Примітки щодо проектування джерела живлення

Посібник із застосування базового джерела живлення

Існує чотири основних типи використовуваних джерел живлення:

Нерегульований лінійний
Регульована лінійна
Ферорезонансний
Режим перемикання

Відмінності між чотирма типами включають постійну вихідну напругу, економічну ефективність, розмір, вагу та пульсації. Цей посібник пояснює кожен тип постачання, описує принцип роботи та викладає переваги та недоліки кожного з них.

1. Нерегульоване лінійне живлення

Нерегульовані джерела живлення містять чотири основні компоненти: трансформатор, випрямляч, конденсатор фільтра та пропускний резистор.

Цей тип джерела живлення, завдяки своїй простоті, є найменш витратним і найнадійнішим при низьких потребах енергії. Недоліком є те, що вихідна напруга не є постійною. Це буде змінюватися залежно від вхідної напруги та струму навантаження, а пульсація не підходить для електронних додатків. Пульсацію можна зменшити, змінивши конденсатор фільтра на фільтр ІС (індуктор-конденсатор), але витрати на цю зміну могли б використовувати регульований лінійний блок живлення більш економічним вибором.

2. Регульоване лінійне живлення

Регульоване лінійне джерело живлення ідентичне нерегульованому лінійному джерелу живлення, за винятком того, що замість пропускаючого резистора використовується 3-клемний регулятор.

Регульоване лінійне джерело живлення вирішує всі проблеми нерегульованого живлення, але не настільки ефективно, оскільки 3-клемний регулятор буде розсіювати надлишкову потужність у вигляді тепла, яке повинно враховуватися в конструкції джерела живлення. Вихідна напруга має незначну пульсацію, дуже мале регулювання навантаження та високу надійність, що робить його ідеальним вибором для використання в електронних додатках малої потужності.

3. Ферорезонансні джерела живлення

Ферорезонансне джерело живлення дуже схоже на нерегульоване джерело живлення, за винятком характеристик ферорезонансного трансформатора.

Ферорезонансний трансформатор буде подавати постійну вихідну напругу через широкі зміни вхідної напруги трансформатора. Проблеми з використанням ферорезонансного джерела живлення полягають у тому, що він дуже чутливий до незначних змін частоти лінії і не може переключатися з 50 Гц на 60 Гц, і що трансформатори розсіюють більше тепла, ніж звичайні трансформатори. Ці джерела живлення важчі і матимуть більше чутного шуму від резонансу трансформатора, ніж регульовані лінійні джерела живлення.

4. Блоки живлення в режимі перемикання

Блок живлення в режимі перемикання має випрямляч, конденсатор фільтра, послідовний транзистор, регулятор, трансформатор, але є більш складним, ніж інші джерела живлення, про які ми вже говорили. Наведена нижче схема являє собою просту блок-схему і не представляє всіх компонентів джерела живлення.

Напруга змінного струму випрямляється до нерегульованої напруги постійного струму за допомогою послідовного транзистора та регулятора. Цей постійний струм подрібнюється до постійної високочастотної напруги, що дозволяє різко зменшити розмір трансформатора та забезпечує значно менший рівень живлення. Недоліками цього типу живлення є те, що всі трансформатори повинні бути виготовлені на замовлення, а складність джерела живлення не піддається низькому виробництву чи економічним застосуванням з низькою потужністю.

Випрямні схеми для регульованих лінійних джерел живлення

З нашого попереднього опису регульоване лінійне джерело живлення є найбільш економічною конструкцією для зниження потужності, низької пульсації та низького регулювання, що підходить для електронних застосувань. У цьому розділі ми пояснимо чотири основні схеми випрямлення, які використовуються:

Напівхвиля
Повнохвильовий центр прослуховується
Повнохвильовий міст
Подвійне доповнення

1. Напівхвильові схеми

Оскільки конденсаторний вхідний фільтр витягує струм із схеми випрямлення лише короткими імпульсами, частота імпульсів вдвічі менша за повнохвильову ланцюг, тому піковий струм цих імпульсів настільки високий, що ця схема не рекомендується використовувати для постійного струму потужність більше 1/2 Вт.

2. Повнохвильові центральні канали

Повнохвильовий випрямляч одночасно використовує лише половину обмотки трансформатора. Вторинний номінальний струм трансформатора повинен бути в 1,2 рази більше струму постійного струму джерела живлення. Вторинна напруга трансформатора повинна бути приблизно в 8 разів більша за напругу постійного струму нерегульованого джерела живлення на кожній стороні центрального крана, або трансформатор повинен бути в 1,6 рази перевернутий в центр постійного струму.

3. Повнохвильовий міст

Повнохвильова схема випрямного мосту є найбільш економічно вигідною, оскільки вона вимагає трансформатора з меншим номіналом VA, ніж повноволновий випрямляч. У повноволновому мосту вся трансформаторна вторинна трансформаторна батарея використовується на кожному напівперіоді, на відміну від повного хвильового центру, який використовує лише половину вторинного на кожному напівперіоді. Вторинний номінальний струм трансформатора повинен бути в 1,8 рази більше струму постійного струму джерела живлення. Вторинна напруга трансформатора повинна приблизно в 8 разів перевищувати напругу постійного струму нерегульованого джерела живлення.

4. Подвійний додатковий випрямляч

Подвійний додатковий випрямляч використовується для подачі позитивного і негативного виходу постійного струму тієї ж напруги. У більшості випадків негативний струм значно менший за позитивні вимоги до струму, тому змінна напруга та струм до постійної напруги та струму повинні бути такими ж, як і повний хвильовий центр, описаний раніше.

