0-40V instelbaar voedingscircuit - bouwtutorial

Probeer Ons Instrument Voor Het Oplossen Van Problemen





Deze multifunctionele voeding voor algemeen gebruik genereert maar liefst 2,5 ampère van 0 tot 20 volt of tot 1,25 ampère van 0-40 volt. De stroombegrenzing is variabel binnen het gehele bereik voor beide uitvoeropties.

Door Trupti Patil



0-40V instelbare voeding vooraanzicht

Hoofdspecificaties voeding:

Technische specificaties voor de 0-40V-voeding



EEN IDEALE VOEDING moet een spanning leveren die variabel is binnen een breed bereik en die binnen de ingestelde spanning blijft, ongeacht de netspanning of belastingsverschillen.

De voeding moet ook veilig zijn tegen kortsluiting gedurende de hele output en in staat zijn om de belastingsstroom te beperken om ervoor te zorgen dat apparaten niet worden beschadigd door falende omstandigheden.

Dit specifieke project legt een voeding uit die is ontworpen om 2,5 ampère te leveren bij maximaal 18 volt (tot 20 volt bij lagere stromen). Tegelijkertijd zorgen een paar basisaanpassingen ervoor dat de voeding maar liefst 40 volt bij 1,25 ampère biedt.

De voedingsspanning is instelbaar tussen nul en ‘de hoogst beschikbare spanning, en de stroombegrenzing kan ook worden aangepast over het voorgeschreven volledige bereik. De werking van de voeding wordt aangegeven door middel van twee LED's.

De knop bij de spanningsregelknop geeft aan of de unit zich in de normale spanningsregelingsinstelling bevindt en die bij de stroombegrenzingsknop geeft aan of de unit in de stroomlimietmodus staat. Verder toont een grote meter de stroom- of spanningsoutput zoals geselecteerd door een schakelaar.

ONTWERPKENMERKEN

Tijdens onze voorlopige ontwerpfasen hebben we verschillende soorten regelaars en de positieve aspecten en nadelen van elk onderzocht om degene te kiezen die de beste kosteneffectieve functionaliteit biedt. De specifieke strategieën en hun kenmerken kunnen als volgt worden samengevat.

De shuntregelaar:

Deze lay-out zou voornamelijk werken voor laagspanningsbronnen van ongeveer 10 tot 15 watt. Het biedt uitstekende regulering en is intern kortsluitvast, maar voert het volledige volume af dat het onder nullast kan verwerken.

De serie-regulator.

Deze regelaar past op middelgrote voedingen van ongeveer 50 watt.

Het kan en is bedoeld voor hogere voedingen, hoewel warmtedissipatie een probleem kan zijn, vooral bij zeer hoge stroomsterkte met lage uitgangsspanningen.

Regelgeving geweldig, over het algemeen is er weinig uitgangsruis en zijn de kosten relatief minimaal.

SRC-regelaar:

Deze regelaar is ideaal voor middelhoge tot hoge vermogensdoeleinden en biedt een lage vermogensdissipatie, hoewel de outputrimpel en responstijd lang niet zo goed zijn als die van een serieregelaar.

SCR-voorregelaar en serieregelaar.

De allerbeste eigenschappen van de SCR- en serieregelaars worden gecombineerd met dit soort voedingscircuits dat wordt gebruikt voor toepassingen met gemiddeld tot hoog vermogen. Een SCR-voorregelaar wordt gebruikt om een ​​ruwweg geregelde voeding te verzekeren van ongeveer vijf volt hoger dan aanbevolen, vergezeld van een geschikte serieregelaar.

Dit vermindert vermogensverlies in de serieregelaar. Het is echter veel duurder om te bouwen.

Schakelregelaar.

Deze techniek, die ook wordt toegepast voor toepassingen met een middelhoog tot hoog vermogen, biedt betaalbare regeling en een lage vermogensdissipatie in de regelaar, maar is prijzig om te bouwen en heeft een hoogfrequente rimpel op de uitgang.

Geschakelde voeding.

De meest succesvolle techniek van allemaal, deze regelaar corrigeert het lichtnet om een ​​omvormer te laten werken op 20 kHz of zelfs meer. Om de spanning te verlagen of te verhogen, wordt gewoonlijk een goedkope ferriet-transformator gebruikt, waarvan de uitvoer wordt gelijkgericht en gefilterd om de gewenste gelijkstroomuitgang te krijgen.

