Letöltheti a pdf verziót itt.

Ennek a szövegnek az a célja, hogy megadja a lineáris tápegység megtervezéséhez szükséges alapvető információkat, anélkül, hogy elmélyülne (nem más, mint a szükséges) az egyes alkatrészek működésének elméletében. A szöveg a következő pontokra oszlik:

Bármely elektronikus áramkörre energiára van szükség a működéshez, ezt az energiát beszerezhetjük akkumulátorból vagy az elektromos hálózaton keresztül. Az elektromos hálózat által szolgáltatott feszültség váltakozó (AC), és általában messze meghaladja a szükséges feszültséget, ezért olyan elektronikus áramkört kell beillesztenünk, amely a hálózat feszültségét és áramának típusát (Spanyolországban 230 V AC) átalakítja a feszültségre és áram típusa (AC vagy DC), amelyre az áramkörünkben szükségünk van. Ezt az áramkört tápegységnek nevezzük

Alapvetően kétféle tápegység létezik, a lineáris, amelyek transzformátorral csökkentik az elektromos hálózat feszültségszintjét az áramkörünkben a szükséges szintre, és azok a kapcsolt források, amelyek tranzisztorokon és tekercseken alapuló áramköröket használnak a kapcsolásban a csökkentés érdekében a feszültség.feszültség. A lineáris táp előnyei az egyszerűsége és az, hogy kevesebb elektromágneses zajt generálnak, hátrányai a nagyobb méret és az alacsonyabb hatékonyság (több energiát juttatnak el hő formájában, mint a kommutált források).

A következő ábrán láthatjuk a lineáris tápegység felépítését:

ábrán láthatjuk

A diagramon láthatjuk, hogy a tápegység különféle modulokból áll, amelyek meghatározott funkcióval rendelkeznek. A téma következő pontjaiban tanulmányozzuk ezeket a modulokat.

A dugó, a kapcsok vagy bármilyen fizikai eszköz alkotja, amely lehetővé teszi számunkra, hogy az áramellátást az elektromos hálózathoz csatlakoztassuk. A dugasz kiválasztásakor figyelembe kell venni azokat a paramétereket, amelyek támogatják a hálózati feszültséget (230v 50Hz) és az áramot, amelyet az áramkör elfogyaszt. Ugyanezeket a paramétereket fogjuk használni a tápkábel kiválasztásához.

Ha az áramellátásunk meghibásodna és rövidzárlata lenne, akkor ez az áramfogyasztás nagyon erős növekedését eredményezné, ennek az emelkedésnek a következményei kiszámíthatatlanok, mivel ha túl magas lenne, akkor otthonunk és akár az épület automatikus működését is megtehetnénk. ugrás, és ha viszonylag kicsi lenne, akkor az áramkörünk hőmérsékletét tűz okozhatja. A biztosíték olyan eszköz, amely amikor a rajta átfolyó áram nagyobb, mint a névleges áram, megolvad, megszakítva az áramellátást. A biztosítékunk kiválasztásához kiszámítandó alapvető paraméter a névleges áram. A dokumentum 6. pontjában ismertetjük a biztosíték névleges áramának kiszámítását.

Ez az eszköz nem feltétlenül szükséges, mivel funkciója az esetleges elektromágneses zavarok kiküszöbölése, amelyek az elektromos hálózatból eljuthatnak az áramellátásunkba, de használata elengedhetetlen, ha a berendezésünket immunitássá akarjuk tenni az ilyen interferenciák ellen. Bár a hálózati szűrőt magunk is elkészíthetjük, a legjobb, ha kereskedelmi szűrőt vásárolunk, mivel ezeket tesztelték, hogy megfeleljenek az EMI szabványoknak.

A transzformátor egy olyan elektronikus eszköz, amely lehetővé teszi számunkra, hogy a váltakozó bemeneti feszültséget különböző értékű váltakozó kimeneti feszültséggé alakítsuk át. A transzformátorok legfőbb előnye a nagy teljesítmény. A 2. ábrán látható egy transzformátor diagramja

A primer tekercsen átáramló váltakozó áram mágneses fluxust indukál, amely a magon keresztül kering, váltakozó feszültséget váltva ki a szekunderben. Az 1. és 2. tekercs mágneses fluxusa, feltéve, hogy nincs veszteség, az egyenletek szerint fejezhetjük ki:

Mivel a fluxus a két tekercsben megegyezik, ha az első egyenletet elosztjuk a másodikkal, akkor:

Ez az egyenlet azt mondja nekünk, hogy a bemeneti és a kimeneti feszültség kapcsolatát a tekercsek fordulatszáma között fennálló kapcsolat adja. Ezt az r relációt üres transzformációs relációnak nevezzük.

