Säännellyillä virtalähteillä tarkoitetaan yleensä virtalähdettä, joka pystyy syöttämään erilaisia lähtöjännitteitä, jotka ovat hyödyllisiä elektronisten piirien testaamiseksi penkillä, mahdollisesti muuttamalla lähtöjännitettä jatkuvasti tai vain joitain ennalta asetettuja jännitteitä. Lähes kaikki elektronisissa piireissä käytettävät elektroniset laitteet tarvitsevat tasavirtalähteen toimiakseen. Säädetty virtalähde koostuu olennaisesti tavallisesta virtalähteestä ja jännitteen säätölaitteesta. Tavallisen virtalähteen lähtö syötetään jännitteen säätölaitteeseen, joka tuottaa lopullisen lähdön. Lähtöjännite pysyy vakiona vaihtovirran tulojännitteen vaihteluista tai lähtö- (tai kuormitus) virran vaihteluista riippumatta, mutta sen amplitudia vaihdellaan kuormitustarpeen mukaan.
Joitakin tämän tyyppisiä virtalähteitä käsitellään jäljempänä.
SMPS
Teollisuuden pyrkimys pienempiin, kevyempiin ja tuottavampiin elektroniikkajärjestelmiin on saanut aikaan SMPS: n, vain kytkinmoodin virtalähteen. On joitain topologioita, joita normaalisti käytetään SMPS: n todentamiseen. Kytketyssä tilassa oleva virtalähde on elektroninen virtalähde, joka sisältää kytkinsäätimen sähkövirran muuntamiseksi tehokkaasti. Tässä käyttämällä korkeita kytkentätaajuuksia, tehomuuntajan ja siihen liittyvien suodatuskomponenttien koot SMPS: ssä pienenevät dramaattisesti lineaariseen verrattuna. DC-DC-muuntimet ja DC-AC-muuntimet kuuluvat SMPS-luokkaan.
Lineaarisessa säätöpiirissä säätelemättömän DC-tulolähteen ylijännite putoaa sarjaelementin poikki ja siten tapahtuu tehohäviö suhteessa tähän jännitehäviöön, kun taas kytkentäisessä piirissä jännitteen säätämätön osa poistetaan moduloimalla kytkentätehoa suhde. Kytkentähäviöt nykyaikaisissa kytkimissä (kuten: MOSFET) ovat paljon pienemmät kuin lineaarisen elementin häviöt.
Suurin osa sähköisistä DC-kuormista toimitetaan tavallisista virtalähteistä. Valitettavasti vakiolähdejännitteet eivät välttämättä vastaa mikroprosessorien, moottorien, LEDien tai muiden kuormien vaatimia tasoja, varsinkin kun lähdejännitettä ei ole säännelty kuten akkulähteillä ja muilla tasavirtalähteillä.
SMPS-lohkokaavio:
Kytkintilan virtalähteen (SMPS) pääidea voidaan helposti ymmärtää DC-DC-muuntimen käsitteellisen selityksen käsitteestä. Jos järjestelmän tulo on vaihtovirta, ensimmäinen vaihe on muuntaa tasavirraksi. Tätä kutsutaan oikaisuksi. DC-tulolla varustettu SMPS ei vaadi oikaisuvaihetta. Monet uudemmat SMPS käyttävät erityistä tehokertoimen korjauspiiriä (PFC). Seuraamalla AC-tulon sinimuotoista aaltoa voimme tehdä tulovirran. Ja tulosäiliön kondensaattori suodattaa oikaistun signaalin säätelemättömän DC-tulolähteen tuottamiseksi. Sääntelemätön DC-syöttö annetaan suurtaajuuskytkimelle. Suuremmille taajuuksille vaaditaan komponentteja, joilla on korkeampi kapasitanssi ja induktanssi. Tässä MOSFET-laitteita voidaan käyttää synkronisina tasasuuntaajina, joilla on vielä pienemmät johtavat porrasjännitehäviöt. Korkea kytkentätaajuus vaihtaa tulojännitteen tehomuuntajan ensiöpuolen yli. Taajuusmuuttajapulssit ovat yleensä kiinteä taajuus ja vaihteleva käyttöjakso. Toissijaisen muuntajan lähtö oikaistaan ja suodatetaan. Sitten se lähetetään virtalähteen lähtöön. Lähdön säätäminen vakiintuneen tasavirtalähteen aikaansaamiseksi tapahtuu ohjaus- tai takaisinkytkentälohkolla.
