Лабораторный блок питания с регулировкой тока и напряжения
Лабораторный блок питания может пригодится практически каждому радиолюбителю для отладки и работы с электроникой. В данной статье мы рассмотрим сборку лабораторного блока питания, схема которого довольно известна в сети интернет. Схема является довольно популярной, была собрана множеством радиолюбителей по всему миру. В виду её популярности, в Китае так же наладили производство кит-набора, с помощью которого можно спаять схему, немного сэкономив на времени при изготовлении печатной платы, и поиске компонентов. Я решил заказать этот набор, и посмотреть что из этого получится. В блоке питания имеется регулировка как по току, так и напряжению. Данный пост будет содержать минимум теории, и больше фото для показа что в итоге получилось.
Принципиальная схема блока питания:
Схема найдена в интернете, некоторые компоненты на схеме выше заменены советскими аналогами, в целом схема идентична.
Сам набор с компонентами добрался в таком виде:
Перед началом сборки выяснилось что некоторые компоненты пришли ни тех номиналов.
Что касается подобного рода посылок, то это довольно распространённая практика. Поэтому рекомендуется всегда проверять элементы перед сборкой. В моём случае шунтирующий резистор (R7) оказался 47 Ом, а должен быть 0.47 Ом. Кроме того операционники оказались с дефектом, и после сборки не регулировалось напряжение и ток. Всё исправилось заменой этих компонентов. Читал в интернете, у некоторых схема начинает работать сразу после сборки. У некоторых приходят с дефектами или неправильными номиналами элементов. Очевидно, мне попалось и то и другое, в общем с ситуацией разобрался, и плата собрана и работает.
На схеме так же имеется стабилизатор напряжения 7824, я решил заменить его на 7812, который будет выдавать 12 В для запитки куллера + индикатора напряжения и тока.
В качестве трансформатора временно решил использовать от старого бесперебойника. Плата вывозит нагрузку на 3А, однако легко дорабатывается некоторой заменой компонентов. После этого при необходимости можно повысить выдаваемый ток блоком питания.
Протестировав схему, стало понятно, что радиатор на выходном транзисторе маловат в своих габаритах, и не справляется с рассеиванием тепла. После чего решил прикрутить транзистор на радиатор от старого 478-го процессора. Как положено, с использованием термопасты для лучшей проводимости, т.к. узел весьма показался мне уязвимым в вопросе перегрева.
Решил повесить нагрузку в пару ампер на блок питания, посмотреть как быстро будет греться радиатор на транзиcторе. Минуты две при такой нагрузке радиатор спокойно рассеивает температуру после чего уже требуется принудительное охлаждение. Решил немного доработать охлаждение радиатора, и вместо того, чтобы вентилятор жужал постоянно, сделал схему, которая будет включать его при пиковых нагрузках. В сети интернет есть схема, которая реализована за счёт необычной способности транзистора КТ315 менять свои свойства при смене температуры.
Схема регулятора оборотов вентилятора охлаждения:
Собрал эту схему довольно быстро, она так же популярна в сети интернет.
Особенность этой схемы в том, что в качестве датчика выступает транзистор КТ315. Этот транзистор к счастью оказался под рукой. Что касается VT2 то я решил заменить его современным аналогом, т.к. в магазинах всё реже можно найти детали старой базы.
Самое время делать корпус для блока питания и собирать это всё дело в кучу. Т.к. под рукой оказался корпус от бесперебойника компьютера, решил попробовать затолкать в него все компоненты, а так же сделать более правильную «морду», с регуляторами индикаторами и тумблером.
Переменные резисторы решил заказать другие, т.к. регулировка с многооборотистым резистором гораздо плавнее. В ходе испытаний выяснилось что индикатор напряжения имеет погрешность 0,01В, а вот что касается тока, то там наблюдается нелинейность в измерении. Исправляется пайкой одной перемычки на плате (в сети много об этом есть постов). Крепёж под «бананы», а так же тумблер включения питания.
Вот такая тушка под корпус лабораторника, переднюю и заднюю панель я открутил, так как она не пригодится, и панели у прибора будут другие.
В качестве материала для панели решил взять гетинакс, толщиной 5 мм. Причина такого выбора в том что его легко обрабатывать, диэлектрик, да и оказался под рукой.
Отверстия сверлились свёрлами и отрезными дисками для бор машины. Процесс изготовления корпуса — творческий, а поэтому в моём случае затянуться на больше чем ожидалось).
Элементы на панели вырезанные из листа гетинакса не стыковались с отверстиями которые были на железном корпусе. Таким образом чтобы разместить элементы потребовалось так же немного подрезать сам металлический корпус.
Урезая корпус под нужды элементов управления, это его значительно ослабляет в плане жесткости. Я же стремился сделать его более надёжным и качественным. В итоге простая переделка перешла в фазу «глубокой» переделки, в ходе чего была срезана задняя панель полностью, и добавлены рёбра жесткости.
Для примерки первый крепёж был сделан что называется на «шару» для того чтобы немного прикинуть размещение элементов.
В ходе чего было выяснено, что так же потребуется сделать дополнительную планку по центру, чтобы прикрутить к ней два радиатора, и пару схем.
Article2
Сделал всё как задумал, хоть и можно было проще затолкать как получиться, но хотелось сделать как виделось правильным. Оставил запас места под трансформатор большего размера. Сам трансформатор разместил по центру, для более правильной развесовки прибора, а так же рассеивания тепла. Радиатор разместил ближе к задней стенке где находится вентилятор кулера. Сама плата блока питания так же находится ближе к кулеру. Плата управления ближе к передней панели, и в таком положении, чтобы место в центральной части где находится трансформатор оставалась в запасе.
