Nedavno sam se zainteresirao za sastavljanje linearnih krugova stabilizatora napona. Takve sheme ne zahtijevaju rijetke detalje, a odabir komponenata i ugađanje također ne uzrokuju posebne poteškoće. Ovaj put sam odlučio sastaviti linearni krug stabilizatora napona na "reguliranom zener diodi" (mikro krugu) TL431. TL431 djeluje kao referentni izvor napona, a ulogu napajanja ima moćan NPN tranzistor u paketu TO -220.
S ulaznim naponom od 19 V, krug može poslužiti kao izvor stabiliziranog napona u rasponu od 2,7 do 16 V pri struji do 4A. Stabilizator je dizajniran kao modul sastavljen na ploči. To izgleda ovako:
video:
Stabilizator zahtijeva istosmjerno napajanje. Ima smisla koristiti takav stabilizator s klasičnim linearnim napajanjem, koji se sastoji od željeznog transformatora, diodnog mosta i velikog kondenzatora. Napon u mreži može varirati ovisno o opterećenju i kao rezultat toga, napon na izlazu transformatora će se promijeniti. Ovaj će krug osigurati stabilan izlazni napon s različitim ulazom. Morate shvatiti da stabilizator donjeg tipa, kao i na samom krugu, pada 1-3 V, tako da će maksimalni izlazni napon uvijek biti manji od ulaznog.
U principu, zamjena napajanja može se koristiti kao izvor napajanja za ovaj stabilizator, primjerice, s prijenosnika od 19 V. No u ovom slučaju uloga stabilizacije bit će minimalna, jer tvorničke sklopke napajanja i tako dalje izlazni stabilizirani napon.
Vožnja:
Odabir sastavnih dijelova
Najveća struja koju TL431 čip može proći kroz sebe, prema dokumentaciji, je 100 mA. U mom slučaju ograničio sam struju s marginom na oko 80 mA pomoću otpornika R1. Potrebno je izračunati otpor prema formulama.
Najprije morate odrediti otpor otpornika. Po maksimalnom ulaznom naponu od 19 V, prema Ohmovom zakonu, otpor se izračunava na sljedeći način:
R = U / I = 19V / 0,08A = 240 Ohm
Potrebno je izračunati snagu otpornika R1:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohma = 1,5 W
Koristio sam sovjetski otpornik od 2 vata
Otpornici R2 i R3 tvore razdjelnik napona koji "programira" TL431, a otpornik R3 je promjenjiv, što vam omogućuje promjenu referentnog napona, koja se zatim ponavlja u kaskadi tranzistora. Koristio sam R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. Snaga otpornika R2 ovisi o izlaznom naponu. Na primjer, s izlaznim naponom od 19 V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 vata
Koristio sam otpornik od 1 vata.
Otpornik R4 koristi se za ograničavanje struje na bazi tranzistora VT2. Bolje je odabrati eksperimentalno, kontrolirajući izlazni napon. Ako je otpor prevelik, to će značajno ograničiti izlazni napon kruga. U mom slučaju to je 100 Ohma, bilo koja snaga je prikladna.
Kao glavni tranzistor snage (VT1), bolje je koristiti tranzistore u TO - 220 ili snažnijem slučaju (TO247, TO-3). Koristio sam tranzistor E13009, kupljen na Ali Expressu, Tranzistor za napon do 400V i struju do 12A. Za takav krug visokonaponski tranzistor nije najoptimalnije rješenje, ali dobro će funkcionirati. Tranzistor je najvjerojatnije lažan i 12 A neće stajati, ali 5-6A je sasvim. U našem krugu struja je do 4A, stoga je pogodna za ovaj krug. U ovoj shemi tranzistor mora biti u mogućnosti da rasipa snagu do 30-35 vata.
Raspad snage se izračunava kao razlika između ulaznog i izlaznog napona pomnoženog sa strujom kolektora:
P = (U izlaz -U ulaz) * I sakupljač
Primjerice, ulazni napon je 19 V, izlazni napon postavljamo na 12 V, a struja kolektora 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 vati - ovo je potpuno normalna situacija za naš tranzistor.
Ako nastavimo smanjivati izlazni napon na 6V, slika će biti drugačija:
P = (19V-6V) * 3A = 39 vata, što nije baš dobro za tranzistor u paketu TO-220 (također morate uzeti u obzir da kada se tranzistor zatvori, struja će se također smanjiti: za 6V struja će biti oko 2-2,5A, i a ne 3). U tom je slučaju bolje koristiti drugi tranzistor u masivnijem slučaju ili smanjiti razliku između ulaznog i izlaznog napona (na primjer, ako je napajanje transformatorsko, prebacivanjem namota).
