Nemrégiben érdeklődtem a lineáris feszültségstabilizáló áramkörök összeállítása iránt. Az ilyen rendszerek nem igényelnek ritka részleteket, és az alkatrészek kiválasztása és a hangolás sem okoz különösebb nehézségeket. Ezúttal úgy döntöttem, hogy összeállítom egy lineáris feszültségstabilizáló áramkört a TL431 "szabályozott zener diódára" (mikroáramkör). A TL431 referencia feszültségforrásként működik, és a teljesítmény szerepet egy erős NPN tranzisztor játszik a TO -220 csomagban.
19 V bemeneti feszültség mellett az áramkör stabilizált feszültség forrásaként szolgálhat 2,7-16 V tartományban, legfeljebb 4A árammal. A stabilizátort egy kenyérlapra szerelt modulként tervezték. A következőképpen néz ki:
videók:
A stabilizátorhoz DC tápellátásra van szükség. Érdemes ilyen stabilizátort használni egy klasszikus, lineáris tápegységgel, amely vas transzformátorból, dióda hídból és egy nagy kondenzátorból áll. A hálózat feszültsége a terheléstől függően változhat, és ennek eredményeként a transzformátor kimeneti feszültsége megváltozik. Ez az áramkör stabil kimeneti feszültséget biztosít változó bemenettel. Meg kell értenie, hogy az alsó típusú stabilizátor, valamint maga az áramkör 1-3 V-ra esik, tehát a maximális kimeneti feszültség mindig alacsonyabb lesz, mint a bemenet.
Elvileg a kapcsoló tápegységek táplálékként használhatók ehhez a stabilizátorhoz, például egy 19 V-os laptopból, de ebben az esetben a stabilizálás szerepe minimális, mert gyári kapcsoló tápegységek és így tovább kimeneti stabilizált feszültség.
Vezetés:
Alkatrészek kiválasztása
A dokumentáció szerint a TL431 chip maximális áramát képezi magán, 100 mA. Az én esetemben az áramot körülbelül 80 mA-os margóval korlátoztam az R1 ellenállás felhasználásával. Az ellenállást a képletek szerint kell kiszámítani.
Először meg kell határoznia az ellenállás ellenállását. Az Ohm törvénye szerint legfeljebb 19 V bemeneti feszültségnél az ellenállást a következőképpen kell kiszámítani:
R = U / I = 19 V / 0,08A = 240 Ohm
Ki kell számítani az R1 ellenállás teljesítményét:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohm = 1,5 W
Szovjet 2 wattos ellenállást használtam
Az R2 és R3 ellenállások olyan feszültségmegosztót képeznek, amely „programozza” a TL431-et, és az R3 ellenállás változó, amely lehetővé teszi a referenciafeszültség megváltoztatását, amelyet azután megismételnek a tranzisztorok kaszkádjában. R2 - 1K ohmot, R3 - 10K ohmot használtam. Az R2 ellenállás teljesítménye a kimeneti feszültségtől függ. Például 19V kimeneti feszültséggel:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 watt
1 wattos ellenállást használtam.
Az R4 ellenállás az VT2 tranzisztoron alapuló áram korlátozására szolgál. Sokkal jobb, ha a besorolást kísérletileg választja ki, a kimeneti feszültség szabályozásával. Ha az ellenállás túl nagy, ez jelentősen korlátozza az áramkör kimeneti feszültségét. Az én esetemben ez 100 Ohm, bármilyen teljesítmény megfelelő.
Mint a fő teljesítménytranzisztor (VT1), jobb a tranzisztorokat használni a TO - 220 vagy annál erősebb tokokban (TO247, TO-3). Használtam az E13009 tranzisztort, vásároltam az Ali Express-en. Tranzisztor 400 V feszültségig és 12A feszültségig. Egy ilyen áramkörnél a nagyfeszültségű tranzisztor nem a legoptimálisabb megoldás, de jól fog működni. A tranzisztor valószínűleg hamis és 12 A nem fog állni, de az 5-6A elég. Az áramkörünkben az áram 4A-ig terjedhet, ezért alkalmas erre az áramkörre. Ebben a sémában a tranzisztornak képesnek kell lennie 30–35 watt teljesítmény eloszlatására.
A teljesítményeloszlást a bemeneti és a kimeneti feszültség különbségének és a kollektor áramának szorzataként kell kiszámítani:
P = (U kimenet -U bemenet) * I kollektor
Például a bemeneti feszültség 19 V, a kimeneti feszültséget 12 V-ra állítottuk, és a kollektor árama 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 watt - ez egy teljesen normális helyzet tranzisztorunk számára.
És ha tovább folytatjuk a kimeneti feszültség 6V-ra csökkentését, akkor a kép más lesz:
P = (19V-6V) * 3A = 39 watt, ami nem túl jó a TO-220 csomagban lévő tranzisztor számára (azt is figyelembe kell venni, hogy amikor a tranzisztor bezáródik, akkor az áram is csökkenni fog: 6 V-ra az áram körülbelül 2-2,5A lesz, és nem 3). Ebben az esetben jobb, ha tömeges esetekben egy másik tranzisztort használ, vagy csökkentheti a bemeneti és a kimeneti feszültség közötti különbséget (például ha a tápegység transzformátor, a tekercsek kapcsolásával).
