Πρόσφατα, έγινα ενδιαφέρον για τη συναρμολόγηση κυκλωμάτων γραμμικής σταθεροποίησης τάσης. Τέτοια σχήματα δεν απαιτούν σπάνιες λεπτομέρειες και η επιλογή των εξαρτημάτων και η ρύθμιση δεν προκαλούν επίσης ιδιαίτερες δυσκολίες. Αυτή τη φορά αποφάσισα να συναρμολογήσω ένα κύκλωμα γραμμικού σταθεροποιητή τάσης στην "ρυθμισμένη διόδου zener" (μικροκυκλώματα) TL431. Το TL431 λειτουργεί ως πηγή τάσης αναφοράς και ο ρόλος ισχύος εκτελείται από ένα ισχυρό τρανζίστορ NPN στο πακέτο TO -220.
Με τάση εισόδου 19V, το κύκλωμα μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή σταθεροποιημένης τάσης στην περιοχή από 2,7 έως 16 V με ρεύμα μέχρι 4Α. Ο σταθεροποιητής είναι σχεδιασμένος ως μονάδα που συναρμολογείται σε αλουμινόχαρτο. Μοιάζει με αυτό:
Βίντεο:
Ο σταθεροποιητής απαιτεί τροφοδοσία DC. Είναι λογικό να χρησιμοποιείται ένας τέτοιος σταθεροποιητής με μια κλασσική γραμμική τροφοδοσία, που αποτελείται από μετασχηματιστή σιδήρου, γέφυρα δίοδος και μεγάλο πυκνωτή. Η τάση στο δίκτυο μπορεί να ποικίλει ανάλογα με το φορτίο και ως αποτέλεσμα, η τάση στην έξοδο του μετασχηματιστή θα αλλάξει. Αυτό το κύκλωμα θα παρέχει σταθερή τάση εξόδου με διαφορετική είσοδο. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι ο σταθεροποιητής του τύπου χαμηλώματος, καθώς και στο ίδιο το κύκλωμα, πέφτει 1-3 V, έτσι ώστε η μέγιστη τάση εξόδου θα είναι πάντοτε μικρότερη από την είσοδο.
Κατ 'αρχήν, η τροφοδοσία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως τροφοδοτικό για αυτόν τον σταθεροποιητή, για παράδειγμα, από ένα φορητό υπολογιστή 19 V. Σε αυτή την περίπτωση, ο ρόλος της σταθεροποίησης θα είναι ελάχιστος, διότι το εργοστάσιο μεταγωγής τροφοδοτικά και ούτω καθεξής σταθεροποιημένη τάση εξόδου.
Σχέδιο:
Επιλογή στοιχείων
Το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να περάσει από το τσιπ TL431, σύμφωνα με την τεκμηρίωση, είναι 100 mA. Στην περίπτωσή μου, έχω περιορίσει το ρεύμα με περιθώριο περίπου 80 mA χρησιμοποιώντας την αντίσταση R1. Είναι απαραίτητο να υπολογίσετε την αντίσταση σύμφωνα με τους τύπους.
Πρώτα πρέπει να προσδιορίσετε την αντίσταση της αντίστασης. Σε μια μέγιστη τάση εισόδου 19 V, σύμφωνα με το νόμο του Ohm, η αντίσταση υπολογίζεται ως εξής:
R = U / I = 19V / 0,08Α = 240 Ohm
Είναι απαραίτητο να υπολογίσετε την ισχύ της αντίστασης R1:
Ρ = Ι ^ 2 * R = 0,08 Α * 0,08 Α * 240 Ohms = 1,5 Watts
Χρησιμοποίησα μια σοβιετική αντίσταση 2 watt
Οι αντιστάτες R2 και R3 σχηματίζουν έναν διαιρέτη τάσης που "προγραμματίζει" το TL431 και ο αντιστάτης R3 είναι μεταβλητός, ο οποίος σας επιτρέπει να αλλάξετε την τάση αναφοράς, η οποία στη συνέχεια επαναλαμβάνεται σε έναν καταρράκτη τρανζίστορ. Χρησιμοποίησα R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. Η ισχύς του αντιστάτη R2 εξαρτάται από την τάση εξόδου. Για παράδειγμα, με τάση εξόδου 19V:
Ρ = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 watt
Χρησιμοποίησα μια αντίσταση 1 watt.
Η αντίσταση R4 χρησιμοποιείται για τον περιορισμό του ρεύματος με βάση το τρανζίστορ VT2. Είναι καλύτερα να επιλέγετε πειραματικά την ταξινόμηση, ελέγχοντας την τάση εξόδου. Εάν η αντίσταση είναι πολύ μεγάλη, αυτό θα περιορίσει σημαντικά την τάση εξόδου του κυκλώματος. Στην περίπτωσή μου, είναι 100 Ohms, οποιαδήποτε ισχύς είναι κατάλληλη.
