Circuito de fonte de alimentação ajustável de 0-40V – Tutorial de construção

Esse suprimento multiuso de uso geral gera até 2,5 amperes de zero a 20 volts ou até 1,25 amperes de 0 a 40 volts. A limitação atual é variável dentro do intervalo completo para qualquer uma das opções de saída.

Por Trupti Patil

Vista frontal da fonte de alimentação ajustável de 0-40V

Principais especificações da fonte de alimentação:

Especificações técnicas para a fonte de alimentação 0-40V

Uma FONTE DE ALIMENTAÇÃO IDEAL deve fornecer uma tensão variável dentro de uma ampla faixa e que permaneça na tensão definida, independentemente da tensão da linha ou disparidades de carga.


O suprimento também deve estar protegido contra curto-circuito em toda a sua saída e ser capaz de restringir a corrente de carga para garantir que os dispositivos não sejam danificados por circunstâncias defeituosas.

Este projeto em particular explica uma fonte de alimentação projetada para fornecer 2,5 amperes em até 18 volts (até 20 volts em correntes mais baixas). Ao mesmo tempo, algumas modificações básicas farão a oferta oferecer até 40 volts a 1,25 amperes.

A tensão de alimentação é ajustável entre zero e ‘a mais alta disponível, e a limitação de corrente também pode ser ajustada em toda a faixa estipulada. O modo de operação da fonte de alimentação é indicado por dois LEDs.

O próximo ao botão de controle de tensão mostra se a unidade está na configuração de regulação de tensão normal e o próximo ao botão de limite de corrente mostra se a unidade está no modo de limite de corrente. Além disso, um medidor grande exibe a saída de corrente ou tensão selecionada por um comutador.

CARACTERÍSTICAS DE DESIGN

Enquanto estávamos em nossos estágios preliminares de projeto, investigamos diferentes tipos de reguladores e os aspectos positivos e negativos de cada um para nos ajudar a escolher o que oferece a funcionalidade mais econômica. As estratégias específicas e suas características podem ser resumidas da seguinte forma.

O regulador de derivação:

Esse projeto funcionaria principalmente para fontes de baixa energia em torno de 10 a 15 watts. Oferece excelente regulação e é resistente a curto-circuito internamente, mas dissipa toda a energia que está equipada para suportar em condições de ausência de carga.

O regulador da série.

Este regulador se adapta a fontes de energia médias de aproximadamente 50 watts.

Pode e destina-se a fontes de alimentação mais altas, embora a dissipação de calor possa ser um problema, principalmente em correntes muito altas com baixas tensões de saída.


Excelente regulamentação, geralmente há menos ruído de saída e o custo é comparativamente mínimo.

Regulador SRC:

Ideal para fins de média a alta potência, esse regulador fornece baixa dissipação de energia, embora a instabilidade de saída e o tempo de resposta não sejam tão bons quanto os de um regulador em série.

Pré-regulador SCR e regulador de séries.

As melhores características do SCR e dos reguladores da série são combinadas com esse tipo de circuito de fonte de alimentação usado para aplicações de média a alta potência. Um pré-regulador SCR é usado para garantir um fornecimento aproximadamente regulado em torno de cinco volts a mais do que o recomendado, acompanhado por um regulador em série adequado.

Isso reduz a perda de energia no regulador da série. No entanto, é muito mais caro construir.

Regulador de comutação.

Também aplicada em aplicações de média a alta potência, essa técnica fornece regulação acessível e baixa dissipação de energia no regulador, no entanto, é caro construir e possui uma onda de alta frequência na saída.

Fonte de alimentação comutada.

A técnica mais bem-sucedida de todas, esse regulador retifica a rede elétrica para operar um inversor a 20 kHz ou até mais. Para reduzir ou aumentar a tensão, geralmente é usado um transformador de ferrite de baixo custo, cuja saída é retificada e filtrada para obter a saída DC preferida.

