Линейный блок питания схема: Линейный лабораторный блок питания своими руками — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Лабораторный блок питания 0-30В 3А

Вниманию читателя представлена схема полноценного лабораторного блока питания с регулировкой выходного напряжения и тока, а также с защитой от короткого замыкания на выходе. Данный лабораторный блок может полезно служить в качестве источника питания для запуска, проверки и ремонта различных устройств или для зарядки различных аккумуляторов. Лабораторный блок может обеспечить выходным током до 3А и напряжением до 30В.

Технические характеристики

Напряжение питания (AC) ….. ~12÷24В

Собственный ток потребления ….. менее 10мА

Выходной ток ….. 10мА÷3А

Схема лабораторного блока питания

Принцип работы схемы

Питание схемы двухполярное. Основное плечо (положительное) выпрямляется диодным мостом VD2, второе плечо (отрицательное), которым питаются ОУ U1 и U3, выпрямляется диодами VD1 и VD4. Также отрицательное плечо имеет стабилизацию -5.6В, которая обеспечивается стабилитроном VD5. Служит отрицательное плечо для более точной работы при низких входных напряжениях операционных усилителей (меньше 1В). Если на входе ОУ потенциал 0.2В относительно GND, то относительно отрицательной шины он будет уже 5.8В, что обеспечит меньшую погрешность и меньшие пульсации при усилении.

Источник опорного напряжения выполнен на операционном усилителе U2. За счет положительной обратной связи, организованной резистором R12, ОУ самовозбуждается. На его выходе начинает происходить рост напряжения до тех пор, пока на инвертирующем и неинвертирующем входах уровень сигналов не сравняется. Это произойдет тогда, когда на выходе U2 напряжение достигнет 11.2В. На входах в этот момент, за счет резистивных делителей, будет по 5.6В. Потенциал 11.2В будет опорным и стабильным (неизменным) при изменении входного напряжения.

Регулировка напряжения лабораторного блока осуществляется с помощью переменного резистора RV2, который включен как потенциометр. Изменяя положение его ползунка, происходит деление опорного потенциала на неинвертирующем входе U3. На инвертирующий вход U3 через делитель R21R15 подается напряжение с выхода лабораторного блока питания. Изменяя опорное напряжение, будет происходить изменение выходного напряжения U3, которое поступает на эмиттерный повторитель. Эмиттерный повторитель состоит из транзисторов VT3 и VT4 включенных по схеме Дарлингтона, для увеличения коэффициента усиления. Транзистор Дарлингтона регулирует выходное напряжение лабораторного блока питания.

Ограничение по току лабораторного блока питания осуществляется потенциометром RV1. Потенциометр задает уровень опорного потенциала на неинвертирующем входе U1. На инвертирующий вход подается потенциал с датчика тока, в роли которого выступает шунт R20R23. Операционный усилитель U1 включен как компаратор. Когда на датчике тока а, следовательно, и на инвертирующем входе U1, напряжение станет больше чем на неинвертирующем входе, тогда на выходе U1 появиться отрицательный потенциал, который через диод VD7 поступит на 3 вывод U3, изменив его опорный потенциал. Таким образом, ограничение тока лабораторного блока питания обеспечивается через регулировку напряжения. Также отрицательный потенциал поступит на базу VT1 через делитель R4R5 и транзистор откроется, потечет коллекторный ток через резистор R3 и светодиод VD3, который засветится, обозначив включение режима ограничения тока.

Защита от КЗ срабатывает через ограничение по току. Резистор R11, включенный в делитель напряжения R8, RV1 и R11, не позволит задать большой порог срабатывания (более 3А) компаратора U1 даже при максимальном сопротивлении потенциометра RV1. Я установил шунт R20R23 общим сопротивлением 0.75Ома, поэтому ток КЗ у меня ограничивается в пределе 2.8 Ампер. Для уменьшения тока короткого замыкания нужно увеличить сопротивление R20R23.

Подстроечным резистором RV3 выставляется ноль на выходе лабораторного блока.