Amint azt korábban mondtuk, a transzformátor nagyon kevés veszteséggel járó eszköz, így azt mondhatjuk, hogy az elsődleges teljesítmény egyenlő lesz a másodlagos teljesítményével (ha elveszítették volna az elsődleges teljesítményét, akkor a másodlagos teljesítmény plusz a veszteségek ereje). Ez lehetővé teszi számunkra, hogy kiegyenlítsük az elsődleges és a másodlagos potenciált a következő egyenlet szerint:

Ez az egyenlet nagyon hasznos az áramellátás biztosítékának névleges áramának kiszámításához, mert ha például van egy transzformátorunk, amelynek primer feszültsége 230 V, a szekunder részében pedig 9 V, és a szekunderben 1 A-t fogyasztunk, akkor kiszámíthatjuk az intenzitást az elsődleges a következők szerint:

Ez azt jelenti, hogy az elsődleges esetben 39 mA-nél nagyobb biztosítékot kell elhelyeznünk ahhoz, hogy ellenállhassunk ennek az intenzitásnak a szekunderben. A piacon nincs végtelen sokféle biztosíték, ezért meg kell keresni azt a standard értéket, amely a legközelebb áll a számított értékhez.

Bár azt mondtuk, hogy a transzformátor teljesítménye nagyon magas, ez az érték nem 100%, és ezért mindig vannak veszteségek, amelyek nőnek, amikor növeljük a szekunderben fogyasztott intenzitást, ez a szekunder és fázis eltolás a bemeneti és kimeneti jel között. Mindenesetre, ha nem lépjük túl a transzformátor áramát, ezek az egyenletek tökéletesen érvényesek.

A transzformátorok általában két bemeneti terminállal rendelkeznek az elsődleges tekercseléshez, amelyben a 230 V-ot csatlakoztatjuk, a szekunderben azonban 3 alapvető konfigurációt találunk:

· Másodlagos tekercselés: Ebben az esetben csak két kivezetés van a szekunder számára, amelyeken keresztül megkapjuk a kimeneti feszültséget. Ilyen például a 230v/12v és 1A transzformátor.

· Közbenső csapos tekercs: A szekunder 3 terminállal rendelkezik, amelyekben a harmadik aljzat a szekunder tekercs közepén van összekötve. Ilyen például egy 230v/12v + 12v és 1A transzformátor.

· Két független tekercs: A szekunder két független tekercsre van felosztva, hogy összekapcsolhassuk őket a kívánt módon, oly módon, hogy két különböző feszültséget kapjunk, egy feszültséget, amely a két tekercs összege lesz, vagy egy tekercset egy köztes csap. Ha a 3. ábrán látható kapszulázott transzformátor csatlakozási rajzán alapulunk, és példaként egy 230v/12v + 12v és 1A transzformátort használunk, akkor a tekercsek mindegyikéből 12v-ot kaphatunk, ha önállóan vagy csatlakozás esetén használjuk őket. az O és V 'csapokat, az V és O' csapokból 24v-t kaphatunk. Félhullámú egyenirányító közbeiktatásaként használhatjuk az OV '-ot is (lásd: 7. egyenirányító).

Az alsó rajzon két fotó látható valódi transzformátorokról, az egyik be van zárva és közvetlenül a NYÁK-ra forrasztásra készült, a másik pedig a panelre előkészített forrasztó kapcsokkal.

