Τα ρυθμιζόμενα τροφοδοτικά συνήθως αναφέρονται σε μια τροφοδοσία ικανή να παρέχει μια ποικιλία τάσεων εξόδου χρήσιμων για δοκιμή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων πάγκου, πιθανώς με συνεχή μεταβολή της τάσης εξόδου, ή μόνο με ορισμένες προκαθορισμένες τάσεις. Σχεδόν όλες οι ηλεκτρονικές συσκευές που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικά κυκλώματα χρειάζονται μια πηγή ισχύος DC για να λειτουργήσουν. Ένα ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό αποτελείται ουσιαστικά από μια συνηθισμένη τροφοδοσία και μια συσκευή ρύθμισης τάσης. Η έξοδος από μια συνηθισμένη τροφοδοσία τροφοδοτείται στη συσκευή ρύθμισης τάσης που παρέχει την τελική έξοδο. Η τάση εξόδου παραμένει σταθερή ανεξάρτητα από διακυμάνσεις στην τάση εισόδου εναλλασσόμενου ρεύματος ή διακυμάνσεις στο ρεύμα εξόδου (ή φορτίο) αλλά το πλάτος της ποικίλλει ανάλογα με τις απαιτήσεις φορτίου.
Μερικοί από αυτούς τους τύπους τροφοδοτικών συζητούνται παρακάτω.
SMPS
Η βιομηχανία που οδηγεί σε πιο μειωτικά, ελαφρύτερα και πιο παραγωγικά ηλεκτρονικά συστήματα προκάλεσε την πρόοδο του SMPS, τίποτα άλλο από το Switch Mode Power Supply. Υπάρχουν ορισμένες τοπολογίες που χρησιμοποιούνται συνήθως για την πραγματοποίηση του SMPS. Ένα τροφοδοτικό εναλλαγής είναι ένα ηλεκτρονικό τροφοδοτικό που ενσωματώνει έναν ρυθμιστή εναλλαγής για την αποτελεσματική μετατροπή της ηλεκτρικής ισχύος. Σε αυτό με τη χρήση υψηλών συχνοτήτων μεταγωγής, τα μεγέθη του μετασχηματιστή ισχύος και των σχετικών εξαρτημάτων φιλτραρίσματος στο SMPS μειώνονται δραματικά σε σύγκριση με το γραμμικό. Οι μετατροπείς DC σε DC και οι μετατροπείς DC σε AC ανήκουν στην κατηγορία SMPS.
Σε ένα γραμμικό κύκλωμα ρυθμιστή η υπερβολική τάση από την μη ρυθμιζόμενη τροφοδοσία εισόδου DC μειώνεται σε ένα στοιχείο σειράς και ως εκ τούτου υπάρχει απώλεια ισχύος σε αναλογία με αυτήν την πτώση τάσης, ενώ στο κύκλωμα εναλλαγής λειτουργίας το μη ρυθμισμένο τμήμα της τάσης αφαιρείται τροποποιώντας τη λειτουργία διακόπτη αναλογία. Οι απώλειες μεταγωγής σε μοντέρνους διακόπτες (όπως: MOSFETs) είναι πολύ λιγότερες σε σύγκριση με την απώλεια στο γραμμικό στοιχείο.
Η πλειονότητα των ηλεκτρονικών φορτίων DC παρέχονται από τυπικές πηγές ισχύος. Δυστυχώς, οι τυπικές τάσεις πηγής ενδέχεται να μην ταιριάζουν με τα επίπεδα που απαιτούνται από μικροεπεξεργαστές, κινητήρες, LED ή άλλα φορτία, ειδικά όταν η τάση πηγής δεν ρυθμίζεται όπως πηγές μπαταρίας και άλλες πηγές DC καθώς και πηγές AC.
