Ostatnio zainteresowałem się montażem liniowych obwodów stabilizatora napięcia. Takie schematy nie wymagają rzadkich szczegółów, a wybór komponentów i strojenie również nie powoduje żadnych szczególnych trudności. Tym razem postanowiłem zamontować liniowy obwód stabilizatora napięcia na „regulowanej diodzie Zenera” (mikroukład) TL431. TL431 działa jako źródło napięcia odniesienia, a rolę mocy odgrywa potężny tranzystor NPN w pakiecie TO -220.
Przy napięciu wejściowym 19 V obwód może służyć jako źródło stabilizowanego napięcia w zakresie od 2,7 do 16 V przy prądzie do 4A. Stabilizator jest zaprojektowany jako moduł zmontowany na płycie tartej. Wygląda to tak:
Wideo:
Stabilizator wymaga zasilania prądem stałym. Sensowne jest zastosowanie takiego stabilizatora z klasycznym zasilaczem liniowym, składającym się z żelaznego transformatora, mostka diodowego i dużego kondensatora. Napięcie w sieci może się różnić w zależności od obciążenia, w wyniku czego zmieni się napięcie na wyjściu transformatora. Obwód ten zapewni stabilne napięcie wyjściowe ze zmiennym wejściem. Musisz zrozumieć, że stabilizator typu dolnego, a także na samym obwodzie, spada 1-3 V, więc maksymalne napięcie wyjściowe zawsze będzie niższe niż wejście.
Zasadniczo zasilacze impulsowe można wykorzystać jako źródło zasilania tego stabilizatora, na przykład z laptopa 19 V. Ale w tym przypadku rola stabilizacji będzie minimalna, ponieważ fabrycznie przełączane zasilacze i tak dalej stabilizowane napięcie wyjściowe.
Schemat:
Wybór komponentów
Zgodnie z dokumentacją maksymalny prąd, który chip TL431 może przez siebie przepuścić, wynosi 100 mA. W moim przypadku ograniczyłem prąd z marginesem do około 80 mA za pomocą rezystora R1. Konieczne jest obliczenie rezystora zgodnie ze wzorami.
Najpierw musisz określić rezystancję rezystora. Przy maksymalnym napięciu wejściowym 19 V, zgodnie z prawem Ohma, rezystancję oblicza się w następujący sposób:
R = U / I = 19 V / 0,08 A = 240 omów
Konieczne jest obliczenie mocy rezystora R1:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohm = 1,5 W.
Użyłem radzieckiego 2-watowego rezystora
Rezystory R2 i R3 tworzą dzielnik napięcia, który „programuje” TL431, a rezystor R3 jest zmienny, co pozwala na zmianę napięcia odniesienia, które następnie powtarza się w kaskadzie tranzystorów. Użyłem R2 - 1 K omów, R3 - 10 K omów. Moc rezystora R2 zależy od napięcia wyjściowego. Na przykład przy napięciu wyjściowym 19 V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 watów
Użyłem 1 watowego rezystora.
Rezystor R4 służy do ograniczenia prądu w oparciu o tranzystor VT2. Lepiej wybrać eksperymentalnie, kontrolując napięcie wyjściowe. Jeśli rezystancja jest zbyt duża, znacznie ograniczy to napięcie wyjściowe obwodu. W moim przypadku jest to 100 omów, każda moc jest odpowiednia.
Jako główny tranzystor mocy (VT1) lepiej jest używać tranzystorów w obudowie TO - 220 lub mocniejszej (TO247, TO-3). Użyłem zakupionego tranzystora E13009 na Ali Express. Tranzystor na napięcie do 400 V i prąd do 12 A. W przypadku takiego obwodu tranzystor wysokiego napięcia nie jest najbardziej optymalnym rozwiązaniem, ale będzie działał dobrze. Tranzystor jest prawdopodobnie fałszywy, a 12 A nie wytrzyma, ale 5-6A jest dość. W naszym obwodzie prąd wynosi do 4A, dlatego jest odpowiedni dla tego obwodu. W tym schemacie tranzystor musi być w stanie rozproszyć moc do 30-35 watów.
Straty mocy oblicza się jako różnicę między napięciem wejściowym i wyjściowym pomnożoną przez prąd kolektora:
P = (wyjście U-wejście U) * I kolektor
Na przykład napięcie wejściowe wynosi 19 V, ustawiamy napięcie wyjściowe na 12 V, a prąd kolektora wynosi 3 A.
P = (19V-12V) * 3A = 21 watów - jest to całkowicie normalna sytuacja dla naszego tranzystora.
A jeśli nadal będziemy obniżać napięcie wyjściowe do 6 V, obraz będzie inny:
P = (19 V-6 V) * 3 A = 39 watów, co nie jest bardzo dobre dla tranzystora w pakiecie TO-220 (należy również wziąć pod uwagę, że gdy tranzystor jest zamknięty, prąd również się zmniejszy: o 6 V prąd będzie wynosić około 2-2,5 A, a nie 3). W takim przypadku lepiej jest użyć innego tranzystora w bardziej masywnej obudowie lub zmniejszyć różnicę między napięciem wejściowym i wyjściowym (na przykład, jeśli źródłem zasilania jest transformator, przełączając uzwojenia).