Az egyik figyelembe veendő részlet a különbség hatékony feszültség Y csúcsfeszültség. Ha váltakozó áramot használunk, akkor a feszültségeket effektív értékükben adjuk meg, vagyis azt az értéket, amely a feszültségnek akkor lenne, ha folyamatos lenne, de mivel ez nem így van, megjelenik egy másik paraméter, amely a Vpk csúcsfeszültség, amelyet grafikusan láthatunk és a tényleges feszültségre vonatkozik a következő egyenlet szerint:

Az elektronikus áramkörök többsége egyenáramot (DC) használ a működéséhez, miközben, amint azt korábban megjegyeztük, a transzformátorból érkező és kilépő feszültség váltakozó (AC). Annak érdekében, hogy ezt a váltakozó áramot egyenárammá alakítsuk, egy általunk hívott félvezető diódákon alapuló áramkört használunk egyenirányító. A 4. ábrán láthatjuk a váltakozó feszültség alakját, amikor elhagyja a transzformátort, és azt, hogy miként marad az egyenirányítás után:

Ennek a funkciónak a végrehajtására számos konfiguráció van, itt a teljes hullámú monofizikai egyenirányításra fogunk összpontosítani. Az 5. ábrán két konfiguráció látható egy teljes hullámú egyenirányítóhoz transzformátorral, közbenső csaptelep nélkül és anélkül.

A négy dióda konfigurációját egyenirányító hídnak hívják, és vannak olyan egyenirányító hidak a piacon, amelyek mind a 4 diódát integrálják ugyanabban a csomagban. A 6. ábrán láthatjuk a valódi komponenseket.

Ezeknek az alkatrészeknek általában a + és - gombokkal vannak kinyomtatva a folytonos kimenetek és

váltakozó bemenetek. A szükséges egyenirányító híd (vagy diódák) kiválasztásához meg kell határoznunk a feszültséget és a maximális üzemi áramot, amelynek elegendőnek kell lennie áramkörünkhöz. Például, ha 12v és 1A tápegységet akarunk építeni a szekunderben, akkor szükségünk lesz egy egyenirányító hídra (vagy 4 diódára), amelyek legalább 1 ampert és 12v-ot támogatnak, és mindig megpróbálnak legalább 30% -os tartalékot hagyni, ami azt jelenti, hogy szükségünk lenne az 1,3A és a 15,6v egyikére (erre az aktuális értékre nem biztos, hogy a piacon találunk, és az 1.5A egyikére kell mennünk, mivel a feszültséghez általában 230V-ot használunk, így lesz nincs probléma).

A jel kijavítása után olyan hullámformát kapunk, amely nem éppen folyamatos (lásd a 7. ábrát). A hullámzás kiküszöbölése és a feszültség minél folytonosabbá tétele érdekében egy vagy több kondenzátorral párhuzamosan szűrjük a jelet. A 7. ábrán láthatja, hogyan néz ki ez a jel, miután kiszűrte.

A kondenzátor értékének kiszámításához elég jó közelítést használhatunk a következő egyenlettel:

  • Vmax: A bemeneti feszültség maximális értéke egyenértékű a transzformátor szekunder csúcsértékével (Vpk).
  • Vmin: Minimális feszültség, amelyre a bemeneti feszültségre van szükségünk, és amely meghatározza a forrás hullámzását.
  • Imax: Maximális intenzitás a másodlagos.
  • T: A hálózati jel időtartama 50 Hz és a teljes hullámú egyenirányító esetén 10 ms. Fél hullámban 20 ms lenne.
  • C: Szűrő kondenzátor kapacitása farádokban.

Amint a 7. ábrán láthatjuk, a szűrt kimenet kicsi hullámzást mutat, ennek a hullámzásnak a kiküszöbölésére és a feszültség szabályozására úgy, hogy az ne változzon meg a terhelés áramváltozásaival szemben, feszültségszabályozót használunk. A legjobb, ha olyan kereskedelmi IC-t használ, mint például a 78XX sorozat. Gyakorlati esetet fogunk készíteni az 5v 0.5A kimenettel rendelkező tápegységről az L7805 segítségével.

Az áramellátás vázlata a következő:

Számítsuk ki az egyes komponenseket:

Mindezen paraméterek mellett és a 3. egyenlet alkalmazásával kiszámoljuk, hogy C = 0,001344 F = 1344 m F. A legközelebbi közös kereskedelmi értéket fogjuk használni, amely felett 2200 μF.

  • Szabályozó: Ez az L7805 lesz, amely tökéletesen megadja a kért 5V és 0,5A értékeket.
  • Egyéb alkatrészek: Az L7805-nek egy kis 100nF-os kondenzátorra van szüksége a bemeneten és a kimeneten, és egy nagyobb kondenzátort (470 μF) adunk az áramkör kimenetén a feszültség stabilizálásához. A D3 dióda arra szolgál, hogy megakadályozza az L7805 fordított előfeszítését és potenciálisan károsodását.

