Onlangs raakte ik geïnteresseerd in de assemblage van lineaire spanningsstabilisatorcircuits. Dergelijke schema's vereisen geen zeldzame details en de selectie van componenten en afstemming veroorzaakt ook geen speciale moeilijkheden. Deze keer besloot ik om een lineair spanningsstabilisatorcircuit te monteren op de "gereguleerde zenerdiode" (microschakeling) TL431. TL431 fungeert als een referentiespanningsbron en de krachtrol wordt gespeeld door een krachtige NPN-transistor in het TO -220-pakket.
Met een ingangsspanning van 19V kan het circuit dienen als een bron van gestabiliseerde spanning in het bereik van 2,7 tot 16 V bij een stroom tot 4A. De stabilisator is ontworpen als een module die op een breadboard is gemonteerd. Het ziet er zo uit:
Video:
De stabilisator heeft een gelijkstroomvoeding nodig. Het is logisch om zo'n stabilisator te gebruiken met een klassieke lineaire voeding, bestaande uit een ijzeren transformator, een diodebrug en een grote condensator. De spanning in het netwerk kan variëren afhankelijk van de belasting en als gevolg hiervan zal de spanning aan de uitgang van de transformator veranderen. Dit circuit zorgt voor een stabiele uitgangsspanning met een variërende ingang. Je moet begrijpen dat een down-type stabilisator, evenals op het circuit zelf, 1-3 V daalt, dus de maximale uitgangsspanning zal altijd lager zijn dan de ingang.
Schakelende voedingen kunnen in principe als voeding voor deze stabilisator worden gebruikt, bijvoorbeeld vanaf een laptop van 19 V. Maar in dit geval zal de rol van stabilisatie minimaal zijn, omdat in de fabriek geschakelde voedingen, enzovoort, gestabiliseerde uitgangsspanning.
Regeling:
Selectie van componenten
De maximale stroom die de TL431-chip zelf kan passeren, volgens de documentatie, is 100 mA. In mijn geval heb ik de stroom met een marge beperkt tot ongeveer 80 mA met behulp van de weerstand R1. Het is noodzakelijk om de weerstand te berekenen volgens de formules.
Eerst moet je de weerstand van de weerstand bepalen. Bij een maximale ingangsspanning van 19 V wordt de weerstand volgens de wet van Ohm als volgt berekend:
R = U / I = 19 V / 0,08 A = 240 Ohm
Het vermogen van de weerstand R1 moet worden berekend:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohm = 1,5 Watt
Ik heb een Sovjet-weerstand van 2 watt gebruikt
Weerstanden R2 en R3 vormen een spanningsdeler die TL431 'programmeert' en de weerstand R3 is variabel, waardoor u de referentiespanning kunt wijzigen, die vervolgens wordt herhaald in een cascade van transistors. Ik gebruikte R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. Het vermogen van weerstand R2 is afhankelijk van de uitgangsspanning. Bijvoorbeeld met een uitgangsspanning van 19V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0.361 watt
Ik heb een weerstand van 1 watt gebruikt.
Weerstand R4 wordt gebruikt om de stroom te beperken op basis van de transistor VT2. Het is beter om de beoordeling experimenteel te selecteren en de uitgangsspanning te regelen. Als de weerstand te groot is, zal dit de uitgangsspanning van het circuit aanzienlijk beperken. In mijn geval is het 100 Ohm, elk vermogen is geschikt.
Als hoofdtransistor (VT1) is het beter om transistors te gebruiken in de TO - 220 of krachtigere behuizing (TO247, TO-3). Ik gebruikte transistor E13009, gekocht op Ali Express. Transistor voor spanning tot 400V en stroom tot 12A. Voor zo'n circuit is een hoogspanningstransistor niet de meest optimale oplossing, maar hij werkt prima. De transistor is hoogstwaarschijnlijk nep en 12 A zal niet staan, maar 5-6A is redelijk. In ons circuit is de stroom tot 4A dus geschikt voor dit circuit. In dit schema moet de transistor vermogen kunnen afvoeren tot 30-35 watt.
De vermogensdissipatie wordt berekend als het verschil tussen de ingangs- en uitgangsspanning vermenigvuldigd met de collectorstroom:
P = (U-uitgang -U-ingang) * Ik verzamelaar
De ingangsspanning is bijvoorbeeld 19 V, we stellen de uitgangsspanning in op 12 V en de collectorstroom is 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 watt - dit is een volkomen normale situatie voor onze transistor.
En als we doorgaan met het verlagen van de uitgangsspanning tot 6V, zal het beeld anders zijn:
P = (19V-6V) * 3A = 39 watt, wat niet erg goed is voor een transistor in een TO-220-pakket (je moet er ook rekening mee houden dat wanneer de transistor gesloten is, de stroom ook zal afnemen: met 6V zal de stroom ongeveer 2-2,5A zijn, en niet 3). In dit geval is het beter om een andere transistor te gebruiken in een zwaardere behuizing of het verschil tussen de ingangs- en uitgangsspanning te verkleinen (bijvoorbeeld als de voeding een transformator is, door de wikkelingen te schakelen).
