Двуполярный источник питания схема: Регулируемый двухполярный источник питания, схемы, купить детали в Москве

Типы источников питания, двухполярный источник питания

Существуют различные типы источников питания. Большинство из них разработаны для преобразования переменного тока высокого напряжения (AC) в низкое напряжение постоянного тока (DC) для питания различных схем электроники и других устройств. Источники питания могут быть разбиты на несколько функциональных блоков, каждый из которых выполняет свою функцию.

Например, стабилизированный источник питания:

Каждый функциональный блок подробно описан на своих страницах:

• Трансформатор — преобразует (как правило понижает) напряжение сети до нужного напряжения источника питания;
• Выпрямитель — преобразует (выпрямляет) переменное напряжение с трансформатора в постоянное;
• Фильтр — сглаживает пульсации выпрямленного напряжения;
• Стабилизатор — стабилизирует выходное напряжение.

Типы источников питания, составленные из этих блоков, описаны далее.

Так же показаны их принципиальные схемы с графиками выходного напряжения.

Трансформатор

Пониженное выходное напряжение трансформатора может быть применено для ламп накаливания, нагревательных элементов, электродвигателей переменного тока. Переменное напряжение не подходит для питания электрических схем, если только они не включают в своём составе выпрямитель и фильтр для сглаживания пульсаций.

Трансформатор -> выпрямитель

Постоянное пульсирующее напряжение подходит для питания ламп накаливания, нагревательных приборов, электродвигателей постоянного тока. Но не подходит для электронных схем, если те не содержат фильтр для сглаживания пульсаций напряжения.

Трансформатор -> выпрямитель -> фильтр

У выпрямленного и сглаженного постоянного напряжения видны только небольшие пульсации. Такое напряжение подходит для питания большинства электронных схем.

Трансформатор -> выпрямитель -> фильтр -> стабилизатор

Стабилизированное напряжение подходит абсолютно для всех электронных схем.

Двуxполярный источник питания

Двухполярный источник питания

Двухполярный источник питания — это особый тип источников питания. Некоторые электронные схемы требуют двухполярного питания с положительным и отрицательным напряжением. Такие источники называют двухполярными. Так же их называют двойным источником питания, потому что они похожи на два обычных источника, выходы которых соединены последовательно как показано на схеме. (На самом деле всё несколько сложнее.) Подробнее об этом можно почитать в статье Двухполярный блок питания.

Такие источники имеют три вывода на выходе. Например ±9В источник имеет выводы +9В, -9В и 0.

Двухполярный источник питания

Двухполярный источник питания   Иногда для питания различных радиотехнических устройств требуется иметь два двухполярных напряжения +12 и -12 В (или +9 и -9 В) от одного источника — аккумулятора или сетевого трансформатора с одной обмоткой. Такие напряжения необходимы для работы операционных усилителей и некоторых других схем. При этом основное потребление тока схемой осуществляется, как правило, по цепи с положительным напряжением, а цепь «—» является вспомогательной. Промышленность выпускает специализированную микросхему преобразователя для получения отрицательного напряжения: КР1168ЕП1 (входное напряжение 3…10 В, а выходное отрицательное такой же величины, что и на входе). Но она перекрывает узкий диапазон напряжений.   На рисунке приведена схема простого преобразователя, который позволяет получать от источника +12 В (+9 В) дополнительное стабилизированное напряжение -12 В (-9 В при использовании стабилизатора КР142ЕН8А). Ток нагрузки по цепи -12В может быть до 15 мА. Преобразователь работает на частоте 50 кГц и сохраняет свою работоспособность при снижении напряжения питания до 7 В. Схема состоит из автогенератора на транзисторе VT1, повышающего напряжение трансформатора Т1 и интегрального стабилизатора DA1. При сборке требуется соблюдать полярность подключения фаз обмоток трансформатора Т1, указанную на схеме. Со вторичной обмотки трансформатора напряжение после выпрямления должно быть 15…19 В, что необходимо для нормальной работы стабилизатора DA1.   Для настройки преобразователя сначала вместо DA1 подключаем резистор 150 Ом. При нормальной работе схемы форма напряжения на обмотке 3 в трансформаторе Т1 выглядит так:   При настройке может потребоваться подбор конденсатора СЗ и резистора R2. Трансформатор Т1 выполняется на броневом сердечнике типоразмера Б22 из феррита 2000НМ (1500НМ) и содержит в обмотке 1 — 80 витков, 2 — 15 витков, 3—110 витков провода ПЭЛШО-0,18. После проверки и настройки схемы катушку и ферритовые чашки закрепить клеем. Конденсаторы С2, С4, С5 применены типа К50-29-63В, С1 и СЗ — любые малогабаритные, С6 — К53-1А-20В.   Все элементы схемы размещены на печатной плате с размерами 65х50 мм. Для уменьшения высоты платы монтаж выполнен в двух уровнях — конденсаторы С4 и С5 расположены над элементами VT1 и DA1. Схема позволяет получать и более высокое выходное напряжение, чем на входе, если использовать отрицательный выброс напряжения.   Если собранное вами устройство является стационарным и может питаться от сети, то для получения двухполярного напряжения можно применить широко распространенные малогабаритные трансформаторы (конструктивно оформленные в виде сетевой вилки). Они имеют одну вторичную обмотку, и, чтобы не перематывать трансформатор, удобно воспользоваться схемой, приводимой ниже. Источник: shems.h2.ru

Стабилизированный двухполярный источник питания предварительного усилителя

Более или менее качественные предварительные усилители требуют двухполярного напряжения питания. Источник, схема которого представлена в этой статье, обеспечит предварительный усилитель стабилизированным напряжением ±15В. Помимо этого, от положительной шины (+15В) можно питать регулятор тембра. Нередко регулятор тембра и предварительный УНЧ представляют одну схему. В тех и других звуковой сигнал является слаботочным и поэтому он подвержен искажениям и наводкам, источниками которых могут быть разные причины в точности и нестабилизированное напряжение питания.

Так, например, в статье «Профилактика и доработка усилителя Радиотехника У-101» я описывал недостаток схемы питания предварительного УНЧ, который заключался в запитывании схемы через гасящий резистор от нестабилизированного источника. При прослушивании звукового сигнала, с низкочастотной составляющей (ниже 300Гц), на шинах питания образуются просадки напряжения, которые присутствуют и после гасящего резистора. Таким образом, при колебании питающего напряжения предварительного усилителя, происходит изменение (искажение) амплитуды усиливаемого сигнала на его выходе. Чтобы уйти от этого недостатка я убрал гасящие резисторы и установил по шинам питания стабилизаторы напряжения.

Схема стабилизированного двухполярного источника питания

Основой в схеме является понижающий трансформатор. Он должен иметь две вторичные обмотки или одну обмотку со средним выводом, относительно которого на каждом плече должно быть напряжение переменного тока 15В. Можно применить трансформатор с выходным напряжением 18В переменного тока в каждой обмотке. После выпрямления, напряжение на электролитических конденсаторах C1 и C2 станет в 1.41 раз больше, то есть с трансформатором 15+15В выпрямленное напряжение холостого хода станет равным ±21.2В.

Выходной ток трансформатора будет зависеть от тока потребления предварительного усилителя, обычно он не превышает 100-200мА, поэтому трансформатор с выходным током 0.5А отлично подойдет.

В качестве элементов диодного моста VD1-VD4 могут применяться любые выпрямительные диоды с током 1А и напряжением 100В и более. Также можно установить диоды Шоттки, ощутимой разницы в данной схеме не будет.

В качестве стабилизирующих элементов применены линейные стабилизаторы LM7815 и LM7915. Стабилизатор LM7915 стабилизирует отрицательное напряжение относительно GND, а LM7815 положительное напряжение.

Емкость электролитических конденсаторов может отличаться в некотором диапазоне, больше – лучше, меньше – хуже, но все в разумных пределах. Напряжение, на которое рассчитаны электролиты, должно иметь запас 20-30% от напряжения на их выводах. Каждый электролит должен быть зашунтирован неполярным пленочным или керамическим конденсатором (C3, C4, C7, C8), для фильтрации высокочастотных колебаний, когда электролитический конденсатор, обладая большой емкостью, становится уже малоэффективным.

При токе потребления предварительного усилителя не более 200мА, теплоотводы на линейные стабилизаторы LM7815 и LM7915 можно не устанавливать. В противном случае на них можно установить небольшие алюминиевые пластинки.

Печатная плата двухполярного источника питания СКАЧАТЬ

Схема мощного двухполярного источника питания » Вот схема!