Διάγραμμα μπλοκ SMPS:
Η κύρια ιδέα πίσω από την τροφοδοσία διακόπτη (SMPS) μπορεί εύκολα να γίνει κατανοητή από την έννοια της εννοιολογικής εξήγησης ενός μετατροπέα DC-DC. Εάν η είσοδος του συστήματος είναι AC, τότε το 1ο στάδιο είναι η μετατροπή σε DC. Αυτό ονομάζεται διόρθωση. Το SMPS με είσοδο DC δεν απαιτεί το στάδιο διόρθωσης. Πολλά νεότερα SMPS θα χρησιμοποιήσουν ένα ειδικό κύκλωμα διόρθωσης συντελεστή ισχύος (PFC). Ακολουθώντας το ημιτονοειδές κύμα της εισόδου AC, μπορούμε να κάνουμε την είσοδο τρέχουσα. Και το διορθωμένο σήμα φιλτράρεται από τον πυκνωτή δεξαμενής εισόδου για την παραγωγή της μη ρυθμιζόμενης τροφοδοσίας DC. Η μη ρυθμιζόμενη παροχή DC δίνεται σε διακόπτη υψηλής συχνότητας. Για υψηλότερες συχνότητες, απαιτούνται εξαρτήματα με μεγαλύτερη χωρητικότητα και επαγωγικότητα. Σε αυτό το MOSFET μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σύγχρονοι ανορθωτές, αυτοί έχουν ακόμη χαμηλότερες πτώσεις τάσης αγώγιμης φάσης. Η υψηλή συχνότητα μεταγωγής, αλλάζει την τάση εισόδου στο πρωτεύον του μετασχηματιστή ισχύος. Οι παλμοί κίνησης είναι κανονικά σταθερή συχνότητα και κύκλος μεταβλητής λειτουργίας. Η έξοδος του δευτερεύοντος μετασχηματιστή διορθώνεται και φιλτράρεται. Στη συνέχεια αποστέλλεται στην έξοδο του τροφοδοτικού. Η ρύθμιση της εξόδου για την παροχή σταθεροποιημένης παροχής DC πραγματοποιείται από το μπλοκ ελέγχου ή ανάδρασης.
Τα περισσότερα SMPS. Τα συστήματα λειτουργούν σε βάση διαμόρφωσης πλάτους παλμού σταθερής συχνότητας, όπου η διάρκεια του χρόνου ενεργοποίησης της κίνησης προς το διακόπτη ισχύος ποικίλλει ανά κύκλο. Το σήμα πλάτους παλμού που δίνεται στο διακόπτη είναι αντιστρόφως ανάλογο με την έξοδο της τάσης εξόδου. Ο ταλαντωτής ελέγχεται από την ανάδραση τάσης από έναν ρυθμιστή κλειστού βρόχου. Αυτό επιτυγχάνεται συνήθως χρησιμοποιώντας έναν μικρό μετασχηματιστή παλμού ή έναν οπτο-απομονωτή, προσθέτοντας έτσι τον αριθμό των συστατικών. Σε ένα SMPS, η ροή ρεύματος εξόδου εξαρτάται από το σήμα ισχύος εισόδου, τα στοιχεία αποθήκευσης και τις τοπολογίες κυκλώματος που χρησιμοποιούνται, καθώς και από το μοτίβο που χρησιμοποιείται για την κίνηση των στοιχείων μεταγωγής. Χρησιμοποιώντας φίλτρα LC, οι κυματομορφές εξόδου φιλτράρονται.
Πλεονεκτήματα του SMPS:
- Μεγαλύτερη απόδοση επειδή το τρανζίστορ μεταγωγής διαλύει λίγη ισχύ
- Χαμηλότερη παραγωγή θερμότητας λόγω υψηλότερης απόδοσης
- Μικρότερο σε μέγεθος
- Ελαφρύτερο βάρος
- Μειώθηκε η αρμονική ανατροφοδότηση στο δίκτυο παροχής
Εφαρμογές SMPS:
- Προσωπικοί υπολογιστές
- Βιομηχανίες εργαλειομηχανών
- Συστήματα ασφαλείας
Μαζί με το SMPS συζητείται παρακάτω ένα κύκλωμα για ρυθμιζόμενη τροφοδοσία και δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας.
Γραμμικά τροφοδοτικά
Τροφοδοσία πάγκου εργασίας με αντίγραφο ασφαλείας
Ένα τροφοδοτικό πάγκου εργασίας είναι μια μονάδα τροφοδοσίας DC η οποία μπορεί να παρέχει διαφορετικές ρυθμιζόμενες τάσεις DC που χρησιμοποιούνται για σκοπούς δοκιμών ή βλαβών. Έχει σχεδιαστεί ένα απλό κύκλωμα ρυθμιζόμενης τροφοδοσίας με εφεδρική μπαταρία, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως τροφοδοτικό πάγκου εργασίας. Δίνει 12 βολτ, 9 βολτ και 5 βολτ ρυθμιζόμενο DC για να τροφοδοτήσει τα πρωτότυπα κατά τη δοκιμή ή τη λήψη προβλημάτων. Έχει επίσης εφεδρική μπαταρία για να συνεχίσει την εργασία σε περίπτωση διακοπής ρεύματος. Παρέχεται επίσης ένδειξη χαμηλής μπαταρίας για επιβεβαίωση της κατάστασης της μπαταρίας.
