0-40V justerbar strömförsörjningskrets - Konstruktionshandledning

Denna universalförsörjning genererar så mycket som 2,5 ampere från noll till 20 volt eller upp till 1,25 amp från 0-40 volt. Strömbegränsning är variabel inom hela intervallet för båda utmatningsalternativen.

Av Trupti Patil

Strömförsörjningens huvudspecifikationer:

EN IDEAL STRÖMFÖRSÖRJNING måste tillhandahålla en spänning som är variabel inom ett brett område och som förblir i den inställda spänningen oavsett linjespänning eller belastningsskillnader.

Försörjningen måste också vara säker från kortslutning under hela dess utgång och kunna begränsa belastningsströmmen för att säkerställa att enheter inte skadas av felaktiga omständigheter.

Detta specifika projekt förklarar en strömförsörjning utformad för att leverera 2,5 ampere vid upp till 18 volt (upp till 20 volt vid lägre strömmar). Samtidigt kommer några grundläggande modifieringar att erbjuda så mycket som 40 volt vid 1,25 ampere.

Matningsspänningen kan ställas in mellan noll och 'den högsta tillgängliga, och strömbegränsningen kan också justeras över det angivna hela intervallet. Driftläget för strömförsörjningen indikeras med hjälp av två lysdioder.

Den nära spänningsreglaget visar om enheten är i normal spänningsregleringsinställning och den nära strömbegränsningsratten visar om enheten är i strömbegränsningsläge. Dessutom visar en stor mätare ström eller spänningsutgång som valts av en omkopplare.

DESIGN EGENSKAPER

Under våra preliminära designfaser undersökte vi olika typer av regulatorer och de positiva aspekterna och nackdelarna med var och en för att kunna välja den som ger den bästa kostnadseffektiva funktionen. De specifika strategierna och deras funktioner kan sammanfattas enligt följande.

Shuntregulatorn:

Denna layout skulle främst fungera för låg strömförsörjning runt 10 till -15 watt. Det erbjuder utmärkt reglering och är internt kortslutningsbeständigt men försvinner hela den volym kraft den är utrustad för att hantera under obelastade förhållanden.

Serieregulator.

Denna regulator passar medelströmförsörjning cirka 50 watt.

Det kan och är avsett för högre strömförsörjningar, även om värmeavledning kan vara ett problem särskilt vid mycket hög ström med låga utspänningar.

Reglering bra, i allmänhet är det mindre utgångsbrus och kostnaden är relativt minimal.

SRC-regulator:

Denna regulator är idealisk för medelhög till hög effekt, men ger låg energiförlust, även om utgångsriffel och svarstid inte är lika bra som de från en serieregulator.

SCR-förregulator och serieregulator.

De allra bästa funktionerna i SCR- och serieregulatorerna är sammansatta med den här typen av strömförsörjningskrets som används för medelstora till högeffektiva applikationer. En SCR-förregulator används för att säkra en grovt reglerad försörjning runt fem volt större än rekommenderat, tillsammans med en lämplig serieregulator.

Detta minskar strömförlusten i serieregulatorn. Det är dock mycket dyrare att konstruera.

Växelregulator.

Används även för applikationer med medel till hög effekt, den här tekniken ger överkomlig reglering och låg effektförlust i regulatorn är ändå dyr att konstruera och har en högfrekvent krusning på utgången.

Strömförsörjning med omkopplat läge.

Den mest framgångsrika tekniken av alla, denna regulator korrigerar elnätet för att driva en växelriktare vid 20 kHz eller ännu mer. För att sänka eller höja spänningen används vanligen en billig ferrittransformator, vars utgång korrigeras och filtreras för att få den föredragna likströmsutgången.

Linjereglering är väldigt bra men det har säkert nackdelen att den inte på ett enkelt sätt kan användas som en variabel källa eftersom den bara kan anpassas över ett relativt mindre intervall.

VÅR EGEN DESIGN

Vår ursprungliga designprincip hade varit för en strömförsörjning på cirka 20 volt vid 5 till 10 ampere.
Med detta sagt, i ljuset av de sorter som är lätt tillgängliga, liksom kostnaderna, valde man att begränsa strömmen till cirka 2,5 ampere.
Detta tillvägagångssätt hjälpte oss att använda en serieregulator, den mest kostnadseffektiva modellen. God reglering var nödvändig, tillsammans med justerbar strömbegränsningsfunktion, plus det valdes dessutom att strömförsörjningen väl skulle kunna fungera ända ner till praktiskt taget noll volt.

För att få den slutliga kvalificeringen är det nödvändigt med en negativ försörjningsskena eller en komparator som kan köra med sina ingångar vid noll volt. I motsats till att använda en negativ försörjningsskena beslutade vi att arbeta med en CA3l30 IC-operationsförstärkare som komparator.

CA3l 30 behöver en enda matning (maximalt 15 volt) och i början använde vi ett motstånd och l 2 volt zener för att få en 12 volt matning. Referensspänningen hade sedan skapats från denna zenertillförsel med ytterligare ett motstånd och en 5 volt zener.

