Блок питания с регулировкой напряжения и тока: Блоки питания — Источники питания — Главная

Содержание

Блок питания с регулировкой напряжения: характеристики

Начинающие радиолюбители часто изготавливают блоки питания с регулировкой напряжения. Это очень нужный прибор, так как без него не сможет работать аппаратура. Но нужно учитывать, что для работы техники может потребоваться разное напряжение – от 1,5 до 30 В. И не хочется каждый раз делать новый блок питания, мотать трансформаторы. Ведь намного проще сделать один, но универсальный, который можно использовать в любой самоделке.

Блок питания персонального компьютера

В том случае, если у вас имеется блок питания от настольного ПК, можно воспользоваться ним. Для этого нужно выполнить такие манипуляции:

  1. Снимите верхнюю крышку.
  2. Далее, используя паяльник, уберите все лишние провода. Нужно оставить по 1-2 провода каждого цвета.
  3. Соедините зеленый провод (он в жгуте один такой) с черным (корпусом). Можно просто установить перемычку на плате.
  4. Чтобы сделать блок питания с регулировкой напряжения своими руками, необходимо провести замеры на каждом выводе.
  5. Подключите провода к соответствующим гнездам или к переключателю.

Такой блок питания позволяет получить несколько напряжений – 3, 3В, 5В, 12В. Этого вполне достаточно для полноценной работы большинства приборов. Даже для зарядки мобильных телефонов можно использовать такой блок.

Самый простой способ

Проще всего окажется сделать блок питания со ступенчатой регулировкой напряжения на выходе. Наверняка вы не раз видели такие. На них имеется переключатель на несколько положений, каждое из которых соответствует определенному значению напряжения. Надежно ли это? В качестве лабораторного блока питания с регулировкой напряжения такое устройство может работать недолго.

Причина – очень маленький ток на выходе, и подключить мощную нагрузку вряд ли получится. Даже погонный метр светодиодной ленты будет светиться с малой яркостью. Чтобы не использовать в самоделках большие тумблеры или переключатели, можно на передней панели прибора установить несколько гнезд. В них будут вставляться штекеры. Главное, правильно подписать все гнезда, чтобы не сжечь аппаратуру.

Как сделать трансформатор

Чтобы создать такой блок, потребуется самостоятельно изготовить трансформатор – перемотать вторичную обмотку. И обязательно сделайте расчет напряжения на один виток. Для этого можно поступить следующим образом:

  1. Полностью снимаете вторичную обмотку, если она имеется.
  2. Наматываете 10 витков провода и собираете магнитопровод трансформатора.
  3. Включаете трансформатор в сеть и проводите замер напряжения на вторичной обмотке.

Например, вы выяснили, что с 10 витков можно снять 1 В. Следовательно, вам потребуется намотать для напряжения на выходе в 30 В ровно 300 витков. А что если вам нужно несколько значений напряжений? Для этого сделайте отводы от соответствующих витков.

Выпрямитель

Выпрямитель – это часть блока питания, которая позволяет преобразовать переменное напряжение в постоянное. Изготавливается он из полупроводниковых диодов. Существует несколько типов схем включения:

  1. Однополупериодная – применяется всего один полупроводник. Очень низкая эффективность. Схема может использоваться для питания аппаратуры непродолжительное время. Кроме того, у конструкций такого типа высокий уровень помех.
  2. Двухполупериодная – применяется два диода. Эффективность немного выше, нежели у предыдущей, но далека от идеала.
  3. Удвоение напряжения – состоит их конденсаторов и диодов. Позволяет увеличить напряжение, но сила тока при этом уменьшается.
  4. Мостовая – содержит в себе четыре полупроводника. Эффективность у схемы очень высокая, поэтому она используется почти во всех приборах.

Нужно отметить, что существуют различные мостовые сборки. Не нужно сверяться со схемой и соединять диоды – достаточно на прибор подать переменное напряжение, а с него снять постоянное.

Блок фильтров и стабилизации

Именно так можно назвать часть схемы, в которой устанавливаются электролитические конденсаторы, резисторы и дроссели. Последние позволяют избавиться от возможного появления токов высокой частоты. Конденсатор необходим для того, чтобы убрать в постоянном токе переменную составляющую. Если вы изготавливаете лабораторный блок питания с регулировкой напряжения и тока, то нужно позаботиться о том, чтобы на выходе все параметры были стабильны. Как это сделать?

Для этого применяются стабилитроны – это устройства, которые выравнивают значение напряжения. Причем существуют приборы полупроводниковые и вакуумные. В любом случае при превышении напряжения излишки его преобразуются в тепло. Поэтому необходимо обеспечивать хорошее охлаждение прибора. Можно даже установить вентилятор для охлаждения. Для того чтобы конденсатор после отключения быстрее разряжался, на выходе устанавливается постоянный резистор.

Блок регулировки напряжения

Изготовить такое устройство можно на транзисторах или специальных сборках. Очень часто в радиолюбительской практике используются изделия типа LM317T. Для того чтобы сделать устройство на его основе, нужно иметь следующие детали:

  1. Непосредственно сборку LM317T.
  2. Диодный мост (или 4 одинаковых диода).
  3. Два электролитических конденсатора – 1000 и 100 мкФ. Напряжение не менее 50 В.
  4. Постоянное сопротивление 200 Ом.
  5. Переменный резистор 6,8 кОм.

Переменный резистор предназначен для корректировки выходного напряжения. Если у вас имеются цифровые приборы – вольтметр и амперметр, то можно установить их на выходе блока питания. Учтите, что последний включается в разрыв провода (например, плюсового). А вольтметр соединяется с плюсом и минусом. После окончательной сборки можно не делать градуировку на передней панели.

Трансформатор для конструкции можно позаимствовать от любой бытовой техники. Желательно, чтобы мощность у него была достаточной. Неплохие результаты показывает трансформатор ТВК или ТВЗ (выходной кадровой развертки и звука ламповых телевизоров соответственно). Первичная обмотка у них рассчитана на подключение к бытовой сети 220 В. Вполне возможно, что вторичную придется перемотать. Желательно использовать провод с максимальным сечением. Это позволит выдать больший ток, как следствие – получится подключить без особых проблем любую аппаратуру.

РАДИО для ВСЕХ — ЛБП однополярный

Однополярный лабораторный блок питания 0-30В/0-3А с «грубой» и «плавной» регулировками выходного напряжения, регулировкой выходного тока (ограничения по току) и индикацией режима работы — регулировка напряжения или включение ограничения тока. В качестве регулирующего элемента используется полевой транзистор IRLZ44N.

Наконец вытравил и просверлил отверстия в плате ЛБП, чтобы убедиться в работоспособности схемы — всё заработало почти сразу ;-(… Платы будут изготовлены с маской и маркировкой в двух вариантах: ЛБП с питанием напряжением постоянного тока — без выпрямительного моста и переменного резистора «плавно» для регулировки выходного напряжения, ЛБП с питанием напряжением переменного тока — выпрямительный мост установлен на плате и для регулировки выходного напряжения предусмотрен переменный резистор «плавно», а в остальном всё без изменений.

Если диодный мост не нужен (будет применён внешний), то на плате вместо него необходимо просто установить перемычки. Обе схемы приведены ниже. Покупайте печатные платы, наборы для сборки, собирайте и пользуйтесь 😉

Технические характеристики:

Входное напряжение (для платы с диодным мостом):  7…32В переменного тока

Входное напряжение (для платы без диодного моста): 9…45В постоянного тока

Ток нагрузки: 0-3А (с индикацией включения режима ограничения тока)

Нестабильность выходного напряжения: не более 1%


Краткое описание конструкциии:

Для однополярного блока питания разработаны две печатные платы размерами 62х59 мм и 92х59 мм. Фотовид печатных плат приведен ниже. На печатных платах предусмотрены отверстия диаметром 3 мм. В верхней части платы, для крепления радиатора и в нижней части для, крепления самой платы в корпусе блока питания. Регулирующий транзистор необходимо установить на большой 😉 радиатор с площадью поверхности не менее 300 см кв. Транзистор Q1 необходимо закрепить с применением теплопроводящей пасты

и, при необходимости, с применением изолирующих теплопроводящих подложек. Переменные резисторы регулировки тока и напряжения можно закрепить на передней панели блока питания непосредственно при помощи штатных гаек.

 

Примечание к схемам блока питания:

После сборки и опробования блока питания покупателем, было замечено, что при отключении от сети блока питания с небольшой нагрузкой или без нагрузки наблюдается некоторое уменьшение напряжения, а потом его всплеск до 12-15В и затем снижение до нуля. Как оказалось, это происходит из-за того, что напряжение, запирающее полевой транзистор, пропадает раньше, чем разрядится конденсатор фильтра CF.

При проверке блока питания под нагрузкой мощной лампой такого замечено не было (по понятным причинам). Для устранения броска напряжения необходимо подключить электролитический конденсатор С5 470мкФх6,3В с вывода 8 м/сх на общий провод (припаять сверху над микросхемой между выводами 8 и 11) — см. схемы.

 

Работа схемы:

Схема стабилизации напряжения собрана на U1.3 и U1.4. На U1.4 собран дифференциальный каскад, усиливающий напряжение делителя обратной связи, образованного резисторами R14 и R15. Усиленный сигнал поступает на компаратор U1.3, сравнивающий выходное напряжение с образцовым, сформированным стабилизатором U2 и потенциометром RV2. Полученная разница напряжений поступает на транзистор Q2, управляющий регулирующим элементом Q1. Ограничение тока осуществляется  компаратором U1.1, который сравнивает падение напряжения на шунте R16 с опорным, сформированным потенциометром RV1. При превышении заданного порога, U1.1 изменяет опорное напряжение для компаратора U1.

3, что приводит к пропорциональному изменению выходного напряжения. На операционном усилителе U1.2 собран узел индикации режима работы устройства. При понижении напряжения на выходе U1.1 ниже напряжения сформированного делителем R2 и R3, светится светодиод D1, сигнализирующий о переходе схемы в режим стабилизации тока.

Примечание:

В случае работы устройства от питающего напряжения ниже 23В, стабилитрон D3 необходимо заменить перемычкой. Так же, возможно питать слаботочную часть схемы от отдельного источника, подав напряжение 9-35В непосредственно на вход стабилизатора U3 и удалив стабилитрон D3.


ВОЛЬТМЕТРЫ

и АМПЕРМЕТРЫ с семисегментными LED индикаторами

Выложены здесь >>> Это не китайские измерительные приборы! Made in Donetsk


Сделанные на скорую руку видео работы блока питания можно посмотреть по ссылкам приведенным ниже. На одном видео заснято опробование цифрового вольтметра на недорогой специализированной м/сх ICL7107. 




Стоимость печатной платы размерами 62х59 мм под два переменных резистора — временно нет в наличии

Стоимость печатной платы размерами 92х59 мм под три переменных резистора — временно нет в наличии

Стоимость набора для сборки блока питания (с платой на два резистора, ручки в комплекте) временно отсутствует в продаже

Стоимость набора для сборки блока питания (с платой на три резистора, ручки в комплекте) временно отсутствует в продаже

Краткое описание, схема и перечень деталей набора здесь >>> и здесь >>>

 



Спасибо за уделённое внимание! Всем удачи, мира, добра, 73!

 

Блок питания с регулировкой напряжения и тока

материалы в категории

Блок питания с регулировкой напряжения и тока


Используемые компоненты:
R1 = 2,2 кОм 1W 
R9, R19 = 2,2 кОм 1/4W
R2 = 82 Ом 1/4W
R3 = 220 Ом 1/4W
R4 = 4,7 кОм 1/4W
R5, R6, R20, R21 = 10 кОм 1/4W
R13 = 10 кОм (если используете транзистор BD139 то номинал 33кОм) 

R7 = 0,47 Ом 5W
R8, R11 = 27 кОм 1/4W
R10 = 270 кОм 1/4W
R12, R18 = 56кОм 1/4W
R14 = 1,5 кОм 1/4W
R15, R16 = 1 кОм 1/4W
R17 = 33 Ом 1/4W
R22 = 3,9 кОм 1/4W
RV1 = 100K триммер
P1, P2 = 10KOhm линейный потенциометр
C1 = 3300 uF/50V электролитический
C2, C3 = 47uF/50V электролитический
C4 = 100нФ полиэстр
C5 = 200нФ полиэстр
C6 = 100пФ керамический
C7 = 10uF/50V электролитический
C8 = 330пФ керамический
C9 = 100пФ керамический
D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 диод 2A — RAX GI837U
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = 5,6V зенеревский
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 диод 1A
Q1 = BC548, NPN транзистор или BC547
Q2 = 2N2219 NPN транзистор (можно заменить на BD139)
Q3 = BC557, PNP транзистор или BC327
Q4 = 2N3055 NPN силовой транзистор (заменить на КТ819 или КТ 827А и не ставить Q2, R16)
U1, U2, U3 = TL081, опер. усилитель
D12 = LED диод.
Если нет Q2 = 2N2219 или BD139, то их можно не ставить, а вместо Q4 = 2N3055 поставить КТ819 или КТ 827А и не ставить R16. в этом случае нужно поставить перемычку между коллектором и эмиттером транзистора Q2.
Если использовать 2N3055 то нужно установить Q2 = 2N2219 или BD139 и R16. 
Я в качестве выходного транзистора использовал пару TIP142, да вообще можно подобрать практически любой транзистор. Вместо выводных диодов поставил диодный мост, для дальнейшей установки его на радиатор.
В качестве токового датчика используется R7 при 0.47Ом которые стоят в оригинале по схеме мне удалось получить заявленные 3А но этого мало, я поставил 0.25Ом итог 7.5А, регулировка тока работает отлично. Трансформатор использовал на 13А, 25В, выпрямленное 32В. для отдачи при максимальном токе этого мало, со временем другой поставлю.

Печатная плата, фотоотчет и обсуждение устройства- на нашем ФОРУМЕ

Voltage Mode/Current Mode. Why a power supply can only regulate only one of these parameters at a time.

Источники питания высокого напряжения и информация о безопасности

Режим регулировки напряжения/Режим регулировки тока. Почему блок питания может одновременно регулировать только один из этих параметров

Большинство высоковольтных источников питания Spellman предлагают режим работы с регулировкой напряжения и тока с автоматическим переключением в зависимости от настроек и условий нагрузки. Для этого источник питания должен иметь два управляющих контура: регулировка напряжения и регулировка тока. Кроме того, каждому контуру требуется управляющий сигнал, предоставляемый пользователем, чтобы источник питания мог регулировать и ограничивать питание соответствующим образом.

Режим регулировки напряжения

Большинство наших заказчиков используют наши источники питания в режиме регулировки напряжения. Когда источник питания работает в режиме регулировки напряжения, он ведет себя как источник напряжения. В этом случае блок питания эффективно регулирует выходное напряжение от 0 до 100 % от номинального выходного напряжения, в зависимости от выбранных настроек.

При этом выходной ток определяется величиной выходного напряжения и сопротивлением нагрузки на выходе источника питания. Большинство пользователей устанавливают ток на максимальное значение. В этом случае при коротком замыкании источник питания автоматически перейдет из режима регулировки напряжения в режим регулировки тока, установив ток на уровне 100 % от максимального номинального тока.

