Circuit d'alimentation réglable 0-40V - Tutoriel de construction

Cette alimentation polyvalente à usage général génère jusqu'à 2,5 ampères de zéro à 20 volts ou jusqu'à 1,25 ampères de 0 à 40 volts. La limitation de courant est variable dans toute la plage pour l'une ou l'autre des options de sortie.

Par Trupti Patil

Spécifications principales de l'alimentation:

UNE ALIMENTATION ÉLECTRIQUE IDÉALE doit fournir une tension qui est variable dans une large plage, et qui reste dans la tension réglée indépendamment de la tension secteur ou des disparités de charge.

L'alimentation doit également être à l'abri d'un court-circuit sur toute sa sortie et être capable de restreindre le courant de charge pour s'assurer que les appareils ne sont pas endommagés par des circonstances de défaillance.

Ce projet particulier explique une alimentation conçue pour fournir 2,5 ampères jusqu'à 18 volts (jusqu'à 20 volts à des courants inférieurs). Dans le même temps, quelques modifications de base rendront l'offre d'alimentation jusqu'à 40 volts à 1,25 ampères.

La tension d'alimentation est réglable entre zéro et «le plus élevé disponible, et la limitation de courant peut également être ajustée sur toute la plage stipulée. Le mode de fonctionnement de l'alimentation est indiqué au moyen de deux LED.

Celui près du bouton de commande de tension indique si l'unité est en réglage normal de régulation de tension et celui près du bouton de limite de courant indique si l'unité est en mode limite de courant. De plus, un grand compteur affiche le courant ou la tension de sortie tel que sélectionné par un interrupteur.

CARACTÉRISTIQUES DE CONCEPTION

Au cours de nos étapes de conception préliminaire, nous avons recherché différents types de régulateurs et les aspects positifs et inconvénients de chacun pour pouvoir choisir celui qui offre la fonctionnalité la plus rentable. Les stratégies spécifiques et leurs caractéristiques peuvent être résumées comme suit.

Le régulateur shunt:

Cette disposition fonctionnerait principalement pour des alimentations de faible puissance d'environ 10 à 15 watts. Il offre une excellente régulation et résiste aux courts-circuits internes, mais dissipe tout le volume de puissance qu'il est équipé pour gérer dans des conditions à vide.

Le régulateur de série.

Ce régulateur s'adapte aux alimentations de moyenne puissance d'environ 50 watts.

Il peut et est destiné à des alimentations électriques plus élevées, bien que la dissipation thermique puisse être un problème, en particulier à très fort courant avec de faibles tensions de sortie.

Régulation excellente, généralement il y a un bruit de sortie mineur et le coût est comparativement minime.

Régulateur SRC:

Idéal pour les applications de puissance moyenne à élevée, ce régulateur fournit une faible dissipation de puissance, bien que l'ondulation de sortie et le temps de réponse ne soient pas aussi bons que ceux d'un régulateur en série.

Pré-régulateur SCR et régulateur série.

Les meilleures caractéristiques des régulateurs SCR et série sont associées à ce type de circuit d'alimentation utilisé pour les applications de moyenne à haute puissance. Un pré-régulateur SCR est utilisé pour assurer une alimentation approximativement régulée d'environ cinq volts supérieure à celle recommandée, accompagnée d'un régulateur de série approprié.

Cela réduit la perte de puissance dans le régulateur série. Cependant, la construction est beaucoup plus coûteuse.

Régulateur de commutation.

Également appliquée pour les applications de moyenne à haute puissance, cette technique fournit une régulation abordable et une faible dissipation de puissance dans le régulateur, néanmoins coûteuse à construire et possède une ondulation haute fréquence sur la sortie.

Alimentation à découpage.

Technique la plus aboutie de toutes, ce régulateur redresse le réseau pour faire fonctionner un onduleur à 20 kHz voire plus. Pour abaisser ou augmenter la tension, un transformateur de ferrite à faible coût est couramment utilisé, dont la sortie est redressée et filtrée pour obtenir la sortie CC préférée.

