0-40V Sirkuit Catu Daya yang Dapat Disesuaikan - Tutorial Konstruksi

Suplai serba guna multiguna ini menghasilkan hingga 2,5 amp dari nol hingga 20 volt atau hingga 1,25 amp dari 0-40 volt. Pembatasan arus adalah variabel dalam seluruh rentang untuk salah satu opsi keluaran.

Oleh Trupti Patil

Spesifikasi Utama Power Supply:

SUPPLY DAYA IDEAL harus menyediakan tegangan yang bervariasi dalam jangkauan yang luas, dan yang tetap pada tegangan yang ditetapkan terlepas dari tegangan saluran atau perbedaan beban.

Suplai juga harus aman dari korsleting di seluruh outputnya dan dapat membatasi arus beban untuk memastikan bahwa perangkat tidak rusak oleh keadaan yang tidak berfungsi.

Proyek khusus ini menjelaskan catu daya yang dirancang untuk menghasilkan 2,5 ampere hingga 18 volt (hingga 20 volt pada arus yang lebih rendah). Pada saat yang sama beberapa modifikasi dasar akan membuat pasokan menawarkan sebanyak 40 volt pada 1,25 ampere.

Tegangan suplai dapat disetel antara nol dan 'tertinggi yang tersedia, dan pembatasan arus juga dapat disetel di seluruh rentang penuh yang ditentukan. Mode operasi catu daya ditunjukkan dengan dua LED.

Yang dekat kenop kontrol tegangan menunjukkan apakah unit dalam pengaturan pengaturan tegangan normal dan yang dekat kenop batas arus menunjukkan jika unit dalam mode batas arus. Selanjutnya meter besar menunjukkan keluaran arus atau tegangan seperti yang dipilih oleh sakelar.

FITUR DESAIN

Sementara dalam tahap desain awal kami, kami meneliti berbagai jenis regulator dan aspek positif serta kekurangan masing-masing untuk dapat memilih salah satu yang memberikan fungsionalitas hemat biaya teratas. Strategi spesifik dan fiturnya dapat diringkas sebagai berikut.

Regulator shunt:

Tata letak ini akan berfungsi terutama untuk catu daya rendah sekitar 10 hingga_15 watt. Ini menawarkan regulasi yang sangat baik dan tahan sirkuit pendek secara internal namun menghilangkan volume daya penuh yang dilengkapi untuk menangani dalam kondisi tanpa beban.

Regulator seri.

Regulator ini cocok untuk suplai daya menengah kira-kira sekitar 50 watt.

Ini mungkin dan dimaksudkan untuk catu daya yang lebih tinggi, meskipun pembuangan panas bisa menjadi masalah terutama pada arus yang sangat tinggi dengan tegangan keluaran rendah.

Regulasi bagus, umumnya ada kebisingan keluaran kecil dan biayanya relatif minimal.

Pengatur SRC:

Ideal untuk keperluan daya sedang hingga tinggi, regulator ini memberikan disipasi daya rendah, meskipun riak keluaran dan waktu respons hampir tidak sebaik yang dari regulator seri.

Pre-regulator SCR dan regulator seri.

Fitur terbaik dari SCR dan regulator seri disatukan dengan jenis rangkaian catu daya ini yang digunakan untuk aplikasi daya sedang hingga tinggi. Pra-regulator SCR digunakan untuk mengamankan pasokan yang diatur secara kasar sekitar lima volt lebih besar dari yang direkomendasikan, disertai dengan regulator seri yang sesuai.

Ini mengurangi kehilangan daya pada regulator seri. Namun, jauh lebih mahal untuk membangunnya.

Regulator pengalih.

Juga diterapkan untuk aplikasi daya menengah hingga tinggi, teknik ini memberikan regulasi yang terjangkau dan disipasi daya rendah di regulator namun mahal untuk dibuat dan memiliki riak frekuensi tinggi pada output.

Catu daya mode teralih.

Teknik yang paling sukses dari semuanya, regulator ini memperbaiki aliran listrik untuk mengoperasikan inverter pada 20 kHz atau bahkan lebih. Untuk menurunkan atau meningkatkan tegangan transformator ferit berbiaya rendah biasanya digunakan, keluarannya diperbaiki dan disaring untuk mendapatkan keluaran DC yang disukai.

