Hur man utformar en stabiliserad strömförsörjningskrets för bänkar

I det här inlägget diskuterar vi hur en effektiv och effektiv, men ändå mycket billig och stabiliserad bänkströmförsörjning kan utformas av alla elektroniska hobbyister för att säkert testa alla typer av elektroniska projekt och prototyper.

Huvudfunktionerna som en bänkströmförsörjning måste ha är:

• Bör byggas med billiga och lättillgängliga komponenter
• Bör vara flexibel med sina spännings- och strömområden, eller helt enkelt måste inkludera anläggningen för en variabel spänning och variabel strömutgång.
• Bör vara överströms och överbelastad.
• Bör vara lätt att reparera om ett problem uppstår.
• Bör vara rimligt effektiv med sin effekt.
• Bör underlätta lättanpassning enligt önskad specifikation.

Allmän beskrivning

Majoriteten av strömförsörjningsdesignerna har hittills en linjär seriestabilisator. Denna design använder en pass-transistor som fungerar som ett variabelt motstånd, reglerat av en Zener-diod.

Seriens strömförsörjningssystem är det mest populära, möjligen på grund av att det är mycket effektivare. Med undantag för en mindre förlust i Zener- och matningsmotståndet händer märkbar förlust endast i seriepasstransistorn under den period som den matar ström till lasten.

En nackdel med seriens strömförsörjningssystem är dock att dessa inte ger någon form av kortslutning med utgångsbelastning. Betydelse, under utgångsfelförhållanden kan passeringstransistorn låta en stor ström strömma genom den, så småningom förstöra sig själv och eventuellt också den anslutna belastningen.

Som sagt, lägga till en Kortslutningsskydd till en seriepassbänk kan strömförsörjningen snabbt implementeras genom andra transistorer konfigurerade som ett aktuellt styrsteg.

De regulator för variabel spänning uppnås genom en enkel transistor, potentiometeråterkoppling.

Ovanstående två tillägg möjliggör en seriekopplad strömförsörjning som är mycket mångsidig, robust, billig, universell och praktiskt taget oförstörbar.

I de följande styckena kommer vi kort att lära oss utformningen av de olika stegen som är involverade i en standardstabiliserad bänkströmförsörjning.

Enklaste transistorspänningsregulatorn

Ett snabbt sätt att få en justerbar utspänning är att ansluta passets bas transistor med en potentiometer och Zener-diod som visas i figuren nedan.

I denna krets är T1 riggad som en emitter-följare BJT där basspänningen VB bestämmer sin emitter-sidospänning VE. Både VE och VB kommer att exakt överensstämma med varandra och kommer att vara nästan lika och drar av dess framåtfall.

Framåtfallsspänningen för vilken BJT som helst är typiskt 0,7 V, vilket innebär att emitterns spänning kommer att vara:

VE = VB - 0,7

Använda en Feedback Loop

Även om ovanstående designen är enkel att bygga och mycket billig , den här typen av tillvägagångssätt erbjuder inte stor reglering av effekt vid de lägre spänningsnivåerna.

Det är just därför en återkopplingstypreglering normalt används för att få en förbättrad reglering genom hela spänningsområdet, vilket visas i figuren nedan.

I denna konfiguration styrs basspänningen för T1, och därmed utspänningen, av spänningsfallet över R1, främst på grund av strömmen som dras av T2.

När skjutarmen på potten VR1 befinner sig i yttersta änden på marken, blir T2 avskuren eftersom basen nu blir jordad, vilket tillåter det enda enda spänningsfallet över R1 orsakat av basströmmen för T1. I denna situation kommer utspänningen vid T1-sändaren att vara nästan samma som kollektorspänningen och kan ges som:

VE = Vin - 0,7 , här är VE emitter-sidan spänning av T1, och 0,7 är standard framåt spänningsfall värde för BJT T1 bas / emitter ledningar.

Så om ingångsförsörjningen är 15 V kan utgången förväntas vara:

VE = 15 - 0,7 = 14,3 V

När nu VR1-skjutarmen flyttas till den övre positiva änden kommer T2 att få åtkomst till hela emitter-sidans spänning på T1, vilket kommer att få T2 att leda mycket hårt. Denna åtgärd kommer direkt att ansluta zenerdiod D1 med R1. Menande, nu är basspänningen VB för T1 helt enkelt lika med zenerspänningen Vz. Så resultatet blir:

VE = Vz - 0,7

Därför, om D1-värdet är 6 V, kan utspänningen förväntas vara precis:

VE = 6 - 0,7 = 5,3 V , så zenerspänningen bestämmer minsta möjliga utspänning som kan erhållas från detta serie passera strömförsörjning när potten roteras vid sin lägsta inställning.

Även om det ovanstående är enkelt och effektivt för att göra en bänkspänning, har det en stor nackdel att inte vara kortslutningssäker. Det betyder att om utgångarna på kretsen av misstag kortsluts, eller om en överbelastningsström appliceras, kommer T1 snabbt att värmas upp och brinna.

För att undvika denna situation kan designen enkelt uppgraderas genom att lägga till en aktuella kontrollfunktionen som förklaras i följande avsnitt.

Lägger till kortslutningsskydd för överbelastning

En enkel inkludering av T3 och R2 gör att bänkens strömförsörjningskretsdesign kan vara 100% kortslutningssäker och strömstyrd . Med denna konstruktion orsakar inte ens avsiktlig kortslutning på utgången någon skada på T1.

