Chiziqli kuchlanish regulyatorlariga kirish: 8 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Besh yil oldin, men Arduino va Raspberry Pi -ni birinchi marta boshlaganimda, men elektr ta'minoti haqida ko'p o'ylamagan edim, bu vaqtda malina Pi -dan quvvat adapteri va Arduino -ning USB -ta'minoti etarli edi.

Ammo bir muncha vaqt o'tgach, qiziquvchanligim meni elektr ta'minotining boshqa usullarini ko'rib chiqishga undadi va men boshqa loyihalarni yaratganimdan so'ng, har xil va iloji bo'lsa, sozlanishi shahar quvvat manbalari haqida o'ylashga majbur bo'ldim.

Ayniqsa, siz dizaynni tugatganingizda, siz, albatta, loyihangizning doimiy versiyasini yaratishni xohlaysiz va buning uchun unga qanday quvvat berishni o'ylab ko'rishingiz kerak bo'ladi.

Ushbu qo'llanmada men siz o'zingizning chiziqli quvvat manbaini keng qo'llaniladigan va arzon IC regulyatorlari (LM78XX, LM3XX, PSM-165 va boshqalar) yordamida qanday yaratishingiz mumkinligini tushuntiraman. Siz o'zingizning loyihalaringiz uchun ularning funktsional imkoniyatlari va amalga oshirilishi haqida bilib olasiz.

1 -qadam: Dizayn masalalari

Umumiy kuchlanish darajalari

Sizning dizayningiz talab qilishi mumkin bo'lgan bir nechta standart kuchlanish darajasi mavjud:

• 3.3 voltsli shahar-bu Raspberry PI va kam quvvatli raqamli qurilmalar tomonidan ishlatiladigan umumiy kuchlanishdir.
• 5 voltli shahar - bu raqamli qurilmalarda ishlatiladigan standart TTL (tranzistorli tranzistorli mantiq) kuchlanishidir.
• 12 voltli shahar - shahar, servo va qadamli motorlar uchun ishlatiladi.
• 24/48 Volt DC - CNC va 3D Print loyihalarida keng qo'llaniladi.

Dizayningizda mantiqiy darajadagi kuchlanishlarni juda aniq tartibga solish kerakligini o'ylab ko'rishingiz kerak. Masalan, TTL kuchlanishli qurilmalar uchun besleme zo'riqishi 4,75 dan 5,25 voltgacha bo'lishi kerak, aks holda kuchlanishning har qanday og'ishi mantiqiy komponentlarning to'g'ri ishlamasligiga yoki hatto sizning komponentlaringizni yo'q qilishga olib keladi.

Mantiqiy darajadagi qurilmalardan farqli o'laroq, motorlar, LEDlar va boshqa elektron komponentlarning quvvat manbai keng diapazonda o'zgarishi mumkin. Bundan tashqari, siz loyihaning joriy talablarini hisobga olishingiz kerak. Ayniqsa, dvigatellar oqim chizig'ining o'zgarishiga olib kelishi mumkin va siz har bir dvigatel to'liq quvvat bilan ishlaydigan "eng yomon" vaziyatga mos keladigan elektr ta'minotini loyihalashingiz kerak.

Batareya quvvati va quvvat manbai konstruktsiyalari uchun kuchlanishni tartibga solish uchun siz boshqacha yondashuvni qo'llashingiz kerak, chunki batareya quvvati tushganda batareyaning kuchlanish darajasi o'zgarib turadi.

Voltaj regulyatori dizaynining yana bir muhim jihati - bu samaradorlik - ayniqsa, batareyali loyihalarda quvvat yo'qotilishini minimal darajaga kamaytirish kerak.

DIQQAT: Ko'pgina mamlakatlarda bir kishi qonuniy ravishda 50Vdan yuqori kuchlanish bilan litsenziyasiz ishlay olmaydi. O'ldiruvchi kuchlanish bilan ishlaydigan har qanday odamning xatosi o'z yoki boshqa odamning o'limiga olib kelishi mumkin. Shu sababli, men faqat 60 V dan past kuchlanishli DC quvvat manbai tuzilishini tushuntiraman.

