Stabilisierte Netzteile

Alle elektronischen Geräte werden mit Gleichstromquellen betrieben. Für mobile Geräte werden typischerweise Batterien oder galvanische Batterien verwendet. Jetzt gibt es viele solcher Geräte in Händen und Taschen: Handys, Kameras, Tablet-Computer, verschiedene Messinstrumente und vieles mehr.

Stationäre Elektronik - Fernseher, Computer, Musikzentren usw. Stromversorgung über Netzteile. Hier kann man auf keinen Fall auf Batterien oder kleine Batterien verzichten.

Elektronische Geräte sind oft nicht eigenständig und arbeiten alleine. Zunächst sind dies eingebaute elektronische Einheiten, beispielsweise eine Steuereinheit für eine Waschmaschine oder eine Mikrowelle. Aber auch in diesem Fall haben die elektronischen Einheiten ihre eigenen Netzteilemeistens sogar stabilisiert und sogar mit Schutz, wodurch Sie sowohl das Netzteil selbst als auch die Last schützen können, d. h. Steuergerät angeschlossen.

In den von den Amateurfunkamateuren entwickelten Designs gibt es immer eine Stromversorgung, es sei denn, dieses Design wird natürlich beendet und nicht auf halbem Weg aufgegeben. Leider passiert das ziemlich oft. Im allgemeinen Fall besteht der Aufbau einer Schaltung jedoch aus mehreren Stufen.

Dazu gehören die Entwicklung eines Schaltplans sowie dessen Zusammenbau und Fehlerbehebung auf einem Steckbrett. Und erst nachdem sie die erforderlichen Ergebnisse auf dem Steckbrett erzielt haben, beginnen sie, eine Kapitalstruktur aufzubauen. Dann entwickeln sie Leiterplatten, ein Gehäuse und ein Netzteil.

Bei den Experimenten auf dem Steckbrett wird das sogenannte Labornetzteile. Das gleiche Gerät muss für die Inbetriebnahme einer Vielzahl von Konstruktionen verwendet werden, daher sollte es über umfassende Funktionen verfügen.

Dies ist in der Regel eine Einheit mit Regelung der Ausgangsspannung und ausreichender Stromversorgung. Manchmal erzeugt das Netzteil mehrere Spannungen, solche Einheiten werden als Mehrkanal bezeichnet. Ein Beispiel ist ein herkömmliches Computer-Netzteil oder eine bipolare Quelle für ein leistungsfähiges UMZCH.

Wenn das Netzteil für eine feste Spannung ausgelegt ist, beispielsweise 5 V, ist es nicht schlecht, einen Schutz gegen Überschreiten der Ausgangsspannung zu bieten: Wenn der Ausgangsstabilisator-Transistor durchbricht, kann die von ihm versorgte Schaltung leiden.

Obwohl ein solcher Schutz nicht sehr komplex ist, gibt es nur wenige Details, aus irgendeinem Grund wird er nicht in industriellen Schaltkreisen hergestellt, und er findet sich nur in Amateurfunkdesigns und selbst dann nicht in allen. Dennoch gibt es solche Schutzsysteme.

Wenn Sie sich Verbrauchergeräte genau ansehen, werden Sie feststellen, dass alle elektronischen Geräte mit Spannungen aus dem Standardbereich betrieben werden. Dies sind zuallererst 5, 9, 12, 15, 24V. Basierend auf diesen Werten werden eine Reihe integrierter Stabilisatoren mit festen Spannungen hergestellt.

Im Aussehen ähneln diese Stabilisatoren einem herkömmlichen Transistor in einem TO-220-Gehäuse (ähnlich KT819) oder in einem D-PAK-Gehäuse für die Oberflächenmontage. Die Ausgangsspannung beträgt 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Diese Spannungen spiegeln sich direkt in der Markierung der Stabilisatoren wider, die auf den Körper des Geräts aufgebracht werden. Es könnte ungefähr so ​​aussehen: MC78XX oder LM78XX.