Немного творческого беспорядка, на пару дней, в итоге подогнал все элементы по местам, и спаял узлы в последствии. Радиатор изолировал от корпуса, в итоге были сделаны специальные посадочные площадки из гетинакса которые одной стороной крепились к корпусу другой к радиатору.
Получился некий пазл, которой держал всё это дело прочно на своих местах.
После первой сборки и спайки самоё время проверить работоспособность прибора. После сборки прибор включился но регулировалось напряжение и ток. В итоге выяснилось, что многооборотистые резисторы были припаяны немного неправильно, и это дело быстро исправилось. В целом, всё практически готово. Датчик регулятора скорости вращения вентилятора (транзистор КТ315) так же был прикручен около выходного транзистора блока питания, который размещался на радиаторе. Таким образом он быстрее реагирует на смену температуры выходного транзистора не дожидаясь нагрева всего радиатора.
Регуляторы на переменные резисторы мне показались довольно габаритными для этой панели, поэтому ставить их пока не стал, и заказал другие специальные для данного типа резисторов.
Вот такой получился танк. На задней панели сделаны отверстия под для вентилятора, предохранитель, а так же гнездо питания на 220 В. Центральный контакт гнезда как и положено заземлил на корпус блока питания.
Хотя в наших розетках и нету третей точки — заземления, но пускай будет хотя бы в приборе, на будущее.
Проводка в блоке так же была связана, чтобы не было механического воздействия на места припоя при эксплуатации прибора.
В дальнейшем прибор так же планируется дорабатываться и в плане мощности, и возможно немного по внешнему виду. А пока результат он выглядит таким вот образом.
Сама плата с базовыми элементами способна выдавать от 0 до 30 Вольт, с током от 0 до 3 Ампер. Осциллограммы к сожалению показать не могу, т.к. нет осциллографа под рукой. Конечно это не много, ну и не мало тоже. По этой причине в дальнейшем планируется доработка в сторону увеличения мощности, путем замены элементной базы, от трансформатора до транзисторов. Разумеется насколько это позволят сами дорожки платы.
Теги:
- ЛБП
Электровоз ВЛ 85 — Блок питания БП-6
Блок питания БП-6 предназначен для обеспечения питания цепей управления, освещения, сигнализации, радиостанций и подзаряда аккумуляторной батареи.
Предусмотрено также быстродействующее автоматическое переключение цепей нагрузки с выпрямителя на аккумуляторную батарею и обратно. Технические данные блока питания следующие:
Номинальное входное напряжение переменного тока, В Диапазон изменения входного напряжения, В Номинальная частота питающего напряжения, Гц Максимальная потребляемая мощность, кВт, не более Назначение выходных каналов:
I и II
Номинальное напряжение на выходах 1 и 11, В
режим стабилизации напряжения на нагрузке с подзаря-дом аккумуляторной батареи 380
питание цепей нагрузки подзаряд батареи 50
Допустимое отклонение напряжения от номинального в диапазоне рабочих токов и температур (-604- +60) °С на выходах I и II, В ±2,5 Возможные предельные мгновенные значения напряжения при переходных процессах, В, иа выходе:
I 0-170
II 0-150 Уставка ограничения напряжения подзаряда аккумуляторной батареи на выходе III, В, при температуре, °С:
выше -10 65-67
ниже -10 не более 80 Коэффициент пульсаций напряжения, %, не более, на выходе:
I 100
II 90
III 0-12 Диапазон рабочих токов, А, на выходе:
I 14,5-65
II 1,5-40 Максимальный ток, А, не более, на выходе:
I
II III
Блок питания (рис.
7.45) представляет собой металлическую конструкцию массой 375 кг с габаритными размерами, мм: высота- 1350±6, ширина — 726 ±4, глубина — 700±4. .
Каркас блока питания состоит из двух частей, которые соединены механически при помощи болтовых соединений и электрически — рейкой с зажимами Х2.
В нижней части каркаса размещают блок 3 трансформаторного оборудования БТО-038, в котором установлены питающий трансформатор ТР-214 и сглаживающий дроссель ДС-1. В верхней части каркаса на лицевой стороне — панели: приборная 1 и с элементами 2.
Приборную панель 1 крепят к каркасу при помощи шарнирного соединения, что дает ей возможность откидываться вперед на угол примерно 90°. На ней устанавливают вольтметр М1611 (РУ) со шкалой 0-150 В, амперметр М1611 {РА) со шкалой 75-0-75 А, три тумблера, две кнопки, вилку для подключения диагностического устройства с помощью разъема СШР32П10ЭШ4 и три переменных резистора ППБ-25Е (Я8, Я10, ЯП- рис.
За панелью расположен регулятор напряжения (РН), который крепят к каркасу при помощи четырех болтов. Электрическое соединение регулятора напряжения со схемой блока осуществляют через разъем штепсельного типа СШР48П26ЭШЗ.
На панели с элементами 2 установлены два рубильника для переключения режимов работы и два плавких предохранителя защиты аккумуляторной батареи. Панель крепят к каркасу на петлях, что позволяет ей откидываться вперед на угол примерно 60°, и закрывают декоративной крышкой.
На задней стороне каркаса расположен тиристорно-диодный преобразователь, собранный на гетинаксовой панели
из четырех тиристоров Т171-320-8УХЛ2 и трех диодов ДЛ171-400-8УХЛ2 с охладителями 0281-110.
Над преобразователем размещены контактор электромагнитный МК-8 (КМ), резистор Я5, трансформатор тока ТТ-222 (Т2), токоограничивающий реактор Р-72 (ЬЗ) и панель с резисторами Я6, Я7.
