Ёсць старая прымаўка: «Можна даць чалавеку рыбу, і ён з'есць за дзень, а можна навучыць чалавека лавіць рыбу, і ён будзе есці вечна». Ёсць шмат артыкулаў, якія даюць чытачу канкрэтную канструкцыю для пабудовы блока харчавання, і ў гэтых праектах кулінарных кніг няма нічога дрэннага. Яны часта маюць вельмі добрыя паказчыкі. Аднак яны не вучаць чытачоў, як спраектаваць блок харчавання самастойна. Гэты артыкул з дзвюх частак пачнецца з самага пачатку і растлумачыць кожны крок, неабходны для стварэння базавага аналагавага блока харчавання. Дызайн будзе сканцэнтраваны на паўсюдным трохвыводным рэгулятары і ўключаць шэраг удасканаленняў базавай канструкцыі.

Заўсёды важна памятаць, што блок харчавання — альбо для канкрэтнага прадукту, альбо як агульная частка тэставага абсталявання — можа паражаць карыстальніка электрычным токам, выклікаць пажар або знішчыць прыладу, якая сілкуецца. Відавочна, што гэта не добрыя рэчы. Па гэтай прычыне вельмі важна падысці да гэтага дызайну кансерватыўна. Забяспечце вялікі запас для кампанентаў. Добра прадуманы блок харчавання - гэта той, які ніколі не заўважаецца.

ПЕРАЎНАСЦЬ УВАХОДНАЙ МАГНАСЦІ

На малюнку 1 паказаны асноўны дызайн тыповага аналагавага блока харчавання. Ён складаецца з трох асноўных кампанентаў: пераўтварэнне ўваходнай магутнасці і кандыцыянавання; рэктыфікацыя і фільтраванне; і рэгуляванне. Уваходнае пераўтварэнне магутнасці звычайна з'яўляецца сілавым трансфарматарам і з'яўляецца адзіным метадам, разгледжаным тут. Аднак ёсць некалькі момантаў, якія важна згадаць.

Малюнак 1. Базавы аналагавы блок харчавання складаецца з трох частак. Першыя два разглядаюцца ў гэтым артыкуле, а апошні - у наступнай частцы.

Па-першае, 117 В пераменнага току (Вольт пераменнага току) сапраўды з'яўляецца вымярэннем сярэдняга квадрата. (Звярніце ўвагу, што я бачыў звычайную бытавая магутнасць ад 110 В пераменнага току да 125 В пераменнага току. Я толькі што вымераў сваю і выявіў, што яна роўная 120.0 В пераменнага току.) Вымярэнне сінусоіды нашмат ніжэй, чым фактычнае пікавае напружанне і ўяўляе сабой эквівалентнае пастаяннае напружанне (пастаянны ток), неабходнае для забеспячэння такой жа магутнасці.

пераўтварэнне RMS вар'іруецца ў залежнасці ад формы хвалі; для сінусоіды значэнне роўна 1.414. Гэта азначае, што адхіленне каля нуля вольт на самай справе складае 169.7 вольт (для маёй магутнасці 120 В). Магутнасць ідзе ад -169.7 вольт да +169.7 вольт кожны цыкл. Такім чынам, напружанне ад піка да піка на самай справе складае 339.4 вольта!

Гэта напружанне становіцца асабліва важным пры даданні байпасных кандэнсатараў да асноўных ліній электраперадачы для падаўлення шуму ад ўваходжання або выхаду з крыніцы харчавання (звычайная сітуацыя). Калі вы лічыце, што фактычнае напружанне складае 120 вольт, вы можаце выкарыстоўваць кандэнсатары на 150 вольт. Як бачыце, гэта не так. Абсалютна мінімальнае бяспечнае рабочае напружанне для вашых кандэнсатараў складае 200 вольт (250 вольт лепш). Не забывайце, што калі вы чакаеце ўбачыць шум / скокі на лініі, вам трэба дадаць гэты шум / скокі напружання да пікавага напружання.

Уваходная частата звычайна складае 60 Гц у ЗША. У Еўропе звычайная частата 50 Гц. Трансфарматары, разлічаныя на 60 Гц, звычайна добра працуюць на 50 Гц і наадварот. Акрамя таго, стабільнасць частоты лініі электраперадачы звычайна выдатная і рэдка ўлічваецца. Часам можна знайсці трансфарматары 400 Гц. Як правіла, гэта ваенныя або авіяцыйныя прылады і, як правіла, не падыходзяць для выкарыстання на магутнасці 50/60 Гц (ці наадварот).