Компоненты лабораторного блока питания

Все номиналы компонентов указаны на схеме. Операционные усилители можно заменить на TL081, LM741.

Элементы VT3, VT4 и VD2 необходимо установить на радиатор. Если корпус ЛБП пластиковый, то изолировать элементы от теплоотвода нет необходимости. Если корпус металлический, то изолировать обязательно, так как коллекторы, а значит и фланцы VT3 и VT4 соединены с положительной шиной питания.

Площадь поверхности теплоотвода будет зависеть от выходного тока, при котором будет эксплуатироваться лабораторный блок питания. Так при эксплуатации его на токах до 3А необходим радиатор с площадью поверхности 600см². Также, чем больше разность между входным и выходным напряжениями, тем больше тепла будет рассеиваться на силовом транзисторе.

Выбор трансформатора

К выбору трансформатора для этого лабораторного блока нужно отнестись ответственно.

Напряжение вторичной обмотки не должно превышать 24В переменного тока. Связано это с максимальным напряжением питания операционных усилителей TL071 (TL081), которое находится в пределах ±18В (для однополярного напряжения +36В). Выпрямленное напряжение на конденсаторе C3 (без нагрузки) будет в 1.41 раз больше переменного. Так для трансформатора с вторичной обмоткой 24В выпрямленное напряжение будет приблизительно +34В. Также по схеме видно, что минусовые выводы питания операционных усилителей U1 и U3 соединены не с общей шиной, а с отрицательным плечом -5.6В, которое организовано элементами VD1, VD4, R6, C4 и VD5. Таким образом, питание U1 и U3 осуществляется от +39.5В относительно отрицательного плеча, что уже на пределе возможностей TL071 и TL081. При нагрузке блока питания напряжение просядет, но все же…

Поэтому, выходное напряжение трансформатора для данного лабораторного блока ни в коем случае не должно превышать 24В переменного тока, входное не должно быть ниже 12В, так как опорный потенциал на выходе U2 равен удвоенному напряжению стабилитрона VD6 (5.6В), то есть 11.2 Вольта.

Выходной ток трансформатора должен соответствовать выходной нагрузке лабораторного блока. Если он будет эксплуатироваться на токах до 3А, то и ток вторичной обмотки должен быть не ниже 3А.

Печатная плата лабораторного блока питания СКАЧАТЬ

Простой линейный блок питания

Приветствую, радиолюбителя-самоделкины!

В ходе радиолюбительской деятельности, да и просто при создании каких-либо электронных устройств не обойтись без регулируемого источника напряжения. Конечно можно обойтись и набором блоков питания на стандартные напряжения, например 5, 9, 12 вольт, но это чаще всего неудобно, к тому же отсутствует возможность использоваться промежуточные значения напряжений. Регулируемый блок питания решит эту проблему, также с его помощью можно тестировать различные собранные своими руками устройства на то, как они будут вести себя при изменении питающего напряжения.

Условно все блоки питания можно разделить на две категории — импульсные и линейные. Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки, например, импульсные имеет хороший КПД (вплоть до 90%), а потому почти не греются даже при большой мощности нагрузки, но за эти достоинства нужно платить — в их основе лежат схемы, работающие на высоких частотах, а потому очень трудно избавиться от мешающих помех на выходе. Линейные же блоки питания напротив, имеют минимум помех на выходе, но зато значительно нагреваются при больших токах нагрузки. Уже долгое время остаётся популярной микросхема линейного регулятора напряжения LM317 — она обладает идеальными характеристиками для построения самодельного регулятора напряжения. Именно о блоке питания на этой микросхеме пойдёт речь в этой статье. Схема включения LM317 представлена ниже.