Для подключения внешнего монтажа блок питания снабжен тремя рейками с выводами: XI- цепи 380 В, ХЗ- силовые цепи 50 В и аккумуляторная батарея, Х4- слаботочные цепи 50 В.
Принципиальная электрическая схема блока питания БП-6 приведена иа рис. 7.46, а перечень элементов в приложении 4.
Переменное напряжение частотой 50 Гц от обмотки собственных нужд силового трансформатора ОДЦЭ-1000/25-82УХЛ2 поступает на выводы 1-2 XI при помощи контактора питания на первичную обмотку трансформатора 77 блока питания. Со вторичной обмотки 77 напряжение поступает на тиристорно-ди-одный преобразователь, включающий в себя управляемый VI, У2 и неуправляемый УЗ-У5 выпрямители, а также прямой У7 и обратный У8 тиристорные ключи. Неуправляемый выпрямитель УЗ-У5 выполнен по схеме двухполупериодного выпрямления с нулевой точкой; управляемый — VI, У2 собран по схеме несимметричного моста с использованием плеч УЗ, У4 неуправляемого выпрямителя.
осуществляется регулятором напряжения (РН), обеспечивающим автоматическое поддержание выпрямленного напряжения на выходах I, II в заданных пределах.
Для обеспечения режимов заряда аккумуляторной батареи в ее цепь включен прямой тиристорный ключ V7, соединенный последовательно с токоограни-чивающим реактором L3 и трансформатором тока Т2. Тиристор V7 обеспечивает импульсное регулирование напряжения заряда, разделение цепей нагрузки и заряда аккумуляторной батареи. Благодаря импульсному заряду аккумуляторов амплитудным значением выпрямленного напряжения среднее за период значение напряжения на аккумуляторной батарее превышает среднее за период значение напряжения на выходе выпрямителя. Это обеспечивает автоматическое поддержание заданного напряжения заряда при колебании питающего. Напряжение заряда аккумуляторной батареи в зависимости от температуры окружающей среды может изменяться с помощью тумблера S5, который при 1< -10 °С должен быть переведен во включенное положение.
Защиту аккумуляторной батареи от КЗ осуществляют быстродействующими предохранителями F1 и F2. Питающий трансформатор 77 и выпрямители VI- V5 защищены от КЗ при помощи плавкого предохранителя F15 типа ПР-2Х/12 иа 35 А, установленного на панели предохранителей в блоке силовых аппаратов.
Схема регулятора напряжения (РН) собрана на гетинаксовой панели с использованием печатного и навесного мон-тажей и состоит из следующих функциональных узлов: регулятора напряжения цепей 50 В;
тиристорного импульсного регулятора напряжения и тока заряда аккумуляторной батареи;
узла управления обратным тиристор-иым ключом.
‘
Регулятор напряжения предназначен для формирования, усиления и выдачи импульсов иа открытие тиристоров VI и У2 управляемого выпрямителя. Принцип его действия заключается в автоматическом изменении фазы импульсов управления в зависимости от напряжений на входе и выходе устройства. Это осуществляется путем изменения времени разряда конденсаторов СЗ и С4 во время-задающих #С-цепочках. Разряд каждого из конденсаторов СЗ и С4 происходит по двум цепям, одна из которых неуправляемая, а другая — управляемая сигналом связи по напряжению, снимаемому с потенциометра ЯП на лицевой панели 2.
На выходе неуправляемой времязада-ющей #С-цепи включен двухкаскадиый транзисторный ключ. Он открывается в момент окончания разряда конденсатора и выдает управляющий сигнал на соответствующий ему тиристор VI или У2. Параметры неуправляемых разрядных цепей этих конденсаторов выбраны таким образом, чтобы при отключенной управляемой цепи разряда выходное напряжение составляло около 40 В.
Заряд конденсаторов СЗ и С4 осуществляют в нерабочие для тиристоров VI и У2 полупериоды питающего напряжения от 77/4-6 через диоды У7 и У8 до импульсного значения напряжения на этой обмотке. В рабочие полупериоды питающего напряжения конденсатор СЗ разряжается через резисторы R9-R11 и база-эмиттерный переход транзистора У5; конденсатор С4- через резисторы R12-R14 и база-эмиттериый переход транзистора У6 до уровня опорного напряжения на стабилитроне У11.
Одновременно происходит дополнительный разряд этих конденсаторов через транзисторы У13 и У14, управляемые сигналами обратной связи по напряжению на выходе БП. В зависимости от состояния транзисторов У13 и У14 изменяется общее сопротивление разрядной цепи, а следовательно, и.
постоянная времени разряда конденсаторов СЗ и С4. В периоды протекания тока разряда конденсаторов СЗ и С4 транзисторы V5 и V6 открыты, V3 и V4 закрыты.
При снижении напряжения иа конденсаторах СЗ и С4 до уровня опорного на стабилитроне VII происходят открытие соответствующего транзистора V3 или V4 и выдача импульсов управления через импульсный трансформатор 77 или Т2 на соответствующий силовой тиристор VI или V2. Время» закрытого состояния транзисторов УЗ и У4 определяет фазу импульсов управления в соответствующие полупериоды питающего напряжения.
При снижении напряжения на выходе блока питания пропорционально снижается напряжение обратной связи и в случае снижения ниже опорного на стабилитроне У12 транзистор У13 закрывается, а У14 открывается. Это приводит к снижению общего разрядного сопротивления и соответственно снижению времени разряда конденсаторов СЗ и С4. Уменьшение фазы открытия силовых тиристоров VI и V2 ведет к увеличению напряжения на выходе БП.
При повышении напряжения на выходе блока происходит обратный процесс. Таким образом осуществляется стабилизация напряжения иа выходе блока питания. Благодаря большому усилению транзисторного каскада V13- У14 и высокой стабильности опорного стабилитрона У12 обеспечивается высокая точность стабилизации напряжения при широком диапазоне изменения режимов эксплуатации.