De transistor moet ook geschikt zijn voor een stroom van 5A of meer. Het is beter om een transistor te nemen met een statische stroomoverdrachtscoëfficiënt van 20. De Chinese transistor voldoet volledig aan deze eisen. Voordat ik het circuit afdichtte, controleerde ik het (stroom- en vermogensdissipatie) op een speciale standaard.
Omdat TL431 kan een stroom van niet meer dan 100 mA produceren en om de basis van de transistor van stroom te voorzien, is meer stroom nodig, je hebt een andere transistor nodig, die de stroom van de uitgang van de TL431-chip versterkt en de referentiespanning herhaalt. Hiervoor hebben we een transistor VT2 nodig.
Transistor VT2 moet voldoende stroom kunnen leveren aan de basis van transistor VT1.
Het is mogelijk om ruwweg de vereiste stroom te bepalen via de statische stroomoverdrachtscoëfficiënt (h21e of hFE of β) van de transistor VT1. Als we een stroom van 4 A aan de uitgang willen hebben en de statische stroomoverdrachtscoëfficiënt VT1 20 is, dan:
Ik baseer = ik verzamelaar / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
De statische stroomoverdrachtscoëfficiënt is afhankelijk van de collectorstroom, dus deze waarde is indicatief. Meting in de praktijk toonde aan dat het nodig is om ongeveer 170 mA aan de basis van transistor VT1 te leveren, zodat de collectorstroom 4A is. De transistors in het TO-92-pakket beginnen merkbaar op te warmen bij stromen boven 0,1 A, dus in dit circuit gebruikte ik de KT815A-transistor in het TO-126-pakket. De transistor is ontworpen voor stroom tot 1.5A, de statische coëfficiënt van stroomoverdracht is ongeveer 75. Een klein koellichaam voor deze transistor is geschikt.
Condensator C3 is nodig om de spanning te stabiliseren op basis van de transistor VT1, de nominale waarde is 100 μF, de spanning is 25V.
Filters van condensatoren zijn geïnstalleerd aan de uitgang en ingang: C1 en C4 (elektrolytisch bij 25 V, 1000 μF) en C2, C5 (keramiek 2-10 μF).
De diode D1 dient om de transistor VT1 te beschermen tegen tegenstroom. Diode D2 is nodig om te beschermen tegen een transistor bij het leveren van collectormotoren. Wanneer de stroom is uitgeschakeld, draaien de motoren een tijdje en in de remmodus werken ze als generatoren. De stroom die op deze manier wordt gegenereerd, gaat in de tegenovergestelde richting en kan de transistor beschadigen.De diode sluit in dit geval de motor voor zichzelf en de stroom bereikt de transistor niet. Weerstand R5 speelt de rol van een kleine belasting voor stabilisatie in inactieve modus, een nominale waarde van 10k Ohm, elk vermogen.
Vergadering
Het circuit is gemonteerd als een module op een breadboard. Ik gebruikte een radiator van een schakelende voeding.
Bij een radiator van dit formaat mag je het circuit niet zoveel mogelijk belasten. Met een stroomsterkte van meer dan 1 A is het noodzakelijk om de radiator te vervangen door een zwaardere, het blazen met een ventilator doet ook geen pijn.
Het is belangrijk om te onthouden dat hoe groter het verschil tussen de ingangs- en uitgangsspanning en hoe groter de stroom, hoe meer warmte wordt gegenereerd en hoe meer koeling nodig is.
Het solderen duurde ongeveer een uur. In principe zou het een goede vorm zijn om een bord te maken met de LUT-methode, maar sindsdien Ik heb maar een bord in één exemplaar nodig, ik wilde geen tijd verspillen aan het ontwerpen van het bord.
Het resultaat is zo'n module:
Na montage heb ik de kenmerken gecontroleerd:
Het circuit heeft vrijwel geen bescherming (wat betekent dat er geen bescherming is tegen kortsluiting, bescherming tegen omgekeerde polariteit, soepele start, stroombeperking, enz.), Daarom moet het zeer voorzichtig worden gebruikt. Om dezelfde reden wordt het niet aanbevolen om dergelijke schema's te gebruiken in "laboratorium" voedingen. Hiervoor zijn gebruiksklare microschakelingen in het TO-220 pakket geschikt voor stromen tot 5A, bijvoorbeeld KR142EN22A. Of in ieder geval voor dit circuit, moet u een extra module maken ter bescherming tegen kortsluiting.
Het circuit kan klassiek worden genoemd, zoals de meeste lineaire stabilisatorcircuits. Moderne pulscircuits hebben veel voordelen, bijvoorbeeld: hoger rendement, veel minder verwarming, kleinere afmetingen en gewicht. Tegelijkertijd zijn lineaire circuits gemakkelijker te beheersen voor beginnende hammen, en als efficiëntie en afmetingen niet bijzonder belangrijk zijn, zijn ze redelijk geschikt voor het leveren van apparaten met gestabiliseerde spanning.
En natuurlijk kan niets worden vergeleken met het gevoel toen ik een apparaat van een zelfgemaakte stroombron voorzag, en lineaire circuits voor beginnende hammen zijn toegankelijker, wat je ook zegt.