Источник вырабатывает двухполярное напряжение +- 5… 17В, при этом регулировка раздельная. Сила тока в нагрузке может достигать 20А, при этом уровень пульсации будет не более 1В (при установленном напряжении 17В). При токе в 3А уровень пульсаций не более 0,1В. Источник предназначен для питания в лабораторных условиях (при налаживании или ремонте) различных электронных конструкций, потребляющих высокий ток, таких как мощные мостовые УЗЧ, передатчики, а также различных автомобильных приборов и приводных механизмов (например при ремонте электронной системы зажигания).

Принципиальная схема источника показана на рисунке. Сетевое напряжение поступает на две первичные обмотки трансформатора Т1. Этот трансформатор имеет две катушки расположенные на разных каркасах и противоположных сторонах замкнутого элипсообразного сердечника. Они включаются последовательно. Две вторичные обмотки, тоже расположены на этих разных каркасах на противоположных участках сердечника.

Переменные напряжения с каждой из обмоток поступают на однополупериодные выпрямители на диодах VD1-VD3 (VDT-VD3′) и конденсаторах C1-C3 (С1′-С3′). Параллельное включение трех диодов необходимо для уменьшения рассеиваемой мощности, приходящейся на один диод, к тому же это дополнительно уменьшает выходное сопротивление выпрямителя. Включение трех параллельных конденсаторов по 10000 мкф обеспечивает общую емкость 30000 мкф, что необходимо для снижения напряжения пульсаций при большом токе нагрузки.

Резистор R1 (R1′) и стабилитроны VD4-VD5 (VD4′-VD5′) образуют параметрический стабилизатор 14В, а совместно с R2(R2′) — источник регулируемого напряжения 0-14В. Это напряжение поступает на вывод 8 микросхемы А1 (А1′), представляющей собой интегральный стабилизатор напряжения 5В. В результате на выходе микросхемы (вывод 2) получаегся стабилизированное напряжение, представляющее собой сумму 5В и напряжения на С5 (С5′).

В результате это напряжение при регулировке можно менять от 5В до 19В. Затем следует мощный эмиттерный повторитель на трех, включенных последовательно транзисторах. В результате на выходе источника, при токе до 3А может быть установлено напряжение 5… 19В, при токе до 20А, 5… 17В. Контроль за величинами напряжения и силы тока производится отдельными для каждого канала амперметром и вольтметром.

Прибор смонтирован в дюралюминиевом корпусе размерами 320x320x160 мм, сетевой выключатель, держатель предохранителя, выходные клеммы, резисторы-регуляторы, измерительные приборы расположены на передней панели. Роль задней панели выполняют радиаторы для транзисторов и диодов (транзисторы и диоды каждого канала устанавливаются на одном радиаторе). Конденсаторы обернуты ватманом и прикреплены к дну корпуса при помощи скоб. Все остальные элементы монтируются на выводах уже установленных. Микросхемы тоже устанавливаются на радиаторы, но изолируются слюдяными прокладками, либо на отдельных радиаторах.

Измерительные приборы микроамперметры на 150 мкА — 1000 ом. За основу силового трансформатора взят ТС-180 силовой трансформатор от источника питания лампово-полу-проводникового) чернобелого телевизора (УЛППТ-61). Fro первичные обмотки оставлены без изменений, все вторичные -удалены. Первичные обмотки включаются соответственно схеме (номера проставлены на катушках трансформатора). Вторичные намотки нужно намотать заново — они, должны содержать по 62 витка провода НОВ -1,0. Из зтого же провода сделан и шунтирующий резистор амперметра. Монтаж клемм нужно вести толстым проводом, сечением 3 мм.

ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ

Не так давно возникла насущная необходимость собрать двуполярный блок питания (взамен внезапно сгоревшего) по простой схеме и из доступных деталей. За основу была взята схема, опубликованная ранее на этом же сайте.

Исходная схема

По ссылке существует подробное описание сути работы и настройки, поэтому останавливаться на этих моментах и тонкостях не стану.

Сначала была собрана исходная однополярная схема для пробы и поиска возможных ошибок, про которые писали некоторые собиравшие данную конструкцию. У меня всё сразу заработало нормально, возникли лишь вопросы с регулировкой тока ограничения и индикацией срабатывания этого ограничения. 

Поскольку исходная схема, как видно, разрабатывалась для выходных токов порядка 3 ампер и более, то и схема ограничения выходного тока соответствует этим заданным параметрам. Величина минимального тока ограничения определяется номиналом сопротивления R6, а с помощью переменного резистора R8 можно лишь несколько увеличивать величину тока срабатывания защиты (чем меньше суммарное сопротивление резисторов R6 и R8, тем больше будет допустимый выходной ток). Светодиод VD6  служит для индикации работы блока питания и срабатывания защиты (при срабатывания защиты и ограничении тока на выходе он гаснет).

Далее была собрана аналогичная схема для напряжения отрицательной полярности — полностью аналогичная, лишь с заменой полярности включения электролитических конденсаторов, диодов (стабилитронов) и с применением транзисторов противоположной структуры (n-p-n / p-n-p). Обозначения элементов «минусового» плеча оставлены такими же, как у «плюсового» для упрощения рисования схемы 🙂

Новая схема БП

При изготовлении был применён валяющийся без дела трансформатор мощностью 60 ватт, с двумя вторичными обмотками по 28 вольт переменного напряжения и одной на 12 вольт (для питания дополнительных маломощных полезных устройств, например — кулера охлаждения радиаторов мощных транзисторов со схемой управления). Получившаяся схема приведена на рисунке.

Чтобы иметь возможность регулировать выходной ток в широких пределах, вместо резисторов R6 и R8 в обоих плечах были применены наборы сопротивлений R6 — R9 и сдвоенный галетный переключатель на 5 положений. При этом резистор R6 определяет величину минимального тока ограничения, поэтому он включен в выходную цепь постоянно. Остальные же резисторы при помощи переключателя S1 подключаются параллельно этому R6, суммарное сопротивление уменьшается и выходной ток, соответственно, увеличивается.

Резисторы R6 и R7  могут быть мощностью 0,5 ватт или более R8 — 1-2 ватта, а R9 — не менее 2 ватт (у меня стоят резисторы типа С5-16МВ-2ВТ и заметного их нагрева при нагрузке до 3 ампер не наблюдается). На схеме (рис.1) указаны значения выходных токов, при которых срабатывает защита и выходной ток даже при КЗ не превышает этих значений.

Здесь следует отметить, что индикация срабатывания защиты работает только при выходных токах более 3 ампер (то есть светодиод гаснет при срабатывании защиты), при меньших же токах светодиод не гаснет, хотя сама защита при этом срабатывает нормально, это проверено на практике.

Транзисторы Т1 (обозначение дано по исходной схеме, у меня это А1658 и КТ805) стоят без теплоотводов и практически вообще не нагреваются. Вместо А1658 можно поставить КТ837, например. Вообще, при сборке схемы мною пробовались самые разные транзисторы, соответствующие по структуре и мощности и всё работало без проблем. Переменный резистор R (сдвоенный, для синхронной регулировки выходного напряжения) применён советский, сопротивлением 4,7 кОм, хотя пробовались и сопротивления до 33 кОм, всё работало нормально. Разброс выходных напряжений по плечам составляет порядка 0,5-0,9 вольт, чего для моих целей, например, вполне достаточно. Хорошо бы, конечно, поставить сдвоенный переменник с меньшим разбросом сопротивлений, но таких пока нет под рукой…

Стабилитроны VD1 — составные, по два соединённых последовательно Д814Д (14 + 14 = 28 вольт стабилизации). Следовательно, пределы регулировки выходных напряжений получились от 0 до 24 вольт. Диоды выпрямительных мостов — любые, соответствующей мощности, я использовал импортные диодные сборки — KBU 808 без радиатора (ток до 8 А) и ещё одну маломощную, без обозначения (?), для питания кулера. 

На теплоотводы установлены только выходные регулирующие транзисторы КТ818, 819. Теплоотводы небольшие, что определено габаритами корпуса (по размеру он как БП от компа), поэтому потребовалось сделать дополнительное принудительное их охлаждение. Для этих целей был использован небольшой кулер (от системы обдува процессора старого компьютера) и простая схема управления, всё это питается от отдельной обмотки трансформатора, которая там оказалась весьма кстати.

В качестве термодатчика был использован германиевый транзистор типа МП42 (большие залежи остались и девать некуда. Оказалось, что замечательно работают в качестве термодатчиков!) Схема простая и понятная, в особом описании не нуждается. База транзистора-термодатчика никуда не подключается, этот вывод можно просто откусить, желательно только не своими зубами, а то стоматология нынче дорогое удовольствие!

