мы выберем ИС линейного регулятора LM7805.

Следующим шагом в процессе проектирования является определение номинальных значений напряжения, тока и мощности выбранной ИС регулятора.Это делается с помощью таблицы данных регулятора IC.

Ниже приведены номинальные характеристики и схема контактов LM7805 из таблицы данных.

В техническом описании 7805 также предписывается использование конденсатора 0,1 мкФ на выходной стороне, чтобы избежать переходных изменений напряжения из-за изменений нагрузки. И 0,1 мкФ на входе регулятора, чтобы избежать пульсаций, если фильтрация находится далеко от регулятора.

Для дополнительной информации, для вывода положительного напряжения мы используем LM78XX.XX указывает значение выходного напряжения, а 78 указывает положительное выходное напряжение. Для выхода с отрицательным напряжением используйте LM79XX, 79 указывает отрицательное напряжение, а XX указывает значение выхода.

Шаг 2: Выбор трансформатора

Правильный выбор трансформатора означает экономию денег. Мы узнали, что минимальный вход для выбранной нами микросхемы регулятора составляет 7 В (см. Значения в таблице выше). Итак, нам нужен трансформатор для понижения основного переменного тока, по крайней мере, до этого значения.

Но между регулятором и вторичной обмоткой трансформатора тоже есть выпрямитель на диодном мосту.Выпрямитель имеет собственное падение напряжения, то есть 1,4 В. Нам также необходимо компенсировать это значение.

Итак, математически:

Это означает, что мы должны выбрать трансформатор со значением вторичного напряжения, равным 9 В или как минимум на 10% больше, чем 9 В.

Исходя из этого, для конструкции блока питания 5 В постоянного тока мы можем выбрать трансформатор с номинальным током 1 А и вторичным напряжением 9 В. Почему ток 1А? Поскольку IC регулятора имеет номинальный ток 1 А, это означает, что мы не можем пропускать ток, превышающий это значение.Выбор трансформатора с номинальным током выше этого потребует дополнительных денег. И нам это не нужно.

Шаг 3: Выбор диодов для моста

Как вы видите на принципиальной схеме, схема выпрямителя состоит из нескольких диодов. Чтобы сделать выпрямитель, нам нужно подобрать для него подходящие диоды. При выборе диода для мостовой схемы. Имейте в виду выходной ток нагрузки и максимальное пиковое вторичное напряжение трансформатора i-e 9В в нашем случае.

Вместо отдельных диодов вы также можете использовать один отдельный мост, который поставляется в корпусе IC. Но я не хочу, чтобы вы использовали его здесь, просто для изучения и игры с отдельными диодами.

Выбранный диод должен иметь номинальный ток больше, чем ток нагрузки (т.е. в данном случае 500 мА). И пиковое обратное напряжение (PIV) больше пикового вторичного напряжения трансформатора

Мы выбрали диод IN4001, потому что он имеет номинальный ток на 1 А больше, чем мы желаем, и пиковое обратное напряжение 50 В.Пиковое обратное напряжение — это напряжение, которое диод может выдерживать при обратном смещении.

Шаг 4: Выбор сглаживающего конденсатора и расчеты

При выборе подходящего конденсаторного фильтра необходимо учитывать его напряжение, номинальную мощность и значение емкости. Номинальное напряжение рассчитывается от вторичного напряжения трансформатора.

Практическое правило: номинальное напряжение конденсатора должно быть как минимум на 20% больше, чем вторичное напряжение. Итак, если вторичное напряжение составляет 13 В (пиковое значение для 9 В), то номинальное напряжение конденсатора должно быть не менее 50 В.

Во-вторых, нам нужно рассчитать правильное значение емкости. Это зависит от выходного напряжения и выходного тока. Чтобы найти правильное значение емкости, используйте формулу ниже:

Где,

Io = ток нагрузки, т. Е. 500 мА в нашем исполнении, Vo = выходное напряжение, т. Е. В нашем случае 5 В, f = частота, т. Е. 50 Гц

В нашем случае:

Частота 50 Гц, потому что в нашей стране переменный ток 220 @ 50 Гц.У вас может быть сеть переменного тока 120 В при 60 Гц. Если да, то укажите значения соответственно.

Используя формулу конденсатора, практическое стандартное значение, близкое к этому значению, i-e 3.1847E-4, составляет 470 мкФ.

Другая важная формула приведена ниже. Это также можно использовать для расчета емкости конденсатора.

В данном случае R — это сопротивление нагрузки

. Rf — коэффициент пульсации, который должен быть менее 10% для хорошей конструкции. И на этом мы почти закончили с дизайном блока питания на 5 В.

Шаг 5. Обеспечение безопасности источника питания

Каждая конструкция должна иметь защитные приспособления для защиты от возгорания. Точно так же наш простой источник питания должен иметь один, то есть входной предохранитель. Входной предохранитель защитит наш источник питания в случае перегрузки.

Например, наша желаемая нагрузка может выдержать 500 мА. Если в случае, если наша нагрузка начнет плохо себя вести, есть вероятность заусенцев компонентов. Предохранитель защитит нашу поставку.

Практическое правило для выбора номинала предохранителя: он должен быть как минимум на 20% больше, чем ток нагрузки.

Разработанный нами простой блок питания способен выдавать ток 1 А, что в некоторых случаях может быть использовано. Если вы решили использовать его для таких случаев, то не забудьте прикрепить к микросхеме регулятора радиатор.

Больше удовольствия с электроникой

Электроника — это очень весело. Как только вы окунетесь в мир электроники, у вас всегда есть чем заняться.

Если вам нравится делать электронику своими руками, вам понравился этот пост, вы узнали все концепции дизайна, а теперь хотите создать свой собственный проект источника питания DIY.Вы хотите спаять и поиграть со всеми вышеупомянутыми компонентами, затем проверьте это, комплект источника питания Elenco (Amazon Link), вам будет интересен.

Также есть забавная книга под названием Make Electronics: Learning through discovery (Amazon link), , которая научит вас многим классным электронным устройствам с помощью практических занятий. Если вы найдете эту книгу интересной, попробуйте, и вы многому научитесь.

Заключение

Для меня, если вы любитель электроники или новичок, изучаете основы электроники, я бы порекомендовал вам разработать собственный лабораторный источник питания.

Он поможет вам изучить электронику, а также даст вам лучший лабораторный источник питания.

Я называю его лучшим, потому что вы сделаете его сами. И я не могу выразить словами, насколько весело играть с электроникой в ​​безопасной среде. Это похоже на обучение на практике

Не указывайте только источник питания 500 мА. Это может быть ваш источник питания 5 В постоянного тока с допустимым током до 500 мА. И это было то, что я знаю, как проектировать источник питания постоянного тока на 5 Вольт.

Надеюсь, это была вам какая-то помощь.

Спасибо и удачной жизни.

---

Прочие полезные сообщения

Как сделать автоматический стабилизатор напряжения? Схема, объяснение конструкции

Введение

На рынке доступно огромное количество разнообразных стабилизаторов напряжения, и, конечно же, не составляет большого труда приобрести один в соответствии с потребностями. Но, конечно, может быть очень забавно построить один дома самостоятельно и увидеть, как он действительно работает.Схема автоматического стабилизатора напряжения (АВС), описанная в этой статье, на самом деле очень проста по конструкции, достаточно точна и обеспечит хорошую защиту подключенного к ней электронного устройства. Это особенно защитит их от опасных высоких напряжений, а также от возможных отключений (низкого напряжения). Выходной сигнал будет находиться в диапазоне 200–255 В переменного тока при входном напряжении 175–280 В переменного тока.

Как работает стабилизатор напряжения?

В одной из моих предыдущих статей вы, должно быть, узнали о работе автотрансформатора.Там мы изучили, как автотрансформатор можно использовать для создания напряжений выше и ниже, чем напряжение переменного тока входной сети. Автотрансформатор фактически играет самую важную роль в цепи стабилизатора напряжения.

Схема стабилизатора напряжения в основном состоит из датчика напряжения. Он настроен на обнаружение повышения или понижения напряжения сети переменного тока до опасного уровня. Как только он обнаруживает опасное входное напряжение, он немедленно включает реле, подключенные к нему. Эти реле, в свою очередь, меняют местами и переключают соответствующие клеммы обмотки автотрансформатора для корректировки и стабилизации выходного напряжения.Таким образом, устройство, подключенное к выходу схемы стабилизатора напряжения, всегда получает безопасное, допустимое напряжение и может надежно работать независимо от колеблющихся входных напряжений.

Давайте перейдем к изучению деталей, необходимых для его постройки, а также деталей его конструкции.

Необходимые детали

Для схемы потребуются следующие детали:

• Резистор Вт, CFR R1 = 2 К 7,

• Предустановка P1 = 10 К, линейная,

• Транзистор T1 = BC 547,

• Стабилитрон Z1 = 3 В / 400 мВт,

• Диод D1, D2 = 1N4007,

• Конденсатор = 220 мкФ / 25 В

• Реле RLD1 = 12 В двойной полюс, двойной ход),

• Трансформатор T1 = 12-0-12 В / 5 ампер.T2 = 0 — 12 В / 500 мА (вход в соответствии со спецификациями страны)

• Плата общего назначения = 3 дюйма на 3 дюйма

Строительные подсказки

С помощью данной принципиальной схемы (на следующей странице ) Построение этой простой схемы AVS может быть выполнено с помощью следующих простых шагов:

• В данную часть платы общего назначения вставьте транзистор, припаяйте и отрежьте его выводы.

• Закрепите и припаяйте остальные связанные детали вместе с реле вокруг транзистора.

• Свяжите их все согласно принципиальной схеме.

• Наконец, подключите первичный и вторичный провода трансформатора к контактам реле, как показано на схеме.

На следующей странице описаны схема и детали конструкции этой схемы автоматического стабилизатора напряжения.

Описание схемы

Функционирование этой простой схемы стабилизатора напряжения можно понять из следующих пунктов:

Обращаясь к рисунку ( Нажмите, чтобы увеличить ), мы видим, что транзистор T1 образует основную активную часть всей системы. схема.

Напряжение от меньшего трансформатора выпрямляется посредством D1 и фильтруется через C1, чтобы обеспечить требуемую рабочую мощность для схемы управления, состоящей из транзистора T1, предварительно установленного P1, стабилитрона Z1 и реле DPDT.

Вышеупомянутое напряжение также используется как базовое опорное или чувствительное напряжение. Поскольку это напряжение будет изменяться пропорционально изменениям приложенного входного напряжения.

Например, если обычно рабочее напряжение постоянного тока составляет около 12 вольт, увеличение или уменьшение входного напряжения сети переменного тока, скажем, на 25 вольт будет пропорционально увеличивать или уменьшать напряжение постоянного тока до 14 или 10 вольт соответственно.

Предварительная установка P1 настроена таким образом, что транзистор проводит и управляет реле всякий раз, когда входная сеть переменного тока имеет тенденцию отклоняться выше точного нормального напряжения (110 или 225 вольт) и наоборот.

Если входное напряжение выходит за указанный выше предел, T1 проводит и активирует реле. Контакты реле подключают соответствующие соединения трансформатора стабилизатора мощности, чтобы вычесть 25 вольт на входе, то есть довести выходное напряжение примерно до 205 вольт. С этого момента, если сетевое напряжение продолжает увеличиваться, выходное напряжение для приборов будет на 25 вольт ниже него.Это означает, что даже если напряжение достигает 260 В, выходная мощность будет только до 260 — 25 = 235 вольт.

Совершенно противоположное произойдет, если входной переменный ток упадет ниже нормального уровня, то есть в этом случае к выходу будет добавлено 25 вольт, и даже если вход продолжит падать и достигнет 180 вольт, выход достигнет только до 180 + 25 = 205 вольт.

Настоящая конструкция очень проста и проста, поэтому стабилизация не может быть очень точной. Но, безусловно, он будет поддерживать выходное напряжение в пределах 200 и 250 вольт против предельных входных напряжений от 180 до 275 вольт (или в пределах 100 и 125 против 90 и 130 вольт).

Как это проверить?

Готовая печатная плата простого стабилизатора напряжения может быть протестирована следующим способом:

• Для процедуры тестирования вам потребуется универсальный регулируемый источник питания постоянного тока 0–12 вольт.

• Можно предположить, что максимальное напряжение источника питания 12 В соответствует входному напряжению приблизительно 230 В переменного тока. Это напряжение примем за напряжение срабатывания или за напряжение переключения стабилизатора.

• Подключите источник питания к клеммам питания собранной печатной платы.

• Поддерживайте максимальное напряжение источника питания 12 вольт.

• Тщательно отрегулируйте предустановку, чтобы реле просто сработало.

• Теперь при уменьшении напряжения питания на 1 вольт, т.е. до 11 вольт, реле должно вернуться в деактивированное положение.

• На этом настройка устройства завершена. Он должен поддерживать выходное напряжение в диапазоне от 200 до 255 вольт с предельным входным напряжением от 175 до 280 вольт.

Ваш стабилизатор напряжения теперь готов и должен защищать любой бытовой электронный прибор, подключенный к его выходу.

Принадлежности для скамейки

Принадлежности для скамейки

Elliott Sound Products

Настольные источники питания

Настольные источники питания — купить или построить?
Авторские права © Ноябрь 2019 г., Род Эллиотт Вершина

---

Указатель статей
Главный указатель

---

Содержание

---

Введение

Стендовый комплект — одно из самых полезных испытательных устройств, которое у вас когда-либо будет.Одно дело создать один, предназначенный для тестирования предусилителей и другого низковольтного, слаботочного оборудования, а другое дело — сделать такой, который подходит для тестирования усилителей мощности. На самом деле это настолько сложно сделать правильно, что такие, как покойный Боб Пиз, рекомендовали своим коллегам-инженерам и другим людям даже не пытаться. Его совет заключался в том, чтобы купить его у надежного поставщика и не подвергать себя горю, тратя много часов на его создание, только для того, чтобы он взорвал многие дорогие детали, использованные при его создании. ^[1] .

Во многих отношениях трудно не согласиться, и вдвойне, если вы хотите получить напряжение более 20 В на пару ампер. В наши дни проблема усугубляется, потому что, чтобы быть действительно полезным, источник питания должен иметь двойное отслеживание, как с положительным, так и с отрицательным питанием, с выходным напряжением, которое может изменяться от нуля до 25 В или около того. В идеале он должен быть способен выдавать не менее 3 А и иметь ограничение по току, чтобы вы не отключили питание при первом коротком замыкании выходных выводов (и что будет !).

По сути, на самом деле нет такой большой разницы между источником питания и усилителем мощности , за исключением того, что усилитель мощности должен обеспечивать и потреблять ток, в то время как источник питания должен только подавать ток на нагрузку. Однако там, где усилитель мощности будет время от времени подвергаться довольно сильному рассеянию, источник питания должен обеспечивать выход, возможно, 3-5 А при коротком замыкании, и не выходить из строя. Это намного сложнее, чем кажется.

Рассмотрим источник питания, который может обеспечить 40 В при 5 А, но настроен на выходное напряжение, возможно, 1-2 В и ток 5 А.Внутреннее напряжение будет около 50 В, поэтому на транзисторах регулятора почти 50 В, ток 5 А, в результате рассеиваемая мощность составит 250 Вт. Это может продолжаться часами или всего несколько минут, но это не означает, что вам нужно выделить всего несколько минут, потому что однажды вам понадобится 1-2V при 5A в течение часа или больше.

Никто не знает точно, что они будут делать с приличным блоком питания, пока он у них не будет, и в конечном итоге он будет использоваться для питания усилителей во время тестирования, зарядки аккумуляторов, измерения очень низких сопротивлений или любого другого количества других возможностей.Я знаю это, потому что так поступаю со своим (который я построил много-много лет назад, но он обеспечивает только ± 25 В при токе до 2,5 А). Я потерял счет, сколько раз цепь тепловой перегрузки отключала мою нагрузку, даже с вентилятором для принудительного воздушного охлаждения.