В левой части схемы виден элемент с обозначением «Tr» — это сетевой трансформатор, преобразующий высокое сетевое напряжение 220В в более низкой, в частности, в 12В. Трансформатор для этой схемы необходимо брать с запасом по мощности, идеально подойдут экземпляры на 30-50Вт. Выходное напряжение может быть любым, в пределах от 12 до 24В. Со вторичной обмотки трансформатора получается переменное напряжение, а потому его нужно выпрямить, именно для этого на схеме имеется диодный мост. Можно использовать как готовый диодный мост с 4-мя выводами (два для входа переменного напряжения, два для выхода постоянного), либо собрать диодный мост из 4-х диодов, например 1N4007, как показано на схеме, соблюдая расположение анодов и катодов. После выпрямительного моста стоит конденсатор С1 — он нужен для сглаживания пульсаций напряжения, ведь напряжение после диодного моста нельзя полностью назвать постоянным — оно имеет сильные пульсации. И только после конденсатора С1 напряжение постоянным. Если замерить его мультиметром, то оно окажется примерно в 1,5 раза больше, чем переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Это явление абсолютно нормально, оно связано с с тем, что значение эффективного и пикового переменного напряжения отличаются. Дальше по схеме подключается сама микросхема LM317, её необходимо использовать в корпусе ТО-220 для того, чтобы в дальнейшем без проблем закрепить на радиаторе.

Также эта микросхема выпускается в корпусе ТО-92 и в корпусе для поверхностного монтажа, как на картинке ниже. Не стоит использовать эти корпуса, так как корпус ТО-92 не предназначен для высоких токов, а корпус для поверхностного монтажа просто неудобно паять и он не имеет крепления к радиатору.

На схеме присутствует переменный резистор, служащий для для регулировки напряжения на выходе схемы, именно этот элемент управления в дальнейшем нужно будет вывести наружу корпуса. Также можно поставить вместо одного переменного резистора сразу два последовательно, один большего номинала, другой меньшего, чтобы их суммарное сопротивление было около 6,8 кОм. В этом случае можно будет грубо настраивать выходное напряжение одним переменным резистором, а более точно — вторым. На выходе регулятора также стоит сглаживающий электролитический конденсатор С2, его ёмкость может лежать в пределах 10-100 мкФ, большую ёмкость брать не следует. А вот на ёмкость С1 наоборот экономить не стоит — чем больше будет ёмкость (в разумных пределах), тем меньше пульсаций будет на выходе. Оптимальное значение 1000-4700 мкФ. Конденсаторы следует брать на напряжение не ниже, чем напряжение со вторичной обмотки, умноженное на 1,5. Схема проста, а потому для неё даже не обязательно изготавливать печатную плату, ведь для таких схем существуют макетные платы. На картинке ниже показано расположение микросхемы с обвязкой, трансформатора с диодным мостом и переменного резистора (он выводится на стенку корпуса на проводах).

Микросхему следует обязательно установить на радиатор, также не помешает при этом использовать теплопроводную пасту. Необходимо учитывать, что радиатор не должен касаться других электрических частей схемы. Размер радиатора следует выбирать исходя из принципа «кашу маслом не испортишь» — чем больше он будет, тем лучше будет охлаждаться микросхема. Если не планируется использование блока питания на больших токах, радиатор может быть небольшого размера. Показанного на фото ниже хватит для большинства применений.

Несколько слов о выборе трансформатора. Так как блок питания линейный, то всё «лишнее» напряжение, которое не идёт в нагрузку, просто рассеивается в тепло на радиаторе LM317. Поэтому не рационально брать трансформатор на большое напряжение (около 20-24В), иначе микросхема будет слишком сильно нагреваться при больших токах и низкой выходном напряжении. Также стоит отметить, что максимальный выходной ток микросхемы составляет 1,5А, чего достаточно для питания большинства самодельных устройств.

Схема устанавливается в деревянный корпус весьма специфичного вида. Кто увидит впервые — ни за что не догадается, что это блок питания 🙂
Сетевое питание к трансформатору можно подвести, установив разъём на корпусе, либо просто оставив «торчать» отрезок провода с вилкой.

Вывести напряжение с регулятора также можно либо с помощью клемм, либо просто на проводах с крокодилами. Ручка переменного резистора смотрит наружу корпуса, с её помощью можно регулировать напряжение от 1,25В (нижний предел для LM317) до максимального, которое выдаёт трансформатор. Ниже представлены несколько фотографий с замерами напряжения, нижний и верхний предел, а также типовые значения напряжений 5 и 12В.