Αποτελείται από τρεις κύριες ενότητες:
Ένας ανορθωτής και μια μονάδα φίλτρου που μετατρέπει το σήμα AC σε ρυθμιζόμενο σήμα DC χρησιμοποιώντας τον συνδυασμό μετασχηματιστή, διόδων και πυκνωτών.
Μια μπαταρία που χρησιμοποιείται ως εναλλακτική λύση, η οποία μπορεί να επαναφορτιστεί κατά τη διάρκεια της κύριας τροφοδοσίας και να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ισχύος σε περίπτωση απουσίας κύριας τροφοδοσίας.
Μια ένδειξη φόρτισης μπαταρίας που δίνει ένδειξη της φόρτισης και της αποφόρτισης της μπαταρίας.
Μετασχηματιστής 14-0-14, 500 mA, διόδους ανορθωτή D1, D2 και φόρτωση πυκνωτή C1 το τμήμα τροφοδοσίας . Όταν η ισχύς δικτύου είναι διαθέσιμη, το D3 προς τα εμπρός προκαλεί πόλωση και παρέχει περισσότερα από 14 βολτ DC σε IC1, το οποίο στη συνέχεια δίνει ρυθμιζόμενα 12 βολτ που μπορούν να αξιοποιηθούν από την έξοδο του. Ταυτόχρονα, το IC2 δίνει ρυθμιζόμενο 9 βολτ και το IC3 ρυθμισμένο 5 βολτ από τις εξόδους τους.
Μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία 12 volt 7,5 Ah χρησιμοποιείται ως εφεδρική. Όταν η τροφοδοσία είναι διαθέσιμη, φορτίζεται μέσω D3 και R1. Το R1 περιορίζει το ρεύμα για φόρτιση. Για να αποφύγετε την υπερφόρτιση, εάν το τροφοδοτικό αλλάζει για μεγάλο χρονικό διάστημα και η μπαταρία δεν χρησιμοποιεί, η λειτουργία φόρτισης Trickle είναι ασφαλής. Το ρεύμα φόρτισης θα είναι περίπου 100-150 mA. Όταν η τροφοδοσία ρεύματος αποτύχει, η αντίστροφη μεροληψία D3 και η μεροληψία D4 προς τα εμπρός και η μπαταρία παίρνει το φορτίο. Η μπαταρία UPS είναι μια ιδανική επιλογή.
Η δίοδος Zener ZD και το τρανζίστορ PNP T1 αποτελούν την ένδειξη χαμηλής μπαταρίας. Αυτό το είδος διάταξης χρησιμοποιείται στους μετατροπείς για να δείξει την κατάσταση χαμηλής μπαταρίας. Όταν η τάση της μπαταρίας είναι πάνω από 11 βολτ, η Zener διεξάγει και διατηρεί τη βάση του Τ1 ψηλά έτσι ώστε να παραμένει εκτός λειτουργίας. Όταν η τάση της μπαταρίας πέσει κάτω από 11 βολτ, το Zener απενεργοποιείται και το T1 προς τα εμπρός. (Η δίοδος Zener πραγματοποιείται μόνο όταν η τάση που διαπερνά είναι πάνω από 1 volt ή υψηλότερη από την ονομαστική τάση της. Έτσι, εδώ το zener 10 volt πραγματοποιείται μόνο εάν η τάση είναι πάνω από 11 volt.) Η λυχνία LED ανάβει για να υποδείξει την ανάγκη φόρτισης της μπαταρίας. Το VR1 ρυθμίζει το σωστό σημείο απενεργοποίησης του Zener. Φορτίστε πλήρως την μπαταρία και μετρήστε την τάση του ακροδέκτη. Εάν είναι πάνω από 12 βολτ, ρυθμίστε το υαλοκαθαριστήρα του προκαθορισμένου VR1 στη μεσαία θέση και στρέψτε το ελαφρά μέχρι να σβήσει η λυχνία. Μην γυρίζετε το Preset στα άκρα. Η μπαταρία πρέπει πάντα να περιέχει επαρκή τάση πάνω από 12 βολτ (Η πλήρως φορτισμένη μπαταρία θα δείχνει περίπου 13,8 βολτ) και στη συνέχεια μόνο το IC1 λαμβάνει επαρκή τάση εισόδου.