Ως κύριο τρανζίστορ ισχύος (VT1), είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε τρανζίστορ σε θήκη TO-220 ή ισχυρότερη (TO247, TO-3). Χρησιμοποίησα το τρανζίστορ E13009, αγοράστηκε στο Ali Express. Τρανζίστορ για τάση μέχρι 400V και ρεύμα μέχρι 12Α. Για ένα τέτοιο κύκλωμα, ένα τρανζίστορ υψηλής τάσης δεν είναι η βέλτιστη λύση, αλλά θα λειτουργήσει καλά. Το τρανζίστορ είναι πιθανότατα πλαστό και 12 A δεν θα σταθεί, αλλά το 5-6Α είναι αρκετά. Στο κύκλωμά μας, το ρεύμα είναι μέχρι 4Α, επομένως, κατάλληλο για αυτό το κύκλωμα. Σε αυτό το σχήμα, το τρανζίστορ πρέπει να είναι σε θέση να διαχέει την ισχύ μέχρι 30-35 Watt.
Η απορρόφηση ισχύος υπολογίζεται ως η διαφορά μεταξύ της τάσης εισόδου και εξόδου πολλαπλασιασμένη με το ρεύμα συλλέκτη:
P = (έξοδος U -U είσοδος) * I συλλέκτη
Για παράδειγμα, έχουμε τάση εισόδου 19 V, ρυθμίσαμε την τάση εξόδου σε 12 V και το ρεύμα συλλέκτη που έχουμε είναι 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 watts - αυτή είναι μια εντελώς φυσιολογική κατάσταση για το τρανζίστορ μας.
Και αν συνεχίσουμε να μειώνουμε την τάση εξόδου σε 6V, η εικόνα θα είναι διαφορετική:
P = (19V-6V) * 3A = 39 watts, που δεν είναι πολύ καλό για ένα τρανζίστορ στο πακέτο TO-220 (πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη ότι όταν το τρανζίστορ είναι κλειστό, το ρεύμα θα μειωθεί επίσης: κατά 6V το ρεύμα θα είναι περίπου 2-2.5Α, και όχι 3). Σε αυτή την περίπτωση, είναι καλύτερο είτε να χρησιμοποιήσετε ένα άλλο τρανζίστορ σε μια πιο μαζική περίπτωση, είτε να μειώσετε τη διαφορά μεταξύ της τάσης εισόδου και εξόδου (για παράδειγμα, αν η τροφοδοσία είναι μετασχηματιστής, αλλάζοντας τις περιελίξεις).
Επίσης, το τρανζίστορ πρέπει να έχει ονομαστικό ρεύμα τουλάχιστον 5Α. Είναι καλύτερο να ληφθεί ένα τρανζίστορ με συντελεστή στατικής μεταφοράς ρεύματος 20. Το κινεζικό τρανζίστορ συμμορφώνεται πλήρως με αυτές τις απαιτήσεις. Πριν από τη σφράγιση στο κύκλωμα, το έλεγξα (ρεύμα και απορρόφηση ισχύος) σε ειδική βάση.
Επειδή Το TL431 μπορεί να παράγει ρεύμα όχι μεγαλύτερη από 100 mA και για να τροφοδοτήσει τη βάση του τρανζίστορ απαιτεί περισσότερο ρεύμα, θα χρειαστείτε ένα άλλο τρανζίστορ, το οποίο θα ενισχύσει το ρεύμα από την έξοδο του τσιπ TL431, επαναλαμβάνοντας την τάση αναφοράς. Για αυτό, χρειαζόμαστε ένα τρανζίστορ VT2.
Το τρανζίστορ VT2 πρέπει να μπορεί να παρέχει επαρκές ρεύμα στη βάση του τρανζίστορ VT1.
Είναι δυνατό να προσδιοριστεί χονδρικά το απαιτούμενο ρεύμα μέσω του συντελεστή μεταφοράς στατικού ρεύματος (h21e ή hFE ή β) του τρανζίστορ VT1. Αν θέλουμε να έχουμε ρεύμα 4 Α στην έξοδο και ο συντελεστής στατικής μεταφοράς ρεύματος VT1 είναι 20, τότε:
Βάση I = συλλέκτης I / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
Ο συντελεστής μεταφοράς στατικού ρεύματος ποικίλει ανάλογα με το ρεύμα συλλέκτη, επομένως αυτή η τιμή είναι ενδεικτική. Η μέτρηση στην πράξη έδειξε ότι είναι απαραίτητη η παροχή περίπου 170 mA στη βάση του τρανζίστορ VT1 έτσι ώστε το ρεύμα συλλέκτη να είναι 4Α. Τα τρανζίστορ στη συσκευασία TO-92 αρχίζουν να θερμαίνονται αισθητά σε ρεύματα πάνω από 0,1 A, έτσι σε αυτό το κύκλωμα χρησιμοποίησα το τρανζίστορ KT815A στη συσκευασία TO-126. Το τρανζίστορ είναι σχεδιασμένο για ρεύμα έως 1,5Α, ο στατικός συντελεστής μεταφοράς ρεύματος είναι περίπου 75. Θα είναι κατάλληλη μια μικρή ψύκτρα για αυτό το τρανζίστορ.