Режим регулировки тока

Намного реже наши заказчики используют источники питания в режиме регулировки тока. Когда источник питания работает в режиме регулировки тока, он ведет себя как источник тока. В этом случае блок питания эффективно регулирует выходной ток от 0 до 100 % от номинального выходного тока, в зависимости от выбранных настроек.

При этом выходное напряжение определяется величиной выходного тока и сопротивлением нагрузки на выходе источника питания. Большинство пользователей устанавливают напряжение на максимальное значение. В этой ситуации, если цепь разомкнута, источник питания автоматически перейдет из режима регулировки тока в режим регулировки напряжения, устанавливая напряжение на уровне 100 % от максимального номинального напряжения.

Программируемость Режима регулировки напряжения/Режима регулировки тока

В вышеуказанных ситуациях уровни напряжения и тока установлены на 100 % от номинальных значений, но их обычно можно регулировать в диапазоне от 0 до 100 % от номинальных значений, в соответствии с требованиями заказчика.

Регулировка только одного параметра

Как указано выше, стандартный высоковольтный источник питания может регулировать только один параметр (будь то напряжение или ток) одновременно. Если вы работаете в режиме регулировки напряжения, то на выходе у вас регулируемое напряжение и соответствующий ток. Если вы работаете в режиме регулировки тока, то на выходе у вас регулируемый ток и соответствующее напряжение. При этом основной момент заключается в том, что источник питания не может регулировать одновременно и напряжение, и ток. При работе в режиме регулировки напряжения (как работают в большинстве случаев) источник питания регулирует выходное напряжение, но ток, потребляемый источником питания, зависит от установленного напряжения и сопротивления нагрузки на выходе источника питания.

 

 

Управляемый стабилитрон TL431 и Линейный Лабораторный блок питания 0-35В 0-1А (можно сделать и на 10А)

Всем добрый день дорогие Муськовчане. Долго думал, писать этот обзор или нет. Но все же решил написать, что бы рассказать Вам, как можно сделать Лабораторный линейный блок питания с широкой регулировкой напряжения (грубо и точно) и ограничением тока. Главным электронным компонентом будет широко распространенный управляемый стабилитрон TL431. Я несколько раз покупал на Али эти радиодетали, как в в корпусе ТО-92, так и в SMD исполнении, так как данная деталь очень широко используется в радиотехнике. В общем, всех неравнодушных к электронике, любителей самоделок прошу под Кат…

Немного истории, это была первая схема которую я собрал после 25 летнего перерыва. Пришлось все осваивать заново, тем более технологии продвинулись, появилась возможность изготавливать печатные платы по технологии ЛУТ, о чем я даже не мог мечтать в далекой юности… И сразу же стал Вопрос №1 — кроме паяльника, авометра и канифоли любому радиолюбителю нужен Линейный лабораторный блок питания. Который я решил изготовить самостоятельно. Можно было бы, конечно, что -то сколхозить на LM317, и т.п свою первую поделку, но… Это не наш метод… ©, потому я решил сколхозить что-то посложнее…
Нашел форум «Паяльник», выбрал там схему… И пошло-поехало… Сразу предупреждаю схема не моя, а замечательного автора, моего ныне друга Владимира 65, я как раз попал на начало обсуждения этой схемы, которая была проверена только в мультисиме, и в железе, я и еще пару форумчан собирали и проходили все возможные грабли, загубив кучу радиодеталей… Все печатные платы были нарисованы самостоятельно, понятно, что очень далеки до совершенства, но тем не менее блок питания работает больше 3-х лет, давая очень чистое от помех выходное напряжение… Потом была изготовлена 2 и 3 версия, но у меня на столе до сих пор работает именно этот первый мой «колхозный» блок питания.
Я дам прямую ссылку на тему, желающие повторить данный блок питания могут выбрать кучу вариантов под любые свои нужды, там же есть архивы с печатными платами разных авторов (и моя в том числе), потому выбор есть… Вот ссылка на тему: forum.cxem.net/index.php?/topic/123103-лабораторный-бп-на-tl431
Поскольку обзор про управляемый стабилитрон TL431 то дам популярное описание, что это такое. Желающие пополнить свой багаж знаний могут пройти по этой ссылке и прочитать про микросхему самостоятельно: vprl.ru/publ/tekhnologii/nachinajushhim/tl431_chto_ehto_za_quot_zver_quot_takoj/9-1-0-17
Мы же не будем отвлекаться и будем собирать Лабораторный блок питания.
Схема первой версии Лабораторного блока питания на TL431 была такая, там присутствует 2 варианта силовой платы на 1 (или 1.5) Ампера и на 10 Ампер. Я вообще не понимаю ЛабБП на 10-20А… Это уже что угодно, но не Лабораторный блок питания… Но по многочисленным просьбам трудящихся, пусть будет 2 варианта:

Я же решил собрать вариант 0-35В и возможность ограничения тока 0-1А. И пока еще не было ни одного случая, когда мне бы не хватило возможностей моего блока питания, именно как источника «чистого» питания без помех. Потому я буду рассказывать про свою версию.
Вот краткое описание схемы от автора Владимира65

под спойлером


Конструктивно источник питания состоит из 2-х плат, условно их назовем:
1. Плата управления

2. Силовая плата (на этой же плате расположен трансформатор для питания платы управления)

Увы, один силовой трансформатор нельзя использовать одновременно для силового напряжения и питания платы управления (если конечно не использовать отдельную, гальванически развязанную обмотку). У меня силовой трансформатор ТН-36, и я задействовал его все обмотки, потому пришлось купить небольшой трансформатор для питания платы управления.
Трансформатор ТН36 (Трансформатор Накальный) имеет мощность 30W и 4 независимые обмотки по 6.3В способные выдать ток 1.2А каждая. И это очень удобно, т. к позволяет ввести ручное (или автоматическое) переключение обмоток, что бы минимизировать тепловыделение на силовом транзисторе. Линейный блок питания, не смотря на замечательную чистоту выходного напряжения от помех, имеет такую особенность, что все «лишнее» напряжение падает на силовом транзисторе вызывая сильный нагрев… Рассмотрим на примере, скажем, вы на вход подали с трансформатора 30В, и выставили напряжение на выходе 5В. Грубо скажем, что 25В будут падать на силовом транзисторе и вызывать его сильный нагрев. Если же есть модуль переключения обмоток, то можно подать на выход не полное напряжение трансформатора, а скажем задействовать только одну обмотку с которой снимется 6В (а не 30), соотвественно на силовом транзисторе в тепло перейдет только 1В (а не 25В как выше было описано)…
Переключение обмоток было сделано на галетном переключателе. Схема ниже…

На рынке купил металлическую коробку от ЗУ «Ромашка», на его основе будет корпус моего ЛабБП На фото видно трансформатор и радиатор силового транзистора.

Пытаемся все собрать в кучу… Слабонервным не смотреть…))))

Колхозинг



Изготовил переднюю стенку из белого пластика… Получился вот такой симпатичный прибор…

Прибор имеет 3 ручки: 1. Регулировка ограничения тока; 2. Регулировка напряжения грубо; 3. Регулировка напряжения точно. Два светодиода, красный горит, когда блок находится в режиме ограничения тока, зеленый, когда блок находится в режиме стабилизации напряжения. Кроме того имеется ручка переключения обмоток, выключатель сетевого напряжения и 2 измерительных прибора: амперметр и Вольтметр.
В дальнейшем аналоговый прибор измерения напряжения был заменен электронным вольтметром с Али, т.к на шкале 0-30В точно выставить напряжение весьма проблематично.
Лицевая панель стала выглядеть так:

Колхозинг внутри под спойлером

колхозинг


Как можно заметить добавился еще один маленький трансформатор, для питания вольтметра, там же навесом распаян диодный мост и конденсатор. Вольтметр не прихотлив к питанию, потому подойдет любой трансформатор на 5-20В…
Вольтметр достаточно точный, и имеет небольшую погрешность…

Уже значительно позже, я купил осциллограф и замерил помехи на выходе при нагрузке 1А и напряжении 15В

Я до сих пор не очень умею читать осциллограммы, потому не буду комментировать результат, но мне кажется, что помех нет…
В общем в итоге у меня вышел отличный Лабораторный линейный блок питания, напряжение регулируется от 200мВ

и до 39В (без нагрузки или с слабой нагрузкой), при нагрузке 1А напряжение просаживается до 35В.

Мое животное прочитало обзор, судя по фото ему было ОЧЕНЬ интересно… Надеюсь Вам тоже…

Животное

Блоки питания с автоматической регулировкой диапазона FuG NCA/MCA

Особенности:

  • Блок питания с автоматической установкой диапазона с постоянным ограничением по мощности
  • 5 классов мощности: от 750 Вт до 9 кВт
  • 6 уровней напряжения: от 55 В до 3000 В
  • До 1500 В с «плавающим» выходом
  • Компактный (19-дюймовый (48,2 см) корпус)
  • Легкий
  • Высокий коэффициент полезного действия
  • Защита от короткого замыкания
  • Неограниченный срок работы при номинальной мощности (даже в условиях возможного короткого замыкания)
  • Регулирование напряжения и тока посредством автоматического короткого сопряжения и дополнительным ограничением по мощности
  • Светодиодные индикаторы
  • Установка напряжения и тока с помощью десятиоборотного потенциометра с точной шкалой; возможно блокирование ручки настройки
  • Цифровой вольтметр на 4½ цифры для напряжения и тока
  • Также подходит для емкостной нагрузки
  • Считывающие соединения, компенсирующие падение напряжения на нагрузочных линиях для NCA
  • Регулятор с активным понижением параметра для NCA

Функции:

В принципе, выпрямленное линейное напряжение приводит в действие генератор прямоугольных импульсов переменной частоты, переменное напряжение, которого подвергается выпрямлению и фильтрации, превращаясь в выходное напряжение. Для регулирования прямоугольного напряжения применяется широтно-импульсная модуляция.

Конструкция:

  • Корпус 19 дюйма настольного типа (Переходники для установки в 19-дюймовую стойку доступны в качестве дополнительного оборудования)

Выход:

  • Выходная развязка:
    При номинальном напряжении до 1500 В может использоваться «плавающий» выход. К земле может быть подсоединен положительный или отрицательный полюс.
  • Максимальное напряжение развязки:
номинальное напряжение до 400 В
номинальное напряжение до 750 В
номинальное напряжение до 1500 В
номинальное напряжение до 3000 В
±500 В.
±1000 В
±2000 В
один из полюсов заземлен, при оформлении заказа необходимо указать полярность.
  • Выходные зажимы:
    Устройства с номинальным напряжением до 750 В оснащены безопасными разъемами (4 мм). Устройства с номинальным напряжением, начиная с 1500 В, оснащены безопасными разъемами SHV. Также доступны высоковольтные разъемы HV. На устройствах с номинальным током от 24 A имеются клеммы.

Дополнительные возможности:

  • Аналоговое программирование
  • Аналоговое программирование, «плавающее»
  • Цифровой вольтметр с более высоким разрешением
  • Компьютерный интерфейс — IEEE 488, RS 232, RS 422, USB, LAN (Ethernet), Profibus DP (другое доступно на заказ)

Другие дополнительные возможности и специальные решения доступны на заказ. Использование некоторых дополнительных возможностей может повлечь за собой изменения в описании устройства, особенно, его конструкции.

Лабораторный Блок Питания от0…30в 3а с регулировкой тока ограничения — Блоки питания (лабораторные) — Источники питания


Для настройки или ремонта радиотехнических устройств необходимо иметь несколько источников питания. У многих дома уже есть такие устройства, но, как правило, они имеют ограниченные эксплуатационные возможности (допустимый ток нагрузки до 1 А, а если и предусмотрена токовая защита, то она инерционна или без возможности регулировать — триггерная). В общем такие источники по своим техническим характеристикам не могут конкурировать с промышленными блоками питания. Приобретать же универсальный лабораторный промышленный источник довольно дорого.

Использование современной схемотехники и элементной базы позволяют сделать в домашних условиях источник питания, по основным техническим характеристикам не уступающий лучшим промышленным образцам. При этом он может быть простым в изготовлении и настройке.

Основные требования, которым должен удовлетворять такой источник питания: регулировка напряжения в диапазоне 0…30 В; способность обеспечить ток в нагрузке до 3 А при минимальных пульсациях; регулировка срабатывания токовой защиты. Кроме того, срабатывание защиты по току должно быть достаточно быстрым, чтобы исключить повреждение самого источника в случае короткого замыкания на выходе.

Возможность плавно регулировать в источнике питания ограничения тока позволяет при настройке внешних устройств исключить их повреждение.

Всем этим требованиям удовлетворяет предлагаемая ниже схема универсального источника питания. Кроме того, данный блок питания позволяет использовать его в качестве источника стабильного тока (до 3 А).

Основные технические характеристики источника питания:

плавная регулировка напряжения в диапазоне от 0 до 30 В;

напряжение пульсации при токе 3 А не более 1 мВ;

плавная регулировка тока ограничения (защиты) от 0 до 3 А;

коэффициент нестабильности по напряжению не хуже 0,001%/В;

коэффициент нестабильности по току не хуже 0,01%/В;

КПД источника не хуже 0,6.

Электрическая схема источника питания, рис. 4.10, состоит из схемы управления (узел А1), трансформатора (Т1), выпрямителя (VD5…VD8), силового регулирующего транзистора VT3 и блока коммутации обмоток трансформатора (А2).

Схема управления (А1) собрана на двух универсальных операционных усилителях (ОУ), расположенных в одном корпусе, и питается от отдельной обмотки трансформатора. Это обеспечивает регулировку выходного напряжения от нуля, а также более стабильную работу всего устройства. А для облегчения теплового режима работы силового регулирующего транзистора применен трансформатор с секционированной вторичной обмоткой. Отводы автоматически переключаются в

зависимости от уровня выходного напряжения при помощи реле К1, К2. Что позволяет, несмотря на большой ток в нагрузке, применить теплоотвод для VT3 небольших размеров, а также повысить КПД стабилизатора.

Блок коммутации (А2), чтобы при помощи всего двух реле обеспечить переключение четырех отводов трансформатора, выполняет их включение в следующей последовательности: при превышении выходного напряжения уровня 7,5 В — включается К1; при превышения уровня 15 В включается К2; при превышении 22 В—отключается К1 (в этом случае с обмоток трансформатора поступает максимальное напряжение). Указанные пороги задаются используемыми стабилитронами (VD11…VD13). Отключение реле при снижении напряжения выполняется в обратной последовательности, но с гистерезисом примерно 0,3 В, т.е. когда напряжение снизится на это значение ниже чем при включении, что исключает дребезг при переключении обмоток.

Схема управления (А1) состоит из стабилизатора напряжения и стабилизатора тока. При необходимости устройство может работать в любом из этих режимов. Режим зависит от положения регулятора «I» (R18).