Выхад трансфарматара таксама паказваецца ў выглядзе рэзультатыўнага напружання. Акрамя таго, указанае напружанне з'яўляецца мінімальным напружаннем, якое чакаецца пры поўнай нагрузцы. Часта адбываецца павелічэнне намінальнай магутнасці прыблізна на 10% без нагрузкі. (Мой трансфарматар на 25.2 вольта/два ампера вымярае 28.6 вольт без нагрузкі.) Гэта азначае, што фактычнае выхадное напружанне без нагрузкі/пікавае напружанне для майго трансфарматара 25.2 вольта складае 40.4 вольта! Як вы можаце бачыць, заўсёды важна памятаць, што намінальныя рэзультатыўныя рэзультатыўныя напружання для пераменнага току істотна меншыя за фактычныя пікавыя напружання.

На малюнку 2 прадстаўлены тыповы дызайн пераўтварэння ўваходнай магутнасці і кандыцыянавання. Я аддаю перавагу выкарыстоўваць двухполюсны выключальнік, хоць гэта не зусім неабходна. Ён абараняе ад няправільна падключэння электрычных разетак (што сёння рэдка) або няправільных электраправодак у самім блоку харчавання (значна часцей). Важна, каб, калі выключальнік сілкавання выключаны, гарачы провад адключаўся ад крыніцы харчавання.

Малюнак 2. Уваходнае кандыцыянаванне з'яўляецца даволі простым, але трэба памятаць, што СКЗ напружанне не тое ж самае, што пікавае напружанне. Пікавае напружанне 120 В пераменнага току RMS складае каля 170 вольт.

Неабходны засцерагальнік (або выключальнік). Яго галоўная мэта - прадухіліць пажары, таму што без яго кароткае замыканне трансфарматара або першаснай ланцуга дазволіць працякаць вялізныя токі, у выніку чаго металічныя дэталі становяцца чырвонымі або нават белымі. Звычайна гэта павольны тып, разлічаны на 250 вольт. Бягучы рэйтынг павінен быць прыкладна ўдвая больш, чым можа разлічваць трансфарматар.

Напрыклад, згаданы вышэй трансфарматар на 25.2 вольта будзе спажываць каля 0.42 А першаснага току (25.2 вольта/120 вольт х два ампера). Такім чынам, засцерагальнік на адзін ампер разумны. Аб засцерагальніку ў другаснай частцы пойдзе гаворка ў наступным артыкуле.

Абыходныя кандэнсатары дапамагаюць адфільтраваць шум і з'яўляюцца дадатковымі. Паколькі пікавае напружанне складае каля 170 вольт, 250 вольт лепш, чым гранічны 200 вольт. Вы можаце выкарыстоўваць «фільтр уводу магутнасці». Ёсць шмат тыпаў гэтых агрэгатаў. Некаторыя з іх утрымліваюць стандартны раз'ём харчавання, перамыкач, трымальнік засцерагальнікаў і фільтр у адным невялікім пакеце. Іншыя могуць мець толькі некаторыя з гэтых кампанентаў. Як правіла, тыя, у якіх ёсць усё, даволі дарагія, але лішнія адзінкі звычайна можна знайсці па вельмі разумных цэнах.

Магчымасць вызначыць, ці сілкуецца першасная ланцуг, важна, таму выкарыстоўваецца пілотны ліхтар. Паказаны дзве тыповыя схемы. Неонавая лямпа выкарыстоўваецца дзесяцігоддзямі. Гэта проста і нядорага. У яго ёсць недахопы: ён некалькі далікатны (зроблены са шкла); можа мігцець, калі рэзістар занадта вялікі; і можа фактычна генераваць некаторы электрычны шум (з-за раптоўнага іённага прабоя неонавага газу).

Святлодыёдная схема таксама патрабуе токаабмежавальнага рэзістара. Пры 10,000 hms забяспечваецца ток каля 12 мА. Большасць святлодыёдаў разлічаны на максімальны ток 20 мА, таму 12 мА з'яўляецца разумным. (Высокаэфектыўныя святлодыёды могуць здавальняюча працаваць толькі з 1 або 2 мА, таму рэзістар можна павялічыць па меры неабходнасці.)

Звярніце ўвагу, што святлодыёды маюць вельмі дрэннае напружанне зваротнага прабоя (звычайна ад 10 да 20 вольт). Па гэтай прычыне неабходны другі дыёд. Гэта павінна быць у стане працаваць не менш за 170 вольт PIV (пікавае адваротнае напружанне). Стандартны 1N4003 ацэньваецца ў 200 PIV, што не дае вялікага запасу. 1N4004 ацэньваецца ў 400 PIV і каштуе, магчыма, на капейку даражэй. Размясціўшы яго паслядоўна са святлодыёдамі, агульны PIV складае 400 плюс святлодыёдны PIV.