Принято считать, что настольные поставки должны регулироваться, и в этом проблема. Регулирование усложняет ситуацию и может создать проблемы со стабильностью, которые варьируются от просто неприятных до неразрешимых. Никому не нужен источник питания, который колеблется, и никому не нужен источник питания, который убивает тестируемое устройство (или заряжаемое, измеряемое и т. Д.)). В действительности регулирование (или, по крайней мере, «идеальное» регулирование) не является существенным. В большинстве усилителей мощности не используются регулируемые источники питания, как и во многих других сильноточных нагрузках. У вас должна быть возможность регулировать напряжение, и оно должно быть достаточно стабильным, но для большинства приложений не требуется обеспечение того, чтобы выходное напряжение изменялось только на несколько милливольт под нагрузкой. Возможно, вы почувствуете себя лучше, если у источника питания будет идеальная регулировка, но ваши схемы в основном не заботятся.

Ограничение тока — другое дело.В идеале, при первом включении ваш последний проект должен быть защищен на случай неисправности. Как и регулирование напряжения, функция ограничения тока должна быть регулируемой, но для этого редко требуется чрезвычайно точное регулирование тока . Если мы согласимся с тем, что очень точное регулирование напряжения или тока не является существенным, это упростит конструкцию и значительно упростит сборку и работу с минимумом суеты.

Мало кто захочет вечно бездельничать, пытаясь усовершенствовать регулятор, который хочет колебаться, и этот будет подходящим вариантом , если целью является «совершенство».Если это то, что вам действительно нужно, то я должен полностью согласиться с Бобом Пизом — покупайте коммерческие принадлежности у известного производителя. Однако вы, вероятно, получите серьезные деньги, если вам понадобится двойное отслеживание, высокое напряжение (более 30 В) и большой ток (5 А или более).

Обычно полезный источник питания будет иметь два выхода, от 0 до 25 В или около того, с регулируемым ограничением тока. В идеале это позволит вам использовать два выхода последовательно, что позволяет использовать одну переменную питания от 0 до 50 В.Выход 5А полезен, но не важен. Если вы используете его для тестирования аудиооборудования, сделанного своими руками (предусилители, активные кроссоверы, усилители мощности и т. Д.), Вы можете убедиться, что тестируемое устройство (тестируемое устройство) работает должным образом, не имеет коротких замыканий или других серьезных неисправностей, после чего оно может быть уверенно подключенным к предполагаемому источнику питания. Редко бывает, что любая грамотная конструкция выходит из строя с его «настоящим» источником питания, если он был протестирован при более низком напряжении, с использованием источника с ограничением тока, который защищает от повреждений в случае возникновения проблемы.

Расширение «базового» источника питания называется SMU (источник-измеритель). Обычно это высокоточные источники питания с микропроцессорным управлением, которые могут подавать ток стока и любой полярности. Большинство подает на нагрузку только ток источника, но SMU также можно использовать в качестве «активной нагрузки», как правило, для источников питания или другого тестируемого оборудования. Их также называют «4-квадрантными» источниками питания, что означает, что они предназначены для подачи или отвода тока любой полярности.К счастью, это не является требованием для базового тестирования и упоминается только в интересах полноты. Я не собираюсь описывать эти материалы в этой статье.

Обратите внимание, что это , а не строительный товар. Хотя на нем показаны схемы, они предназначены в первую очередь для демонстрационных целей, и нет никакой гарантии, что они будут работать должным образом, как показано на рисунке. Хотя они были смоделированы, это только указывает на то, что лежащие в их основе принципы верны, но не означает, что что схема будет работать так, как ожидалось в «реальной жизни».Хотя описанные схемы выглядят так, как будто они будут хорошо работать, это не было подтверждено сборкой и тестированием. их!

Не случайно проектов настольных блоков питания своими руками не так уж и много. Большинство людей довольно быстро осознают, что это очень дорогое мероприятие, и что получение полностью работающего и надежного источника питания, который сделает именно то, что вам нужно, — нетривиальная задача. Схемы, показанные здесь, предназначены для вдохновения и предназначены в основном для того, чтобы дать вам представление о задействованных сложностях — даже для кажущихся простыми схем.

---

1 Регулятор напряжения

В первых регулируемых источниках питания использовались клапаны (вакуумные лампы) с газоразрядным регулятором в качестве опорного напряжения. Как и ожидалось, они были не очень хороши из-за ограниченного доступного усиления. Ниже приведены несколько основных примеров, при этом версия операционного усилителя является довольно хорошим аналогом современных микросхем 3-контактных стабилизаторов. Все они страдают от проблемы, которая делает их (как правило) непригодными для настольного питания — они не могут снизить выходное напряжение до нуля вольт.

При тестировании того, что только что было построено, важно иметь возможность начинать с очень низкого (предпочтительно нулевого) напряжения и контролировать ток по мере увеличения напряжения. Если вы видите, что ток быстро нарастает при напряжении питания всего в вольт или около того, вы, , знаете, что есть проблема. Включение ограничения тока (рассмотрено немного позже) означает, что ток короткого замыкания можно поддерживать на уровне, при котором он вряд ли вызовет повреждение.

Рисунок 1.1 — Базовая топология стабилизатора напряжения

Устройство последовательного прохода — V1 / Q1, а управляющий элемент — V2, Q2 или U1 (клапан, транзистор и операционный усилитель соответственно).Опорным напряжением для схемы клапана является газоразрядная трубка, которая обычно имеет напряжение около 90 вольт (в зависимости от устройства доступны напряжения от 70 до 150 В ^[5] ). В схеме транзистора используется стабилитрон, а схема операционного усилителя показана с внешним опорным сигналом. В каждом случае используется обратная связь, а VR1 позволяет установить желаемое значение напряжения. В каждом случае это базовые версии регулятора, и на практике существует множество вариаций.

Обратная связь устроена так, что если выходное напряжение падает (например, из-за подключенной нагрузки), управляющее устройство гарантирует, что элемент последовательного прохода может пропускать дополнительный ток, необходимый для подачи на нагрузку желаемого напряжения. Способность любой из цепей поддерживать желаемое напряжение называется «регулировкой» и выражается в процентах. Например, если при подключении нагрузки напряжение падает на 1%, это является спецификацией для регулятора. Более высокий коэффициент усиления в устройствах управления и последовательного прохода означает лучшее регулирование.

В версии с операционным усилителем есть дополнительный транзистор и резистор. «Rs» — это резистор считывания тока, а Q2 — транзистор регулятора тока . Если ток таков, что напряжение на Rs больше 0,6 В, Q2 включается и «крадет» базовый ток у Q1 (обеспечивается через R1). Это самая основная форма текущего регулирования, и она на удивление хорошо работает на практике. Если Rs составляет 1 Ом, выходной ток ограничивается до 650 мА, если выход закорочен (или если нагрузка пытается потреблять более 600 мА).Хотя эта схема является базовой, она использовалась в бесчисленных конструкциях дискретных регуляторов на протяжении многих лет.

Как и ожидалось, версия операционного усилителя будет иметь гораздо лучшее регулирование, чем две другие, потому что она имеет чрезвычайно высокое усиление. Большинство современных 3-контактных ИС регуляторов используют аналогичную (но оптимизированную) топологию, а опорное напряжение, как правило, представляет собой схему «запрещенная зона» с очень высокой стабильностью. Для регулирования предусмотрены два значения — «линия» и «нагрузка». Линейное регулирование — это мера того, насколько изменяется выход при изменении входного напряжения, а регулирование нагрузки — это мера изменения выходного напряжения при изменении тока нагрузки.Если вы посмотрите на лист данных любого 3-контактного регулятора, эта информация предоставляется, но не всегда в процентах — иногда она отображается как ΔV (изменение напряжения), обычно в милливольтах. Большинство из них лучше 1% (линия и нагрузка).

В любой схеме регулятора напряжения необходимо учитывать множество факторов. Одна из самых сложных задач — это стабильность, чтобы гарантировать, что схема имеет быстрое время реакции, но без колебаний. Использование операционного усилителя, управляющего усилителем тока (обычно эмиттерным повторителем), обычно будет стабильным, но если в контуре обратной связи используются какие-либо дополнительные схемы усиления, он почти наверняка будет колебаться.Это означает, что необходимо добавить дополнительные компоненты (обычно конденсаторы малой емкости), и их оптимальное расположение обычно не сразу видно. Примеры можно увидеть на рисунке 6.1 (одинарный источник питания, операционный усилитель с выходом эмиттерного повторителя) и рисунок 7.1 (двойное питание), где за операционным усилителем следует каскад усиления. Учитывая, что большинство «обычных» операционных усилителей ограничено напряжением питания менее 36 В, это ограничивает доступное выходное напряжение, когда каскад усиления не включен.

В некоторых отношениях источник питания мало чем отличается от усилителя мощности звука.Единственное реальное отличие состоит в том, что усилители могут генерировать и поглощать (поглощать) ток, тогда как блок питания должен только подавать ток на нагрузку. В самом деле, вполне работоспособная схема регулятора может быть построена с использованием обычных строительных блоков усилителя мощности. Однако не ожидается, что усилители мощности будут управлять емкостными нагрузками, а регуляторы напряжения должны быть способны управлять любой нагрузкой, будь то емкостная, резистивная или индуктивная. Конечно, источник питания также должен защищать себя от повреждений (закороченные выходы или нагрузки с очень низким импедансом), и он должен иметь возможность передавать свой номинальный ток на на любую нагрузку при при любом напряжении .Рассеивание на последовательном транзисторе может быть чрезмерным, но питание должно продолжаться. По сравнению с блоками питания усилители мощности просты!

---

2 подхода для скамейки

Один из способов сделать очень надежный источник питания — использовать источник питания на основе мощного трансформатора и регулировать напряжение с помощью вариатора (см. Рисунок 4.1). Это не регулируется, но это самый простой способ создать источник питания высокой мощности, который можно использовать практически с любым усилителем (или другими проектами, включая источники питания ).Нет защиты от перегрузки по току (кроме предохранителей), но у меня есть пара источников питания, которые используют именно эту конфигурацию. Когда мне нужно много напряжения и тока, эти источники неоценимы. Однако сначала необходимо убедиться, что тестируемый блок не имеет врожденных неисправностей. В идеале это требует ограничения тока. Хотя «предохранительные» резисторы можно использовать последовательно с положительными и отрицательными источниками питания для начальных испытаний, это доставляет неудобства.

Большинство (практически все) из моих первоначальных тестов проводились с использованием источника питания с двойным отслеживанием от нуля до ± 25 В, 2 А, который я спроектировал и построил около 35 лет назад (на момент написания, и он все еще работает).Он имеет ограничение по току примерно до 100 мА и вентилятор для радиатора, а также функцию отключения при перегреве. Они необходимы, потому что действительно используется для «странных» приложений, и да, выход (ы) были закорочены много раз — обычно случайно, но иногда из-за неисправности в тестируемом элементе. Такая простая вещь, как небольшой припойный мостик, может обернуться гибелью для источника питания, который не может защитить себя.

Проблема рассеяния кратко обсуждалась выше, и это ахиллесова пята (так сказать) всех сильноточных линейных источников питания.Ответ (конечно) заключается в использовании конструкции с переключаемым режимом, но это так далеко выходит за рамки обычного DIY, что не заслуживает рассмотрения. Каждая проблема, с которой сталкивается линейный регулятор, сводится к мощности «n ^th » для импульсного источника питания. Те, которые вы можете купить, претерпели значительные изменения, и в них используются специализированные детали, которые не подходят для самостоятельной работы. Если вы не умеете проектировать и строить трансформаторы с переключаемым режимом, то об этом вообще не может быть и речи.

Если у вас есть линейный источник питания, который может обеспечить (скажем) 50 В при 5 А, в лучшем случае рассеивание при полном токе с закороченным (или низким напряжением) выходом составляет 250 Вт, но на самом деле это может быть намного больше.Если вы думаете, что это довольно просто (в конце концов, существуют транзисторы с мощностью рассеивания 250 Вт), подумайте еще раз. SOA (безопасная рабочая зона) и тепловые ограничения вступают в игру очень быстро, и транзистор с (например) 56 В на нем может быть рассчитан только на 3 А или около того, исходя из температуры корпуса 25 ° C. В конечном итоге вам нужно будет предоставить достаточно транзисторов, чтобы иметь возможность обрабатывать , по крайней мере, на , вдвое больше рассеиваемой мощности, а желательно больше. Я бы посоветовал использовать минимум 5 или более 125 Вт транзисторов, и хотя это звучит как перебор, в большинстве случаев достаточно — есть некоторый запас, но не очень! Более низкое напряжение снижает напряжение, и из многолетнего опыта я знаю, что для большинства испытаний обычно достаточно ± 25 В.

При более высоких напряжениях, если вы использовали 5-кратный TIP35C (NPN, 125 Вт при 25 ° C), каждый из них может передавать 1 А с 50 В через транзистор (50 Вт), , но только при 25 ° C. При повышенных температурах он снижается, снижаясь на 2 Вт / ° C выше 25 °. При температуре корпуса 75 ° C общее рассеивание ограничивается всего 25 Вт на каждый транзистор. Это исключает их из конкуренции с помощью простой схемы, потому что рассеивание будет превышать максимально допустимое, когда радиатор нагревается. Конечно, вы можете использовать гораздо более прочные транзисторы, но они будут соразмерно дороже.TIP35C (125 Вт) стоит около 3,00 австралийских долларов по сравнению с более чем 5,00 австралийских долларов для MJL3281 (200 Вт) и более 6,00 австралийских долларов для MJL21194 (200 Вт).

Все доступные устройства имеют одни и те же ограничения — SOA и температура всегда означают, что вы можете получить гораздо меньше энергии от любого транзистора, чем вы ожидаете. Принудительное воздушное охлаждение является обязательным, если у вас нет доступа к бесконечному радиатору, что, по моему опыту, трудно найти. Даже использование изолирующих шайб может стать непрактичным, потому что дополнительное тепловое сопротивление означает, что транзисторы придется еще больше снизить.Это, в свою очередь, означает «живой» радиатор, находящийся на полном питающем напряжении. Если он соприкоснется с заземленным корпусом, результатом будет очень громкий взрыв ! Как вы теперь должны знать, есть так много вещей, которые могут пойти не так, что совет покупать коммерческие расходные материалы действительно начинает выглядеть очень разумным.

Тогда (конечно) есть трансформатор. После этого идет сильноточный мостовой выпрямитель, за которым следуют конденсаторы фильтра. Все они должны быть очень прочными, с трансформатором на 500 ВА, мостом на 35 А и емкостью не менее 10 000 мкФ.Одно только оборудование (трансформатор, мостовые выпрямители, крышки фильтров, радиаторы и силовые транзисторы), вероятно, будет стоить не менее 200 австралийских долларов или больше. У вас по-прежнему нет корпуса / корпуса, кастрюль, ручек и вспомогательных деталей, включая разъемы питания и постоянного тока, измерители и т. Д. Помните, что для двойного источника питания (единственного, который действительно полезен), все удвоено . Вы получите по крайней мере за 400 австралийских долларов только за базовые вещи и ближе к 600 австралийским долларам к тому времени, когда все будет включено. Если это не убедило вас в том, что коммерческая поставка стоит того, тогда ничего не получится.

Если вы посмотрите на крупного поставщика (такого как RS Components, Element14 и т. Д.), Вы найдете двойные источники питания, которые могут работать от 0 до ± 30 В при 5 А или от 0 до 60 В, если два выхода соединены последовательно. Они могут не принадлежать к той же лиге, что и Tektronix, Keysight или другие производители «лабораторного» оборудования, но их стоимость будет меньше, чем стоимость основных деталей, если бы вы попытались создать свое собственное. Хотя максимальное напряжение ниже идеального, я знаю по многолетнему опыту, что до ± 30 В вполне достаточно для базового тестирования, и все усилители мощности, показанные в разделе проектов, были протестированы с моим источником ± 25 В перед подключением к моему монстру. Источник переменного тока с регулируемым напряжением (который может обеспечивать напряжение до ± 70 В при напряжении около 10 А или более).

---

Настольные принадлежности 2.1 ‘Digital’

Многие настоящие лабораторные расходные материалы используют цифровой (с клавиатуры) ввод основных параметров. Для общего пользования это абсолютная боль в заднице! В большинстве случаев лучше использовать обычные ручки и кастрюли, потому что эффект сразу же. Для лабораторных принадлежностей обычно используется поворотный энкодер для управления током или напряжением, но вы должны сначала выбрать функцию, и может потребоваться несколько полных оборотов, чтобы охватить весь диапазон.