Корпус этого транзистора металлический, поэтому его необходимо изолировать, например, трубкой-термоусадкой и расположить как можно ближе к теплоотводам выходных транзисторов. Температуру, при которой запускается кулер, можно регулировать подстроечным резистором (сопротивление может быть от 50 до 250 кОм). Максимальный ток и скорость вращения вентилятора определяются гасящим резистором в цепи питания. У меня это сопротивление 100 Ом (подбирается экспериментально, в зависимости от напряжения питания и тока потребления кулера).

Блок питания, собранный по данной схеме, неоднократно был испытан с нагрузкой во всём диапазоне выходных напряжений и токах от 30 мА до 3,5 ампер и показал свою полную работоспособность и надёжность работы. При токах более 2 ампер применённый трансформатор грелся довольно сильно из-за недостаточной его мощности, в остальном же схема вела себя вполне адекватно.

Есть возможность увеличить выходной ток нагрузки более 3-4 ампер, если использовать соответствующей мощности трансформатор и выходные (регулирующие) транзисторы, возможно применить параллельное включение нескольких мощных транзисторов. Схема не требует особой наладки и подбора компонентов, при изготовлении можно использовать практически любые транзисторы с коэффициентом усиления 80-350. Специально для сайта Радиосхемы, автор — Андрей Барышев

   Форум по блокам питания

   Форум по обсуждению материала ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ

Двуполярный источник питания на +/- 5 В

Статистика Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 Календарь «  Август 2021  » Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс             1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Друзья сайта У сайта есть друзья — это ВЫ!

<< Назад к разделу «Блоки питания» Двуполярный источник питания на +/- 5 В     Данная схема представляет собой простой двуполярный источник питания на +/- 5 В. К деталям нет строгих требований, С1 и С2 от 1000мкФ 25В, но и не слишком много, желательно не более 2200мкФ 50В. С3 и С4 не полярные около 0,1мкФ, если совсем нигде нет, можно их не использовать. С5 и С6 до 10мкФ 50В. Диоды VD1-4 1N4001 также допустимы и другие диоды средней мощности. К трансформатору два требования: 1 — на обмотках II и III(на каждой) должно быть не ниже 6В, но и не выше 15В; 2 — ток вторичной обмотки (обычно указан в паспорте) должен соответствовать вашему требованию. Предохранитель на усмотрение, схема выдержит около 500мА, но если вы делаете с расчетом на 500мА то C1 и C2 стоит взять от 1500мкФ.

Двухполярный источник питания УМЗЧ со сверхнизким уровнем пульсаций и токовой защитой

В каждом канале предлагаемого источника питания со стабилизированным выходным напряжением +/- 14 В сумма выходных напряжений обоих каналов, дополнительно стабилизированная интегральным стабилизатором, использована для питания ОУ, управляющего регулирующим транзистором. Это позволило получить на обоих выходах источника размах пульсаций не более 0,25 мВ при токе нагрузки 9 А.

Интересная особенность двухканального сетевого источника питания, описанного автором в [1, рис. 7], — изолированные одна от другой вторичные обмотки сетевого трансформатора. Это натолкнуло на идею соединить выходы стабилизаторов напряжения разной полярности так, чтобы их регулирующие элементы (полевые транзисторы) находились в цепи общего провода нагрузки. Это позволило добавить к напряжению питания ОУ, помимо входного напряжения одного стабилизатора, ещё и входное напряжение другого.

Их сумма даже после дополнительной стабилизации с помощью интегрального стабилизатора значительно превышает значение, необходимое, чтобы надёжно открывать и закрывать регулирующий полевой транзистор при условии, что нестабилизированное входное напряжение подано на его сток. Это легко обеспечить, применяя в каждом канале стабилизации полевой транзистор с соответствующим типом проводимости канала.

Однако, как это часто бывает, такая идея пришла в голову не только автору. Как оказалось, она хорошо известна, и стабилизаторы на её основе уже разработаны и опубликованы в [2] и [3]. Причём в [2] регулирующие транзисторы стабилизаторов биполярные, а в [3] — полевые. Правда, стабилизаторы собраны из дискретных компонентов без микросхем ОУ Автор решил проверить эту идею с использованием ОУ.

В [3] устранены недостатки стабилизатора, описанного в [2], — высокий уровень пульсаций выходного напряжения при малом токе нагрузки, нестабильность запуска, ненормированный порог защиты от перегрузки по току.

Основной недостаток описанного в [3] стабилизатора — сложность схемы, что привело к огромным размерам платы устройства (175×80 мм). Ктомужепе-чатные проводники размещены на обеих её сторонах. Изготовить такую плату в домашних условиях весьма проблематично. Печатные платы стабилизаторов, которые я предлагаю в настоящей статье, значительно меньше (51×16,5 мм и 40×16 мм). Печатный монтаж на них односторонний, они вполне могут быть изготовлены своими силами.

Принципиальная схема предлагаемого источника питания изображена на рис. 1. Он содержит сетевой понижающий трансформатор T1 с двумя изолированными вторичными обмотками и два выпрямительных моста на сборках диодов Шотки VD1-VD8 со сглаживающими конденсаторами C1-C4. Схемы стабилизаторов напряжения +14 В и -14 В на рис. 1 упрощены. Показаны только регулирующие транзисторы VT1 и VT2, управляющие ими ОУ DA3.1 и DA6.1, стабилизаторы напряжения питания этих ОУ DA2 и DA5.

Рис. 1. Принципиальная схема источника питания

 

Стабилизатор напряжения +14 В выполнен по классической схеме с регулирующим транзистором VT1 в минусовом проводе, а напряжения -14 В — по такой же схеме с регулирующим транзистором VT2 в плюсовом проводе.

Узел питания ОУ DA3.1 от интегрального стабилизатора отрицательного напряжения 24 В DA2 построен таким образом, что на вывод +U этого ОУ поступает напряжение +14 В, а на вывод -U поступает -10 В. Оба напряжения измерены относительно истока транзистора VT1. В результате напряжение на выходе ОУ и затворе транзистора может, изменяясь приблизительно в указанных пределах, обеспечить как открывание, так и закрывание канала транзистора VT1.

Аналогично устроен и узел питания ОУ DA6.1, только на его выводе +U напряжение + 10 В, а на выводе -U напряжение -14 В.

Вместо интегральных стабилизаторов DA2 и DA5 можно было бы применить, как в [2, 3], обычные стабилитроны с гасящими резисторами. Но, во-первых, стабильность выходного напряжения интегральных стабилизаторов значительно выше. Во-вторых, как это ни странно, применённые стабилизаторы 79L24 и 78L24 заметно дешевле стабилитронов с резисторами и занимают меньше места на плате.

Полная схема стабилизатора напряжения + 14 В изображена на рис. 2. Исток транзистора VT1 здесь соединён с общим проводом нагрузки источника через резистор-датчик тока R7. Образцовое напряжение, полученное с помощью стабилизатора тока DA1 и стабилитрона VD9 (подробное описание этого узла можно найти в [1]), поступает на неинвертирующий вход Оу DA3.1, a часть выходного напряжения, снятого с делителя R9-R11, подана на его инвертирующий вход. Усиленное напряжение рассогласования поступает на затвор транзистора VT1 через резистор R5, ограничивающий ток нагрузки ОУ.

Рис. 2. Полная схема стабилизатора напряжения + 14 В

 

Если, например, выходное напряжение стабилизатора по какой-либо причине возросло, это приводит к увеличению напряжения, поступающего на инвертирующий вход ОУ DA3.1 с движка подстроечного резистора R10. Напряжение на выходе ОУ и между затвором и истоком транзистора VT1 падает и частично закрывает транзистор, что ведёт к увеличению падения напряжения на его канале сток-исток. В результате выходное напряжение стабилизатора возвращается к исходному значению.

Диодная сборка VD11 обеспечивает питание ОУ DA3, когда напряжения на выходе нижнего по схеме рис. 1 выпрямителя недостаточно и стабилизатор DA2 не работает. Это бывает необходимо при запуске источника.

Конденсатор C8 препятствует самовозбуждению стабилизатора. Он необходим, если крутизна характеристики транзистора VT1 более 100 А/В. Конденсатор C6 устраняет самовозбуждение интегрального стабилизатора DA2. Узел защиты от превышения тока нагрузки, собранный на ОУ DA3.2 и оптосимисторе U1, подробно описан в [1].