Стабилизатор напряжения собран на элементах DA1.1-VT2-VT3. Работает схема стабилизатора следующим образом. Нужное выходное напряжение устанавливается резисторами «грубо» (R16) и «точно» (R17). В режиме стабилизации напряжения сигнал обратной связи по напряжению (-Uoc) с выхода (Х2) через делитель из резисторов R16-R17-R7 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя DA1/2. На этот же вход через резисторы R3-R5-R7 подается опорное напряжение +9 В. В момент включения схемы на выходе DA1/12 будет увеличиваться положительное напряжение (оно через транзистор VT2 приходит на управление VT3) до тех пор, пока напряжение на выходных клеммах Х1-Х2 не достигнет установленного резисторами R16-R17 уровня. За счет отрицательной обратной связи по напряжению, поступающей с выхода Х2 на вход усилителя DA1/2, выполняется стабилизация выходного напряжения источника питания.

При этом выходное напряжение будет определяться соотношением:

 

где Uon=9 В

Соответственно изменяя сопротивление резисторов R16 («грубо») и R17 («точно»), можно менять выходное напряжение (Uвых) от 0 до 30 В.

Когда к выходу источника питания подключена нагрузка, в его выходной цепи начинает протекать ток, создающий положительное падение напряжения на резисторе R19 (относительно общего провода схемы). Это напряжение поступает через резистор R18 в точку соединения R6-R8. Со стабилитрона VD2 через R4-R6 подается опорное отрицательное напряжение (-9 В). Операционный усилитель DA1.2 усиливает разность между ними. Пока разность отрицательная (т.е. выходной ток меньше установленной резистором R18 величины), на выходе DA1/10 действует+15 В. Транзистор VT1 будет закрыт и эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения.

При увеличении тока нагрузки до величины, при которой на входе DA1/7 появится положительное напряжение, на выходе DA1/10 будет отрицательное напряжение и транзистор VT1 приоткроется. В цепи R13-R12-HL1 протекает ток, который уменьшит открывающее напряжение на базе регулирующего силового транзистора VT3.

Свечение красного светодиода (HL1) сигнализирует о переходе схемы в режим ограничения тока. В этом случае выходное напряжение источника питания снизится до такой величины, при которой выходной ток будет иметь значение, достаточное для того, чтобы напряжение обратной связи по току (Uoc), снимаемое с резистора R16, и опорное в точке соединения R6-R8-R18 взаимно компенсировались, т.е. появился нулевой потенциал. В результате выходной ток источника окажется ограниченным на уровне, задаваемым положением движка резистора R18. При этом ток в выходной цепи будет определяться соотношением:

 

где Uon=-9 В

Диоды (VD3) на входах операционных усилителей обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения ее без обратной связи или при повреждении силового транзистора. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю и диоды не оказывают влияния на работу устройства.

Конденсатор СЗ ограничивает полосу усиливаемых частот ОУ, что предотвращает самовозбуждение и повышает устойчивость работы схемы.

Особенности конструкции

Части схемы, выделенные пунктиром (узлы А1 и А2), располагаются на двух печатных платах размером 80х65 мм из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1…3 мм.

Для узла А1 топология и расположение элементов показаны на рис. 4.11.

Узел А2 может быть выполнен объемным монтажом и его размеры зависят от типа применяемых репе.

При сборке использованы детали: подстроенные резисторы R5 и R6 типа СПЗ-19а; переменные резисторы R16…R18 типа СПЗ-4а или ППБ-1А; постоянные резисторы R19 типа С5-16МВ на 5 Вт, остальные из серии МЛТ и С2-23 соответствующей мощности.

Конденсаторы С1, С2, СЗ, С10 типа К10-17, электролитические С4…С9 типа К50-35 (К50-32).

Микросхема DA1 может быть заменена импортным аналогом А747; DA2 на 78L15; DA3 на 79L15.

Светодиоды HL1, HL2 подойдут любые с разным цветом свечения. Транзисторы VT1, VT2 могут быть заменены на КТ3107А (Б). Сиговой транзистор VT3 устанавливается на радиатор площадью около 1000 см кв. Разъем ХЗ на плате А1 типа РШ2Н-2-15.

Репе К1, К2 применены польского производства типоразмера R-15 с обмоткой на рабочее напряжение 24 В (сопротивление обмотки 430 Ом) — они за счет бескорпусного исполнения имеют малые габариты и достаточно мощные переключающие контакты.

Микроамперметр РА1 малогабаритный типа М42303 или аналогичный с внутренним шунтом на ток до 3 или 5 А. Для удобства эксплуатации источника питания схему можно дополнить вольтметром, показывающим выходное напряжение.

Сетевой трансформатор Т1 изготавливается самостоятельно на основе броневого унифицированного промышленного трансформатора мощностью 160 Вт (например, из серии ОСМ1 ТУ16-717.137-83). Железо в месте расположения каркаса катушки имеет сечение 40х32 мм. Потребуется удалить все вторичные обмотки, оставив только сетевую (если первичная обмотка рассчитана на 380 В, то с нее сматываем


300 витков).-5-4-3 содержит 16+15+15+15 витков проводом ПЭЛ диаметром 1,5 мм. Вторичные обмотки трансформатора должны обеспечивать на холостом ходу напряжения 18+18 В и 7,5+7,5+7,5+7,5 В соответственно.

При безошибочном монтаже в схеме узла А1 потребуется настроить только максимум диапазона регулировки выходного напряжения 0…30 В резистором R5 и максимальный ток защиты ЗА — резистором R6.

Блок коммутации (А2) в настройке не нуждается. Необходимо только проверить пороги переключения реле К1, К2 и соответствующее увеличение напряжения на конденсаторе С8.

При работе схемы в режиме стабилизации напряжения светится зеленый светодиод (HL2), а при переходе в режим стабилизации тока — красный (HL1).

Для увеличения максимально допустимого тока в нагрузке до 5 А в схему потребуется внести изменения, показанные на рис. 4.12 (устанавливается параллельно два силовых транзистора). Это вызвано необходимостью обеспечить надежную работу устройства в случае короткого замыкания на выходных клеммах.

В наихудшем случае силовые транзисторы кратковременно должны выдерживать перегрузку по мощности Р=11вх1=35-5=175 Вт. А ‘ один транзистор КТ827А может рассеивать мощность не более 125 Вт.

 

Переключающие напряжение с трансформатора Т1 реле К1 и К2 инерционны и не обеспечивают мгновенное снижение напряжения, приходящего со вторичной обмотки Т1, но они уменьшат тепловую рассеиваемую мощность на силовых транзисторах при длительной работе источника.

В случае выполнения источника питания на ток 5 А необходимо также уменьшить номинал резистора R19 до 0,2 Ом и с учетом этого пересчитать значения резистора R18 по формуле:

Регуляторы и источники питания

Регуляторы и источники питания

Существует несколько способов получить низкое напряжение, необходимое для запуска небольших проектов. от сетевой розетки. Самый простой способ – купить готовый литой комплект, который предназначен для подключения непосредственно к настенной розетке. Некоторые такие расходные материалы имеют внутреннюю регулятор напряжения и не требует дополнительных деталей, другие обеспечивают нерегулируемое напряжение постоянного тока и многие из них представляют собой просто трансформаторы переменного тока в коробке.Регулируемые типы предлагают меньшую выходную мощность для данного размера с токами, ограниченными парой сотен миллиампер, но переменный ток трансформаторные типы могут обеспечить несколько ампер. Несомненным преимуществом формованной подачи является что не требуется проводка сетевого напряжения, и их легко найти в местных магазинах. Немного модели Deluxe имеют клемму для заземления, которую можно использовать для заземления шасси. вашего проекта. Такие припасы следует быстро схватить, если их заметят у блох. рынке или в каталоге излишков! Недорогие компьютерные блоки предлагают высокие токи с использованием технологии импульсного регулятора, но эти источники питания часто требуют довольно высокого минимальный ток нагрузки (обычно на выходе 5 вольт), поэтому используйте этот тип питания с осторожностью.

Трехполюсные регулируемые регуляторы

Нерегулируемый источник постоянного тока является очень распространенным типом, и простой регулятор, показанный на рис. 1 может быть добавлен для проектов, требующих стабильного напряжения.

 

Выберите литой источник питания с выходным напряжением на несколько вольт выше требуемого регулируемого напряжения, но помните, что чем больше напряжение падает на регуляторе, тем горячее он будет. получать.Радиатор может быть добавлен к регулятору, но металлический язычок регулятора подсоединен. к выходному напряжению, поэтому может потребоваться изоляция. Резистор, задающий напряжение, выбирается из следующего графика.

Напряжение 1,25 1,5 3 5 10 12 15 24
Сопротивление 0 47 300 680 1.5к 2,5к

 

Потенциометр на 5 кОм можно использовать для установки напряжения или просто для определения оптимального значения постоянный резистор. Два наиболее распространенных пакета для LM317 называются TO-220 и TO-202. которые имеют черный пластиковый корпус с металлическими радиаторами. В металле предусмотрено отверстие выступ для монтажа, но этот выступ электрически соединен с центральным штифтом, который является выходной пин.Входной штифт находится справа, а регулировочный штифт слева, когда устройство держится так, чтобы можно было прочитать маркировку (проводами вниз, металлическим язычком сзади):

 

Стационарные стабилизаторы, такие как LM7812 (12 В), не требуют резисторов и могут механически заземлены без изоляции, так как язычок внутренне соединен с землей. В любом случае, эти трехвыводные регуляторы работают хорошо и предлагают встроенное ограничение тока. и схема защиты от тепловой перегрузки.Не забудьте включить входные и выходные конденсаторы, как показано, и установите их достаточно близко к регулятору IC.

Чтобы преобразовать литой трансформатор переменного тока в нерегулируемый источник постоянного тока, просто добавьте двухполупериодный мост и большой электролитический конденсатор, как показано на рис. 1. Размер конденсатор будет зависеть от тока нагрузки и количества допустимых пульсаций напряжения, но стандартный конденсатор 1000 мкФ с номинальным напряжением значительно выше выходного напряжения является хорошим отправная точка.Измерьте напряжение на конденсаторе без нагрузки, чтобы убедиться, что его номинальное напряжение достаточно высокое. Вот несколько уравнений для выбора трансформатора вторичное напряжение и конденсатор фильтра:

VRMS = 0,815 (В постоянного тока + 1,4) (предполагается двухполупериодный мост)

C = (макс. постоянный ток) /(60 x 2 x Vp-p ), где Vp-p — пульсации напряжения при полной нагрузке.

Это уравнение относится к 60 Гц, другие частоты могут быть согласованы с помощью меняем 60 в знаменателе.

Трехполюсные регуляторы также могут использоваться для сброса и регулирования напряжения аккумуляторной батареи. но помните, что регуляторам обычно требуется падение не менее 2 вольт для правильной регулировки. (Доступны версии с малым падением напряжения, требующие падения менее 1 В.)

LM317 также можно использовать в качестве ограничителя тока, что удобно при экспериментах с новая схема, поскольку простая ошибка может привести к катастрофе, если доступна неограниченная мощность от источника питания.На рис. 2 показан простой ограничитель тока для испытательного стенда, который просто подключается последовательно к настольному источнику питания или аккумулятору.

 

Установите ограничитель тока перед регулятор напряжения, чтобы ограничитель не сбрасывал регулируемое напряжение, подаваемое на нагрузка. Потенциометр на 100 Ом можно заменить на фиксированное значение, если регулировка не требуется. Значение выбирается по:

Р = 1.2 / Я

При показанном потенциометре на 100 Ом минимальное значение тока будет около 12 мА. Ниже токи потребуют дополнительных схем, так как LM317 должен обеспечить минимальное количество ток нагрузки для правильной работы. Регулятор напряжения может быть добавлен после этого тока ограничитель, чтобы сделать ограничитель тока, настольный источник переменного напряжения.

Этот ограничитель тока может быть изготовлен без радиатора для добавления функции медленного возврата. Когда ток ограничивается, LM317 становится горячим, и его внутренний тепловой предел схема уменьшит ток ниже заданного значения.Устройство должно остыть перед полный ток снова будет доступен.

Получите максимальную отдачу от своих выходных трансформаторов постоянного тока типа 2

Большинство любителей накопили приличную мощность. адаптеры (Wall Warts), в том числе простые типы, состоящие из плавленого трансформатор, мостовой выпрямитель и большой конденсатор выходного фильтра. Такой к расходным материалам следует относиться с уважением, несмотря на их размер, вес и ограниченное выходной ток.Основное преимущество использования такого старомодного питания заключается в том, что они не производят значительных радиопомех из-за внутреннего высокочастотного переключения регулятор. Добавьте малошумный, стабильный регулятор напряжения, и ваш проект будет выгода от бесшумной подачи. Ниже приведена простая схема такого трансформаторы. Синусоидальный генератор представляет собой вторичную часть мощности трансформатора, внутреннее сопротивление представляет собой комбинацию элементов и представляет собой «поведенческая» модель. Внутренний конденсатор большой электролитический, обычно тысячи микрофарад.Просто используйте 1N4002 для выпрямителей. LTSpice файл для регулятора ниже также включает в себя эту схему.

Для более простой модели, состоящей из источника постоянного тока последовательно с резистор, выполните следующие действия: 

1) Нагрузить выход резистором высокого номинала, скажем, 4,7 кОм и измерить выходное постоянное напряжение; назовите это Vunloaded.

2) Рассчитайте эквивалентное последовательное сопротивление из: (Vunloaded — Vrated)/Irated, где Vrated и Irated — номинальные характеристики, указанные на этикетке источника питания.Например, у меня есть куча трансформаторов, которые выдают 17 вольт без нагрузки и рассчитаны на 12 вольт при 800 мА. Я бы вычислил R = (17-12)/0,8 = 6,25 Ом. Модель представляет собой источник постоянного тока 17 В с последовательно включенным резистором 6,25 Ом.

Полная модель для Spice легко создается следующим образом: эти разные шаги после шага 1:

2) Уменьшите сопротивление нагрузки (обычно с реостат) до тех пор, пока не будет достигнут номинальный ток (должен быть достаточно близок к номинальному току). Напряжение).Или нагрузите источник питания подходящим номиналом мощного резистора. рассчитывается путем деления номинального выходного напряжения на номинальный выходной ток. Выберите резистор, который может справиться с мощностью, производимой произведением этих рейтинговые значения. Для моих источников питания 12 В, 0,8 А я бы использовал резистор на 10 Вт, 15 Ом.

3) Измерьте пульсации напряжения размаха при полной нагрузке. Мне нравится прицел для работы, но мультиметр поможет вам достаточно близко; только что умножьте среднеквадратичное значение на 2.8.

Теперь можно установить значения на схеме. Генератор пиковое напряжение установлено на 1,5 вольта плюс выходное напряжение при легкой нагрузке. шаг 1. Например, если ваш трансформатор выдает 17,2 вольт на первом шаге, Генератор будет настроен на пиковое значение 18,7 вольт (и установите частоту в соответствии с вашей линией). частота).

В спайсе подключите нагрузочный резистор, рассчитанный по Номинальному V/Rated I или используйте значение реостата из шага 2. Отрегулируйте внутреннюю значение сопротивления, чтобы получить номинальное напряжение и ток и отрегулировать емкость чтобы получить наблюдаемую пульсацию.Чтобы приблизиться, на частоте 60 Гц внутренний C близок. до (0,0125 x постоянный ток) / Vp-p. Если ваше внутреннее сопротивление выше примерно 1 Ом, вы можете немного увеличить напряжение, чтобы оно лучше соответствовало измерениям. Это ваша модель.