Если в вашей тестовой цепи что-то начинает нагреваться, последнее, что вам нужно, это нажать несколько кнопок или десять раз повернуть ручку, чтобы уменьшить напряжение. При использовании стандартного потенциометра один поворот против часовой стрелки, и напряжение возвращается к нулю. Вы никогда не узнаете, насколько неприятен ввод с клавиатуры, пока вам не понадобится что-то быстро изменить. В идеале должна быть кнопка «ZERO» для выключения выхода, но я не видел цифрового источника питания, в котором она была бы. Быстрое считывание тока на цифровом дисплее просто невозможно, если он не имеет функции усреднения (которая будет скрыта на три уровня ниже в меню — где-то).

Всю свою жизнь я использовал настольные расходные материалы, поэтому могу с уверенностью сказать, что «обычные» горшки более чем подходят для обычных целей тестирования. Чрезвычайная точность редко бывает необходимой для большинства испытаний, и если по какой-то причине вам или понадобится очень точное напряжение или ток, достаточно легко построить отдельный регулятор. В большинстве случаев он вам не понадобится, и если напряжение питания составляет вольт или около того, этого почти всегда достаточно. Очевидно, вам нужно быть осторожным, если вам нужно 3.3 В или 5 В для логических схем, но они часто имеют свой собственный регулятор и вполне нормально работают с 7-12 В.

Цифровые дисплеи и элементы управления также могут давать ложное ощущение безопасности, потому что мы склонны верить счетчикам, потому что они отображают напряжение и ток с точностью до пары десятичных знаков. Однако, если они не откалиброваны должным образом (с помощью известного и откалиброванного точного измерителя), они могут легко сказать вам, что напряжение составляет 5 В, тогда как на самом деле оно 5,5 или 4,5 В. Поскольку все цифровые системы в конечном итоге полагаются на ЦАП и АЦП (цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи), им требуется точное опорное напряжение.Если по какой-то причине это пойдет не так, все показания бессмысленны.

По этой причине я не рассматриваю здесь цифровые системы управления. Управление напряжением и током остается в аналоговой области — это аналоговые функции, и нет необходимости в дополнительном усложнении. Совершенно очевидно, что по крайней мере некоторые из представленных идей могут быть адаптированы для цифрового управления, но я не показываю никаких примеров.

---

3 Измерение тока

Здесь все становится труднее.Есть два варианта: определение «высокой стороны» и «нижней стороны». «Сторона высокого напряжения» означает мониторинг тока на положительном и отрицательном выходах и усложняется тем фактом, что это напряжение не только переменное, но и при напряжении, которое обычно несовместимо с операционными усилителями. Вы не можете ожидать, что операционный усилитель будет иметь входное напряжение 30 В или более, поскольку это обычно максимальное рабочее напряжение. Это нетривиальная проблема, и, как правило, лучше контролировать ток перед последовательным транзистором (транзисторами) , чтобы напряжение не сильно менялось.Однако это усугубляет проблему напряжения, потому что нерегулируемое питание обычно составляет около 35 В или более — что значительно превышает диапазон для любого недорогого операционного усилителя.

На рис. 1.1 показан простой ограничитель тока «высокого напряжения» (версия «Opamp»), но он не так прост, как кажется. Трудно сделать его переменным, не используя нереально большой чувствительный резистор и допуская, что вы потеряете значительное выходное напряжение на резисторе, который также станет очень горячим. Переключаемая схема показана на рисунке 7.1, и хотя это, безусловно, работает, оно не особенно точно и не является самым практичным.

Датчик

«Низкая сторона» решает эту проблему, но его можно использовать только для одного источника питания. Совместное использование цепи датчика низкого напряжения между положительным и отрицательным источниками питания не сработает, потому что большая часть тока питания проходит между положительным и отрицательным выходами , часто с небольшим потоком в общем соединении. Это можно сделать , но это далеко не идеально, особенно если для установки напряжения будет использоваться один горшок (источник питания с двойным отслеживанием).В схеме на рис. 6.1 используется измерение на стороне низкого напряжения, и она по-прежнему будет работать при обеих полярностях двойного источника питания, поскольку выходы имеют общую точку после всего регулирования.

Существуют специализированные ИС, позволяющие обойти проблему определения тока на стороне высокого напряжения. Ниже показаны три «демонстрационных» схемы измерения тока на стороне высокого напряжения. Однако все они показаны только с положительным запасом. Первые два могут использоваться в отрицательном источнике питания (при условии дополнительной конструкции, такой как рисунок 7.1), а вот версия IC — нет. Похоже, что для этой конкретной проблемы нет решения.

Рисунок 3.1 — Цепь измерения тока на стороне высокого давления

Токовое зеркало (Q1 и Q2) используется для измерения тока через измерительный резистор (R1, 100 мОм), а выходной сигнал смещается по уровню цепью резисторов. Выход контролируется операционным усилителем U1, который настроен как дифференциальный усилитель. VR1 включен, чтобы можно было установить нулевую точку (т. Е. Нулевое выходное напряжение с нулевым током через R1).Операционный усилитель намеренно настроен на немного большее усиление, чем ему нужно, а выход масштабируется с помощью VR2. Как показано, схема обеспечивает выходное напряжение 1 В / А, поэтому при токе 2 А на выходе будет 2 В. Показанная схема подходит для тока до 5 А, а для более высоких токов необходимо увеличить значение R2 и R3.

Хотя эта схема обладает высокой точностью, она также очень чувствительна к колебаниям температуры между Q1 и Q2. В идеале это была бы «суперсоответствующая пара» в одном корпусе, но их бывает трудно найти, и, хотя они и недорогие, большинство из них сейчас доступно только в SMD-корпусе.Естественно, что аналогичное устройство можно использовать без токового зеркала , но при этом снижается чувствительность и максимально допустимое напряжение также ниже. Токовое зеркало легко справляется с входным напряжением 50 В, но простая дифференциальная схема операционного усилителя ограничена примерно 40 В. Более высокое напряжение возможно за счет увеличения значений R2 и R3, но это еще больше снижает чувствительность.

Если вы использовали схему дифференциального усилителя, выходное напряжение варьировалось от нуля до 250 мВ для тока от нуля до 2.5А. Измерение тока ниже 100 мА (выход 10 мВ) затруднено. Конечно, вы можете увеличить номинал резистора считывания, но за счет рассеиваемой мощности. При 2,5 А резистор 100 мОм рассеивает 625 мВт, но чтобы получить такую ​​же чувствительность от дифференциального усилителя, вам понадобится резистор 1 Ом, который упадет на 2,5 В и рассеивает 6,25 Вт. Это явно довольно серьезный компромисс. Также существует постоянная проблема смещения постоянного тока операционного усилителя, которую также необходимо решить, если вам нужно установить низкий ток (все, что ниже 100 мА, является проблемой).

Если вам интересно, как использовать источник питания -1,2 В для операционных усилителей, это гарантирует, что они могут достичь нуля вольт на выходе. LM358 может (якобы) добиться почти нулевой мощности, но на самом деле этого не происходит. Небольшое отрицательное напряжение позволяет легко достичь нуля. Большинство других операционных усилителей не допускают такого небольшого отрицательного напряжения, и для правильной работы потребуется около -5 В. При использовании источника питания 30 В, как показано на рисунке, для этого потребуется намного больше рекомендованного рабочего напряжения.

Во всех случаях обязательно, чтобы входное напряжение оставалось в пределах указанного диапазона для любого операционного усилителя, используемого в этой роли. При напряжении питания 30 В входы всегда должны быть на минимум на 4 В выше минимального напряжения питания и на 4 В ниже максимального. По возможности входное напряжение должно быть близко к 15 В (при условии, что напряжение питания 30 В).

Простое решение, которое можно применить к простому (один операционный усилитель) датчику верхнего плеча, — это использовать переключаемые резисторы вместо одного фиксированного значения.Например, 100 мОм подходит для более высоких токов, и вы можете переключиться на резистор 1 Ом, чтобы обеспечить точную настройку для более низких токов (например, менее 1 А). Это добавляет еще один переключатель, но также упрощает конструкцию, и смещение постоянного тока операционного усилителя представляет собой гораздо меньшую проблему, когда вам нужен низкий предел тока.

Существует несколько специализированных ИС для измерения тока на стороне высокого напряжения, одна из которых показана на рис. 3.1. К ним относятся LT6100, INA282 и несколько других, но они доступны только в SMD-корпусах, что делает их довольно неудобными для приложений DIY, где нет печатной платы.Они очень точны и позволяют напряжению линии питания, контролируемой по току, быть намного выше, чем напряжение питания ИС. Как и большинство микросхем SMD, они часто доступны только в упаковках по пять или более штук, и они не совсем недорогие. Если вам нужен двойной источник питания (например, ± 25 В), не существует отрицательной версии этих шунтирующих усилителей тока, и это создает дополнительную сложность. INA282 может (по-видимому) обнаруживать отрицательное напряжение, но оно не может превышать -14 В. Коэффициент усиления составляет 50 В / В, поэтому можно использовать шунтирующий резистор гораздо меньшего размера (0.Показано 02Ω). Это означает, что выходное напряжение изменяется на 1 В / А, поэтому для выхода 2,5 А выходное напряжение будет 2,5 В. Поскольку это активная цепь, она вносит фазовый сдвиг, который может сделать регулятор тока нестабильным. Это не было проверено.

В технических описаниях микросхем считывания тока также содержится полезная информация о правильном подключении к резистору считывания тока. Вы должны убедиться, что в цепь датчика включена эффективная zero PCB, Veroboard или жесткая проводка.Измерительные провода должны выходить непосредственно из токового шунта, избегая любой другой проводки. Это известно как соединение «Кельвина», которое гарантирует, что сопротивление дорожки или проводки не включено последовательно с резистором считывания тока.

Рисунок 3.2 — Цепь измерения тока на стороне низкого давления

Измерение нижней стороны — гораздо более простой вариант, но в некоторых обстоятельствах его нельзя использовать. Например, вы не можете использовать измерение на стороне низкого напряжения в схеме, показанной на Рисунке 7.1, потому что общим является , буквально , общее как для положительного, так и для отрицательного источника питания.В сбалансированной схеме или если вы потребляете ток только между двумя выходами, ничего не будет регистрироваться независимо от потребляемого тока. Этот метод используется в схеме на рис. 6.1, и здесь это не проблема, потому что каждый источник питания является отдельным объектом до тех пор, пока они не будут соединены последовательным / параллельным переключением.

Я не показал ни одного из вариантов, которые можно использовать. Например, если вы используете чувствительный резистор с очень низким сопротивлением, небольшое напряжение на нем можно усилить с помощью операционного усилителя, чтобы получить большее напряжение.100 мВ / А, как показано, подходит для нагрузок до 5 А или около того, но при большем токе потери становятся слишком высокими. Например, даже при 5 А резистор 0,1 Ом рассеивает 2,5 Вт, и вы теряете 0,5 В на резисторе. При более высоких токах это быстро выходит из-под контроля. При токе 7А резистор рассеивает почти 5 Вт, и он нагревает до разогрева. Эти предостережения, конечно же, относятся и к высокочастотному зондированию, поскольку физика идентична.

Токоизмерительный резистор (высокий или низкий) должен быть внутри контура обратной связи регулятора напряжения, иначе он не сможет компенсировать падение напряжения на измерительном резисторе.На самом деле это обычно не имеет значения, потому что очень немногие схемы, которые вы будете тестировать, позаботятся о том, чтобы напряжение немного проседало под нагрузкой. Для усилителя, который использует обычный источник питания (нерегулируемый), фактическое напряжение будет изменяться намного больше, чем в случае настольного источника питания, даже если резистор измерения тока находится вне контура обратной связи.

---

4 Альтернативный стенд

Если у вас есть детали, необходимые для создания надежного источника питания усилителя мощности, то с добавлением Variac (см. «Трансформаторы — Variac», если вы не знаете, что это такое) вы можете создать «чудовищный» источник питания, который будет подходят для тестирования высокой мощности практически с любой нагрузкой.Вы не получаете ни регулирования, ни ограничения тока (даже защиты от короткого замыкания), но с правильными деталями это грозный образец испытательного оборудования.

У меня есть пара, одна из которых действительно считается монстром. Схема показана ниже, и это буквально то, что я использую для тестов высокой мощности. Любое подключенное к нему оборудование уже проверено на работоспособность, и это важно, потому что оно может уничтожить практически все, что угодно, если представится такая возможность. Это чрезвычайно полезный комплект, и все проектные усилители, опубликованные на сайте ESP, прошли финальные испытания именно с этим комплектом.

Рисунок 4.1 — Блок питания на базе вариатора

Источник питания — всего лишь трансформатор на 1 кВА, два мостовых выпрямителя (по 35 А каждый) и батарея конденсаторов, извлеченных из очень древнего жесткого диска много лет назад (диски размером с стиральную машину!). желаемое напряжение с Variac, которое у меня, конечно же, есть на моем рабочем столе. Источник питания не регулируется, но может обеспечить ток, достаточный для любого усилителя, который я когда-либо тестировал с ним. Когда-то Variac был очень дорогим комплектом , но теперь китайские автомобильные трансформаторы с регулируемой мощностью стали на удивление доступными.

Это также означает, что приложенный постоянный ток очень похож на тот, который обычно обеспечивается линейным источником питания, но с лучшим регулированием из-за увеличенного размера трансформатора и конденсаторов фильтра. Очевидно, что это , а не , дешевый вариант, но он мне почти ничего не стоил, потому что все необходимое было у меня в «ящике для мусора». Показанные ограничения на 10 000 мкФ следует рассматривать как минимум — шахта использует около 20 000 мкФ на каждый источник питания. Если они у вас есть в наличии или вы можете себе их позволить, используйте как можно больше емкости! Обратите внимание на наличие «спускных» резисторов — без них напряжение может оставаться на опасном уровне в течение многих часов.Обычно я их не использую, потому что усилитель разряжает конденсаторы, но это не всегда верно для тестового оборудования.

Непрерывный выходной ток составляет около 7 А, но с нагрузкой усилителя он легко справляется с пиковыми значениями 25 А (и более). Вам нужно что-то подобное? Только вы можете ответить на этот вопрос, но он не должен быть таким большим, как тот, который я использую. Конечно, здесь нет ограничения по току, поэтому вы должны быть уверены, что схема работает с , прежде чем использовать «монстр» источник питания! Выходные предохранители защищают от короткого замыкания выходов, но , а не , спасут ваш проект от повреждения, если он неисправен.Такой источник питания применим для заключительных испытаний, но не для начальных испытаний или поиска неисправностей. Ограничения по току нет, поэтому неисправность может привести к значительному повреждению (предохранители защищают только источник питания, но не нагрузку!). Закороченные выходы, очевидно, являются поводом для беспокойства, поэтому необходимо соблюдать осторожность.

---

Переключение 5 ответвлений / предварительное регулирование

Один из подходов, который использовался во многих источниках питания, — это простая схема «переключения ответвлений» трансформатора. Если вам нужно только (скажем) 15 В или меньше, выход трансформатора переключается с помощью реле, поэтому выход переменного тока составляет только 15 В переменного тока, а не полные 30 В переменного тока, необходимые для получения чистого выхода 30 В постоянного тока.Если выход работает при низком напряжении, но при высоком токе, рассеивание уменьшается, потому что на регуляторе меньше напряжения. Когда выбрано напряжение 16 В постоянного тока или более, реле переключается на полный выход (30 В переменного тока). Конечно, это можно расширить, добавив больше ответвлений, но для этого потребуется специальный трансформатор, что значительно повысит стоимость.

Источники переключения ответвлений существуют почти столько, сколько я себя помню. Самым впечатляющим из тех, что я видел, было использование моторизованного Variac для поддержания входного переменного тока на уровне, достаточном для предотвращения появления пульсаций на стороне постоянного тока.Они были очень большими, очень сильными по току и стоили бы целое состояние, когда их сделали (где-то в середине 1970-х). Это не то, что я предлагаю кому-либо попытаться построить, поскольку стоимость и сложность его настройки будут намного выше бюджета даже состоятельного фанатика DIY.