Die Datenblätter besagen, dass es sich um Stabilisatoren mit drei Ausgängen und fester Spannung handelt, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1

Der Schaltkreis ist extrem einfach: Sie haben nur drei Beine gelötet und einen Stabilisator mit der erforderlichen Spannung und dem erforderlichen Ausgangsstrom von 1 ... 2A erhalten. Je nach Stabilisator variieren die Ströme, was in der Dokumentation zu beachten ist.Darüber hinaus verfügen integrierte Stabilisatoren über einen integrierten Überhitzungs- und Stromschutz.

Die ersten beiden Buchstaben geben die Firma des Herstellers an, und die zweiten XX werden durch Zahlen ersetzt, die die Stabilisierungsspannung angeben. Manchmal werden die ersten beiden Buchstaben durch eins ... drei oder gar nicht ersetzt. Beispielsweise bezeichnet der MC7805 einen Stabilisator mit einer festen Spannung von 5 V, und der MC7812 ist derselbe, jedoch mit einer Ausgangsspannung von 12 V.

Neben Stabilisatoren mit festen Spannungen in der integrierten Version gibt es einstellbare Stabilisatoren, beispielsweise LT317A, deren typischer Schaltkreis in Abbildung 2 dargestellt ist. Dort sind auch die Grenzen der Spannungsregelung angegeben.

Abbildung 2. Typischer Schaltkreis eines einstellbaren StabilisatorsLT317A

Manchmal gibt es einfach keinen einstellbaren Stabilisator. Wie kann man dieses Problem lösen? Ist es möglich, darauf zu verzichten? Nun, Sie brauchen eine Spannung von 7,5 V und das war's! Es stellt sich heraus, dass ein Regler mit einer festen Spannung leicht einstellbar wird. Eine ähnliche Schaltschaltung ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3

Der Einstellbereich beginnt in diesem Fall von der festen Spannung des angelegten Stabilisators und ist natürlich nur durch die Größe der Eingangsspannung abzüglich des minimalen Spannungsabfalls über dem Regeltransistor des Stabilisators begrenzt.

Wenn Sie die Spannung nicht einstellen müssen, sondern nur 5 V benötigen, z. B. 10, entfernen Sie einfach den Transistor VT1 und alles, was damit verbunden ist, und schalten Sie stattdessen die Zenerdiode mit einer Stabilisierungsspannung von 5 V ein. Natürlich ist die Zenerdiode in nicht leitender Richtung eingeschaltet: Die Anode ist mit dem negativen Leistungsbus verbunden, und die Kathode ist mit dem Stabilisatoranschluss 8 (2) verbunden.

Bemerkenswert ist die Nummerierung der Schlussfolgerungen des in Abb. 3 gezeigten dreibeinigen Falls, nämlich: 17, 8, 2! Woher es kam, wer es erfunden hat, ist unklar. Vielleicht sind dies wieder die Machenschaften unserer Entwickler, so dass ihre es nicht erraten hätten! Aber eine solche Pinbelegung wird verwendet, und man muss sich damit abfinden.

Nachdem integrale Stabilisatoren in Betracht gezogen wurden, ist es möglich, darauf basierende Stromversorgungen herzustellen. Dazu müssen Sie nur einen geeigneten Transformator finden, ihn mit einer Diodenbrücke mit einem Elektrolytkondensator ergänzen und alles in einem geeigneten Fall zusammenbauen.

Laborstromversorgung

Wenn Sie mit der Entwicklung eines Labornetzteils beginnen, sollten Sie sich für dessen elementare Basis entscheiden oder ganz einfach, woraus wir daraus machen werden. Der einfachste Weg, die gewünschte Einheit auf dem LT317A-Chip oder seinem inländischen Analogon KR142EN12A (B) zu montieren, sind einstellbare Spannungsregler.