РЭКТІФІКАЦЫЯ І ФІЛЬТР

На малюнках 3, 4 і 5 паказаны найбольш тыповыя схемы выпрамлення з формай выхаднога сігналу, паказанай вышэй. (Кандэнсатар фільтра не паказаны, таму што пры яго даданні форма сігналу змяняецца на нешта накшталт пастаяннага напружання.) Карысна вывучыць гэтыя тры асноўныя схемы, каб вызначыць іх моцныя і слабыя бакі.

На малюнку 3 паказаны асноўны паўволновый выпрамнік. Адзіная выкупная характарыстыка гэтага заключаецца ў тым, што гэта вельмі проста, выкарыстоўваецца толькі адзін выпрамнік. Дрэнная асаблівасць заключаецца ў тым, што ён выкарыстоўвае толькі палову цыклу магутнасці, што робіць тэарэтычную эфектыўнасць схемы менш за 50% толькі для пачатку. Часта паўхвалевыя выпрамнільныя крыніцы сілкавання маюць толькі 30% эфектыўнасці. Паколькі трансфарматары - дарагія прадметы, гэтая неэфектыўнасць вельмі дорага каштуе. Па-другое, форму хвалі вельмі цяжка адфільтраваць. У палову часу ад трансфарматара няма сілкавання. Згладжванне выхаду патрабуе вельмі высокіх значэнняў ёмістасці. Ён рэдка выкарыстоўваецца для аналагавага блока харчавання.

Малюнак 3. Схема паўхвалевага выпрамніка простая, але яна стварае кепскую форму сігналу на выхадзе, якую вельмі цяжка адфільтраваць. Акрамя таго, палова магутнасці трансфарматара траціцца дарма. (Звярніце ўвагу, што фільтруюць кандэнсатары апушчаны для яснасці, таму што яны змяняюць форму сігналу.)

Цікавая і важная рэч адбываецца, калі ў схему паўволнового выпрамніка дадаюць фільтравальны кандэнсатар. Дыферэнцыял напружання халастога ходу падвойваецца. Гэта адбываецца таму, што кандэнсатар захоўвае энергію першай паловы (дадатнай часткі) цыклу. Калі надыходзіць другая палова, кандэнсатар утрымлівае станоўчае пікавае напружанне, а адмоўнае пікавае напружанне падаецца на іншую клемму, у выніку чаго кандэнсатар і праз гэта дыёд відаць поўнае напружанне ад піка да піка. Такім чынам, для трансфарматара 25.2 вольта вышэй, фактычнае пікавае напружанне, якое назіраецца гэтымі кампанентамі, можа быць больш за 80 вольт!

Малюнак 4 (верхні ланцуг) з'яўляецца прыкладам тыповай схемы выпрамніка з поўнахвалевым/цэнтральным адводам. Калі гэта выкарыстоўваецца, у большасці выпадкаў, верагодна, не павінна быць. Гэта забяспечвае добры выхад, які цалкам выпраўляецца. Гэта робіць фільтрацыю адносна лёгкай. Ён выкарыстоўвае толькі два выпрамніка, таму каштуе даволі нядорага. Аднак гэта не больш эфектыўна, чым паўхвалевая схема, прадстаўленая вышэй.

Малюнак 4. Поўнахвалевая канструкцыя (уверсе) дае добры вынік. Перамалюючы схему (унізе), можна заўважыць, што гэта на самай справе ўсяго два паўхвалевых выпрамніка, злучаныя разам. Зноў жа, палова магутнасці трансфарматара траціцца дарма.

У гэтым можна пераканацца, перамаляваўшы схему з двума трансфарматарамі (малюнак 4 унізе). Калі гэта зроблена, становіцца ясна, што поўная хваля - гэта на самай справе ўсяго дзве паўхвалевыя ланцугі, злучаныя разам. Палова кожнага цыклу магутнасці трансфарматара не выкарыстоўваецца. Такім чынам, максімальная тэарэтычная эфектыўнасць складае 50% пры рэальнай эфектыўнасці каля 30%.

PIV схемы складае палову паўхвалевага ланцуга, таму што ўваходнае напружанне на дыёды складае палову выхаднога трансфарматара. Цэнтральны кран забяспечвае палову напружання на двух канцах абмотак трансфарматара. Такім чынам, для прыкладу трансфарматара 25.2 вольта PIV складае 35.6 вольта плюс павелічэнне халастога ходу, якое прыкладна на 10% больш.