Ponadto tranzystor musi być przystosowany do prądu o wartości 5 A lub większej. Lepiej jest wziąć tranzystor o współczynniku przenikania prądu statycznego wynoszącym 20. Tranzystor chiński w pełni spełnia te wymagania. Przed uszczelnieniem obwodu sprawdziłem (rozpraszanie prądu i mocy) na specjalnym stojaku.
Ponieważ TL431 może wytwarzać prąd nie większy niż 100 mA, a do zasilania podstawy tranzystora potrzebny jest większy prąd, potrzebny będzie inny tranzystor, który zwiększy prąd z wyjścia układu TL431, powtarzając napięcie odniesienia. W tym celu potrzebujemy tranzystora VT2.
Tranzystor VT2 musi być w stanie dostarczyć wystarczający prąd do podstawy tranzystora VT1.
Możliwe jest zgrubne określenie wymaganego prądu poprzez statyczny współczynnik przenoszenia prądu (h21e lub hFE lub β) tranzystora VT1. Jeśli chcemy, aby prąd wyjściowy wynosił 4 A, a współczynnik przenikania prądu statycznego VT1 wynosi 20, to:
I podstawa = I kolektor / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
Współczynnik przenikania prądu statycznego będzie różny w zależności od prądu kolektora, więc ta wartość ma charakter orientacyjny. Pomiary w praktyce wykazały, że konieczne jest dostarczenie około 170 mA do podstawy tranzystora VT1, aby prąd kolektora wynosił 4A. Tranzystory w pakiecie TO-92 zaczynają zauważalnie się rozgrzewać przy prądach powyżej 0,1 A, więc w tym obwodzie zastosowałem tranzystor KT815A w pakiecie TO-126. Tranzystor jest przeznaczony do prądu do 1,5 A, statyczny współczynnik transferu prądu wynosi około 75. Mały radiator dla tego tranzystora będzie odpowiedni.
Kondensator C3 jest potrzebny do ustabilizowania napięcia na bazie tranzystora VT1, wartość nominalna wynosi 100 μF, napięcie wynosi 25 V.
Filtry z kondensatorów są instalowane na wyjściu i wejściu: C1 i C4 (elektrolityczne przy 25 V, 1000 μF) i C2, C5 (ceramiczne 2-10 μF).
Dioda D1 służy do ochrony tranzystora VT1 przed prądem wstecznym. Dioda D2 jest potrzebna do ochrony przed tranzystorem podczas zasilania silników kolektorów. Po wyłączeniu zasilania silniki wirują przez chwilę, aw trybie hamowania działają jak generatory. Prąd generowany w ten sposób płynie w przeciwnym kierunku i może uszkodzić tranzystor.W tym przypadku dioda zamyka silnik i prąd nie dociera do tranzystora. Rezystor R5 odgrywa rolę małego obciążenia do stabilizacji w trybie jałowym, wartość nominalna 10 k Ohm, dowolna moc.
Zgromadzenie
Obwód jest montowany jako moduł na płycie pilśniowej. Użyłem grzejnika z zasilacza impulsowego.
Przy grzejniku tego rozmiaru nie należy obciążać obwodu tak bardzo, jak to możliwe. Przy prądzie większym niż 1 A należy wymienić grzejnik na bardziej masywny, dmuchanie wentylatorem również nie zaszkodzi.
Ważne jest, aby pamiętać, że im większa różnica między napięciem wejściowym i wyjściowym i im większy prąd, tym więcej ciepła jest generowane i potrzeba więcej chłodzenia.
Lutowanie zajęło około godziny. Zasadniczo dobrym pomysłem byłoby wykonanie tablicy przy użyciu metody LUT, ale od tego czasu Potrzebuję tylko tablicy w jednym egzemplarzu, nie chciałem tracić czasu na projektowanie tablicy.
Rezultatem jest taki moduł:
Po montażu sprawdziłem cechy:
Obwód nie ma praktycznie żadnego zabezpieczenia (co oznacza, że nie ma zabezpieczenia przed zwarciem, zabezpieczenia przed odwrotną polaryzacją, płynnego rozruchu, ograniczenia prądu itp.), Dlatego należy go używać bardzo ostrożnie. Z tego samego powodu nie zaleca się stosowania takich schematów w zasilaczach „laboratoryjnych”. W tym celu gotowe mikroukłady w pakiecie TO-220 nadają się do prądów do 5A, na przykład KR142EN22A. Lub przynajmniej dla tego obwodu, musisz wykonać dodatkowy moduł do ochrony przed zwarciem.
Obwód można nazwać klasycznym, podobnie jak większość liniowych obwodów stabilizujących. Nowoczesne obwody impulsowe mają wiele zalet, na przykład: wyższą wydajność, znacznie mniejsze ogrzewanie, mniejsze wymiary i wagę. Jednocześnie obwody liniowe są łatwiejsze do opanowania dla początkujących szynek, a jeśli wydajność i wymiary nie są szczególnie ważne, są one całkiem odpowiednie do zasilania urządzeń o ustabilizowanym napięciu.
I oczywiście nic nie można porównać z uczuciem, gdy zasilałem jakieś urządzenie z domowego źródła zasilania, a obwody liniowe dla początkujących szynek są bardziej dostępne, cokolwiek by to powiedzieć.