Mạch cung cấp điện có thể điều chỉnh 0-40V - Hướng dẫn xây dựng

Nguồn cung cấp đa mục đích này tạo ra tới 2,5 ampe từ 0 đến 20 volt hoặc lên đến 1,25 ampe từ 0-40 volt. Giới hạn hiện tại có thể thay đổi trong toàn bộ phạm vi đối với một trong hai tùy chọn đầu ra.

Bởi Trupti Patil

Thông số kỹ thuật chính của nguồn điện:

MỘT CUNG CẤP ĐIỆN LÝ TƯỞNG phải cung cấp điện áp có thể thay đổi trong một phạm vi rộng và luôn ở trong điện áp đặt bất kể chênh lệch điện áp đường dây hoặc tải.

Nguồn cung cấp cũng phải an toàn không bị đoản mạch trong toàn bộ đầu ra của nó và có thể hạn chế dòng tải để đảm bảo rằng các thiết bị không bị hư hỏng do các trường hợp hỏng hóc.

Dự án cụ thể này giải thích một nguồn điện được thiết kế để cung cấp 2,5 ampe ở tối đa 18 vôn (lên đến 20 vôn ở dòng điện thấp hơn). Đồng thời, một vài sửa đổi cơ bản sẽ làm cho nguồn cung cấp lên tới 40 vôn ở 1,25 ampe.

Điện áp cung cấp có thể điều chỉnh từ 0 đến 'cao nhất hiện có, và giới hạn dòng điện cũng có thể được điều chỉnh trên toàn dải quy định. Chế độ hoạt động của bộ nguồn được biểu thị bằng hai đèn LED.

Nút gần núm điều chỉnh điện áp cho biết thiết bị có ở chế độ điều chỉnh điện áp bình thường hay không và nút gần núm điều chỉnh dòng điện cho biết thiết bị có đang ở chế độ giới hạn dòng điện hay không. Hơn nữa, một đồng hồ lớn hiển thị đầu ra hiện tại hoặc điện áp như được chọn bởi một công tắc.

ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ

Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, chúng tôi đã nghiên cứu các loại bộ điều chỉnh khác nhau và những mặt tích cực cũng như nhược điểm của mỗi loại để có thể chọn loại mang lại chức năng hiệu quả về chi phí hàng đầu. Các chiến lược cụ thể và tính năng của chúng có thể được tóm tắt như sau.

Bộ điều chỉnh shunt:

Bố cục này sẽ hoạt động chủ yếu đối với các nguồn cung cấp năng lượng thấp khoảng 10 đến_15 watt. Nó cung cấp khả năng điều tiết tuyệt vời và có khả năng chống đoản mạch bên trong tuy nhiên làm tiêu hao toàn bộ lượng điện năng mà nó được trang bị để xử lý trong điều kiện không tải.

Bộ điều chỉnh loạt.

Bộ điều chỉnh này phù hợp với nguồn điện trung bình khoảng 50 watt.

Nó có thể và dành cho các bộ nguồn cao hơn, mặc dù tản nhiệt có thể là một vấn đề đặc biệt ở dòng điện rất cao với điện áp đầu ra thấp.

Quy định tuyệt vời, nói chung là có tiếng ồn đầu ra nhỏ và chi phí tương đối nhỏ.

Bộ điều chỉnh SRC:

Lý tưởng cho các mục đích công suất trung bình đến cao, bộ điều chỉnh này cung cấp mức tiêu tán điện năng thấp, mặc dù độ gợn sóng đầu ra và thời gian đáp ứng gần như không tốt bằng bộ điều chỉnh nối tiếp.

Bộ tiền điều chỉnh SCR và bộ điều chỉnh loạt.

Các tính năng tốt nhất của SCR và bộ điều chỉnh loạt được kết hợp với loại mạch cung cấp điện này được sử dụng cho các ứng dụng công suất trung bình đến cao. Một bộ điều chỉnh trước SCR được sử dụng để đảm bảo một nguồn cung cấp được điều chỉnh gần đúng hơn mức khuyến nghị khoảng năm vôn, đi kèm với một bộ điều chỉnh loạt phù hợp.