Ugyanazon sémát alkalmazva, és az L7805-öt más, ugyanabból a sorozatból származó termékekkel helyettesítve, mint például a 7812, 7815, 7824, és kiszámolva az összes alkatrész értékét, képesek leszünk különböző kimeneti feszültségű tápegységek beszerzésére.

Egy másik fontos tervezési elem a hősugárzó amire az áramkörünkben szükség lehet vagy nem. Annak kiszámításához, hogy szükségünk van-e radiátorra, először meg kell ismernünk azt a teljesítményt, amelyet a feszültségszabályozó legrosszabb esetben eloszlat (amikor a bemeneti feszültség maximális), ehhez a P = VI képletet használjuk, ahol V lesz a a szabályozónkra eső feszültség, amelynek értékét a maximális Vmax bemeneti feszültség határozza meg, levonva a szabályozón kívüli feszültségeséseket, vagyis a diódán át eső feszültségesés (0,7 V) és a terhelés teljes feszültségesése (a A szabályozó 5v kimenete), tehát van Vreg = Vmax-Vdiode-Voutput és meg fogjuk szorozni a maximális intenzitással, a végén a teljesítményt Pmax = (Vmax-Vdiode-Vout) * Imax = 7.02 * 0.5 = 3, 51W.

Ha az L7805 adatlapra megyünk, és megnézzük a TO-220 csomag hőellenállását a csomópont és a környezet között (Rthj-amb), annak értéke 50 єC/W, ez azt jelenti, hogy minden egyes wattra eloszlunk a csomagban, ennek hőmérséklete 50 єC-ra emelkedik. Egyszerű szorzással kiszámoljuk, hogy ha az L7805 által elvezetett teljesítmény 3,51 W, akkor a hőmérséklet, amelyet el fog érni, 3,51 W * 50 175C/W = 175,5 єC lesz, amely hőmérséklet nem felel meg az integráltnak (a csatlakozás maximális hőmérséklete 150 єC), ezért radiátort kell tennünk. Számítsuk ki.

A termikus áramkör kiszámításához ohm törvényt használunk, mintha elektromos áramkör lenne, de a teljesítmény intenzitását, a hőmérséklet feszültségét és a hőállóságának ellenállását helyettesítjük (lásd a 4. egyenletet).

A 7805 termikus áramkör a következő lenne:

Az elektromos áramkör és a hőáramkör korábban kifejtett hasonlóságát követve megállapíthatjuk, hogy ennek az áramkörnek az egyenlete a következő lenne:

Lássuk az egyes kifejezések jelentését és értékét:

  • TUnion: Ez az a maximális hőmérséklet, amelyet az integrált uniónak akarunk. Az L7805 adatlapján az áll, hogy a csomópont maximális hőmérséklete 150єC, mindenesetre a legközelebbi áramkörök fűtési problémáinak elkerülése és az integrált hosszú élettartam garantálása érdekében 90єC maximális hőmérsékletet fogunk használni.
  • Környezeti: Ehhez az értékhez használt átlagos hőmérséklet 25 usedC, de ez nem teljesen igaz, mivel az Északi-sark átlagos hőmérséklete nem ugyanaz, mint a Szahara sivatagában. Általában a 35є értéket használom.
  • Rthj-eset: Ez a csomópont és a csomag közötti hőellenállás. Az L7805 adatlapon láthatjuk, hogy az TO-220 csomaghoz 5 єC/W.
  • K: Az a teljesítmény, amelyet korábban kiszámoltunk, és 3,51 W-ot ér.
  • RRadiátor: Ezt az értéket kell kiszámítani.

Ha kitisztítjuk a Radiátort az előző egyenletből, a következő egyenletet kapjuk:

Ha az egyenletben szereplő értékeket behelyettesítjük, akkor 10,6 єC/W értéket kapunk az RRadiátor számára, így olyan radiátort keresünk, amelynek hőellenállása ekkora vagy kisebb.

A következő oldalon további információkat talál:

Az MCBtec a technológiai fejlődés iránt elkötelezett vállalat.