Vor kurzem interessierte ich mich für die Montage von linearen Spannungsstabilisierungsschaltungen. Solche Schemata erfordern keine seltenen Details, und die Auswahl der Komponenten und die Abstimmung verursachen auch keine besonderen Schwierigkeiten. Diesmal habe ich beschlossen, eine lineare Spannungsstabilisatorschaltung an der "geregelten Zenerdiode" (Mikroschaltung) TL431 zu montieren. TL431 fungiert als Referenzspannungsquelle, und die Leistungsrolle spielt ein leistungsstarker NPN-Transistor im TO-220-Gehäuse.
Mit einer Eingangsspannung von 19 V kann die Schaltung als stabilisierte Spannungsquelle im Bereich von 2,7 bis 16 V bei einem Strom von bis zu 4 A dienen. Der Stabilisator ist als Modul konzipiert, das auf einem Steckbrett montiert ist. Es sieht so aus:
Video:
Der Stabilisator benötigt eine Gleichstromversorgung. Es ist sinnvoll, einen solchen Stabilisator mit einem klassischen linearen Netzteil zu verwenden, das aus einem Eisentransformator, einer Diodenbrücke und einem großen Kondensator besteht. Die Spannung im Netzwerk kann je nach Last variieren. Infolgedessen ändert sich die Spannung am Transformatorausgang. Diese Schaltung liefert eine stabile Ausgangsspannung mit einem variierenden Eingang. Es versteht sich, dass der Stabilisator vom Absenktyp sowie in der Schaltung selbst um 1-3 V abfällt, so dass die maximale Ausgangsspannung immer kleiner als der Eingang ist.
Im Prinzip können Schaltnetzteile als Stromversorgung für diesen Stabilisator verwendet werden, beispielsweise von einem 19-V-Laptop. In diesem Fall ist die Rolle der Stabilisierung jedoch minimal, weil Werkseitige Schaltnetzteile usw. geben stabilisierte Ausgangsspannung aus.
Schema:
Auswahl der Komponenten
Der maximale Strom, den der TL431-Chip laut Dokumentation durch sich selbst fließen kann, beträgt 100 mA. In meinem Fall habe ich den Strom mit dem Widerstand R1 mit einem Spielraum auf ca. 80 mA begrenzt. Es ist notwendig, den Widerstand gemäß den Formeln zu berechnen.
Zuerst müssen Sie den Widerstand des Widerstands bestimmen. Bei einer maximalen Eingangsspannung von 19 V wird der Widerstand nach dem Ohmschen Gesetz wie folgt berechnet:
R = U / I = 19 V / 0,08 A = 240 Ohm
Die Leistung des Widerstands R1 muss berechnet werden:
P = I ^ 2 · R = 0,08 A · 0,08 A · 240 Ohm = 1,5 Watt
Ich habe einen sowjetischen 2-Watt-Widerstand verwendet
Die Widerstände R2 und R3 bilden einen Spannungsteiler, der TL431 „programmiert“, und der Widerstand R3 ist variabel, wodurch Sie die Referenzspannung ändern können, die dann in einer Kaskade von Transistoren wiederholt wird. Ich habe R2 - 1K Ohm, R3 - 10K Ohm verwendet. Die Leistung des Widerstands R2 hängt von der Ausgangsspannung ab. Zum Beispiel mit einer Ausgangsspannung von 19V:
P = U ^ 2 / R = 19 · 19/1000 = 0,361 Watt
Ich habe einen 1 Watt Widerstand verwendet.
Der Widerstand R4 wird verwendet, um den Strom basierend auf dem Transistor VT2 zu begrenzen. Es ist besser, die Bewertung experimentell auszuwählen und die Ausgangsspannung zu steuern. Wenn der Widerstand zu groß ist, wird die Ausgangsspannung der Schaltung erheblich begrenzt. In meinem Fall sind es 100 Ohm, jede Leistung ist geeignet.
Als Hauptleistungstransistor (VT1) ist es besser, Transistoren im TO-220- oder leistungsstärkeren Gehäuse (TO247, TO-3) zu verwenden. Ich habe den Transistor E13009 verwendet, gekauft auf Ali Express. Transistor für Spannung bis 400V und Strom bis 12A. Für eine solche Schaltung ist ein Hochspannungstransistor nicht die optimalste Lösung, funktioniert aber einwandfrei. Der Transistor ist höchstwahrscheinlich gefälscht und 12 A werden nicht stehen, aber 5-6A ist ziemlich. In unserer Schaltung beträgt der Strom bis zu 4A, daher ist diese Schaltung geeignet. In diesem Schema muss der Transistor in der Lage sein, eine Leistung von bis zu 30-35 Watt abzuleiten.
Die Verlustleistung wird berechnet als Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung multipliziert mit dem Kollektorstrom:
P = (U Ausgang -U Eingang) * I Kollektor
Zum Beispiel beträgt die Eingangsspannung 19 V, wir stellen die Ausgangsspannung auf 12 V ein und der Kollektorstrom beträgt 3 A.
P = (19V-12V) * 3A = 21 Watt - dies ist eine völlig normale Situation für unseren Transistor.
Und wenn wir die Ausgangsspannung weiter auf 6 V reduzieren, sieht das anders aus:
P = (19V-6V) * 3A = 39 Watt, was für einen Transistor im TO-220-Gehäuse nicht sehr gut ist (Sie müssen auch berücksichtigen, dass bei geschlossenem Transistor auch der Strom abnimmt: um 6V beträgt der Strom etwa 2-2,5A und nicht 3). In diesem Fall ist es besser, entweder einen anderen Transistor in einem massiveren Fall zu verwenden oder die Differenz zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung zu verringern (z. B. wenn die Stromversorgung ein Transformator ist, indem die Wicklungen geschaltet werden).