Импульсный регулятор напряжения и тока заряда аккумуляторов содержит основной прямой тиристорный ключ У7 (тиристорно-диодный преобразователь) и вспомогательный У 22 (РН). Последний предназначен для обеспечения ограничения зарядного тока и стабилизации напряжения на аккумуляторной батарее в режиме ее заряда.
Принцип действия этого регулятора основан на регулировании скважности открытого состояния прямого тиристорного ключа У7, управление которым осуществляют в каждый полупериод питающего напряжения по цепи: плюс выпрямителя — провод 12 — конденсатор С12- резисторы Р.
35-9.37- диод У 28- провод 40- управляющий переход тиристора У7- аккумуляторная батарея — минус выпрямителя. При запертом вспомогательном тиристориом ключе У22 основной тирнсторный ключ У7 открывается каждый полупериод питающего .напряжения и пропускает импульсы тока заряда аккумуляторной батарезч с частотой 100 Гц. В случае открытого состояния вспомогательного тиристорного ключа У22 основной тиристорный ключ У7 заперт, аккумуляторная батарея разряжается на измерительные цепи.
Для обеспечения автоматического управления режимами заряда аккумуляторной батареи в регулятор заведены обратные связи по напряжению и току заряда.
Датчиком тока заряда является трансформатор тока Т2 с балластным резистором Я8 (силовой блок), выпрямительный мост У 24-У 27, сглаживающий фильтр 12-С14 (РН). Датчик напряжения включает в себя делитель напряжения Р,14-Р.10-/?/7 (лицевая панель) и сглаживающий конденсатор С13 (РН). Сигналы обратной связи по току и напряжению поступают на управляющий электрод вспомогательного тиристорного ключа У22 через диоды УЗО и У31, выполняющие функции логического элемента ИЛИ.
При достижении напряжения на аккумуляторной батарее заданного значения или тока заряда максимального значения сигнал обратной связи превысит опорное напряжение, сформированное на стабилитроне V23. Это приведет к открытию вспомогательного тиристорного ключа V22, который в свою очередь закроет тиристорный ключ У7.
Управление обратным тиристорным ключом V8 тиристорно-диодного преобразователя осуществляют от узла, состоящего из элементов: дроссель L1, конденсатор СП, стабилитрон У21, диод V20. Сглаживающий фильтр L1-СП включен иа разность напряжений между аккумуляторной батареей и выходом выпрямителя.
При нормальном режиме цепи нагрузки получают’ питание от выпрямителя через сглаживающие фильтры и одновременно осуществляют подзаряд аккумуляторной батареи. При этом разность средних за период значений напряжений на аккумуляторной батарее и на выходе выпрямителя меньше опорного на стабилитроне V21 и обратный тиристорный ключ V8 заперт.
В случае снятия напряжения с входа блока питания разность указанных напряжений становится больше опорного на У21; обратный тиристорный ключ V8 открывается током от аккумуляторной батареи и переключает цепи нагрузки иа питание от аккумуляторной батареи. При подаче напряжения на вход блока в момент превышения мгновенного значения напряжения на выходе выпрямителя над напряжением на аккумуляторной батарее обратный тиристорный ключ У8 запирается и питание нагрузок переводится на выпрямитель.
Установленные на приборной панели вольтметр РУ типа М1611 на напряжение 0-150 В с кнопками S6 Батарея и S1 Напряжение другой секции и амперметр РА типа М1611 на ток 75-0- 75 А с шунтом 75ШСМ предназначены:
РУ — для контроля за значением напряжения на выходе I обеих секций и аккумуляторной батарее;
РА — для контроля за значением тока заряда и разряда аккумуляторной батареи.
Эти же приборы используют и при-вы-боре уставок по напряжению и току.
Глава 8. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
⇐ | Блоки измерений БИ-026, БИ-027 | | Электровоз ВЛ85 | | Токоприемник Л-1У1-01 | ⇒
» Electronics Notes
Методы и схемы ограничения тока с использованием диодов и транзисторов для обеспечения функции ограничения тока для источников питания и других цепей.
Схемы линейных источников питания. Учебное пособие. Включает:
Линейные источники питания.
Шунтовой регулятор
Серийный регулятор
Ограничитель тока
Регуляторы и цепи серии 78**
Регулятор напряжения LM317 и схемы
LDO, регуляторы с малым падением напряжения
См. также: Обзор электроники источника питания Импульсный источник питания Сглаживание конденсатора Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания
Цепи ограничения тока являются ключевым элементом источников питания, защищая их в случае короткого замыкания или других условий перегрузки.
Ввиду возможного повреждения источника питания в случае перегрузки почти всегда устанавливаются ограничители тока, которые являются стандартной функцией, включенной в ИС регулируемых источников питания.
Как следует из названия, схема ограничения тока ограничивает ток от регулируемого источника питания до максимальной величины, определяемой схемой, и таким образом можно избежать серьезного повреждения цепей, как источника питания, так и питаемой цепи. .
Эти схемы более применимы к линейным источникам питания, хотя аналогичные методы измерения могут использоваться в импульсных источниках питания.
Типы ограничения тока
Как и в случае с любой технологией и типом электронной схемы, существует несколько вариантов выбора, и выбор необходимо делать в зависимости от конкретных требований к конструкции электронной схемы.
То же самое относится к ограничителям тока, используемым в регулируемых источниках питания, где схемы ограничения тока относятся к определенным категориям.