В источниках с простым переключением ответвлений используются два напряжения переменного тока, поэтому для двойного источника питания вам понадобятся две обмотки с ответвлениями, а также вспомогательная обмотка для обеспечения нормального напряжения ± 12 В или около того для цепей управления. Найти подходящий трансформатор будет практически невозможно, поэтому вам нужно будет сделать трансформатор на заказ.Это не проблема для производителей, потому что они будут производить много расходных материалов, и их стоимость может быть амортизирована в течение всего производственного цикла. У любителей нет такой роскоши.

Использование переключения ответвлений снижает требования к транзисторам последовательного прохода. Для двойного источника питания вам понадобятся как минимум два силовых трансформатора (и реально вам также понадобится третий трансформатор для обеспечения напряжения питания схемы управления). Это увеличит и без того значительную стоимость создания двойного источника питания.Также есть дополнительные компоненты, необходимые для измерения выходного напряжения и автоматического переключения с низкого на высокое напряжение (и наоборот) с помощью реле. В то время как создание любого источника питания является проблемой, добавление переключения ответвлений просто добавляет еще один уровень сложности. Я не собираюсь вдаваться в подробности, так как это делает и без того сложную и трудную работу намного сложнее и дороже.

Конечно, есть и некоторая экономия, особенно на количестве необходимых транзисторов с последовательным проходом и количестве радиаторов.Однако этого недостаточно, чтобы компенсировать стоимость трансформаторов, и силовые транзисторы все еще могут подвергаться краткосрочным условиям, которые выталкивают их за пределы их безопасной рабочей зоны. Такие отклонения могут быть краткими, но транзистор может выйти из строя за миллисекунду, если SOA превышена, особенно если он уже находится при повышенной температуре. Я вспоминаю друга, который много лет назад построил довольно простой блок питания с переключением ответвлений из комплекта, и у него не было ничего, кроме проблем. Это был полукоммерческий продукт, в комплекте с чемоданом и всем необходимым для его сборки.Это так много раз терпело неудачу, что он в конце концов с отвращением сдавался. Никто не хочет через это проходить!

Есть еще один метод, который стоит немного больше, чем упоминание вскользь, хотя у него есть серьезные проблемы. Используя схему «среза фазы» (аналогичную той, что используется в диммерах ламп), можно изменять входное напряжение перед регулировкой, просто применяя довольно простое переключение низкой частоты. Тем не менее, это также вызывает гораздо большие, чем обычно, нагрузки на трансформатор и крышку фильтра, но это не является непреодолимой проблемой.

Переключающим элементом может быть MOSFET, IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) или SCR (кремниевый выпрямитель) с переключением, синхронизированным с сетью с помощью простого детектора перехода через нуль. Идея состоит в том, чтобы ввести задержку, начиная с перехода через ноль (ноль времени). Обычно проще (и добавляет меньше дополнительных проблем) дождаться, пока входное напряжение не упадет до желаемого напряжения, поэтому используется конфигурация «переднего фронта». Когда входное напряжение падает чуть ниже порогового значения, переключатель включается, заряжая основной конденсатор фильтра.Упрощенная блок-схема показана ниже.

Рисунок 5.1 — Блок-схема предварительного регулятора с отсечкой фазы

Проблемы, упомянутые ранее, включают чрезвычайно высокие пиковые токи , особенно с низким выходным напряжением при высоком токе. Их можно смягчить, добавив катушку индуктивности и обратный диод (обозначенные как «Необязательно»), при этом самая большая проблема заключается в том, что катушка индуктивности должна нести большую составляющую постоянного тока без насыщения. Это означает, что необходимо использовать сердечник с низкой магнитной проницаемостью, поэтому для данной индуктивности необходимо больше витков.Это увеличивает сопротивление и увеличивает потери (а это означает, что вырабатывается больше тепла). Однако включение катушки индуктивности даст лучшие результаты, чем вы получите в противном случае, и снизит сильноточные напряжения, которые в противном случае налагаются на трансформатор, мостовой выпрямитель и конденсатор фильтра. Диод (D1) должен быть быстродействующим, рассчитанным на максимальный выходной ток.

Этот метод использовался в нескольких коммерческих продуктах, и хотя он действительно выполняет то, что задумано, он плохо использует номинальную мощность трансформатора, если не используются индуктор и диод.Без них вы можете ожидать, что выходной ток трансформатора будет в четыре раза больше постоянного тока. Это означает, что для выхода 3 А постоянного тока (и с использованием трансформатора 25 В) трансформатор должен быть 300 ВА, тогда как обычно достаточно трансформатора на 150 ВА. Что еще хуже, индуктор должен быть довольно большим — требуется около 10 мГн, большой и дорогой компонент.

Схема работает, сравнивая входное управляющее напряжение с пилообразным сигналом, создаваемым генератором пилообразного сигнала и синхронизируемым с частотой сети с помощью детектора перехода через ноль.Когда напряжение переменного тока достигает необходимой амплитуды, переключатель выключается, предотвращая дальнейшую зарядку конденсатора. Показана «идеализированная» форма волны (при условии отсутствия катушки индуктивности или накопительного / фильтрующего конденсатора), и очевидно, что напряжение и ток, подаваемые на выход, уменьшаются в зависимости от фазового угла. Этот процесс и формы сигналов можно увидеть более подробно в статье Project 157 — 3-Wire Trailing-Edge Dimmer. Это другое приложение, но сам процесс практически идентичен.

На самом деле у меня есть блок питания, использующий эту схему, но его вход 120 В переменного тока делает его практически бесполезным, если я не питаю его от Variac. На холостом ходу напряжение возрастает, затем медленно падает, пока не станет ниже порогового значения, когда оно снова подскакивает, и процесс повторяется (в некоторой степени случайным образом). Под нагрузкой это неплохо, но я бы не рекомендовал эту технику. Помимо того, что тот, который у меня есть, рассчитан на 150 В при 5 А, он также весит около 40 кг и имеет один большой главный трансформатор очень , вспомогательный трансформатор меньшего размера для питания электроники и большой дроссель фильтра (индуктор ).Это очень «старая школа» с точки зрения планировки и конструкции, и никогда не находит применения. Даже не помню, как я стал им владеть! Если мне нужно такое напряжение и ток, я использую свой «монстр» источник питания Variac.

Еще один подход состоит в использовании понижающего (понижающего) преобразователя импульсного режима в качестве предварительного регулятора слежения. Вы можете думать об этом как о «высокотехнологичной» версии предварительного регулятора с отсечкой фазы, описанной выше, которая дает преимущества, но меньше недостатков (по крайней мере, с точки зрения использования трансформатора).Некоторые достаточно мощные модули доступны по удивительно низкой цене, и идея состоит в том, чтобы обеспечить напряжение, подаваемое на транзисторы с последовательным проходом, всего на пару вольт выше выходного напряжения. Это может повысить эффективность, так что вы можете обойтись гораздо меньшими радиаторами, а управление температурным режимом не является такой проблемой. Должен быть предусмотрен подходящий механизм обратной связи, который управляет выходным сигналом импульсного преобразователя, так чтобы он всегда был достаточно большим для обеспечения регулирования.

Предварительный регулятор снижает рассеиваемую мощность при последовательном проходе до нескольких ватт даже при полном токе. Само собой разумеется, что этот подход требует серьезной доработки, и, хотя это, вероятно, лучшее универсальное решение, его гораздо труднее получить правильно, чем любой из других рассмотренных вариантов. Это электронный эквивалент использования моторизованного Variac (как упоминалось выше), но он дешевле в изготовлении и проще в управлении. Проблемы проектирования могут быть очень серьезными, если вы попытаетесь создать свой собственный, и также может быть затруднительно убрать шум из конечного продукта.Если вам нужен очень низкий уровень шума (например, для выполнения измерений шума или искажений), шум переключения почти всегда будет мешать измерениям. Этот вариант здесь не рассматривается.

---

6 Однополярное снабжение

Одинарная поставка может быть привлекательной для некоторых людей, и это, безусловно, проще, чем версия с двойным отслеживанием. Конечно, если у вас есть только одна полярность, которая ограничивает ваши возможности в отношении того, что вы можете тестировать, но они обычно доступны у любого количества поставщиков.Схема, показанная ниже, адаптирована из схемы, представленной на различных веб-сайтах ^{[2, 3, 4]} . Таким образом, трудно определить, какой из них был «первым», и за эти годы в него было внесено много улучшений (или, по крайней мере, изменений, которые не всегда одно и то же!). Основы не сильно изменились, и тот, который показан ниже, обходится без одного регулятора напряжения в пользу простого диодно-регулируемого отрицательного источника питания. Поскольку я использовал операционные усилители LM358, отрицательное напряжение питания должно быть около -1.2В при довольно низком токе.

Когда источник питания находится в режиме ограничения тока, загорается светодиод, указывая на работу «постоянного тока». Обычно он выключен, поэтому вы можете сразу определить, потребляет ли нагрузка заданный ток с пониженным выходным напряжением. Работа с постоянным током особенно полезна для тестирования светодиодов высокой мощности или светодиодных матриц, поскольку именно так они и предназначены. Вам также понадобится переключатель «вкл / выкл», который снижает выходное напряжение до нуля в положении «выключено».Это важная функция (IMO), поскольку она позволяет вносить изменения без отключения питания. Лучше всего обеспечить переключение на выходе источника питания, так как это позволяет вам устанавливать напряжение при отключенном постоянном токе. Рассмотрите возможность использования реле (или двух) для переключения, в противном случае вам понадобится сверхмощный переключатель. Хотя напряжение можно снизить до (почти) нуля, подключив неинвертирующий вход U1B к земле, при первой подаче питания переменного тока могут возникнуть «помехи». Этого можно избежать, переключив выход.

Источник питания, показанный ниже, довольно прост, и вам нужно будет добавить как минимум измерители напряжения и тока, а также управления температурой (вентилятор и отключение при перегреве). Можно внести бесчисленное множество улучшений, но они сделают схему более сложной, более дорогой и предоставят более «захватывающие» способы сделать, казалось бы, незначительную ошибку и вызвать взрыв питания при первом включении.

Рисунок 6.1 — Схема однополярного питания

U1 — это регулятор 7815, но с стабилитроном 15 В на выводе «земли» для повышения напряжения до 30 В.Дополнительный ток стабилитрона обеспечивает R3 для обеспечения стабильного выхода. U2A — текущий регулятор. Когда напряжение на инвертирующем входе (U2A, вывод 2) больше, чем на неинвертирующем входе (вывод 3), выход становится низким, понижая опорное напряжение, подаваемое на U2B (регулятор напряжения). Напряжение снижается ровно на величину, необходимую для обеспечения подачи заданного тока на нагрузку.

Предел тока изменяется от (теоретически) нуля до 2,5 А.VR4 позволяет регулировать так, чтобы опорное напряжение для U2A (TP2) было как можно ближе к 825 мВ (825 мВ на R18 (0,33 Ом) соответствует выходному току 2,5 А). Возможно, удастся увеличить выходной ток до 3 А (опорное напряжение 990 мВ), но вам потребуется добавить еще один транзистор с последовательным проходом, чтобы транзисторы в их SOA имели минимальное напряжение и максимальный ток. Некоторый прорыв пульсаций на максимальном выходе (напряжение и ток) вероятен, если вы не добавите больше емкости (C1).

В режиме измерения напряжения U2B сравнивает опорное напряжение от VR2 с напряжением на выходе, уменьшенным на R16, R11 и VR3 (предварительно заданное напряжение).Если выходная мощность падает из-за нагрузки, U2B увеличивает мощность до комбинации выходного последовательного прохода (Q3, Q4 и Q5), чтобы поддерживать желаемое напряжение. Верхний предел выходного напряжения налагается операционным усилителем (U2), который не может форсировать выходное напряжение намного выше 25 В при типичном выходном токе около 2 мА (это зависит от коэффициента усиления выходной секции Q3, Q4 и Q5). . Обратите внимание, что опорное напряжение само относится к отрицательной выходной клемме — это гарантирует, что регулятор исправит любое падение напряжения на R18.Если бы было иначе, регулирование сильно пострадало бы, особенно при максимальном токе.

Обратите внимание, что тяжелые гусеницы имеют решающее значение, и любое значительное сопротивление на этих участках нарушит определение тока. Также имейте в виду, что точки, обозначенные символом «земля», помечены как «Com» (общий). Они , а не , подключенные к шасси или какому-либо другому заземлению. Обозначение «Com» означает только то, что все отмеченные таким образом точки соединены вместе. Также обратите внимание на диоды со звездочкой (*), которые должны быть 1N5404 (3A непрерывно) или лучше.Все остальные диоды — 1N4004 или аналогичные (кроме мостового выпрямителя на 25 А, конечно). Настольные источники питания часто подключаются к «враждебным» нагрузкам, а сильноточные диоды (D8 и D9) служат для защиты источника питания.

В источнике питания используется измерение тока «низкой стороны», поэтому для его использования в качестве источника двойного слежения с положительными и отрицательными выходами требуются некоторые хитрости. Токочувствительный резистор (R18) — это компромисс между падением напряжения и рассеиванием. При максимальном токе (2,5 А) R18 рассеивает чуть более 2 Вт, что легко контролировать с помощью резистора с проволочной обмоткой 5 Вт.Регулирование как напряжения, так и тока очень хорошее (по крайней мере, согласно симулятору), и нет никаких признаков нестабильности. Теоретически (всегда замечательно) ток можно отрегулировать до пары миллиампер, но на самом деле он не станет настолько низким. Ожидайте около 50 мА или около того, но может быть немного ниже (в зависимости от собственного смещения постоянного тока операционного усилителя). Еще один подстроечный резистор может быть добавлен для корректировки смещения постоянного тока операционного усилителя, но в этом нет необходимости (и добавляет что-то еще, что требует настройки).

Во всех альтернативных версиях для выхода указан один 2N3055, но с закороченным выходом и максимальным током рассеиваемая мощность составит около 80 Вт, и поддержание последовательного транзистора (транзисторов) при температуре 25 ° C будет невозможно. Устройства TIP35 имеют более высокую номинальную мощность (125 Вт) и хорошую SOA (безопасную рабочую зону), но все же необходимо использовать три вместо двух, показанных на рисунке. BD139 также нужен радиатор, но обычно достаточно простого «флажкового» типа.Как и любой транзистор, который рассеивает значительную мощность, необходимо отличное тепловое соединение с радиатором, и вам потребуется использовать вентилятор. Он может управляться термостатически и может использовать ШИМ (широтно-импульсную модуляцию) для управления скоростью, или он может просто включаться и выключаться. На рис. 8.1 показана подходящая схема как для работы вентилятора, так и для отключения источника питания, если он становится слишком горячим (что в данном контексте имеет температуру радиатора не более 50 ° C).

---

6.1 Двойное одинарное питание

Если вы действительно хотите использовать рисунок 6.1 для двойного питания, трансформатору нужны две отдельные обмотки. Второй источник питания (# 2) — , идентичный показанному выше, а положительный выход подключен к GND (или, точнее, «общему») соединению источника # 1. В большинстве случаев источники питания используются с плавающими выходами без подключения к защитному заземлению сети. Это позволяет вам использовать источник питания как нормальный положительный и отрицательный источник питания, или выходы можно использовать последовательно, что даст выход 50 В при максимальном напряжении 2.5А. Таким образом, вы можете заземлить любой терминал, который хотите получить нужную конфигурацию питания.

Чтобы построить его как двойной источник питания, потенциометры «Набор напряжения» и «Набор тока» будут двухконтурными линейными электролизерами, по одной секции каждого для отдельных источников питания. Отслеживание не будет идеальным, но двухканальные линейные горшки обычно неплохо в этом отношении. Использование двух источников питания также позволяет подключать их последовательно или параллельно. Последнее удобно, если у вас есть нагрузка с одним источником питания, которая потребляет больше тока, чем может обеспечить один источник питания.Многие коммерческие двойные источники питания используют эту схему, и она может быть очень полезной. В то время как «правильное» двойное отслеживание будет использовать только один блок питания с электронной связью для обеспечения идентичности напряжений, это делает схему более сложной.