Мои пульсации составляют 1,5 Впик-пик при 0,8 А, поэтому внутренняя емкость составляет (0,0125 x 0,8 / 1,5 = 6600 мкФ (вероятно, 6800 мкФ).  

При чтении значений DC в LTSpice выберите середину осциллограммы (или щелкните левой кнопкой мыши, удерживая клавишу Control, на имени тока или напряжения в верхней части окна). график, чтобы увидеть среднее значение).Как только вы узнаете эту емкость, вы можете рассмотреть добавление другого аналогичного значения параллельно, так что, когда внутренний высыхает, вашему проекту все равно. Вы можете следовать этой технике с AC трансформатор, добавив собственный мостовой выпрямитель и большой конденсатор.

Наиболее частая неисправность таких источников постоянного тока конденсатор теряет свою емкость. Простое решение состоит в том, чтобы добавить дополнительный внешний конденсатор, рассчитанный, как указано выше. Эта дополнительная емкость не маленькая, но она сохраняет проект, работающий после этого недосягаемого внутреннего конденсатора, высыхает.Большинство проекты не облагают налогом поставку на полную текущую мощность, поэтому вы можете рассчитать меньший конденсатор для более легкой нагрузки, около 1000 мкФ на 100 мА ток.

Добавление стабилизатора с малым падением напряжения и рекомендуемых конденсаторов подайте чистое выходное напряжение, близкое к номинальному напряжению, для тока немного ниже номинал трансформатора. Трансформатора на 12 вольт будет достаточно. напряжение для работы 12-вольтового стабилизатора с малым падением напряжения примерно на 80–90% от номинального ток.

Высокопроизводительный регулятор для линейных настенных бородавок 12 В

Вот многофункциональный регулятор на 12 вольт нерегулируемый линейные адаптеры питания. Одна особенность, которая мне очень нравится, это то, что текущий предел автоматически устанавливается самим адаптером питания. Когда напряжение падает близко к 12 вольт источник питания достигает точки, где должно произойти ограничение тока и 11-вольтовый стабилитрон (D3) перестает проводить ток, вызывая обратный ход. ограничение тока для срабатывания.Будь то адаптер на 200 мА или 1 ампер, ток ограничение срабатывает при 12 вольтах; возможно, его следует назвать ограничителем падения напряжения. (D3 включен последовательно с диодом база-эмиттер, поэтому напряжение, при котором он начинает выключение составляет около 12 вольт.) Foldback предотвращает перегрев силового транзистора если выход постоянно закорочен; с моими мясистыми запасами, которые могут быть как целых 10 ватт. (Кажется позорным иметь огромный радиатор, который обслуживает только когда выход регулятора закорочен на продолжительное время.) точку возврата можно несколько изменить, заменив резистор 82 Ом (R15). Чем выше значение, тем выше текущий уровень возврата; попробуйте значения примерно до 100 Ом. Слишком высокий, и ваш силовой транзистор может перегреться во время длительного использования. шорты на выходе. Если он слишком низкий, цепь может не запуститься, где-то около 47 Ом. Если не хочешь текущий фолдбэк вообще не включать R15 и при желании подключить 470 Ом последовательно со светодиодом от коллектора крайнего левого транзистора к плюсу для свет ограничения тока (это был мой оригинальный дизайн).Примечание: текущий лимит Функция работает от тока, подаваемого D2, пусковым стабилитроном. Если стабилитрон напряжение находится в пределах одного или двух вольт от выходного напряжения предел тока схема может не работать. Выберите стабилитрон для D2, который на несколько вольт ниже номинального. напряжение сетевого питания, но на несколько вольт выше напряжения ненагруженного адаптера. напряжение минус выходное напряжение. В моем случае это будет 17 — 12 = 5, поэтому я выбрал стабилитрон на 9 вольт, значительно выше 5 вольт и значительно ниже 12 вольт.(Для лучшего шум, который вы хотите, чтобы D2 перестал проводить, как только напряжение повысится, так что схема регулятора работает от собственного чистого выходного напряжения через R7.)

Схема малошумящего регулятора напряжения 12 В постоянного тока LTSpice 

Еще одной приятной особенностью является довольно низкий уровень шума по сравнению с к трехвыводным регуляторам, возможно, в 10 раз ниже с более быстрым откликом значения в скобках и примерно в 100 раз ниже значений по умолчанию.

Увеличение С2 с быстродействующего конденсатора 0,01 мкФ до 10 мкФ (электролитический с плюсом на коллектор) и изменение более быстрой сети стабилизации от 68 Ом (R10) и 4700 пФ (C2) до более медленных 150 Ом и 0,01 мкФ улучшают шум примерно на 20 дБ. Но выходная переходная характеристика немного ухудшается из-за 0,1 Ом. (R8) выходное сопротивление, которое теперь видно на низкой частоте. Но даже с внезапное изменение нагрузки на 100 мА, напряжение изменится только на 10 мВ, а затем вернется обратно к первоначальному значению.Импеданс регулятора будет выглядеть как 0,1 Ом для частоты выше нескольких Гц, поэтому обратная связь вдоль рельса может возникнуть, если присутствует сильноточная нагрузка переменного тока (выходной каскад аудиоусилителя, для пример). С другой стороны, шумовое напряжение на частоте 10 кГц упадет примерно с 50 нВ/корн-Гц до 5 нВ/корн-Гц. Это довольно тихо! Но даже при 50 нВ/корн. Гц это схема в десять раз лучше, чем многие 3-полюсные регуляторы. Так что не стесняйтесь используйте более быстрые значения, но для большинства приложений я бы использовал вариант с более низким уровнем шума и, возможно, увеличить емкость непосредственно на нагрузке, если есть сильноточная ступень переменного тока.

Еще одной особенностью является то, что 6,8-вольтовый стабилитрон (D1) температурная компенсация диодом база-эмиттер крайнего правого транзистора. То Резистор temp-co можно настроить, чтобы уменьшить дрейф напряжения до нескольких милливольт. в широком диапазоне температур. Если у вас есть терпение, вы можете превратить стабилизатор в высокоэффективный источник опорного напряжения. Или просто используйте значения показано для превосходной стабильности напряжения при изменении температуры и настройки верхнего резистора для установки напряжения.Spice показывает изменение температуры на 3 мВ по сравнению с коммерческой температурой диапазон, используя эти стандартные значения 1%, но ваши результаты будут немного отличаться, может 10 мВ. Просто подкрутите резисторы, если вам нужно лучше.

Еще одна «фича» в том, что в схеме используются четыре NPN малосигнальные транзисторы (подойдет практически любой тип). Поэтому я решил, что это возможность использовать старый MPQ3904, который представляет собой четыре независимых транзистора в Пакет DIP (Примечание: они не совпадают на одной подложке, но на самом деле четыре независимых транзистора, не то, чтобы это имело значение в этом приложении.) в результате получается интересная плата:

 

В такой же компоновке можно разместить четыре отдельных ТО92. транзисторы (коллекторы на концах, эмиттеры к центру и отверстия для контакты 4 и 11 не используются).

Примечание. Резистор (R15), расположенный в нижней части микросхемы, был модификация для добавления ограничения тока фолда. Эта функция и небольшой теплоотвод сохраняет транзистор достаточно холодным, даже когда выход закорочен длительное время.Изменение было внесено в схему LTSpice, указанную выше. Файл макета ExpressPCB включен в заархивированная папка. Я уменьшил клеммные отверстия, так как мои клеммы не так распространены. Напрямую припаять провода к плате нормально.

Разное Цепи регулятора

Этот простой стабилизатор обеспечивает превосходную работу при входном напряжении в несколько вольт выше выходного напряжения.Простая схема обеспечивает превосходный уровень шума по сравнению с трехполюсный регулятор; при 100 Гц 78L05A измерил 300 нВ/корень-Гц, тогда как эта схема измерила только 30 нВ/корень-Гц (на 20 дБ лучше). Шум на 10кГц падает до 15 нВ и до 8 нВ с добавлением 47 мкФ на стабилитрон (1N750A с R2=330 Ом). Низковольтные стабилитроны довольно тихие без фильтрация.

Выходное напряжение задается стабилитроном и примерно на 0,6 вольт выше номинала стабилитрона.Выберите R2, чтобы установить ток стабилитрона от следующее уравнение:

 

R2 = 0,6/Из

Резистор на 600 Ом даст около 1 мА тока стабилитрона. Работа со стабилитроном ниже расчетного тока приведет к более низкому выходному напряжению. Использование 330 Ом резистор (около 2 мА) с 1N750 дает выходное напряжение около 5 вольт (вместо из предсказанных 5,3 вольта).

Выберите R1 для достаточного тока базы проходного транзистора.Хороший первый разрез найдено из:

 

R1 = (Vin — Vвых — 0,7)/(0,1 Iвых)

 

Регулятор на 15 вольт с питанием от 24 вольт и подачей 30 мА Максимум. следует использовать:

R1 = (24 — 15 — 0,7)/(0,1 x 0,03)

R1 = 2,8 кОм

Можно использовать более высокое значение, так как это уравнение предполагает проход с низким коэффициентом усиления. транзистор. Разработчик может умножить это значение на 3 для большинства транзисторов.

 

В этой версии используется N-канальный полевой транзистор JFET в качестве проходного элемента для добиться отличного подавления линейного шума и небольшой защиты от тока короткого замыкания, но он подходит только для легких нагрузок. Выберите JFET с достаточно высоким Idss для питания нагрузки и выберите R2, как и раньше. Выходное напряжение должно быть выше напряжения отсечки JFET, но большинство JFET будут работать, если регулируемое напряжение выше 5 вольт.

Простой импульсный регулятор

Когда батареи используются для питания цепей более низкого напряжения, импульсный регулятор желательно для экономии заряда батареи. Существуют отличные ИС, которые могут выполнять работу с большим эффективность и небольшой размер. Примером может служить Maxim (www.maximic.com) MAX639, который преобразует входы от 5,5 до 11,5 вольт до 5 вольт при токе до 225 мА. Единственные дополнительные части катушка индуктивности, выпрямитель Шоттки и пара конденсаторов.Следующая схема представляет собой дискретный коммутатор, аналогичный по мощности MAX639. Производительность несколько уступает переключателям на ИС, но подходящие компоненты можно найти в большинстве барахла. коробки.

Есть несколько соображений по выбору компонентов:

Входные и выходные конденсаторы должны иметь низкое ESR. Танталы или спец. рекомендуются электролиты, предназначенные для коммутации источников питания.(Экстралитик — это торговое название для алюминиевого электролита с низким ESR.)

Проходной транзистор должен иметь хороший коэффициент усиления при максимальном токе нагрузки. То MPS6726 хорошо работает при токе 200 мА, а 2N4403 — примерно до 150 мА. Первый симптом беда в том, что вершина меандра у коллектора начинает скатываться.

Дроссель 100 мкГн может быть обыкновенного литого типа с сопротивлением постоянному току не более чем пару ом.Схема работает с довольно широким диапазоном значений.

1N5818 может быть практически любым выпрямителем Шоттки, так как напряжение и ток низкий.

Эффективность составляет около 80 % при 200 мА и падает примерно до 75 % при 100 мА из-за ток покоя цепи. Влияние на срок службы батареи может быть значительным, поскольку батареи более эффективны при более низких скоростях разряда.

Примером применения является самодельный медицинский термометр, использующий 3 1/2 разряда. Счетчик светодиодной панели в качестве показания. Счетчик большую часть времени потребляет около 120 мА. Коммутатор снижает потребление тока примерно до 80 мА от 9-вольтовой батареи. Потребление тока будет меньше для более высоковольтной батареи. Схема была построена на небольшом кусочке перфорации. плата со множеством стоящих деталей для максимальной плотности:

Верхняя часть литого дросселя видна между большим желтым конденсатором и черный транзистор.

Плавающий источник питания для ЖК-панели Метр

Вы когда-нибудь устанавливали один из этих недорогих ЖК-индикаторов в проект только для того, чтобы обнаружить, что он требует плавающего источника питания? Я только что сделал! Измеритель не может совместно использовать заземление постоянного тока с измеряемым напряжением. Вышесказанное схема пришла на помощь. Он потребляет около 4 или 5 мА от источника питания 9 В и может подавать до 2 мА при напряжении 9 вольт на ЖК-индикатор или другую нагрузку, но два конденсаторы изолируют землю.Работает как чемпион! Также см Крейга регулируемая версия.

Как выбрать регулировку нагрузки для источников питания

Самое важное, что делает источник питания, это поддержание постоянного выходного напряжения или постоянного выходного тока. Это верно независимо от того, встроен ли источник питания в продукт и обеспечивает фиксированное выходное напряжение, например, источник питания настольного компьютера, или источник питания, который находится на испытательном стенде или является частью автоматизированной испытательной системы, которая должна обеспечивать переменные выходные значения.Мы называем эту способность поддерживать постоянное выходное напряжение или регулировку тока.

Серия Sorensen XG 1500 — это ведущий в отрасли программируемый источник питания постоянного тока, предназначенный для испытаний, производства, лабораторий, OEM и приложений по обеспечению качества. XG 1500 — это программируемый блок питания мощностью 1500 Вт высотой 1U с режимами постоянного напряжения и постоянного тока, автоматическим кроссовером и многочисленными функциями, обеспечивающими экономичную и простую интеграцию.

Регулировка нагрузки

На самом деле существует два типа регулирования, о которых необходимо знать при выборе источника питания: регулирование нагрузки и регулирование сети.Регулирование нагрузки — это способность источника питания поддерживать постоянное выходное напряжение (или ток) при очень малых нагрузках и при нагрузках, близких к максимальному току. То есть, если вы установите выходное напряжение источника, скажем, 10 В постоянного тока, источник должен иметь возможность поддерживать свое выходное напряжение на уровне 10 В постоянного тока, когда ток не потребляется от источника и когда максимальный ток потребляется от источника. поставка.

Чтобы увидеть, как это может работать на практике, давайте взглянем на Sorensen XG 12.5-120, один из расходных материалов серии XG 1500. Он может подавать до 12,5 В постоянного тока при токах до 120 А. Регулировка нагрузки для серии XG 1500 указана как 0,005 % от номинального выходного напряжения + 2 мВ. Для выхода 10 В это составляет 2,5 мВ от холостого хода до 120 А.

Линейное регулирование

Расчеты для регулирования нагрузки предполагают, что входное напряжение переменного тока останется постоянным. Конечно, это не всегда так. Напряжение сети переменного тока может измениться, и это также может повлиять на выходную мощность источника питания.Способность источника питания поддерживать постоянное выходное напряжение при изменении входного напряжения называется линейным регулированием.

Линейное регулирование для серии XG 1500 также составляет 0,005 % от номинального выходного напряжения + 2 мВ при постоянной нагрузке. Для выхода 10 В это составляет 2,5 мВ при входном напряжении 85–132 В переменного тока для модели с номинальным напряжением 110 В переменного тока или входном напряжении 170–265 В переменного тока для модели с номинальным напряжением 220 В переменного тока.

