Recentment, m’he interessat en el muntatge de circuits estabilitzadors de tensió lineal. Aquests esquemes no requereixen detalls rars i, a més, la selecció de components i l'afinació no causa cap dificultat especial. Aquesta vegada vaig decidir muntar un circuit estabilitzador de tensió lineal al "díode zener regulat" (microcircuit) TL431. TL431 actua com a font de tensió de referència, i un poderós transistor NPN el paper de potència el juga el paquet TO -220.
Amb una tensió d’entrada de 19V, el circuit pot servir com a font de tensió estabilitzada en el rang de 2,7 a 16 V a un corrent de fins a 4A. L’estabilitzador està dissenyat com un mòdul muntat en una placa de pa. Sembla així:
Vídeo:
L’estabilitzador requereix una font d’alimentació de corrent continu. Té sentit utilitzar un estabilitzador amb una font d'alimentació lineal clàssica, formada per un transformador de ferro, un pont de díodes i un gran condensador. El voltatge a la xarxa pot variar en funció de la càrrega i, en conseqüència, canviarà el voltatge a la sortida del transformador. Aquest circuit proporcionarà una tensió de sortida estable amb una entrada variable. Heu d’entendre que un estabilitzador de tipus baix, així com en el propi circuit, cau d’1 a 3 V, de manera que la tensió de sortida màxima sempre serà inferior a l’entrada.
En principi, les fonts d'alimentació de commutació es poden utilitzar com a font d'alimentació per a aquest estabilitzador, per exemple, des d'un portàtil de 19 V. Però, en aquest cas, el paper d'estabilització serà mínim, perquè fonts d'alimentació de commutació de fàbrica, etc.
Esquema:
Selecció de components
La corrent màxima que pot passar el xip TL431, segons la documentació, és de 100 mA. En el meu cas, vaig limitar el corrent amb un marge a uns 80 mA mitjançant la resistència R1. Cal calcular la resistència segons les fórmules.
Primer cal determinar la resistència de la resistència. A una tensió d'entrada màxima de 19 V, segons la llei d'Ohm, la resistència es calcula de la manera següent:
R = U / I = 19V / 0,08A = 240 Ohm
Cal calcular la potència de la resistència R1:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohms = 1,5 W
Vaig utilitzar una resistència soviètica de 2 watts
Les resistències R2 i R3 formen un divisor de tensió que “programa” TL431, i la resistència R3 és variable, la qual cosa permet canviar la tensió de referència, que després es repeteix en una cascada de transistors. Vaig utilitzar R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. La potència de la resistència R2 depèn del voltatge de sortida. Per exemple, amb una tensió de sortida de 19V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 watts
Vaig utilitzar una resistència d'1 watt.
El resistor R4 s'utilitza per limitar el corrent basat en el transistor VT2. És millor seleccionar la qualificació de forma experimental, controlant la tensió de sortida. Si la resistència és massa gran, això limitarà significativament la tensió de sortida del circuit. En el meu cas, és de 100 ohms, qualsevol potència és adequada.
Com a transistor de potència principal (VT1), és millor utilitzar transistors en el cas TO - 220 o més potent (TO247, TO-3). He utilitzat transistor E13009, comprat a Ali Express. Transistor per a tensió de fins a 400V i corrent de fins a 12A. Per a un circuit així, un transistor d’alta tensió no és la solució més òptima, però funcionarà bé. El transistor és probablement fals i el de 12 A no s’aturarà, però 5-6A és força. Al nostre circuit, el corrent és de fins a 4 A, per tant, adequat per a aquest circuit. En aquest esquema, el transistor ha de ser capaç de dissipar potència fins a 30-35 watts.
La dissipació de potència es calcula com la diferència entre el voltatge d’entrada i sortida multiplicat pel corrent del col·lector:
P = (sortida U -entrada U) * col·leccionista
Per exemple, el voltatge d’entrada és de 19 V, establim el voltatge de sortida a 12 V i el corrent del col·lector és de 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 watts: aquesta és una situació completament normal per al nostre transistor.
I si continuem reduint el voltatge de sortida a 6V, la imatge serà diferent:
P = (19V-6V) * 3A = 39 watts, cosa que no és gaire bona per a un transistor en un paquet TO-220 (també cal tenir en compte que quan el transistor estigui tancat, el corrent també disminuirà: en 6V el corrent serà d’uns 2-2,5A, i no 3). En aquest cas, és millor utilitzar un altre transistor en un cas més massiu, o reduir la diferència entre la tensió d’entrada i de sortida (per exemple, si l’alimentació és transformadora, commutant els enrotllaments).