Рисунок 6.2 — Подключение питания «двойной одиночный»

Когда переключатель или реле (двухполюсный, двухпозиционный или DPDT) находится в последовательном положении, отрицательный полюс верхнего источника питания соединяется с плюсом нижнего источника питания, и оба соединяются с общей клеммой.У вас может быть выход от 0 до 50 В, а обычным является центральный отвод для ± 25 В. В параллельной конфигурации два положительных вывода соединяются вместе с двумя отрицательными (общий вывод отключен). Это позволяет подавать 0-25 В при выходном токе до 5 А. Обратите внимание, что отрицательная клемма — это отрицательный выход нижнего регулятора. Поскольку выходы являются плавающими, положительная или отрицательная клемма может стать заземлением системы, если это необходимо.

Одним из преимуществ использования «двойных одиночных» источников питания является то, что они могут использоваться независимо (с различными настройками напряжения и тока), подключаться последовательно (обычно с отслеживанием) или параллельно для увеличения выходного тока.К сожалению, если вы хотите использовать два источника по отдельности, вы не можете использовать кастрюли с двумя банками, и каждый запас нужно настраивать индивидуально. Это серьезная неприятность, и, к счастью, это не обычное требование.

Показанная схема позволяет подключать источники питания последовательно (от 0 до ± 25 В или 50 В при 2,5 А) или параллельно (от 0 до 25 В при 5 А). «Общий» вывод обычно не должен быть заземлен, поэтому источники питания находятся на плаву. Это позволяет вам управлять источником питания без создания контуров заземления.При параллельном подключении один источник питания обычно будет иметь немного отличающееся напряжение от другого, но ограничитель тока гарантирует, что ток от каждого источника не может быть выше предела (2,5 А). Возможно небольшое изменение напряжения при изменении тока, но это не должно создавать никаких проблем при нормальном использовании.

Эта конструкция означает отсутствие общей схемы — оба регулятора полностью независимы и никакие части не являются общими — кроме двухконтактных потенциометров, используемых для установки напряжения и тока.Это увеличивает общую стоимость, но обеспечивает большую гибкость. Схема выше не позволяет использовать независимые источники питания, но вряд ли это будет ограничением. В хорошо оборудованной мастерской будет как минимум два источника питания (например, у меня также есть отдельный независимый источник питания ± 12 В плюс независимый источник питания 5 В). Ни у одного из этих источников нет общей основы — все они полностью плавающие.

Переключение «вкл / выкл» находится на конечном выходе (непосредственно перед выходными клеммами). Это позволяет вам установить напряжение без выхода (счетчики будут подключены перед выходным переключателем ).Реле (или пара реле) позволяет использовать мини-тумблер, а не тумблер для тяжелых условий эксплуатации, и рекомендуется для максимальной производительности. Реле (а) можно установить на передней панели рядом с выходами.

---

7 Простое питание от 0 до ± 25 В

Теперь мы можем рассмотреть еще один «разумный» вариант. Опять же, это означает выходное напряжение около ± 25 В постоянного тока при максимальном токе не более 3 А или около того. Вы не поверите, но это , но все равно на дешевле купить! Я знаю, что это не способ «сделай сам», но он более практичен, чем строить самому.За эти годы я просмотрел бесчисленное количество различных дизайнов, но немногие из них стоят тех деталей, которые потребуются для их создания. Остаются проблемы со стабильностью (то есть отсутствие колебаний на при любом выходном напряжении или токе или при «нечетных» нагрузках). Это может показаться не проблемой, но взаимодействие между регуляторами напряжения и тока может заставить источник с хорошим поведением внезапно подумать, что это генератор. Само собой разумеется, что это нежелательно (мягко говоря).

Project 44 существует уже довольно давно (с 2000 года), и, хотя максимальный выход составляет всего ± 25 В, это довольно хороший вариант для запуска начальных тестов.У него нет регулируемого ограничения тока, поэтому выходной ток устанавливается регуляторами LM317 / 337 на уровне около 1,5 А. Его полезность никогда не уменьшалась с момента публикации, но вы должны использовать «предохранительные» резисторы последовательно с выходами, чтобы ничего не было повреждено в случае ошибки в проводке DUT. Стоимость любого конкретного проекта ESP обычно указывается в статье проекта или примечаниях к конструкции (доступно при покупке одной или нескольких печатных плат).

Одна из вещей, которые ожидали от , — это то, что настольная поставка требует очень хорошего регулирования.На самом деле это не так. Усилители мощности обычно не имеют регулируемых источников питания, а предусилители (и аналогичные слаботочные проекты) потребляют довольно постоянный ток, поэтому регулировка в допустимом диапазоне проста. Если напряжение источника питания упадет (скажем) на 0,5 В при большой нагрузке, это действительно не имеет значения, потому что это намного меньше, чем он должен будет справиться при подключении к «нормальному» источнику питания. Дело в том, что критичен для , так это ограничение тока, и хотя это может показаться достаточно простым, на самом деле сложно заставить его работать надежно.Схема ограничения тока привносит в схему дополнительное усиление, и поддержание стабильности может быть в лучшем случае утомительным, а в худшем — почти невозможным.

Часто критическим аспектом любого источника питания с ограничением тока является переход между регулированием напряжения и тока, где взаимодействуют две различные формы регулирования. В начале ограничения тока у вас есть регулятор напряжения, пытающийся поддерживать заданное напряжение, и в то же время регулятор тока пытается уменьшить напряжение для поддержания заданного тока.Для тех, кто действительно хочет создать блок питания, Джон Линсли-Худ представил его конструкцию еще в 1975 году. Обновленная версия показана ниже, но оригинальные транзисторы были заменены современными, и включены два последовательных транзистора. Добавление третьего последовательного транзистора к каждому источнику питания упрощает охлаждение и снижает нагрузку на транзисторы. В исходной схеме использовались операционные усилители µA741, но если они у вас есть, то лучше выбрать 1458 (по сути, двойной 741).В этой схеме также можно использовать LM358.

Рисунок 7.1 — Стендовый источник питания (после JLH, 1975) ^[6]

Вышеупомянутое адаптировано из оригинала, в котором использовался один силовой транзистор 2N3055 и MJ2955 TO-3 (по одному для каждой шины). Мало того, что они были подвержены чрезмерному рассеянию в оригинале (до 93 Вт при максимальном токе на закороченном выходе), но и устройства TO-3 сегодня довольно дороги. Их также сложно монтировать, поскольку плоские устройства в этом отношении намного проще.Указанные устройства TIP35 / 36 имеют более высокую номинальную мощность (125 Вт против 115 Вт каждое) и более высокий ток коллектора, но я модифицировал схему так, чтобы она обеспечивала максимум ± 25 В и использовала трансформатор более низкого напряжения. Это поддерживает последовательные транзисторы на управляемом уровне мощности, не более 40 Вт каждый. Не стесняйтесь добавлять еще один последовательный транзистор для каждой полярности, еще больше снижая тепловую нагрузку. Q3 (a и b) должен иметь достаточно хороший радиатор , так как рассеиваемая мощность намного выше, чем она может появиться при полном выходном токе (и на при любом выходном напряжении ).

Концевой выключатель тока далеко не идеален, поскольку контакты переключателя должны выдерживать максимальный выходной ток (около 2,4 А), и он менее удобен, чем потенциометр, позволяющий непрерывно ограничивать переменный ток. Резисторы 0,27 Ом должны быть рассчитаны не менее чем на 3 Вт, а на резисторы 1,5 Ом — 1 Вт. Остальные токоограничивающие резисторы — 0,5 Вт. Хотя переключатель не такой универсальный, как горшок, ограничивающие пороги предназначены для защиты вашей схемы. При первом тестировании вы обычно используете слабый ток, чтобы гарантировать, что ничего не потребляет больше, чем нужно.Значение 5 мА слишком мало для большинства схем, но может быть полезно. Его можно не указывать, если вы не думаете, что он вам понадобится.

Для выхода требуется либо сверхмощный тумблер, либо реле для включения и выключения постоянного тока, и это полностью отключает питание, когда вам не нужен какой-либо выход (например, повторная пайка пропущенного соединения и т. Д.). Измерение не показано — подробнее о том, как добавить вольтметр и, при необходимости, амперметр, см. Ниже. Два подстроечных резистора 20 кОм позволяют установить максимальное напряжение (номинально ± 25 В).Они должны быть примерно отцентрированы для получения правильного напряжения. Хотя это не показано на схеме, вам может потребоваться добавить резисторы последовательно с C4a / b, если источник питания колеблется в режиме ограничения тока. Их не было в оригинале, но смоделированная схема колеблется, если их там нет. Значение около 100 Ом должно быть достаточным.

Схема далека от «идеальной» (как и оригинал), но она должна хорошо работать на практике. В идеале потенциометры установки напряжения должны быть двухконтактными, поэтому оба источника питания могут быть изменены одновременно.Точно так же переключатель (Sw1a / b) будет 2-полюсным 5-позиционным переключателем. Обратите внимание, что я не создавал и не тестировал эту схему , но она была смоделирована и работает, как ожидалось. Преимущество показанной простой схемы состоит в том, что ее, скорее всего, можно построить за меньшую цену, чем коммерческая поставка.

Последовательные транзисторы (Q1a / b и Q2a / b) нуждаются в хорошем радиаторе , очень хорошем и оптимальной тепловой связи. При использовании при низком выходном напряжении и большом токе вам понадобится вентилятор, чтобы транзисторы оставались достаточно холодными, чтобы гарантировать, что они не выйдут из строя из-за перегрева.Для транзисторов драйвера (Q3a / b) также потребуются небольшие радиаторы. Схема симметрична, поэтому, хотя она может показаться сложной, в основном это повторение. Я не могу гарантировать, что он будет полностью стабильным в режиме ограничения тока — симулятор говорит мне, что это так, но это может быть просто сам симулятор — реальность часто сильно отличается от симуляции.

Хотя ожидает, что источник питания никогда не должен колебаться, на самом деле требуется серьезная инженерия, чтобы поддерживать стабильность наряду с хорошей переходной характеристикой.В основном, небольшое количество колебаний обычно не причинит никакого вреда, а ограничение тока существует, чтобы гарантировать, что ваше последнее творение не самоуничтожится в случае неисправности проводки. Он также может быть удобен для зарядки аккумулятора (помимо прочего), а основная цель ограничителя — защитить вашу схему и источник питания от «неудач». Многие источники питания будут демонстрировать признаки нестабильности высоких частот, редко в режиме «постоянного напряжения» и чаще всего в режиме постоянного тока.

Если вы начали думать, что создание собственного источника питания не выглядит слишком сложным, есть и другие необходимые вещи. Температура транзистора имеет решающее значение, поэтому важно включить механизм теплового отключения. Это может быть простой термовыключатель, отключающий сеть, если радиатор становится слишком горячим — простой, но не очень сложный. Обычно лучше включать индикатор «перегрева» и тепловой вентилятор, который включается, если температура радиатора превышает заданную.Приобретенные в магазине расходные материалы могут иметь вентилятор с регулируемой скоростью с окончательным отключением, если радиатор не остывает. Это может произойти, если в коротком замыкании присутствует постоянный высокий ток, заблокирован фильтр вентилятора или если установка на рабочем столе ограничивает воздушный поток.

---

8 Тепловое зондирование

Это важная часть любого источника питания. В идеале, если достигнут тепловой предел, питание должно отключиться, но с некоторыми схемами это проще, чем с другими. Например, рисунок 6.Схема 1 проста, поскольку это просто вопрос обнуления опорного напряжения (по существу, параллельно с переключателем «вкл / выкл»). Это можно сделать с помощью транзистора, контактов реле или даже сделать «пропорциональным», чтобы максимальный выходной ток уменьшался по мере нагрева радиаторов. В схеме на Рисунке 7.1 ограничение температуры немного сложнее, поскольку потенциометры «заданного напряжения» привязаны не к земле, а к выходным шинам питания. Из-за необходимости полной изоляции реле является лучшим выбором, поскольку оно просто закорачивает установленные потенциометры.Вам нужно двухполюсное реле, потому что два электролизера отделены друг от друга (электрически).

Следующее, что нужно сделать, это решить, как лучше всего определять температуру радиатора. Очевидным выбором является термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), и они легко доступны в диапазоне различных значений (значение обычно указывается при 25 ° C). К сожалению, термисторы неудобно устанавливать на радиатор, если вы не можете получить его со встроенным монтажным узлом. Вы можете сделать его самостоятельно, используя миниатюрный терморезистор и прикрепив его к проволочному наконечнику с помощью эпоксидной смолы.Естественно, вы должны быть осторожны, чтобы убедиться, что нет электрического соединения термистора с его креплением. Вы также можете использовать диоды или транзисторы для измерения температуры, но они менее чувствительны, чем термисторы (всего -2 мВ / ° C), и более утомительны в настройке. Транзистор может быть сконфигурирован для обеспечения большей чувствительности (потому что у него есть усиление), и вы можете легко получить до -100 мВ / ° C. Однако для транзистора требуется подстроечный резистор (желательно как можно ближе, чтобы свести к минимуму наводки), а датчику требуется три провода вместо двух.Их также сложно установить должным образом. Более или менее типичный термистор NTC 10 кОм (при 25 ° C) покажет изменение примерно на -250 Ом / ° C.

Поскольку термисторы сильно различаются по своему значению, изменяющемуся с температурой, важно, чтобы был предусмотрен метод регулировки. В идеале вам понадобится точный термометр с термопарой для измерения температуры радиатора, как можно ближе к одному из выходных транзисторов с последовательным проходом. Вам понадобится термопаста, чтобы получить точные показания.Обычно сопротивление термистора падает примерно до 30-40% от значения 25 ° C при 50 ° C, но это зависит от используемого материала. Технические характеристики термистора, который вы покупаете, обычно содержат точные данные. Убедитесь, что термистор (и) не установлен слишком близко к вентилятору. В противном случае вентилятор будет легко охлаждать термисторы, но не сможет поддерживать безопасную температуру радиатора. Это может вызвать сбой.

Дешевый операционный усилитель — это самый простой способ надежного обнаружения «события» перегрева. Можно использовать несколько термисторов, причем самый горячий запускает охлаждающий вентилятор (ы) или отключает питание.Вы можете использовать двухступенчатую систему, как показано ниже, где при небольшом перегреве вентиляторы запускаются, но если температура продолжает расти, то питание полностью отключается от нагрузки. Два подстроечных элемента используются для обеспечения того, чтобы начальное напряжение на каждом термисторе составляло около 5,8 В при 25 ° C, что означает примерно 65% от общего сопротивления или VR1 и VR2. Если напряжение на любом из термисторов упадет примерно до 5,4 В, вентилятор включится. Вентилятор снова выключится, когда напряжение вернется к отметке 5.Порог 4 В. Если подача прекращается из-за того, что температура продолжает расти, вентилятор продолжит работу.

Рисунок 8.1 — Датчик температуры, вентилятор и реле защиты

U1A — это буфер, обеспечивающий, чтобы гистерезисный резистор на U2B не мешал работе первого компаратора. При низких температурах выходной сигнал компаратора U1B низкий, а U2A высокий, поэтому вентилятор не работает и контакты реле замкнуты (при условии, что переключатель постоянного тока замкнут). При повышении температуры сопротивление одного или обоих термисторов упадет до более низкого уровня.Когда напряжение на термисторе упадет до ~ 5,2 В, вентилятор запустится, а если температура продолжит расти, выходное реле питания будет отключено при дальнейшем падении напряжения на термисторе. Такое расположение гарантирует, что температура никогда не должна достигать опасного уровня. Необходимо будет отрегулировать подстроечные регуляторы, чтобы предварительно установить начальное напряжение термистора на соответствующий уровень, чтобы обеспечить включение вентилятора, когда температура радиатора достигнет примерно 35 ° C. Светодиод нужен, чтобы вы знали, почему все внезапно перестало работать (выходные транзисторы слишком горячие!).Последний подстроечный резистор (VR3) должен быть настроен на температуру отключения около 45 ° C. Оба компаратора имеют гистерезис, поэтому вентилятор не будет быстро включаться и выключаться, как и реле отключения. (Обратите внимание, что U2B не используется.)