Lijnregeling is erg goed, maar het heeft zeker de keerzijde dat het niet gemakkelijk kan worden toegepast als een variabele bron, omdat het gewoon kan worden aangepast over een relatief kleiner bereik.

ONS EIGEN ONTWERP

0-40V instelbaar voedingsschema

0-40V Voeding Transformator Diode Bedradingsdetails

Ons aanvankelijke ontwerpprincipe was voor een voeding van ongeveer 20 volt bij een uitvoer van 5 tot 10 ampère.
Dat gezegd hebbende, in het licht van de beschikbare varianten van regelaars en de kosten, is ervoor gekozen om de stroom te beperken tot ongeveer 2,5 ampère.
Deze aanpak hielp ons om een ​​serieregulator te gebruiken, het meest kosteneffectieve model. Een goede regeling was nodig, samen met een instelbare stroombegrenzingsfunctie, en er werd bovendien voor gekozen dat de voeding tot praktisch nul volt werkbaar zou kunnen zijn.

Om de definitieve kwalificatie te krijgen, is een negatieve voedingsrail of een comparator die kan draaien met behulp van de ingangen op nul volt essentieel. In plaats van een negatieve voedingsrail te gebruiken, hebben we besloten om te werken met een CA3l30 IC operationele versterker als comparator.

De CA3l 30 heeft een enkele voeding nodig (maximaal 15 volt) en in het begin hebben we gebruik gemaakt van een weerstand en l 2 volt zener om een ​​12 volt voeding te krijgen. De referentiespanning was toen gecreëerd uit deze zenervoeding door nog een weerstand en een 5 volt zener.

Aangenomen werd dat dit een adequate regeling zou hebben opgeleverd voor de referentiespanning, maar praktisch werd vastgesteld dat de uitvoer van de gelijkrichter veranderde van 21 naar 29 volt plus een deel van de rimpel- en spanningsomschakeling die plaatsvond over de 12 volt zener, als resultaat, eindigde. wordt gespiegeld in de 5 volt zener-referentie.

Om deze reden is de 12 volt zener vervangen door een lC-regelaar die het probleem heeft verholpen.

Bij alle serieregelaars zou de serie-uitgangstransistor van de kenmerken van de lay-out veel vermogen moeten dissiperen, vooral bij lage uitgangsspanning en hoge stroom. Voor deze factor is een respectabel koellichaam een ​​belangrijk onderdeel van de structuur.

Industriële koellichamen zijn ongelooflijk duur en vaak een uitdaging om te bevestigen. Als resultaat hebben we ons eigen koellichaam gemaakt dat niet alleen betaalbaarder was, maar ook een stuk beter functioneerde dan de commerciële variant waar we aan hadden gedacht - eenvoudiger te bevestigen.

Desalniettemin blijft het koellichaam bij volledige belasting warm werken, net als de transformator. en onder omstandigheden met hoge stroom en lage spanning zou de transistor zelfs veel te sissend kunnen worden om aan te raken.
Dit is redelijk normaal aangezien de transistor in deze situaties nog steeds functioneert binnen het geselecteerde temperatuurbereik.

Samen met een extreem gereguleerd aanbod kan stabiliteit een probleem zijn. Voor dit motief zijn de spanningsregelingsmodus, condensatoren C5 en C7 opgenomen om de lusversterking bij hoge frequenties te minimaliseren en daarom te voorkomen dat de voeding oscilleert.

De waarde van C5 is gekozen voor een ideale bezuiniging tussen stabiliteit en reactieperiode. Als de waarde van C5 te laag is, neemt de reactiesnelheid toe.

Er bestaat echter een grotere kans op een gebrek aan stabiliteit. Als de reactietijd te veel wordt verlengd. In de stroomlimietmodus wordt de identieke functionaliteit gecompleteerd door C4 en worden exact dezelfde adviezen geïmplementeerd als voor het spanningsscenario.

Aangezien de voeding een relatief hoge stroomafgifte heeft, kan er ongetwijfeld een spanningsval zijn over de bedrading naar de uitgangsaansluitingen. Dit wordt gecompenseerd door de spanning op de uitgangsaansluitingen te detecteren via een onafhankelijke set draden.

Hoewel de voeding voornamelijk werd geleverd voor 20 volt bij 2,5 ampère, werd het uiteindelijk aanbevolen om exact dezelfde voeding te gebruiken om 40 volt bij 1,25 ampère te leveren en dat dit voor veel eindgebruikers geschikter kan zijn.