Man trodde att detta skulle ha presenterat adekvat reglering för referensspänningen men praktiskt taget identifierades utgången från likriktaren att förändras från 21 till 29 volt plus en del av krusnings- och spänningsomkopplingen som ägde rum över 12 volt zenern, som ett resultat slutade upp speglas in i 5 volt zenerreferensen.

Av denna anledning har 12 volt zener ersatts av en lC-regulator som åtgärdade problemet.

Med alla serieregulatorer borde serieutgångstransistorn från layoutens egenskaper, släppa ut mycket kraft, särskilt vid låg utspänning och hög ström. För denna faktor är en respektabel kylfläns en viktig del av strukturen.

Industriella kylflänsar är otroligt dyra och ofta utmanande att fästa. Som ett resultat skapade vi vår egen kylfläns som inte bara var mer prisvärd men ändå fungerade mycket bättre än den kommersiella variationen vi hade funderat på - var enklare att fästa.

Ändå fortsätter kylflänsen att arbeta varmt vid full belastning, liksom transformatorn. och under högströms lågspänningsförhållanden kan transistorn till och med bli alldeles för fräsande att röra vid.
Detta är ganska normalt eftersom transistorn i dessa situationer fortfarande fungerar inom sitt valda temperaturområde.

Tillsammans med alla extremt reglerade utbud kan stabilitet vara en svårighet. För detta motiv ingår spänningsregleringsläget, kondensatorer C5 och C7 för att minimera slingförstärkningen i höga frekvenser och undviker därför att matningen svänger.

Värdet på C5 har valts för att helst hoppa mellan stabilitet och reaktionsperiod. När C5-värdet är för lågt ökas reaktionshastigheten.

Det finns dock en större möjlighet till bristande stabilitet. Om överdriven reaktionstid ökar i onödan. I strömgränsläget kompletteras den identiska funktionaliteten av C4 och exakt samma åsikter implementeras som för spänningsscenariot.

Eftersom strömförsörjningen har förmågan att ha en relativt hög strömutgång kan det utan tvekan förekomma något spänningsfall över ledningarna till utgångarna. Detta kompenseras genom att känna av spänningen på utgångarna via en oberoende uppsättning ledningar.

Även om försörjningen huvudsakligen gjordes för 20 volt vid 2,5 ampere rekommenderades det att exakt samma leverans kan vara van att leverera 40 volt vid 1,25 ampere och att detta kan vara mer lämpligt för många slutanvändare.

Detta kan åstadkommas genom att ändra inställningarna för likriktaren och genom att ändra några komponenter. Någon idé lämnades för att skapa leveransomkopplingsbar men de ytterligare komplexiteterna och priset var på ett sätt som bortses från att vara fördelaktigt.

Därför måste du i princip välja konfiguration som matchar din efterfrågan och bygga utbudet efter behov.

Den maximalt tillgängliga reglerade spänningen begränsas möjligen av att ingångsspänningen till att regulatorn är för reducerad (med mer än 18 volt och 2,5 ampere) eller kanske från förhållandet R14 / R15 och av referensspänningens värde. (Utgång = R14 + R15 / R15) V ref

På grund av toleransen för ZD1 är de fullständiga 20 volt (eller 40 volt) förmodligen inte tillgängliga. Om det identifieras som en situation måste R14 ökas till det efterföljande gynnade värdet.

Enkelvarvspotentiometrar har givits för spännings- och strömstyrning på grund av att de är överkomliga. Ändå, om noggrann inställning av spänning eller strömstyrning behövs, bör tio-varvspotentiometrar användas som ersättning.

HUR DET FUNGERAR

240-voltsnätet trappas ner till 40 Vac genom transformatorn och, baserat på vilken matning har utvecklats, rättas den till antingen 25 eller 5 Vdc.

Denna spänning är faktiskt måttlig eftersom den faktiska spänningen kommer att skilja sig mellan 29 volt (58 volt) vid obelastning till 21 volt (42 volt) vid full belastning.

I båda situationerna används identiska filterkondensatorer. Dessa monteras parallellt för din 25-voltsvariant (5000uF) och i serie avsedd för 50-voltsmodellen (1250uF). På 50-voltsmodellen kopplas transformatorns mittkran till kondensatorns mittkran, vilket garanterar noggrann spänning. delning mellan kondensatorerna. Denna inställning erbjuder dessutom en 25 volts försörjning till regulatorn lC.

Spänningsregulatorn är väsentligen en serietyp i vilken impedansen hos serietransistorn styrs på ett sådant sätt att denna spänning genom hela belastningen hålls konstant vid det förutbestämda värdet.

Transistorn Q4 släpper ut en hel del kraft, särskilt vid låga utspänningar och hög ström och den är följaktligen installerad på kylflänsen på produktens baksida.

Transistor Q3 ger strömförstärkning till Q4, samarbetet fungerar som en PNP-transistor med hög effekt, hög förstärkning. De 25 volt minskas till 12 volt genom ICI-regulatorn. Denna spänning används vanligtvis som matningsspänning för CA3130 lCs och sänks dessutom till 5,1 volt av zenerdioden ZDI för att användas som referensspänning.