Регулирование нагрузки и сети — не единственные характеристики, влияющие на выходную мощность источника питания.В некоторых приложениях, например, также важно переходное время отклика. Однако регулирование нагрузки и линии являются базовыми характеристиками. Без хорошего регулирования линии и нагрузки другие характеристики не имеют смысла.

Для получения дополнительной информации об источниках питания постоянного тока и о том, как их использовать в вашем приложении, свяжитесь с AMETEK Programmable Power. Вы можете отправить электронное письмо по адресу [email protected] или позвонить по телефону 800-733-5427.

Техническая информация о программируемом источнике питания постоянного тока

Программируемые источники питания постоянного тока
Источники питания постоянного тока

обеспечивают регулируемый выход постоянного тока для питания компонента, модуля или устройства.Хороший источник питания постоянного тока должен обеспечивать стабильное и точное напряжение и ток с минимальными шумами. к любому типу нагрузки: резистивная, индуктивная, низкоомная, высокоимпедансная, стационарное или переменное. Насколько хорошо блок питания выполняет эту миссию и где он достигает своих пределов, определены в его спецификациях.

Источники питания имеют два основных настройки, выходное напряжение и ограничение по току. Как они устанавливаются в сочетании с нагрузкой определяет, как будет работать блок питания.

Большинство блоков питания постоянного тока имеют два режимы работы. В режиме постоянного напряжения (CV) блок питания управляет выходное напряжение на основе пользовательских настроек. В режиме постоянного тока (CC), блок питания регулирует ток. Независимо от того, находится ли источник питания в CV или CC режим зависит как от пользовательских настроек, так и от сопротивления нагрузки.

• Режим CV является типичным рабочим состоянием источника питания. Это контролирует напряжение. Выходное напряжение постоянно и определяется пользовательская установка напряжения.Выходной ток определяется импедансом Загрузка.

• Режим CC обычно считается режимом безопасности, но может использоваться в другие способы. В режиме CC выходной ток постоянен и определяется текущая настройка лимита пользователя. Напряжение определяется импедансом нагрузка. Если источник питания находится в режиме CV и его ток превышает установка ограничения тока, затем источник питания автоматически переключится на CC режим. Источник питания также может вернуться в режим CV, если ток нагрузки падает ниже установленного ограничения тока.

Наиболее важными параметрами для любого приложения являются максимальное напряжение, максимальный ток и максимальная мощность, которую может обеспечить источник питания. генерировать. Важно убедиться, что источник питания может обеспечить мощность на требуемом уровне напряжения и силы тока. Эти три параметра являются первые характеристики, которые необходимо изучить.

Точность и разрешение

Исторически источник питания постоянного тока пользователь поворачивал потенциометры для установки выходного напряжения или тока.Сегодня микропроцессоры получать входные данные от пользовательского интерфейса или от удаленного интерфейса. А цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) принимает цифровую настройку и преобразует ее в в аналоговое значение, которое используется в качестве опорного для аналогового регулятора. Значения разрешающей способности и точности настройки определяются качеством изображения. этот процесс преобразования и регулирования.

Настройки напряжения и тока (иногда называемые пределами или запрограммированными значениями), каждая из которых имеет разрешение и характеристики точности, связанные с ними.Разрешение этих настроек определяет минимальное приращение, с которым можно регулировать выходной сигнал, а точность описывает степень соответствия выходного значения международные стандарты. Помимо настроек вывода, есть измерения или спецификации считывания, которые не зависят от выходных спецификаций.

Большинство блоков питания постоянного тока обеспечивают встроенные измерительные схемы для измерения как напряжения, так и тока. Эти схемы измеряют напряжение и ток, подаваемые источником питания выход.Поскольку схемы считывают напряжение и ток, которые подаются обратно в источника питания, измерения, производимые цепями, часто называют считываемые значения. Большинство профессиональных источников питания содержат схемы, использующие аналого-цифровые преобразователи, а для этих внутренних приборов Характеристики аналогичны характеристикам цифрового мультиметра. Источник питания отображает измеренные значения на передней панели, а также может передавать их по удаленный интерфейс, если он им оснащен.

Настройка Точность

Точность настройки определяет, как близкий регулируемый параметр к его теоретическому значению, определенному Международный стандарт.Выходная неопределенность в источнике питания в основном связана с условия ошибки в ЦАП, включая ошибку квантования. Точность настройки проверено путем измерения регулируемой переменной с прослеживаемой точностью система измерения подключена к выходу источника питания. Параметр точность определяется как: ±(% настройки + смещение)

Например, рассмотрим мощность источник питания с точностью настройки напряжения ±(0,03% + 3 мВ). Когда это настроен на подачу 5 В, погрешность выходного значения составляет (5 В) (0.0003 + 3 мВ) или 4,5 мВ. Точность установки тока задается и рассчитывается аналогично.

Настройка Разрешение и разрешение программирования

Настройка разрешения является наименьшим изменение настроек напряжения или тока, которые можно выбрать на источнике питания. Этот параметр иногда называют разрешением программирования, если он работает на интерфейсная шина, такая как GPIB.

Повторное чтение Точность и разрешение

Точность считывания иногда называется точностью метра.Он определяет, насколько близки внутренне измеренные значения соответствуют теоретическому значению выходного напряжения (после установки точность применяемый). Как и цифровой мультиметр, он тестируется с использованием прослеживаемого эталона. стандарт. Точность считывания выражается как:

±(% измеренного значения + смещение)

Разрешение считывания является наименьшим изменение внутренне измеренного выходного напряжения или тока, которое блок питания может различать.

Загрузка Регулирование (напряжение и ток)

Регулирование нагрузки является мерой способности выходного напряжения или выходного тока, чтобы они оставались постоянными при изменении Загрузка.Выражается как: ±(% настройки + смещение)

Линия Регулирование (напряжение и ток)

Линейное регулирование является мерой способности источник питания для поддержания его выходного напряжения или выходного тока, в то время как его линейный вход переменного тока напряжение и частота изменяются во всем допустимом диапазоне. Это выражается как: ±(% настройки + смещение)

Пульсация и шум

Паразитные составляющие переменного тока на выходе источника постоянного тока называются пульсациями и шум, или периодическое и случайное отклонение (PARD).Спецификации PARD должны быть указан с пропускной способностью и должен быть указан как для текущего, так и для Напряжение. Текущий ПАРД актуален при использовании блока питания в режиме СС, и его часто указывается как среднеквадратичное значение. Поскольку форма PARD не определена, напряжение PARD обычно выражается как среднеквадратичное напряжение, которое может дают представление о мощности шума, а также о размахе напряжения, которое может иметь значение при управлении нагрузками с высоким импедансом. Рис. 2.

Независимо от точности вашего источника питания, вы не можете гарантировать, что запрограммированное выходное напряжение совпадает с напряжением на нагрузка на ИУ.Это связано с тем, что источник питания с двумя выходными клеммами источника регулирует свой выход только на своих выходных клеммах. Однако напряжение, которое вы нужно регулировать на нагрузке тестируемого устройства, а не на выходе источника питания терминалы. Источник питания и нагрузка разделены подводящими проводами. сопротивление, R Вывод , которое определяется длиной провода, проводимость материала проводника и геометрия проводника. Напряжение на нагрузке равно:

Внагрузка = VProgrammed – 2*VLead = VProgrammed – 2*ILoad*RLead

Если для нагрузки требуется большой ток, то I Нагрузка высока, а V Lead может легко составлять несколько десятых вольта, особенно если провода питания длинные, как это может быть в случае автоматизированного теста стойка.Напряжение на нагрузке может быть на 80–160 мВ ниже требуемого. напряжение (от 2 до 4 А, протекающее по проводу 16-го калибра).

Метод дистанционного зондирования решает проблему падение напряжения в проводах испытательных выводов. Две смысловые линии соединяются между собой Нагрузка ИУ и высокоомная цепь измерения напряжения в силовой поставка. Поскольку это цепь с высоким входным сопротивлением, падение напряжения в чувствительные выводы пренебрежимо малы и становятся контуром управления с обратной связью для мощности поставка.

Источники питания с быстрым переходным процессом

Специальная мощность Keithley Series 2300 Блоки питания рассчитаны на поддержание стабильного выходного напряжения в самых сложные условия нагрузки, такие как большие мгновенные изменения нагрузки генерируются сотовыми телефонами, беспроводными телефонами, мобильными радиостанциями, беспроводными модемами, и другие портативные устройства беспроводной связи. Эти устройства обычно переход от дежурных уровней тока 100–200 мА к 800 мА–1,5 А, что представляет изменения нагрузки на 800% и выше.Обычный блок питания обычно указывает переходное восстановление до 50% изменения нагрузки. Кейтли Источники питания серии 2300 характеризуются переходной характеристикой при 1000-процентном изменении нагрузки.

Стабильный Во время быстрых изменений нагрузки

При отключении мобильной связи устройство переходит в состояние передачи с полной мощностью, выходное напряжение обычный источник питания существенно падает до тех пор, пока его схема управления не сможет реагировать на переход. Обычные блоки питания жертвуют стабильностью ради все виды нагрузок против переходных процессов.В результате большое напряжение падение и длительное время восстановления обычного источника питания могут привести к выходу напряжение, чтобы упасть ниже порога низкого напряжения батареи устройства под испытание (ДУТ). DUT может отключиться во время тестирования и зарегистрировать ложный отказ, влияет на урожайность и себестоимость продукции.

серия 2300 быстрая переходная характеристика источники питания имеют переходные падения напряжения менее 200 мВ при больших изменения нагрузки, даже с дополнительным сопротивлением длинных проводов между источник питания и ИУ.Таким образом, блоки питания Series 2300 сохранят ИУ получает питание во всех условиях испытаний и предотвращает ложные отказы. См. рисунок . 3 .

Точный Четырехпроводные измерения

Для поддержания точного напряжения на нагрузке ИУ серия Источники питания 2300 используют четырехпроводную схему источника, в которой два выхода обеспечивают питание, а две другие линии измеряют напряжение непосредственно на тестируемом устройстве. нагрузка. Измерение напряжения на нагрузке компенсирует любые падения напряжения в течение длительного времени. тестовый провод проходит между источником питания и нагрузкой.Кроме того,

Рисунок 3. Сравнение устройств общего назначения реакция блока питания с реакцией Keithley Series 2300 fast t импульсный источник питания.

Блоки питания используют широкий диапазон выходной каскад для получения низкого переходного спада напряжения и быстрого переходного процесса время восстановления. См. Рисунок 4 .

Эти типы блоков питания часто включать методы для определения того, открыт ли сенсорный провод или сломан. открытый сенсорный провод прерывает управление с обратной связью к источнику питания, и неуправляемый, нестабильный выходной сигнал может подавать неправильные напряжения на тестируемое устройство.Ряд Источники питания 2300 либо возвращаются к внутреннему локальному считыванию, либо указывают на ошибку состояние и выключите выход.

Аккумулятор Эмуляция с переменным выходным сопротивлением

Устройства мобильной связи питаются от батарей, поэтому блоки питания моделей 2302 и 2306 разработаны точно имитировать работу батареи. Эти поставки включают в себя функция переменного выходного сопротивления, которая позволяет инженеру-испытателю проверить его ИУ в реальных условиях эксплуатации.

Кроме того, эти источники питания могут потреблять ток до имитировать аккумулятор в разряженном состоянии. Таким образом, инженеры-испытатели могут использовать один прибор как в качестве источника ИУ, так и в качестве нагрузки для тестирования зарядного устройства. схемы управления ИУ и его зарядным устройством.

Модели 2302 и 2306 имеют возможность изменять их выходное сопротивление. Это позволяет им имитировать внутреннее сопротивление батареи. Таким образом, реакция батареи, которая должны поддерживать нагрузки импульсного тока от портативных устройств, таких как мобильные телефоны можно смоделировать.Это позволяет производителям портативных устройств тестировать свои устройств в самых реалистичных условиях.

При импульсном увеличении тока нагрузки батарея выходное напряжение упадет в зависимости от изменения тока и заряда батареи. внутреннее сопротивление. Напряжение батареи может упасть (на время импульс) ниже порогового уровня низкого напряжения батареи устройства, и устройство может выключить. Поскольку внутреннее сопротивление увеличивается по мере разряда батареи, пороговый уровень низкого напряжения может быть достигнут раньше, чем ожидалось, из-за сочетание более низкого напряжения батареи из-за времени разрядки и напряжения падение внутреннего сопротивления батареи.Следовательно, устройство срок службы батареи может быть короче, чем желаемая спецификация.

Сопротивление батареи должно быть учитывается при оценке времени разговора и ожидания мобильного телефона производительность, потому что уровни напряжения ниже порога срабатывания схемы телефона в течение периодов от 100 до 200 мкс достаточно, чтобы отключить телефон. Это явление распространено в TDMA (множественный доступ с временным разделением). телефоны, такие как мобильные телефоны GSM, где величина высокого и низкого уровни тока во время импульса радиочастотной передачи изменяются в 7 раз до 10.Разработчикам необходимо смоделировать реальную производительность батареи, чтобы определить соответствующий порог низкого заряда батареи. Инженерам-испытателям необходимо моделировать фактическая производительность батареи, чтобы проверить, что пороговый уровень низкого напряжения достигается при указанном напряжении батареи, а не при более высоком уровне напряжения.

Батарея, имитирующая характеристики моделей 2302 и 2306 можно использовать для тестирования как компонентов, так и конечных продуктов. Например, характеристики потребляемой мощности ВЧ усилителя мощности, предназначенного для использования в портативные изделия могут быть охарактеризованы для работы от аккумулятора источник.Когда аккумулятор разряжается, его напряжение уменьшается, и его внутреннее импеданс увеличивается. ВЧ-усилитель потребляет постоянное количество энергии для поддерживать требуемый объем производства. Таким образом, при падении напряжения батареи и увеличивается внутреннее сопротивление, ВЧ-усилитель потребляет все больше ток от аккумулятора.

Увеличение пикового и среднего тока значительно с увеличением внутреннего импеданса батареи. См. Рисунок 5 . ВЧ-усилитель мощности должен указывать потребляемую мощность.Портативное устройство разработчик должен знать, как ВЧ-усилитель мощности работает в качестве батареи. разрядов, чтобы разработчик мог выбрать подходящий аккумулятор для убедитесь, что имеется достаточный источник тока и что батарея обеспечивает подходящее время работы между заменой или зарядкой.

Математика этого эффекта представлена ​​ниже (см. также Рисунки 6а и ). Они показывают, что падение напряжения, вызванное импульсным токовые нагрузки могут оказывать существенное влияние на выходное напряжение батареи.

В ячейка = идеальный источник напряжения

R i (t) = внутренний импеданс

R interconnect = Сопротивление кабелей и соединения с DUT

1) Если Межсоединение R маленькое по сравнению с R i (t), и если

2) R и (т) есть считается относительно постоянным в течение продолжительности импульса, R i (t) ≈ Р и , тогда

3)  напряжение на ИУ может быть выражено как:

Импульс Измерение тока и слабого тока

Использование обычного (медленного ответ) источник питания для тестирования беспроводных устройств требует, чтобы большой Конденсатор поставить в цепь для стабилизации напряжения при нагрузке переход.В результате измерения тока нагрузки требуют использования чувствительного элемента. резистор и цифровой мультиметр для контроля токов нагрузки. Чувствительный резистор добавляет сопротивление к линии, что еще больше усугубляет проблему падения нагрузки. Кейтли быстро блоки питания с переходной характеристикой устраняют необходимость в конденсаторе и включить схему считывания тока источника питания для измерения нагрузки токи. См. Рисунок 7 .