Поскольку выходное напряжение ОУ DA3.1 всегда находится в интервале, границы которого довольно далеки от потенциалов выводов его питания, этот усилитель не обязательно должен быть класса rail-to-rail. Но требуется, чтобы максимально допустимое напряжение его питания было достаточно велико. Снимаются и требования к напряжению отсечки транзистора VT1. Он должен иметь лишь достаточно большие предельные значения напряжения сток- исток и тока стока.

Вместо стабилизатора тока LM334Z (DA1) и резистора R1 может быть применён диодный ограничитель тока J511. Его анод подключают вместо вывода 1 LM334Z, а катод — вместо вывода 3.

Стабилизатор напряжения -14 В, полная схема которого изображена на рис. 3, отличается от рассмотренного лишь тем, что в нём использован n-канальный полевой транзистор и из-мененаполярность подключения оксидных конденсаторов, стабилитрона, стабилизатора тока и излучающего диода оптосимистора. Вместо интегрального стабилизатора отрицательного напряжения установлен аналогичный стабилизатор положительного напряжения. Диодная сборка заменена аналогичной с противоположной полярностью соединения диодов.

Рис. 3. Полная схема стабилизатора напряжения -14 В

 

Рис. 4. Чертёж печатной платы

 

Чертежи печатных плат стабилизаторов в масштабе 1:1 представлены в двух вариантах: с использованием сдвоенных ОУ MC33072PG (рис. 4) и MC3407AMTTBG (рис. 5). Расположение деталей на них показано соответственно на рис. 6 и рис. 7 в масштабе 2:1. Внешний вид собранных стабилизаторов приведён на рис. 8 и рис. 9.

Рис. 5. Чертёж печатной платы

 

Рис. 6. Расположение деталей на плате

 

Рис. 7. Расположение деталей на плате

 

Рис. 8. Внешний вид собранного стабилизатора

 

Рис. 9. Внешний вид собранного стабилизатора

 

Методика испытаний стабилизаторов подробно описана в [1], поэтому повторять её не буду. Осциллограммы пульсаций их входных и выходных напряжений показаны на рис. 10 (+14 В) и рис. 11 (-14 В). Скорость развёртки в обоих случаях — 2 мс/дел. Жёлтыми линиями изображены осциллограммы входного напряжения, а голубыми линиями — выходного напряжения при токе нагрузки 9 А.

Рис. 10. Осциллограмма пульсаций входного и выходного напряжения стабилизатора

 

Рис. 11. Осциллограмма пульсаций входного и выходного напряжения стабилизатора

 

Размах пульсаций выходных напряжений стабилизаторов не превышает 240 мкВ (0,24 мВ). По сравнению с аналогичным параметром конструкции, описанной в [1] (1,84 мВ), он уменьшен в 1,84 мВ / 0,24 мВ ≈ 7,7 раза. Коэффициент подавления пульсаций входного напряжения стабилизаторов достигает 1320 мВ / 0,24 мВ = 5500 (около 75 дБ).

При изменении тока нагрузки от 0 до 9 А выходное напряжение изменяется менее чем на 10 мВ. Порог защиты по току установлен равным 10 А. Эти характеристики не отличаются от аналогичных характеристик стабилизаторов, описанных в [1].

Вероятно, у читателя могут возникнуть сомнения в целесообразности использования двухполярного источника со сравнительно низкими выходными напряжениями (+/-14 В) и максимальным током нагрузки 9 А по каждому из выходов для питания высококачественного УМЗЧ, поскольку мощность усилителя при этом может оказаться недостаточной для озвучивания помещения. Напомню, что в [2] выходные напряжения источника +/-19 В, а в [3] — +/-35 В.

Чтобы развеять сомнения, рассмотрим УМЗЧ на базе хорошо известной микросхемы LM3886 или её сдвоенного аналога LM4780. При питании напряжениями +/-14 В микросхема LM3886 способна без искажений воспроизвести сигнал амплитудой на 2,5 В меньше напряжений питания, т. е. 14 В — 2,5 В = 11,5 В. Если собрать усилитель по мостовой схеме, то при амплитуде сигнала на выходе одного плеча 9 В (запас ещё 11,5 — 9 В = 2,5 В) и нагрузке сопротивлением 4 Ом амплитуда тока нагрузки достигнет 4,5 А, а синусоидальная мощность — 40,5 Вт. Ток, потребляемый двухканальным (стереофоническим) усилителем, будет 9 А, что как раз соответствует возможностям описанного источника. Для справки, предельная синусоидальная мощность акустической системы 35 АС-016 с номинальным сопротивлением 4 Ом по паспорту — 35 Вт. Так что усилителя мощностью 40,5 Вт вполне хватит. К тому же средняя мощность музыкального звукового сигнала с теми же максимальными мгновенными значениями, как у синусоидального, значительно меньше.

Файл печатных плат в формате Sprint Layout 6.0 имеется  здесь.

Литература

1. Кузьминов А. Двухканальный сетевой источник питания с низким уровнем пульсаций и токовой защитой. — Радио, 2018, № 4, с. 21-25.

2. Орешкин В. Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ. — Радио, 1987, №8, с. 31.

3. Муравцев М. Стабилизированный блок питания УМЗЧ. — Радио, 2017, № 2, с. 25-27; № 3, с. 17-19.

Автор:  А. Кузьминов, г. Москва

Что такое биполярный источник питания? (Базовые знания)

Усилитель высокого напряжения

Усилитель высокого напряжения преобразует входное напряжение в форму волны высокого напряжения, как показано на рис. 1. В наши дни спрос на высоковольтные усилители все больше и больше растет, и теперь они становятся незаменимым инструментом для исследований и разработок, экспериментов и интеграции в системы для таких областей, как электроника, физика, биохимическая и медицинская промышленность. Благодаря технологиям высокого напряжения Matsusada Precision Inc.производит различные усилители высокого напряжения для удовлетворения всех требований клиентов.

* У нас есть усилители, разработанные специально для электростатических патронов или PZT. За подробностями обращайтесь к нашим торговым представителям.

(рисунок 1)

Четырехквадрантный выходной диапазон

Усилитель высокого напряжения

обычно оснащен функцией «стока» для выходных токов, которая обеспечивает работу с постоянным напряжением независимо от типа нагрузки, емкостной или проводящей. (Рис.2) Поскольку он обеспечивает быстрый отклик, это идеальный источник питания для приложений, требующих выхода переменного тока.

Matsusada Усилители высокого напряжения — все усилители биполярного типа и могут работать во всей четырехквадрантной области. (I, II, III и IV участки)

• Vomax: Номинальное выходное напряжение
• Iomax: Номинальный выходной ток

(рис.2) Рабочий диапазон напряжения и тока

Скорость нарастания

Ответственность за наш высокоскоростной усилитель определяется скоростью нарастания (SR).Пошаговая ответственность нашего усилителя показана на рис. 3.

SR = ΔV / мкСм

При меньшей амплитуде выходного сигнала время отклика сокращается. Серия AMP достигает максимального значения SR = 700 В / мкСм.

(рис.3)

Время нарастания (ступенчатая характеристика)

Отклик на скачок может быть обозначен временем нарастания. (рис.4) Обычно время нарастания отклика усилителя (= ширина полосы) fc (Гц) определяется формулой, приведенной ниже.

тр 0.35 / fc.

Время спада tf равно tr.

(рис.4)

Частотная характеристика

Отклик усилителей Matsusada описывается как «полоса частот». При качании выхода синусоидальной формы с номинальной резистивной нагрузкой размах выхода (амплитуда) уменьшается по мере увеличения входной частоты. Частотная характеристика в спецификации — это частота fc, при которой размах выходного сигнала составляет 70% (-3 дБ). (рис. 5)
Если требуется четкая форма выходного сигнала, выберите усилитель высокого напряжения, который имеет достаточно широкую полосу частот по сравнению с требуемой частотой.Как правило, требуется от трех до пяти раз больше полосы частот для синусоидального сигнала и примерно в 10 раз больше для прямоугольного сигнала. В случае недостаточной ширины полосы частот размах выходного сигнала должен быть уменьшен, а разность фаз должна быть большой, поэтому потребуются некоторые решения, такие как контроль формы выходного сигнала.

(рис.5) Отклонение размаха выходного сигнала от частоты

* Избегайте постоянного ввода высокочастотного сигнала, который снижает выходную частоту усилителя.Усилитель выйдет из строя из-за увеличения внутренних потерь.