Термисторы

не являются прецизионными устройствами, поэтому вам нужно будет провести свои собственные тесты с теми, которые вы можете получить. Возможно, потребуется поэкспериментировать с номиналами резисторов, чтобы получить разумные (и безопасные) пороговые значения температуры. Вы можете спросить, почему я предлагаю такую ​​низкую температуру радиатора (45 ° C).Имейте в виду, что тепловое сопротивление от корпуса транзистора до радиатора может составлять около 0,5 ° C / Вт, поэтому, если транзисторы работают при 35 Вт, температура корпуса будет на 17,5 ° C на выше, чем на радиаторе. Это означает, что температура корпуса превышает 60 ° C. Если ваши методы монтажа недостаточно хороши, разница может быть больше, что приведет к риску отказа. Если вы не можете положить палец на транзистор и удерживать его там , то, вероятно, он слишком горячий.

Поддержание безопасной рабочей температуры и отключение источника питания (или отключение нагрузки), если силовые транзисторы становятся слишком горячими, является важной частью любого источника питания.Природа любого предложения переменных заключается в том, что вы никогда не знаете, для чего вы в конечном итоге будете использовать его, когда он впервые будет создан, и все возможные случаи необходимо учитывать. Лучше преждевременно отключиться от источника питания, чем позволить транзисторам нагреться до такой степени, что они выйдут из строя. Транзисторы выходят из строя вследствие короткого замыкания (по крайней мере, на начальном этапе), в результате чего на тестируемое устройство подается полное нерегулируемое напряжение питания. Ущерб, который может нанести, может быть катастрофическим.

---

9 Учет

Для всех блоков питания нужны счетчики.Обычно они включаются для напряжения и тока, и наиболее распространены в настоящее время цифровые. Однако «традиционные» аналоговые измерители с подвижной катушкой не только рентабельны (вы можете получить их на удивление дешево), но и легко читаются с первого взгляда. Многие цифровые счетчики не обеспечивают разумных подключений к источнику питания и измерениям (например, некоторым требуется плавающее питание). Это усложняет схему, а точность, которую обеспечивают цифровые измерители, часто является иллюзией. В аналоговых измерителях «FSD» означает отклонение на полную шкалу.

Я всегда отдавал предпочтение аналоговым счетчикам. Если вы можете получить измеритель с циферблатом, который откалиброван от 0 до 30 В (например), один можно использовать для измерения напряжения, а другой — для тока (0-3,0 А). Необходимые шунты и множители могут быть определены достаточно легко — все подробности см. В статье «Счетчики, множители и шунты». Возможно, можно будет использовать резистор измерения тока в качестве шунта измерителя, в зависимости от номинала резистора измерения, а также чувствительности и внутреннего сопротивления измерителя.В большинстве случаев перемещение измерителя 1 мА является хорошим компромиссом, и это позволит вам использовать резистор измерения тока, показанный на рисунке 6.1. Да, подключение измерителя и внешнего резистора немного повлияет на шунт, но погрешность будет очень маленькой (вплоть до бесконечно малой).

Рисунок 9.1 — Измерение тока и напряжения

Основные схемы измерения показаны выше. Измеритель тока — это боль, потому что полярность должна быть изменена в зависимости от того, контролирует ли он положительный или отрицательный шунт.Он выглядит запутанным, но при подключении, как показано на рисунке, он будет работать именно так, как задумано. Общее сопротивление измерителя предполагает использование измерительного механизма 1 мА, откалиброванного на 30 В (вольтметр) или 3 А (амперметр), и при условии, что внутреннее сопротивление катушки составляет 200 Ом. Если используемый измеритель более чувствителен (или его сопротивление другое), необходимо будет рассчитать сопротивления. Практически всегда проще использовать подстроечные резисторы для установки диапазона, чем постоянные резисторы, и показаны подходящие значения. Для вольтметра (откалиброван на 30 В FSD)…

R _м = (V / FSD) — R _{внутренний}
R _м = (30/1 м) — 200 = 28,8 тыс.

Если шунтирующие резисторы для амперметра отличаются от показанных значений, калибровка будет другой. Показанное «общее сопротивление» включает внутреннее сопротивление измерителя (обычно около 200 Ом для движения 1 мА). Обратите внимание, что если вы используете движение 1 мА, сопротивление шунтирующего резистора должно быть не менее 0,1 Ом. Требуется шунт 67 мОм, но это предполагает, что сопротивление измерителя составляет ровно 200 Ом, и нет никакой возможности для регулировки, если показания неправильные.Возможность использования одного и того же шунта для измерения тока и амперметра зависит от окончательной топологии конструкции. Это не всегда практично, но немного снижает потери напряжения.

Обратите внимание, что при использовании схемы, показанной на Рисунке 6.1, два шунта имеют одинаковую полярность напряжения, поэтому показанное выше реверсирование не требуется. Чтобы посмотреть положительный или отрицательный выходной ток, измеритель просто переключают с одного шунта на другой, а полярность не меняется. Это устраняет перекрестную проводку, показанную на отрицательном шунте на приведенном выше рисунке.

Пока показан переключаемый амперметр (а это то, что использует мой старый источник питания), лучше использовать отдельный амперметр для каждого выхода. При условии, что у вас достаточно места на передней панели, это избавляет от утомительного переключения счетчика и означает, что если вы забудете (и что будет ), вы можете контролировать отрицательное питание, но используя положительное питание. Излишне говорить, что это означает, что вы не видите ток, и ИУ может быть повреждено до того, как вы поймете свою ошибку. Использование ограничения тока может смягчить это, конечно, при условии, что оно установлено на неразрушающий (низкий) ток, когда вы начинаете тестирование.

Вольтметр можно переключить для измерения положительного или отрицательного напряжения, или его можно просто подключить к двойным источникам питания (50 В для схем, показанных здесь) и откалибровать, чтобы показывать 30 В FSD («Измеритель напряжения (альтернативный)). Подразумевается, что напряжение будет составлять ± 25 В или другое более низкое напряжение по выбору. Может возникнуть небольшая ошибка, если источники питания не отслеживают идеально, но обычно это не является серьезной проблемой, если вы по какой-то причине не ожидаете точного напряжения. Если это так, лучше использовать внешний измеритель — те, что находятся на источнике питания, относятся к «коммунальным» счетчикам — они показывают значение напряжения и тока, но ожидать точности лучше, чем около 5%, нереально.

---

9.1 Цифровые счетчики

Цифровые измерители — это либо лучшая вещь после нарезанного хлеба, либо вред для ландшафта, в зависимости от вашей точки зрения. Лично я предпочитаю аналоговые (механические) счетчики, но они обычно довольно большие и громоздкие, занимая больше места на панели, чем цифровые устройства считывания. Самым большим преимуществом аналоговых измерителей является то, что вы можете наблюдать за перемещением указателя, поэтому возрастающий (возможно, убегающий) ток виден быстро, а изменяющиеся токи могут быть легко усреднены на глаз.Цифровые измерители особенно бесполезны, если ток меняется быстро, потому что на дисплее просто расплываются цифры, и вы не можете усреднить цифровые показания на глаз.

Однако сейчас цифровые измерители обычно дешевле аналоговых, и большинство из них довольно точны. Поскольку они занимают меньше места на панели, они являются хорошим вариантом при соблюдении нескольких простых мер предосторожности. В частности, и особенно для измерителя тока, вам необходимо включить схему усреднения, которая предотвращает отображение на дисплее набора, казалось бы, случайных цифр, когда ток питания быстро изменяется.Это может быть просто резистор (1 кОм всегда является хорошей отправной точкой) и конденсатор для усреднения показаний. С резистором 1 кОм конденсатор 100 мкФ означает, что у вас есть точка низкой частоты 1,59 Гц -3 дБ, поэтому самые быстрые изменения будут сглажены, чтобы вы могли прочитать ток. Если этого не сделать, вы не сможете расшифровать показания. Этого достаточно, чтобы убедиться, что тренд легко заметен.

Никаких подробностей для цифровых счетчиков здесь не показано, потому что они зависят от самого счетчика.Некоторые из них имеют автоматический выбор диапазона, другие используют переключаемые диапазоны, а более простые просто дают показания от «000» до «199» с возможностью выбора десятичной точки в желаемой позиции (часто с помощью перемычки или ссылки на измерителе). Печатная плата). Для измерения тока часто бывает необходимо использовать операционный усилитель для повышения небольшого напряжения на токовом шунте. Например, если у вас есть шунт на 0,33 Ом, вам необходимо усилить или ослабить напряжение на нем в соответствии с диапазоном. Для полной шкалы 2,5 А это означает, что вы получите только 825 мВ при токе 2.5A, и его необходимо усилить, чтобы измеритель показал «2,50» (2,5 В в измерителе). Величина усиления или ослабления зависит от чувствительности измерителя. Например, для счетчика на 200 мВ потребуется уменьшить шунтирующее напряжение в 33 раза с помощью делителя напряжения. Он будет показывать 2,5 (25 мВ) с десятичной точкой, выбранной любыми имеющимися средствами. Разрешение составляет всего 100 мВ (± 2%, ± последняя цифра «фактора неопределенности» измерителя, которая может составлять до двух «единиц»). Этого (ИМО) недостаточно.

В идеале, если вы решили использовать цифровой замер, используйте счетчик, который предлагает три полных цифр (до «999», а не «199»), и, если возможно, с автоматическим выбором диапазона. Есть много вариантов, поэтому вам решать, сколько вы хотите потратить и какая точность вам нужна. Опять же, Meters, Multipliers & Shunts дает несколько рабочих примеров, которые могут быть вам полезны.

---

10 Строительство

Вот где все может стать некрасивым. Передняя панель является наиболее важной частью источника питания, потому что на ней есть регуляторы напряжения и тока, переключатели включения / выключения (сеть и постоянный ток), возможно, последовательно-параллельный переключатель, счетчики и, конечно же, выходные разъемы (обычно комбинированные банановые розетки / переплет постов).Конечно, вы также добавите светодиоды для включения, ограничения тока и тепловой перегрузки. Все на передней панели должно быть доступно для строительства или обслуживания, а это неизменно означает лабиринт проводки. На передней панели есть провода для сети переменного тока, выходы постоянного тока, все светодиоды и потенциометры, и все это складывается (на удивление быстро). Поддержание общего источника питания для всех светодиодов (например, от анода к положительному вспомогательному источнику питания) означает, что многие светодиоды могут совместно использовать одно и то же анодное напряжение, что может сэкономить проводку.Однако это не относится к , а не к светодиодам ограничения тока в двойной версии схемы на рис. 6.1, потому что два источника питания должны оставаться полностью независимыми до последовательно-параллельного переключения.

Внутренние компоненты должны содержать силовые трансформаторы, выпрямители и крышки фильтров, а также основной радиатор (и) для выходных транзисторов. Последний будет иметь входную, выходную и управляющую проводку, а также соединения для термисторов и вентилятора (ов). По крайней мере, каждый модуль вывода (при условии двойного питания) будет иметь не менее шести проводов.Тогда есть плата (и) управления регуляторами. У вас будет по одному на каждый источник питания (при условии, что схема с двумя источниками питания показана на рис. 7.1), а также плата терморегулятора для контроля температуры радиатора.

Слишком легко сделать неправильную проводку, и вам нужен очень дисциплинированный подход, чтобы не допустить ошибок при подключении. Не поддавайтесь соблазну установить все платы управления на лицевую панель. Это может уменьшить количество необходимых проводов, но делает обслуживание кошмаром, если различные части источника питания не могут быть доступны и протестированы без отключения проводов от плат.Какой бы размер корпуса вы ни планировали использовать, если в нем мало свободного места, значит, он слишком мал.

Убедитесь, что все соединения доступны без необходимости снимать платы, чтобы добраться до нижней стороны. Используйте булавки, проволочные петли или любую другую подходящую технику, чтобы все провода можно было отсоединить от верхней (или видимой) стороны плат. Избегайте вилок и розеток — все соединения (особенно действительно важные) должны быть припаяны, а проводка должна быть устроена так, чтобы, если вам когда-либо понадобится снять плату, чтобы что-то заменить, проводка была связана кабельными стяжками так, чтобы каждый провод совпадал с соответствующую точку подключения.Аналогичным образом, если это вообще возможно, при сборке плат (чаще всего на Veroboard) сохраняйте соединения вдоль одного края платы. Это будет означать добавление перемычек на Veroboard, но это намного лучше, чем прокладывать провода по всей плате. Это не только упрощает электромонтаж, но и снижает вероятность ошибок.

Подстроечные резисторы

— это реальность любого источника питания. Необходимо установить напряжения и токи, а измерители откалибровать. Датчик температуры также должен быть откалиброван, поэтому почти все источники питания будут иметь множество подстроечных резисторов — вы просто не можете полагаться на резисторы с фиксированным номиналом, чтобы обеспечить надлежащие условия для чего-либо.Если бы вы построили схему на рис. 6.1 как двойной источник питания, с тепловой защитой и счетчиком, у вас будет как минимум девять подстроечных резисторов, чтобы все правильно настроить. Это нормально для блоков питания, но у некоторых может быть больше!

Убедитесь, что важные части источника питания легко отделены от остальных (и шасси). Например, радиатор в сборе должен быть выполнен таким образом, чтобы его можно было снять, а доступ ко всем транзисторам можно было получить без демонтажа всего модуля.Одна конструкция, которую я видел, имеет крышки основного фильтра непосредственно перед выходными транзисторами, поэтому их нельзя снять, не сняв крышки фильтра (или транзисторы) с печатной платы. Расположение крышек таково, что вы просто не сможете получить доступ к крепежным винтам транзистора после завершения сборки. Настоятельно рекомендую избегать подобных ошибок. Необходимость извлекать (и / или демонтировать) компоненты или платы, чтобы получить доступ к любой части блока питания, превращает дальнейшую работу в кошмар.Учтите, что он может проработать 20 или более лет, прежде чем потребуется обслуживание, и к тому времени вы, вероятно, забудете многие «тонкости» схемы. По прошествии этого времени у вас может даже не оказаться схемы, поэтому убедитесь, что вы поместили ее в корпус!

Хотя основы источника питания не слишком сложны, всегда будет гораздо больше проводки, чем в любом типичном аудиопроекте. Это неизбежно, если вы не увеличите общую стоимость еще больше, сделав свои собственные печатные платы.Хотя это означает более профессиональный продукт, нет никакой гарантии, что вы получите правильный дизайн с первого раза, а внесение изменений может занять очень много времени. Если ошибка была сделана в компоновке печатной платы, может быть сложно диагностировать и найти ошибку, чтобы ее можно было исправить. В общем, будет намного проще подключить окончательную выходную секцию. Из-за задействованных высоких токов (которые могут присутствовать в течение нескольких часов) обычная печатная плата не обеспечивает достаточно низкое сопротивление или достаточно высокую пропускную способность по току, если вы не используете очень широкие дорожки (я бы предложил минимум 5-миллиметровых дорожек для 5A, но даже это является предельным значением для непрерывного режима).

Хотя это может показаться незначительной придиркой, я настоятельно рекомендую вам использовать розетку IEC для сети. По моему многолетнему опыту работы с испытательным оборудованием и другим оборудованием, нет ничего более раздражающего, чем фиксированный сетевой шнур. Вместо того, чтобы просто отсоединять вилку IEC с задней стороны, если ее нужно переместить, вам, возможно, придется проследить фиксированный провод до его сетевой розетки, а затем отсоединить его от других проводов для остального оборудования вашего испытательного стенда. В зависимости от того, сколько у вас оборудования, это может быть более сложной задачей (и болью в задней части), о которой вы думаете, когда оно впервые устанавливается и подключается.Незначительный момент, но о нем стоит помнить. Очень немногие измерительные приборы, которые я построил, имеют фиксированные сетевые провода, и у меня есть хороший набор сетевых проводов IEC!

