Navrhovanie jednoduchých obvodov napájania

Príspevok podrobne popisuje, ako navrhnúť a postaviť jednoduchý napájací obvod od základného prevedenia po primerane prepracovaný napájací zdroj s rozšírenými vlastnosťami.

Napájanie je nevyhnutné

Či už je to elektronický noob alebo odborný inžinier, všetci požadujú toto nevyhnutné zariadenie nazývané napájací zdroj.

Je to tak preto, lebo žiadna elektronika nemôže pracovať bez napájania, presnejšie jednosmerné napájanie nízkeho napätia, a napájacia jednotka je zariadenie, ktoré je špeciálne určené na plnenie tohto účelu.

Ak je toto zariadenie také dôležité, pre všetkých v odbore je nevyhnutné naučiť sa všetkých chrapúňov tohto dôležitého člena elektronickej rodiny.

Začnime a naučíme sa, ako navrhnúť najjednoduchší obvod napájania, pravdepodobne pre ľudí, pre ktorých by boli tieto informácie mimoriadne užitočné.
TO základný napájací obvod bude v zásade vyžadovať tri hlavné komponenty na zabezpečenie zamýšľaných výsledkov.
Transformátor, dióda a kondenzátor. Transformátor je zariadenie, ktoré má dve sady vinutí, jedno primárne a druhé je sekundárne.

Sieť 220v alebo 120v je napájaná do primárneho vinutia, ktoré sa prenáša do sekundárneho vinutia, aby sa tam vytvorilo nižšie indukované napätie.

Nízke zostupné napätie, ktoré je k dispozícii na sekundárnom transformátore, sa používa na zamýšľané použitie v elektronických obvodoch, ale skôr ako sa toto sekundárne napätie bude dať použiť, je potrebné ho najskôr opraviť, čo znamená, že je potrebné najskôr premeniť napätie na DC.

Napríklad ak je sekundárny transformátor dimenzovaný na 12 voltov, potom získaných 12 voltov zo sekundárneho transformátora bude 12 voltov striedavého prúdu podľa príslušných vodičov.

Elektronický obvod nikdy nemôže pracovať so striedavým prúdom, a preto by sa toto napätie malo transformovať na jednosmerný prúd.

Dióda je jedno zariadenie, ktoré efektívne prevádza striedavý prúd na jednosmerný prúd. Existujú tri konfigurácie, prostredníctvom ktorých možno konfigurovať základné konštrukcie napájacieho zdroja.

Možno sa tiež budete chcieť naučiť ako navrhnúť stolný zdroj napájania

Používanie jednej diódy:

Najzákladnejšou a najhrubšou formou napájania je napájanie s jednou diódou a kondenzátorom. Pretože jediná dióda usmerňuje iba jeden polovičný cyklus striedavého signálu, vyžaduje tento typ konfigurácie na kompenzáciu vyššie uvedeného obmedzenia veľký kondenzátor výstupného filtra.

Filtračný kondenzátor zaisťuje, že po usmernení sú na klesajúcich alebo klesajúcich úsekoch výsledného jednosmerného obrazca, kde má tendencia klesať napätie, tieto úseky naplnené a doplnené akumulovanou energiou vo vnútri kondenzátora.

Vyššie uvedený kompenzačný akt, ktorý robí akumulovaná energia kondenzátorov, pomáha udržiavať čistý a bez zvlnenia jednosmerný výstup, ktorý by nebol možný iba pomocou diód.

Pre napájanie s jednou diódou musí mať sekundárne vinutie transformátora jediné vinutie s dvoma koncami.

Vyššie uvedenú konfiguráciu však nemožno považovať za efektívny návrh napájacieho zdroja kvôli jeho hrubej polovodičovej náprave a obmedzeným možnostiam úpravy výkonu.

Používanie dvoch diód:

Používanie niekoľkých diód na výrobu napájania vyžaduje transformátor so sekundárnym vinutím so stredovým odbočením. Diagram ukazuje, ako sú diódy pripojené k transformátoru.

