Regulované napájacie zdroje zvyčajne označujú napájací zdroj schopný dodávať rôzne výstupné napätia užitočné pri testovaní elektronických obvodov na skúšobnom stolíku, prípadne s plynulou zmenou výstupného napätia alebo iba s niektorými prednastavenými napätiami. Takmer všetky elektronické zariadenia používané v elektronických obvodoch potrebujú na svoju prácu zdroj jednosmerného prúdu. Regulovaný napájací zdroj sa v podstate skladá z bežného napájacieho zdroja a zariadenia na reguláciu napätia. Výstup z bežného napájacieho zdroja sa privádza do zariadenia na reguláciu napätia, ktoré poskytuje konečný výstup. Výstupné napätie zostáva konštantné bez ohľadu na zmeny vstupného napätia striedavého prúdu alebo zmeny výstupného (alebo záťažového) prúdu, ale jeho amplitúda sa mení podľa požiadavky na záťaž.
Niektoré z týchto typov napájacích zdrojov sú uvedené nižšie.
SMPS
Priemyselná snaha o zdrobnenie, ľahšiu a produktívnejšiu elektroniku vyvolala pokrok v SMPS, nič iné ako spínaný zdroj napájania. Na aktualizáciu SMPS sa bežne používa niekoľko topológií. Spínaný napájací zdroj je elektronický napájací zdroj, ktorý obsahuje spínací regulátor na efektívnu premenu elektrickej energie. V tomto využitím vysokých spínacích frekvencií sú veľkosti výkonového transformátora a súvisiacich filtračných komponentov v SMPS dramaticky znížené v porovnaní s lineárnym. Prevodníky DC na DC a konvertory DC na AC patria do kategórie SMPS.
V lineárnom regulačnom obvode prebytočné napätie z neregulovaného jednosmerného napájacieho zdroja klesá cez sériový prvok, a preto v súlade s týmto poklesom napätia dochádza k strate výkonu, zatiaľ čo v spínanom obvode je neregulovaná časť napätia odstránená moduláciou spínacej činnosti. pomer. Spínacie straty v moderných prepínačoch (napríklad: MOSFET) sú oveľa menšie v porovnaní so stratou v lineárnom prvku.
Väčšina elektronických jednosmerných záťaží je napájaná zo štandardných zdrojov energie. Štandardné zdrojové napätia bohužiaľ nemusia zodpovedať úrovniam požadovaným mikroprocesormi, motormi, LED diódami alebo inými zaťaženiami, najmä ak zdrojové napätie nie je regulované ako zdroje batérií a iné zdroje jednosmerného alebo striedavého prúdu.
Blokový diagram SMPS:
Hlavná myšlienka spínaného napájacieho zdroja (SMPS) je ľahko pochopiteľná z konceptu koncepčného vysvetlenia DC-DC prevodníka. Ak je systémovým vstupom striedavý prúd, potom je v 1. stupni potrebné previesť na jednosmerný prúd. Toto sa nazýva oprava. SMPS so vstupom DC nevyžaduje fázu nápravy. Mnoho novších SMPS použije špeciálny obvod na korekciu účinníka (PFC). Sledovaním sínusovej vlny vstupu AC môžeme vytvoriť vstupný prúd. A usmernený signál je filtrovaný vstupným kondenzátorom nádrže, aby sa vytvoril neregulovaný vstupný zdroj DC. Neregulované jednosmerné napájanie je napájané na vysokofrekvenčný spínač. Pre vyššie frekvencie sú potrebné komponenty s väčšou úrovňou kapacity a indukčnosti. V tomto prípade sa MOSFET môžu používať ako synchrónne usmerňovače, ktoré majú ešte nižšie poklesy napätia na vodivom stupni. Vysoká spínacia frekvencia prepína vstupné napätie na primárnej strane výkonového transformátora. Hnacie impulzy majú zvyčajne pevnú frekvenciu a premenlivý pracovný cyklus. Výstup sekundárneho transformátora je usmernený a filtrovaný. Potom je odoslaný na výstup napájacieho zdroja. Regulácia výstupu na zabezpečenie stabilizovaného napájania Dc sa vykonáva riadiacim alebo spätnoväzbovým blokom.
Väčšina SMPS. Systémy fungujú na základe modulácie šírky impulzu s pevnou frekvenciou, kde sa doba zapnutia pohonu k výkonovému spínaču mení po jednotlivých cykloch. Signál šírky impulzu daný do spínača je nepriamo úmerný výstupu výstupného napätia. Oscilátor je riadený spätnou väzbou napätia z regulátora s uzavretou slučkou. To sa zvyčajne dosiahne použitím malého impulzného transformátora alebo optického izolátora, čím sa zvýši počet komponentov. V SMPS závisí tok výstupného prúdu od vstupného napájacieho signálu, použitých pamäťových prvkov a topológií obvodov a tiež od vzoru použitého na pohon spínacích prvkov. Použitím LC filtrov sú výstupné krivky filtrované.