A més, el transistor s'ha de classificar per a un corrent de 5A o més. És millor prendre un transistor amb un coeficient de transferència de corrent estàtic de 20. El transistor xinès compleix plenament aquests requisits. Abans de segellar-lo al circuit, el vaig comprovar (dissipació de corrent i potència) en un suport especial.
Perquè El TL431 pot produir un corrent de no més de 100 mA, i per alimentar la base del transistor necessita més corrent, necessitaràs un altre transistor, que amplificarà la corrent de la sortida del xip TL431, repetint la tensió de referència. Per a això, necessitem un transistor VT2.
El transistor VT2 ha de ser capaç de subministrar corrent suficient a la base del transistor VT1.
És possible determinar aproximadament el corrent necessari mitjançant el coeficient de transferència de corrent estàtic (h21e o hFE o β) del transistor VT1. Si volem tenir un corrent de 4 A a la sortida i el coeficient de transferència estàtic VT1 és de 20, llavors:
I base = col·leccionista I / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
El coeficient de transferència de corrent estàtic variarà segons el corrent del col·lector, de manera que aquest valor és indicatiu. El mesurament a la pràctica va demostrar que cal subministrar uns 170 mA a la base del transistor VT1 perquè el corrent del col·lector sigui de 4A. Els transistors del paquet TO-92 comencen a escalfar-se notablement a corrents superiors a 0,1 A, així que en aquest circuit vaig utilitzar el transistor KT815A del paquet TO-126. El transistor està dissenyat per a corrent de fins a 1,5 A, el coeficient estàtic de transferència de corrent és d’uns 75. Serà adequat un petit dissipador de calor per a aquest transistor.
El condensador C3 es necessita per estabilitzar la tensió sobre la base del transistor VT1, el valor nominal és de 100 μF, el voltatge és de 25V.
Els filtres dels condensadors s’instal·len a la sortida i entrada: C1 i C4 (electrolítics a 25V, 1000 μF) i C2, C5 (ceràmics 2-10 μF).
El díode D1 serveix per protegir el transistor VT1 de corrent invers. El díode D2 és necessari per protegir-se contra un transistor en subministrar motors col·lectors. Quan s’apaga l’energia, els motors giren durant un temps i en mode de frenada funcionen com a generadors. El corrent d'aquesta forma va en el sentit contrari i pot danyar el transistor.En aquest cas, el díode tanca el motor i el corrent no arriba al transistor. El Resistor R5 exerceix el paper d’una petita càrrega d’estabilització en mode inactiu, un valor nominal de 10 k Ohm, qualsevol potència.
Muntatge
El circuit es munta com a mòdul sobre un panell. He utilitzat un radiador d’una font d’alimentació de commutació.
Amb un radiador d’aquesta mida, no heu de carregar el circuit el màxim possible. Amb un corrent superior a 1 A, cal substituir el radiador per un de més massiu, bufar amb un ventilador tampoc no farà mal.
És important recordar que com més gran sigui la diferència entre la tensió d’entrada i sortida i major corrent, més calor es genera i més fred es necessita.
Es va trigar aproximadament una hora a soldar-se. En principi, seria una bona forma fer un tauler mitjançant el mètode LUT, però des de llavors Només necessito un tauler en una còpia, no volia perdre el temps per dissenyar el tauler.
El resultat és un mòdul com aquest:
Després del muntatge, vaig comprovar les característiques:
El circuit pràcticament no té cap protecció (és a dir, que no hi ha protecció de curtcircuits, protecció contra polaritat inversa, arrencada suau, limitació de corrent, etc.), per la qual cosa cal utilitzar-lo amb molta cura. Per la mateixa raó, no es recomana utilitzar aquests esquemes en fonts d'alimentació "de laboratori". Per a aquest propòsit, els microcircuits preparats al paquet TO-220 són adequats per a corrents de fins a 5 A, per exemple, KR142EN22A. O, com a mínim, per a aquest circuit, heu de fer un mòdul addicional per a la protecció contra curtcircuits.
El circuit es pot anomenar clàssic, com la majoria de circuits estabilitzadors lineals. Els circuits moderns de pols tenen molts avantatges, per exemple: una eficiència més elevada, molta menys calefacció, dimensions i pes més reduïdes. Al mateix temps, els circuits lineals són més fàcils de dominar per als pernils principiants i, si l’eficiència i les dimensions no són especialment importants, són molt adequades per subministrar dispositius amb tensió estabilitzada.
I, per descomptat, res supera la sensació quan vaig alimentar algun dispositiu des d’una font d’energia casolana i els circuits lineals per a pernils principiants són més accessibles, com es pugui dir.