Aj keď tieto dve diódy pracujú tandemovo a pracujú s obidvomi polovicami striedavého signálu a vytvárajú usmernenie v plnej vlne, použitá metóda nie je efektívna, pretože v každom okamihu sa použije iba polovičné vinutie transformátora. To má za následok zlé nasýtenie jadra a zbytočné zahrievanie transformátora, čo spôsobuje, že tento typ konfigurácie napájacieho zdroja je menej efektívny a zvyčajný dizajn.

Používanie štyroch diód:

Je to najlepšia a všeobecne akceptovaná forma konfigurácie napájania, pokiaľ ide o proces nápravy.

Vďaka šikovnému použitiu štyroch diód je všetko veľmi jednoduché, stačí jediné sekundárne vinutie, sýtosť jadra je dokonale optimalizovaná, čo vedie k efektívnej premene striedavého prúdu na jednosmerný.

Obrázok ukazuje, ako sa vyrába usmernené napájanie s plnou vlnou pomocou štyroch diód a filtračného kondenzátora s relatívne nízkou hodnotou.

Tento typ konfigurácie diódy je všeobecne známy ako mostná sieť, ktorú by ste možno mali vedieť ako zostrojiť mostný usmerňovač .

Všetky vyššie uvedené konštrukcie napájacích zdrojov poskytujú výstupy s bežnou reguláciou, a preto ich nemožno považovať za dokonalé, neposkytujú ideálne jednosmerné výstupy, a preto nie sú žiaduce pre mnoho sofistikovaných elektronických obvodov. Navyše tieto konfigurácie nezahŕňajú funkcie regulácie variabilného napätia a prúdu.

Vyššie uvedené vlastnosti však môžu byť jednoducho integrované do vyššie uvedených návrhov, skôr s poslednou konfiguráciou napájania s plnou vlnou zavedením jediného integrovaného obvodu a niekoľkých ďalších pasívnych súčastí.

Používanie IC LM317 alebo LM338:

IC LM 317 je vysoko všestranné zariadenie, ktoré je zvyčajne zabudované do napájacích zdrojov na získanie dobre regulovaných a premenlivých výstupov napätia / prúdu. Zopár príklady obvodov napájania pomocou tohto integrovaného obvodu

Pretože vyššie uvedený integrovaný obvod môže podporovať iba maximálne 1,5 ampéra, pre väčšie prúdové výstupy sa môže použiť iné podobné zariadenie, ale s vyššími hodnotami. IC LM 338 funguje úplne rovnako ako LM 317, ale je schopný pracovať s prúdom až 5 ampérov. Jednoduchý dizajn je uvedený nižšie.

Na získanie pevných úrovní napätia sa môžu s vyššie vysvetlenými obvodmi napájania použiť integrované obvody série 78XX. The Integrované obvody 78XX sú komplexne vysvetlené pre vašu referenciu

V dnešnej dobe beztransformátorové napájacie zdroje SMPS sa stávajú obľúbenými medzi užívateľmi vďaka svojej vysokej účinnosti a vysokému výkonu, ktoré poskytujú funkcie v úžasne kompaktných veľkostiach.
Aj keď domáca výroba napájacieho obvodu SMPS určite nie je pre nováčikov v odbore, inžinieri a nadšenci s komplexnými znalosťami v odbore môžu s budovaním takýchto obvodov doma.

Môžete sa tiež dozvedieť niečo málo o úhľadnom spínaný režim napájania.

Existuje niekoľko ďalších druhov napájacích zdrojov, ktoré môžu zostaviť dokonca aj noví elektronickí nadšenci a ktoré nevyžadujú transformátory. Aj keď sú tieto typy napájacích obvodov veľmi lacné a ľahko zostaviteľné, nemôžu podporovať silný prúd a sú zvyčajne obmedzené na približne 200 mA.