2 -qadam: Voltaj regulyatorlarining turlari

Voltaj regulyatorlarining ikkita asosiy turi mavjud:

• chiziqli kuchlanish regulyatorlari, ulardan foydalanish eng qulay va qulay
• chiziqli voltaj regulyatorlariga qaraganda samaraliroq, lekin qimmatroq va ular ancha murakkab sxemani talab qiladigan kommutatsion voltaj regulyatorlari.

Ushbu qo'llanmada biz chiziqli kuchlanish regulyatorlari bilan ishlaymiz.

Chiziqli kuchlanish regulyatorlarining elektr xususiyatlari

Chiziqli regulyatordagi kuchlanish pasayishi ICning tarqalib ketgan kuchiga mutanosib yoki boshqacha aytganda, isitish effekti tufayli quvvat yo'qoladi.

Chiziqli regulyatorlarda quvvat sarflanishi uchun quyidagi tenglamadan foydalanish mumkin:

Quvvat = (VInput - VOutput) x I

L7805 chiziqli regulyatori 1 A yukni (2 V kuchlanish pasayishi 1 A) etkazib beradigan bo'lsa, kamida 2 vattni tarqatishi kerak.

Kirish va chiqish voltaji o'rtasidagi kuchlanish farqi oshishi bilan quvvatning tarqalishi ham oshadi. Masalan, 1 voltli 5 voltli 7 voltli manba 2 vattni chiziqli regulyator orqali tarqatadi, bir xil tokni etkazib beradigan 5 voltli 12 voltli doimiy manba 5 vattni yo'qotadi, bu esa regulyatorni atigi 50 % ni tashkil qiladi. samarali.

Keyingi muhim parametr - ° C/Vt birliklarida ("Vatt uchun ° C)" Issiqlik qarshiligi ".

Bu parametr yonilg'i harorati har bir vatt uchun, atrof -muhit harorati ustida qizib ketadigan daraja sonini ko'rsatadi. Hisoblangan quvvat sarfini issiqlik qarshiligiga ko'paytirish kifoya qiladi, shunda bu chiziqli regulyator qancha quvvat ostida qiziydi:

Quvvat x Issiqlik qarshiligi = Atrof muhitdan yuqori harorat

Masalan, 7805 regulyatori 50 ° C / Vt issiqlik qarshiligiga ega. Bu shuni anglatadiki, agar sizning regulyatoringiz yo'qolsa:

• 1 vatt, u 50 ° C gacha qiziydi
• .2 vatt 100 ° C gacha qiziydi.

QAYD: Loyihani rejalashtirish bosqichida kerakli tokni hisoblab ko'ring va kuchlanish farqini minimal darajaga tushiring. Masalan, 78XX chiziqli kuchlanish regulyatorida 2 V kuchlanish pasayishi mavjud (min. Kirish voltaji Vin = 5 + 2 = 7 V shahar), buning natijasida siz 7, 5 yoki 9 V shahar quvvat manbasidan foydalanishingiz mumkin.

Samaradorlikni hisoblash

Chiqish oqimi chiziqli regulyator uchun kirish oqimiga teng ekanligini hisobga olsak, biz soddalashtirilgan tenglamani olamiz:

Samaradorlik = Vout / Vin

Masalan, sizda 12 V kirish bor va 1 A yuk oqimida 5 V chiqish kerak, deylik, chiziqli regulyatorning samaradorligi faqat (5 V / 12 V) x 100 % = 41 % bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, kirishdan kelgan quvvatning atigi 41 foizi chiqishga o'tadi va qolgan quvvat issiqlik sifatida yo'qoladi!

3 -qadam: 78XX chiziqli regulyatorlar

78XX kuchlanish regulyatorlari-har xil paketlarda mavjud bo'lgan 3-pinli qurilmalar, katta quvvatli tranzistorli paketlardan (T220) kichik sirtli o'rnatish moslamalariga qadar-bu ijobiy voltaj regulyatorlari. 79XX seriyali ekvivalent salbiy kuchlanish regulyatorlari.

78XX seriyali regulyatorlar 5 dan 24 V gacha bo'lgan qattiq regulyativ voltajni ta'minlaydi, IC qism raqamining oxirgi ikki raqami qurilmaning chiqish kuchlanishini bildiradi. Bu shuni anglatadiki, masalan, 7805 - musbat 5 voltli regulyator, 7812 - musbat 12 voltli regulyator.

