Di recente mi sono interessato al montaggio di circuiti stabilizzatori di tensione lineari. Tali schemi non richiedono dettagli rari e la selezione dei componenti e la messa a punto non comportano particolari difficoltà. Questa volta ho deciso di assemblare un circuito stabilizzatore di tensione lineare sul "diodo zener regolato" (microcircuito) TL431. TL431 funge da sorgente di tensione di riferimento e il ruolo di potenza è svolto da un potente transistor NPN nel pacchetto TO -220.
Con una tensione di ingresso di 19 V, il circuito può fungere da sorgente di tensione stabilizzata nell'intervallo da 2,7 a 16 V con una corrente fino a 4A. Lo stabilizzatore è progettato come un modulo assemblato su una breadboard. Sembra così:
video:
Lo stabilizzatore richiede un alimentatore CC. Ha senso utilizzare un tale stabilizzatore con un classico alimentatore lineare, costituito da un trasformatore di ferro, un ponte a diodi e un grande condensatore. La tensione nella rete può variare a seconda del carico e, di conseguenza, la tensione all'uscita del trasformatore cambierà. Questo circuito fornirà una tensione di uscita stabile con un ingresso variabile. Devi capire che uno stabilizzatore di tipo down, così come sul circuito stesso, scende di 1-3 V, quindi la massima tensione di uscita sarà sempre inferiore all'ingresso.
In linea di principio, gli alimentatori a commutazione possono essere utilizzati come alimentatori per questo stabilizzatore, ad esempio da un laptop da 19 V. Ma in questo caso il ruolo della stabilizzazione sarà minimo, perché alimentatori a commutazione di fabbrica e così via tensione stabilizzata in uscita.
Driving:
Selezione dei componenti
La corrente massima che il chip TL431 può passare attraverso se stesso, secondo la documentazione, è di 100 mA. Nel mio caso, ho limitato la corrente con un margine a circa 80 mA usando il resistore R1. È necessario calcolare la resistenza secondo le formule.
Innanzitutto è necessario determinare la resistenza del resistore. Ad una tensione di ingresso massima di 19 V, secondo la legge di Ohm, la resistenza viene calcolata come segue:
R = U / I = 19 V / 0,08 A = 240 Ohm
È necessario calcolare la potenza del resistore R1:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohm = 1,5 Watt
Ho usato una resistenza sovietica da 2 watt
I resistori R2 e R3 formano un partitore di tensione che "programma" TL431 e il resistore R3 è variabile, il che consente di modificare la tensione di riferimento, che viene quindi ripetuta in una cascata di transistor. Ho usato R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. La potenza del resistore R2 dipende dalla tensione di uscita. Ad esempio, con una tensione di uscita di 19 V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0.361 watt
Ho usato una resistenza da 1 watt.
Il resistore R4 viene utilizzato per limitare la corrente in base al transistor VT2. È meglio selezionare la classificazione sperimentalmente, controllando la tensione di uscita. Se la resistenza è troppo grande, ciò limiterà in modo significativo la tensione di uscita del circuito. Nel mio caso, è di 100 Ohm, qualsiasi potenza è adatta.
Come transistor di potenza principale (VT1), è preferibile utilizzare transistor nel case TO - 220 o più potente (TO247, TO-3). Ho usato il transistor E13009, acquistato su Ali Express. Transistor per tensioni fino a 400 V e correnti fino a 12 A. Per un tale circuito, un transistor ad alta tensione non è la soluzione ottimale, ma funzionerà benissimo. Molto probabilmente il transistor è falso e 12 A non resisterà, ma 5-6A è abbastanza. Nel nostro circuito, la corrente è fino a 4A, quindi adatta a questo circuito. In questo schema, il transistor deve essere in grado di dissipare potenza fino a 30-35 watt.
La dissipazione di potenza viene calcolata come la differenza tra la tensione di ingresso e di uscita moltiplicata per la corrente del collettore:
P = (U output -U input) * I collector
Ad esempio, la tensione di ingresso è 19 V, impostiamo la tensione di uscita su 12 V e la corrente del collettore è 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 watt - questa è una situazione completamente normale per il nostro transistor.
E se continuiamo a ridurre la tensione di uscita a 6 V, l'immagine sarà diversa:
P = (19V-6V) * 3A = 39 watt, il che non è molto buono per un transistor nel pacchetto TO-220 (devi anche tener conto del fatto che quando il transistor è chiuso, anche la corrente diminuirà: di 6V la corrente sarà di circa 2-2,5 A e non 3). In questo caso, è meglio utilizzare un altro transistor in un caso più massiccio o ridurre la differenza tra la tensione di ingresso e di uscita (ad esempio, se l'alimentatore è trasformatore, commutando gli avvolgimenti).