Διάγραμμα δωρεάν κυκλώματος τροφοδοσίας αυτοδιακόπτη
Σε αυτό το διάγραμμα κυκλώματος, δίνεται ένα ρυθμιζόμενο κύκλωμα τροφοδοσίας που αν και ένας ρυθμιστής σταθερής τάσης U1-LM7805 όχι μόνο δίνει μια μεταβλητή αλλά και αυτόματη απενεργοποίηση χαρακτηριστικά. Αυτό επιτυγχάνεται με ένα ποτενσιόμετρο που συνδέεται μεταξύ του κοινού ακροδέκτη IC του ρυθμιστή και της γείωσης. Για κάθε αύξηση 100 ohm στην τιμή κυκλώματος της αντίστασης του ποτενσιόμετρου RV1, η τάση εξόδου αυξάνεται κατά 1 volt. Έτσι, η έξοδος κυμαίνεται από 3,7V έως 8,7V (λαμβάνοντας υπόψη την πτώση 1,3-volt στις διόδους D7 και D8).
Όταν δεν συνδέεται φορτίο στα τερματικά εξόδου του, τότε η τροφοδοσία είναι ότι απενεργοποιείται. Αυτό επιτυγχάνεται με τη βοήθεια των τρανζίστορ Q1 και Q2, διόδων D7 και D8 και πυκνωτή C2. Όταν ένα φορτίο είναι συνδεδεμένο στην έξοδο, η πιθανή πτώση μεταξύ των διόδων D7 και D8 (περίπου 1,3V) είναι αρκετή για την εκτέλεση των τρανζίστορ Q2 και Q1. Ως αποτέλεσμα, το ρελέ ενεργοποιείται και παραμένει σε αυτήν την κατάσταση όσο το φορτίο παραμένει συνδεδεμένο. Ταυτόχρονα, ο πυκνωτής C2 φορτίζεται σε δυναμικό περίπου 7-8 volt μέσω του τρανζίστορ Q2. Αλλά όταν αποσυνδεθεί το φορτίο (μια λυχνία εδώ εν σειρά με S2), το τρανζίστορ Q2 διακόπτεται. Ωστόσο, ο πυκνωτής C2 εξακολουθεί να φορτίζεται και αρχίζει να αποφορτίζεται μέσω της βάσης του τρανζίστορ Q1. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα (που βασικά καθορίζεται από την τιμή του C2), το ρελέ RL1 απενεργοποιείται, το οποίο απενεργοποιεί την είσοδο δικτύου στο πρωτεύον του μετασχηματιστή TR1. Για να συνεχίσετε ξανά την τροφοδοσία, πρέπει να πατήσετε το κουμπί S1 Push. Η καθυστέρηση απενεργοποίησης της τροφοδοσίας ποικίλλει άμεσα με την τιμή του πυκνωτή.
Χρησιμοποιήθηκε ένας μετασχηματιστής με δευτερεύουσα τάση 12V-0V, 250mA, αλλά μπορεί να αλλάξει σύμφωνα με τις απαιτήσεις του χρήστη (μέγιστη έως και 30V και βαθμολογία ρεύματος 1-αμπέρ). Για τη λήψη ρεύματος άνω των 300mA, ο ρυθμιστής IC πρέπει να είναι εφοδιασμένος με μια μικρή ψύκτρα πάνω από μόνωση μίκας. Όταν η δευτερεύουσα τάση του μετασχηματιστή αυξάνεται πέραν των 12 βολτ (RMS), το ποτενσιόμετρο RV1 πρέπει να επαναδιασταθεί. Επίσης, η βαθμολογία τάσης ρελέ πρέπει να είναι προκαθορισμένη.