Существует два основных типа схемы ограничения тока:
• Ограничение постоянного тока:
При использовании ограничения постоянного тока выходное напряжение поддерживается по мере увеличения тока до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой достигается максимум. В этот момент ток поддерживается на этом уровне, в то время как напряжение падает с увеличением нагрузки.
Характеристика ограничения постоянного токаЭто основная форма ограничения тока, используемая в регулируемых источниках питания. Схема проста и использует всего несколько электронных компонентов, но не снижает ток в случае короткого замыкания — он поддерживается на максимальном уровне, что может привести к повреждению схемы.
Одним из недостатков является то, что при срабатывании ограничения тока потребляется максимальный ток, но в этот момент выходное напряжение падает, а это означает, что на последовательном транзисторе регулируемого блока питания возникает повышенное напряжение.
Это увеличивает рассеиваемую мощность внутри устройства.
В точке, где выходное напряжение близко к нулю, потребляется максимальный ток, в то время как напряжение на ней равно полному входному напряжению цепей сглаживания и выпрямления.
Это не идеально, потому что на этапе проектирования электронной схемы необходимо сделать поправку на это, требуя, возможно, более крупного последовательного проходного транзистора, а также дополнительного теплоотвода, что увеличивает стоимость и размеры регулируемого источника питания.
• Ограничение тока обратного хода:
В этом типе ограничения тока, используемом в регулируемых источниках питания, выходное напряжение поддерживается до момента, когда начинает действовать ограничение тока. В этот момент, вместо того, чтобы просто ограничивать ток, ток фактически начинает уменьшаться. Таким образом, чем больше перегрузка, тем меньше ток, и тем самым снижается риск повреждения.
Ограничение обратного тока в регуляторе напряжения снижает энергопотребление, поскольку по мере увеличения перегрузки ток снижается, а общее энергопотребление падает, что позволяет удерживать тепловыделение последовательного проходного транзистора в более разумных пределах.
Несмотря на немного более сложный подход, ограничение тока с обратной связью может быть реализовано с использованием относительно небольшого количества электронных компонентов.
Поскольку эта функция обычно встроена в интегральные схемы регулируемых источников питания, дополнительные затраты на использование обратного ограничения по сравнению с ограничением постоянного тока незначительны. Соответственно, в этих ИС практически всегда используется обратная схема ограничения тока.
Ограничитель обратного хода усложняет линейный источник питания, поскольку требует больше электронных компонентов, чем простой ограничитель постоянного тока. Существует также возможность состояния, известного как «блокировка», с неомическими устройствами, которые потребляют постоянный ток независимо от напряжения питания.
Ограничитель тока с обратной связью может также включать временную задержку, чтобы избежать проблемы с блокировкой.
Две разные формы ограничения тока линейного источника питания, как правило, используются в разных областях, фактический тип, используемый для любого конкретного приложения, выбирается на этапе проектирования электронной схемы проекта.
Базовая схема ограничения постоянного тока
Существует ряд схем, которые можно использовать для ограничения постоянного тока для защиты источника питания, но в одной из самых простых схем используются всего три электронных компонента: два диода и резистор.
Простой регулируемый источник питания с ограничением токаВ схеме ограничения тока источника питания используется чувствительный резистор, включенный последовательно с эмиттером выходного проходного транзистора. Два диода, расположенные между выходом схемы и базой проходного транзистора, обеспечивают токоограничивающее действие.
Когда схема работает в нормальном рабочем диапазоне, на последовательном резисторе присутствует небольшое напряжение. Это напряжение плюс напряжение базы-эмиттера транзистора меньше, чем два падения диодного перехода, необходимые для включения двух диодов, чтобы они могли проводить ток.
Однако по мере увеличения тока увеличивается и напряжение на резисторе.
Когда оно равно напряжению включения для диода, напряжение на резисторе плюс падение на переходе база-эмиттер для транзистора равняется двум падениям на диоде, и в результате это напряжение появляется на двух диодах, которые начинают проводить. Это начинает снижать напряжение на базе транзистора, тем самым ограничивая потребляемый ток.
Схема этого диодного ограничителя тока для линейного источника питания особенно проста, и, соответственно, конструкция электронной схемы также очень проста.
Значение последовательного резистора можно рассчитать таким образом, чтобы напряжение на нем возрастало до 0,6 В (напряжение включения для кремниевого диода) при достижении максимального тока. Однако всегда лучше обеспечить некоторый запас, ограничивая ток от простого стабилизатора питания до того, как будет достигнут абсолютный максимальный уровень.
Двухтранзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока
Такая же простая диодная форма ограничения тока может быть включена в схемы линейных источников питания, которые используют обратную связь для определения фактического выходного напряжения и обеспечивают более точную регулировку выходного сигнала.
Если точка измерения выходного напряжения находится после последовательного резистора измерения тока, то падение напряжения на нем можно скорректировать на выходе.
Схема ограничения тока транзистора с обратной связью
Свернутая схема ограничения тока дает гораздо лучшие характеристики, чем обычная схема ограничения постоянного тока, используемая в более простых приложениях питания.
Транзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением токаВ обратной схеме используется несколько дополнительных электронных компонентов, в том числе транзистор и несколько резисторов, но она обеспечивает гораздо лучшую защиту источника питания и питаемых цепей.
Схема работает, потому что по мере увеличения нагрузки увеличивающаяся доля напряжения между эмиттером и землей падает на резисторе R3 — чем меньше нагрузка, тем эффект делителя потенциала означает, что больше напряжения падает на резисторе R3.
Достигнут момент, когда транзистор Tr3 начинает открываться.
Когда это происходит, он начинает ограничивать ток.
Если сопротивление нагрузки становится меньше, то напряжение на резисторе R3 увеличивается, больше включает Tr3, и это еще больше снижает ток, уменьшая уровень обеспечиваемого тока.