Useimmat SMPS. Järjestelmät toimivat kiinteän taajuuden pulssinleveyden modulointipohjalla, jossa taajuusmuuttajan päälläoloaika virtakytkimelle vaihtelee jaksoittain. Kytkimelle annettu pulssinleveyssignaali on kääntäen verrannollinen lähtöjännitteen lähtöön. Oskillaattoria ohjataan suljetun piirin säätimen jännitteellä. Tämä saavutetaan yleensä käyttämällä pientä pulssimuuntajaa tai optoeristintä, mikä lisää komponenttien lukumäärää. SMPS: ssä lähtövirta riippuu tulosignaalista, käytetyistä tallennuselementeistä ja piiritopologioista sekä kytkentäelementtien käyttämiseen käytetystä kuviosta. Käyttämällä LC-suodattimia lähtöaaltomuodot suodatetaan.
SMPS: n edut:
- Parempi hyötysuhde, koska kytkentätransistori kuluttaa vähän tehoa
- Pienempi lämmöntuotto korkeamman hyötysuhteen ansiosta
- Pienempi
- Kevyempi paino
- Vähentynyt harmoninen palaute syöttöpäähän
SMPS-sovellukset:
- Henkilökohtaiset tietokoneet
- Konetyökaluteollisuus
- Turvajärjestelmät
SMPS: n ohella seuraavaa piiriä säännellylle syöttö- ja varmuuskopiointitarkoitukselle käsitellään alla.
Lineaariset virtalähteet
Työpöydän virtalähde varalla
Työpöydän virtalähde on tasavirtalähdeyksikkö, joka voi tarjota erilaisia säänneltyjä tasajännitteitä, joita käytetään testaukseen tai vianetsintään. Suunniteltu yksinkertainen virransyöttöpiiri ja paristovarmuuskopiointi, jota voidaan käyttää työpöydän virtalähteenä. Se antaa 12 volttia, 9 volttia ja 5 volttia säädetyn tasavirran prototyyppien virtalähteeksi testauksen tai vianetsinnän aikana. Siinä on myös varmuuskopioitu akku, jotta työtä voidaan jatkaa, jos virta katkeaa. Akun heikon varauksen ilmaisin annetaan myös akun tilan vahvistamiseksi.
Se koostuu kolmesta pääosasta:
Tasasuuntaaja ja suodatinyksikkö, joka muuntaa vaihtosignaalin säädetyksi tasasignaaliksi käyttämällä muuntajaa, diodeja ja kondensaattoreita.
Vaihtoehtona käytetty akku, joka voidaan ladata päävirtalähteen aikana ja käyttää virtalähteenä päävirtalähteen puuttuessa.
Akun latauksen ilmaisin, joka osoittaa akun latauksen ja purkautumisen.
Muodostuvat 14-0-14, 500 mA muuntaja, tasasuuntausdiodit D1, D2 ja tasoituskondensaattori C1 virtalähde . Kun verkkovirta on käytettävissä, D3 eteenpäin esijännittyy ja antaa yli 14 voltin DC: n IC1: lle, mikä antaa sitten säädellyt 12 volttia, jotka voidaan hyödyntää lähdöstä. Samaan aikaan IC2 antaa säännellyt 9 volttia ja IC3 säädetyt 5 volttia lähtöistään.