Опыт Keithley в области слаботочных токов позволяет измерять токи сна с помощью 0.Разрешение 1 мкА. Эти расходные материалы также могут измерять импульсы тока нагрузки от цифровых передающих устройств. Импульсы тока короткие так как 60 мкс могут быть захвачены.

 

Источник питания постоянного тока, исполнение

Регулировка напряжения

Для многих целей будет достаточно правильно спроектированного простого выпрямленного и сглаженного питания. Однако многие приложения требуют более точного управления выходом.На следующих страницах исследуется конструкция источников питания со все более требовательной регулировкой выходного напряжения.

Все основаны на уже рассмотренном простом питании. Базовая конструкция представляет собой «последовательный регулятор», и она одинакова для всех моих конструкций, как показано на этой блок-схеме.

(см. ниже альтернативу менее эффективной шунтовой регулировке)

Выход регулируемого источника обеспечивает питание для опорного напряжения. Выходной сигнал сравнивается с выходным напряжением Vout+.

Если Vout>Vref, на последовательный регулятор подается сигнал для уменьшения Vout. Если Vout Регулируемые источники питания серии

всегда требуют более высокого напряжения на входе регулятора, которое затем снижается для получения требуемой выходной мощности. Это называется «выпасть». Из-за этого последовательный регулятор потребляет мощность, равную (Vint — Vout ) * Iout, поэтому регулятор должен быть спроектирован так, чтобы справляться с выделяемым теплом.

Регулирование нагрузки нерегулируемой подачи

Помните, что в нашем нерегулируемом источнике напряжение падает, а пульсации растут по мере увеличения нагрузки. Ваш проект должен обеспечивать наличие «запаса прочности» избыточного напряжения, чтобы учесть это.

Vint (макс. нагрузка) — пульсация Vpk (макс. нагрузка) — Vdrop out > Vout

Производительность регулятора серии

Любой источник питания может быть описан с точки зрения эквивалентной схемы Thevenin.

Voc – напряжение холостого хода; Vout выходное напряжение при подаче тока на нагрузку; и Rint Thevenin Equivalent Resistance — выходное сопротивление нашего источника питания.

Помните о регулировании нагрузки Reg = (Voc — Vном) / Vном

Voc = Vном + Iном * Rint

Reg = (Vном + Iном * Rинт — Vном) / Vном = Iном * Rинт / Vном

Итак, для хорошего регулирования нам нужно, чтобы Rint был как можно ниже.

Шунтовая регулировка

Иногда последовательное регулирование не подходит (например, при чрезвычайно высоких нагрузках сопротивления), и в этом случае можно использовать шунтирующий регулятор.Хотя он менее эффективен, чем последовательный регулятор, он, тем не менее, проще. Эта форма очень распространена для цепей опорного напряжения.

При отсутствии нагрузки в цепи протекает ток

I = Вин — Vвых / R

при подключении нагрузки ток через шунтирующий регулятор (показан здесь как стабилитрон) падает. По мере увеличения тока нагрузки ток через стабилизатор падает. Регулирование сохраняется до тех пор, пока ток через регулятор не упадет до нуля, после чего упадет выходное напряжение Vвых.

Шунтовые регуляторы работают очень хорошо, если нагрузка мала, постоянна и хорошо себя ведет.

Еще примеры шунтирующих реуляторов

Режимы управления — документация MagnaDC TS Series 1

Источник питания MagnaDC серии TS автоматически выбирает соответствующее состояние регулирования в зависимости от выбранного режима управления, запрограммированных уставок, а также напряжения и тока, подаваемых подключенным источником постоянного тока. Блок питания MagnaDC предпочитает режимы регулирования в зависимости от выбранного режима управления: режим напряжения, режим тока, режим мощности или режим сопротивления.

Режимы управления можно выбрать из системы меню передней панели или с помощью компьютерной команды. Изменение режима управления при включенном входе постоянного тока приведет к тому, что источник питания MagnaDC отключит вычислительную мощность и перейдет в состояние «Отключено».

Режим напряжения

Когда выбран режим напряжения, источник питания MagnaDC будет автоматически переключаться между регулированием напряжения и мощности, но будет отдавать предпочтение регулированию постоянного напряжения всем остальным состояниям. В режиме напряжения источник питания MagnaDC будет пытаться потреблять достаточный ток, чтобы поддерживать заданное значение напряжения в состоянии постоянного регулирования напряжения.Рабочая область для режима напряжения дополнительно описывается как fig-control-mode-voltage . Программирование уставки сопротивления и уставки тока отключено в режиме напряжения, поскольку два состояния регулирования конфликтуют с состоянием регулирования напряжения.

Настройки точки срабатывания для напряжения и мощности также можно использовать для отключения источника питания MagnaDC при превышении запрограммированного порога.

Осторожно

Настройка источника питания MagnaDC для режима напряжения, когда подключенный источник постоянного тока также пытается регулировать напряжение, приведет к нестабильности регулирования.Вместо этого следует выбрать альтернативный режим управления.

Упрощенная схема работы в режиме напряжения. См. fig-operating-profile для ограничений рабочего профиля.

Текущий режим

Когда выбран Current Mode, источник питания MagnaDC будет автоматически переключаться между регулированием тока и мощности, но будет отдавать предпочтение регулированию постоянного тока всем остальным состояниям. В токовом режиме источник питания MagnaDC позволяет входному напряжению колебаться, пытаясь поддерживать заданное значение тока в состоянии регулирования постоянного тока.Рабочая область текущего режима далее описывается как fig-control-mode-current . Программирование уставки сопротивления и уставки напряжения отключено в текущем режиме, поскольку два состояния регулирования конфликтуют с текущим состоянием регулирования.

Настройки точки срабатывания для тока и мощности также можно использовать для отключения источника питания MagnaDC при превышении запрограммированного порога.

Осторожно

Настройка блока питания MagnaDC для токового режима, когда подключенный источник постоянного тока также пытается регулировать ток, приведет к нестабильности регулирования.Вместо этого следует выбрать альтернативный режим управления.

Упрощенная схема работы текущего режима. См. fig-operating-profile для ограничений рабочего профиля.

Режим питания

Когда выбран Power Mode, источник питания MagnaDC будет автоматически переключаться между регулированием тока и мощности, но будет отдавать предпочтение регулированию постоянной мощности всем остальным состояниям. В режиме мощности источник питания MagnaDC позволяет входному напряжению и току колебаться, пытаясь поддерживать заданное значение мощности в состоянии постоянного регулирования мощности.Рабочая область для расширенного режима дополнительно описывается как fig-control-mode-power . Программирование уставки сопротивления и уставки напряжения отключено в текущем режиме, поскольку два состояния регулирования конфликтуют с текущим состоянием регулирования.

Настройки точки срабатывания для тока и мощности также можно использовать для отключения источника питания MagnaDC при превышении запрограммированного порога.

Осторожно

Настройка блока питания MagnaDC для режима питания, когда подключенный источник постоянного тока также пытается регулировать мощность, приведет к нестабильности регулирования.Вместо этого следует выбрать альтернативный режим управления.

Упрощенная схема работы в усиленном режиме. См. fig-operating-profile для ограничений рабочего профиля.

Режим сопротивления

Когда выбран режим сопротивления, источник питания MagnaDC будет отдавать предпочтение режиму регулирования с постоянным сопротивлением (CR) всем остальным режимам регулирования. Источник питания MagnaDC будет работать в режиме постоянного регулирования сопротивления в пределах заданных значений, указанных серым цветом в fig-control-mode-resistance .Если подключенный источник постоянного тока приводит шину постоянного тока к одному из ограничивающих пределов уставки, источник питания MagnaDC автоматически переключается в соответствующее состояние регулирования. Чтобы избежать автокроссовера, ограничивающие пределы уставки должны быть установлены достаточно высокими, чтобы увеличить рабочий диапазон постоянного сопротивления. Программирование уставки тока и уставки напряжения отключено в режиме сопротивления, поскольку два состояния регулирования конфликтуют с состоянием регулирования сопротивления. Настройки точки срабатывания для напряжения, тока и мощности также можно использовать для отключения источника питания MagnaDC при достижении максимального желаемого предела.

Схема работы в упрощенном режиме сопротивления. См. fig-operating-profile для ограничений рабочего профиля.

Режим шунтирующего регулятора

Режим шунтирующего регулятора предназначен для регулирования напряжения на шине постоянного тока, чтобы гарантировать, что напряжение остается ниже запрограммированного предела. Режим шунтирующего регулятора можно использовать в качестве замены тормозного резистора в приводе двигателя постоянного тока или в качестве защитного устройства для предотвращения повреждения других электронных устройств повышением напряжения на шине постоянного тока.

Если выбран режим шунтирующего регулятора, источник питания MagnaDC будет рассеивать энергию только тогда, когда напряжение превысит заданный пользователем порог напряжения. Блок питания MagnaDC будет оставаться бездействующим при напряжении на шине постоянного тока, заданном источником, до тех пор, пока это напряжение на шине постоянного тока не поднимется выше запрограммированного порогового значения напряжения. Когда напряжение на шине постоянного тока превысит этот порог напряжения, источник питания MagnaDC начнет обрабатывать мощность, при этом ток быстро возрастет до текущего заданного значения.

Пороговое значение напряжения представляет собой запрограммированное заданное значение напряжения плюс 1% от номинального напряжения полной шкалы устройства.Например, если блок питания MagnaDC ARx6.75-1000-14 (6,75 кВт, 0–1000 В пост. тока, 0–14 А пост. тока) был запрограммирован на 500 В пост. тока в режиме шунтирующего регулятора, источник питания MagnaDC начнет рассеивать энергию при напряжении пороговое значение: 500 В постоянного тока + (1% от 1000 В постоянного тока) = 510 В постоянного тока. Блок питания MagnaDC будет продолжать рассеивать энергию до тех пор, пока напряжение на шине постоянного тока не упадет ниже 500 В постоянного тока.

Когда продукт рассеивает энергию в режиме шунтирующего регулятора, ток регулируется в соответствии с установленной пользователем уставкой тока источника питания MagnaDC.

Примечание

Если блок питания MagnaDC не рассчитан должным образом на величину тока, подаваемого обратно на шину постоянного тока, напряжение на шине постоянного тока может продолжать расти выше порогового значения напряжения источника питания MagnaDC.

fig-control-mode-shunt-regulator показывает изменение напряжения и тока во времени в режиме шунтирующего регулятора, когда напряжение на шине постоянного тока становится ниже порогового значения, и источник питания MagnaDC начинает рассеивать энергию. Настройки точки срабатывания для напряжения, тока и мощности также можно использовать для отключения источника питания MagnaDC при достижении максимального желаемого предела.

Упрощенная схема работы режима шунтирующего регулятора. См. fig-operating-profile для ограничений рабочего профиля.

Почему более качественный блок питания означает более качественную работу с компьютером?

Итак, как лучший блок питания соответствует лучшему опыту работы с компьютером? Подумайте вот о чем: если ваш блок питания плохо регулирует напряжение и фильтрует пульсации, то что?

Блок питания компьютера преобразует переменный ток в постоянный. Старые или более простые компьютерные блоки питания преобразуют переменный ток в несколько напряжений постоянного тока (+12 В, +5 В, +3.3В) одновременно. Более новые, более совершенные блоки питания преобразуют переменный ток в +12 В постоянного тока, в то время как меньшие блоки питания постоянного тока в постоянный внутри корпуса блока питания преобразуют +12 В в менее используемые +3,3 В и +5 В. Последний более эффективен, потому что меньшее используемое напряжение не преобразуется, если оно не требуется, а само преобразование постоянного тока в постоянный более эффективно, чем преобразование переменного тока в постоянный, поскольку для этого требуется меньшее количество компонентов меньшего размера.

После того, как это напряжение преобразуется, оно фильтруется катушками индуктивности и конденсаторами.

 


На вторичной стороне этого HX1050 мы видим очень большую катушку индуктивности и несколько конденсаторов разного размера.

 

Итак, теперь у нас есть две важные вещи, на которые следует обратить внимание при рассмотрении выходного сигнала этого источника питания: насколько хорошо регулируется выходное напряжение и имеют ли выходная мощность минимальные пульсации?

Я только что употребил два слова, которые вы часто слышите, когда люди говорят о компьютерных источниках питания: регулирование и пульсация.

Компьютерные блоки питания используют технологию «переключения» для преобразования переменного тока в постоянный.И пока выпрямитель включается и выключается, он вырабатывает постоянный ток, который пульсирует в ритме с любой частотой, с которой поступает переменный ток (например, 60 Гц — типичная частота переменного тока в Северной Америке), независимо от частоты, на которой переключается выпрямитель. Это называется шумом. Сначала напряжение проходит через катушку индуктивности или дроссель. Это сглаживает форму волны и снижает частоту шума. Тогда у вас есть конденсаторы. Конденсаторы накапливают электрические заряды и затем могут выводить электрический заряд без шума.Если напряжение, подаваемое на конденсатор, увеличивается или уменьшается с частотой переключения, заряд конденсатора увеличивается или уменьшается. Это изменение заряда конденсатора происходит намного медленнее, чем частота переключаемой мощности, которая заряжает конденсатор. Хотя таким образом он фильтрует шум, это также создает пульсации (небольшие пики и провалы в выходном напряжении постоянного тока). В этом случае могут помочь конденсаторы большей емкости или конденсаторы, соединенные последовательно, потому что чем медленнее изменение между самым низким и самым высоким напряжением, тем стабильнее выходное напряжение и уменьшаются пульсации.Но инженеры, разрабатывающие эти блоки питания, должны быть осторожны. Если вы используете слишком много конденсаторов, слишком большой конденсатор или даже слишком большую катушку индуктивности, вы снижаете эффективность своего источника питания. Каждая часть цепи, через которую проходит питание, имеет некоторую потерю мощности, и конденсаторы рассеивают этот отфильтрованный шум в виде тепла, а это тепло — это потерянная мощность!

 


Это снимок экрана с осциллографом, измеряющим пульсации на блоке питания, фильтрация которого не очень хороша.

 


Когда блок питания лучше справляется с фильтрацией пульсаций, на осциллографе это будет выглядеть так.