Μεταβλητή τροφοδοσία με χρήση LM338
Συχνά απαιτείται τροφοδοσία DC για την τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών. Ενώ ορισμένοι απαιτούν ρυθμιζόμενη παροχή ρεύματος, υπάρχουν πολλές εφαρμογές όπου η τάση εξόδου πρέπει να μεταβληθεί. Η μεταβλητή τροφοδοσία είναι αυτή όπου μπορούμε να ρυθμίσουμε την τάση εξόδου σύμφωνα με τις απαιτήσεις. Η μεταβλητή παροχή ισχύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές εφαρμογές όπως η εφαρμογή μεταβλητής τάσης σε κινητήρες DC, η εφαρμογή μεταβλητών τάσεων σε μετατροπείς υψηλής τάσης DC-DC για τη ρύθμιση του κέρδους κ.λπ. Χρησιμοποιείται κυρίως σε δοκιμή ηλεκτρονικών έργων .
Το κύριο συστατικό μιας μεταβλητής παροχής ισχύος είναι οποιοσδήποτε ρυθμιστής του οποίου η έξοδος μπορεί να ρυθμιστεί χρησιμοποιώντας οποιοδήποτε μέσο όπως μια μεταβλητή αντίσταση. Τα ρυθμιστικά IC όπως το LM317 παρέχουν ρυθμιζόμενη τάση από 1,25 έως 30V. Ένας άλλος τρόπος είναι η χρήση LM33 IC.
Εδώ χρησιμοποιείται ένα απλό κύκλωμα τροφοδοσίας μεταβλητής ισχύος που χρησιμοποιεί LM33 που είναι ένας ρυθμιστής υψηλής τάσης.
Το LM 338 είναι ο ρυθμιστής υψηλής τάσης ρεύματος που μπορεί να τροφοδοτήσει ένα φορτίο άνω των 5 αμπέρ στο φορτίο. Η τάση εξόδου από τον ρυθμιστή μπορεί να ρυθμιστεί από 1,2 βολτ έως 30 βολτ. Απαιτεί μόνο δύο εξωτερικές αντιστάσεις για τη ρύθμιση της τάσης εξόδου. Το LM 338 ανήκει στην οικογένεια LM 138 που διατίθεται σε πακέτο 3 τερματικών. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές όπως ρυθμιζόμενη τροφοδοσία ρεύματος, ρυθμιστής συνεχούς ρεύματος, φορτιστές μπαταρίας κ.λπ. Μια υψηλή μεταβλητή παροχή ρεύματος είναι απαραίτητη για τον έλεγχο κυκλωμάτων ενισχυτή υψηλής ισχύος, κατά τη λήψη προβλημάτων ή τη συντήρηση. Αυτό επιτρέπει την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος με υψηλά παροδικά φορτία και οι ταχύτητες ξεκινούν υπό συνθήκες πλήρους φορτίου. Η προστασία από υπερφόρτωση παραμένει λειτουργική ακόμη και αν ο πείρος ρύθμισης αποσυνδεθεί κατά λάθος.
Περιγραφή κυκλώματος
Το βασικό κύκλωμα αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη:
- Ένας Μετασχηματιστής Βήματος προς τα κάτω για να προκαλέσει πτώση της τάσης AC 230V.
- Μια μονάδα ανορθωτή για τη διόρθωση του σήματος AC.
- Ένας εξομαλυντής πυκνωτή ηλεκτρολύτη για να φιλτράρει το σήμα dc και να αφαιρεί τους κυματισμούς AC.
- LM338
- Μια μεταβλητή αντίσταση
Εργασία του κυκλώματος
Η μεταβλητή τροφοδοσία με χρήση ρυθμιστή θετικής τάσης LM338 φαίνεται παρακάτω. Η ισχύς προέρχεται από μετασχηματιστή κατεβάσματος 5 αμπέρ 0-30 βολτ. Η μονάδα ανορθωτή 10 ενισχυτών διορθώνει το χαμηλό βολτ AC σε DC, το οποίο γίνεται χωρίς κυματισμό από τον εξογκωτικό πυκνωτή C1. Ο πυκνωτής C2 και C3 βελτιώνει τις παροδικές αποκρίσεις. Η τάση εξόδου μπορεί να ρυθμιστεί μέσω του δοχείου VR1 στην επιθυμητή τάση από 1,2 βολτ έως 28 βολτ. Το D1 προστατεύει από τα C4 και D2 προστατεύει από το C3 όταν απενεργοποιείται. Ο ρυθμιστής απαιτεί ψύκτρα.
Vout = 1.2V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.