12 voltin 7,5 Ah: n ladattavaa akkua käytetään varmuuskopiona. Kun verkkovirtaa on saatavilla, se latautuu D3: n ja R1: n kautta. R1 rajoittaa latausvirtaa. Jos virtalähde kytketään pitkäksi aikaa ja akku ei ole käytössä, Trickle-lataustila on turvallinen ylikuormituksen estämiseksi. Latausvirta on noin 100-150 mA. Kun verkkovirta katkeaa, D3 taaksepäin ja D4 eteenpäin ja akku vievät kuorman. UPS-akku on ihanteellinen valinta.
Zener-diodi ZD ja PNP-transistori T1 muodostavat paristovirran ilmaisimen. Tällaista järjestelyä käytetään taajuusmuuttajissa osoittamaan akun heikon tilan. Kun akun jännite on yli 11 volttia, Zener johtaa ja pitää T1-pohjan korkealla niin, että se pysyy pois päältä. Kun akun jännite laskee alle 11 voltin, Zener sammuu ja T1 eteenpäin. (Zener-diodi johtaa vain, kun sen läpi kulkeva jännite on yli 1 voltin tai suurempi kuin nimellisjännite. Joten tässä 10 voltin zener johtaa vain, jos jännite on yli 11 volttia.) LED syttyy osoittamaan akun latauksen tarvetta. VR1 säätää Zenerin oikean sammutuspisteen. Lataa akku täyteen ja mittaa sen napajännite. Jos se on yli 12 volttia, säädä esiasetetun VR1: n pyyhin keskiasentoon ja käännä sitä hieman, kunnes LED sammuu. Älä käännä esiasetusta äärimmäisiin päihin. Akun tulee aina sisältää riittävä jännite yli 12 volttia (Täyteen ladattu akku näyttää noin 13,8 volttia), sitten vain IC1 saa riittävän tulojännitteen.
Itsekytkevä virtalähde vapaa piirikaavio
Tässä piirikaaviossa annetaan säännelty virtalähdepiiri, että vaikka kiinteän jännitteen säädin U1-LM7805 ei vain anna muuttuvaa, vaan myös automaattinen sammutus ominaisuudet. Tämä saavutetaan potentiometrillä, joka on kytketty säätimen IC: n yhteisen navan ja maan välille. Jokaista potentiometrin RV1 vastuksen piirin sisäisen arvon 100 ohmin lisäystä kohden lähtöjännite kasvaa 1 voltilla. Siten lähtö vaihtelee välillä 3,7 V - 8,7 V (kun otetaan huomioon 1,3 voltin pudotus diodien D7 ja D8 välillä).
Kun lähtöliittimien yli ei ole kytketty kuormaa, syöttö katkaisee virran. Tämä saavutetaan transistorien Q1 ja Q2, diodien D7 ja D8 sekä kondensaattorin C2 avulla. Kun lähtöön on kytketty kuorma, potentiaalihäviö diodien D7 ja D8 yli (noin 1,3 V) riittää transistorien Q2 ja Q1 johtamiseen. Tämän seurauksena rele saa virtaa ja pysyy siinä tilassa niin kauan kuin kuorma pysyy kytkettynä. Samaan aikaan kondensaattori C2 latautuu noin 7-8 voltin potentiaaliin transistorin Q2 kautta. Mutta kun kuorma (tässä sarjassa S2: n kanssa oleva lamppu) irrotetaan, transistori Q2 katkaistaan. Kondensaattori C2 on kuitenkin edelleen ladattu ja se alkaa purkautua transistorin Q1 pohjan kautta. Jonkin ajan kuluttua (joka määritetään periaatteessa C2: n arvolla) rele RL1 kytketään jännitteettömäksi, joka kytkee pois päältä muuntajan TR1 ensiöverkkotulon. Jatkaaksesi virran palauttamista, kytkin S1 on painettava hetkellisesti. Virtalähteen katkaisun viive vaihtelee suoraan kondensaattorin arvon mukaan.