На малюнку 5 прадстаўлена схема маставога выпрамніка, якая звычайна павінна быць першым выбарам. Выхад цалкам выпраўлены, таму фільтраваць даволі проста. Самае галоўнае, аднак, ён выкарыстоўвае абедзве паловы цыклу харчавання. Гэта найбольш эфектыўная канструкцыя і атрымлівае максімальную аддачу ад дарагога трансфарматара. Даданне двух дыёдаў значна танней, чым падваенне магутнасці трансфарматара (вымяраецца ў «вольт-ампер» або ВА).

Малюнак 5. Падыход да моставага выпрамніка (уверсе) забяспечвае поўнае выкарыстанне магутнасці трансфарматара і поўнахвалевае выпрамленне. Дадаткова, змяніўшы апорнае зазямленне (унізе), можна атрымаць двайны блок харчавання.

Адзіным недахопам гэтай канструкцыі з'яўляецца тое, што магутнасць павінна праходзіць праз два дыёды з выніковым падзеннем напружання 1.4 вольта замест 0.7 вольта для іншых канструкцый. Як правіла, гэта праблема толькі для нізкавольтных крыніц сілкавання, дзе дадатковыя 0.7 вольта складаюць значную долю выхаду. (У такіх выпадках звычайна выкарыстоўваецца імпульсны блок харчавання, а не любая з вышэйпералічаных схем.)

Паколькі для кожнага паўперыду выкарыстоўваюцца два дыёда, кожны бачыць толькі палову напружання трансфарматара. Гэта робіць PIV роўным пікавай уваходнай напрузе або ў 1.414 разы перавышае напружанне трансфарматара, што такое ж, як і ў паўхвалевай схеме вышэй.

Вельмі прыемнай асаблівасцю маставога выпрамніка з'яўляецца тое, што апорнае зазямленне можа быць зменена для стварэння станоўчага і адмоўнага выхаднога напружання. Гэта паказана ўнізе малюнка 5.

Ланцуг	Патрэбы фільтра	PIV фактар	Выкарыстанне трансфарматара
Паўхваля	Вялікі	2.82	50% (тэарэтычна)
Поўная хваля	невялікі	1.414	50% (тэарэтычна)
Мост	невялікі	1.414	100% (тэарэтычна)

ТАБЛІЦА 1. Рэзюмэ характарыстык розных схем выпрамніка.

FILTERING

Амаль уся фільтрацыя аналагавага блока харчавання адбываецца ад фільтруючага кандэнсатара. Можна выкарыстоўваць індуктыўнасць паслядоўна з выхадам, але пры частаце 60 Гц гэтыя індуктыўнасці павінны быць даволі вялікімі і дарагімі. Часам яны выкарыстоўваюцца для высакавольтных крыніц харчавання, дзе прыдатныя кандэнсатары каштуюць дорага.

Формула для разліку кандэнсатара фільтра (C) даволі простая, але вы павінны ведаць дапушчальнае напружанне пульсацыі ад піка да піка (V), час паўперыду (T) і ток (I). Формула: C=I*T/V, дзе C — у мікрафарадах, I — у міліамперах, T — у мілісекундах, а V — у вольтах. Час паўперыду для 60 Гц складае 8.3 мілісекунды (даведка: 1997 Radio Amateur's Handbook).

З формулы зразумела, што патрабаванні да фільтрацыі павышаны для крыніц харчавання з вялікім токам і/або нізкімі пульсацыямі, але гэта проста здаровы сэнс. Прыклад, які лёгка запомніць: 3,000 мікрафарад на ампер току дае каля трох вольт пульсацыі. Вы можаце працаваць з рознымі каэфіцыентамі з гэтага прыкладу, каб даволі хутка даць разумныя ацэнкі таго, што вам трэба.

Адным з важных момантаў з'яўляецца скачок току пры ўключэнні. Кандэнсатары фільтра дзейнічаюць як мёртвыя шорты, пакуль не зараджаюцца. Чым больш кандэнсатары, тым больш будзе гэты скачок. Чым больш трансфарматар, тым больш будзе скачок. Для большасці нізкавольтных аналагавых крыніц сілкавання (<50 вольт) супраціў абмоткі трансфарматара некалькі дапамагае. Трансфарматар 25.2 вольта / два ампера мае вымеранае другаснае супраціўленне 0.6 Ом. Гэта абмяжоўвае максімальны ток 42 ампер. Акрамя таго, індуктыўнасць трансфарматара некалькі зніжае гэта. Тым не менш, па-ранейшаму існуе вялікі патэнцыйны скачок току пры ўключэнні.