Điều này làm giảm tổn thất điện năng trong bộ điều chỉnh loạt. Tuy nhiên, việc xây dựng sẽ tốn kém hơn rất nhiều.

Bộ điều chỉnh chuyển mạch.

Cũng được áp dụng cho các ứng dụng công suất trung bình đến cao, kỹ thuật này cung cấp khả năng điều chỉnh giá cả phải chăng và tiêu hao công suất thấp trong bộ điều chỉnh, tuy nhiên, cấu tạo và sở hữu gợn sóng tần số cao trên đầu ra khá đắt.

Cung cấp điện áp chuyển mạch.

Kỹ thuật thành công nhất của tất cả, bộ điều chỉnh này điều chỉnh nguồn điện để vận hành biến tần ở 20 kHz hoặc thậm chí hơn. Để hạ hoặc tăng điện áp, một máy biến áp ferit giá rẻ thường được sử dụng, đầu ra từ đó được chỉnh lưu và lọc để có được đầu ra DC ưa thích.

Điều chỉnh dòng là rất tốt nhưng nó chắc chắn có nhược điểm là nó không thể được áp dụng thuận tiện như một nguồn biến đổi vì nó chỉ có thể thích ứng trong một phạm vi tương đối nhỏ hơn.

THIẾT KẾ RIÊNG CỦA CHÚNG TÔI

Nguyên tắc thiết kế ban đầu của chúng tôi là dành cho nguồn điện khoảng 20 volt ở đầu ra 5 đến 10 ampe.
Phải nói rằng, trong bối cảnh các loại bộ điều chỉnh có sẵn, cũng như chi phí, người ta đã chọn giới hạn dòng điện ở khoảng 2,5 ampe.
Cách tiếp cận này đã giúp chúng tôi sử dụng bộ điều chỉnh hàng loạt, mô hình tiết kiệm chi phí nhất. Điều tiết tốt là cần thiết, cùng với tính năng hạn chế dòng điện có thể điều chỉnh, cộng với việc nó được chọn bổ sung để nguồn điện có thể hoạt động tốt ngay xuống gần như không vôn.

Để có được chất lượng cuối cùng, một đường ray cung cấp âm hoặc một bộ so sánh có thể chạy bằng cách sử dụng đầu vào của nó ở 0 volt là điều cần thiết. Trái ngược với việc sử dụng đường ray cung cấp âm, chúng tôi đã quyết định làm việc với bộ khuếch đại hoạt động IC CA3l30 làm bộ so sánh.

CA3l 30 cần một nguồn cung cấp duy nhất (tối đa là 15 volt) và ban đầu chúng tôi đã sử dụng một điện trở và zener l 2 volt để có được nguồn cung cấp 12 volt. Điện áp tham chiếu sau đó đã được tạo ra từ nguồn cung cấp zener này bằng một điện trở nữa và một zener 5 volt.

Người ta tin rằng điều này sẽ trình bày quy định đầy đủ cho điện áp tham chiếu tuy nhiên trên thực tế đầu ra từ bộ chỉnh lưu được xác định là thay đổi từ 21 đến 29 volt cộng với một số gợn sóng và chuyển đổi điện áp diễn ra trên zener 12 volt, kết quả là đã kết thúc được nhân bản vào tham chiếu zener 5 volt.

Vì lý do này, zener 12 volt đã được thay thế bằng bộ điều chỉnh lC để khắc phục sự cố.

Với tất cả các bộ điều chỉnh loạt, bóng bán dẫn đầu ra nối tiếp từ các đặc điểm của bố trí, phải tiêu tán nhiều năng lượng, đặc biệt ở điện áp đầu ra thấp và dòng điện cao. Đối với yếu tố này, một bộ tản nhiệt đáng kính là một phần quan trọng của cấu trúc.

