Nyligen blev jag intresserad av montering av linjära spänningsstabilisatorkretsar. Sådana schema kräver inte sällsynta detaljer, och valet av komponenter och inställning orsakar inte heller några speciella svårigheter. Den här gången bestämde jag mig för att montera en linjär spänningsstabilisatorkrets på den "reglerade zenerdioden" (mikrokrets) TL431. TL431 fungerar som en referensspänningskälla, och kraftrollen spelas av en kraftfull NPN-transistor i TO -220-paketet.
Med en ingångsspänning på 19V kan kretsen fungera som en källa för stabiliserad spänning i området från 2,7 till 16 V vid en ström upp till 4A. Stabilisatorn är utformad som en modul monterad på en brödskiva. Det ser ut så här:
videor:
Stabilisatorn kräver likström. Det är vettigt att använda en sådan stabilisator med en klassisk linjär strömförsörjning, bestående av en järntransformator, en diodbrygga och en stor kondensator. Spänningen i nätverket kan variera beroende på belastningen och som ett resultat kommer spänningen vid transformatorns utgång att förändras. Denna krets kommer att ge en stabil utspänning med en varierande ingång. Du måste förstå att en stabilisator av ned-typ, liksom på själva kretsen, tappar 1-3 V, så att den maximala utspänningen alltid är mindre än ingången.
I princip kan växelströmförsörjning användas som strömförsörjning för denna stabilisator, till exempel från en bärbar dator av 19 V. Men i det här fallet kommer stabiliseringens roll att vara minimal, eftersom fabriken växlar strömförsörjning och så vidare utgång stabiliserad spänning.
Körning:
Val av komponenter
Den maximala strömmen som TL431-chipet kan passera genom sig själv, enligt dokumentationen, är 100 mA. I mitt fall begränsade jag strömmen med en marginal till cirka 80 mA med hjälp av motståndet R1. Det är nödvändigt att beräkna motståndet enligt formlerna.
Först måste du bestämma motståndets motstånd. Vid en maximal ingångsspänning på 19 V, enligt Ohms lag, beräknas motståndet enligt följande:
R = U / I = 19V / 0,08A = 240 Ohm
Det är nödvändigt att beräkna motståndet R1: s effekt:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 ohm = 1,5 watt
Jag använde ett sovjetiskt 2-watts motstånd
Motstånd R2 och R3 bildar en spänningsdelare som "programmerar" TL431, och motståndet R3 är variabelt, vilket gör att du kan ändra referensspänningen, som sedan upprepas i en kaskad av transistorer. Jag använde R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. Motståndets R2 effekt beror på utspänningen. Till exempel med en utgångsspänning på 19V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 watt
Jag använde en 1 watt motstånd.
Motstånd R4 används för att begränsa strömmen baserad på transistorn VT2. Det är bättre att välja betyg experimentellt, kontrollera utspänningen. Om motståndet är för stort begränsar detta kretsens utspänning avsevärt. I mitt fall är det 100 ohm, alla krafter är lämpliga.
Som huvudströmtransistor (VT1) är det bättre att använda transistorer i TO - 220 eller kraftigare fodral (TO247, TO-3). Jag använde transistor E13009, köpte på Ali Express. Transistor för spänning upp till 400V och ström upp till 12A. För en sådan krets är en högspänningstransistor inte den mest optimala lösningen, men den fungerar bra. Transistorn är troligtvis falsk och 12 A kommer inte att stå, men 5-6A är helt. I vår krets är strömmen upp till 4A, därför lämplig för denna krets. I detta schema måste transistorn kunna sprida effekten upp till 30-35 watt.
Effekttillförseln beräknas som skillnaden mellan ingångs- och utgångsspänningen multiplicerad med kollektorströmmen:
P = (U-utgång -U-ingång) * I samlare
Till exempel är ingångsspänningen 19 V, vi ställer ut utgångsspänningen till 12 V, och kollektorströmmen är 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 watt - detta är en helt normal situation för vår transistor.
Och om vi fortsätter att minska utspänningen till 6V kommer bilden att vara annorlunda:
P = (19V-6V) * 3A = 39 watt, vilket inte är särskilt bra för en transistor i ett TO-220-paket (du måste också ta hänsyn till att när transistorn är stängd kommer strömmen också att minska: med 6V kommer strömmen att vara cirka 2-2,5A, och inte 3). I det här fallet är det bättre att antingen använda en annan transistor i ett mer massivt fall, eller minska skillnaden mellan ingångs- och utgångsspänningen (till exempel om strömförsörjningen är transformator, genom att byta lindningarna).