 

Регулировка — это то, насколько хорошо блок питания реагирует на изменения нагрузки. Скажем, блок питания выдает +12 В постоянного тока с нагрузкой 2 А. Допустим, нагрузка увеличивается до 5А, 10А… или даже 15А. Так же, как я объяснил с регуляторами напряжения процессора, в игру вступает закон Ома. При увеличении тока сопротивление увеличивается. При увеличении сопротивления напряжение падает.Качественный блок питания должен компенсировать это. Обычно мониторинг осуществляется внутри «контролирующей ИС». Микросхема супервизора может сообщить контроллеру ШИМ (широтно-импульсной модуляции), что ему нужно, чтобы выпрямитель переключался на другой частоте, чтобы соответствующим образом отрегулировать выходное напряжение. Иногда «сенсорный провод» определяет падение напряжения на нагрузке и сообщает об этом обратно в ИС. Это дает микросхеме небольшое преимущество в том, что она сообщает ШИМ-контроллеру компенсацию. «Цифровые блоки питания», такие как блоки питания Corsair серии AXi, используют процессор цифровых сигналов для контроля напряжения и непосредственного указания выпрямителю переключаться на разных частотах.Поскольку мониторинг и управление полностью цифровые, компенсация выполняется гораздо быстрее (подробнее о том, как работают цифровые источники питания, можно узнать здесь). Подумайте вот о чем: если ваш блок питания плохо регулирует напряжение и фильтрует пульсации, то что?

Хотя компьютерные блоки питания выдают несколько напряжений постоянного тока (+12 В, +3,3 В и +5 В), это не все напряжения, необходимые компьютеру для работы.

Возьмем, к примеру, ЦП.Раньше процессоры работали от напряжения, получаемого непосредственно от источника питания. Первоначально +5 В постоянного тока. В конце концов, это напряжение было снижено до +3,3 В постоянного тока. Стремясь сделать процессоры все более и более энергоэффективными, напряжение продолжало падать, и регуляторы напряжения на материнской плате должны были получать либо +3,3 В постоянного тока, либо +5 В постоянного тока от источника питания и снижать эти напряжения до еще более низких напряжений. Естественно, можно подумать, что преобразование одного напряжения в другое было бы более эффективным, если бы до и после напряжения были ближе друг к другу.Но по мере того, как процессоры становились быстрее, им требовалось больше энергии, но при более низких напряжениях. Сами процессоры были более эффективными, но не процесс преобразования этой мощности. Для большей мощности (ватт) при более низком напряжении требуется больший ток. Более высокий ток без увеличения сечения провода и дорожки увеличивает сопротивление. Затем сопротивление снижает напряжение и создает тепло, что контрпродуктивно по той причине, по которой напряжение ядра процессора было снижено в первую очередь! Решением стал стандарт ATX12V. К блоку питания был добавлен 4-контактный разъем питания, который обеспечивает +12 В постоянного тока, который затем был модернизирован до 8-контактного разъема питания, который мог обеспечивать еще больший ток.С увеличением напряжения на VRM ЦП (модули регулирования напряжения) требуется меньший ток для подачи питания на материнскую плату. Конечно, при такой большой разнице в напряжениях (между +12 В постоянного тока и напряжением ядра процессора) требуется более надежное регулирование напряжения на материнской плате.

 


На этой материнской плате используются радиаторы для пассивного охлаждения компонентов схемы регулирования напряжения.

 

С появлением нового ЦП Haswell от Intel мы начинаем видеть регулировку напряжения на самом ЦП.Это уменьшит ток питания на контактах, которые передают питание от дорожек материнской платы к ядру ЦП, и, следовательно, уменьшит количество контактов, необходимых для подачи этого питания. Это также позволит ЦП динамически масштабировать напряжение ЦП более эффективно, чем когда-либо прежде. Регуляторы напряжения в Haswell, безусловно, не ленятся, когда речь идет об эффективном преобразовании напряжения, но это все же не полностью заменяет обязанность материнской платы по преобразованию и фильтрации +12 В от источника питания в более низкое напряжение, поскольку Haswell имеет входное напряжение. из 2.4 В постоянного тока.

То же самое и с вашими видеокартами. Графические процессоры на самом деле просто маленькие процессоры. Черт возьми, в некоторых случаях, когда графические процессоры работают на частоте 1 ГГц, они мощнее некоторых процессоров! Разъемы питания PCIe, отходящие от блока питания, подают +12 В на видеокарту, где регуляторы напряжения снижают напряжение до необходимого для графического процессора.

 


Два разъема питания PCIe подают +12 В на блок питания этой видеокарты, но GPU не использует +12 В. Сначала он должен преобразовать его в более низкое напряжение.

 

В спецификации ATX указано, что источнику питания разрешено выдавать напряжение со стабилизацией и пульсациями в пределах определенного допуска. Пульсация может достигать 1% и оставаться в пределах спецификации. Это означает, что вы можете иметь до ± 120 мВ пульсаций на + 12 В. Ваша регулировка напряжения может составлять до ± 5%. Это означает, что напряжение +12 В постоянного тока может достигать +12,6 В или опускаться до +11,4 В, и это все еще соответствует спецификации ATX. Точно так же регулятор напряжения вашей материнской платы или видеокарты будет иметь аналогичный допуск по входному напряжению.Другими словами, если у вас есть VRM, предназначенный для преобразования +12 В пост. тока в +2,4 В пост. тока, этот VRM должен выдерживать напряжения до +12,6 В пост. тока или до +11,4 В пост. +2,4 В постоянного тока. VRM имеет дополнительный допуск на скорость нарастания. Скорость нарастания — это, по сути, скорость, с которой напряжения меняются от одного к другому. Если напряжение падает с +12 В постоянного тока до +11,99 В постоянного тока в течение микросекунды, ваша скорость нарастания составляет 10 мВ/мкс. Чтобы поддерживать эти допуски, ваша материнская плата, графические карты и другие компоненты также имеют некоторые катушки индуктивности и конденсаторы для фильтрации напряжений между источником питания и VRM.

Итак, если все соответствует спецификации, проблем нет, верно?

Ну, не так уж и много. Видите ли, поскольку эти компоненты регулируют напряжение, и чем больше им приходится для этого работать, тем больше они нагреваются. Это тепло не только приводит к потере энергии, но и сокращает срок службы компонентов. И хотя МОП-транзисторы регулятора напряжения часто пассивно охлаждаются с помощью радиаторов (по крайней мере, они есть на материнских платах высокого класса), конденсаторы — нет. И если МОП-транзисторы не имеют пассивного охлаждения или их меньше (что было бы VRM с «меньшей фазой»), то им придется больше работать, чтобы регулировать напряжение и работать еще горячее.Тепло плохо влияет на компоненты компьютера, так что любой способ решения проблемы будет плюсом. Еще одна проблема с правильной регулировкой напряжения и фильтрацией заключается в том, что они занимают место на печатной плате. Как я уже сказал с блоком питания: если вы хотите иметь меньше пульсаций, вам нужно иметь больше или больше конденсаторов. То же самое относится и к схемам регулирования напряжения на материнских платах и ​​видеокартах. И то же самое верно и для МОП-транзисторов. Вы можете иметь больше фаз для более чистой мощности, но если МОП-транзисторы не рассчитаны на больший ток, дополнительные фазы не принесут вам никакой пользы.Но МОП-транзисторы большей мощности, больше фаз, больше и больше конденсаторов — все это занимает место. У нас не всегда есть достаточно места на материнской плате или видеокарте, чтобы отказаться от него в качестве недвижимости для почти идеального регулирования напряжения на плате.

А еще есть эффекты пульсации при разгоне. Хотя ваши VRM могут хорошо регулировать напряжение, они не смогут избавиться от всех пульсаций, которые передаются прямо на ваш процессор или графический процессор. Те из вас, кто занимается разгоном, знают, что вам обычно приходится увеличивать напряжение ядра ЦП или графического процессора.Это связано с тем, что, поскольку транзисторы в процессорном блоке циклически работают, регуляторы не могут включаться и выключаться с более высокой скоростью, необходимой для поддержания транзистора под напряжением при требуемом напряжении. Повышение напряжения фактически дает ЦП больше, чем ему нужно, но позволяет регуляторам давать ЦП то, что ему нужно, быстрее, чем когда ему это нужно. Неудачным побочным продуктом этого является тепло (все продолжает возвращаться к теплу, не так ли?). Если у вас есть какие-либо пульсации в этом напряжении Vcore, это помешает VRM обеспечить именно то напряжение, которое необходимо, когда транзисторы ЦП работают на любой тактовой частоте, на которой вы пытаетесь их использовать.Решение этой проблемы состоит в том, чтобы эксплуатировать ЦП с еще более высоким напряжением Vcore, чем это действительно необходимо. Недостатком этого является… подождите… более высокая температура процессора.

Подводя итог, можно сказать, что более качественный блок питания на самом деле продлевает срок службы материнской платы и графической карты, улучшает разгон и даже продлевает срок службы вашего процессора и графического процессора. Это беспроигрышная ситуация!

Базовая конструкция аналогового источника питания (часть 2)


В первой части мы видели, что в аналоговом источнике питания есть три основных компонента: преобразование и согласование входной мощности; ректификация и фильтрация; и регулирование.Мы рассмотрели первые два компонента, и в этой статье мы рассмотрим аспект регулирования. Мы сосредоточимся на основных трехполюсных регуляторах, которые дешевы и легко доступны.

Однако следует помнить, что многие основные аспекты конструкции трехвыводных стабилизаторов применимы к любой конструкции аналогового регулятора. В этой статье будет разработан источник питания с ограничением по току от нуля до 30 В постоянного тока, от нуля до одного ампера. Базовая стоимость запчастей составляет около 25 долларов.

Базовый трехконтактный регулятор

На рис. 1 показана схема трехполюсного регулятора.(Мы ограничим наше обсуждение положительными регуляторами, потому что отрицательные регуляторы практически одинаковы, за исключением полярности.) Важно понимать, как это работает, чтобы правильно понимать и применять концепции аналоговых регуляторов.

РИСУНОК 1. Основной подход к трехвыводному стабилизатору — простая схема операционного усилителя с отрицательной обратной связью. Хотя на практике все немного сложнее.


По сути, регулятор представляет собой сервосистему с отрицательной обратной связью.Резистор и стабилитрон обеспечивают стабильное опорное напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя. Инвертирующий вход операционного усилителя измеряет выходной сигнал. Если выходной сигнал выше опорного, операционный усилитель переключается в сторону более низкого напряжения.

И наоборот, если выходное напряжение ниже эталонного, инверсия входного сигнала операционного усилителя сильнее воздействует на базу транзистора, чтобы обеспечить прохождение более высокого напряжения. Эта концепция дизайна довольно проста (хотя ее реализация может быть довольно сложной).

В этой базовой конструкции есть ряд моментов, требующих обсуждения. Во-первых, проходной транзистор действует как переменный резистор. Он снижает входное напряжение за счет ограничения тока. Как вы понимаете, постоянный резистор в этой ситуации должен рассеивать много тепла, то же самое и с транзистором. Мы рассмотрим это более подробно позже.

Второй момент — падение напряжения на проходном транзисторе. Все биполярные полупроводниковые переходы демонстрируют этот эффект.Это означает, что входное напряжение должно быть выше, чем выходное напряжение для правильной работы. Для стандартных трехвыводных регуляторов напряжения это напряжение составляет около 1-2,5 В, в зависимости от температуры и потребляемого тока. (Однако для надлежащих целей проектирования всегда следует использовать «пропадающее» напряжение 2,5 В.)

Если требуемая разница входного и выходного напряжения меньше этих 2,5 В, схема больше не будет иметь запаса для правильной регулировки и выйдет из режима регулирования. (Существуют и другие регуляторы с малым падением напряжения или LDO-регуляторы, которые могут работать с гораздо меньшим дифференциалом входа-выхода — некоторые даже с 0.1В. Однако необходимо позаботиться о правильной емкостной нагрузке, иначе они могут работать неправильно.)

Третий момент заключается в том, что для распространения изменения выходного сигнала через операционный усилитель и транзистор требуется некоторое небольшое время (контурная задержка). В это время выход не регулируется должным образом. Очевидно, чем быстрее операционный усилитель и транзистор, тем короче будет этот переходный процесс. Однако производство быстрых мощных транзисторов — дело непростое и дешевое.

Кроме того, чем быстрее работает схема транзистора и операционного усилителя, тем больше она подвержена колебаниям.Когда ваш блок питания колеблется, это не очень хорошо. Большинство трехвыводных регуляторов имеют переходную характеристику (время задержки с обратной связью) около 30 мкс.

Последний пункт касается регулируемых регуляторов напряжения ( На рис. 1 показан регулятор фиксированного напряжения). Не вдаваясь в долгие технические обсуждения, трудно обеспечить стабильное и дешевое опорное напряжение ниже 1,2 В. Это ограничивает минимальное выходное напряжение регулируемых стабилизаторов. Однако позже мы увидим дешевое и простое решение этой проблемы.

Необходимы дополнительные компоненты

Для фиксированного регулятора напряжения требуются только входной и выходной обходные конденсаторы (соединенные с землей) (обычно от 0,1 до 1,0 мкФ). Они предназначены для стабилизации операционного усилителя в регуляторе. Если большой фильтрующий конденсатор находится в непосредственной физической близости (менее 6 дюймов) от входа регулятора, входной обходной конденсатор можно не устанавливать.

Теоретически можно обойтись и без выходного конденсатора. Однако, если ваша схема, которая должна быть запитана, имеет емкость нагрузки от 500 пФ до 5000 пФ, тогда регулятор может колебаться.

Использование обходного конденсатора на выходе 1,0 мкФ переводит операционный усилитель в стабильный режим работы. Всегда полезно потратить на это несколько копеек, чтобы быть уверенным, что у вас есть надежный источник питания.

На рис. 2 показана правильная конструкция регулируемого регулятора. Входные и выходные шунтирующие конденсаторы (Ci и Co) такие же, как и в реализации фиксированного регулятора.

РИСУНОК 2. Практическая реализация регулируемого регулятора LM317 требует нескольких дополнительных компонентов для оптимальной производительности и надежности.В тексте описаны дополнительные детали и их функции.


Два резистора (Rb и Radj) необходимы для выбора выходного напряжения. Обычно Rp устанавливается на 240 Ом, чтобы обеспечить надлежащий ток (обычно около 50 мкА) в обратной связи операционного усилителя.

Radj используется для изменения выходного сигнала до желаемого значения. Конденсатор, подключенный к регулировочному контакту (Cbyp), используется для улучшения подавления пульсаций/шума. Это особенно полезно, если необработанный вход постоянного тока поступает от импульсного источника питания, который обычно довольно шумный.

Диоды используются для защиты регулятора от неожиданного изменения направления напряжения. Если вход должен быть закорочен на землю, конденсаторы на выходе и/или регулировочный штифт все еще сохранят свое напряжение. Затем они будут разряжаться назад через соответствующие контакты по направлению к входу. Это может разрушить устройство.

Если не используется шунтирующий конденсатор (Cbyp), то Dadj можно не указывать. Если вы уверены, что питаемое устройство никогда не будет иметь емкость нагрузки 10 мкФ или более, то Do также можно опустить.

Расчет корректировки

Важно помнить, что (для регулируемых регуляторов) регулировочный штифт действует как неинвертирующая точка обратной связи с внутренним операционным усилителем. Таким образом, операционный усилитель будет делать все возможное, чтобы поддерживать напряжение на этом выводе (которое должно быть на 1,25 вольта ниже выходного). Итак, если мы подадим напряжение (через резистор) на этот контакт, выход увеличится. Если мы замкнем этот вывод на землю, то выходное напряжение упадет примерно до 1,25 вольта. Если минус 1.Подается 25 вольт, тогда на выходе будет ноль вольт.