Tản nhiệt công nghiệp cực kỳ đắt tiền và thường khó gắn vào. Kết quả là chúng tôi đã tạo ra một bộ tản nhiệt rất riêng của mình không chỉ có giá cả phải chăng hơn mà còn hoạt động tốt hơn rất nhiều so với biến thể thương mại mà chúng tôi đã nghĩ đến - dễ gắn hơn.

Tuy nhiên ở mức đầy tải, bộ tản nhiệt vẫn tiếp tục hoạt động ấm như máy biến áp. và trong các trường hợp điện áp thấp dòng cao, bóng bán dẫn thậm chí có thể trở nên quá nóng khi chạm vào.
Điều này là khá bình thường vì bóng bán dẫn trong các tình huống này vẫn hoạt động trong phạm vi nhiệt độ đã chọn của nó.

Cùng với bất kỳ nguồn cung cấp cực kỳ quy định nào, sự ổn định có thể là một khó khăn. Đối với động cơ này, chế độ điều chỉnh điện áp hoạt động, các tụ điện C5 và C7 được bao gồm để giảm thiểu độ lợi vòng lặp ở tần số cao và do đó tránh cho nguồn dao động.

Giá trị của C5 đã được chọn lý tưởng để bỏ qua giữa độ ổn định và thời gian phản ứng. Khi giá trị của C5 quá thấp, tốc độ phản ứng tăng lên.

Tuy nhiên, có một khả năng lớn hơn là thiếu ổn định. Nếu thời gian phản ứng tăng quá mức. Trong chế độ giới hạn dòng điện, C4 hoàn thành chức năng giống hệt nhau và các ý kiến ​​giống hệt nhau được thực hiện như đối với kịch bản điện áp.

Vì nguồn điện có khả năng tạo ra dòng điện tương đối cao, chắc chắn có thể có một số sụt áp trên hệ thống dây dẫn đến các đầu nối đầu ra, điều này được bù đắp bằng cách cảm nhận điện áp trên các cực đầu ra thông qua một bộ dây dẫn độc lập.

Mặc dù nguồn cung cấp chủ yếu được sản xuất cho 20 volt ở 2,5 ampe nhưng cuối cùng người ta khuyến nghị rằng nguồn cung cấp chính xác giống nhau có thể quen với việc cung cấp 40 volt ở 1,25 ampe và điều này có thể phù hợp hơn với nhiều người dùng cuối.

Điều này có thể được thực hiện bằng cách sửa đổi cài đặt của bộ chỉnh lưu và bằng cách thay đổi một vài thành phần. Một số ý tưởng đã được đưa ra để tạo ra nguồn cung cấp có thể chuyển đổi, tuy nhiên những phức tạp và giá cả bổ sung theo cách mà nó được coi là có lợi.

Do đó, về cơ bản bạn cần phải chọn cấu hình phù hợp với nhu cầu của bạn và xây dựng nguồn cung cấp khi cần thiết.

Điện áp điều chỉnh tối đa có thể truy cập bị hạn chế có thể do điện áp đầu vào cho bộ điều chỉnh quá giảm (với hơn 18 volt và 2,5 ampe) hoặc có thể từ tỷ lệ R14 / R15 và bởi giá trị của điện áp chuẩn. (Đầu ra = R14 + R15 / R15) V tham chiếu

Do khả năng chịu đựng của ZD1, có lẽ không thể truy cập được 20 volt hoàn chỉnh (hoặc 40 volt). Nếu nó được xác định giống như một tình huống, R14 phải được tăng lên giá trị ưu tiên tiếp theo.

Chiết áp một lượt đã được đưa ra cho các điều khiển điện áp và dòng điện do thực tế là chúng có giá cả phải chăng. Tuy nhiên, nếu cần thiết lập chính xác khả năng điều khiển điện áp hoặc dòng điện, thì nên áp dụng chiết áp mười vòng để thay thế.

LÀM THẾ NÀO NÓ HOẠT ĐỘNG

Nguồn điện 240 volt được giảm xuống 40 Vac thông qua máy biến áp và dựa trên nguồn cung cấp đã được phát triển, điều chỉnh thành 25 hoặc 5 Vdc.

