Hvordan lage en stabilisert benkstrømforsyningskrets

I dette innlegget diskuterer vi hvordan en effektiv og effektiv, men likevel veldig billig og stabilisert benkestrømforsyning kan utformes av enhver elektronisk hobbyist for trygt å teste alle typer elektroniske prosjekter og prototyper.

Hovedtrekkene som en benkstrømforsyning må ha er:

• Bør bygges med billige og lett tilgjengelige komponenter
• Bør være fleksibel med spennings- og strømområdet, eller må bare inkludere anlegget til en variabel spenning og variabel strømutgang.
• Bør være overstrøm og overbelastningsbeskyttet.
• Bør lett kunne repareres, i tilfelle et problem oppstår.
• Bør være rimelig effektiv med sin effekt.
• Skal lette tilpasning i henhold til ønsket spesifikasjon.

Generell beskrivelse

De fleste strømforsyningsdesignene har hittil innbefattet en lineær seriestabilisator. Denne designen bruker en pass-transistor som fungerer som en variabel motstand, regulert av en Zener-diode.

Seriens strømforsyningssystem er det mer populære, muligens på grunn av at det er mye mer effektivt. Med unntak av noe mindre tap i Zener og matemotstanden, skjer merkbart tap bare i serietilgangstransistoren i den perioden den tilfører strøm til lasten.

Imidlertid er en ulempe med serieforsyningssystemet at disse ikke gir noen form for kortslutning med utgangsbelastning. Betydning, under utgangsfeilforhold kan pass-transistoren tillate at en stor strøm strømmer gjennom den, og til slutt ødelegge seg selv og muligens også den tilkoblede belastningen.

Når det er sagt, legger du til en kortslutningsbeskyttelse til en seriekortbenk kan strømforsyningen raskt implementeres gjennom en annen transistorer konfigurert som et nåværende kontrollertrinn.

De regulator for variabel spenning oppnås gjennom en enkel transistor, potensiometer tilbakemelding.

Ovennevnte to tillegg muliggjør en seriepassbenkstrømforsyning som er allsidig, robust, billig, universell og praktisk talt uforgjengelig.

I de følgende avsnittene vil vi kort lære utformingen av de forskjellige trinnene som er involvert i en standard stabilisert benkestrømforsyning.

Enkleste transistorspenningsregulator

En rask måte å få en justerbar utgangsspenning er å koble bunnen av passet transistor med potensiometer og Zener-diode som vist i figuren nedenfor.

I denne kretsen er T1 rigget som en emitter-tilhenger BJT hvor basisspenningen VB bestemmer emitter-sidespenningen VE. Både VE og VB vil korrespondere nøyaktig med hverandre, og vil være nesten like, og trekke fremoverfallet.

Fremoverfallsspenningen til en hvilken som helst BJT er vanligvis 0,7 V, noe som innebærer at emitter-sidespenningen vil være:

VE = VB - 0,7

Bruke en tilbakemeldingssløyfe

Selv om ovennevnte design er enkel å bygge og veldig billig , denne typen tilnærminger tilbyr ikke god regulering av kraft på de lavere spenningsnivåene.

Dette er nøyaktig hvorfor en tilbakemeldingstypekontroll vanligvis brukes for å få en forbedret regulering gjennom hele spenningsområdet, som vist i figuren nedenfor.

I denne konfigurasjonen styres basespenningen til T1, og derfor utgangsspenningen, av spenningsfallet over R1, hovedsakelig på grunn av strømmen trukket av T2.

Når skyvearmen til potten VR1 er i bakkant, ekstrem ende, blir T2 avskåret siden basen blir jordet, noe som tillater det eneste spenningsfallet over R1 forårsaket av basestrømmen til T1. I denne situasjonen vil utgangsspenningen på T1-emitteren være nesten den samme som kollektorspenningen, og kan gis som:

VE = Vin - 0,7 , her er VE emitter-sidespenningen til T1, og 0,7 er standard fremover spenningsfallverdi for BJT T1 base / emitterledninger.

Så hvis inngangsforsyningen er 15 V, kan utgangen forventes å være:

VE = 15 - 0,7 = 14,3 V

Nå, når potten VR1 glidearm flyttes til den øvre positive enden, vil T2 få tilgang til hele emitter-sidespenningen til T1, noe som vil få T2 til å lede veldig hardt. Denne handlingen vil koble direkte til zener-diode D1 med R1. Betydning, nå vil basespenningen VB til T1 ganske enkelt være lik zenerspenningen Vz. Så produksjonen blir:

VE = Vz - 0,7

Derfor, hvis D1-verdien er 6 V, kan utgangsspenningen forventes å være bare:

VE = 6 - 0,7 = 5,3 V , så zenerspenningen bestemmer den minste mulige utgangsspenningen som kan oppnås fra dette serie passere strømforsyning når potten roteres på laveste innstilling.

Selv om det ovennevnte er enkelt og effektivt for å lage en benkestrømforsyning, har det en stor ulempe at den ikke er kortslutningssikker. Det betyr at hvis utgangsterminalene til kretsen ved et uhell er kortsluttet, eller hvis det påføres en overbelastningsstrøm, vil T1 raskt varme opp og brenne.

For å unngå denne situasjonen kan designen bare oppgraderes ved å legge til en nåværende kontrollfunksjon som forklart i det følgende avsnittet.

Legger til overbelastning kortslutningsbeskyttelse

En enkel inkludering av T3 og R2 gjør at designen på benkens strømforsyningskrets kan være 100% kortslutningssikker og strømstyrt . Med dette designet vil ikke en forsettlig kortslutning av utgangen ikke skade T1.