Существует несколько уравнений, которые можно использовать для определения ключевых значений схемы для обеспечения требуемого максимального тока для линейного регулятора напряжения, а также уровня обратного тока при коротком замыкании.
Для максимального тока от линейного регулятора напряжения:
Imax=1R3((1+R1R2)VBE+R1R2Vreg)
Для тока короткого замыкания линейного регулятора напряжения:
МСК=1R3(1+R1R2)ВБ
Отношение максимального тока к току короткого замыкания:
ImaxISC=1+(R1R1+R2)VregVBE
Где:
I max = максимальный ток регулятора напряжения до ограничения тока
В BE = напряжение, при котором транзистор начинает открываться – обычно 0,6 В
В reg = выходное регулируемое напряжение
I SC = ток, обеспечиваемый при наличии короткого замыкания.
Ввиду того, что точка измерения регулятора находится после резистора измерения тока, любое падение напряжения на резисторе не повлияет на выходное напряжение схемы, поскольку оно будет компенсировано регулятором. (Это предполагает, что на последовательном транзисторе имеется достаточное напряжение для его правильной регулировки.) Таким образом, токоизмерительный резистор не вызовет какого-либо снижения выходного напряжения схемы регулятора источника питания.
Схема ограничения тока источника питания может быть встроена в различные схемы с использованием транзисторов и полевых транзисторов в качестве элемента последовательного прохода. Операционные усилители могут использоваться в качестве дифференциальных усилителей для обеспечения необходимого опорного напряжения для устройств вывода.
Основная проблема с обратным ограничением тока заключается в том, что оно не всегда хорошо работает с нелинейными нагрузками. Например, если бы он управлял лампой накаливания, сопротивление которой в холодном состоянии намного ниже, чем в горячем, то регулятор напряжения с ограничителем тока увидел бы очень низкое сопротивление и вошел бы в обратный режим, не позволяя лампа нагрелась и завелась.
Индуктивные нагрузки могут столкнуться с аналогичными проблемами — двигатели и т. д. имеют большой пусковой ток. Это означает, что в большинстве случаев базовое токоограничение не подходит для этих типов нагрузки.
Ограничение тока является ключевой функцией всех блоков питания. Поскольку электронные устройства остаются включенными почти постоянно и часто остаются без присмотра, функции безопасности, такие как ограничение тока, необходимы в линейных источниках питания, а также в импульсных источниках питания.
К счастью, ограничение тока легко реализуемо и не требует включения многих дополнительных электронных компонентов, а если оно содержится в интегральной схеме, дополнительные затраты не заметны.
Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Транзисторная конструкция
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
схемы полевых транзисторов
Символы цепи
Вернитесь в меню проектирования схем .
. .
Регулируемый Vs. Нерегулируемый блок питания
Быстрый переход:
- Что делают блоки питания?
- Что такое нерегулируемый источник питания?
- Что такое регулируемый источник питания?
- Типы регулируемой мощности
- В чем разница между регулируемым и нерегулируемым источником питания
- Что лучше для вас: нерегулируемые против. Регулируемый блок питания
- Когда вам нужны нерегулируемые источники питания
- Когда выбирать регулируемые блоки питания
Понимание различий между регулируемым и нерегулируемым блоком питания даст вам информацию, необходимую для выбора наиболее подходящего для ваших целей. Для начала вам нужно полностью понять, зачем вам нужен блок питания и для чего он нужен. Оттуда ваше предполагаемое использование поможет вам выбрать, будет ли регулируемый или нерегулируемый вариант лучше всего соответствовать вашим потребностям.
Что делают блоки питания?
Блоки питания адаптируют доступный тип питания, либо постоянный ток, DC, либо переменный ток, AC, к необходимой форме и напряжению для конкретного применения.
Некоторые из них преобразуют переменный ток в постоянный, а другие — в постоянный. Преобразование переменного тока в постоянный является наиболее распространенным типом, потому что электрические устройства используют постоянный ток, тогда как питание от розетки осуществляется переменным током. Источники питания постоянного тока часто преобразуют энергию аккумулятора, например автомобильного аккумулятора, в соответствующее напряжение для электрического устройства.
Помимо преобразования типа тока, источники питания также должны изменять напряжение. Для большинства электрических устройств часто необходимо снизить напряжение переменного тока до более низкого напряжения, хотя в некоторых приложениях могут потребоваться другие уровни напряжения. Преобразование электроэнергии до необходимого уровня является задачей трансформатора источника питания. Все типы источников питания переменного/постоянного тока включают в себя трансформатор, преобразующий электричество в формат, который может использовать электрическое устройство.
Помимо трансформатора, все блоки питания включают выпрямители и фильтры. Источники питания могут преобразовывать переменный ток в постоянный посредством выпрямления. При переходе от циклической мощности переменного тока к однонаправленной мощности постоянного тока величина напряжения может проходить через циклы. Конденсаторный фильтр в блоке питания уменьшает эти дикие сдвиги, но не сглаживает их полностью, оставляя пульсации напряжения на выходе питания. В нерегулируемых источниках питания в этот момент напряжение выходит из устройства. Однако регулируемые источники питания имеют дополнительный регулятор напряжения, который уменьшает пульсации напряжения даже при подаче электроэнергии из источника. Точная работа регулируемых источников питания зависит от того, линейные они или импульсные.
Источники питания делятся на две основные категории — регулируемые и нерегулируемые, в зависимости от их выходной мощности. Если вы выберете неправильный тип, вы можете непоправимо повредить устройство, которое вам нужно для питания, или переплатить за блок питания.
Выбор нерегулируемого источника питания по сравнению с регулируемым имеет такое же значение, как и напряжение с точки зрения важности работы и безопасности источника питания.