Inoltre, il transistor deve essere valutato per una corrente di 5A o superiore. È meglio prendere un transistor con un coefficiente di trasferimento della corrente statica di 20. Il transistor cinese soddisfa pienamente questi requisiti. Prima di sigillare il circuito, l'ho controllato (dissipazione di corrente e potenza) su un supporto speciale.
perché TL431 può produrre una corrente non superiore a 100 mA e per alimentare la base del transistor richiede più corrente, è necessario un altro transistor, che amplifichi la corrente dall'uscita del chip TL431, ripetendo la tensione di riferimento. Per questo, abbiamo bisogno di un transistor VT2.
Il transistor VT2 deve essere in grado di fornire corrente sufficiente alla base del transistor VT1.
È possibile determinare approssimativamente la corrente richiesta attraverso il coefficiente di trasferimento della corrente statica (h21e o hFE o β) del transistor VT1. Se vogliamo avere una corrente di 4 A in uscita e il coefficiente di trasferimento della corrente statica VT1 è 20, allora:
I base = I collettore / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
Il coefficiente di trasferimento della corrente statica varierà a seconda della corrente del collettore, quindi questo valore è indicativo. La misurazione in pratica ha mostrato che è necessario fornire circa 170 mA alla base del transistor VT1 in modo che la corrente del collettore sia 4A. I transistor nel pacchetto TO-92 iniziano a riscaldarsi notevolmente a correnti superiori a 0,1 A, quindi in questo circuito ho usato il transistor KT815A nel pacchetto TO-126. Il transistor è progettato per correnti fino a 1,5A, il coefficiente statico di trasferimento della corrente è di circa 75. Un piccolo dissipatore di calore per questo transistor sarà appropriato.
Il condensatore C3 è necessario per stabilizzare la tensione sulla base del transistor VT1, il valore nominale è 100 μF, la tensione è 25V.
I filtri dei condensatori sono installati all'uscita e all'ingresso: C1 e C4 (elettrolitico a 25 V, 1000 μF) e C2, C5 (ceramica 2-10 μF).
Il diodo D1 serve a proteggere il transistor VT1 dalla corrente inversa. Il diodo D2 è necessario per la protezione da un transistor quando si alimentano i motori del collettore. Quando l'alimentazione viene spenta, i motori girano per un po 'e nella modalità di frenata funzionano come generatori. La corrente generata in questo modo va nella direzione opposta e può danneggiare il transistor.Il diodo in questo caso chiude il motore a se stesso e la corrente non raggiunge il transistor. Il resistore R5 svolge il ruolo di un piccolo carico per la stabilizzazione in modalità inattiva, un valore nominale di 10k Ohm, qualsiasi potenza.
montaggio
Il circuito è assemblato come un modulo su una breadboard. Ho usato un radiatore da un alimentatore a commutazione.
Con un radiatore di queste dimensioni, non caricare il circuito il più possibile. Con una corrente superiore a 1 A, è necessario sostituire il radiatore con uno più massiccio, anche soffiare con un ventilatore non farà male.
È importante ricordare che maggiore è la differenza tra la tensione di ingresso e di uscita e maggiore è la corrente, maggiore è il calore generato e maggiore è il raffreddamento necessario.
Ci sono voluti circa un'ora per saldare. In linea di principio, sarebbe una buona forma creare una scheda usando il metodo LUT, ma da allora Ho solo bisogno di una scheda in una copia, non volevo perdere tempo a progettare la scheda.
Il risultato è un tale modulo:
Dopo il montaggio, ho verificato le caratteristiche:
Il circuito non ha praticamente alcuna protezione (nel senso che non esiste protezione contro il corto circuito, protezione contro l'inversione di polarità, avvio regolare, limitazione di corrente, ecc.), Pertanto deve essere usato con molta attenzione. Per lo stesso motivo, non è consigliabile utilizzare tali schemi negli alimentatori "di laboratorio". A tal fine, i microcircuiti già pronti nel pacchetto TO-220 sono adatti per correnti fino a 5A, ad esempio KR142EN22A. O almeno per questo circuito, è necessario creare un modulo aggiuntivo per la protezione da corto circuito.
Il circuito può essere chiamato classico, come la maggior parte dei circuiti stabilizzatori lineari. I moderni circuiti a impulsi presentano molti vantaggi, ad esempio: maggiore efficienza, molto meno riscaldamento, dimensioni e peso ridotti. Allo stesso tempo, i circuiti lineari sono più facili da padroneggiare per i prosciutti per principianti e, se l'efficienza e le dimensioni non sono particolarmente importanti, sono abbastanza adatti per fornire dispositivi con tensione stabilizzata.
E, naturalmente, nulla può essere paragonato alla sensazione quando ho alimentato un dispositivo da una fonte di alimentazione fatta in casa, e i circuiti lineari per i prosciutti principianti sono più accessibili, qualunque cosa si possa dire.