Емкостная нагрузка

Когда к источникам питания подключена емкостная нагрузка 100 пФ или более (включая паразитную емкость выходного провода), выходное напряжение может колебаться. В этом случае установите последовательно на выходе высоковольтное сопротивление от 100 Ом (при 0,1 мкФ) до 1000 Ом (при 1000 пФ). Обратите внимание, что полоса частот будет ограничена в соответствии с формулой, записанной на правом рисунке, когда усилитель используется с емкостной нагрузкой.

Кроме того, когда усилитель используется для такого использования, как коронный разряд, будет течь ток, превышающий номинальный, и это плохо скажется на усилителе. В этом случае, а также время для использования усилителя с емкостной нагрузкой, установите выходное сопротивление и ограничьте ток.

* Избегайте постоянного ввода высокочастотного сигнала, который снижает выходную частоту усилителя. Усилитель выйдет из строя из-за увеличения внутренних потерь.

Важное примечание для использования всех характеристик высокоскоростного усилителя высокого напряжения

Выходной кабель усилителей высокого напряжения не экранирован. Если выходной кабель имеет некоторую паразитную способность относительно земли (заземление или металлические предметы), выходное напряжение будет синусоидальным или стоп-сигналом, и будет потребляться дополнительный ток. Поскольку этот ток идет параллельно нагрузке, может произойти следующее появление.

1. Скорость нарастания или падение частоты отклика
2. Форма волны искажена или изменена

При наличии паразитной емкости C на выходе ток утечки C будет таким, как показано ниже.

Решение

Убедитесь в правильности подключения, чтобы максимально снизить паразитную емкость высоковольтного кабеля.

1. Следите за тем, чтобы выходной кабель был как можно короче.
2. Не приближайте выходной кабель к полу, столам или металлическим предметам.
3. Выходной кабель не имеет экранирования.

Информация о связанных статьях в Технических знаниях

Примеры применения биполярных источников питания

Мы предложим приложения, основанные на достижении Мацусада.

Что такое биполярный источник питания?

Это четырехквадрантный биполярный источник питания для подачи и отвода энергии. Блок питания доступен с двумя режимами постоянного напряжения (CV) и постоянного тока (CC). Используя преимущества встроенных функциональных генераторов, некоторые серии биполярных источников питания также могут генерировать базовые формы входных сигналов, включая синусоидальную волну и прямоугольную волну.

Кроме того, доступны произвольные волны.
Для получения дополнительной информации посетите страницу «Технические знания» на нашем сайте.

ИНДЕКС

Автомобили и транспортные средства

Разработка и оценка двунаправленных инверторов и преобразователей

В последние годы источники питания, устанавливаемые на транспортные средства, были переведены с 12 вольт на 48 вольт. Чтобы не отставать от этой тенденции к более высоким напряжениям, в том числе в квазигибридизированных транспортных средствах, пришлось пересмотреть конструкцию различных автомобильных компонентов. Чтобы удовлетворить потребность в дополнительной экономии энергии, нам необходимо разработать такие двунаправленные устройства, как устройства постоянного / постоянного тока, чтобы повысить эффективность хранения регенерированной электроэнергии.Кроме того, по мере того, как компьютеризация автомобилей продвигается вперед, существует быстро возрастающая потребность в тестах на шум, включая кривые проворачивания коленчатого вала электрических компонентов, установленных на транспортных средствах. Биполярные источники питания являются наиболее подходящими кандидатами для оценки шума, нагрева и отклика этих устройств и компонентов. Кроме того, использование высоких напряжений также важно для оценки электромобилей и сверхвысоких напряжений. Matsusada Precision предлагает широкую линейку биполярных источников питания для удовлетворения потребностей каждого пользователя.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокое напряжение Высокоскоростной Высокое напряжение

Вот почему выбираются биполярные блоки питания Matsusada

Matsusada предлагает 147 моделей биполярных источников питания, включая высоковольтные и высокомощные, которые не могут сравниться с нашими конкурентами. Это позволяет клиентам выбрать правильный источник питания, который лучше всего подходит для их индивидуальных применений. У нас есть блок питания, который может обеспечить мощность до 2000 Вт от одного блока, что позволяет использовать компактную конфигурацию, когда требуется большая мощность.Блоки питания конкурентов могут выдавать максимум около 400 Вт от одного блока.

Разработка и оценка магнитных материалов для двигателей

Биполярные источники питания также используются для оценки гистерезисных характеристик магнитных материалов. Гистерезис — это характеристика, которая сильно влияет на эффективность электромоторов. Для плавного и точного измерения гистерезисных характеристик необходимо использовать высокоскоростной биполярный источник питания.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокая скорость Высокое напряжение

Оценка катушек зажигания

Оценка формы сигнала запуска во время вращения стартера с помощью симулятора является важным методом проверки катушек зажигания. Высокоскоростной биполярный источник питания, способный выдавать различные формы волны, необходим для тестирования современных автомобилей, в которых сложным образом встроены различные электронные устройства.Некоторые из биполярных источников питания Matsusada Precision оснащены функцией памяти, так что необходимые формы сигналов могут быть предварительно сохранены в памяти и вызваны при необходимости для тестирования.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокая скорость

Оценка потерь меди и железа в реакторе большого трансформатора

Биполярные блоки питания часто используются для оценки больших трансформаторов, установленных на специальных транспортных средствах. Эти трансформаторы имеют медные обмотки.При использовании высокочастотного напряжения потери меди происходят из-за так называемого скин-эффекта. В небольших трансформаторах потери меди незначительны. Но более крупные трансформаторы могут сэкономить энергию за счет уменьшения этих потерь. Биполярные источники питания используются для выбора типа проводов для реакторов, чтобы уменьшить потери меди и железа.

Производительность, необходимая для этого приложения: высокая мощность

Разработка датчиков тока и шунтирующих резисторов

По мере роста популярности автомобилей HEV и EV, в том числе специальных транспортных средств, технология контроля электрического тока становится все более важной.Уменьшение потерь электрического тока становится необходимостью, чтобы увеличить расстояние и время в пути автомобилей. Для достижения этого важно улучшить характеристики датчиков электрического тока, которые контролируют ток, протекающий от аккумуляторов к различным электрическим и электронным устройствам в автомобилях. Биполярные источники питания хорошо подходят для оценки точности, скорости отклика и температуры датчиков электрического тока.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокое напряжение Высокоскоростной Высокое напряжение

Разработка и оценка двигателей и периферийного оборудования

При оценке двигателей, использующих переменный источник питания общего назначения, источник питания может быть поврежден или выйти из строя из-за противодействия электродвижущей силе при оценке некоторых элементов.Поэтому при разработке и оценке двигателей использовалась комбинация электронных нагрузок и регулируемого источника питания. Поскольку биполярный источник питания может выводить сигнал во всех четырех квадрантах, нет необходимости комбинировать электронные нагрузки. Однако до сих пор не было доступно двухполюсных источников питания большой мощности, поэтому можно было оценивать только двигатели с малой номинальной мощностью. Компания Matsusada Precision разработала компактный биполярный источник питания высокой мощности, который позволяет также оценивать большие двигатели.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокое напряжение Высокоскоростной Высокое напряжение

Оценка электромагнитных клапанов

Скорость работы электромагнитных клапанов влияет на расход топлива автомобилей. Наш биполярный источник питания способен обеспечивать высокую скорость реакции при проверке работы электромагнитных клапанов.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокоскоростной

Разработка и оценка разъемов

Автомобили с электронным управлением содержат большое количество сложных кабелей и разъемов.Отсутствие оценки шума и тепла может привести к серьезной аварии. Биполярные источники питания используются для имитации различных источников шума.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокое напряжение Высокоскоростной

Моделирование кривых проворачивания двигателя спецтехники

Необходимо моделировать кривые проворачивания коленчатого вала различных автомобилей, в том числе специальных. С помощью мощного или высокоскоростного двухполюсного источника питания можно моделировать кривые запуска различных типов специальных транспортных средств.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокое напряжение Высокоскоростной

Общая электроника / электротехника

Разработка и оценка инверторов и преобразователей

Инверторы и преобразователи

широко используются в различных отраслях промышленности, включая бытовые электроприборы, промышленное оборудование и автомобили. Биполярные источники питания используются при оценке таких продуктов, например, при тестировании вариаций на входе и измерении эффективности.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокое напряжение Высокое напряжение

Разработка и оценка двигателей

Если двигатель оценивается с использованием переменного источника питания общего назначения, он может выйти из строя или выйти из строя из-за противодействия электродвижущей силе. Биполярные источники питания могут поглощать любую противодействующую электродвижущую силу, которая может возникнуть при оценке двигателей.