Kehren wir zu Abbildung 2 zurück. Dies zeigt an, dass der Spannungseinstellbereich 1,25 ... 25 V beträgt. Der maximal zulässige Wert dieses Parameters beträgt bis zu 1,25 ... 37 V bei einer Eingangsspannung von 45 V. Dies ist die maximal zulässige Spannung. Es ist daher besser, sich auf einen Regelbereich von 25 Volt zu beschränken.

Es ist besser, den maximalen Strom (1,5 A) nicht zu verfolgen, daher gehen wir von der Berechnung um mindestens ein Ampere aus, was genau 75% entspricht. Schließlich sollte der Sicherheitsspielraum immer sein. Daher benötigen Sie für eine solche Stromversorgung Gleichrichter mit einer Spannung von mindestens 30 ... 33V und einem Strom von bis zu 1A.

C.Die Gleichrichterschaltung ist in Abbildung 4 dargestellt. Wenn die Stromaufnahme mehr als ein Ampere beträgt, sollte der Stabilisator durch externe leistungsstarke Transistoren ergänzt werden. Dies ist jedoch ein anderes Schema.

Abbildung 4. Gleichrichterschaltung

Berechnung von Gleichrichter und Transformator

Zunächst sollten Gleichrichterbrückendioden ausgewählt werden, deren Gleichstrom sollte ebenfalls mindestens 1A betragen, und es ist besser, wenn mindestens 2A oder mehr. Hier sind Dioden 1N5408 mit einem Gleichstrom von 3A und einer Sperrspannung von 1000V durchaus geeignet. Geeignet sind auch inländische KD226-Dioden mit einem beliebigen Buchstabenindex.

Der Elektrolytkondensator des Filters kann auch einfach anhand praktischer Empfehlungen ausgewählt werden: Für jedes Ampere des Ausgangsstroms eintausend Mikrofarad. Wenn wir einen Strom von nicht mehr als 1A planen, ist ein Kondensator mit einer Kapazität von 1000µF geeignet.Elektrolytkondensatoren tolerieren im Gegensatz zu Keramikkondensatoren keine erhöhten Spannungen, daher wird ihre Betriebsspannung, die höher sein sollte als die tatsächliche Spannung in dieser Schaltung, immer in den Schaltungen angegeben.

Für die vorgesehene Stromversorgung wird ein Kondensator von 1000µF * 50V benötigt. Nichts Schlimmes passiert, wenn der Kondensator nicht 1000, sondern 1500 ... 2000µF ist. Der Gleichrichter selbst ist bereits ausgelegt. Nun, wie sie sagen, ist die Sache klein: Es bleibt, den Transformator zu berechnen.

Zunächst sollten Sie die Leistung des Transformators bestimmen. Dies erfolgt unter Berücksichtigung der Lastleistung. Wenn der Ausgangsstrom des Stabilisators 1A beträgt und die Eingangsspannung des Stabilisators 32 V beträgt, beträgt die von der Sekundärwicklung des Transformators verbrauchte Leistung P = U * I = 32 * 1 = 32 W.

Welcher Transformator wäre bei einer solchen Sekundärstromversorgung erforderlich? Es hängt alles vom Wirkungsgrad des Transformators ab. Je höher die Gesamtleistung, desto höher der Wirkungsgrad. Die Qualität und das Design des Transformatoreisens beeinflussen auch diesen Parameter. Die in Abbildung 5 gezeigte Tabelle hilft dabei, diese Frage ungefähr zu bestimmen.

Abbildung 5

Um die Gesamtleistung des Transformators zu ermitteln, muss die Leistung in der Sekundärwicklung durch den Wirkungsgrad des Transformators geteilt werden. Angenommen, wir verfügen über einen herkömmlichen Transformator mit einem W-förmigen Eisen, der in der Tabelle als „gepanzert gestempelt“ angegeben ist. Die geschätzte Leistung des entworfenen Netzteils beträgt 32 W, dann beträgt die Leistung des Transformators 32 / 0,8 = 40 W.