Regulasi jalur sangat baik tetapi pasti memiliki sisi negatifnya yaitu tidak dapat dengan mudah diterapkan sebagai sumber variabel karena hanya dapat diadaptasi dalam rentang yang relatif lebih kecil.

DESAIN KAMI SENDIRI

Prinsip desain awal kami adalah untuk catu daya sekitar 20 volt pada output 5 hingga 10 amp.
Karena itu, mengingat jenis regulator yang tersedia, serta biayanya, dipilih untuk membatasi arus hingga sekitar 2,5 amp.
Pendekatan ini membantu kami untuk menggunakan regulator seri, model yang paling hemat biaya. Pengaturan yang baik diperlukan, bersama dengan fitur pembatas arus yang dapat disesuaikan, ditambah juga dipilih bahwa catu daya dapat bekerja dengan baik hingga hampir nol volt.

Untuk mendapatkan kualifikasi akhir, rel suplai negatif atau pembanding yang dapat berjalan menggunakan inputnya pada nol volt sangat penting. Berbeda dengan menggunakan rel suplai negatif, kami membuat keputusan untuk bekerja dengan penguat operasional IC CA3l30 sebagai pembanding.

CA3l 30 membutuhkan suplai tunggal (maksimum 15 volt) dan, pada awalnya kami menggunakan resistor dan l 2 volt zener untuk mendapatkan suplai 12 volt. Tegangan referensi kemudian dibuat dari suplai zener ini oleh satu resistor lagi dan zener 5 volt.

Diyakini ini akan memberikan regulasi yang memadai untuk tegangan referensi namun secara praktis output dari penyearah diidentifikasi untuk berubah dari 21 hingga 29 volt ditambah beberapa riak dan sakelar tegangan yang terjadi di atas zener 12 volt, sebagai hasilnya, berakhir. up dicerminkan ke referensi zener 5 volt.

Karena alasan ini zener 12 volt telah diganti oleh regulator lC yang mengatasi masalah tersebut.

Dengan semua regulator seri, transistor keluaran seri dari karakteristik tata letak, harus membuang banyak daya terutama pada tegangan output rendah dan arus tinggi. Untuk faktor ini, heatsink yang terhormat merupakan bagian penting dari struktur.

Heatsink industri sangat mahal dan seringkali sulit untuk dipasang. Sebagai hasilnya, kami membuat heatsink kami sendiri yang tidak hanya lebih terjangkau namun juga berfungsi jauh lebih baik daripada variasi komersial yang telah kami pikirkan - lebih mudah dipasang.

Namun demikian pada beban penuh heatsink terus beroperasi hangat seperti halnya transformator. dan dalam keadaan tegangan rendah arus tinggi, transistor bahkan bisa menjadi terlalu panas untuk disentuh.
Ini cukup normal karena transistor dalam situasi ini tetap berfungsi dalam kisaran suhu yang dipilih.

Bersama dengan pasokan yang sangat diatur, kemantapan bisa menjadi kesulitan. Untuk motif ini mode operasi pengaturan tegangan, kapasitor C5 dan C7 disertakan untuk meminimalkan penguatan loop pada frekuensi tinggi dan oleh karena itu menghindari suplai dari osilasi.

Nilai C5 dipilih karena idealnya mengurangi antara stabilitas dan periode reaksi. Ketika nilai C5 terlalu rendah, laju reaksi dinaikkan.

Namun ada kemungkinan lebih besar dari kurangnya stabilitas. Jika waktu reaksi berlebihan terlalu lama. Dalam mode batas arus fungsionalitas yang sama diselesaikan oleh C4 dan opini yang sama diterapkan untuk skenario tegangan.

Karena catu daya memiliki kemampuan untuk menghasilkan arus yang relatif tinggi, mungkin ada beberapa penurunan tegangan pada kabel ke terminal output. Ini dikompensasikan dengan merasakan tegangan pada terminal keluaran melalui satu set kabel independen.

Meskipun suplai pada dasarnya dibuat untuk 20 volt pada 2,5 amp pada akhirnya direkomendasikan bahwa suplai yang sama persis dapat digunakan untuk memasok 40 volt pada 1,25 amp dan ini mungkin lebih sesuai untuk banyak pengguna akhir.