Ezenkívül a tranzisztornak 5A vagy annál nagyobb áramerősségűnek kell lennie. Jobb, ha a transzisztor statikus áramátadási együtthatója 20. A kínai tranzisztor teljesíti ezeket a követelményeket. Az áramköri tömítés előtt egy speciális állványon megvizsgáltam (áram és áram eloszlás).
mert A TL431 legfeljebb 100 mA áramot képes előállítani, és a tranzisztor alapjának táplálásához több áram szükséges, további tranzisztorra van szüksége, amely megerősíti a TL431 chip kimenetének áramát, megismételve a referenciafeszültséget. Ehhez szükségünk van egy VT2 tranzisztorra.
A VT2 tranzisztornak képesnek kell lennie arra, hogy elegendő áramot táplálja a VT1 tranzisztor alapjához.
A szükséges áramot nagyjából meg lehet határozni a VT1 tranzisztor statikus áramátadási együtthatójával (h21e vagy hFE vagy β). Ha azt akarjuk, hogy a kimeneten 4 A áram legyen, és a VT1 statikus áramátadási együtthatója 20, akkor:
I bázis = I kollektor / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
A statikus áramátviteli együttható a kollektoráramtól függ, tehát ez az érték tájékoztató jellegű. A gyakorlatban végzett mérés azt mutatta, hogy a VT1 tranzisztor alapjához kb. 170 mA-t kell táplálni, hogy a kollektoráram 4A legyen. A TO-92 csomagban lévő tranzisztorok észrevehetően felmelegsznek 0,1 A feletti áramerősségnél, tehát ebben az áramkörben a KT815A tranzisztort használtam a TO-126 csomagban. A tranzisztor 1,5A-ig terjedő áramerősségre van tervezve, a statikus áramátadási együttható kb. 75. Ehhez a tranzisztorhoz kicsi hűtőborda lesz megfelelő.
C3 kondenzátorra van szükség a feszültség stabilizálásához a VT1 tranzisztor alapján, névleges értéke 100 μF, feszültség 25 V.
A kondenzátorok szűrőit a kimeneten és a bemeneten telepítik: C1 és C4 (elektrolitikus 25 V feszültségnél, 1000 μF) és C2, C5 (kerámia 2-10 μF).
A D1 dióda a VT1 tranzisztor védelmét szolgálja a fordított áram ellen. A D2 diódára a kollektor motorok táplálásakor a tranzisztor elleni védelemre van szükség. Amikor az áramellátást kikapcsolják, a motorok egy ideig forognak, és fékezési üzemmódban generátorként működnek. Az így előállított áram ellentétes irányba megy, és károsíthatja a tranzisztort.A dióda ebben az esetben bezárja a motort, és az áram nem éri el a tranzisztort. Az R5 ellenállás kis terhelést játszik alapjárat stabilizálásában, névleges értéke 10k Oh, bármilyen teljesítmény.
gyülekezés
Az áramkört modulként összeállítják egy kenyérvágólapra. Egy kapcsoló tápegységből származó radiátort használtam.
Ilyen méretű hűtővel nem szabad az áramkört a lehető legnagyobb mértékben betölteni. 1 A-nál nagyobb áram esetén a hűtőt nagyszerűbbre kell cserélni, a ventilátorral történő fújás szintén nem fog fájni.
Fontos szem előtt tartani, hogy minél nagyobb a különbség a bemeneti és a kimeneti feszültség között, és minél nagyobb az áram, annál több hőt termel és annál több hűtésre van szükség.
Körülbelül egy óráig tartott a forrasztás. Alapvetően jó lenne egy táblát LUT módszerrel készíteni, de azóta Csak egy példányra van szüksége egy táblára, nem akartam pazarolni az időt a tábla tervezésére.
Az eredmény egy ilyen modul:
Összeszerelés után megvizsgáltam a jellemzőket:
Az áramkörnek gyakorlatilag nincs védelme (azaz nincs rövidzárlatvédelem, fordított polaritás elleni védelem, lágyindítás, áramkorlátozás stb.), Ezért nagyon óvatosan kell használni. Ugyanezen okból nem ajánlott ilyen rendszerek használata „laboratóriumi” tápegységekben. Erre a célra a TO-220 csomagban lévő kész mikroáramkörök 5A-ig terjedő áramokra alkalmasak, például KR142EN22A. Vagy legalább ehhez az áramkörhez egy további modult kell készítenie a rövidzárlat elleni védelem érdekében.
Az áramkört klasszikusnak lehet nevezni, mint a legtöbb lineáris stabilizáló áramkört. A modern impulzusáramköröknek számos előnye van, például: nagyobb hatékonyság, sokkal kevesebb fűtés, kisebb méretek és súly. Ugyanakkor a lineáris áramköröket könnyebben lehet elsajátítani a kezdő sonkák számára, és ha a hatékonyság és a méretek nem különösebben fontosak, akkor ezek eléggé alkalmasak stabilizált feszültségű eszközök táplálására.
És természetesen semmi sem csillapítja azt az érzést, amikor valamelyik készüléket otthoni tápegységről táplálom, és a kezdő sonkák lineáris áramkörei hozzáférhetőbbek, bármit is mondanak.