A regulação de linha é muito boa, mas certamente tem a desvantagem de não poder ser convenientemente aplicada como fonte variável, pois só pode ser adaptada em uma faixa relativamente menor.

NOSSO PROJETO

Diagrama do circuito da fonte de alimentação ajustável de 0-40V

Detalhes da fiação do diodo do transformador da fonte de alimentação 0-40V

Nosso princípio de projeto inicial era para uma fonte de alimentação de cerca de 20 volts com uma saída de 5 a 10 amperes.
Dito isto, considerando as variedades prontamente disponíveis de reguladores, bem como os custos, optamos por limitar a corrente a aproximadamente 2,5 amperes.
Essa abordagem nos ajudou a empregar um regulador de série, o modelo mais econômico. Foi necessária uma boa regulamentação, juntamente com a função de limitação de corrente ajustável, além disso, foi escolhido adicionalmente que a fonte de alimentação pudesse operar até virtualmente zero volts.

Para obter a classificação final, é essencial um trilho de alimentação negativo ou um comparador que possa operar usando suas entradas de zero volt. Ao contrário do uso de um trilho de suprimento negativo, tomamos a decisão de trabalhar com um amplificador operacional CA3l30 IC como comparador.

O CA3l 30 precisa de uma única fonte (máximo de 15 volts) e, inicialmente, usamos um resistor e um zener de 2 volts para obter uma fonte de 12 volts. A tensão de referência foi criada a partir dessa fonte de zener por mais um resistor e um zener de 5 volts.


Acreditava-se que isso apresentasse uma regulação adequada para a tensão de referência; no entanto, a saída do retificador foi virtualmente identificada como alterada de 21 para 29 volts, mais parte da comutação de ondulação e tensão que ocorreu no zener de 12 volts Como resultado, acabou refletido na referência de 5 volts do Zener.

Por esse motivo, o Zener de 12 volts foi substituído por um regulador de corrente contínua que resolveu o problema.

Com todos os reguladores de série, o transistor de saída da série de características de projeto deve dissipar muita energia, principalmente em baixa tensão de saída e alta corrente. Para esse fator, um dissipador de calor respeitável é uma parte importante da estrutura.

Os dissipadores de calor industriais são incrivelmente caros e geralmente difíceis de instalar. Como resultado, criamos nosso próprio dissipador de calor que não era apenas mais acessível, mas funcionou muito melhor do que a variação comercial em que estávamos pensando: era mais fácil conectar.

No entanto, em carga máxima, o dissipador de calor continuará a aquecer como o transformador. e em circunstâncias de alta e baixa tensão, o transistor pode até ficar forte demais para tocar.
Isso é bastante normal, pois o transistor nessas situações continua a operar dentro da faixa de temperatura selecionada.

Juntamente com qualquer suprimento extremamente regulamentado, a estabilidade pode ser um desafio. Por esse motivo, o modo de operação de regulação de tensão, os capacitores C5 e C7, estão incluídos para minimizar o ganho de loop em altas frequências e, assim, impedir que a fonte oscile.

O valor C5 foi escolhido para economizar idealmente no período de estabilidade e reação. Quando o valor C5 é muito baixo, a velocidade da reação aumenta.

No entanto, existe uma maior possibilidade de falta de estabilidade. Se o tempo de reação excessivo aumentar indevidamente. No modo de limite de corrente, C4 completa a funcionalidade idêntica e exatamente as mesmas opiniões são implementadas como no cenário de tensão.

Como a fonte de alimentação tem capacidade para uma saída de corrente relativamente alta, sem dúvida pode haver uma queda de tensão na fiação dos terminais de saída, o que é compensado pela detecção da tensão nos terminais de saída através de um conjunto independente de cabos.

Embora o suprimento tenha sido principalmente de 20 volts a 2,5 amperes, foi recomendado que o mesmo suprimento fosse usado para fornecer 40 volts a 1,25 amperes e que isso fosse mais apropriado para muitos usuários finais.