Bu voltaj regulyatorlari to'g'ridan -to'g'ri - L8705 va ikkita elektrolitik kondansatkichlarni kirish va chiqish orqali ulang va siz 5 V Arduino loyihalari uchun oddiy voltaj regulyatorini qurasiz.

Muhim qadam-pin-chiqish va ishlab chiqaruvchi tavsiyalari uchun ma'lumotlar varaqlarini tekshirish.

78XX (musbat) regulyatorlari quyidagi pinoutlardan foydalanadilar:

1. INPUT-regulyatsiyalanmagan DC kirish Vin
2. REFERANS (GROUND)
3. OUTPUT -tartibga solinadigan shahar chiqishi Vout

Ushbu voltaj regulyatorlarining TO-220 korpusli versiyasiga e'tibor qaratish lozim bo'lgan narsa shundaki, korpus markaziy pimga (pin 2) elektr bilan ulangan. 78XX seriyasida bu ish asoslangan degan ma'noni anglatadi.

Ushbu turdagi chiziqli regulyatorda 2 V tushish kuchlanishi mavjud, natijada 1A da 5V chiqishi bilan siz kamida 2,5 V DC bosh kuchlanishiga ega bo'lishingiz kerak (ya'ni 5V + 2,5V = 7,5V DC kirish).

Yumshatuvchi kondansatkichlar uchun ishlab chiqaruvchining tavsiyalari CInput = 0.33 mF va COutput = 0.1 mF, lekin umumiy amaliyot-kirish va chiqishdagi 100 mkF kondansatör taklifning keskin o'zgarishi va vaqtinchalik o'zgarishi.

Agar ta'minot 2 V ostonadan pastga tushsa, kondansatörler bunday bo'lmasligi uchun ta'minotni barqaror qiladi. Agar sizning loyihangizda bunday o'zgarishlar bo'lmasa, siz ishlab chiqaruvchining tavsiyalari bilan ishlashingiz mumkin.

Oddiy chiziqli kuchlanish regulyatori - bu L7805 voltaj regulyatori va ikkita kondansatör, lekin biz himoya darajasini va vizual ko'rsatgichga ega bo'lgan yanada rivojlangan quvvat manbai yaratish uchun ushbu sxemani yangilashimiz mumkin.

Agar siz o'z loyihangizni tarqatishni xohlasangiz, men mijozlar bilan kelgusida noqulaylik tug'dirmasligi uchun, albatta, bir nechta qo'shimcha komponentlarni qo'shishni taklif qilaman.

4 -qadam: 7805 sxemasi yangilandi

Avval siz kontaktni yoqish yoki o'chirish uchun kalitdan foydalanishingiz mumkin.

Bundan tashqari, siz regulyatorning chiqishi va kirishi o'rtasida teskari yo'nalishda simli diod (D1) qo'yishingiz mumkin. Agar yukda induktor yoki hatto kondansatkichlar bo'lsa, kirishning yo'qolishi teskari voltajga olib kelishi mumkin, bu esa regulyatorni yo'q qilishi mumkin. Diyot har qanday bunday oqimlarni chetlab o'tadi.

Qo'shimcha kondansatkichlar o'ziga xos yakuniy filtr vazifasini bajaradi. Ular chiqish voltaji uchun nominal bo'lishi kerak, lekin xavfsizlik chegarasi (masalan, 16 25 V) uchun kirishga mos keladigan darajada yuqori bo'lishi kerak. Ular, albatta, siz kutgan yuk turiga bog'liq va sof shahar yuki uchun qoldirilishi mumkin, lekin C1 va C2 uchun 100uF va C4 (va C3) uchun 1uF yaxshi boshlanish bo'lardi.

Quvvat manbai uzilishlarini aniqlash uchun juda foydali bo'lgan indikatorli chiroqni ta'minlash uchun qo'shimcha ravishda siz LED va tegishli oqim cheklovchi rezistorni qo'shishingiz mumkin; LEDlar yonib turganda, kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin.