Dizajn napájacieho zdroja bez transformátorov

Dve koncepcie vyššie uvedených typov napájacích obvodov bez transformátora sú diskutované v nasledujúcich dvoch príspevkoch:

Použitím vysokonapäťových kondenzátorov

Použitím integrovaných obvodov Hi-End a FET

Spätná väzba od jedného z vyhradených čitateľov tohto blogu

Vážený Swagatam Majumdar,

Chcel by som vytvoriť PSU pre mikrokontrolér a jeho závislé komponenty ...

Chcem dostať stabilný + 5V von a +3,3V z PSU, nie som si istý vekom zosilňovača, ale myslím si, že by malo stačiť 5A celkom, bude tam aj 5V myš a 5V klávesnica a 3 x SN74HC595 IC a tiež 2 x 512 kB SRAM ... Takže naozaj neviem, aký je vek zosilňovača, na ktorý sa mám zamerať ....

Myslím, že stačí 5 Amp? .... Moja HLAVNÁ otázka je, ktorý TRANSFORMÁTOR použiť a ktoré DIÓDY použiť? Vybral som si transformátor po tom, čo som niekde prečítal, že mostový usmerňovač všeobecne spôsobuje pokles napätia 1,4 V a vo vašom blogu vyššie uvádzate, že mostový recitátor spôsobí zvýšenie napätia? ...

Teda nie som si istý (v elektronike si tiež nie som istý) ..... PRVÝ transformátor, ktorý som si vybral, bol tento. Prosím, poraďte mi, ktorý je NAJLEPŠÍ pre moje potreby a ktoré DIÓDY tiež používať .... Chcel by som použiť PSU pre dosku veľmi podobnú tejto ....

Pomôžte a pomôžte mi najlepším spôsobom, ako vytvoriť vhodný SIEŤOVÝ ZDROJ 220 / 240V, ktorý mi dá STABILNÉ 5V a 3,3V na použitie s mojim dizajnom. Vopred ďakujem.

Ako získať konštantných 5 V a 3 V z napájacieho obvodu

Dobrý deň, dosiahnete to jednoducho pomocou 7805 IC na získanie 5V a pridaním niekoľkých diód 1N4007 k tomuto 5V na získanie približne 3,3V.

5 amp vyzerá príliš vysoko a nemyslím si, že by ste vyžadovali toľko vysokého prúdu, pokiaľ nepoužívate aj tento zdroj s externým budiacim stupňom, ktorý prenáša vyššie záťaže, ako napríklad vysoko wattová LED alebo motor atď.

Som si teda istý, že vašu požiadavku možno ľahko splniť vyššie uvedenými postupmi.

na napájanie MCU vyššie uvedeným postupom môžete použiť trafo 0-9V alebo 0-12V s prúdom 1amp, diódy môžu byť 1N4007 x 4nos

Diódy klesnú o 1,4 V, keď je vstupom jednosmerný prúd, ale keď je to striedavý prúd ako z trafa, výstup sa zvýši o faktor 1,21.

uistite sa, že za mostíkom na filtráciu používate krytku 2200uF / 25V

Dúfam, že vás tieto informácie osvetlia a zodpovedajú vaše otázky.

Obrázok vyššie ukazuje, ako získať konštantu 5V a 3,3V z daného napájacieho obvodu.

Ako získať 9 V premenné napätie z IC 7805

Za normálnych okolností sa IC 7805 považuje za stabilné zariadenie na reguláciu napätia 5 V. Avšak so základným riešením by sa IC mohol zmeniť na obvod variabilného regulátora od 5 V do 9 V, ako je uvedené vyššie.

Tu vidíme, že k stredovému uzemňovaciemu kolíku integrovaného obvodu je pridaná predvoľba 500 ohmov, ktorá umožňuje integrovanému obvodu produkovať zvýšenú výstupnú hodnotu až do 9 V s prúdom 850 mA. Predvoľbu je možné upraviť alebo získať výstupy v rozsahu 5 V až 9 V.

