Bagaimana Merancang Sirkuit Catu Daya Bench yang Stabil

Dalam posting ini kita membahas bagaimana catu daya bangku yang efektif dan efisien, namun sangat murah, dan stabil dapat dirancang oleh setiap penggemar elektronik untuk menguji dengan aman semua jenis proyek dan prototipe elektronik.

Fitur utama yang harus dimiliki oleh power supply bench adalah:

• Harus dibangun dengan komponen yang murah dan mudah didapat
• Harus fleksibel dengan rentang tegangan dan arusnya, atau hanya harus menyertakan fasilitas tegangan variabel dan keluaran arus variabel.
• Harus over-current dan over-load protected.
• Harus dapat diperbaiki dengan mudah, jika terjadi masalah.
• Harus cukup efisien dengan keluaran dayanya.
• Harus memfasilitasi kustomisasi dengan mudah sesuai spesifikasi yang diinginkan.

Gambaran umum

Mayoritas desain catu daya sejauh ini menggabungkan stabilizer seri linier. Desain ini menggunakan transistor pass yang bekerja seperti resistor variabel, diatur oleh dioda Zener.

Sistem catu daya seri lebih populer, mungkin karena jauh lebih efisien. Kecuali beberapa kerugian kecil pada Zener dan resistor umpan, kerugian yang nyata hanya terjadi pada transistor rangkaian seri selama periode itu memasok arus ke beban.

Namun, satu kelemahan dari sistem catu daya seri adalah bahwa ini tidak menyediakan segala jenis hubung singkat beban keluaran. Artinya, selama kondisi gangguan keluaran, transistor lintasan memungkinkan arus besar mengalir melewatinya, akhirnya menghancurkan dirinya sendiri dan mungkin juga beban yang terhubung.

Artinya, menambahkan file perlindungan sirkuit pendek ke catu daya bangku lulus seri dapat dengan cepat diimplementasikan melalui transistor lain yang dikonfigurasi sebagai tahap pengontrol saat ini.

Itu pengontrol tegangan variabel dicapai melalui transistor sederhana, umpan balik potensiometer.

Dua tambahan di atas memungkinkan catu daya bangku seri yang sangat serbaguna, kokoh, murah, universal, dan hampir tidak bisa dihancurkan.

Dalam paragraf berikut kita akan mempelajari secara singkat perancangan berbagai tahapan yang terlibat dalam catu daya bangku standar yang distabilkan.

Regulator Tegangan Transistor termudah

Cara cepat untuk mendapatkan tegangan keluaran yang dapat disesuaikan adalah dengan menghubungkan dasar celah transistor dengan potensiometer dan dioda Zener seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Di sirkuit ini T1 dipasang sebagai BJT pengikut-emitor , di mana tegangan dasarnya VB menentukan tegangan sisi emitornya VE. Baik VE dan VB akan saling sesuai satu sama lain, dan akan hampir sama, mengurangi penurunan ke depan.

Tegangan turun maju dari setiap BJT biasanya 0,7 V, yang menyiratkan bahwa tegangan sisi emitor adalah:

VE = VB - 0,7

Menggunakan Putaran Umpan Balik

Meski di atas desain mudah dibuat dan sangat murah , jenis pendekatan ini tidak menawarkan pengaturan daya yang baik pada tingkat tegangan yang lebih rendah.

Inilah mengapa kontrol jenis umpan balik biasanya digunakan untuk mendapatkan regulasi yang lebih baik di seluruh rentang tegangan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Dalam konfigurasi ini, tegangan basis T1, dan oleh karena itu tegangan keluaran, dikontrol oleh penurunan tegangan pada R1, terutama karena arus yang ditarik oleh T2.

Ketika lengan penggeser pot VR1 berada di ujung ekstrim sisi tanah, T2 menjadi terputus karena sekarang alasnya menjadi diarde, memungkinkan satu-satunya penurunan tegangan pada R1 yang disebabkan oleh arus basis T1. Dalam situasi ini tegangan keluaran pada T1 emitor akan hampir sama dengan tegangan kolektor, dan dapat diberikan sebagai:

VE = Vin - 0,7 , di sini VE adalah tegangan sisi emitor T1, dan 0,7 adalah nilai penurunan tegangan maju standar untuk sadapan basis / emitor BJT T1.