Як вказати трансформатор

Застосування регульованого лінійного джерела живлення полягає в забезпеченні постійної вихідної напруги при різних навантаженнях, а також варіації вхідної напруги. Усі наші розрахунки для визначення правильного трансформатора передбачають, що вхідна напруга може змінюватися від 95 до 130 В і не змінювати вихідну потужність нашого джерела живлення.

Формула, яка використовується для визначення змінної напруги, необхідної від трансформатора, така:

Vdc = Вихідна напруга
Vreg = Падіння напруги регулятора = 3v
Vrec = Падіння напруги на діодах = 1,25 В
Vrip = напруга пульсації = 10% від постійного струму
Vnom = 115В
Вакуумна лінія = 95В
.9 = ККД випрямляча

Ми підсумували всі розрахунки для трьох основних схем випрямлення в таблиці нижче:

Схема випрямлення середньоквадратичне напруження (вольт) середньоквадратичне струм (підсилювачі)

Повнохвильовий центр дотику	Vac C.T. = 2,092 х постійного струму + 8,08	IAC = IDC x 1.2
Повнохвильовий міст	Vac = 1,046 x постійного струму +4,04	IAC = IDC x 1,8
Подвійне доповнення	VAC CT = 2,092 X VDC = 8,08	IAC = IDC x 1,8

Є регулятори з низькими втратами, у яких падіння .5 В замість 3 В, але вони наразі не розглядаються через наявність.

ПРИКЛАДИ:

Приклад №1:

Необхідно регульоване лінійне джерело живлення для напруги 5 В постійного струму на 1 АЦП з первинною напругою 115 В або 230 В, і ти не знаєш, чи це повинен бути полноволновый центр, або полноволновый міст.

Повнохвильовий центр дотику

Vac C.T. = 2,092 х Vdc + 8,08	Iac = Idc x 1,2
Vac C.T. = 2,092 х 5 + 8,08	Iac + 1 x 1,2
Vac C.T. = 18,54 C.T.	Iac = 1,2
VA = 18,54 x 1,2 = 22,5

Можливий вибір трансформаторів:

4-02-6020	UL кріплення для ПК
4-05-4020	Низький профіль
4-07-6020	UL Шасі кріплення
4-42-3020	Кріплення VDE для ПК
4-44-6020	Кріплення VDE для ПК
4-47-3020	Кріплення шасі VDE
4-49-4020	Кріплення шасі VDE

Повнохвильовий міст

Vac = 1,046 x Vdc + 5,23	Iac = Idc x 1,8
Vac = 1,046 x Vdc + 5,23	Iac = 1 x 1,8
Vac = 10,46	Iac = 1,8
VA = 10,46x 1,8 = 18,83

Можливий вибір трансформатора:

4-02-6010	UL кріплення для ПК
4-05-4010	Низький профіль
4-07-6010	UL Шасі кріплення
4-42-3010	Кріплення VDE для ПК
4-47-6010	Кріплення VDE для ПК
4-47-3010	Кріплення шасі VDE
4-49-4010	Кріплення шасі VDE

Приклад №2:

Необхідно регульоване лінійне джерело живлення для 12 В постійного струму на 250 мА постійного струму з однією первинною напругою 115 В, а повноволновий міст - це схеми випрямлення, які ви будете використовувати.

Повнохвильовий міст

Vac = 1,046 x Vdc + 4,04	Iac = Idc x 1,8
Vac = 1,046 x 12 + 4,04	Iac = .25 x 1.8
Vac = 16,59	Iac = .45
VA = 16,59 x .45 = 7,47

Можливий вибір трансформатора:

4-01-5020	UL кріплення для ПК
4-03-4020	UL кріплення для ПК
4-05-3020	Низькопрофільне кріплення для ПК UL
4-06-5020	UL Шасі кріплення
4-41-2020	Кріплення VDE для ПК
4-44-5020	Кріплення VDE для ПК
4-46-2020	Кріплення шасі VDE

З джерелами живлення переконайтеся, що обраний регулятор адекватно теплопоглинав, щоб розсіювати потужність при високому лінії повного навантаження.

Приклад №3:

Необхідно регульоване лінійне джерело живлення для ± 15 В постійного струму при 50 МА з первинним джерелом напруги 115 вольт.

Подвійне доповнення:

CT постійного струму = 2,092 x постійного струму x 8,08	Iac = Idc x 1,8
Вакуум КТ = 2,092 х 15 + 8,08	Iac = .050 x 1.8
КТ Vac = 39,46	Iac = .090
ВА = 39,46 х .090 = 3,55

Можливий вибір трансформатора:

4-01-4036	UL кріплення для ПК
4-03-3040	UL кріплення для ПК
4-05-2040	UL низькопрофільне кріплення для ПК
4-06-4036	UL Шасі кріплення
4-44-4036	Кріплення VDE для ПК

Подивимось тепер, як регулятор буде розсіювати тепло в гірших випадках високої лінії (= 130 В) і повного навантаження. Регулятор розсіює надлишок потужності у вигляді тепла. Регулятор має лише максимальну кількість потужності, яку він може розсіяти, перш ніж внутрішній термозахист вимкне його. Якщо джерело живлення 5 В постійного струму, 1 ампер може працювати при середньоквадратичній значенні 95 В, регулятору доведеться розсіювати 5,95 Вт при повній лінії повного навантаження (див. Розрахунок нижче).