Wie oben geschrieben, erfordert das entwickelte Netzteil eine konstante Spannung von 30 ... 33V. Dann beträgt die Spannung der Sekundärwicklung des Transformators 33 / 1,41 = 23,404V.

Auf diese Weise können Sie einen Standardtransformator mit einer Spannung der Sekundärwicklung im Leerlauf von 24 V auswählen.

Um die Berechnungen nicht zu erschweren, werden hier der Spannungsabfall an den Brückendioden und der Sekundärwiderstand der Sekundärwicklung nicht berücksichtigt. Es genügt zu sagen, dass bei einem Strom von 1A der Durchmesser des Sekundärdrahtes normalerweise mindestens 0,6 mm beträgt.

Ein solcher Transformator kann aus den einheitlichen Transformatoren der CCI-Serie ausgewählt werden. Die Leistung des Transformators kann mehr als 40 W betragen. Dies verbessert nur die Zuverlässigkeit der Stromversorgung, erhöht jedoch das Gewicht geringfügig. Wenn der Transformator CCI nicht gekauft werden konnte, können Sie einfach die Sekundärwicklung des Transformators mit geeigneter Leistung zurückspulen.

Wenn eine bipolar einstellbare Stromversorgung erforderlich ist, kann diese gemäß der in Abbildung 6 gezeigten Schaltung zusammengebaut werden. Dazu wird ein negativer Spannungsregler KR142EN18A oder LM337 benötigt. Die Schaltung seiner Aufnahme ist KR142EN12A sehr ähnlich.

Abbildung 6. Diagramm einer bipolar geregelten Stromversorgung

Es ist ziemlich offensichtlich, dass ein bipolarer Gleichrichter benötigt wird, um einen solchen Stabilisator mit Strom zu versorgen. Dies ist am einfachsten bei einem Transformator mit einem Mittelpunkt und einer Diodenbrücke möglich, wie in Abbildung 7 dargestellt.

Abbildung 7. Diagramm eines bipolaren Gleichrichters

Das Design der Stromversorgung ist beliebig. Der Gleichrichter selbst und die Stabilisatorplatine können auf separaten oder auf einer Platine montiert werden. Mikroschaltungen sollten an Heizkörpern mit einer Fläche von mindestens 100 Quadratzentimetern installiert werden. Wenn Sie die Größe der Heizkörper reduzieren möchten, können Sie die Zwangskühlung mit Hilfe kleiner Computerkühler verwenden, von denen derzeit viele im Angebot sind.

Eine leicht verbesserte Stabilisatorschaltschaltung ist in Abbildung 8 dargestellt.

Abbildung 8 Typischer Schaltkreis KR142DE12A

Die Schutzdioden VD1, VD2 Typ 1N4007 schützen die Mikroschaltung vor einem Ausfall, wenn die Ausgangsspannung die Eingangsspannung überschreitet. Diese Situation kann auftreten, wenn Sie den Chip ausschalten. Daher sollte die Kapazität des Elektrolytkondensators C2 nicht größer sein als die Kapazität des Elektrolytkondensators am Ausgang der Diodenbrücke.

Der an den Steueranschluss angeschlossene Cadj-Kondensator reduziert die Welligkeit am Ausgang des Stabilisators erheblich. Seine Kapazität beträgt normalerweise mehrere zehn Mikrofarad.

Bei der Gestaltung des Netzteils ist es wünschenswert, ein eingebautes Voltmeter und Amperemeter, vorzugsweise elektronisch, bereitzustellen, die in Online-Shops verkauft werden. Das sind nur die Preise, die sie beißen, also ist es zunächst besser, auf sie zu verzichten und die erforderliche Spannung mit einem Multimeter einzustellen.

Boris Aladyshkin