Использовать получившийся блок питания также можно, например, для регулировки оборотов электромоторов, в частности небольших сверлилок печатных плат, граверов. Удачной сборки!

Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

cxema.org — Простейший лабораторный блок питания для начинающего

Простейший лабораторный блок питания для начинающего

Приветствую всех зрителей , особенно начинающих радиолюбителей, поскольку именно они очень часто сталкиваются с проблемой поиска источников питания для самодельных конструкций и поэтому в этом ролике будет рассмотрен вариант постройки простейшего лабораторного блока питания с возможностью ограничения тока.

Наш блок питания может обеспечивать на выходе стабилизированное напряжение от 0 до 15 вольт и ток до полутора Ампер.

Естественно наиболее простым решением является использование специализированных микросхем на подобии LM317, которая обеспечивает хорошую стабилизацию, стоит дешево и может отдавать в нагрузку ток до полторы ампер, но я этого не сделал, зная что многие радиолюбители могут не иметь возможности приобретения специализированных микросхем по тем или иным причинам, поэтому рассмотрим самый простой стабилизированный блок питания построенный всего на двух транзисторах.

В проекте специально использованы наиболее доступные радиокомпоненты, чтобы ни у кого не возникли трудности с их поиском.

А теперь давайте рассмотрим схему и поймем как она работает. Состоит она из трех основных частей:

Сетевой понижающий трансформатор для обеспечения нужного нам напряжения а также для гальванической развязки с сетью. В своем варианте я использовал трансформатор от блока питания кассетного магнитофона, подойдет любой другой, основные параметры блока будут зависеть в первую очередь от трансформатора, притом нужно учитывать один момент — максимальное выходное напряжение блока питания будет на несколько вольт меньше, чем напряжение на выпрямителе.

Трансформатор подбирается с нужным током, в моем случае имеются две обмотки по 20 Вольт, ток с каждой из них составляет около 0,7 Ампер, обмотки подключены параллельно, т.е общий ток около полутора ампер.

Вторая часть из себя представляет выпрямитель для выпрямления переменного напряжения в постоянку и конденсатор для сглаживания напряжения после выпрямителя и фильтрации помех.

Третий узел это плата самого стабилизатора, рассмотрим ее поподробней. А работает схема следующим образом.

Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора, на вторичной обмотке уже получаем пониженное напряжение, максимальный ток будет зависеть от габаритных размеров трансформатора и от диаметра провода вторичной обмотки.

Далее переменное напряжение со вторичной обмотки трансформатора поступает на двухполупериодный выпрямитель диодного типа, построенный на 4-х одинаковых диодах.

После выпрямителя установлен электролитический конденсатор для сглаживания напряжения до «идеальной постоянки». Уже постоянное напряжение поступает на схему стабилизатора где стабилизируется до некоторого уровня, напряжение стабилизации будет завесить от стабилитрона, в нашем случае он на 15 Вольт, который задает максимальное напряжение на выходе.

Но беда в том, что ток такого простого стабилизатора невелик, по нему протекает около 15 -20 мА, вот поэтому его нужно усилить с помощью простого каскада усиления по току построенный на транзисторе VT1 и VT2 , транзисторы подключены таким образом для того , чтобы обеспечить максимально большое усиление, т.е. по сути это аналог составного транзистора.

Регулятор напряжения в лице переменного резистора R1 выполняет функцию простого делителя напряжения и может быть рассмотрен как два последовательно соединенных резистора с отводом от места их соединения, изменяя сопротивление каждого, мы можем регулировать напряжение, это напряжение усиливается ранее указанным каскадом. Второй переменный резистор позволит ограничивать выходной ток.

Большую их часть, а если быть точнее то все компоненты можно найти в старой аппаратуре, например в советских телевизорах, усилителях, приемниках, магнитолах и в прочей технике, также возможно использование импортных аналогов, которые имеют одинаковое расположение выводов.