Điện áp này thực sự là vừa phải vì điện áp thực tế sẽ khác nhau giữa 29 volt (58 volt) khi không tải đến 21 volt (42 volt) khi đầy tải.

Các tụ lọc giống hệt nhau được sử dụng trong cả hai trường hợp. Chúng được gắn song song cho biến thể 25 volt (5000uF) của bạn và nối tiếp cho kiểu 50 volt (1250uF). Trong mô hình 50 vôn, vòi trung tâm của máy biến áp sẽ được ghép với vòi trung tâm của tụ điện do đó đảm bảo điện áp chính xác. chia sẻ giữa các tụ điện. Thiết lập này cũng cung cấp nguồn cung cấp 25 volt cho bộ điều chỉnh lC.

Bộ điều chỉnh điện áp về cơ bản là một loại nối tiếp trong đó trở kháng của bóng bán dẫn nối tiếp được điều chỉnh theo phương pháp sao cho điện áp này trong suốt tải được giữ không đổi ở giá trị xác định trước.

Bóng bán dẫn Q4 tiêu tán rất nhiều năng lượng, đặc biệt ở điện áp đầu ra thấp và dòng điện cao và do đó nó được lắp đặt trên bộ tản nhiệt ở mặt sau của sản phẩm.

Bóng bán dẫn Q3 mang lại độ lợi hiện tại đến Q4, sự cộng tác hoạt động giống như bóng bán dẫn PNP công suất cao, độ lợi cao,. 25 volt được giảm xuống 12 volt thông qua ICI điều chỉnh mạch tích hợp. Điện áp này thường được sử dụng làm điện áp cung cấp cho CA3130 lC và nó cũng được hạ xuống 5,1 volt bởi diode zener ZDI để sử dụng làm điện áp tham chiếu.

Điều chỉnh điện áp được thực hiện bởi lC3 để kiểm tra điện áp được xác định bởi RV3 (O đến 5,1 'vôn) với điện áp đầu ra như chia cho R14 và R15. Bộ chia cung cấp mức chia 4,2 (O đến 21 vôn) hoặc tám (0 đến 40 vôn).

Mặt khác, ở phần cuối cao, điện áp có thể đạt được bị hạn chế đến mức bộ điều chỉnh quản lý để mất kiểm soát ở dòng cao khi điện áp qua tụ lọc đạt đến điện áp đầu ra cộng với một số gợn sóng 100 Hz cũng có thể được tìm thấy. Đầu ra của IC3 điều chỉnh bóng bán dẫn Q2 sau đó điều khiển bóng bán dẫn đầu ra theo cách mà điện áp đầu ra tiếp tục nhất quán bất kể chênh lệch dòng và tải. Tham chiếu 5,1 volt được cung cấp cho bộ phát từ Q2 đến Q1.

Bóng bán dẫn này thực sự là một giai đoạn đệm để ngăn chặn dòng 5,1 volt bị tải. Điều khiển dòng điện được thực hiện bởi IC2 phân tích điện áp được xác định bởi -RV1 (O đến 0,55 volt) bằng cách sử dụng điện áp được tạo ra xung quanh R7 bởi dòng tải.

Nếu nói 0,25 vôn được xác định trên RV1 và dòng điện lấy từ nguồn cung cấp nhỏ, thì đầu ra của IC2 sẽ gần 12 vôn. Điều này dẫn đến đèn LED 2 sáng lên vì bộ phát của Q1 ở mức 5,7 volt.

Do đó, đèn LED này báo hiệu rằng nguồn cung cấp này đang hoạt động trong chế độ điều chỉnh điện áp. Tuy nhiên, nếu dòng điều khiển được nâng cao theo cách mà điện áp xung quanh R7 nhỏ hơn 0,25 volt (trong hình minh họa của chúng tôi) thì đầu ra của IC2 có thể giảm xuống. Khi đầu ra của IC2 giảm xuống dưới khoảng 4 volt, Q2 bắt đầu tắt thông qua LED 3 và D5. Kết quả của việc này là giảm thiểu điện áp đầu ra để điện áp trên toàn R7 không thể tăng thêm.