Осталась одна проблема. Чтобы проверить различные части вашего блока питания, прежде чем он будет полностью подключен, вам понадобится … блок питания. Шансы сделать все правильно с первого раза невелики, поэтому, если у вас нет источника питания, вам придется разработать способ проверить правильность работы различных секций без риска задымления, если что-то не так. .Вы можете использовать « предохранительные » резисторы последовательно с основным источником питания, чтобы ограничить повреждение, если есть ошибка проводки, или (если он у вас есть) использовать Variac и текущий монитор (см. Project 139 или Project 139A, чтобы вы могли проверить на чрезмерный ток при повышении напряжения. Многие части блока питания не будут работать должным образом при пониженном напряжении, поэтому всегда есть риск. сделать, чтобы завершить его.

---

11 Полезное дополнение

Хотя здесь я описал только базовый источник питания, многие коммерческие источники питания включают выход 5 В (обычно рассчитанный на ток около 3 А), а некоторые также включают источник питания ± 12 В.Поскольку вы никогда не знаете, как источник питания будет настроен в будущем, они оба будут полностью изолированы. Как только вы соедините вместе заземляющие (или общие) соединения внутри, это ограничит ваши действия с источниками питания. Как уже отмечалось, вы никогда не можете предугадать, для чего вы будете использовать источник, когда он впервые будет построен, и было бы неразумно предполагать что-либо заранее.

Это означает по крайней мере один, но, возможно, два дополнительных трансформатора, а также выпрямители, фильтрующие устройства и регуляторы.Вам также потребуется больше места на передней панели для подключений. Большинство коммерческих расходных материалов не обеспечивают измерения для каких-либо вспомогательных источников питания, и в схемах не требуется ничего особенного. Можно использовать пару плат P05-Mini, одну для одного выхода + 5 В, а другую для ± 12 В.

По сравнению со стоимостью остальной части поставки, они могут быть добавлены за (почти) арахис, за возможным исключением трансформаторов. В качестве альтернативы они могут быть построены как отдельная единица, что имеет ряд явных преимуществ.Как и ожидалось, у меня есть один из них, а также те, что есть на моем рабочем месте, и, хотя он мало используется, он бесценен, когда мне нужен дополнительный источник питания, изолированный от всех остальных. Он также достаточно мал, чтобы я мог взять его из мастерской в ​​свой офис, где я также выполняю некоторые работы по тестированию и разработке. Действительно, вот где это сейчас.

---

12 Меры предосторожности

Существуют меры предосторожности, которых следует придерживаться при использовании и любого источника переменного тока .Если нет переключателя, который отключает постоянный ток (или снижает выходную мощность до нуля), питание никогда не должно включаться при подключенной нагрузке. Большинство схем должны пройти фазы «запуска» (зарядка конденсаторов, стабилизация напряжения стабилитрона и т. Д.), Прежде чем выход станет стабильным. Если ваша нагрузка подключена, она может быть подвержена опасному напряжению, а ограничения тока может быть недостаточно для предотвращения повреждений. В самом деле, до тех пор, пока все внутренние схемы не будут иметь требуемых рабочих напряжений, может даже не быть никакого ограничения тока!

С рисунком 7.1, когда источник питания включен и работает, снижение напряжения до нуля с помощью переключателя будет работать. Однако во время «запуска» (после подачи питания от сети) этот может быть не так! Ничего не должно быть подключено к выходу, когда сетевой выключатель включен, потому что выход может быть непредсказуемым. Это было подтверждено моделированием — даже при выключенном переключателе выходное напряжение мгновенно возрастает до более 4 В при подаче питания. Схема на рис. 6.1 должна быть лучше в этом отношении, но все же лучше не подключать нагрузку при включении сети.

Необходимо включить питание, уменьшить напряжение до нуля, пока вы выполняете соединения, а затем напряжение можно установить на желаемый уровень. При тестировании чего-либо в первый раз используйте низкий порог ограничения тока, чтобы минимизировать повреждение в случае неисправности в ИУ. Если вам нужен источник с ограничением по току, напряжение следует установить так, чтобы было достигнуто ограничение по току, но не выше его. Например, если вы хотите обеспечить ток в 1 А через нагрузку 10 Ом, необходимо установить напряжение только для напряжения холостого хода около 12 В.Установка более высокого напряжения только увеличивает риск для вашей нагрузки, если что-то пойдет не так.

Установка низкого напряжения (как раз достаточного для выполнения задачи) , а не , не снижает рассеивание в последовательно проходящих транзисторах. Единственная причина — убедиться, что выходной конденсатор (-ы) не может заряжаться до 25 В, а затем разряжаться через нагрузку. Это почти наверняка гарантирует, что мгновенный ток будет намного выше установленного порога. Это не только совет для схем, показанных здесь — он применим ко всем источникам питания всех , если в инструкции по эксплуатации не указано иное.Большинство советует не подключать что-либо до тех пор, пока не будут установлены напряжение и максимальный ток перед подключением нагрузки.

Существует несколько конструкций источников питания, в которых для управления функциями используется микроконтроллер, но будьте очень осторожны со всем (домашним или коммерческим), которые требуют от вас «программирования» напряжения или тока с помощью клавиатуры. Использование обычных кастрюль с низкими технологиями означает, что вы можете увеличить напряжение (или ток) поворотом ручки и быстро снизить напряжение, если обнаружены какие-либо аномалии.Попытка сделать это с помощью кнопок обычно невозможна, и большой ущерб может быть нанесен просто из-за того, что вы не смогли достаточно быстро снизить напряжение при первых признаках неисправности. «Высокотехнологичный» внешний вид программируемого источника питания может быть привлекательным, но он непрактичен для чего-либо, кроме лабораторных испытаний, когда оборудование, на которое подается питание, является известной величиной с самого начала.

---

Выводы

Если все вышеперечисленное не отпугнуло вас от идеи создания собственного источника питания, я настоятельно рекомендую вам начать с чего-нибудь довольно простого (например, Project 44).Я знаю, что «сделай сам» — это делать это самому, но это должно быть верным только тогда, когда это имеет смысл. Как уже говорилось ранее, я создал источник питания от ± 0 до 25 В, 2 А с полностью регулируемым ограничением тока, термовыключателем и двухскоростным вентилятором. Он довольно часто использовался около 30 лет (на момент написания) и никогда меня не подводил. Однако это сложная схема и не совсем подходит для любительского строительства. К сожалению, принципиальную схему невозможно найти, и ее непросто «перепроектировать».С семнадцатью транзисторами, пятью операционными усилителями, двумя микросхемами стабилизатора 12 В, пятью подстроечными резисторами, а также ожидаемой связкой резисторов, диодов, конденсаторов фильтров, переключателей, измерителей и потенциометров и потенциометров, я бы не рекомендовал это — даже если бы я сделал У есть полная схема для него. Стоимость будет считаться неприемлемой для большинства строителей, которым в любом случае это может не понадобиться так часто.

Простая схема, показанная выше (рисунок 7.1), неплоха. Он не так хорош, как тот, который я построил, но, безусловно, приемлем для нормальной работы на тестовом стенде.У него есть то преимущество, что он может ограничивать более низкий ток, чем мой (~ 50 мА — мой минимум), и это полезно для чувствительных схем. Что еще более важно, его достаточно просто построить даже на Veroboard, со схемами ограничения тока, подключенными напрямую к переключателю и потенциометрам установки напряжения. Остается только базовая схема на Veroboard, которая должна быть довольно простой. В целом схема, показанная на рис. 6.1, лучше, но переключение для последовательной параллельной работы должно выполняться с большой осторожностью.

Возможно, что удивительно (а может, и нет), определение тока в целом намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. Это довольно просто, если вы используете простую схему переключаемого резистора, но настроить ее не так-то просто. Существуют специализированные ИС, которые предназначены именно для этого приложения, но большинство из них предназначены только для SMD, и они недешевы, особенно если они доступны только в упаковке из пяти штук. Это очень часто встречается с деталями SMD. Конечно, это всего лишь чувствительная часть — все еще необходимо получить действующее правило .Как уже отмечалось, в точке перехода (от регулирования напряжения к регулированию тока) есть два отдельных регулятора, каждый из которых пытается наложить свою волю на выход. Без значительных затрат времени на разработку в результате часто возникают колебания (переходные или непрерывные).

Основная идея этой статьи — показать вам некоторые из доступных опций. В идеале, большинство строителей своими руками хотят что-то, что выполняет свою работу, является надежным и не требует больших затрат на строительство. Это даже лучше, если он может использовать детали, которые у вас уже есть в наличии.Если вам все же нужно покупать детали, вы должны быть достаточно уверены, что выбранная вами схема соответствует поставленной задаче. Как уже отмечалось, схемы, которые я показал, нужно было адаптировать для обеспечения надежности (особенно при низком выходном напряжении и большом токе). Несоблюдение защитных мер (ограничение тока, отключение вентилятора и перегрева) приведет к цепи, которая не только подведет вас, но и может взорвать цепь, которую вы тестируете.

Когда вы посмотрите на стоимость необходимых компонентов, вы очень быстро обнаружите, что они составляют довольно пугающую цифру.Просто трансформатор (-ы) будет дорогим, и хотя многие детали достаточно дешевы, это не относится к конденсаторам фильтра или радиаторам. Вы также должны предоставить корпус и другое оборудование, и это потребует значительной механической обработки для размещения счетчиков, вентиляторов, разъемов и т. Д. Очень сомнительно, что вы потратите меньше эквивалента 400 австралийских долларов в выбранной вами валюте, даже если у вас есть много мелких деталей на складе. Я видел в сети двойной источник питания 0–30 В, 3 А всего за 325 австралийских долларов, и очень сомнительно, что вы сможете построить его за меньшую цену, если у вас нет почти всего необходимого в своем «ящике для мусора».

Это изделие , а не ни при каких обстоятельствах не должно рассматриваться как конструктивное изделие! Он предназначен только для демонстрации того, что создание даже небольшого запаса скамейки — нетривиальное занятие, и что есть соображения, о которых вы, возможно, не задумывались. Некоторые из конструкций, которые вы найдете в других местах в сети, плохо спроектированы и не обеспечивают адекватный запас прочности для транзисторов с последовательным проходом (в частности), и в большинстве нет предупреждений о SOA транзистора, тепловом отказе или любых других вещах что может пойти наперекосяк.Как показано в этой статье, есть много вещей, которые могут пойти не так, особенно если какая-либо часть источника питания недооценена из-за неправильного использования, которое получит при нормальном использовании.

---

Список литературы

1. В любом случае, что это такое за дизайн блока питания (электронный дизайн)
2. Регулируемый лабораторный источник питания — два раза
3. стабилизированный источник питания 0-30 В постоянного тока с контролем тока
4. Zdroj G400 (на чешском языке)
5. Трубка регулятора напряжения (Википедия)
6. Стабилизированный источник питания с двумя напряжениями, John Linsley-Hood (Wireless World, январь 1975 г.)
7. Термисторы NTC (www.resistorguide.com)

---

---

Основной индекс
Указатель статей

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2019. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница опубликована и © Ноябрь 2019 г.

Руководство по проектированию регуляторов 5 В — Как это работает, как проектировать печатную плату Altium

Регулятор напряжения. Узнайте, как сделать стабилизатор 5 В с использованием конденсаторов, стабилизатора LM7805 и диода Шоттки, узнайте, как работает схема, а также как построить свою собственную печатную плату, как заказать печатную плату и как спаять электронные компоненты платы вместе.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть обучающее видео на YouTube.

Вот что происходит, когда мы подаем большое напряжение на наши электронные компоненты.

Компоненты перегорят и даже взорвутся. Чтобы это остановить, нам понадобится один из них.

Регулятор напряжения. И мы собираемся показать вам, как это работает, как создать такую ​​плату и даже превратить ее в полностью работающую печатную плату профессионального вида, которую можно использовать в качестве источника питания и даже для зарядки телефона.Вы даже можете скачать копию нашей печатной платы ЗДЕСЬ .

Проектирование схемы

Назначение регулятора напряжения — поддерживать постоянное выходное напряжение даже при изменении входного напряжения. Почему это важно? Потому что электронные компоненты рассчитаны только на определенное напряжение.

Возьмем, к примеру, этот светодиод, если мы подключим его к батарее на 9 вольт, он мгновенно выйдет из строя навсегда. Это из-за тонкого провода внутри светодиода.Под микроскопом мы видим, что напряжение протолкнуло слишком много электронов через провод, что привело к его перегоранию. Для защиты светодиода нам понадобится резистор. Это уменьшит ток.

Это всего лишь резистор на 10 Ом, который подключен к нашему источнику переменного тока постоянного тока. Когда мы подаем небольшое напряжение, мы видим, что светодиод в порядке, но когда мы увеличиваем его, резистор загорается, и светодиод будет разрушен. Таким образом, использование резистора работает хорошо, но напряжение должно оставаться довольно постоянным.Поэтому нам нужен способ обеспечить постоянное выходное напряжение даже при изменении входного напряжения. Допустим, мы хотим поддерживать постоянное напряжение 5 В постоянного тока и ток, достаточный для зарядки простого дешевого телефона. Мы хотим иметь возможность подключать его к нескольким источникам напряжения, таким как батареи на 9 вольт или, возможно, на 12 вольт. Для этого нам нужно использовать компонент интегральной схемы. Есть много вариантов на выбор, которые могут работать при разных напряжениях, но в результате небольшого исследования мы нашли это. Модель LM7805.

Он может поддерживать постоянный выходной ток 5 вольт и ток до 1,5 ампер. Этот компонент может быть подключен к любому источнику постоянного напряжения от 7 до 35 вольт. Так что он идеально подходит для наших нужд. Имеет три контакта. Первый контакт — это вход для нерегулируемого напряжения. Контакт 2 — это контакт заземления, а контакт 3 — это регулируемый выход 5 В. Производитель рекомендует наличие конденсатора на входе и выходе. Он отмечает, что входной конденсатор необходим, если регулятор находится далеко от фильтра источника питания.Мы собираемся использовать несколько длинных проводов для подключения батареи, поэтому мы будем использовать рекомендуемый конденсатор 0,22 мкФ. Это электролитический конденсатор. Мы можем использовать версию с чуть большей емкостью, но мы не хотим использовать меньшую. Конденсатор поможет сгладить перебои в питании, а также низкочастотные искажения. В этом простом примере вы можете увидеть, как светодиод мгновенно выключается при отключении питания. Но если мы разместим конденсатор параллельно светодиоду, светодиод останется включенным, потому что теперь конденсатор разряжается и питает светодиод.

Значит, прерывания работы светодиода практически не влияют. Мы собираемся добавить еще один конденсатор параллельно на входной стороне. Это байпасный конденсатор. Он расположен очень близко к входному контакту регулятора. Это будет небольшой керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Этот конденсатор предназначен для фильтрации шума и высокочастотных искажений от источника питания. Поскольку мы не всегда можем получить идеально ровный источник постоянного тока. Мы также добавим еще один байпасный конденсатор 0,1 мкФ на выходной стороне, а также электролитический конденсатор на 10 мкФ.Это просто типичное значение, используемое для этой цели. При желании мы могли бы использовать конденсатор с чуть большей емкостью, но это будет работать нормально. Это поможет обеспечить чистый выход в нашей подключенной цепи. Мы также добавим защитный диод на входной стороне. Это поможет защитить схему, если мы подключим блок питания неправильно. Чтобы показать, как это работает, если мы подключим эту лампу накаливания к источнику питания, она загорится. Мы можем поменять местами провода, и он тоже загорится.Если мы поместим диод на красный провод и подключим его к плюсу, он снова загорится. Но теперь, когда мы меняем местами провода, диод блокирует ток, а лампа остается выключенной. Таким образом, мы можем использовать это для защиты цепи. Мы можем использовать выпрямительный диод или диод Шоттки. Здесь вы можете увидеть, как мы разместили два светодиода, каждый из которых подключен к разному типу диода. Когда мы медленно увеличиваем напряжение, мы видим, что светодиод, подключенный к выпрямительному диоду, не такой яркий. Это потому, что у этого типа диодов большое падение напряжения.Если мы измеряем через диод Шоттки, у нас будет падение напряжения около 0,3 вольт, а у выпрямителя — около 0,66 вольт. Поэтому для этого случая лучше использовать диод Шоттки. Теперь мы можем разложить все эти компоненты на макете, чтобы протестировать его, как мы это делали здесь. И как только мы будем счастливы, что это работает, теперь мы можем превратить это в печатную плату.