Диодный мост — можно использовать готовые мосты, которые можно найти в компьютерных блоках питания или же собрать мост из любых 4-х аналогичных диодов с током от 2-х ампер, список некоторых таких диодов тоже найдешь в архиве проекта, ссылка на архив как всегда в описании.

Для увеличения выходного напряжения блока питания нужно во первых найти соответствующий трансформатор а также заменить стабилитрон на более высоковольтный , скажем на или 18 или 24 Вольта, Резистор ограничивает ток через стабилитрон, расчет производится исходя из напряжения с выпрямителя, резистор рассчитывают так, чтобы ток через стабилитрон не превышало значение в 25-30мА в случае стабилитронов пол ватта и 40-45 мА в случае если использован одноваттный стабилитрон.

Если нет нужного стабилитрона, то можно последовательно соединить два или несколько, для получения нужного напряжения стабилизации.

Схема стабилизатора работает в линейном режиме, поэтому силовой транзистор VT22 нуждается в радиаторе.

Теперь проверим конструкцию в работе. Как видим напряжение плавно регулируется от нуля до 15 Вольт

Теперь проверим ограничение тока. Без нагрузки вращая регулятор тока, напряжение у нас почти не меняется, что свидетельствует о корректной работе функции ограничения. Ток регулируется плавно от 180мА.

Максимальный выходной ток, в моем случае составляет около 1,5 Ампер, этого вполне достаточно для средних нужд большинства радиолюбителей.

Не смотря на простоту конструкции при выходных токах токах около 1А , наблюдаем просадку выходного напряжения меньше 0,2 вольт, это очень хороший показатель для стабилизаторов такого класса.

Блок питания может переносить короткого замыкания с продолжительностью не более 5 секунд, в этом режиме ток ограничивается в районе 1,7А.

Монтаж можно сделать и навесным, но более красиво смотрится конструкция на печатной плате, тем более, что я для вас ее нарисовал.

В качестве индикаторов советую использовать стрелочные приборы, чтобы не путаться с подключением, хотя можно и цифровые.

Корпусом может служить кожух от компьютерного блока питания, либо любой другой удобный вариант, хоть фанерные доски.

По мне, довольно годный вариант в качестве первого лабораторного блока питания, смело собирайте.

Скачать плату

Следящий импульсно-линейный блок с КПД 90%

Приветствую, Самоделкины!
Думаю, вы не раз встречали такую штуку, как переключатель обмоток для линейного блока питания.

А что если можно сделать все намного технологичнее? Заинтригованы? Обязательно дочитайте до конца.

Автором данной самоделки является Роман (автор YouTube канала «Open Frime TV»). В прошлых своих роликах он собирал линейный и импульсный блоки питания. И вот он придумал следующее: а что если объединить эти 2 блока питания в один и получить совершенное устройство с очень большим КПД?

Смысл такой схемы похож на переключатель обмоток. Такой как-то делал AKA KASYAN, автор одноименного канала на всеми любимом видео хостинге YouTube.

Заключается он в том, что на вход линейного блока питания подается разное напряжение со ступеней трансформатора. Если нам на выходе нужно допустим напряжение 8В, то работаем на первой ступени, при которой на вход подается допустим 12В.

Если нам вдруг понадобилось на выходе получить напряжение равное 15В, то устройство переключает нас на вторую ступень, которая подает на вход напряжение равное 24В.

Все это классно, КПД по сравнению с обыкновенным линейником вырос, но все равно приходится рассеивать довольно много тепла. Плюс ко всему нужен трансформатор с отводами.

И тут назревает вопрос: А что если объединить линейный блок питания и импульсный? Блок схема выглядит таким образом:

На выход импульсного блока вешаем линейный и делаем обратную связь с выхода линейника.

Основная задача состоит в том, чтобы на выходе импульсного блока питания напряжение было всегда на пару вольт выше, чем на выходе линейного блока питания.

А сейчас предлагаю рассмотреть, как это реализовал автор.

Схема и плата линейного блока питания остались практически без изменений. Обратная связь будет браться с выхода блока и еще, как видим, автор убрал 7812, из-за того, что на выход данной схемы может приходить напряжение меньше чем 12В.