Добрай навіной з'яўляецца тое, што сучасныя крэмніевыя выпрамнікі часта валодаюць вялізнымі здольнасцямі да перападу току. Стандартнае сямейства дыёдаў 1N400x звычайна вызначаецца з 30 ампер напружання току. У маставой схеме ёсць два дыёды, якія нясуць гэта, таму ў горшым выпадку 21 ампер кожны, што ніжэй спецыфікацыі 30 ампер (пры ўмове роўнага падзелу току, што не заўсёды так). Гэта крайні прыклад. Як правіла, выкарыстоўваецца каэфіцыент каля 10, а не 21.

Тым не менш, гэты бягучы ўсплёск не варта ігнараваць. Выдаткаваўшы на некалькі цэнтаў больш, каб выкарыстоўваць мост на тры ампера замест моста на адзін ампер, можна добра выдаткаваць грошы.

ПРАКТЫЧНЫ ДЫЗАЙН

Цяпер мы можам выкарыстоўваць гэтыя правілы і прынцыпы і пачаць распрацоўваць асноўны блок харчавання. Мы будзем выкарыстоўваць трансфарматар 25.2 вольта ў якасці ядра канструкцыі. Малюнак 6 можна разглядаць як сукупнасць папярэдніх малюнкаў, але з дададзенымі практычнымі значэннямі дэталяў. Другая лямпачка ў другасным сігнале паказвае яго статус. Ён таксама паказвае, ці ёсць зарад на кандэнсатары. Пры такім вялікім значэнні гэта важная мера бяспекі. (Звярніце ўвагу, што, паколькі гэта сігнал пастаяннага току, дыёд адваротнага напружання 1N4004 не патрэбны.)

МАЛЬ 6. Канчатковы дызайн блока харчавання з практычнымі характарыстыкамі дэталяў. Рэгуляванне магутнасці абмяркоўваецца ў наступным артыкуле.

Можа быць танней выкарыстоўваць два меншыя кандэнсатары паралельна, чым адзін вялікі. Рабочае напружанне для кандэнсатара павінна быць не менш за 63 вольт; 50 вольт недастаткова для піка 40 вольт. Прылада 50 вольт забяспечвае запас толькі 25%. Гэта можа быць добра для некрытычнага прымянення, але калі кандэнсатар выйдзе з ладу, вынікі могуць быць катастрафічнымі. Кандэнсатар на 63 вольта забяспечвае запас каля 60%, а прылада на 100 вольт дае запас 150%. Для крыніц сілкавання агульнае правіла складае ад 50% да 100% запасу для выпрамнікоў і кандэнсатараў. (Прызальнасць павінна складаць каля двух вольт, як паказана.)

Моставы выпрамнік павінен быць у стане справіцца з высокім пачатковым скачкам току, таму выдаткаваць дадатковую ці два для павышэння надзейнасці варта. Звярніце ўвагу, што мост вызначаецца тым, што можа забяспечыць трансфарматар, а не тым, для чаго ў канчатковым рахунку прызначаны крыніца харчавання. Гэта робіцца ў выпадку, калі ў вывадзе кароткае замыканне. У такім выпадку поўны ток трансфарматара будзе праходзіць праз дыёды. Памятаеце, што збой у электраэнергіі - гэта дрэнна. Такім чынам, спраектуйце яго так, каб ён быў надзейным.

ЗАКЛЮЧЭННЕ

Дэталі з'яўляюцца важным фактарам пры праектаванні блока харчавання. Адзначаючы розніцу паміж рэзультатыўным напружаннем і пікавым напружаннем, вырашальнае значэнне пры вызначэнні належнага працоўнага напружання для крыніцы харчавання. Акрамя таго, першапачатковы скачок току - гэта тое, што нельга ігнараваць.

У частцы 2 мы завершым гэты праект, дадаўшы трохвыводны рэгулятар. Мы распрацуем блок сілкавання агульнага прызначэння з абмежаваным токам і рэгуляваным напружаннем з дыстанцыйным адключэннем. Акрамя таго, прынцыпы, якія выкарыстоўваюцца для гэтай канструкцыі, можна прымяніць да любой канструкцыі блока харчавання.

Папярэдняя:Што такое пераходнае напружанне?

далей:Што такое засцерагальнік ад рэзкіх перанапружанняў і сеткавага фільтра?

Пакінь паведамленне

спіс паведамленняў

Каментары Загрузка ...