La régulation de ligne est très bonne, mais elle a sûrement l'inconvénient qu'elle ne peut pas être appliquée de manière pratique en tant que source variable car elle est simplement adaptable sur une plage relativement plus petite.

NOTRE PROPRE DESIGN

Notre principe de conception initial était une alimentation électrique d'environ 20 volts à une sortie de 5 à 10 ampères.
Cela dit, compte tenu des variétés de régulateurs facilement disponibles, ainsi que des coûts, il a été choisi de limiter le courant à environ 2,5 ampères.
Cette approche nous a aidés à utiliser un régulateur de série, le modèle le plus rentable. Une bonne régulation était nécessaire, ainsi qu'une fonction de limitation de courant réglable, et il a également été choisi que l'alimentation électrique pourrait bien fonctionner jusqu'à pratiquement zéro volt.

Pour obtenir la qualification finale, un rail d'alimentation négatif ou un comparateur pouvant fonctionner en utilisant ses entrées à zéro volt est essentiel. Contrairement à l'utilisation d'un rail d'alimentation négatif, nous avons décidé de travailler avec un amplificateur opérationnel CA3l30 IC comme comparateur.

Le CA3l 30 a besoin d'une seule alimentation (maximum de 15 volts) et, au début, nous avons utilisé une résistance et 1 2 volts zener pour obtenir une alimentation de 12 volts. La tension de référence avait alors été créée à partir de cette alimentation zener par une résistance supplémentaire et un zener 5 volts.

On pensait que cela aurait présenté une régulation adéquate pour la tension de référence, mais pratiquement la sortie du redresseur a été identifiée pour changer de 21 à 29 volts plus une partie de l'ondulation et de la commutation de tension qui a eu lieu sur le zener 12 volts, en conséquence, s'est terminée mise en miroir dans la référence zener 5 volts.

Pour cette raison, le zener 12 volts a été remplacé par un régulateur à circuit intégré qui a résolu le problème.

Avec tous les régulateurs en série, le transistor de sortie en série des caractéristiques de la disposition devrait dissiper beaucoup de puissance, en particulier en basse tension de sortie et en courant élevé. Pour ce facteur, un dissipateur thermique respectable est une partie importante de la structure.

Les radiateurs industriels sont incroyablement coûteux et souvent difficiles à fixer. En conséquence, nous avons créé notre propre dissipateur thermique qui était non seulement plus abordable, mais fonctionnait bien mieux que la variante commerciale à laquelle nous avions pensé - être plus simple à fixer.

Néanmoins, à pleine charge, le radiateur continue de fonctionner à chaud, tout comme le transformateur. et dans des conditions de basse tension à courant élevé, le transistor pourrait même devenir beaucoup trop brûlant au toucher.
Ceci est assez normal puisque le transistor dans ces situations reste à fonctionner dans sa plage de température sélectionnée.

Avec tout approvisionnement extrêmement réglementé, la régularité pourrait être une difficulté. Pour ce motif le mode de fonctionnement de régulation de tension, des condensateurs C5 et C7 sont inclus pour minimiser le gain de boucle dans les hautes fréquences et donc éviter que l'alimentation oscille.

La valeur de C5 a été choisie pour lésiner idéalement entre la stabilité et la période de réaction. Lorsque la valeur de C5 est trop faible, la vitesse de réaction est augmentée.

Cependant, il existe une plus grande possibilité de manque de stabilité. Si un temps de réaction excessif est indûment augmenté. Dans le mode de limitation de courant, la fonctionnalité identique est complétée par C4 et les mêmes opinions sont mises en œuvre que pour le scénario de tension.

Comme l'alimentation électrique a la capacité de produire un courant de sortie relativement élevé, il peut y avoir sans aucun doute une certaine chute de tension sur le câblage vers les bornes de sortie, compensée par la détection de la tension sur les bornes de sortie via un jeu indépendant de fils.

Bien que l'alimentation ait été principalement faite pour 20 volts à 2,5 ampères, il a fini par être recommandé que la même alimentation puisse être habituée à fournir 40 volts à 1,25 ampères et que cela puisse être plus approprié pour de nombreux utilisateurs finaux.