Как правило, делитель напряжения используется для передачи части выходного напряжения обратно в регулятор для установки выходного напряжения (как показано на рис. 2 ). Уравнение Vout = Vref (1 + Rp/Radj) + (Iadj x Radj). Как указано выше, Vref составляет 1,25 В. Второй член (Iadj x Radj) представляет собой коррекцию ошибки для опорного напряжения 1,25 В. Как правило, это довольно мало и часто игнорируется. Если это проигнорировать и использовать типичное значение 240 Вт для Rp, то уравнение становится Vout = 1.25 (1 + 240/радж). Обычно точность составляет несколько процентов.

Любопытная вещь происходит, когда мы заменяем Radj силовой нагрузкой вместо резистора (см. Рисунок 3 ). Выходное напряжение зависит от нагрузки. Мы видим, что это имеет смысл, поскольку изменение мощности нагрузки действует как переменный резистор. В результате ток нагрузки остается постоянным, а напряжение меняется. Другими словами, регулятор напряжения превратился в регулятор тока. Вместо постоянного напряжения мы имеем постоянный ток.

РИСУНОК 3. Заменяя регулировочный резистор нагрузкой, LM317 становится регулятором тока (напряжение изменяется в зависимости от нагрузки). Это очень полезная схема, которая не часто используется.


Легко заметить, что максимально допустимый ток зависит от Rp. Если Rп сделать 1,25Вт, то можно подать до полного ампера тока. Обратите внимание, что этот ток ограничен максимальным выходным напряжением стабилизатора 1,5 А и максимальным достижимым выходным напряжением (которое зависит от входного напряжения).Это текущее регулирование является очень полезной функцией (этих регуляторов), которая не часто используется.

Рассеиваемая мощность

По сути, регулятор действует как переменный резистор, включенный последовательно с источником питания. Количество рассеиваемой мощности — это просто разница напряжений между входными и выходными контактами, умноженная на потребляемый ток. Это создает некоторые интересные ситуации.

Например, предположим, что вы подаете 35 В на вход регулируемого регулятора и рассчитываете потреблять один ампер при пяти вольтах, а также при 32 В.При пяти вольтах на регуляторе будет падение 30 вольт. При силе тока регулятор должен будет рассеивать 30 Вт, обеспечивая при этом пять ватт на нагрузку. Эффективность всего 14%. При 32 вольтах будет падение на три вольта, что означает, что регулятор должен рассеивать всего три ватта, подавая на нагрузку 32 Вт. Это 91% эффективности.

Понятно, что поддержание входного напряжения как можно ближе к выходному приводит к повышению эффективности и меньшему нагреву. (Обратите внимание, что при входном напряжении 35 В и потребляемом токе в один ампер общая потребляемая мощность всегда будет составлять 35 Вт.Чем больше мощность потребляет нагрузка, тем меньше должен рассеивать регулятор.)

Часто для цепи требуется несколько напряжений. Нет ничего плохого в том, чтобы поставить пятивольтовый стабилизатор после 10-вольтового. Таким образом, падение напряжения на пятивольтовом регуляторе распределяется между двумя устройствами. Однако, если два напряжения имеют значительно разные требования к току, этот подход может быть не оптимальным. (Вы можете использовать закон Ома для расчета эффективного сопротивления регулятора при заданном напряжении и токе.Затем мощность рассчитывается как сопротивление, умноженное на квадрат тока.)

Применение теории

Теперь мы можем объединить информацию из двух статей для создания практического блока питания. Мы начнем с базовой поставки, а затем обсудим, как изменить ее, чтобы добавить функции, которые могут быть полезны. На рис. 4 показана практическая схема регулируемого источника питания на один ампер с ограничением тока и регулировкой напряжения, который работает от нуля до примерно 30 вольт. (Эта конкретная схема оказалась очень полезной и адаптируемой в ряде высоконадежных конструкций для моих клиентов; обычно с фиксированным ограничением тока и фиксированным выходным напряжением.)

РИСУНОК 4. Это хороший настольный блок питания, обеспечивающий 0-30 вольт при одном ампер. Он также ограничен по току, чтобы помочь устранить ненужное образование дыма в ваших цепях. При желании можно добавить счетчики для контроля напряжения и тока.


Необработанная цепь постоянного тока была подробно описана в Часть 1 и не будет обсуждаться далее, за исключением нескольких незначительных изменений. Силовой трансформатор теперь указан как 24-вольтовый с отводом от средней точки 1.0 на 1,5 ампер прибор вместо 25,2 вольта на два ампера. Причина этого изменения трояка.

Во-первых, некоторые регуляторы ограничены 35 В (большинство других рассчитано на 40 В, а есть высоковольтная версия — LM-317H — которая может работать до 60 В). Обратите внимание, что технически это разность напряжений между входом и выходом, а не между входом и землей. Если выход поддерживается над землей, то вход может быть выше.

Однако для источника питания общего назначения вы должны предполагать, что выход будет время от времени замыкаться на землю.Это означает, что входное напряжение должно быть ограничено примерно до 37 В, поскольку на диоде моста будет падать около 1,4 В, а на регуляторе тока — еще 2,5 В.

Кроме того, нет необходимости обеспечивать два ампера первичного постоянного тока, если максимальный выходной ток составляет один ампер. (Обратите внимание, что рейтинг меньше абсолютного максимума, который может обеспечить схема.)

Третья причина связана с регулированием температуры регулятора. Это также является причиной добавления переключателя, который будет обсуждаться более подробно ниже.

Емкость основного конденсатора фильтра уменьшена с 10 мФд до 4700 мФд, поскольку номинальный ток источника питания снижен с двух ампер до одного ампера.

Регулируемый регулятор тока состоит всего из трех частей: LM-317; постоянный резистор; и переменный резистор. Фиксированный резистор необходим для ограничения тока через цепочку резисторов. Очевидно, чем меньше сопротивление, тем больше ток. При перепаде 1,25 В между выходным и регулировочным выводами фиксированный резистор в 1 Ом ограничивает ток до 1.25А.

Если бы этот резистор был удален, а регулируемый резистор был установлен, например, на 0,1 Вт, ток был бы (теоретически) 12,5 А (используя закон Ома). Это либо разрушит микросхему, либо приведет к ее отключению из-за тепловой перегрузки. Ни то, ни другое не хорошо.

Кроме того, мощность через это маленькое сопротивление составит 15,6 Вт (мощность равна квадрату тока, умноженному на сопротивление). Это сожжет переменный резистор. При форсировании минимума 1,0 Вт в цепи ток ограничивается максимальным значением 1.25А и переменный резистор защищен.

В худшем случае мощность, рассеиваемая постоянным резистором, составляет 1,25 Вт. Резистор на три ватта (а не устройство на два ватта) выбран из соображений экономии. Требуемая мощность переменного резистора в наихудшем случае возникает, когда она равна мощности постоянного резистора или 1,0 Вт.

В этом случае через него будет проходить мощность около 0,4 Вт. Это означает, что потенциометра на один ватт достаточно, но двухваттный блок будет использоваться очень консервативно.Помните, что лучше потратить немного больше на блок питания, чем потратить много на испорченные схемы.

Секция регулятора напряжения — это просто дизайн из начала этой статьи. Единственное изменение заключается в использовании переменного резистора (R6) вместо постоянного резистора (Radj).

Теплоотвод — важная проблема. Регулятор напряжения должен рассеивать до 32 Вт мощности в худшем случае. Это создает значительную проблему. Типичный корпус TO-220 ограничен 15 Вт в соответствии со спецификацией.Одним из плохих решений является снижение максимальной номинальной мощности примерно до 0,5 А для более низких напряжений. Это изменение спецификаций в соответствии с дизайном, а не проектирование в соответствии со спецификациями. Существует еще один подход, требующий некоторого творческого подхода, который будет подробно описан ниже.

Любопытно, что регулятор тока очень эффективен. Падение напряжения обычно составляет 2,5 В (наихудший случай), поэтому максимальная рассеиваемая мощность при одном ампер составляет 2,5 Вт. Здесь достаточно простого и недорогого пристегивающегося радиатора.

Решение проблемы с перегревом

Как уже отмечалось, при низком напряжении рассеивается слишком много тепла. Проблема возникает из-за большого падения напряжения от входа до выхода регулятора. Решение состоит в том, чтобы использовать трансформатор с центральным отводом и переключаться между ответвлениями. Трансформаторы с отводом от середины распространены и обычно стоят не дороже, чем трансформаторы без отвода от середины.

Когда переключатель подключен к верхнему концу трансформатора, полное напряжение подается на остальную часть цепи, и возможен полный диапазон напряжений.Пока потребляемый ток не превышает 0,5 А, проблем с нагревом не будет. Однако, если источнику питания необходимо обеспечить большой ток при низком напряжении, переключатель используется для подключения к центральному отводу и снижает входное напряжение на 50%. Таким образом, на остальную часть источника питания подается всего около 18 вольт.

Итак, если нужно пять вольт на один ампер, то регулятор должен рассеивать в виде тепла только 13 Вт мощности (вместо примерно 30 Вт). Это позволяет использовать стандартный регулятор типа TO-220 в указанных пределах.(Если вы хотите пофантазировать, вы можете контролировать напряжение регулировки и использовать отдельную схему для автоматического переключения между обмотками трансформатора.)

Устранение проблемы с минимальным напряжением 1,2 В

Большинство людей хотят, чтобы источник питания был полностью заземлен. Оказывается, есть простой способ сделать это: просто добавить два диода последовательно с выходом. Каждый диод снижает напряжение примерно на 0,7 В (в зависимости от нагрузки). Итак, два диода уменьшат выходное напряжение на 1,4В. В реальной эксплуатации всего около 1.0В падает без нагрузки. Это делает минимальное выходное напряжение без нагрузки равным 0,2 В. Это практически ноль.

Если вы действительно хотите, вы можете добавить еще один диод последовательно, чтобы еще больше снизить выходную мощность, но это кажется ненужным. Резистор на землю включен для отвода любой утечки через диоды. Без резистора выход может плавать до напряжения, подаваемого на диоды.

Следует отметить, что можно подтянуть выход регулятора к земле, если подать отрицательное напряжение на регулировочный штифт.Это несколько сложно, если отрицательное напряжение недоступно (как в этом случае). Добавление двух диодов — быстрое и простое решение.

Обсуждение минимального тока

Как отмечено на схеме, показанной на рис. 4 , минимальный предел тока составляет около 5 мА. Практически для всех приложений это не проблема. Очень немногие компоненты будут повреждены при подаче на них 5 мА. Однако если установить напряжение 30В, то на выходе присутствует мощность 150 мВт.Это может быть слишком много для некоторых компонентов.

Необходимо помнить, что регулятор напряжения использует для своей работы некоторый ток (в дополнение к току, рассеиваемому в процессе регулирования). Так получилось, что регулятор постоянно потребляет 5 мА при входном напряжении 30 В, независимо от настройки выходного напряжения. Таким образом, в то время как регулятор тока обеспечивает минимум 5 мА, этот ток используется последующим регулятором напряжения и в значительной степени не виден на выходе (хотя в некоторых особых случаях может быть).Это не идеальное решение, но разумное.

При желании можно использовать резистор регулировки тока большего размера (R5). Потенциометр 1K уменьшит минимальный ток, выходящий из регулятора тока, примерно до 1 мА.

Добавление счетчиков

Всегда приятно иметь возможность измерять выходное напряжение и потребляемый ток. Добавить вольтметр очень просто. Просто поместите его на выходе, чтобы измерить напряжение.

Текущий счетчик немного сложнее. Вы можете включить амперметр последовательно с выходом для измерения потребляемого тока.Это будет работать большую часть времени. Проблема заключается в последовательном сопротивлении, добавляемом измерителем. В зависимости от счетчика это может повлиять на цепь, которую вы запитываете. По сути, это увеличивает импеданс источника питания. Это особенно верно для слаботочных диапазонов, где последовательное сопротивление может составлять сто Ом и более (мой дешевый измеритель имеет сопротивление 800 Вт по шкале 500 мкА).

Если вас не смущает погрешность в несколько мА, есть очень удобное место для измерения тока. Все, что вам нужно сделать, это измерить напряжение на выводах R4 в цепи ограничения тока.Это резистор на один Ом, который обеспечивает один вольт на ампер выходного тока.

Основная точность зависит от точности резистора. Резистор 1% будет иметь точность 1%, за исключением нескольких мА, используемых следующей схемой регулятора напряжения. (Обратите внимание, что вы можете измерять малые токи нагрузки, отмечая ток до подключения нагрузки и после того, как она была подключена. Разница связана с нагрузкой. Ваше основное ограничение здесь — способность измерять малые напряжения. Пять мА тока обеспечат всего 5 мВ на резисторе.)

Правильный метод измерения выходного тока состоит в том, чтобы добавить небольшой последовательный резистор к выходу и измерить падение напряжения на нем (точно так же, как мы сделали с R4). Как правило, этот резистор имеет мощность 0,1 Вт или меньше и требует тщательной разработки. Существуют микросхемы монитора тока, доступные за пару долларов, которые значительно упрощают задачу преобразования тока в легко измеряемое напряжение.

Заключение

Понимание основных концепций аналоговых источников питания позволяет разработать надежный универсальный источник питания примерно за 25 долларов США.Регулируемые трехполюсные регуляторы недороги, а их недостатки можно без особых проблем компенсировать. Доступны стабилизаторы с более высоким током и более высоким напряжением, что позволяет создавать более крупные источники питания.

Вместо того, чтобы предоставить только принципиальную схему и инструкции, в этих двух статьях была предпринята попытка предоставить основу информации, необходимой для того, чтобы помочь любому спроектировать источник питания для своих нужд. Проектирование блока питания — это базовый навык, которым должен обладать каждый инженер и любитель.В конце концов, каждый проект должен каким-то образом подпитываться. НВ


ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ

Резисторы 1/4 Вт 5%, если не указано иное
Р1 30K 1 Вт
Р2, Р3 10К
Р4 1,0 3 Вт
Р5 250 2 Вт регулируемый
Р6 5K регулируемый
Р7 240
Конденсаторы  
С1, С2 0.1 МДФ 250 вольт керамический
С3 4700 мкФ 63 В, алюминиевый, электролитический
С4 0,1 mfd, 63 В, керамика
С5 10 mfd 63 В, алюминий или тантал, электролитический
С6 1,0 мфд, 63 В, алюминий или тантал, электролитический или монолитный
Полупроводники  
Д1, Д4 Высокоэффективный светодиод
Д2, Д5, Д6 1N4004 выпрямительный диод (1 А, 400 PIV)
Д3 Мостовой выпрямитель 3 А 100 В PIV
Д7, Д8 Выпрямитель 1N5401 (3 А, 100 В, PIV)
У1, У2 Регулируемый регулятор напряжения LM317 TO-220 в упаковке
Разное  
Т1 Трансформатор 24 В с отводом от средней точки от 1,0 до 1,5 А
F1 Плавкий предохранитель 1 А с задержкой срабатывания
SW1 Переключатель SPDT (3 амперных контакта)
Шнур питания, корпус, держатель предохранителя, радиаторы, дополнительные счетчики и т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2022 © Все права защищены.