Производительность, необходимая для этого приложения: высокая мощность

Создание магнитного поля

Биполярные источники питания также используются для оценки магнитных датчиков, таких как устройства Холла, для измерения магнитных характеристик полупроводников с помощью памяти MRAM нового поколения и для проверки работы электромагнитных клапанов.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокое напряжение Высокоскоростной

Разработка и оценка светодиодов, мощных светодиодов и светодиодов

Биполярные источники питания

используются для включения и выключения светодиодных или LD-устройств на высокой скорости и для проведения долговременных испытаний на срок службы, предотвращая накопление тепла.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокоскоростной

Вот почему выбираются биполярные блоки питания Matsusada

Мощность, подаваемая на оптические полупроводники, относительно мала.Наш настольный биполярный источник питания, доступный только от Matsusada, может быть использован для этого приложения. Нет необходимости в большом энергоснабжающем оборудовании. Наш настольный биполярный источник питания позволяет проводить простые тесты, требующие 60 Вт или меньше.

Разработка и оценка разъемов

Растет число случаев, когда термический КПД соединителей может быть улучшен для экономии энергии. Биполярные блоки питания реагируют с высокой скоростью, что позволяет проводить тепловые оценки до и сразу после подачи напряжения.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокое напряжение Высокоскоростной

Разработка и оценка аккумуляторов и зарядных устройств

Биполярные источники питания, которые могут выводить сигнал в четырех квадрантах, широко используются для оценки производительности батарей, моделирования поведения батарей и оценки зарядных устройств батарей.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокое напряжение Высокоскоростной

Моделирование выходных сигналов

Периферийное оборудование, такое как бытовые электроприборы и другие электрические устройства, обычно требует определенных форм сигналов.Необходимо проверить, не будут ли бытовые электроприборы и другие электрические устройства нормально работать, если формы сигналов от внешних источников искажены. Биполярные источники питания отлично подходят для таких испытаний. Путем моделирования и вывода сигналов, которые могут вызвать сбои в работе, можно проверить надежность бытовых электроприборов и других электрических устройств.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокоскоростной

Гальваническая промышленность

Периодическое обратное гальваническое покрытие и анодирование

Гальваника

PR — это высокоточный метод нанесения покрытия.После первого нанесения покрытия подается отрицательное напряжение для удаления выступов или грязи с поверхности покрытия. Эта процедура повторяется для удаления любых краев с плакированной поверхности, что позволяет точно покрыть поверхность объекта. Поскольку биполярные источники питания могут выводить сигнал в четырех квадрантах, требуется только один источник питания вместо двух. Время цикла нанесения гальванических покрытий PR может быть уменьшено за счет использования мощных, высокоскоростных биполярных источников питания Matsusada.При анодировании, если к покрываемому объекту прикладывается низкое напряжение определенной частоты, скорость химической реакции может быть увеличена. Когда необходимо покрыть множество объектов, и поскольку каждый из разных объектов имеет свою частоту, с которой может усиливаться химическая реакция, использование соответствующей частоты увеличивает эффективность анодирования.

Производительность, необходимая для этого приложения: Высокая мощность Высокая скорость

Point Вот почему были выбраны биполярные блоки питания Matsusada

Наилучшая частота нанесения зависит от размера и площади поверхности покрываемых объектов.Matsusada Precision предлагает широкую линейку биполярных источников питания для удовлетворения почти всех потребностей в частоте.

Испытание конденсаторов на пульсацию

Широкополосные биполярные источники питания доступны для тестирования пульсаций, реагируя на более высокие частоты. Они полностью оснащены функциями безопасности, включая снижение тока. Кроме того, биполярные источники питания, которые могут добавлять переменный ток к постоянному, подходят для оценочных испытаний и старения.

Оценка ВАХ фотоэлектрических панелей

Биполярные источники питания используются для измерения ВАХ путем снижения тока, который подобен электронным нагрузкам, для контроля напряжения / тока в данный момент.Они также подходят для полевых испытаний с использованием солнечной энергии.

Усиление сигналов цифровых функциональных генераторов

Поскольку четырехквадрантные биполярные источники питания обеспечивают вывод усиленной формы волны, созданной функциональным генератором, без изменений, их можно применять для обработки, такой как нанесение импульсов и обработка поверхности.

Биполярные источники питания Модельный ряд

Для получения дополнительной информации о наших линейках продуктов для высокого напряжения, пожалуйста, обратитесь к странице «Усилитель высокого напряжения».

Двухконтактный биполярный источник питания

Введение

2-квадрантный источник питания, который подает положительное или отрицательное напряжение на одни и те же выходные клеммы, можно легко создать с помощью 4-квадрантного контроллера LT8714. Показанный здесь двухквадрантный источник питания может использоваться в различных областях, начиная от тонирования окон, где изменение полярности меняет ориентацию молекул кристаллов, и заканчивая оборудованием для тестирования и измерения.

Лист данных LT8714 описывает работу 2-квадрантного источника питания в первом квадранте (положительный вход, положительный выход) и в третьем квадранте (положительный вход, отрицательный выход).Обратите внимание, что в обоих квадрантах источник питания является источником тока, таким образом создавая источник питания, а не приемник энергии. Второй квадрант и четвертый квадрант образуют приемник энергии.

Описание схемы и функциональные возможности

На рис. 1 показана электрическая схема LT8714 как двухквадрантного источника питания. Трансмиссия состоит из NMOS QN1, 2, PMOS QP1, 2, катушек индуктивности L1, L2, конденсатора связи CC, а также входных и выходных фильтров. Катушки индуктивности L1 и L2 представляют собой две дискретные, несвязанные катушки индуктивности, что позволяет снизить стоимость преобразователя.

Рисунок 1. Принципиальная электрическая схема блока питания на базе LT8714, работающего в двух квадрантах V _IN 12 В, V _O ± 5 В при 6 А.

Правильный выбор активных и пассивных компонентов требует понимания напряжений напряжения и уровней тока в каждом квадранте. Для этого на рисунке 2 показаны функциональные топологии положительного выхода.

Рисунок 2. Топология 2-квадрантной операции с положительным выходом.

Когда баланс вольт-секунд находится в устойчивом состоянии, рабочий цикл может быть получен из выражения:

Для проверки конструкции демонстрационная схема DC2240A была переработана, чтобы соответствовать схеме, показанной на рисунке 1. Входное напряжение составляет номинальное 12 В, с выходным напряжением ± 5 В при максимальном токе 6 А для обоих.

Измеренный КПД конструкции показан на рисунке 3. Положительный выход превышает отрицательный, что соответствует результатам теоретических расчетов.Напряжение и ток на компонентах намного выше в конфигурации с отрицательным выходом, что увеличивает потери и снижает эффективность.

Рисунок 3. Кривые КПД преобразователя с V _IN 12 В, V _OUT +5 В и –5 В и максимальным входом-выходом 6 A.

На рис. 4 показана превосходная линейность зависимости выходного напряжения от управляющего напряжения V _CTRL . Для этой конфигурации схема была нагружена резистором 1 Ом, а управляющее напряжение изменялось от 0.От 1 В до 1 В.

Рисунок 4. График зависимости выходного напряжения V _OUT от управляющего напряжения V _CTRL . Поскольку V _CTRL изменяется с 0,1 В до 1 В, выход V _OUT изменяется с –5 В на +5 В.

Используя две модели LTspice ^® , мы смогли проанализировать производительность LT8714 с показателем хорошей мощности в первой модели и с использованием несвязанных катушек индуктивности во второй модели.

Заключение

В этой статье демонстрируется простая двухквадрантная схема источника напряжения с использованием LTC8714.Конструкция была протестирована и подтверждена контроллером LTC8714 на отличную линейность.

Биполярный источник питания

с регулируемыми регуляторами

ИС LM317T и LM337T — это хорошо известные недорогие регулируемые стабилизаторы напряжения, способные выдавать выходной ток до 1,5 А с рассеиваемой мощностью до 20 Вт. LM317T выдает положительное выходное напряжение, а LM337T дает отрицательное выходное напряжение.

Полезно иметь биполярный источник питания с LM317T и LM337T, обеспечивающий симметричную выходную мощность.Однако одновременная регулировка обоих выходных напряжений является проблемой.

Обычное решение — построить регулятор напряжения слежения с операционным усилителем, который отслеживает положительный или отрицательный выход источника питания. Но здесь источники питания и другие параметры операционного усилителя могут быть ограничивающими факторами для требуемой выходной мощности.

Другое решение — использовать стереопотенциометр (потенциометр) для одновременной регулировки обоих выходных источников питания. Стереопотенциометры хорошего качества имеют небольшую разницу (около ± 5%) между двумя выходами.Если эта разница слишком велика, вы можете использовать дополнительные потенциометры, чтобы отрегулировать выходное напряжение до точно такого же значения.