Jadi jika suplai input adalah 15 V, outputnya dapat diharapkan menjadi:

VE = 15 - 0,7 = 14,3 V.

Sekarang, ketika lengan penggeser pot VR1 dipindahkan ke ujung positif atas, akan menyebabkan T2 mengakses seluruh tegangan sisi emitor T1, yang akan menyebabkan T2 bekerja sangat keras. Tindakan ini akan langsung menghubungkan dioda zener D1 dengan R1. Artinya, sekarang tegangan basis VB dari T1 akan sama dengan tegangan zener Vz. Jadi outputnya adalah:

VE = Vz - 0,7

Oleh karena itu, jika nilai D1 adalah 6 V, tegangan keluaran dapat diharapkan menjadi:

VE = 6 - 0,7 = 5,3 V. , sehingga tegangan zener memutuskan tegangan keluaran minimum yang mungkin dapat diperoleh dari ini seri catu daya lulus saat pot diputar pada pengaturan terendahnya.

Meskipun hal di atas mudah dan efektif untuk membuat catu daya bangku, itu memiliki kelemahan utama karena tidak tahan arus pendek. Artinya, jika terminal keluaran rangkaian secara tidak sengaja mengalami hubung singkat, atau arus beban berlebih diterapkan, T1 akan dengan cepat memanas dan terbakar.

Untuk menghindari situasi ini, desain dapat ditingkatkan dengan menambahkan file fitur kontrol saat ini seperti yang dijelaskan di bagian berikut.

Menambahkan Perlindungan Sirkuit Pendek Overload

Penyertaan sederhana T3 dan R2 memungkinkan desain sirkuit catu daya bench menjadi 100% tahan hubung singkat dan dikendalikan saat ini . Dengan desain ini bahkan korslet yang disengaja pada output tidak akan menyebabkan kerusakan pada T1.

Cara kerja tahap ini dapat dipahami sebagai berikut:

Segera setelah arus keluaran cenderung melampaui nilai aman yang ditetapkan, jumlah perbedaan potensial yang proporsional di R2 dikembangkan, cukup untuk menyalakan transistor T3 dengan keras.

Dengan T3 dinyalakan menyebabkan basis T1 bergabung dengan saluran pemancar, yang langsung menonaktifkan konduksi T1, dan situasi ini dipertahankan sampai keluaran pendek atau kelebihan beban dihilangkan. Dengan cara ini T1 dilindungi dari situasi keluaran yang tidak diinginkan.

Menambahkan Fitur Arus Variabel

Dalam desain di atas, resistor sensor arus R2 dapat menjadi nilai tetap jika keluaran diperlukan untuk menjadi keluaran arus konstan. Namun, catu daya bangku yang baik seharusnya memiliki rentang variabel untuk tegangan dan arus. Mempertimbangkan permintaan ini, pembatas saat ini dapat disesuaikan hanya dengan menambahkan a resistor variabel dengan basis T3, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

VR2 membagi penurunan tegangan pada R2 dan dengan demikian memungkinkan T3 untuk ON pada arus keluaran tertentu yang diinginkan.

Menghitung Nilai Bagian

Mari kita mulai dengan resistor, R1 dapat dihitung dengan rumus berikut:

R1 = (Vin - MaxVE) hFE / Arus Output

Di sini, sejak MaxVE = Anggur - 0.7

Oleh karena itu, kami menyederhanakan persamaan pertama sebagai R1 = 0.7hFE / Arus Output

VR1 dapat menjadi pot 10 k untuk voltase hingga 60 V.

Pembatas arus R2 dapat dihitung seperti yang diberikan di bawah ini:

R2 = 0,7 / Arus Output Maks

Arus keluaran maksimum harus dipilih 5 kali lebih rendah dari Id maksimum T1, jika T1 diperlukan untuk bekerja tanpa heatsink. Dengan heatsink besar yang dipasang di T1, arus keluaran dapat menjadi 3/4 dari T1 Id.