Cela pourrait être accompli en modifiant les paramètres du redresseur et en modifiant quelques composants. Une certaine idée a été donnée à la création de l'offre commutable, mais les complexités supplémentaires et le prix étaient d'une manière qui n'était pas considérée comme avantageuse.

Par conséquent, vous devez essentiellement choisir la configuration qui correspond à votre demande et créer l'approvisionnement si nécessaire.

La tension régulée maximale accessible est restreinte éventuellement par la tension d'entrée au régulateur trop réduite (à plus de 18 volts et 2,5 ampères) ou peut-être par le rapport R14 / R15 et par la valeur de la tension de référence. (Sortie = R14 + R15 / R15) V réf

En raison de la tolérance de ZD1, les 20 volts complets (ou 40 volts) ne sont probablement pas accessibles. Si elle est identifiée comme une situation, R14 doit être augmentée à la valeur préférée suivante.

Des potentiomètres à un tour ont été donnés pour les commandes de tension et de courant en raison du fait qu'ils sont abordables. Néanmoins, si un réglage précis de la tension ou du courant est nécessaire, des potentiomètres à dix tours doivent être appliqués en remplacement.

COMMENT ÇA FONCTIONNE

Le secteur de 240 volts est réduit à 40 V CA via le transformateur et, sur la base de laquelle l'alimentation a été développée, redressé à 25 ou 5 V CC.

Cette tension est en fait modérée puisque la tension réelle sera différente entre 29 volts (58 volts) à vide et 21 volts (42 volts) à pleine charge.

Les condensateurs de filtrage identiques sont utilisés dans les deux cas. Ceux-ci sont fixés en parallèle pour votre variante 25 volts (5000uF) et en série prévue pour le modèle 50 volts (1250uF). Dans le modèle 50 volts, la prise centrale du transformateur sera couplée à la prise centrale des condensateurs, garantissant ainsi une tension précise. partage entre les condensateurs. Cette configuration offre en outre une alimentation de 25 volts au régulateur lC.

Le régulateur de tension est essentiellement un type série dans lequel l'impédance du transistor série est régie dans un procédé tel que cette tension dans toute la charge est maintenue constante à la valeur prédéterminée.

Le transistor Q4 dissipe une grande quantité de puissance en particulier à des tensions de sortie faibles et un courant élevé et il est donc installé sur le dissipateur thermique à l'arrière du produit.

Le transistor Q3 apporte un gain de courant à Q4, la collaboration fonctionnant comme un transistor PNP haute puissance et gain élevé. Le 25 volts est réduit à 12 volts par le biais du régulateur de circuit intégré ICI. Cette tension est couramment utilisée comme tension d'alimentation pour les CA3130 IC et elle est en outre abaissée à 5,1 volts par la diode Zener ZDI pour l'utiliser comme tension de référence.

La régulation de tension est effectuée par lC3 qui examine la tension telle que déterminée par RV3 (O à 5,1 'volts) avec la tension de sortie divisée par R14 et R15. Le diviseur fournit une division de 4,2 (O à 21 volts) ou huit (0 à 40 volts).

D'autre part, dans le haut de gamme, la tension pouvant être obtenue est limitée au point où le régulateur parvient à perdre le contrôle à un courant élevé lorsque la tension à travers le condensateur de filtre atteint la tension de sortie plus une ondulation de 100 Hz peut également être trouvée. La sortie de IC3 régule le transistor Q2 qui commande ensuite le transistor de sortie de manière à ce que la tension de sortie continue à être cohérente indépendamment des disparités de ligne et de charge. La référence de 5,1 volts est offerte à l'émetteur de Q2 à Q1.

Ce transistor est en fait un étage tampon pour empêcher la ligne de 5,1 volts de se charger. Le contrôle du courant est effectué par IC2 qui analyse la tension déterminée par -RV1 (O à 0,55 volts) en utilisant la tension créée autour de R7 par le courant de charge.