Ini dapat dilakukan dengan memodifikasi pengaturan penyearah dan dengan mengubah beberapa komponen. Beberapa ide telah diberikan untuk membuat pasokan dapat dialihkan tetapi kerumitan tambahan dan harga sedemikian rupa sehingga dianggap menguntungkan.

Oleh karena itu, pada dasarnya Anda perlu memilih konfigurasi yang sesuai dengan permintaan Anda dan membangun pasokan seperlunya.

Tegangan maksimum yang diatur yang dapat diakses dibatasi mungkin oleh tegangan input ke regulator yang terlalu berkurang (dengan lebih dari 18 volt dan 2,5 amp) atau mungkin dari rasio R14 / R15 dan oleh nilai tegangan referensi. (Keluaran = R14 + R15 / R15) V ref

Karena toleransi ZD1, 20 volt lengkap (atau 40 volt) mungkin tidak dapat diakses. Jika diidentifikasi seperti situasi R14 harus ditingkatkan ke nilai yang disukai berikutnya.

Potensiometer putaran tunggal telah diberikan untuk kontrol tegangan dan arus karena harganya yang terjangkau. Namun jika pengaturan yang akurat dari tegangan atau kontrol arus diperlukan, potensiometer sepuluh putaran harus diterapkan sebagai pengganti.

BAGAIMANA ITU BEKERJA

Sumber listrik 240 volt diturunkan ke 40 Vac melalui transformator dan, berdasarkan suplai mana yang telah dikembangkan, diperbaiki menjadi 25 atau 5 Vdc.

Tegangan ini sebenarnya sedang karena tegangan sebenarnya akan berbeda antara 29 volt (58 volt) tanpa beban hingga 21 volt (42 volt) pada beban penuh.

Kapasitor filter yang sama digunakan pada kedua situasi tersebut. Ini dipasang secara paralel untuk varian 25 volt Anda (5000uF) dan secara seri ditujukan untuk model 50 volt (1250uF). Pada model 50 volt, keran tengah transformator akan disambungkan ke keran tengah kapasitor sehingga menjamin tegangan yang akurat. berbagi di antara kapasitor. Pengaturan ini juga menawarkan pasokan 25 volt ke lC regulator.

Regulator tegangan pada dasarnya adalah jenis seri di mana impedansi transistor seri diatur sedemikian rupa sehingga tegangan ini di seluruh beban dijaga konstan pada nilai yang telah ditentukan.

Transistor Q4 menghilangkan banyak daya terutama pada tegangan output rendah dan arus tinggi dan karenanya dipasang pada heatsink di bagian belakang produk.

Transistor Q3 membawa penguatan arus ke Q4, kolaborasi bekerja seperti transistor PNP berdaya tinggi, gain tinggi. 25 volt diturunkan menjadi 12 volt melalui ICI regulator sirkuit terintegrasi. Tegangan ini biasanya digunakan sebagai tegangan suplai untuk CA3130 lCs dan juga diturunkan menjadi 5,1 volt oleh dioda zener ZDI untuk digunakan sebagai tegangan referensi.

Pengaturan tegangan dilakukan oleh lC3 yang menguji tegangan yang ditentukan oleh RV3 (O hingga 5,1 'volt) dengan tegangan keluaran dibagi R14 dan R15. Pembagi memberikan pembagian 4.2 (O hingga 21 volt) atau delapan (0 hingga 40 volt).

Di sisi lain, di ujung atas, tegangan yang dapat diperoleh dibatasi ke titik di mana regulator berhasil kehilangan kendali pada arus tinggi karena tegangan melalui kapasitor filter mencapai tegangan keluaran ditambah beberapa riak 100 Hz juga dapat ditemukan. Output dari IC3 mengatur transistor Q2 yang kemudian mengontrol transistor output sedemikian rupa sehingga tegangan output tetap konsisten terlepas dari perbedaan garis dan beban. Referensi 5,1 volt ditawarkan ke emitor Q2 hingga Q1.

Transistor ini sebenarnya adalah tahap penyangga untuk melawan saluran 5,1 volt agar tidak dibebani. Kontrol arus dilakukan oleh IC2 yang menganalisis tegangan yang ditentukan oleh -RV1 (O hingga 0,55 volt) menggunakan tegangan yang dibuat di sekitar R7 oleh arus beban.