Isso pode ser conseguido modificando as configurações do retificador e alterando alguns componentes. Alguma idéia foi dada para criar a oferta comutável, no entanto, as complexidades e os preços adicionais foram de uma maneira que não foi considerada vantajosa.

Portanto, você deve basicamente escolher a configuração que corresponde à sua demanda e criar o suprimento conforme necessário.

A tensão regulada máxima acessível é possivelmente restringida pela tensão de entrada no regulador ser muito baixa (mais de 18 volts e 2,5 amperes) ou talvez pela razão R14 / R15 e pelo valor da tensão de referência. (Saída = R14 + R15 / R15) V ref

Devido à tolerância do ZD1, provavelmente os 20 volts (ou 40 volts) provavelmente não estão acessíveis. Se identificado como uma situação, R14 deve ser aumentado para o valor favorecido subsequente.

Potenciômetros de uma volta foram fornecidos para os controles de tensão e corrente devido ao fato de serem acessíveis. No entanto, se for necessário o ajuste fino do controle de tensão ou corrente, devem ser aplicados potenciômetros de dez voltas como substitutos.

COMO FUNCIONA

A rede elétrica de 240 volts é reduzida para 40 Vac através do transformador e, dependendo da fonte de alimentação desenvolvida, é retificada para 25 ou 5 Vcc.

Essa tensão é realmente moderada, pois a tensão real será diferente entre 29 volts (58 volts) sem carga e 21 volts (42 volts) com carga total.

Capacitores de filtro idênticos são usados ​​em ambas as situações. Eles são anexados em paralelo à sua variante de 25 volts (5000uF) e em série para o modelo de 50 volts (1250uF). No modelo de 50 volts, a derivação central do transformador será acoplada à derivação central dos capacitores, garantindo assim uma voltagem precisa. compartilhamento entre capacitores. Essa configuração também oferece uma fonte de 25 volts ao regulador lC.

O regulador de tensão é essencialmente um tipo de série em que a impedância do transistor de série é governada de tal maneira que essa tensão em toda a carga é mantida constante no valor predeterminado.

O transistor Q4 dissipa uma grande quantidade de energia, principalmente em baixas tensões de saída e alta corrente, e, portanto, é instalado no dissipador de calor na parte traseira do produto.

O transistor Q3 traz ganho de corrente para o quarto trimestre, a colaboração funciona como um transistor PNP de alto ganho e alta potência. Os 25 volts são reduzidos a 12 volts através do regulador ICI IC. Essa tensão é comumente usada como tensão de alimentação dos CA3130 lCs e o diodo zener ZDI diminui ainda mais para 5,1 volts para uso como tensão de referência.

A regulação da tensão é realizada por lC3, que examina a tensão determinada por RV3 (O a 5,1 “volts) com a tensão de saída dividida por R14 e R15. O divisor fornece uma divisão de 4,2 (O a 21 volts) ou oito (0 a 40 volts).

Por outro lado, na extremidade superior, a tensão que pode ser obtida é restrita ao ponto em que o regulador consegue perder o controle a uma corrente alta, uma vez que a tensão através do capacitor do filtro atinge a tensão de saída mais uma flutuação 100 Hz. A saída do IC3 regula o transistor Q2, que subsequentemente controla o transistor de saída, para que a tensão de saída permaneça constante, independentemente das disparidades de linha e carga. A referência de 5,1 volts é oferecida ao emissor de Q2 a Q1.

Este transistor é realmente um estágio de amortecimento para compensar a carga na linha de 5,1 volts. O controle de corrente é realizado pelo IC2, que analisa a tensão determinada por -RV1 (O a 0,55 volts) usando a tensão criada em torno de R7 pela corrente de carga.

Se 0,25 volts forem definidos no RV1 e a corrente consumida for pequena, a saída do IC2 será próxima de 12 volts. Isso leva à iluminação do LED 2, pois o emissor Q1 está a 5,7 volts.