Dit kan worden bereikt door de instellingen van de gelijkrichter te wijzigen en door enkele componenten te wijzigen. Er werd een idee gegeven om het aanbod schakelbaar te maken, maar de extra complexiteit en prijs waren zodanig dat het als voordelig werd genegeerd.

Daarom moet u in principe een configuratie kiezen die past bij uw vraag en het aanbod zo nodig opbouwen.

De maximaal toegankelijke geregelde spanning wordt mogelijk beperkt doordat de ingangsspanning naar de regelaar te laag is (met meer dan 18 volt en 2,5 ampère) of misschien door de verhouding R14 / R15 en door de waarde van de referentiespanning. (Uitgang = R14 + R15 / R15) V ref

Vanwege de tolerantie van ZD1 is de volledige 20 volt (of 40 volt) waarschijnlijk niet toegankelijk. Als het wordt geïdentificeerd als een situatie, moet R14 worden verhoogd tot de volgende begunstigde waarde.

Vanwege het feit dat ze betaalbaar zijn, zijn er enkeltraps potmeters voor de spannings- en stroomregelaars. Als een nauwkeurige instelbaarheid van de spannings- of stroomregeling nodig is, moeten potentiometers met tien omwentelingen als vervanging worden toegepast.

HOE HET WERKT

De 240 volt netspanning wordt via de transformator teruggebracht naar 40 Vac en, op basis waarvan de voeding is ontwikkeld, gelijkgericht naar 25 of 5 Vdc.

Deze spanning is eigenlijk matig, aangezien de werkelijke spanning zal verschillen tussen 29 volt (58 volt) bij nullast en 21 volt (42 volt) bij volledige belasting.

De identieke filtercondensatoren worden in beide situaties gebruikt. Deze zijn parallel geschakeld voor uw 25 volt variant (5000uF) en in serie bedoeld voor het 50 volt model (1250uF). Bij het 50 volt-model wordt de middenaftakking van de transformator gekoppeld aan de middenaftakking van de condensatoren, waardoor een nauwkeurige spanning wordt gegarandeerd. delen onder de condensatoren. Deze opstelling biedt bovendien een 25 volt voeding aan de regelaar lC.

De spanningsregelaar is in wezen een serietype waarin de impedantie van de serietransistor op een zodanige manier wordt geregeld dat deze spanning tijdens de belasting constant op de vooraf bepaalde waarde wordt gehouden.

De transistor Q4 dissipeert veel vermogen, vooral bij lage uitgangsspanningen en hoge stroomsterkte, en wordt daarom op het koellichaam aan de achterkant van het product geïnstalleerd.

Transistor Q3 brengt stroomversterking naar Q4, de samenwerking presteert als een high-power, high-gain PNP-transistor. De 25 volt wordt verlaagd tot 12 volt via de geïntegreerde circuitregelaar ICI. Deze spanning wordt gewoonlijk gebruikt als de voedingsspanning voor de CA3130 lC's en wordt bovendien verlaagd tot 5,1 volt door zenerdiode ZDI om als referentiespanning te gebruiken.

De spanningsregeling wordt uitgevoerd door IC3 die de spanning onderzoekt zoals bepaald door RV3 (0 tot 5,1 'volt) met de uitgangsspanning zoals gedeeld door R14 en R15. De verdeler biedt een verdeling van 4,2 (0 tot 21 volt) of acht (0 tot 40 volt).

Aan de andere kant is in het hoge bereik de verkrijgbare spanning beperkt tot het punt dat de regelaar erin slaagt de controle te verliezen bij hoge stroom als de spanning door de filtercondensator de uitgangsspanning bereikt, plus een rimpel van 100 Hz kan ook worden gevonden. De uitgang van IC3 regelt transistor Q2 die vervolgens de uitgangstransistor zodanig bestuurt dat de uitgangsspanning consistent blijft, ongeacht lijn- en belastingsverschillen. De referentie van 5,1 volt wordt aangeboden aan de emitter van Q2 tot en met Q1.

Deze transistor is eigenlijk een buffertrap om te voorkomen dat de 5,1 volt-lijn wordt belast. De stroomregeling wordt uitgevoerd door IC2 die de spanning analyseert die wordt bepaald door -RV1 (0 tot 0,55 volt) met behulp van de spanning die rond R7 wordt gecreëerd door de belastingsstroom.

Als bijvoorbeeld 0,25 volt is gedefinieerd op RV1 en de stroom die wordt afgenomen van de voeding is klein, dan zal de output van IC2 bijna 12 volt zijn. Dit leidt ertoe dat LED 2 gaat branden aangezien de emitter van Q1 op 5,7 volt staat.