Arbeidet med dette stadiet kan forstås slik:

Så snart utgangsstrømmen har en tendens til å gå utover den innstilte sikre verdien, utvikles en proporsjonal mengde potensiell forskjell over R2, nok til å slå PÅ transistoren T3 hardt.

Når T3 er slått PÅ, blir T1-basen koblet til sin emitterlinje, som øyeblikkelig deaktiverer T1-ledningen, og denne situasjonen opprettholdes til kort utgang eller overbelastning er fjernet. På denne måten er T1 beskyttet mot enhver uønsket utgangssituasjon.

Legge til en variabel strømfunksjon

I den ovennevnte utformingen kan den nåværende sensormotstanden R2 være en fast verdi hvis utgangen kreves for å være en konstant strømutgang. Imidlertid skal en god benkestrømforsyning ha et variabelt område for både spenning og strøm. Med tanke på dette kravet, kan den nåværende begrenseren gjøres justerbar ved å legge til en variabel motstand med basen av T3, som vist nedenfor:

VR2 deler spenningsfallet over R2 og lar dermed T3 slå seg PÅ med en spesifikk ønsket utgangsstrøm.

Beregning av delverdiene

La oss starte med motstandene, R1 kan beregnes med følgende formel:

R1 = (Vin - MaxVE) hFE / utgangsstrøm

Her, siden MaxVE = Vin - 0,7

Derfor forenkler vi den første ligningen som R1 = 0.7hFE / utgangsstrøm

VR1 kan være en 10 k pott for spenninger opptil 60 V.

Nåværende begrenser R2 kan beregnes som angitt nedenfor:

R2 = 0,7 / maks utgangsstrøm

Maks utgangsstrøm skal velges 5 ganger lavere enn T1 maksimum Id, hvis T1 kreves for å fungere uten varmeavleder. Med en stor kjøleribbe installert på T1, kan utgangsstrømmen være 3/4 av T1 Id.

VR2 kan bare være en 1k-pott eller forhåndsinnstilt.

T1 skal velges i henhold til utgangsstrømkravet. T1 Id-klassifisering bør være 5 ganger mer enn ønsket utgangsstrøm, hvis den skal betjenes uten varmeavleder. Med en stor kjøleribbe installert, bør T1 Id-klassifiseringen være minst 1,33 ganger mer enn den nødvendige utgangsstrømmen.

Maksimal kollektor / emitter eller VCE for T1 bør være ideelt to ganger verdien av den maksimale utgangsspenningsspesifikasjonen.

Verdien av zenerdiode D1 kan velges avhengig av det laveste eller minste spenningsutgangskravet fra benken.

T2-karakteren vil avhenge av R1-verdien. Siden spenningen over R1 alltid vil være 0,7 V, blir VCE av T2 uvesentlig, og kan være en hvilken som helst minimumsverdi. Id for T2 skal være slik at den er i stand til å håndtere basestrømmen til T1, bestemt av verdien av R1

De samme reglene gjelder også for T3.

Generelt kan T2 og T3 være en hvilken som helst liten transistor for generelle formål som BC547 eller kanskje en 2N2222 .

Praktisk design

Etter å ha forstått alle parametrene for å designe en tilpasset benkestrømforsyning, er det på tide å implementere dataene i en praktisk prototype, som vist nedenfor:

Du kan finne noen flere komponenter introdusert i designet, som bare er for å forbedre kretsens reguleringsevne.

C2 er introdusert for å rengjøre eventuell restkrusning på T1, T2 basene.

T2 sammen med T1 danner en Darlington-par for å øke den nåværende forsterkningen av utgangen.

R3 tilsettes for å forbedre zenerdiodeledningen og derfor for å sikre bedre totalregulering.

R8 og R9 er lagt til for å gjøre det mulig å regulere utgangsspenningen over fast område, noe som ikke er kritisk.

R7 setter maksimal strøm som er tilgjengelig ved utgangen, som er:

I = 0,7 / 0,47 = 1,5 ampere, og dette virker ganske lavt sammenlignet med vurderingen til 2N3055 transistor . Selv om dette kan holde transistoren super kul, kan det være mulig å øke denne verdien opp til 8 ampere hvis 2N3055 er montert over en stor kjøleribbe.

Reduserende avledning for å øke effektiviteten

Den største ulempen med en hvilken som helst serietransistorbasert lineær regulator er transistoravsnittet med stor mengde. Og dette skjer når inngangs- / utgangsdifferensialen er høy.

Betydning, når spenningen justeres mot lavere utgangsspenning, må transistoren jobbe hardt for å kontrollere overflødig spenning, som deretter frigjøres som varme fra transistoren.

For eksempel hvis belastningen er en 3,3 V LED, og ​​inngangsforsyningen til benken er 15 V, må utgangsspenningen senkes til 3,3 V, som er 15 - 3,3 = 11,7 V mindre. Og denne forskjellen konverteres til varme av transistoren, noe som kan bety et effektivitetstap på mer enn 70%.

Dette problemet kan imidlertid bare løses ved å bruke a transformator med tappet spenningsutgangsvikling.

For eksempel kan transformatoren ha kraner på 5 V, 7,5 V, 10 V, 12 V, og så videre.

Avhengig av lasten kan kranene velges for å mate regulator krets . Etter dette kan spenningsjusteringspotten til kretsen brukes til å ytterligere justere utgangsnivået nøyaktig til ønsket verdi.

Denne teknikken vil øke effektiviteten til et veldig høyt nivå, slik at kjøleribben til transistoren blir mindre og kompakt.