Außerdem muss der Transistor für einen Strom von 5 A oder mehr ausgelegt sein. Es ist besser, einen Transistor mit einem statischen Stromübertragungskoeffizienten von 20 zu nehmen. Der chinesische Transistor erfüllt diese Anforderungen vollständig. Vor dem Versiegeln des Stromkreises habe ich ihn (Strom- und Verlustleistung) an einem speziellen Ständer überprüft.
Weil TL431 kann einen Strom von nicht mehr als 100 mA erzeugen. Um die Basis des Transistors mit Strom zu versorgen, benötigen Sie einen weiteren Transistor, der den Strom vom Ausgang des TL431-Chips verstärkt und die Referenzspannung wiederholt. Dafür benötigen wir einen Transistor VT2.
Der Transistor VT2 muss in der Lage sein, der Basis des Transistors VT1 ausreichend Strom zuzuführen.
Es ist möglich, den erforderlichen Strom grob durch den statischen Stromübertragungskoeffizienten (h21e oder hFE oder β) des Transistors VT1 zu bestimmen. Wenn wir einen Strom von 4 A am Ausgang haben wollen und der statische Stromübertragungskoeffizient VT1 20 ist, dann:
I Base = I Kollektor / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
Der statische Stromübertragungskoeffizient variiert je nach Kollektorstrom, daher ist dieser Wert indikativ. Die Messung in der Praxis hat gezeigt, dass die Basis des Transistors VT1 mit etwa 170 mA versorgt werden muss, damit der Kollektorstrom 4A beträgt. Die Transistoren im TO-92-Gehäuse erwärmen sich merklich bei Strömen über 0,1 A, daher habe ich in dieser Schaltung den Transistor KT815A im TO-126-Gehäuse verwendet. Der Transistor ist für einen Strom von bis zu 1,5 A ausgelegt, der statische Stromübertragungskoeffizient beträgt etwa 75. Ein kleiner Kühlkörper für diesen Transistor ist geeignet.
Der Kondensator C3 wird benötigt, um die Spannung auf Basis des Transistors VT1 zu stabilisieren, der Nennwert beträgt 100 μF, die Spannung beträgt 25V.
Filter von Kondensatoren sind am Ausgang und Eingang installiert: C1 und C4 (elektrolytisch bei 25 V, 1000 μF) und C2, C5 (Keramik 2-10 μF).
Die Diode D1 dient dazu, den Transistor VT1 vor Rückstrom zu schützen. Die Diode D2 wird zum Schutz gegen einen Transistor bei der Versorgung von Kollektormotoren benötigt. Wenn die Stromversorgung ausgeschaltet wird, drehen sich die Motoren eine Weile und arbeiten im Bremsmodus als Generatoren. Der auf diese Weise erzeugte Strom geht in die entgegengesetzte Richtung und kann den Transistor beschädigen.Die Diode schließt in diesem Fall den Motor für sich selbst und der Strom erreicht den Transistor nicht. Der Widerstand R5 spielt die Rolle einer kleinen Last zur Stabilisierung im Leerlaufmodus, einem Nennwert von 10 kOhm, jeder Leistung.
Montage
Die Schaltung ist als Modul auf einem Steckbrett montiert. Ich habe einen Kühler von einem Schaltnetzteil verwendet.
Bei einem Kühler dieser Größe sollten Sie den Stromkreis nicht so stark wie möglich belasten. Bei einem Strom von mehr als 1 A muss der Kühler durch einen massiveren ersetzt werden. Das Blasen mit einem Lüfter schadet ebenfalls nicht.
Es ist wichtig zu beachten, dass je größer die Differenz zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung und je größer der Strom ist, desto mehr Wärme wird erzeugt und desto mehr Kühlung wird benötigt.
Das Löten dauerte ungefähr eine Stunde. Im Prinzip wäre es eine gute Form, ein Board mit der LUT-Methode herzustellen, aber seitdem Ich brauche nur ein Board in einer Kopie, ich wollte keine Zeit damit verschwenden, das Board zu entwerfen.
Das Ergebnis ist ein solches Modul:
Nach dem Zusammenbau habe ich die Eigenschaften überprüft:
Die Schaltung hat praktisch keinen Schutz (dh es gibt keinen Kurzschlussschutz, Verpolungsschutz, Sanftanlauf, Strombegrenzung usw.), daher müssen Sie sie sehr vorsichtig verwenden. Aus dem gleichen Grund wird nicht empfohlen, solche Schemata in "Labor" -Netzteilen zu verwenden. Zu diesem Zweck sind vorgefertigte Mikroschaltungen im TO-220-Gehäuse für Ströme bis 5 A geeignet, z. B. KR142EN22A. Zumindest für diesen Stromkreis müssen Sie ein zusätzliches Modul zum Schutz vor Kurzschluss herstellen.
Die Schaltung kann wie die meisten linearen Stabilisatorschaltungen als klassisch bezeichnet werden. Moderne Impulsschaltungen haben viele Vorteile, zum Beispiel: höherer Wirkungsgrad, viel weniger Erwärmung, kleinere Abmessungen und geringeres Gewicht. Gleichzeitig sind lineare Schaltkreise für Anfängerschinken leichter zu beherrschen, und wenn Effizienz und Abmessungen nicht besonders wichtig sind, eignen sie sich gut zur Versorgung von Geräten mit stabilisierter Spannung.
Und natürlich geht nichts über das Gefühl, wenn ich ein Gerät über eine selbstgemachte Stromquelle mit Strom versorge, und lineare Schaltkreise für Anfängerschinken sind besser zugänglich, was auch immer man sagen mag.