Nedávno som sa začal zaujímať o montáž obvodov lineárneho stabilizátora napätia. Takéto schémy nevyžadujú zriedkavé podrobnosti a výber komponentov a ladenie tiež nespôsobujú žiadne zvláštne ťažkosti. Tentokrát som sa rozhodol zostaviť lineárny stabilizátor napätia na "regulovanej zenerovej dióde" (mikroobvod) TL431. TL431 funguje ako zdroj referenčného napätia a výkonovú úlohu hrá výkonný tranzistor NPN v balíku TO -220.
Pri vstupnom napätí 19 V môže obvod slúžiť ako zdroj stabilizovaného napätia v rozsahu od 2,7 do 16 V pri prúde až 4A. Stabilizátor je navrhnutý ako modul namontovaný na doštičku. Vyzerá to takto:
videa:
Stabilizátor vyžaduje jednosmerné napájanie. Má zmysel používať takýto stabilizátor s klasickým lineárnym napájaním, ktoré sa skladá z transformátora železa, diódy a veľkého kondenzátora. Napätie v sieti sa môže líšiť v závislosti od zaťaženia a výsledkom bude zmena napätia na výstupe z transformátora. Tento obvod poskytne stabilné výstupné napätie s premenlivým vstupom. Musíte pochopiť, že stabilizátor typu down, ako aj samotný obvod, poklesne na 1 až 3 V, takže maximálne výstupné napätie bude vždy menšie ako vstup.
Spínané napájacie zdroje sa môžu v zásade použiť ako napájacie zdroje pre tento stabilizátor, napríklad z laptopu 19 V. V tomto prípade však bude stabilizácia minimálna, pretože továrenské spínacie zdroje a tak na výstupe stabilizované napätie.
vodičské:
Výber komponentov
Maximálny prúd, ktorým môže čip TL431 prejsť sám, podľa dokumentácie, je 100 mA. V mojom prípade som pomocou odporu R1 obmedzil prúd s rezervou na asi 80 mA. Je potrebné vypočítať odpor pomocou vzorcov.
Najprv musíte určiť odpor rezistora. Pri maximálnom vstupnom napätí 19 V sa podľa Ohmovho zákona odpor vypočíta takto:
R = U / I = 19 V / 0,08 A = 240 Ohmov
Je potrebné vypočítať výkon rezistora R1:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohmov = 1,5 Wattu
Použil som sovietsky 2-wattový odpor
Odpory R2 a R3 tvoria delič napätia, ktorý „programuje“ TL431, a rezistor R3 je variabilný, čo vám umožňuje zmeniť referenčné napätie, ktoré sa potom opakuje v kaskáde tranzistorov. Použil som R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. Výkon rezistora R2 závisí od výstupného napätia. Napríklad s výstupným napätím 19 V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 wattu
Použil som odpor 1 watt.
Rezistor R4 sa používa na obmedzenie prúdu na základe tranzistora VT2. Je lepšie zvoliť hodnotenie experimentálne a riadiť výstupné napätie. Ak je odpor príliš veľký, značne to obmedzí výstupné napätie obvodu. V mojom prípade je to 100 ohmov, akákoľvek sila je vhodná.
Ako hlavný výkonový tranzistor (VT1) je lepšie používať tranzistory v puzdre TO - 220 alebo výkonnejšom (TO247, TO-3). Použil som tranzistor E13009, zakúpený na Ali Express, Tranzistor pre napätie do 400V a prúd do 12A. Pre taký obvod nie je vysokonapäťový tranzistor optimálnym riešením, ale bude fungovať dobre. Tranzistor je pravdepodobne falošný a 12 A nebude stáť, ale 5-6A je celkom. V našom obvode je prúd až 4A, preto je vhodný pre tento obvod. V tejto schéme musí byť tranzistor schopný rozptýliť energiu až do 30 - 35 wattov.
Rozptyl energie sa vypočíta ako rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím vynásobeným kolektorovým prúdom:
P = (výstup U - vstup U) * I kolektor
Napríklad vstupné napätie je 19 V, výstupné napätie nastavíme na 12 V a kolektorový prúd je 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 wattov - toto je úplne normálna situácia pre náš tranzistor.
A ak budeme pokračovať v znižovaní výstupného napätia na 6V, obraz bude iný:
P = (19V-6V) * 3A = 39 wattov, čo nie je veľmi dobré pre tranzistor v balíku TO-220 (musíte tiež vziať do úvahy, že keď je tranzistor zatvorený, prúd sa tiež zníži: o 6V bude prúd asi 2-2,5A a nie 3). V tomto prípade je lepšie použiť iný tranzistor v masívnom prípade, alebo znížiť rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím (napríklad, ak je napájacím zdrojom transformátor, prepínaním vinutí).