Aksariyat voltaj regulyatorlarida mikrosxemalar haddan tashqari qizib ketishdan saqlaydigan himoya sxemasi mavjud va agar u haddan tashqari qizib ketsa, u chiqish voltajini pasaytiradi va shuning uchun qurilma issiqdan vayron bo'lmasligi uchun chiqish oqimini cheklaydi. TO-220 paketlaridagi voltaj regulyatorlari, shuningdek, sovutgichni o'rnatish uchun teshikka ega va men sizga uni yaxshi sanoat sovutgichni ulash uchun ishlatishingizni maslahat beraman.

5 -qadam: 78XX dan ko'proq quvvat

78XX regulyatorlarining ko'pchiligi 1 - 1,5 A chiqish oqimi bilan chegaralanadi. Agar IC regulyatorining chiqish oqimi ruxsat etilgan maksimal chegaradan oshsa, uning ichki o'tish tranzistorlari toqat qila oladiganidan ko'ra ko'proq energiya sarflab yuboradi. o'chirishga.

Regulyatorning ruxsat etilgan maksimal oqim chegarasidan ko'proq talab qiladigan ilovalar uchun chiqish oqimini oshirish uchun tashqi o'tish tranzistoridan foydalanish mumkin. FAIRCHILD Semiconductor -dan olingan rasmda bunday konfiguratsiya ko'rsatilgan. Ushbu sxema yukga yuqori oqim (10 A gacha) ishlab chiqarish qobiliyatiga ega, lekin IC regulyatorining termal o'chishi va qisqa tutashuvdan himoyasini saqlab qoladi.

Ishlab chiqaruvchi BD536 quvvat tranzistorini taklif qiladi.

6 -qadam: LDO kuchlanish regulyatorlari

L7805 - nisbatan yuqori tushish kuchlanishli juda oddiy qurilma.

Ba'zi chiziqli kuchlanish regulyatorlari, past tushish (LDO) deb ataladi, 7805 ning 2V kuchlanishiga qaraganda ancha past bo'ladi. Masalan, LM2937 yoki LM2940CT-5.0 0,5 V ga tushadi, natijada sizning elektr ta'minoti zanjiri bo'ladi. samaradorligi yuqori va siz uni batareyali quvvat manbai bo'lgan loyihalarda ishlatishingiz mumkin.

Chiziqli regulyator ishlashi mumkin bo'lgan minimal Vin-Vout differentsiali tushish kuchlanishi deb ataladi. Agar Vin va Vout o'rtasidagi farq tushish voltajidan pastroq bo'lsa, u holda regulyator tushish rejimida bo'ladi.

Kam tushish regulyatorlari kirish va chiqish voltaji o'rtasida juda kam farqga ega. Ayniqsa, LM2940CT-5.0 chiziqli regulyatorlarining kuchlanish farqi qurilmalar "chiqib ketguncha" 0,5 voltdan past bo'lishi mumkin. Oddiy ishlash uchun kirish voltaji chiqishdan 0,5 V yuqori bo'lishi kerak.

Ushbu voltaj regulyatorlari L7805 bilan bir xil tartibli T220 form faktoriga ega - kirish chapda, o'rtada er va o'ngda (old tomondan qaralganda). Natijada siz bir xil sxemadan foydalanishingiz mumkin. Kondensatorlar uchun ishlab chiqarish bo'yicha tavsiyalar CInput = 0.47 mF va COutput = 22 mF.

Katta kamchiliklardan biri shundaki, "kam o'qiydigan" regulyatorlar 7805 seriyasiga qaraganda qimmatroq (hatto o'n baravargacha).

7 -qadam: tartibga solingan LM317 quvvat manbai

LM317 - o'zgaruvchan chiqishi bo'lgan ijobiy chiziqli kuchlanish regulyatori, chiqish voltajining 1,2-37 V oralig'ida 1,5 A dan yuqori chiqish oqimini etkazib berishga qodir.

. Birinchi ikkita harf "LM" kabi ishlab chiqaruvchining afzalliklarini bildiradi, bu "chiziqli monolit" degan ma'noni anglatadi. Bu o'zgaruvchan chiqishi bo'lgan voltaj regulyatori, shuning uchun sizga nostandart kuchlanish kerak bo'lgan holatlarda juda foydali. 78xx formati - ijobiy voltaj regulyatori, yoki 79xx - manfiy kuchlanish regulyatori, bu erda "xx" - qurilmalar kuchlanishini ifodalaydi.