Spänningsregleringen utförs av lC3 som undersöker spänningen som bestäms av RV3 (O till 5,1 'volt) med utspänningen dividerad med R14 och R15. Avdelaren ger en uppdelning på 4,2 (O till 21 volt) eller åtta (0 till 40 volt).

Å andra sidan i den höga änden är den erhållna spänningen begränsad till den punkt att regulatorn lyckas förlora kontroll vid hög ström då spänningen genom filterkondensatorn når utspänningen plus cirka 100 Hz krusning kan också hittas. Utgången från IC3 reglerar transistorn Q2 som därefter styr utgångstransistorn på ett sätt så att utspänningen fortsätter att vara konsekvent oberoende av lednings- och belastningsskillnader. 5,1-voltsreferensen erbjuds sändaren till Q2 till och med Q1.

Denna transistor är faktiskt ett buffertsteg för att motverka att 5,1-voltsledningen laddas. Strömstyrning utförs av IC2 som analyserar spänningen som bestäms av -RV1 (O till 0,55 volt) med användning av spänningen som skapas runt R7 av lastströmmen.

Om vi ​​säger att 0,25 volt definieras på RV1 och strömmen från matningen är liten, kommer utgången från IC2 att vara nära 12 volt. Detta leder till att LED 2 tänds eftersom Q1-sändaren är på 5,7 volt.

Denna LED betyder följaktligen att denna matning fungerar i spänningsregulatorläget. Om emellertid den strömdrivna är förhöjd så att spänningen runt R7 är drygt 0,25 volt (enligt vår bild) kan utgången från IC2 sjunka. När IC2-utgången sjunker under cirka 4 volt börjar Q2 stänga av via LED 3 och D5. Resultatet av detta skulle vara att minimera utspänningen så att spänningen i hela R7 inte kan öka mer.

Medan detta sker försöker spänningsjämföraren IC3 att motverka problemet och dess utgång stiger till 12 volt. IC2 förbrukar sedan mer ström för att kompensera och den här strömmen leder till LED 3 för belysning, vilket innebär att matningen fungerar i strömgränsläget.

För att säkerställa exakt reglering levereras spänningsavkänningsplintarna till utgångspunkterna oberoende av de som transporterar lastströmmen. Mätaren inkluderar en rörelse på en millimeter och avläser utspänningen (omedelbart längs utgångarna) eller strömmen (genom att mäta spänningen runt R7) som valts från frontpanelomkopplaren SV2

PCB-layout för strömförsörjningskretsen 40V

KONSTRUKTION

Den föreslagna PCB-layouten för denna 0-40V variabla strömförsörjningskrets måste användas eftersom konstruktionen på detta sätt görs enormt förenklad.

Komponenterna måste sättas ihop på kortet så att polariteten hos dioder, transistorer, lC och elektrolytik är korrekt. BDl40 (Q3) måste installeras så att sidan med metallytan konfronteras i riktning mot lCl. En liten kylfläns måste skruvas fast på transistorn som visas på bilden.

Om metallbearbetningen som beskrivs används måste man använda monteringsarrangemang.

a) Fäst frontpanelen på framsidan av ramverket och skruva fast dem med varandra genom att montera mätaren.

b) Fäst utgångsanslutningarna, potentiometrarna och mätomkopplaren på frontpanelen.

c) Katoderna på lysdioderna (som vi använde) hade designats av ett skår i kroppen som inte kunde märkas när lysdioderna var monterade på frontpanelen.

Om detta låter situationen med din, minska katodterminalerna något mindre för att känna igen dem och installera sedan lysdioderna på plats.

d) Lödlängder (cirka 180 mm långa) till transformatorns 240 volt-terminaler, isolera terminalerna med tejp varefter transformatorn fästs på plats inuti ramen.

f) Montera nätsladden och kabelklämman. Anslut strömbrytaren, isolera polerna och sätt sedan på strömbrytaren på frontpanelen.

g) Fäst kylflänsen och skruva fast den på ramens baksida med hjälp av ett par bultar - installera därefter effekttransistorn med isoleringsbrickor och kiselfett.

h) Installera det monterade kretskortet på ramverket med 10 mm distanser.

i) Anslut transformatorns sekundär, likriktardioder och filterkondensatorer. Diodledningarna är tillräckligt styva för att inte verkligen behöva något extra stöd.

j) Kablarna som involverar kortet och omkopplarna kan eventuellt nu komma in genom att ansluta punkter med matchande bokstäver i frontpaneldiagrammet och komponentöverlagringsdiagrammen. Den enda etablering som behövs skulle vara att kalibrera mätaren. Anslut en äkta voltmeter till strömförsörjningens utgångskontroll så att den externa mätaren avkodar 1 5 volt (eller 30 volt vid den alternativa inställningen).

Dellista för den föreslagna strömförsörjningskretsen på 40 V 2 amp