Здесь мы представляем схему биполярного блока питания с регулируемыми регуляторами LM317T и LM337T. Схема обеспечивает возможность более точной регулировки выходного напряжения с помощью отдельных потенциометров. Кроме того, выходное напряжение можно регулировать от уровня земли, а не от типичного ± 1,25 В.

Схема и рабочая

Принципиальная схема биполярного блока питания с LM317T и LM337T показана на рис.1. Он построен на понижающем трансформаторе 18–0–18 В (X1), мостовом выпрямителе на 1 А (BR1), регулируемом стабилизаторе положительного напряжения LM317T (IC1), регулируемом стабилизаторе отрицательного напряжения LM337T (IC2), восьми диодах 1N4001. (С D1 по D8) и несколько других компонентов.

Рис.1: Схема биполярного источника питания с регулируемыми регуляторами

Сеть 230 В переменного тока подается на первичную обмотку трансформатора X1. Вы можете выбрать трансформатор в соответствии с вашими требованиями к максимальному выходному напряжению и току.Здесь трансформатор X1 используется для создания регулируемого выходного напряжения до ± 15 В.

Мостовой выпрямитель BR1 должен иметь номинал не менее 1 А. Основные фильтрующие конденсаторы C5 и C6 должны быть не менее 2200 мкФ, 40 В. Нерегулируемое положительное напряжение подается на вывод 3 микросхемы IC1, а нерегулируемое отрицательное напряжение — на вывод 2 микросхемы IC2.

Секция регулируемого источника питания включает LM317T, LM337T и стерео потенциометр

VR2 (A) + VR2 (B) для одновременной регулировки выходных напряжений.Выходное напряжение LM317T обычно начинается примерно с 1,25 В, а выходное напряжение LM337T — примерно от -1,25 В. Здесь D1 и D2 создают положительное опорное напряжение около + 1,3 В, которое используется в качестве смещения для IC2. Кроме того, D3 и D4 создают отрицательное опорное напряжение около -1,3 В, которое используется в качестве смещения для IC1.

Вот почему выходные напряжения V3 и V4 могут начинаться почти с уровня земли. Если вам нужна лучшая стабильность, используйте опорные диоды на 1,2 В, такие как LM385-1.2, вместо обычных диодов с D1 по D4.Диоды с D5 по D8 защищают регуляторы от обратных напряжений.

Радиаторы

Установите IC1 и IC2 на соответствующие радиаторы, имеющие значение теплового сопротивления менее 4 ° C / Вт. Максимальная рассеиваемая мощность может достигать 10 Вт, если вам нужен выходной ток выше 0,5 А при самых низких выходных напряжениях. При расчете необходимого размера радиатора учитывайте, что максимальная рассеиваемая мощность LM317T и LM337T в корпусе TO-220 составляет 20 Вт, тепловое сопротивление перехода к корпусу составляет 4 ° C / Вт, а максимальная температура перехода составляет + 125 ° C.

Строительство и испытания

Макет печатной платы биполярного источника питания в натуральную величину показан на рис. 2, а расположение его компонентов — на рис. 3. После сборки схемы на печатной плате подключите вторичные выводы трансформатора к точкам, отмеченным X1 на печатной плате. Закрепите потенциометры VR1 — VR3 на передней стороне шкафа, чтобы можно было легко регулировать напряжения.

Рис.2: Схема печатной платы биполярного источника питания

Фиг.3: Расположение компонентов печатной платы

Загрузите PDF-файлы с компоновкой печатной платы и компонентов:

нажмите здесь

Для тестирования подключите цепь к сети переменного тока 230 В. Затем к выходному разъему подключите нагрузочные резисторы от 33 до 51 Ом с рассеиваемой мощностью не менее 10 Вт (желательно более 20 Вт). Установите дворники VR1 и VR3 в среднее положение. Изменяя стерео потенциометр VR2 (A) + VR (B), отрегулируйте выходное напряжение до требуемых напряжений, например, около ± 10 В. Измените VR1 и / или VR3, если требуется дальнейшая регулировка выходного напряжения.Теперь, если вы подключаете и отключаете нагрузки, выходные напряжения V3 и V4 должны немного измениться вокруг начального значения ± 10 В.

---

Эта статья была впервые опубликована 25 января 2018 г. и обновлена ​​27 марта 2020 г.

Разработка биполярного источника питания зарядного насоса

В этой статье представлена ​​и обсуждается схематическая конструкция безиндукторного источника питания ± 5 В.

Недавно я написал статью о преобразователях постоянного тока в постоянный ток с накачкой заряда, то есть преобразователях постоянного тока в постоянный, которые создают выходное напряжение путем периодической накачки заряда на конденсатор вместо переключения тока через катушку индуктивности.Регулирование напряжения на основе зарядного насоса является важной альтернативой более распространенному подходу на основе индуктора; схемы нагнетательного насоса

• проще и дешевле;
• требует меньше площади печатной платы;
• предлагает отличный КПД при низком токе нагрузки; и
• не генерируют столько излучаемых электромагнитных помех.

Основным ограничением для регуляторов накачки заряда является выходной ток; Переключатели на основе индукторов — лучший выбор, когда вам требуется более 50–100 мА.Тем не менее, 50 мА — это достаточный ток для многих маломощных электронных устройств или подсхем, и мне кажется, что акцент на преобразовании постоянного тока в постоянный на основе индуктора заставил многих разработчиков игнорировать потенциально лучшую альтернативу.

USB-вход, ± 5 В на выходе

Я создал эталонный дизайн блока питания, который принимает входное напряжение 5 В и генерирует выходные шины +5 В и –5 В. Было бы несложно модифицировать эту схему для разных напряжений, но я думаю, что конфигурация от 5 В до ± 5 В может быть полезна во многих приложениях, потому что 5 В — это то, что вы получаете от питания USB (которое удобно доступно почти везде) и потому, что ± 5 В подходит для широкого спектра аналоговых схем.Кроме того, 5 В — хорошее место для начала, если вы хотите генерировать 3,3 В с помощью LDO, поэтому, возможно, вы могли бы использовать положительную шину 5 В для аналоговой схемы, а также отрегулировать ее до 3,3 В для цифровых схем.

Примечание относительно двойных источников питания: нет сомнений в том, что многие аналоговые схемы могут быть реализованы в среде с одним источником питания, и этот подход может быть выгодным. Однако я лично считаю, что аналоговые схемы более просты и интуитивно понятны при использовании биполярных источников питания.Я последний, кто хотел бы усложнять конструкцию ненужной схемой источника питания, но схема подкачки заряда, представленная в этой статье, настолько проста и компактна, что делает биполярные источники питания возможным вариантом для многих аналоговых и смешанных устройств. .

LTC3265

Центральным компонентом в этой схеме является LTC3265 от Linear Tech / Analog Devices.

Схема взята из таблицы данных LTC3265 .

Это высоко интегрированная деталь, которая включает в себя нагнетатель заряда с удвоением напряжения, инвертирующий напряжение нагнетатель заряда и два линейных регулятора. Вот как я создаю симметричные рельсы с низким уровнем шума:

1. Входное напряжение питает насос удвоения заряда.
2. Выход двойного зарядового насоса питает инвертирующий зарядный насос.
3. Выходы удваивающих и инвертирующих насосов заряда регулируются до желаемого напряжения с помощью LDO.

Есть и другие способы реализации LTC3265. Вы можете инвертировать входное напряжение, а затем использовать входное напряжение и инвертированное напряжение в качестве биполярных шин, или инвертировать и удвоить входное напряжение, а затем использовать LDO для регулирования только удвоенного напряжения или использовать удвоенное напряжение для питания инвертора и подключите дублированные и инвертированные выходы непосредственно к нагрузке (т. е. без использования LDO).

Однако конфигурация, которую я использую в эталонном дизайне, предпочтительнее в большинстве ситуаций:

• Он очень универсален: после генерации ± 10 В от удвоителя и инвертора вы можете выбрать разные конечные выходные напряжения, просто заменив два резистора.Напряжения LDO устанавливаются следующим образом:

$$ V_ {LDO +} = 1,2 В \ times \ left (\ frac {R_3} {R_1} +1 \ right) \ \ \ \ \ V_ {LDO -} = — 1,2 В \ times \ left (\ frac { R_4} {R_2} +1 \ вправо) $$

• Использование LDO для изготовления выходных шин помогает подавить шум, создаваемый переключающим действием нагнетательных насосов.
• LDO также обеспечивают стабильное напряжение на выходных шинах даже при значительных колебаниях входного напряжения.