Muuntajaa, jonka toissijainen jännite oli 12 V-0 V, 250 mA, käytettiin, mutta sitä voidaan kuitenkin muuttaa käyttäjän vaatimusten mukaisesti (enintään 30 V ja 1 ampeerin virrankulutus). Yli 300 mA: n virran vetämiseksi säädin IC: ssä on oltava pieni jäähdytyselementti kiilleeristeen päällä. Kun muuntajan toissijainen jännite nousee yli 12 voltin (RMS), potentiometri RV1 on mitoitettava uudelleen. Myös releen jännitteen nimellisarvo olisi määritettävä ennalta.
Säädettävä virtalähde LM338: n avulla
Tasavirtalähde tarvitaan usein sähkölaitteiden virran saamiseksi. Vaikka jotkut vaativat säänneltyä virtalähdettä, on monia sovelluksia, joissa lähtöjännitettä on muutettava. Säädettävä virtalähde on se, jossa voimme säätää lähtöjännitettä vaatimusten mukaisesti. Muuttuvaa virtalähdettä voidaan käyttää monissa sovelluksissa, kuten vaihtojännitteen soveltaminen DC-moottoreihin, vaihtuvien jännitteiden käyttäminen korkeajännitteisiin DC-DC-muuntimiin vahvistuksen säätämiseksi jne. Sitä käytetään enimmäkseen testaamalla sähköisiä projekteja .
Muuttuvan virtalähteen pääkomponentti on mikä tahansa säädin, jonka lähtöä voidaan säätää millä tahansa keinolla, kuten muuttuva vastus. Säätimen IC: t, kuten LM317, tarjoavat säädettävän jännitteen välillä 1,25 - 30 V. Toinen tapa on käyttää LM33 IC: tä.
Tässä käytetään yksinkertaista LM33: ta käyttävää muuttuvaa virtalähdepiiriä, joka on suurjännitteen säädin.
LM 338 on suurivirtajännitteen säädin, joka voi syöttää kuormalle yli 5 ampeerin virran. Säätimen lähtöjännite voidaan säätää 1,2 voltista 30 volttiin. Lähtöjännitteen asettamiseen tarvitaan vain kaksi ulkoista vastusta. LM 338 kuuluu LM 138 -tuoteperheeseen, joka on saatavana kolmessa päätepaketissa. Sitä voidaan käyttää sovelluksissa, kuten säädettävä virtalähde, vakiovirtasäädin, akkulaturit jne. Suuren virran vaihteleva syöttö on välttämätöntä suurtehovahvistinpiirien testaamiseksi vianmäärityksen tai huollon aikana. Tämä mahdollistaa virtalähteen käytön suurilla ohimenevillä kuormilla ja nopeudet käynnistyvät täydellä kuormituksella. Ylikuormitussuoja pysyy toiminnassa, vaikka säätötappi irrotettaisiin vahingossa.
Piirin kuvaus
Peruspiiri koostuu seuraavista osista:
- Vaihda muuntaja alas aiheuttaaksesi 230 V: n vaihtojännitteen pudotuksen.
- Tasasuuntaajamoduuli AC-signaalin korjaamiseksi.
- Tasoituselektrolyyttikondensaattori tasasignaalin suodattamiseksi ja vaihtovirtapiirien poistamiseksi.
- LM338
- Säädettävä vastus
Piirin toiminta
LM338-positiivisen jännitteen säätimen avulla toimiva vaihteleva virtalähde on esitetty alla. Teho saadaan 0-30 voltin 5 ampeerin alamuuntajasta. 10 ampeerin tasasuuntaajamoduuli tasoittaa matalajännitteisen AC: n tasavirtaan, jonka tasoituskondensaattori C1 tekee aaltoilusta vapaaksi. Kondensaattorit C2 ja C3 parantavat ohimeneviä vasteita. Lähtöjännite voidaan säätää potin VR1: n kautta haluttuun jännitteeseen 1,2 voltista 28 volttiin. D1 suojaa C4: tä vastaan ja D2 suojaa C3: lta, kun virta kytketään pois päältä. Säädin vaatii jäähdytyselementin.
Vout = 1,2 V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.