Trong khi điều này diễn ra, bộ so sánh điện áp IC3 cố gắng khắc phục sự cố và đầu ra của nó tăng vọt lên 12 volt. IC2 sau đó tiêu thụ nhiều dòng điện hơn để bù và dòng điện này làm cho đèn LED 3 phát sáng, ngụ ý rằng nguồn cung cấp đang làm việc ở chế độ giới hạn dòng điện.

Để đảm bảo điều chỉnh chính xác, các đầu nối cảm biến điện áp được đưa đến các điểm đầu ra Độc lập với các đầu nối vận chuyển dòng tải. Đồng hồ bao gồm chuyển động một miliamp và đọc điện áp đầu ra (ngay lập tức dọc theo các đầu ra) hoặc dòng điện (bằng cách ‘đo điện áp xung quanh R7) như được chọn từ công tắc bảng điều khiển phía trước SV2

Bố trí PCB cho mạch cấp nguồn 40V

XÂY DỰNG

Cách bố trí PCB được đề xuất cho mạch cung cấp điện biến đổi 0-40V này phải được sử dụng vì quá trình xây dựng được thực hiện rất đơn giản.

Các thành phần phải được đặt cùng nhau trên bảng đảm bảo rằng các cực của điốt, bóng bán dẫn, lC và chất điện phân là phù hợp. BDl40 (Q3) phải được lắp đặt sao cho phía sử dụng bề mặt kim loại đối diện với hướng của lCl. Một bộ tản nhiệt nhỏ phải được bắt vít vào bóng bán dẫn như minh họa trong hình.

Nếu sử dụng đồ kim loại là chi tiết thì phải sử dụng đến việc sắp xếp lắp ráp.

a) Ghép bảng điều khiển phía trước vào mặt trước của khung và bắt vít chúng với nhau bằng cách lắp đồng hồ.

b) Cố định các đầu nối đầu ra, chiết áp và công tắc đồng hồ vào bảng điều khiển phía trước.

c) Các cực âm của đèn LED (mà chúng tôi đã áp dụng) đã được chỉ định bởi một rãnh bên trong thân mà không thể nhận thấy được khi đèn LED được lắp vào bảng điều khiển phía trước.

Nếu điều này xảy ra với tình huống của bạn, hãy giảm các cực âm cực nhỏ hơn một chút để nhận ra chúng sau đó lắp đặt các đèn LED vào đúng vị trí.

d) Hàn chiều dài dây (dài khoảng 180 mm) vào các đầu nối 240 volt của máy biến áp, cách điện các đầu nối bằng băng keo sau đó gắn máy biến áp vào vị trí bên trong khung.

f) Gắn dây nguồn và kẹp dây. đấu dây vào công tắc nguồn, cách điện các cực và sau đó gắn công tắc trên bảng điều khiển phía trước.

g) Cố định bộ tản nhiệt và vặn nó vào mặt sau của khung bằng cách sử dụng một vài bu lông - sau đó lắp bóng bán dẫn điện sử dụng vòng đệm cách điện và mỡ silicon.

h) Lắp đặt PCB đã lắp ráp trên khung sử dụng các miếng đệm 10 mm.

i) Nối dây thứ cấp máy biến áp, điốt chỉnh lưu và tụ lọc. Các dây dẫn diode đủ cứng để không thực sự muốn có thêm bất kỳ hỗ trợ nào.

j) Hệ thống dây điện liên quan đến bo mạch và các công tắc có thể đi vào bằng cách nối các điểm với các chữ cái phù hợp trong sơ đồ bảng điều khiển phía trước và sơ đồ lớp phủ linh kiện. Việc thiết lập duy nhất cần thiết là hiệu chuẩn máy đo. Mắc một vôn kế chính hãng vào bộ điều khiển đầu ra của nguồn điện để đồng hồ bên ngoài giải mã 1 5 vôn (hoặc 30 vôn trên thiết bị thay thế được thiết lập).

Danh sách bộ phận cho mạch cung cấp nguồn 40V 2 amp được đề xuất