Ο πυκνωτής C3 χρειάζεται για τη σταθεροποίηση της τάσης με βάση το τρανζίστορ VT1, η ονομαστική τιμή είναι 100 μF, η τάση είναι 25V.
Φίλτρα από πυκνωτές εγκαθίστανται στην έξοδο και είσοδο: C1 και C4 (ηλεκτρολυτική στα 25V, 1000 μF) και C2, C5 (κεραμικά 2-10 μF).
Η δίοδος D1 χρησιμεύει για την προστασία του τρανζίστορ VT1 από αντίστροφο ρεύμα. Η δίοδος D2 είναι απαραίτητη για την προστασία από ένα τρανζίστορ κατά την τροφοδότηση των κινητήρων συλλογής. Όταν η τροφοδοσία είναι απενεργοποιημένη, οι μηχανές περιστρέφονται για λίγο και στη λειτουργία πέδησης λειτουργούν ως γεννήτριες. Το ρεύμα που παράγεται με αυτόν τον τρόπο πηγαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση και μπορεί να βλάψει το τρανζίστορ.Η δίοδος σε αυτή την περίπτωση κλείνει τον κινητήρα και ο ρεύμα δεν φτάνει στο τρανζίστορ. Ο αντιστάτης R5 παίζει το ρόλο ενός μικρού φορτίου για σταθεροποίηση σε κατάσταση αναμονής, ονομαστική τιμή 10k Ohm, οποιαδήποτε ισχύ.
Συνέλευση
Το κύκλωμα συναρμολογείται ως μονάδα σε πινέλο. Χρησιμοποίησα ένα θερμαντικό σώμα από τροφοδοτικό.
Με ένα ψυγείο αυτού του μεγέθους, δεν πρέπει να φορτώνετε το κύκλωμα όσο το δυνατόν περισσότερο. Με ρεύμα μεγαλύτερη από 1 Α, είναι απαραίτητο να αντικαταστήσετε το θερμαντικό σώμα με ένα πιο μαζικό, καθώς φυσώντας με ανεμιστήρα δεν θα βλάψει επίσης.
Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ της τάσης εισόδου και εξόδου και όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, τόσο περισσότερη θερμότητα παράγεται και χρειάζεται περισσότερη ψύξη.
Χρειάστηκε περίπου μία ώρα για συγκόλληση. Κατ 'αρχήν, θα ήταν καλή μορφή να κάνουμε ένα συμβούλιο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο LUT, αλλά από τότε Χρειάζομαι μόνο ένα διοικητικό συμβούλιο σε ένα αντίγραφο, δεν ήθελα να χάσω χρόνο σχεδιάζοντας το διοικητικό συμβούλιο.
Το αποτέλεσμα είναι μια τέτοια ενότητα:
Μετά τη συναρμολόγηση, έλεγξα τα χαρακτηριστικά:
Το κύκλωμα δεν έχει ουσιαστικά καμία προστασία (δηλαδή δεν υπάρχει προστασία από βραχυκύκλωμα, προστασία αντίστροφης πολικότητας, μαλακή εκκίνηση, περιορισμός ρεύματος κ.λπ.), γι 'αυτό πρέπει να το χρησιμοποιήσετε πολύ προσεκτικά. Για τον ίδιο λόγο, δεν συνιστάται η χρήση τέτοιων συστημάτων σε "εργαστηριακά" τροφοδοτικά. Για το σκοπό αυτό, τα έτοιμα μικροκυκλώματα στη συσκευασία TO-220 είναι κατάλληλα για ρεύματα μέχρι 5Α, για παράδειγμα, KR142EN22A. Ή τουλάχιστον για αυτό το κύκλωμα, θα πρέπει να δημιουργήσετε μια πρόσθετη μονάδα προστασίας από βραχυκύκλωμα.
Το κύκλωμα μπορεί να ονομαστεί κλασικό, όπως τα περισσότερα γραμμικά κυκλώματα σταθεροποιητή. Τα σύγχρονα κυκλώματα παλμών έχουν πολλά πλεονεκτήματα, για παράδειγμα: υψηλότερη απόδοση, πολύ λιγότερη θέρμανση, μικρότερες διαστάσεις και βάρος. Ταυτόχρονα, τα γραμμικά κυκλώματα είναι πιο εύκολο να κυριαρχήσουν για τα ζευγάρια αρχαρίων και εάν η απόδοση και οι διαστάσεις δεν είναι ιδιαίτερα σημαντικά, είναι αρκετά κατάλληλα για την παροχή συσκευών με σταθεροποιημένη τάση.
Και φυσικά, τίποτα δεν χτυπά το συναίσθημα όταν τροφοδοτούσα κάποια συσκευή από μια οικιακή πηγή ενέργειας, και τα γραμμικά κυκλώματα για αρχάριους ζαμπόν είναι πιο προσιτά, ό, τι μπορεί να πει κανείς.