Что такое нерегулируемый блок питания?
Когда электричество поступает в блок питания, выходное напряжение может колебаться в зависимости от входящего напряжения и величины тока, потребляемого нагрузкой, если блок питания не имеет средств регулирования напряжения. Конструкция нестабилизированных источников питания обеспечивает ожидаемую выходную мощность при заданном токе, но не всегда соответствует фактическому выходному напряжению. Эти блоки питания представляют собой простые и недорогие варианты, основным недостатком которых является неравномерное напряжение.
Нерегулируемый источник питания не имеет резкого увеличения и уменьшения потока, как это было бы без конденсатора. Работа конденсатора по предотвращению резких скачков напряжения помогает, но это устройство не создает идеально чистый выходной сигнал из-за изменений как токовой нагрузки, так и входного напряжения.
Мощность равна произведению тока на напряжение. Если ток или напряжение падают, другая переменная увеличивается для поддержания постоянной мощности. В то время как энергия от нерегулируемого источника питания остается постоянной, выходное напряжение может неожиданно упасть или увеличиться при изменении тока нагрузки или входного напряжения. Понимание того, как вход и выход могут влиять на выход, необходимо для принятия решения о том, подходят ли нерегулируемые источники питания для ваших нужд.
Незначительные изменения выходного напряжения не имеют значения для некоторых приложений. Для этих целей использование нерегулируемого источника питания может сэкономить ваши деньги. Однако, если вы используете один из них с электроникой, требующей постоянного напряжения, вы можете повредить электронику или снизить ее эффективность. Для таких приложений следует использовать регулируемый источник питания.
Что такое регулируемый источник питания?
Регулируемый блок питания состоит из тех же частей, что и нерегулируемый блок питания, но с добавлением регулятора напряжения.
Эта часть гарантирует, что вывод будет плавным и неизменным, независимо от отрисовки или ввода. Нежная электроника требует такой постоянства в подаче электроэнергии, что делает регулируемые источники питания необходимыми для некоторых функций.
Большинство регулируемых источников питания преобразуют питание постоянного тока в дополнение к регулированию напряжения. Эти блоки питания переменного/постоянного тока популярны, потому что электрические розетки обеспечивают питание переменным током, в то время как многие электронные устройства используют питание постоянного тока.
Как только вы поймете, что вам нужен источник питания с малыми пульсациями напряжения, вы должны выбрать тип источника питания. У вас есть два варианта регулируемых источников питания — линейные и импульсные. Различия между этими формами регулируемых источников питания зависят от того, когда ток меняется с переменного на постоянный.
Типы регулируемых источников питания
Регулируемые блоки питания постоянного и переменного тока обеспечивают чистое и равномерное напряжение для электроники, которую они питают.
Однако метод, используемый для достижения этого уровня напряжения, меняется в зависимости от того, является ли источник питания линейным или импульсным. Точно так же, как вы можете сэкономить деньги, выбирая нерегулируемые блоки питания для соответствующих целей, линейные блоки питания могут стоить меньше, чем импульсные модели. Однако производительность и другие различия между ними делают один из них более предпочтительным для конкретных целей, чем другой. Не выбирайте только самую низкую стоимость. Прежде чем выбрать линейный или импульсный источник питания, подумайте, как вы будете использовать модель и какую мощность вам нужно.
Линейные источники питания
В линейных источниках питания используется наиболее простой метод понижения напряжения и его регулирования. У них есть только несколько шагов для создания необходимого выхода постоянного тока с очень низким напряжением пульсаций.
Сначала входящая мощность переменного тока проходит через трансформатор для понижения.
Затем это пониженное напряжение готово для преобразования переменного тока в постоянный.
На следующем этапе процесса пониженная мощность подается через выпрямитель для преобразования в мощность постоянного тока. Эта преобразованная мощность проходит через фильтр, чтобы сгладить наиболее значительные изменения напряжения.
Наконец, блок питания подает питание через регулятор для выравнивания напряжения. Регулятор предотвращает попадание высоких и низких уровней электричества на выход блока питания, обеспечивая чистую и равномерную мощность для самых чувствительных устройств.
Из-за того, что требуется меньше шагов и деталей, линейные источники питания стоят меньше, чем импульсные. Однако эти устройства требуют более массивных фильтров и трансформаторов и не так эффективны, как импульсные модели. Им также требуется ручная настройка для использования с источниками питания других производителей.
Поскольку линейные источники питания работают бесшумно и хорошо работают при малой мощности, они идеально подходят для средств связи, лабораторий и медицинских учреждений, которым требуется бесшумная работа без большой выходной мощности.
Импульсные блоки питания
Для высокоэффективного выхода в ситуациях с более высокой мощностью вам, вероятно, потребуются импульсные блоки питания. В этих источниках используется другой метод переключения с переменного на постоянный ток и регулирование напряжения, чем в линейных устройствах. Импульсные источники питания более сложны, но обладают большей универсальностью. Эти блоки питания также могут повышать или понижать напряжение в соответствии с требованиями устройства.
Во-первых, импульсные блоки питания сначала выпрямляют и преобразуют мощность переменного тока в постоянный. Изменение предложения в самом начале делает эти системы более эффективными и более адаптируемыми. К сожалению, процесс переключения может создавать дополнительный шум, что в некоторых ситуациях может стать недостатком.
Используя широтно-импульсную модуляцию или ШИМ, импульсные источники питания могут адаптироваться к различным требованиям к выходной мощности. Регулируемая мощность постоянного тока затем проходит через трансформатор для понижения до требуемого уровня.
