Наскоро се заинтересувах от сглобяването на линейни стабилизаторни вериги на напрежението. Такива схеми не изискват редки подробности, а изборът на компоненти и настройката също не създават особени затруднения. Този път реших да сглобя линейна стабилизатор на напрежение на "регулиран ценеров диод" (микросхема) TL431. TL431 действа като източник на референтно напрежение, а ролята на мощност се играе от мощен NPN транзистор в пакета TO -220.
С входно напрежение от 19 V, веригата може да служи като източник на стабилизирано напрежение в диапазона от 2,7 до 16 V при ток до 4A. Стабилизаторът е проектиран като модул, сглобен върху дъска. Изглежда така:
видео:
Стабилизаторът изисква постоянен ток. Има смисъл да се използва такъв стабилизатор с класическо линейно захранване, състоящ се от железен трансформатор, диоден мост и голям кондензатор. Напрежението в мрежата може да варира в зависимост от натоварването и в резултат на това напрежението на изхода на трансформатора ще се промени. Тази схема ще осигури стабилно изходно напрежение с променлив вход. Трябва да се разбере, че стабилизаторът от типа на спускане, както и в самата верига, пада 1-3 V, така че максималното изходно напрежение винаги ще бъде по-малко от входното.
По принцип превключващите захранвания могат да се използват като захранване за този стабилизатор, например от лаптоп с напрежение 19 V. Но в този случай ролята на стабилизацията ще бъде минимална, тъй като фабрични комутационни захранвания и така нататък изходно стабилизирано напрежение.
Шофиране:
Избор на компоненти
Максималният ток, който чипът TL431 може да премине през себе си, според документацията, е 100 mA. В моя случай ограничих тока с марж до около 80 mA, използвайки резистора R1. Необходимо е да се изчисли резисторът според формулите.
Първо трябва да определите съпротивлението на резистора. При максимално входно напрежение от 19 V, според закона на Ом, съпротивлението се изчислява, както следва:
R = U / I = 19V / 0.08A = 240 Ohm
Необходимо е да се изчисли мощността на резистора R1:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohms = 1,5 Watts
Използвах съветски 2-ватов резистор
Резисторите R2 и R3 образуват разделител на напрежение, който „програмира“ TL431, а резисторът R3 е променлив, което ви позволява да промените еталонното напрежение, което след това се повтаря в каскада от транзистори. Използвах R2 - 1K ома, R3 - 10K ома. Мощността на резистор R2 зависи от изходното напрежение. Например с изходно напрежение 19V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 вата
Използвах 1 ватов резистор.
Резистор R4 се използва за ограничаване на тока на базата на транзистора VT2. По-добре е да изберете класацията експериментално, контролирайки изходното напрежение. Ако съпротивлението е твърде голямо, това значително ще ограничи изходното напрежение на веригата. В моя случай е 100 ома, всяка мощност е подходяща.
Като основен силов транзистор (VT1) е по-добре да използвате транзистори в TO - 220 или по-мощен случай (TO247, TO-3). Използвах транзистор E13009, закупен на Ali Express, Транзистор за напрежение до 400V и ток до 12А. За такава схема транзисторът с високо напрежение не е най-оптималното решение, но ще работи добре. Най-вероятно транзисторът е фалшив и 12 A няма да стои, но 5-6A е съвсем. В нашата верига токът е до 4А, следователно, подходящ за тази верига. В тази схема транзисторът трябва да може да разсейва мощността до 30-35 вата.
Разсейването на мощността се изчислява като разликата между входното и изходното напрежение, умножено по тока на колектора:
P = (U изход -U вход) * I колектор
Например входното напрежение е 19 V, задаваме изходното напрежение на 12 V, а токът на колектора е 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 вата - това е напълно нормална ситуация за нашия транзистор.
И ако продължим да намаляваме изходното напрежение до 6V, картината ще бъде различна:
P = (19V-6V) * 3A = 39 вата, което не е много добре за транзистор в пакет TO-220 (също трябва да вземете предвид, че когато транзисторът е затворен, токът също ще намалее: с 6V токът ще бъде около 2-2,5A, и не 3). В този случай е по-добре или да използвате друг транзистор в по-масивен случай, или да намалите разликата между входното и изходното напрежение (например, ако захранването е трансформатор, чрез превключване на намотките).