Tranzistor musí byť dimenzovaný na prúd najmenej 5A. Je lepšie zobrať tranzistor so súčiniteľom prenosu statického prúdu 20. Čínsky tranzistor tieto požiadavky úplne spĺňa. Pred tesnením v okruhu som skontroloval (prúd a rozptyl energie) na špeciálnom stojane.
pretože TL431 môže produkovať prúd nepresahujúci 100 mA a na napájanie bázy tranzistora je potrebný viac prúdu, budete potrebovať ďalší tranzistor, ktorý zosilní prúd z výstupu čipu TL431 a zopakuje referenčné napätie. Na to potrebujeme tranzistor VT2.
Tranzistor VT2 musí byť schopný dodávať dostatočný prúd do základne tranzistora VT1.
Požadovaný prúd je možné zhruba určiť pomocou koeficientu prenosu statického prúdu (h21e alebo hFE alebo p) tranzistora VT1. Ak chceme mať na výstupe prúd 4 A a koeficient prenosu statického prúdu VT1 je 20, potom:
I báza = I kolektor / p = 4 A / 20 = 0,2 A.
Koeficient statického prenosu prúdu sa bude líšiť v závislosti od prúdu kolektora, takže táto hodnota je indikatívna. Meranie v praxi ukázalo, že je potrebné privádzať asi 170 mA k báze tranzistora VT1 tak, aby bol kolektorový prúd 4A. Tranzistory v balíku TO-92 sa začínajú zreteľne zahrievať pri prúdoch nad 0,1 A, takže v tomto obvode som použil tranzistor KT815A v balíku TO-126. Tranzistor je navrhnutý pre prúd do 1,5A, statický koeficient prenosu prúdu je asi 75. Pre tento tranzistor bude vhodný malý chladič.
Kondenzátor C3 je potrebný na stabilizáciu napätia na základe tranzistora VT1, menovitá hodnota je 100 μF, napätie je 25V.
Filtre z kondenzátorov sú inštalované na výstupe a vstupe: C1 a C4 (elektrolytické pri 25 V, 1 000 μF) a C2, C5 (keramické 2 až 10 μF).
Dióda Dl slúži na ochranu tranzistora VT1 pred spätným prúdom. Dioda D2 je potrebná na ochranu pred tranzistorom pri napájaní kolektorových motorov. Keď je motor vypnutý, motory sa chvíľu točia a v brzdovom režime pracujú ako generátory. Takto generovaný prúd ide opačným smerom a môže poškodiť tranzistor.Dióda v tomto prípade uzatvára motor k sebe a prúd nedosahuje tranzistor. Rezistor R5 zohráva úlohu malej záťaže pri stabilizácii v pohotovostnom režime, nominálnej hodnote 10 k Ohm, pri akomkoľvek výkone.
zhromaždenia
Obvod je zostavený ako modul na doštičke. Použil som radiátor zo spínaného zdroja energie.
Pri radiátoroch tejto veľkosti by ste obvod nemali čo najviac zaťažovať. Pri prúde vyššom ako 1 A je potrebné vymeniť chladič za masívnejší, pričom fúkanie ventilátorom by tiež nepoškodilo.
Je dôležité si uvedomiť, že čím väčší je rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím a čím väčší je prúd, tým viac tepla je generované a tým viac chladenia je potrebné.
Spájkovanie trvalo asi hodinu. V zásade by bolo dobré vytvoriť tabuľu pomocou metódy LUT, ale odvtedy Potrebujem iba dosku v jednej kópii, nechcel som strácať čas navrhovaním dosky.
Výsledkom je taký modul:
Po montáži som skontroloval vlastnosti:
Okruh nemá prakticky žiadnu ochranu (čo znamená, že neexistuje žiadna ochrana proti skratu, ochrana proti reverznej polarite, plynulý rozbeh, obmedzenie prúdu atď.), Preto sa musí používať veľmi opatrne. Z toho istého dôvodu sa neodporúča používať takéto systémy v „laboratórnych“ zdrojoch energie. Na tento účel sú pripravené mikroobvody v balíku TO-220 vhodné pre prúdy až do 5A, napríklad KR142EN22A. Alebo aspoň pre tento obvod, musíte vytvoriť doplnkový modul na ochranu proti skratu.
Obvod možno nazvať klasickým, rovnako ako väčšina lineárnych stabilizačných obvodov. Moderné impulzné obvody majú mnoho výhod, napríklad: vyššiu účinnosť, oveľa menšie zahrievanie, menšie rozmery a hmotnosť. Zároveň je ľahšie zvládnuť lineárne obvody pre začiatočnícke šunky a ak účinnosť a rozmery nie sú zvlášť dôležité, sú celkom vhodné na napájanie zariadení so stabilizovaným napätím.
A samozrejme, nič sa nedá porovnávať s pocitom, keď som napájal nejaké zariadenie z domáceho zdroja energie a lineárne obvody pre šunky pre začiatočníkov sú prístupnejšie, nech už sa dá povedať čokoľvek.