После этого снова сглаживается конденсаторами и стабилизаторами. Несмотря на дополнительные шаги, импульсные источники питания более эффективны и более популярны для современной электроники, требующей равномерного питания с низким напряжением пульсаций.
По сравнению с линейными источниками питания импульсные источники питания могут стоить дороже и издавать больше шума, но они меньше по размеру, более эффективны и имеют более высокую выходную мощность. Производители, операторы мобильных станций, авиационные менеджеры и операторы судов — это лишь некоторые из тех, кто выбирает преимущества импульсных источников питания.
В чем разница между регулируемым и нерегулируемым источником питания?
Наиболее существенное различие между регулируемыми и нерегулируемыми источниками питания заключается в использовании стабилизатора напряжения. Как следует из названия, этот компонент выравнивает любые пульсации напряжения на выходе. Для некоторых электрических компонентов требуется постоянное ожидаемое выходное напряжение.
Другие типы электрических деталей могут выдерживать незначительные пульсации напряжения питания от нерегулируемых источников питания. Если вам необходимо запитать электрические устройства общего назначения, такие как светодиодные фонари, подойдут нерегулируемые источники питания. Но эти блоки питания не для универсального использования.
Добавление стабилизатора напряжения к источнику питания увеличивает стоимость устройства. Если вам не нужна даже выходная мощность, приобретение регулируемых блоков питания может оказаться слишком дорогостоящим для ваших целей. Разница в стоимости становится особенно заметной при покупке большого количества блоков питания. Если вы работаете с ограниченным бюджетом, тщательно продумайте, нужна ли вам регулируемая мощность для ваших устройств или нет. Знание ответа может сэкономить вам деньги.
Что лучше для вас: нерегулируемый или регулируемый источник питания
Нужна ли вам регулируемая или нерегулируемая мощность, зависит от устройств, которые вам нужно запустить.
Вы можете сэкономить деньги, заказывая блоки питания специально для каждого устройства, а не выбирая кучу только регулируемых или нерегулируемых вариантов. Например, просто приобретите регулируемые блоки питания для тех электрических устройств, которым для работы требуется чистое ровное напряжение. Покупка нерегулируемых блоков питания для всего остального может сэкономить вам деньги.
Если вам нужны нерегулируемые источники питания
Выходной сигнал нерегулируемых источников питания настолько стабилен или чист, насколько позволяют вход и потребление. При выборе нерегулируемой мощности вы должны выбрать источник питания, соответствующий напряжению и току устройства, которое вам нужно для работы. Несоответствие может вызвать проблемы с выходным сигналом, подаваемым на устройство, или перегрев источника питания из-за слишком большой нагрузки на него.
Без близкого соответствия между напряжением источника питания и тем, что требуется устройству, устройство может потреблять слишком много тока, что приведет к падению напряжения, поскольку мощность является произведением напряжения и тока.
Хотя выходная мощность может оставаться стабильной, напряжение или ток могут изменяться и влиять на работу устройства. Электроника, чувствительно реагирующая на изменения напряжения, может быть повреждена.
Многие настенные розетки представляют собой нерегулируемые блоки питания, хотя вы также можете найти несколько регулируемых блоков питания в этом формате. Как правило, лампы, светодиодные фонари и двигатели постоянного тока — это приложения, которые не выдерживают повреждений при незначительных изменениях напряжения. Если не питать чувствительную электронику и не использовать устройство с постоянным энергопотреблением, нерегулируемых источников питания будет достаточно. Поскольку у них нет регулятора, их выбор при необходимости может снизить ваши расходы.
Когда выбирать регулируемые блоки питания
Для некоторого оборудования у вас не будет возможности выбрать нерегулируемые источники питания. Компьютеры, телевизоры и другая электроника могут быть повреждены, если через них проходит слишком много энергии.
Для этой электроники требуется плавное напряжение, что является одним из преимуществ регулируемого источника питания. Такое требование настолько распространено в современных электрических устройствах, что почти вся электроника сегодня нуждается в регулируемых источниках питания для предотвращения повреждений.
Однако выбор регулируемых блоков питания — не последнее решение, которое вам необходимо принять. Вы также должны решить, нужен ли вам линейный или импульсный. Оба имеют несколько приложений. Линейные модели стоят дешевле и тише, но они не так эффективны и более прочны, чем импульсные блоки питания. Переключение может стоить больше, чем линейное, но их повышенная эффективность и потенциальная производительность компенсируют это.
Линейные источники питания лучше подходят для использования в конкретных приложениях, чем импульсные. Различия между этими типами регулируемых блоков питания могут немного облегчить выбор правильного:
- Линейный: Линейные регулируемые блоки питания лучше всего подходят, когда вам нужна более низкая выходная мощность и тихая работа.
Примеры включают лабораторное испытательное оборудование, медицинское оборудование, оборудование связи, компьютеры, схемы управления и устройства сбора данных. - Коммутация: Импульсные блоки питания идеально подходят для общего использования за границей, поскольку эти блоки питания могут адаптироваться к различным основным источникам питания. Кроме того, многие отрасли промышленности выбирают импульсные источники питания для регулярного использования, чтобы обеспечить требуемое напряжение для своего оборудования, особенно когда им требуется более высокая мощность, чем может обеспечить линейное устройство. Вы найдете импульсные источники питания, используемые для двигателей постоянного тока, авиации, исследований и разработок, производства, судовых приложений, переработки отходов и многих других секторов.
Примеры включают лабораторное испытательное оборудование, медицинское оборудование, оборудование связи, компьютеры, схемы управления и устройства сбора данных. Найдите блок питания для ваших нужд
Теперь, когда вы знаете, как работают регулируемые и нерегулируемые блоки питания и чем они отличаются, вы можете принять взвешенное решение при выборе наилучшего варианта для вашего приложения.