Također, tranzistor mora imati nazivnu struju od 5A ili više. Bolje je uzeti tranzistor s koeficijentom statičkog prijenosa struje 20. Kineski tranzistor u potpunosti ispunjava ove zahtjeve. Prije brtvljenja u krugu, provjerio sam ga (rasipanje struje i snage) na posebnom postolju.
jer TL431 može proizvesti struju ne veću od 100 mA, a za napajanje baze tranzistora potrebna je veća struja, trebat će vam drugi tranzistor, koji će pojačati struju na izlazu TL431 čipa, ponavljajući referentni napon. Za to nam treba tranzistor VT2.
Tranzistor VT2 mora biti u stanju napajati dovoljnu struju do baze tranzistora VT1.
Moguće je otprilike odrediti potrebnu struju preko koeficijenta prijenosa statičke struje (h21e ili hFE ili β) tranzistora VT1. Ako na izlazu želimo imati struju 4 A, a koeficijent prijenosa statičke struje VT1 je 20, tada:
I baza = I sakupljač / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
Koeficijent prijenosa statičke struje varira ovisno o struji kolektora, tako da je ta vrijednost indikativna. Mjerenje u praksi pokazalo je da je potrebno dovoditi oko 170 mA na bazu tranzistora VT1, tako da struja kolektora bude 4A. Tranzistori u paketu TO-92 počinju se primjetno zagrijavati na strujama iznad 0,1 A, pa sam u tom krugu koristio tranzistor KT815A u paketu TO-126. Tranzistor je dizajniran za struju do 1,5 A, statički koeficijent prijenosa struje je oko 75. Bit će prikladan mali hladnjak za ovaj tranzistor.
Kondenzator C3 potreban je za stabilizaciju napona na bazi tranzistora VT1, nazivna vrijednost je 100 μF, napon 25V.
Na izlazu i ulazu instalirani su filtri iz kondenzatora: C1 i C4 (elektrolitički na 25 V, 1000 µF) i C2, C5 (keramički 2-10 µF).
Dioda D1 služi za zaštitu tranzistora VT1 od reverzne struje. Dioda D2 potrebna je za zaštitu od tranzistora prilikom napajanja kolektorskim motorima. Kad se snaga isključi, motori se neko vrijeme okreću i u načinu kočenja rade kao generatori. Na taj način generirana struja ide u suprotnom smjeru i može oštetiti tranzistor.Dioda u ovom slučaju zatvara motor u sebe i struja ne dopire do tranzistora. Otpornik R5 igra ulogu malog opterećenja za stabilizaciju u načinu mirovanja, nominalne vrijednosti 10k Ohm, bilo koje snage.
zbor
Krug je sastavljen kao modul na ploči. Koristio sam radijator iz sklopnog napajanja.
S radijatorom ove veličine ne biste trebali opterećivati krug što je više moguće. S strujom većom od 1 A, potrebno je hladnjak zamijeniti masivnim, puhanje ventilatorom također neće naštetiti.
Važno je zapamtiti da što je veća razlika između ulaznog i izlaznog napona i što je veća struja, to se generira više topline i više hlađenja.
Za lemljenje je trebalo oko sat vremena. U principu, bio bi dobar oblik napraviti ploču metodom LUT, ali od tada Potrebna mi je ploča samo u jednom primjerku, nisam htio gubiti vrijeme na dizajniranje ploče.
Rezultat je takav modul:
Nakon montaže provjerio sam karakteristike:
Krug gotovo da nema zaštite (što znači da nema zaštite od kratkog spoja, zaštite od obrnutog polariteta, glatkog starta, ograničavanja struje itd.), Pa ga treba koristiti vrlo pažljivo. Iz istog razloga, ne preporučuje se uporaba takvih shema u "laboratorijskim" izvorima napajanja. U tu svrhu, gotovi mikro krugovi u paketu TO-220 prikladni su za struje do 5A, na primjer, KR142EN22A. Ili, barem za ovaj krug, trebate napraviti dodatni modul za zaštitu od kratkog spoja.
Krug se može nazvati klasičnim, poput većine linearnih krugova stabilizatora. Moderni impulsni krugovi imaju brojne prednosti, na primjer: veću učinkovitost, puno manje zagrijavanja, manje dimenzije i težinu. Istodobno, linearne strujne krugove je lakše savladati za početnike šunke, a ako učinkovitost i dimenzije nisu osobito važni, sasvim su prikladni za opskrbu uređaja sa stabiliziranim naponom.
I naravno, ništa se ne može usporediti s osjećajem kada sam napajao neki uređaj iz kućnog izvora napajanja, a linearni sklopovi za početničke šunke su dostupniji, što god netko rekao.