Si, par exemple, 0,25 volts est défini sur RV1 et que le courant prélevé sur l'alimentation est faible, la sortie de IC2 sera proche de 12 volts. Ceci conduit à l'allumage de la LED 2 puisque l'émetteur de Q1 est à 5,7 volts.

Cette LED signifie par conséquent que cette alimentation fonctionne dans le mode régulateur de tension. Cependant, si le courant entraîné est élevé de telle sorte que la tension autour de R7 est légèrement supérieure à 0,25 volts (dans notre illustration), la sortie de IC2 peut chuter. Une fois que la sortie de IC2 tombe en dessous d'environ 4 volts, Q2 commence à s'éteindre via les LED 3 et D5. Le résultat de ceci serait de minimiser la tension de sortie afin que la tension dans R7 ne puisse pas augmenter davantage.

Pendant que cela se produit, le comparateur de tension IC3 tente de contrer le problème et sa sortie monte à 12 volts. IC2 consomme alors plus de courant pour se reconstituer et ce courant amène la LED 3 à la lumination, ce qui implique que l'alimentation fonctionne en mode limite de courant.

Pour garantir une régulation précise, les bornes de détection de tension sont livrées aux points de sortie indépendamment de celles transportant le courant de charge. Le compteur comprend un mouvement d'un milliampère et lit la tension de sortie (immédiatement le long des bornes de sortie) ou le courant (en «mesurant la tension autour de R7) comme choisi à partir du commutateur du panneau avant SV2

Disposition PCB pour le circuit d'alimentation 40V

CONSTRUCTION

La configuration de PCB suggérée pour ce circuit d'alimentation variable 0-40V doit être utilisée car la construction est ainsi extrêmement simplifiée.

Les composants doivent être assemblés sur la carte en s'assurant que les polarités des diodes, des transistors, des CI et des électrolytiques sont correctes. Le BDl40 (Q3) doit être installé de manière à ce que le côté utilisant la surface métallique soit confronté dans la direction de lCl. Un petit dissipateur thermique doit être boulonné sur le transistor comme le montre l'image.

Si la charpente métallique telle que détaillée est utilisée, des dispositions d'assemblage doivent être utilisées.

a) Joindre le panneau avant à l'avant du cadre et les boulonner les uns avec les autres en ajustant le compteur.

b) Fixez les bornes de sortie, les potentiomètres et l'interrupteur du compteur sur le panneau avant.

c) Les cathodes des LED (que nous avons appliquées) avaient été désignées par une encoche dans le corps qui ne pouvait pas être remarquée alors que les LED étaient montées sur le panneau avant.

Si cela ressemble à la vôtre, réduisez légèrement les bornes de la cathode pour les reconnaître, puis installez les LED en place.

d) Soudez des longueurs de fil (environ 180 mm de long) aux bornes de 240 volts du transformateur, isolez les bornes à l'aide de ruban adhésif, puis fixez le transformateur en place à l'intérieur du cadre.

f) Montez le cordon d'alimentation et le clip de cordon. câbler l'interrupteur d'alimentation, isoler les bornes et ensuite fixer l'interrupteur sur le panneau avant.

g) Fixez le dissipateur thermique et vissez-le à l'arrière du cadre à l'aide de quelques boulons - après cela, installez le transistor de puissance en utilisant des rondelles isolantes et de la graisse au silicone.

h) Installez le PCB assemblé sur le cadre en utilisant des entretoises de 10 mm.

i) Câbler le secondaire du transformateur, les diodes de redressement et les condensateurs de filtrage. Les fils de diode sont suffisamment rigides pour ne pas vraiment vouloir de support supplémentaire.

j) Le câblage impliquant la carte et les commutateurs peut maintenant venir par des points de raccordement avec les lettres correspondantes dans le diagramme du panneau avant et les diagrammes de superposition des composants. Le seul établissement nécessaire serait de calibrer le compteur. Branchez un voltmètre authentique à la commande de sortie de l'alimentation afin que le compteur externe déchiffre 1 5 volts (ou 30 volts sur la configuration alternative).

Liste des pièces pour le circuit d'alimentation proposé de 40 V 2 A