Výhody SMPS:
- Vyššia účinnosť, pretože spínací tranzistor rozptyľuje malý výkon
- Nižšia tvorba tepla vďaka vyššej účinnosti
- Menšia veľkosť
- Ľahšia váha
- Znížená harmonická spätná väzba do napájacieho vedenia
Aplikácie SMPS:
- Osobné počítače
- Odvetvia obrábacích strojov
- Zabezpečovacie systémy
Spolu so SMPS je ďalej diskutovaný ďalší obvod pre regulované napájanie a zálohovanie.
Lineárne napájacie zdroje
Napájanie na pracovnom stole so zálohou
Napájací zdroj na pracovnom stole je jednosmerný napájací zdroj, ktorý môže poskytovať rôzne regulované jednosmerné napätia, ktoré sa používajú na účely testovania alebo riešenia problémov. Bol navrhnutý jednoduchý obvod regulovaného zdroja so záložnou batériou, ktorý je možné použiť ako napájací zdroj na pracovnom stole. Poskytuje regulované jednosmerné napätie 12 V, 9 V a 5 V na napájanie prototypov pri testovaní alebo pri riešení problémov. Má tiež záložnú batériu, ktorá v prípade výpadku energie pokračuje v práci. Indikácia slabej batérie je tiež poskytnutá na potvrdenie stavu batérie.
Skladá sa z troch hlavných sekcií:
Usmerňovač a filtračná jednotka, ktorá prevádza striedavý signál na regulovaný jednosmerný signál pomocou kombinácie transformátora, diód a kondenzátorov.
Ako alternatíva sa používa batéria, ktorú je možné nabíjať počas hlavného napájania a ktorá slúži ako zdroj energie v prípade neprítomnosti hlavného napájania.
Indikátor nabitia batérie, ktorý informuje o nabití a vybití batérie.
Formuje transformátor 14-0-14 500 mA, usmerňovacie diódy D1, D2 a vyhladzovací kondenzátor C1 časť napájania . Keď je k dispozícii sieťové napájanie, D3 smeruje dopredu a poskytuje viac ako 14 voltov jednosmerného prúdu na IC1, ktorý potom dáva regulovaných 12 voltov, ktoré je možné odpájať z jeho výstupu. IC2 dáva zo svojich výstupov súčasne regulovaných 9 voltov a IC3 regulovaných 5 voltov.
Ako záloha sa používa 12 voltová nabíjateľná batéria 7,5 Ah. Keď je k dispozícii sieťové napájanie, nabíja sa cez D3 a R1. R1 obmedzuje prúd pre nabíjanie. Ak je napájanie dlhšie zapnuté a batéria sa nepoužíva, je režim šetrného nabíjania bezpečný, aby sa zabránilo prebitiu. Nabíjací prúd sa bude pohybovať okolo 100 - 150 mA. Ak dôjde k výpadku napájania z elektrickej siete, záťaže preberá reverzné predpätie D3 a predpätia D4 dopredu a batéria. Batéria UPS je ideálnou voľbou.
Zenerova dióda ZD a tranzistor PNP T1 tvoria indikátor slabej batérie. Tento druh usporiadania sa používa v invertoroch na indikáciu stavu slabej batérie. Keď je napätie batérie nad 11 voltov, Zener vedie a udržiava základňu T1 na vysokej úrovni, aby zostala vypnutá. Keď napätie batérie klesne pod 11 voltov, Zener sa vypne a predpätie T1 sa zvýši. (Zenerova dióda vedie iba vtedy, keď je napätie v nej vyššie ako 1 volt alebo vyššie ako jej menovité napätie. Takže tu pracuje 10-voltový zenerov prúd iba vtedy, ak je napätie nad 11 voltov.) Potom sa rozsvieti LED, ktorá signalizuje potrebu nabíjania batérie. VR1 nastavuje správny bod Zenerovho vypnutia. Batériu úplne nabite a zmerajte jej koncové napätie. Ak je nad 12 voltov, nastavte stierač prednastaveného VR1 do strednej polohy a mierne ho otáčajte, kým nezhasne LED. Neotáčajte predvoľbu do krajných koncov. Batéria by mala vždy obsahovať dostatočné napätie nad 12 voltov (Plne nabitá batéria bude ukazovať okolo 13,8 voltov), potom dostatočné vstupné napätie získa iba IC1.
Schéma bezplatného zapojenia napájacieho zdroja so samočinným spínaním
V tomto schéme zapojenia je daný regulovaný napájací obvod, ktorý síce poskytuje regulátor s pevným napätím U1-LM7805 nielen premennú, ale aj automatické vypnutie Vlastnosti. To sa dosiahne potenciometrom, ktorý je pripojený medzi spoločnou svorkou regulátora IC a zemou. Pri každom 100-ohmovom zvýšení hodnoty obvodu zapojeného odporu potenciometra RV1 sa výstupné napätie zvýši o 1 volt. Výstup sa teda pohybuje od 3,7 V do 8,7 V (s prihliadnutím na pokles 1,3 voltu na diódy D7 a D8).