Vytvorenie pevného obvodu regulátora 12V

Na vyššie uvedenom diagrame vidíme, ako by sa dal použiť bežný regulátor IC 7805 na vytvorenie stabilného 5V regulovaného výstupu.

V prípade, že chcete dosiahnuť stabilný regulovaný napájací zdroj 12 V, môžete na dosiahnutie požadovaných výsledkov použiť rovnakú konfiguráciu, ako je uvedené nižšie:

Regulované napájanie 12V, 5V

Teraz predpokladajme, že máte obvodové aplikácie, ktoré vyžadovali duálne napájanie v rozsahu 12V fixného a tiež 5V stabilného regulovaného napájania.

Pre tieto aplikácie možno vyššie diskutovaný dizajn jednoducho upraviť použitím integrovaného obvodu 7812 a následne 7805 integrovaného obvodu na získanie požadovaného regulovaného napájacieho výstupu 12V a 5V, ako je uvedené nižšie:

Návrh jednoduchého duálneho napájacieho zdroja

V mnohých obvodových aplikáciách, najmä v tých, ktoré používajú operačné zosilňovače, je pre umožnenie +/- a zemného napájania obvodu povinný dvojitý napájací zdroj.

Navrhovanie jednoduché duálny zdroj napájania v skutočnosti zahŕňa iba napájací zdroj so stredovým kohútikom a mostíkový usmerňovač spolu s niekoľkými filtračnými kondenzátormi vysokej hodnoty, ako je uvedené nižšie:

Avšak dosiahnutie regulovaného duálneho napájacieho zdroja s požadovanou úrovňou duálneho napätia na výstupe je niečo, čo si obvykle vyžaduje zložitý dizajn pomocou nákladných integrovaných obvodov .

Nasledujúci návrh ukazuje, ako jednoducho a diskrétne je možné konfigurovať duálny zdroj napájania pomocou niekoľkých BJT a niekoľkých rezistorov.

Tu sú Q1 a Q3 upravené ako sledovače emitorov prechodové tranzistory , ktoré rozhodujú o množstve prúdu, ktorý môže prechádzať cez príslušné +/- výstupy. Tu je to okolo 2 ampérov

Výstupné napätie na príslušných koľajniciach s duálnym napájaním je určené tranzistormi Q2 a Q4 spolu s ich základnou sieťou odporového deliča.

Úrovne výstupného napätia je možné vhodne upraviť a doladiť úpravou hodnôt rozdeľovačov potenciálu tvorených rezistormi R2, R3 a R5, R6.

Návrh napájacieho zdroja LM317 s pevnými rezistormi

Ďalej je demonštrovaný veľmi jednoduchý zdroj napätia / prúdu na báze LM317T, ktorý by sa mohol použiť na nabíjanie nikel-kadmiových článkov alebo kedykoľvek je potrebný praktický zdroj napájania.

Je to nekomplikovaný projekt pre nováčika, ktorý sa má skonštruovať a je určený na použitie so zásuvným sieťovým adaptérom poskytujúcim neregulovaný zdroj. výkon. IC1 je vlastne nastaviteľný regulátor typu LM317T.

Otočné tlačidlo S1 zvolí nastavenie (konštantný prúd alebo konštantné napätie) spolu s hodnotou prúdu alebo napätia. Regulované napätie je možné získať na SK3 a prúd je na SK4.

Dbajte na to, aby bolo zahrnuté nastaviteľné nastavenie (poloha 12), ktoré umožňuje prispôsobenie premenného napätia pomocou potenciometra VR1.

Hodnoty rezistorov musia byť vyrobené z najbližších dosiahnuteľných pevných hodnôt, ktoré sú podľa potreby umiestnené v sérii.

Rezistor R6 je dimenzovaný na 1 W a R7 na 2 W, aj keď zvyšných môže byť 0,25 W. Regulátor napätia IC1 317 musí byť nainštalovaný na nejaký chladič, ktorého veľkosť je určená potrebným vstupným a výstupným napätím a prúdom.