Conseqüentemente, esse LED significa que esta fonte está operando no modo regulador de tensão. No entanto, se a corrente acionada aumentar de tal forma que a tensão em torno de R7 seja superior a 0,25 volts (em nossa ilustração), a saída do IC2 poderá cair. Quando a saída do IC2 cai abaixo de cerca de 4 volts, o Q2 começa a desligar via LED 3 e D5. O resultado disso seria minimizar a tensão de saída para que a tensão em R7 não pudesse aumentar mais.

Enquanto isso está acontecendo, o comparador de tensão do IC3 tenta combater o problema e sua saída aumenta para 12 volts. O IC2 consome mais corrente para compensar e essa corrente faz com que o LED 3 acenda, o que implica que a fonte esteja operando no modo de limite de corrente.

Para garantir uma regulação precisa, os terminais sensores de tensão são entregues nos pontos de saída independentemente daqueles que carregam a corrente de carga. O medidor inclui um movimento em miliamperes e lê a tensão de saída (imediatamente nos terminais de saída) ou a corrente (tensão que mede a tensão em torno de R7), conforme escolhido no comutador SV2 no painel frontal

Projeto de PCB para circuito de potência de 40V

Disposição ajustável da trilha do PWB da fonte de alimentação 0-40V

Sobreposição de componente de PCB da fonte de alimentação 0-40V

CONSTRUÇÃO

O projeto de placa de circuito impresso sugerido para este circuito de fonte de alimentação variável de 0-40V deve ser usado, pois a construção está sendo bastante simplificada.

Os componentes devem ser colocados juntos na placa, assegurando que as polaridades dos diodos, transistores, CI e eletrólitos sejam adequadas. O BDl40 (Q3) deve ser instalado de forma que o lado que usa a superfície do metal fique voltado para a direção do lCl. Um pequeno dissipador de calor deve ser parafusado no transistor, como mostrado na imagem.

Se a usinagem for usada conforme detalhado, o arranjo de montagem deve ser usado.

Conexão do medidor 0-40V

a) Prenda o painel frontal na frente da estrutura e parafuse-os usando o medidor.

b) Coloque os terminais de saída, os potenciômetros e a chave do medidor no painel frontal.

c) Os cátodos dos LEDs (que aplicamos) foram designados por um entalhe dentro do corpo que não era perceptível enquanto os LEDs estavam instalados no painel frontal.

Se isso soa como o seu, reduza os terminais do cátodo um pouco menores para reconhecê-los e instale os LEDs em seu lugar.

d) Comprimentos do cabo de solda (cerca de 180 mm de comprimento) para os terminais de 240 volts do transformador, isole os terminais com fita adesiva e, em seguida, coloque o transformador no lugar dentro da estrutura.

f) Monte o cabo de alimentação e o grampo do cabo. ligue o interruptor, isole os terminais e conecte-o ao painel frontal.

g) Conecte o dissipador de calor e parafuse-o na parte traseira da estrutura usando um par de parafusos; instale o transistor de potência usando arruelas de isolamento e graxa de silicone.

h) Instale a placa de circuito impresso montada na estrutura usando espaçadores de 10 mm.

i) Conecte o transformador secundário, os diodos retificadores e os capacitores do filtro. Os cabos de diodo são rígidos o suficiente para que você não queira nenhum suporte adicional.

j) A fiação envolvendo a placa e os comutadores pode agora entrar nos pontos de conexão com letras correspondentes no diagrama do painel frontal e nos diagramas de sobreposição de componentes. A única configuração necessária seria calibrar o medidor. Conecte um voltímetro genuíno ao controle de saída da fonte de alimentação para que o medidor externo decodifique 1 5 volts (ou 30 volts na configuração alternativa).

Lista de peças para o circuito de fonte de alimentação proposto de 40V 2 Amp

Lista de peças da fonte de alimentação 0-40V



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

Status (Não Revisado)

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