Я должен упомянуть одну деталь, прежде чем мы обсудим другие аспекты схемы: я назвал зарядовые насосы «удвоением» и «инвертированием», но полная история немного сложнее.LTC3265 может работать как в пакетном режиме, так и в режиме разомкнутого контура. В режиме разомкнутого контура нагнетательный насос заряда увеличивает свое входное напряжение в два раза, а инвертирующий насос заряда умножает свое входное напряжение на отрицательное. Однако в пакетном режиме коэффициенты немного меньше: V _BOOST = 0,94 × 2 × V _{IN_BOOST} и V _INV = –0,94 × V _{IN_INV} . Однако это не влияет на мою схему, потому что небольшая разница не изменит напряжение, генерируемое LDO.

Детали схемы

Вот полная схема моего безиндукторного биполярного источника питания:

Нажмите для увеличения.

• Питание подается через стандартный разъем USB Micro-B.
• Я включил большой конденсатор на вход, потому что мне всегда нравится большая емкость, когда входное напряжение на плату поступает через кабель и / или от неизвестного источника. Однако конденсатор емкостью 47 мкФ значительно увеличивает размер платы и ее стоимость (особенно стоимость), поэтому, если у вас есть бюджетные или пространственные ограничения, подумайте об отказе от C1.
• Величина сопротивления между выводом RT и землей определяет частоту генератора LTC3265. Я использовал потенциометр, чтобы экспериментировать с разными частотами.

• J3 и J4 — это гнездовые разъемы, которые я могу использовать для вставки устаревших сквозных резисторов. Это позволяет мне оценить производительность схемы при различных условиях нагрузки.
• C8 и C9 не важны, но вы также можете включить их, потому что они уменьшают уровень шума в выходном напряжении LDO.

Заключение

Как видно из схемы, такая деталь, как LTC3265, позволяет создавать малошумящие биполярные источники питания без значительных усилий по проектированию и без длинного списка компонентов. (Я предполагаю, что LDO удалит большую часть шума переключения; я буду знать наверняка, когда у меня будет возможность протестировать плату.) Хотя это, конечно, не сильноточный источник питания, схема может обеспечить до 100 мА (50 мА от каждого LDO), чего более чем достаточно для многих приложений.

Что такое биполярный источник питания? | element14

26 октября 2012 г.

Что такое биполярный (четырехквадрантный) источник питания?

Чтобы ответить на этот вопрос, я должен начать с базового определения условных обозначений полярности. На рисунке 1 показана простая схема блока питания (двухполюсного устройства) со стандартной полярностью по напряжению и току. Стандартный источник питания обычно является источником питания. Для источника питания ток должен выходить из клеммы положительного напряжения.Большинство источников питания используют источник энергии таким образом, обеспечивая положительное выходное напряжение и положительный выходной ток. Это известно как однополярный источник питания, потому что он обеспечивает напряжение только одной полярности. По соглашению, терминология «полярность» обычно относится к полярности напряжения (а не к направлению тока).

Если ток течет через клемму положительного напряжения, источник питания пропускает ток и действует как электронная нагрузка — он поглощает и рассеивает мощность, а не источник энергии.Большинство источников питания этого не делают, хотя многие источники питания Agilent могут потреблять некоторый ток для быстрого снижения выходного напряжения при необходимости — это известно как возможность понижающего программирования — см. Этот пост для получения дополнительной информации: http://powersupplyblog.tm .agilent.com / 2012/03 / if-you-need-fast-rise-and-fall-times.html.

Чтобы полностью определить условные обозначения выходного напряжения и тока источника питания, используется декартова система координат. В декартовой системе координат просто отображаются два параметра на перпендикулярных осях.См. Рисунок 2. По соглашению четыре квадранта системы координат определены, как показано. Римские цифры обычно используются для обозначения квадрантов. Для источников питания напряжение обычно отображается по вертикальной оси, а ток — по горизонтальной оси. Эта система координат используется для определения допустимых рабочих точек для данного источника питания. График границы, окружающей эти допустимые рабочие точки в системе координат, известен как выходная характеристика источника питания.

Как упоминалось ранее, некоторые источники питания являются однополярными (вырабатывают только выходное напряжение одной полярности), но могут передавать и потреблять ток.Эти источники питания могут работать в квадрантах 1 и 2 и поэтому могут называться двухквадрантными источниками питания. В квадранте 1 источник питания будет получать энергию с током, протекающим через клемму с более положительным напряжением. В квадранте 2 источник питания будет потреблять мощность (втекающий ток), а ток течет через клемму с более положительным напряжением.

Некоторые источники питания могут обеспечивать положительное или отрицательное напряжение на своих выходных клеммах без необходимости переключения внешней проводки на клеммы.Эти блоки питания обычно могут работать во всех четырех квадрантах и ​​поэтому известны как четырехквадрантные блоки питания. Другое название для них — биполярные, поскольку они могут создавать как положительное, так и отрицательное напряжение на своих выходных клеммах. В квадрантах 1 и 3 питание поступает от биполярного источника питания: ток течет от клеммы с более положительным напряжением. В квадрантах 2 и 4 биполярный источник питания потребляет энергию: ток течет на клемму с более положительным напряжением. См. Рис. 3.

Agilent N6784A является примером биполярного источника питания.Он может быть источником или потребителем тока, а выходное напряжение на его выходных клеммах может быть положительным или отрицательным. Это блок источника / измерения (SMU) мощностью 20 Вт с несколькими выходными диапазонами. См. Рисунок 4 с выходной характеристикой N6784A.

Подводя итог, биполярный или четырехквадрантный источник питания — это источник, который может обеспечивать положительное или отрицательное выходное напряжение и может истощать или потреблять ток. Он может работать в любом из четырех квадрантов вольт-амперной системы координат.

Комплект биполярного источника питания PS-22

PS-22 представляет собой регулируемый биполярный источник питания низкого напряжения, который выдает напряжение от +/- 5 В до +/- 24 В постоянного тока. В нем используются два регулируемых стабилизатора напряжения 1,5 А с малым падением напряжения: LD10866 для положительного выхода и LT337AT для отрицательного выхода. Печатная плата PS-22 имеет размеры всего 3,7 на 3,2 дюйма и, как и все печатные платы GlassWare, имеет очень большую толщину (0,094 дюйма) с тяжелыми медными дорожками весом 2 унции. Используются сверхбыстрые выпрямители MUR410G, каждый из которых шунтируется керамическим конденсатором емкостью 0,01 мкФ для уменьшения образования радиопомех.Для источника питания требуется силовой трансформатор с центральным отводом, который не входит в комплект.

Возможны радиаторы высотой 1,5 или 2,5 дюйма. Радиатор высотой 1,5 дюйма обеспечивает тепловое сопротивление 3,7 ° C / Вт, а его 2,5-дюймовый брат — низкое сопротивление 2,6 ° C / Вт. Как эти два тепловых сопротивления влияют на реальную производительность? Если бы радиатор 3,7 ° C / Вт был присоединен к резистору в корпусе TO-220, который рассеивал 10 Вт тепла, температура радиатора увеличилась бы на 37 ° C, то есть на 37 градусов по Цельсию (по Цельсию).Сейчас 37C не так уж и жарко, так как это основная температура вашего тела. Но 37 ° C необходимо добавить к той температуре, при которой был радиатор до тепловыделения резистора. Обычно мы принимаем 25 ° C, 77 градусов по Фаренгейту, как среднюю температуру в помещении. Внутри корпуса, заполненного трубами, это предположение может не соответствовать действительности на 15 ° C или более. В жаркий летний день внутри корпуса лампового усилителя мощности температура окружающей среды может быть ближе к 50C (122 градуса по Фаренгейту). Ой! При добавлении 50 ° C к 37 ° C получается 87 ° C, что приводит к сильно раскаленному радиатору и, скорее всего, к поджаренному стабилизатору напряжения.

Мое собственное ограничение на температуру радиатора составляет 60 ° C, так как это настолько горячо, насколько я могу прикасаться без перчаток. Итак, если мы работаем в обратном направлении, и если мы предполагаем, что 35 ° C — это внутренняя температура корпуса, и если мы хотим ограничить теплоотвод 3,7 ° C / Вт до не более 60 ° C, то устройство, генерирующее тепло, будь то регулятор напряжения или транзистор или МОП-транзистор, или силовой резистор, не может производить больше, чем (60 ° C — 35 ° C) / 3,7 ° C / Вт или 6,75 Вт.