Transistorn måste också klassificeras för en ström på 5A eller mer. Det är bättre att ta en transistor med en statisk strömöverföringskoefficient på 20. Den kinesiska transistorn uppfyller helt och hållet dessa krav. Innan tätningen i kretsen kontrollerade jag den (ström och effektförsörjning) på en speciell stativ.
eftersom TL431 kan producera en ström på högst 100 mA, och för att driva transistorns bas kräver mer ström, behöver du en annan transistor, som förstärker strömmen från utgången från TL431-chipet och upprepar referensspänningen. För detta behöver vi en transistor VT2.
Transistor VT2 måste kunna tillhandahålla tillräcklig ström till basen hos transistorn VT1.
Det är möjligt att grovt bestämma den erforderliga strömmen genom den statiska strömöverföringskoefficienten (h21e eller hFE eller p) hos transistorn VT1. Om vi vill ha en ström på 4 A vid utgången, och den statiska strömöverföringskoefficienten VT1 är 20, då:
I bas = I samlare / ß = 4 A / 20 = 0,2 A.
Den statiska strömöverföringskoefficienten kommer att variera beroende på kollektorströmmen, så detta värde är vägledande. Mätning visade i praktiken att det är nödvändigt att tillföra cirka 170 mA till basen hos transistorn VT1 så att kollektorströmmen är 4A. Transistorerna i TO-92-paketet börjar värmas upp märkbart vid strömmar över 0,1 A, så i denna krets använde jag KT815A-transistorn i TO-126-paketet. Transistorn är konstruerad för ström upp till 1,5A, den statiska koefficienten för strömöverföring är cirka 75. En liten kylfläns för denna transistor är lämplig.
Kondensator C3 behövs för att stabilisera spänningen på basis av transistorn VT1, det nominella värdet är 100 μF, spänningen är 25V.
Filter från kondensatorer installeras vid utgången och ingången: C1 och C4 (elektrolytisk vid 25V, 1000 μF) och C2, C5 (keramisk 2-10 μF).
Dioden D1 tjänar till att skydda transistorn VT1 från omvänd ström. Diode D2 behövs för att skydda mot en transistor vid leverans av kollektormotorer. När strömmen är avstängd snurrar motorerna ett tag och i bromsläge fungerar som generatorer. Strömmen som genereras på detta sätt går i motsatt riktning och kan skada transistorn.Dioden stänger i detta fall motorn för sig själv och strömmen når inte transistorn. Motstånd R5 spelar rollen som en liten belastning för stabilisering i viloläge, ett nominellt värde på 10 k Ohm, vilken effekt som helst.
montering
Kretsen är monterad som en modul på en brödskiva. Jag använde en radiator från en strömförsörjning.
Med en radiator av denna storlek ska du inte ladda kretsen så mycket som möjligt. Med en ström på mer än 1 A är det nödvändigt att byta ut kylaren mot en mer massiv ström, och att blåsa med en fläkt kommer inte att skada.
Det är viktigt att komma ihåg att ju större skillnaden mellan ingångs- och utgångsspänningen och desto större är strömmen, desto mer värme genereras och desto mer kylning behövs.
Det tog ungefär en timme att löda. I princip skulle det vara en bra form att skapa ett bräde med LUT-metoden, men sedan Jag behöver bara ett bräde i en kopia, jag ville inte slösa tid på att utforma styrelsen.
Resultatet är en sådan modul:
Efter montering kontrollerade jag egenskaperna:
Kretsen har praktiskt taget inget skydd (vilket betyder att det inte finns något kortslutningsskydd, omvänd polaritetsskydd, mjukstart, strömbegränsning, etc.), så du måste använda den mycket noggrant. Av samma anledning rekommenderas det inte att använda sådana scheman i "laboratorie" strömförsörjning. För detta ändamål är färdiga mikrokretsar i paketet TO-220 lämpliga för strömmar upp till 5A, till exempel KR142EN22A. Eller åtminstone för den här kretsen måste du skapa en ytterligare modul för skydd mot kortslutning.
Kretsen kan kallas klassisk, liksom de flesta linjära stabilisatorkretsar. Moderna pulskretsar har många fördelar, till exempel: högre verkningsgrad, mycket mindre värme, mindre dimensioner och vikt. Samtidigt är linjära kretsar lättare att behärska för nybörjarskinkor, och om effektivitet och dimensioner inte är särskilt viktiga, är de ganska lämpliga för att förse enheter med stabiliserad spänning.
Och naturligtvis kan ingenting jämföras med känslan när jag drivit en enhet från en hemmagjord strömkälla, och linjära kretsar för nybörjarskinkor är mer tillgängliga, vad man än säger.