Deze LED geeft dus aan dat deze voeding functioneert binnen de spanningsregelaarmodus. Als echter de aangestuurde stroom zodanig wordt verhoogd dat de spanning rond R7 iets meer is dan 0,25 volt (in onze illustratie), kan de output van IC2 dalen. Zodra de output van IC2 onder ongeveer 4 volt zakt, begint Q2 uit te schakelen via LED 3 en D5. Het resultaat hiervan zou zijn om de uitgangsspanning te minimaliseren, zodat de spanning door R7 niet meer kan stijgen.

Terwijl dit gebeurt, probeert de spanningscomparator IC3 het probleem op te lossen en zijn output stijgt naar 12 volt. IC2 verbruikt dan meer stroom om aan te vullen en deze stroom zorgt ervoor dat LED 3 gaat oplichten, wat impliceert dat de voeding in de stroomlimietmodus werkt.

Om een ​​nauwkeurige regeling te garanderen, worden de spanningsdetectieterminals aan de uitgangspunten geleverd, onafhankelijk van degenen die de belastingsstroom transporteren. De meter bevat een beweging van één milliampère en leest de uitgangsspanning (direct langs de uitgangsklemmen) of stroom (door 'de spanning rond R7 te meten) zoals gekozen met de schakelaar op het frontpaneel SV2

PCB-layout voor het 40V-voedingscircuit

0-40V instelbare printplaat voor voeding

0-40V voeding printplaat component overlay

BOUW

De voorgestelde PCB-indeling voor dit 0-40V variabele voedingscircuit moet worden gebruikt, aangezien de constructie daarbij enorm vereenvoudigd is.

De componenten moeten op het bord worden samengevoegd en ervoor zorgen dat de polariteiten van diodes, transistors, lC's en elektrolytica correct zijn. De BDl40 (Q3) moet zo worden geïnstalleerd dat de zijde die het metalen oppervlak gebruikt in de richting van lCl wijst. Een klein koellichaam moet op de transistor worden vastgeschroefd, zoals weergegeven in de afbeelding.

Als het metaalwerk zoals beschreven wordt gebruikt, moet de montage worden uitgevoerd.

0-40V meteraansluiting

a) Verbind het voorpaneel met de voorkant van het frame en schroef ze met elkaar vast door de meter te monteren.

b) Bevestig de uitgangsklemmen, potmeters en meterschakelaar op het frontpaneel.

c) De kathodes van de leds (die we hebben aangebracht) waren aangeduid met een inkeping in het lichaam die niet opgemerkt kon worden terwijl de leds op het frontpaneel waren aangebracht.

Als dit het geval is bij de uwe, verkleint u de kathodeklemmen iets kleiner om ze te herkennen, waarna u de LED's op hun plaats installeert.

d) Soldeer stukken draad (ongeveer 180 mm lang) aan de 240 volt klemmen van de transformator, isoleer de klemmen met tape en bevestig de transformator op zijn plaats in het frame.

f) Monteer het netsnoer en de snoerclip. bedraad de stroomschakelaar, isoleer de aansluitingen en bevestig daarna de schakelaar op het voorpaneel.

g) Bevestig het koellichaam en schroef het op de achterkant van het frame met behulp van een paar bouten - installeer daarna de vermogenstransistor met behulp van isolatieringen en siliconenvet.

h) Installeer de geassembleerde PCB op het frame met behulp van afstandhouders van 10 mm.

i) Bedraad de secundaire transformator, de gelijkrichterdiodes en de filtercondensatoren. De diodekabels zijn stijf genoeg om niet echt extra ondersteuning te willen.

j) De bedrading tussen het bord en de schakelaars kan nu binnenkomen via aansluitpunten met overeenkomende letters in het diagram op het voorpaneel en de overlay-diagrammen van de componenten. De enige vereiste instelling is het kalibreren van de meter. Sluit een echte voltmeter aan op de uitgangsregeling van de voeding, zodat de externe meter 15 volt ontcijfert (of 30 volt bij de alternatieve opstelling).

Onderdelenlijst voor het voorgestelde 40V 2 amp-voedingscircuit

Onderdelenlijst 0-40V voeding




Een paar: 3 solid-state enkele IC 220V instelbare voedingscircuits Volgende: 2 Compact 12V 2 Amp SMPS-circuit voor LED-driver