Jika katakanlah 0,25 volt ditentukan pada RV1 dan arus yang diambil dari suplai kecil, output dari IC2 akan mendekati 12 volt. Hal ini menyebabkan LED 2 menyala karena emitor Q1 berada pada 5,7 volt.

LED ini secara konsekuen menandakan bahwa suplai ini berfungsi dalam mode pengatur tegangan. Namun, jika arus yang digerakkan dinaikkan sedemikian rupa sehingga tegangan di sekitar R7 sedikit di atas 0,25 volt (dalam ilustrasi kami) output IC2 dapat turun. Setelah output IC2 turun di bawah sekitar 4 volt, Q2 mulai mati melalui LED 3 dan D5. Hasil dari ini akan meminimalkan tegangan keluaran agar tegangan di seluruh R7 tidak dapat melonjak lebih banyak.

Sementara ini terjadi, pembanding tegangan IC3 mencoba untuk mengatasi masalah dan outputnya melonjak hingga 12 volt. IC2 kemudian mengkonsumsi lebih banyak arus untuk make up dan arus ini membawa LED 3 ke luminasi, menyiratkan bahwa suplai bekerja dalam mode batas arus.

Untuk memastikan pengaturan yang tepat, terminal sensor tegangan dikirim ke titik keluaran secara terpisah dari yang mengangkut arus beban. Pengukur mencakup gerakan satu miliamp dan membaca tegangan keluaran (segera di sepanjang terminal keluaran) atau arus (dengan 'mengukur tegangan di sekitar R7) seperti yang dipilih dari sakelar panel depan SV2

Tata Letak PCB untuk rangkaian catu daya 40V

KONSTRUKSI

Tata letak PCB yang disarankan untuk rangkaian catu daya variabel 0-40V ini harus digunakan karena konstruksinya sangat disederhanakan.

Komponen harus disatukan ke papan untuk memastikan bahwa polaritas dioda, transistor, lC dan elektrolitik sudah tepat. BDl40 (Q3) harus dipasang sedemikian rupa sehingga sisi yang menggunakan permukaan logam menghadap ke arah lCl. Heatsink kecil harus dibaut ke transistor seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Jika pengerjaan logam seperti yang dirincikan digunakan untuk mengejar pengaturan perakitan harus digunakan.

a) Gabungkan panel depan ke bagian depan rangka dan kencangkan satu sama lain dengan memasang meteran.

b) Perbaiki terminal keluaran, potensiometer dan sakelar pengukur ke panel depan.

c) Katoda LED (yang kami terapkan) telah ditentukan oleh takik di dalam bodi yang tidak mungkin terlihat saat LED dipasang ke panel depan.

Jika ini membunyikan situasinya dengan Anda, kurangi terminal katoda sedikit lebih kecil untuk mengenalinya setelah itu pasang LED ke tempatnya.

d) Solder panjang kawat (panjang sekitar 180 mm) ke terminal 240 volt trafo, isolasi terminal menggunakan pita kemudian pasang trafo ke tempatnya di dalam kerangka.

f) Pasang kabel listrik dan penjepit kabel. sambungkan sakelar daya, isolasi terminal dan setelah itu pasang sakelar di panel depan.

g) Pasang heatsink dan kencangkan ke bagian belakang rangka dengan menggunakan beberapa baut - setelah itu pasang transistor daya menggunakan ring insulasi dan gemuk silikon.

h) Pasang PCB yang telah dirakit pada rangka menggunakan spacer 10 mm.

i) Hubungkan trafo sekunder, dioda penyearah dan kapasitor filter. Kabel dioda cukup kaku sehingga tidak membutuhkan dukungan tambahan.

j) Pengkabelan yang melibatkan papan dan sakelar mungkin sekarang masuk dengan titik kait dengan huruf yang cocok di diagram panel depan dan diagram overlay komponen. Satu-satunya penetapan yang diperlukan adalah mengkalibrasi meteran. Hubungkan voltmeter asli ke kontrol output catu daya sehingga meteran eksternal deciphers 1 5 volt (atau 30 volt pada penyetelan alternatif).

Daftar Bagian untuk rangkaian catu daya 40V 2 amp yang diusulkan