Също така транзисторът трябва да бъде номинален за ток от 5А или повече. По-добре е да вземете транзистор с коефициент на преход на статичен ток 20. Китайският транзистор напълно отговаря на тези изисквания. Преди запечатването във веригата го проверих (разсейване на ток и мощност) на специална стойка.
защото TL431 може да генерира ток не повече от 100 mA, а за да захранвате основата на транзистора изисква повече ток, ще ви е необходим друг транзистор, който ще усили тока от изхода на чипа TL431, повтаряйки референтното напрежение. За това ни е необходим транзистор VT2.
Транзисторът VT2 трябва да може да подава достатъчен ток към основата на транзистор VT1.
Възможно е приблизително да се определи необходимия ток чрез коефициента на пренос на статичен ток (h21e или hFE или β) на транзистора VT1. Ако искаме да имаме ток 4 A на изхода, а коефициентът на пренос на статичен ток VT1 е 20, тогава:
I основа = I колектор / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
Коефициентът на пренос на статичен ток ще варира в зависимост от тока на колектора, така че тази стойност е ориентировъчна. Измерването на практика показа, че е необходимо да се подава около 170 mA към основата на транзистор VT1, така че токът на колектора да е 4A. Транзисторите в пакета TO-92 започват да се загряват забележимо при токове над 0,1 A, така че в тази схема използвах транзистора KT815A в пакета TO-126. Транзисторът е проектиран за ток до 1,5А, коефициентът на статичен ток на предаване е около 75. Ще бъде подходящ малък радиатор за този транзистор.
Кондензатор C3 е необходим за стабилизиране на напрежението на базата на транзистора VT1, номиналната стойност е 100 μF, напрежението е 25V.
На изхода и входа са инсталирани филтри от кондензатори: С1 и С4 (електролитични при 25V, 1000 μF) и C2, C5 (керамични 2-10 μF).
Диодът D1 служи за защита на транзистора VT1 от обратен ток. Диод D2 е необходим за защита срещу транзистор при подаване на колекторни двигатели. Когато захранването е изключено, двигателите се въртят за известно време и в режим на спиране работят като генератори. Токът, генериран по този начин, върви в обратна посока и може да повреди транзистора.Диодът в този случай затваря мотора към себе си и токът не достига транзистора. Резистор R5 играе ролята на малък товар за стабилизация в режим на празен ход, номиналната стойност е 10k Ohm, всяка мощност.
монтаж
Веригата е сглобена като модул на дъска. Използвах радиатор от превключващо захранване.
С радиатор с такъв размер не зареждайте веригата колкото е възможно повече. При ток над 1 A е необходимо радиаторът да бъде заменен с по-масивен, като духането с вентилатор също няма да навреди.
Важно е да запомните, че колкото по-голяма е разликата между входното и изходното напрежение и колкото по-голям е токът, толкова повече топлина се генерира и е необходимо повече охлаждане.
Отне около час за запояване. По принцип би било добра форма да направите дъска по метода LUT, но тъй като Имам нужда от дъска само в едно копие, не исках да губя време за проектиране на дъската.
Резултатът е такъв модул:
След монтажа проверих характеристиките:
Веригата почти няма защита (което означава, че няма защита от късо съединение, защита от обратна полярност, мек старт, ограничаване на тока и т.н.), така че трябва да я използвате много внимателно. По същата причина не се препоръчва използването на такива схеми в "лабораторни" захранвания. За тази цел готовите микросхеми в пакета TO-220 са подходящи за токове до 5А, например KR142EN22A. Или поне за тази верига трябва да направите допълнителен модул за защита срещу късо съединение.
Веригата може да се нарече класическа, като повечето линейни стабилизаторни вериги. Съвременните импулсни вериги имат много предимства, например: по-висока ефективност, много по-малко нагряване, по-малки размери и тегло. В същото време линейните вериги са по-лесни за овладяване за начинаещи хамове и ако ефективността и размерите не са особено важни, те са доста подходящи за захранване на устройства със стабилизирано напрежение.
И разбира се, нищо не побеждава усещането, когато захранвах някакво устройство от домашен източник на захранване, а линейните схеми за начинаещи хамове са по-достъпни, каквото и да каже някой.