Проектирование печатной платы

Мы собираемся использовать Altium Designer для этого руководства, поскольку они любезно спонсировали эту статью.Все наши зрители могут получить бесплатную пробную версию этого программного обеспечения, перейдя по ссылке ЗДЕСЬ . Итак, откройте Altium Designer и нажмите «Файл», «Новый проект» и дайте проекту имя. Щелкните проект правой кнопкой мыши и добавьте схему, затем щелкните еще раз правой кнопкой мыши и добавьте плату. Теперь щелкните схему правой кнопкой мыши и сохраните ее. Дайте ему то же имя, что и проект. Затем также щелкните правой кнопкой мыши на плате и сохраните ее с тем же именем. Теперь нам нужно добавить компоненты. Мы можем использовать инструмент компонентов справа, но мы собираемся использовать надстройку, которая сделает это немного проще.Итак, мы находим нужные нам детали, мы используем Mouser, но вы можете использовать все, что захотите. Мы обнаружили конденсатор на 22 мкФ, поэтому берем этот номер детали, вставляем его в загрузчик библиотеки и нажимаем поиск. Затем он находит компонент, и мы нажимаем «добавить в дизайн». Он разместит компонент в нижнем углу, поэтому нам просто нужно переместить его на место. Затем мы переименовываем компонент, чтобы нам было проще. Теперь мы делаем то же самое для другого входного конденсатора, копируем номер детали и ищем его, затем добавляем, перемещаем и переименовываем.Затем мы находим регулятор и добавляем его в нашу конструкцию, а затем мы находим защитный диод и добавляем его в нашу конструкцию. Кстати, мы используем этот, но мы рекомендуем вам выбрать тот с более высоким пределом тока.

Затем мы находим выходной конденсатор, добавляем его и переименовываем. Теперь нам нужно найти клеммы подключения, и мы это тоже добавляем. Теперь нам нужен еще один конденсатор на розетке, поэтому мы выбираем существующий, копируем и вставляем его, а затем перемещаем на место.То же самое проделываем и с типом разъема на входной стороне. Теперь мы просто вращаем компоненты, поэтому выберите входной соединитель и нажмите клавишу пробела, чтобы повернуть его. Затем мы вращаем диод, затем мы можем вращать конденсаторы, но убедитесь, что символ «плюс» всегда идет к положительному источнику питания. Другие керамические конденсаторы не имеют полярности, поэтому они могут быть установлены в любую сторону, но мы сохраним ее в этом порядке. Затем мы вращаем регулятор и также перемещаем текст, затем вращаем следующий конденсатор и другой конденсатор.А теперь мы просто перемещаем компоненты на свои места. Теперь щелкните инструмент для проводов и начните соединять компоненты вместе, подводя заземляющий провод к регулятору. Затем мы добавляем к этому проводу символ заземления. Теперь используйте инструмент для проводов, чтобы также подключить выходную сторону. Теперь добавьте аннотацию для входного источника питания, которая является VCC, затем добавьте аннотацию для 5 вольт на выходной стороне и переименуйте ее. Затем мы можем добавить текст для «входного напряжения», а также «выходного напряжения». Теперь нам нужно пронумеровать компоненты, поэтому нажмите «Инструменты», «Аннотации», «Аннотировать схему».Затем выберите «Вниз», затем «Через», а затем обновите список изменений, нажмите «ОК», примите изменения, затем подтвердите изменения. Затем внесите изменения и закройте. Теперь мы видим, что все компоненты пронумерованы. Затем нам нужно проверить дизайн. Итак, нажмите «Проект», а затем «Подтвердить проект». Если мы нажмем «Просмотр», «Панели», а затем «Сообщения», это сообщит нам, что компиляция прошла успешно без ошибок. Итак, теперь щелкните PCB и щелкните Design, а затем импортируйте изменения. Затем подтвердите изменения и нажмите «Выполнить изменения».Компоненты размещаются в нижнем углу, просто щелкните поле и удалите его. Глядя на нашу схему, у нас есть коннектор J1 на входе, поэтому мы его переместим. Затем у нас есть диод, конденсатор 1 и конденсатор 2, поэтому мы их тоже переместим. Затем у нас есть регулятор, затем у нас есть конденсаторы 3 и 4, а затем у нас есть выходной разъем. Теперь мы вращаем компоненты, чтобы проложить путь, по которому течет наше электричество. Мы можем переключиться в режим 3D, чтобы проверить, как это выглядит. Затем мы можем выровнять компоненты, чтобы улучшить внешний вид.Теперь щелкните здесь и в новом окне выберите механический слой. Щелкните правой кнопкой мыши и создайте новый слой, назовите его Cut Out. Измените настройки, а затем закройте. Теперь выберите свой слой внизу, затем нажмите Edit, Origin и Set. Затем щелкните верхний угол печатной платы. Теперь нажмите «Поместить» и «Выбрать линию». Проведите линию вокруг компонентов. Затем, удерживая Shift, щелкните по 4 линиям. Затем нажмите «Дизайн», «Форма платы» и «Определить форму». Затем мы можем увидеть это в 3D. Теперь мне нужно просто изменить размер текста, чтобы он не печатался слишком большим.Теперь нажмите на верхний слой и вставьте текст, и мы назовем его 5 вольт, и мы можем просто повернуть его. То же самое проделаем и с основным текстом. Глядя на входную сторону платы, мы только что осознали, что входной разъем расположен не так, мы видим, что в трехмерном представлении мы просто пропустили это ранее, поэтому мы просто исправим это сейчас. Затем мы добавляем на плату землю и текст VCC. Теперь нажмите Route, Auto Route и выберите All. Затем он добавляет наш маршрут на доску. Мы также можем переместить маршрут, если захотим.Теперь мы переходим в Инструменты и Проверка правил. Нажмите «Выполнить», он загрузит отчет и сообщит нам, что у нас есть две проблемы с зазором мачты шелка и припоя. Мы выбираем Design, Rules, Silk to Mask, затем меняем значение, нажимаем Apply, Ok, затем снова запускаем проверку правил. Теперь мы видим, что ошибок нет. Теперь мы можем видеть маршрут и в 3D-дизайне. Так что давайте сохраним это. Щелкните схему, затем щелкните Файл, Smart PDF, затем выберите схему. Мы отключаем спецификацию материалов, но вы можете оставить ее, если хотите.Нажмите Готово, и он сгенерирует PDF-файл с нашим дизайном, закройте его, а затем нажмите на выход Fabrication, выберите файлы Gerber, а затем выберите проект. Теперь щелкните по нему и измените его на Миллиметры, затем на слоях вы можете оставить все как есть, но мы собираемся выбрать все слои и нажать ОК. Нажмите на структуру папок, затем свяжите файл, нажмите «Создать» и все. Были сделаны! Мы готовы напечатать нашу печатную плату.

Изготовление печатной платы.

Теперь нам нужно заказать нашу печатную плату.Мы используем JLCPCB, который также любезно спонсировал эту статью. Они предлагают исключительную стоимость с 5 печатными платами всего за 2 доллара, проверьте ЗДЕСЬ . Мы просто меняем пункт назначения и валюту доставки в Великобританию, поскольку именно там мы находимся, но вы можете выбрать свою страну и валюту. Теперь мы просто загружаем наши файлы Gerber, и он производит предварительный просмотр. У нас есть несколько вариантов настройки продукта, мы выберем количество, а затем оставим остальные по умолчанию.Затем мы сохраним это в тележке и сразу перейдем к оформлению заказа. Мы можем выбрать вариант пересылки, чтобы снизить стоимость, но мы хотим сделать это очень быстро, поэтому собираемся заказывать через DHL Express. Затем мы просто отправляем заказ, оплачиваем и все. Просто, готово. Несколько дней спустя наша печатная плата прибыла по почте от JLCPCB, готовая для сборки. Надо сказать, это выглядит потрясающе, мы очень довольны этим сервисом. Не забывайте, что вы также можете бесплатно скачать копию нашей печатной платы ЗДЕСЬ .

Собираем печатную плату

Сборка печатной платы довольно проста. Мы просто выкладываем наши компоненты, и нам нравится размещать их по порядку на этом паяльном коврике. Мы также используем этот держатель, чтобы с ним было немного легче работать. Затем вставляем компоненты и начинаем их паять по одному. Просто слегка согните ноги, чтобы удерживать их на месте. Когда вы паяете компоненты на место, просто осмотрите паяные соединения, чтобы убедиться, что все в порядке, а затем вы можете обрезать выводы. А через несколько минут мы получим готовую печатную плату, готовую к тестированию.

Тестирование печатной платы

Для проверки печатной платы мы подключили к источнику питания 9-вольтную батарею. А мультиметр на розетке показывает 5 вольт. Если перевернуть батарею, мы увидим на мультиметре 0 вольт. Итак, диод защищает нашу схему. Мы довольны этим, поэтому возлагаем на него небольшую нагрузку, и он отлично работает. Теперь для настоящего теста мы подключаем USB-порт к розетке и подключаем дешевый телефон. Мы видим, что 9-вольтовая батарея заряжает устройство. Используя USB-тестер, мы видим, что он поставляет 4.6 вольт и потребляемый ток 0,26 ампер. Так что он работает отлично.

---

DIY Дискретный и простой регулятор напряжения — Toli’s DIY

Некоторое время назад я немного поигрался со старинными аудиоусилителями / приемниками, и во многих из них я улучшал блок питания для слаботочных дифференциальных усилительных каскадов. Это всегда была простая и дешевая задача, которая стоила потраченного времени, когда дело доходило до звука. Стремясь «сделать это по-другому», я не хотел использовать для этого ИС, а скорее хотел использовать дискретный, но простой дизайн.Схема, которую я придумал, очень хорошо подходила для таких приложений, и поэтому я решил, что было бы неплохо сделать из нее независимую печатную плату регулятора для общего использования в аудиотехнике, которую я создаю. В то время у меня также был ограниченный опыт проектирования печатных плат, так что это казалось отличным проектом для начала. Нет лучшего способа научиться, чем просто попробовать.

Рис. 1. Схема регулятора минимального напряжения Toli.

Самая простая форма регулятора показана на рис. 1. Это старые схемы, которые я нарисовал с помощью TinyCAD перед использованием KiCAD, и поэтому они не так красивы, как схемы на моих более поздних схемах.Схема довольно проста, но она отличается от большинства регуляторов напряжения. В отличие от большинства регуляторов, в которых имеется явное опорное напряжение, которое затем буферизуется усилителем ошибки и проходными транзисторами, в этой схеме используется другой механизм. «Эталонным» напряжением в этом случае является VGS, необходимое для того, чтобы M3 пропускал ток, обеспечиваемый J2. Все компоненты слева от J2 представляют собой не более чем двухполупериодный выпрямитель и конденсатор фильтра большой емкости. J2 в этом случае работает в режиме насыщения и, следовательно, действует как источник постоянного тока (CCS).Этот ток заряжает узел затвора M2, который, в свою очередь, подтягивает выходной узел к высокому уровню. Это заставляет узел затвора M3 подниматься, и M3 проводит ток J2 в узел заземления. Состояние равновесия — это когда ток M3 равен току J2. Следовательно, выходное напряжение можно описать как:

VOUT (DC) = VGS (M3) * Ra + RbRb

Это (часть регулятора, без выпрямителя) представляет собой схему, которую я неоднократно использовал в качестве локальных регуляторов внутри старинных усилителей. Его можно построить на небольшом сборном картоне и разместить рядом с точкой нагрузки.Тот факт, что точное значение выходного постоянного тока не определяется перед измерением (из-за вариаций VTH M3), не имеет большого значения для аудиоприложений. Однако это довольно хороший регулятор с очень низким уровнем шума.

Однако при использовании его в качестве автономного регулятора линейное регулирование имеет гораздо большее значение. Одна часть схемы, которая ухудшает линейную стабилизацию в этой цепи, — это чувствительность J2 к изменениям напряжения на нем. Поэтому, чтобы улучшить это, можно несколько модифицировать схему до той, что показана на рис.2. В этой цепи J2 больше не работает напрямую от выпрямленного напряжения. Вместо этого используется стабилитрон D5, чтобы обеспечить J2 чистым питанием. J1 снова используется как CCS для ограничения колебаний тока через стабилитрон. Очевидно, что J1 должен поддерживать ток J2 и стабилитрона. Поскольку теперь у нас есть дополнительное напряжение, которое несколько выше, чем на затворе M2, мы можем использовать его для управления затвором дополнительного NMOS, M1. Он может действовать как каскод для M2, ограничивая вариации VDS над ним и дополнительно улучшая регулирование линии.Эта модифицированная схема, очевидно, происходит за счет увеличения требований к запасу мощности регулятора (Vin-Vout необходим для правильной работы).

Рис. 2. Улучшенное регулирование линии

Возможный компромисс между ними (высокий запас по мощности и хорошее регулирование линии переменного тока) может быть достигнут путем замены этих дополнительных устройств простым фильтром нижних частот (LPF), как на рис. 3.

Рис. 3. ФНЧ для уменьшенной пульсации 100 Гц / 120 Гц

Однако я хотел посмотреть, насколько далеко я могу продвинуть эту базовую схему, расширив схему вокруг нее, чтобы дать дополнительную функциональность.Кое-что из того, чего я надеялся достичь, — это снижение требований к запасу мощности без ущерба для производительности, а также некоторая базовая форма ограничения тока. Я предпочитаю не строить схемы, в которых нет некоторых ограничений по току, просто в качестве меры минимизации повреждений в случае возникновения каких-либо проблем. После пары итераций я пришел к схеме на рис. 4, которую я назвал «ToliReg» 🙂

. Рис. 4. Окончательная версия регулятора напряжения (ToliReg)

В этой схеме немного больше деталей, и на самом деле она не соответствует первоначальному замыслу «сделать ее как можно более простой», но она предлагает гораздо больше. функциональность.Обозначение устройства было изменено по сравнению с первой схемой, но все еще легко распознать тот же механизм, который устанавливает выходное напряжение. M1 теперь является устройством обратной связи (усилителем ошибки), а M2 — проходным транзистором. Raa был добавлен в качестве дополнительной настройки для выходного напряжения, чтобы сделать его менее чувствительным к параметрам M1. CCS теперь реализован с использованием CRD1 (который все еще может быть JFET, что и есть CRD). Однако, чтобы иметь более низкий запас по запасу мощности, этот ток подается не напрямую, а через токовое зеркало, состоящее из Q5 / Q6.Q7 используется как каскод для Q6, чтобы ограничить температурную разницу между Q5 / Q6. D6 нужен только для смещения базы Q7.
Для обеспечения бесперебойного питания этой цепи смещения используется LPF (R1 и C4), буферизованный Q4 в качестве умножителя емкости. D5 / C3 действуют как цепь «удержания пика», что является очень эффективным дополнением. При такой топологии допускается значительное падение напряжения на конденсаторе большой емкости без влияния на работу усилителя ошибки, что, в свою очередь, означает лучшее регулирование даже при более высоком выходном токе.
Наконец, в Rsense добавлена ​​функция ограничения тока. Этот резистор установлен на стоке M2, поэтому он не влияет на выходное сопротивление регулятора. Когда напряжение на этом резисторе возрастает до ~ 0,6 В, Q1 будет проводить. Это, в свою очередь, сделает второй / третий квартал активным. Q2 опускает затвор M2 ниже и ограничивает выходное напряжение (и ток). Q3 не является обязательным и может использоваться для управления светодиодом для визуального уведомления о текущем предельном состоянии.

Рис. 5. Схема платы ToliReg V3

Я также разработал версию этого же регулятора с двумя рельсами для использования в моих собственных проектах.Я сделал некоторые измерения шума регулятора (на более ранней версии печатной платы, как показано на рисунке ниже. Измерение шума было выполнено с использованием LNMP от тангенса (см. Ссылку для получения дополнительной информации) с полосой пропускания 100 кГц -3 дБ Общий интегральный шум на выходе регулятора, установленного на 24 В, был измерен при 10 мкВ среднеквадратичного значения.

No related posts.