Chiqish kuchlanish diapazoni 1,2 V va 37 V oralig'ida va siz Raspberry Pi, Arduino yoki DC Motors Shield -ni quvvatlantirish uchun ishlatilishi mumkin. LM3XX 78XX bilan bir xil kirish/chiqish kuchlanish farqiga ega - kirish chiqish voltajidan kamida 2,5 V yuqori bo'lishi kerak.

78XX regulyatorlar qatorida bo'lgani kabi, LM317 - uch pinli qurilma. Ammo simlar biroz boshqacha.

LM317 -ni ulashda e'tiborga olish kerak bo'lgan asosiy narsa - bu regulyatorga mos yozuvlar kuchlanishini ta'minlaydigan ikkita R1 va R2 rezistorlar; bu mos yozuvlar kuchlanishi chiqish voltajini aniqlaydi. Siz qarshilik qiymatlarini quyidagicha hisoblashingiz mumkin:

Vout = VREF x (R2/R1) + IAdj x R2

IAdj odatda 50 mAA ni tashkil qiladi va ko'pchilik dasturlarda ahamiyatsiz, VREF esa 1,25 V - minimal chiqish voltaji.

Agar biz IAdj -ni e'tiborsiz qoldirsak, unda bizning tenglamamiz soddalashtirilishi mumkin

Vout = 1.25 x (1 + R2/R1)

Agar biz R1 240 Ω va R2 ni 1 kΩ bilan ishlatadigan bo'lsak, Vout = 1.25 (1+0/240) = 1.25 V chiqish kuchlanishini olamiz.

Qachonki biz potentsiometr tugmachasini boshqa tomonga to'liq aylantirsak, chiqish voltaji sifatida Vout = 1.25 (1+2000/240) = 11.6 V ni olamiz.

Agar sizga yuqori chiqish voltaji kerak bo'lsa, R1 ni 100 Ω qarshilik bilan almashtirish kerak.

O'chirish tushuntirdi:

• Chiqish kuchlanishini o'rnatish uchun R1 va R2 talab qilinadi. Dalgalanishni rad etishni yaxshilash uchun CAdj tavsiya etiladi. Chiqish voltaji yuqori darajada sozlanganligi sababli, u to'lqinning kuchayishini oldini oladi.
• C1 tavsiya etiladi, ayniqsa regulyator quvvat manbai filtri kondansatkichlariga yaqin bo'lmasa. 0.1-mF yoki 1-mF seramika yoki tantal kondansatörü, ayniqsa, sozlash va chiqish kondansatkichlari ishlatilganda, ko'pchilik dasturlar uchun etarli bypassni ta'minlaydi.
• C2 vaqtinchalik javobni yaxshilaydi, lekin barqarorlik uchun kerak emas.
• Agar CAdj ishlatilsa, D2 himoya diodi tavsiya etiladi. Diyot, kondansatörün regülatörün chiqishiga tushishini oldini olish uchun past empedanslı tushirish yo'lini beradi.
• Agar C2 ishlatilsa, D1 himoya diodi tavsiya etiladi. Diyot, kondansatörün regülatörün chiqishiga tushishini oldini olish uchun past empedanslı tushirish yo'lini beradi.

8 -qadam: Xulosa

Lineer regulyatorlar quyidagi hollarda foydalidir:

• Chiqish kuchlanishining differentsialiga kirish kichik
• Sizda yuk oqimi past
• Sizga juda toza chiqish voltaji kerak
• Siz dizaynni iloji boricha sodda va arzon saqlashingiz kerak.

Shunday qilib, faqat chiziqli regulyatorlardan foydalanish osonroq emas, balki ular har qanday turdagi to'lqinlar, chayqalishlar va shovqinlarsiz, regulyatorlarga qaraganda ancha toza chiqish kuchlanishini ta'minlaydi. Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, agar kuch sarflashi juda yuqori bo'lmasa yoki sizga kuchaytirgich kerak bo'lmasa, chiziqli regulyator eng yaxshi variant bo'ladi.