Ak na jeho výstupné svorky nie je pripojená záťaž, potom sa napája tak, že sa sama vypne. To sa dosahuje pomocou tranzistorov Q1 a Q2, diód D7 a D8 a kondenzátora C2. Keď je na výstup pripojená záťaž, pokles potenciálu na diódach D7 a D8 (približne 1,3 V) je dostatočný na to, aby mohli viesť tranzistory Q2 a Q1. Výsledkom je, že relé dostane napätie a zostane v tomto stave, pokiaľ záťaž zostáva pripojená. Cez tranzistor Q2 sa kondenzátor C2 nabíja na potenciál okolo 7 až 8 voltov. Ale keď je záťaž (lampa tu v sérii s S2) odpojená, tranzistor Q2 je prerušený. Avšak kondenzátor C2 je stále nabitý a začne sa vybíjať cez základňu tranzistora Q1. Po určitom čase (čo je v zásade určené hodnotou C2) je relé RL1 bez napätia, čím sa vypne sieťový vstup na primárnu časť transformátora TR1. Pre opätovné obnovenie napájania by malo byť stlačené tlačidlo S1. Oneskorenie vypnutia napájania sa mení priamo s hodnotou kondenzátora.
Použil sa transformátor so sekundárnym napätím 12V-0V, 250mA, ktorý je možné zmeniť podľa požiadavky používateľa (maximálne do 30 V a prúdový prúd 1 ampér). Pre odber prúdu viac ako 300 mA musí byť regulátor IC opatrený malým chladičom cez sľudový izolátor. Keď sekundárne napätie transformátora stúpne nad 12 voltov (RMS), musí sa znovu dimenzovať potenciometer RV1. Tiež by malo byť vopred určené menovité napätie relé.
Variabilný zdroj napájania pomocou LM338
Na napájanie elektronických zariadení sa často vyžaduje jednosmerné napájanie. Zatiaľ čo niektoré vyžadujú regulovaný zdroj napájania, existuje veľa aplikácií, pri ktorých je potrebné meniť výstupné napätie. Variabilný zdroj napájania je ten, kde môžeme upraviť výstupné napätie podľa požiadaviek. Variabilný zdroj energie je možné použiť v mnohých aplikáciách, ako je aplikácia premenlivého napätia na jednosmerné motory, použitie premenlivého napätia na vysokonapäťové DC-DC meniče na nastavenie zosilnenia atď. Používa sa väčšinou v testovanie elektronických projektov .
Hlavnou súčasťou variabilného napájacieho zdroja je akýkoľvek regulátor, ktorého výstup je možné nastavovať ľubovoľnými prostriedkami, napríklad variabilným rezistorom. Integrované obvody regulátora ako LM317 poskytujú nastaviteľné napätie od 1,25 do 30V. Ďalším spôsobom je použitie LM33 IC.
Tu sa používa jednoduchý obvod s variabilným napájaním využívajúci LM33, čo je vysokonapäťový regulátor napätia.
LM 338 je vysokonapäťový regulátor napätia, ktorý môže do záťaže dodávať prúd viac ako 5 ampérov. Výstupné napätie z regulátora je možné nastaviť od 1,2 voltu do 30 voltov. Na nastavenie výstupného napätia sú potrebné iba dva externé odpory. LM 338 patrí do rodiny LM 138, ktorá je k dispozícii v balení s 3 terminálmi. Môže byť použitý v aplikáciách, ako je nastaviteľný zdroj napájania, regulátor konštantného prúdu, nabíjačky batérií atď. Pre testovanie obvodov zosilňovača vysokého výkonu, pri odstraňovaní problémov alebo pri údržbe je nevyhnutný premenlivý zdroj vysokého prúdu. To umožňuje použitie napájacieho zdroja pri vysokých prechodných zaťaženiach a rýchlosti sa spúšťajú pri plnom zaťažení. Ochrana proti preťaženiu zostáva funkčná aj pri náhodnom odpojení nastavovacieho kolíka.
Popis obvodu
Základný obvod sa skladá z týchto častí:
- Krokový transformátor a pokles napájacieho napätia 230 V.
- Modul usmerňovača na usmernenie striedavého signálu.
- Vyrovnávací elektrolytický kondenzátor na odfiltrovanie jednosmerného signálu a odstránenie zvlnenia striedavého prúdu.
- LM338
- Variabilný rezistor
Fungovanie okruhu
Variabilné napájanie pomocou kladného regulátora napätia LM338 je uvedené nižšie. Energia je odvodená z transformátora 0 - 30 voltov s 5 ampérom znižujúcim hodnotu. Modul usmerňovača s 10 A usmerňuje nízkonapäťové striedavé napätie na jednosmerné, ktoré je vďaka vyhladzovacím kondenzátorom C1 zvlnené. Kondenzátor C2 a C3 zlepšujú prechodné reakcie. Výstupné napätie je možné nastaviť pomocou potenciometra VR1 na požadované napätie od 1,2 voltu do 28 voltov. D1 chráni pred vypnutím C4 a D2 proti C3. Regulátor vyžaduje chladič.
Vout = 1,2 V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.