VR2 bisa berupa 1k pot atau preset.

T1 harus dipilih sesuai kebutuhan arus keluaran. Peringkat T1 Id harus 5 kali lebih banyak dari arus keluaran yang diperlukan, jika akan dioperasikan tanpa heatsink. Dengan heatsink besar terpasang, peringkat T1 Id harus setidaknya 1,33 kali lebih banyak dari arus keluaran yang diperlukan.

Kolektor / emitor maksimum atau VCE untuk T1 idealnya dua kali nilai spesifikasi tegangan keluaran maksimum.

Nilai dioda zener D1 dapat dipilih tergantung pada persyaratan output tegangan terendah atau minimum dari catu daya bangku.

Peringkat T2 akan bergantung pada nilai R1. Karena tegangan pada R1 akan selalu 0,7 V, VCE dari T2 menjadi tidak material, dan dapat berupa nilai minimum apa pun. Id dari T2 harus sedemikian rupa sehingga mampu menangani arus basis T1, seperti yang ditentukan oleh nilai R1

Aturan yang sama juga berlaku untuk T3.

Secara umum T2, dan T3 dapat berupa sinyal kecil transistor tujuan umum seperti BC547 atau mungkin a 2N2222 .

Desain Praktis

Setelah memahami semua parameter untuk merancang catu daya bangku yang disesuaikan, saatnya untuk mengimplementasikan data dalam prototipe praktis, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Anda mungkin menemukan beberapa komponen tambahan yang diperkenalkan dalam desain, yang hanya untuk meningkatkan kemampuan regulasi sirkuit.

C2 diperkenalkan untuk membersihkan riak sisa di basis T1, T2.

T2 bersama dengan T1 membentuk a Pasangan Darlington untuk meningkatkan penguatan keluaran saat ini.

R3 ditambahkan untuk meningkatkan konduksi dioda zener dan oleh karena itu untuk memastikan regulasi keseluruhan yang lebih baik.

R8 dan R9 ditambahkan untuk memungkinkan tegangan output diatur pada rentang tetap, yang tidak kritis.

R7 mengatur arus maksimum yang dapat diakses pada output, yaitu:

I = 0,7 / 0,47 = 1,5 amp, dan ini tampaknya cukup rendah dibandingkan dengan peringkat Transistor 2N3055 . Meskipun hal ini dapat membuat transistor tetap super dingin, nilai ini dapat ditingkatkan hingga 8 amp jika 2N3055 dipasang di atas heatsink besar.

Mengurangi Pembuangan untuk Meningkatkan Efisiensi

Kerugian terbesar dengan regulator linier berbasis transistor seri adalah disipasi transistor dalam jumlah tinggi. Dan ini terjadi ketika diferensial input / output tinggi.

Artinya, ketika tegangan diatur ke tegangan keluaran yang lebih rendah, transistor harus bekerja keras untuk mengontrol tegangan berlebih, yang kemudian dilepaskan sebagai panas dari transistor.

Misalnya jika bebannya adalah LED 3,3 V, dan catu daya input ke catu daya bangku adalah 15 V, maka tegangan keluaran harus diturunkan menjadi 3,3 V yaitu 15 - 3,3 = 11,7 V lebih kecil. Dan perbedaan ini diubah menjadi panas oleh transistor, yang berarti kehilangan efisiensi lebih dari 70%.

Namun, masalah ini dapat diselesaikan dengan mudah dengan menggunakan file transformator dengan belitan keluaran tegangan yang disadap.

Misalnya transformator dapat memiliki tap 5 V, 7,5 V, 10 V, 12 V, dan seterusnya.

Bergantung pada beban, keran dapat dipilih untuk memberi makan sirkuit regulator . Setelah ini, pot penyesuaian tegangan dari rangkaian dapat digunakan untuk menyesuaikan tingkat keluaran lebih lanjut dengan tepat ke nilai yang diinginkan.

Teknik ini akan meningkatkan efisiensi ke tingkat yang sangat tinggi, memungkinkan heatsink ke transistor menjadi lebih kecil dan kompak.