Arbetet med detta steg kan förstås på följande sätt:

Så snart utgångsströmmen tenderar att gå utöver det inställda säkra värdet utvecklas en proportionell mängd potentialskillnad över R2, tillräckligt för att slå PÅ transistorn T3 hårt.

När T3 är PÅ får T1-basen att förenas med sin emitterlinje, vilket omedelbart inaktiverar T1-ledningen, och denna situation bibehålls tills utgången kort eller överbelastning avlägsnas. På detta sätt skyddas T1 från alla oönskade utgångssituationer.

Lägga till en variabel aktuell funktion

I ovanstående konstruktion kan strömgivarmotståndet R2 vara ett fast värde om utgången måste vara en konstant strömutgång. En bra bänkströmförsörjning ska dock ha ett varierande intervall för både spänning och ström. Med tanke på detta krav kan den nuvarande begränsaren göras justerbar helt enkelt genom att lägga till en variabelt motstånd med basen av T3, som visas nedan:

VR2 delar spänningsfallet över R2 och tillåter således T3 att slå PÅ vid en specifik önskad utström.

Beräkning av delvärdena

Låt oss börja med motstånden, R1 kan beräknas med följande formel:

R1 = (Vin - MaxVE) hFE / utström

Här, sedan MaxVE = Vin - 0,7

Därför förenklar vi den första ekvationen som R1 = 0,7 hFE / utström

VR1 kan vara en 10 k-pott för spänningar upp till 60 V.

Nuvarande begränsare R2 kan beräknas enligt nedan:

R2 = 0,7 / Max utström

Max utström ska väljas 5 gånger lägre än T1 max Id, om T1 krävs för att fungera utan kylfläns. Med en stor kylfläns installerad på T1 kan utströmmen vara 3/4 av T1 Id.

VR2 kan helt enkelt vara en 1k-pott eller förinställd.

T1 bör väljas enligt utgångsströmkravet. T1 Id-klassificeringen bör vara 5 gånger mer än den erforderliga utgångsströmmen om den ska manövreras utan kylfläns. Med en stor kylfläns installerad bör T1 Id-klassningen vara minst 1,33 gånger mer än den erforderliga utströmmen.

Den maximala kollektorn / emittern eller VCE för T1 bör helst vara dubbelt så mycket som värdet för den maximala utspänningsspecifikationen.

Värdet på zenerdioden D1 kan väljas beroende på det lägsta eller lägsta utspänningskravet från bänkens strömförsörjning.

T2-betyg beror på R1-värdet. Eftersom spänningen över R1 alltid kommer att vara 0,7 V blir VCE för T2 obetydlig och kan vara vilket minimivärde som helst. Id för T2 bör vara sådan att den kan hantera basströmmen för T1, bestämd av värdet R1

Samma regler gäller också för T3.

I allmänhet kan T2 och T3 vara vilken transistor som helst för små signaler, såsom BC547 eller kanske en 2N2222 .

Praktisk design

Efter att ha förstått alla parametrar för att utforma en anpassad strömförsörjning för bänkar är det dags att implementera data i en praktisk prototyp, som visas nedan:

Du kan hitta några ytterligare komponenter som introducerats i designen, som helt enkelt är för att förbättra kretsens regleringsförmåga.

C2 införs för att rengöra eventuell kvarvarande krusning vid baserna T1, T2.

T2 bildar tillsammans med T1 en Darlington-par för att öka uteffektens nuvarande förstärkning.

R3 tillsätts för att förbättra zenerdiodledningen och därför för att säkerställa bättre övergripande reglering.

R8 och R9 läggs till för att möjliggöra att utspänningen kan regleras över fast område, vilket inte är kritiskt.

R7 ställer in den maximala strömmen som kan nås vid utgången, vilket är:

I = 0,7 / 0,47 = 1,5 ampere, och detta verkar ganska lågt jämfört med betyget för 2N3055 transistor . Även om detta kan hålla transistorn supercool kan det vara möjligt att öka detta värde till 8 ampere om 2N3055 är monterad över en stor kylfläns.

Minskad avledning för att öka effektiviteten

Den största nackdelen med någon serietransistorbaserad linjär regulator är transistorns stora mängd. Och detta händer när in- / utgångsdifferensen är hög.

Betydelse, när spänningen justeras mot lägre utspänning, måste transistorn arbeta hårt för att kontrollera överspänningen, som sedan släpps som värme från transistorn.

Till exempel om belastningen är en 3,3 V LED och ingångsförsörjningen till bänkens strömförsörjning är 15 V, måste utspänningen sänkas till 3,3 V vilket är 15 - 3,3 = 11,7 V mindre. Och denna skillnad omvandlas till värme av transistorn, vilket kan betyda en effektivitetsförlust på mer än 70%.

Detta problem kan dock enkelt lösas med hjälp av a transformator med tappad spänningsutgångslindning.

Till exempel kan transformatorn ha kranar på 5 V, 7,5 V, 10 V, 12 V, och så vidare.

Beroende på belastningen kan kranarna väljas för matning av regulatorkrets . Efter detta kunde kretsens spänningsjusteringspott användas för att ytterligare justera utgångsnivån exakt till önskat värde.

Denna teknik skulle öka effektiviteten till en mycket hög nivå, vilket gör att kylflänsen till transistorn blir mindre och kompakt.