Поэтому убираем 7812 и припаиваем сюда провод. Он будет подключен к плате импульсника, на котором установлена такая же 7812.

Вот и все изменения для линейного блока питания, теперь смотрим схему импульсника.

Тут уже изменений побольше будет. Во-первых, давайте посмотрим, как реализована идея следящей системы.

А реализована она естественно на операционном усилителе.

Он включен по схеме с сумматора, тут происходит сложение 2-ух напряжений: одно опорное, заданное стабилитроном; другое с выхода линейного блока питания.

Изменяя номинал стабилитрона можно изменить напряжение приращения.

С выхода сумматора напряжение идет на 2-ой операционный усилитель, который, как и в обыкновенной схеме импульсника, пытается выровнять напряжение на свои входах, одно напряжение, которое мы задаем, а второе — непосредственно с выхода микросхемы.

Как видим, смысл работы очень прост и при любом напряжении, выставленном на линейном блоке, мощность рассеивания не будет превышать 10Вт. По мнению автора — это шикарный результат.

В данную схему можно установить микросхему lm2596 без каких-либо изменений.

Если же нужен больший ток, то по данной топологии можно сделать схему на xl4016.

А теперь переходим к следующему этапу — создание печатной платы и реализация в железе.

Вы можете сказать, что глупо так увеличивать устройство, делать 2 платы, которые занимают лишнее место. Автор тоже так подумал и решил сделать все очень компактно. Плату линейного блока он не стал переделывать, она остается без изменений. А вот плату импульсника сделаем по размерам точно такую, как и плату линейного блока питания только перевернутую.

И теперь из 2-ух плат можно собрать вот такой бутерброд, который будет устанавливаться на один радиатор, не занимая при этом много места.

Силовые элементы расположены таким образом, что не будут друг другу мешать при такой установке. Теперь можно приступить к изготовлению печатной платы. Думаю, все вы знаете, как происходит этот процесс.

Как видим, плата вытравилась. Сейчас запаяем ее и приступим к тестам. Элементов тут мало. Все запаиваем.

Затем автор сразу хотел подцепить платы на радиатор, но подумал, что лучше продемонстрировать работу в разобранном состоянии — так нагляднее будет видно. В качестве тестовых радиаторов он подцепил на линейный блок вот такой миниатюрный радиатор:

А на импульсник просто пластину, которую даже радиатором тяжело назвать.

Таким образом автор хочет показать минимальный нагрев схемы. А для самого теста нам понадобятся 2 мультиметра. Один из них подключаем к выходу импульсника, а второй к выходу линейника.

Затем цепляем нагрузку (лампочку на 36В, мощностью 100Вт) и смотрим, что происходит.

Как видим, когда на выходе линейного блока 0, на импульснике держится напряжение около 2,8В. Теперь вращаем переменный резистор, увеличивая напряжение на выходе линейного блока, и как видим, импульсник на это реагирует и в свою очередь увеличивает напряжение на своем выходе.

Да, тут заметна некая нелинейность, так как плохо подобраны резисторы сумматора, но автор полагает, что это не смертельно. По его мнению, даже такая схема будет намного практичнее, чем обыкновенный переключатель обмоток. Вы не подумайте, автор не пытается сказать, что переключатель плохая штука, просто есть более интересное решение.

Ну а на этом все. Надеюсь вам понравилась такая идея. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:

Регулируемая поставка »Электроника

Источники питания с линейной стабилизацией могут обеспечивать чрезвычайно низкий уровень выходного шума и хорошую стабилизацию, но за счет размера и эффективности.

Схемы линейного источника питания Праймер и руководство Включает:
Линейный источник питания Шунтирующий регулятор Регулятор серии Ограничитель тока Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **

См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

Линейные источники питания широко используются из-за преимуществ, которые они предлагают с точки зрения общей производительности, а также благодаря этой технологии, которая очень хорошо зарекомендовала себя, поскольку была доступна в течение очень многих лет.

Хотя линейные источники питания могут быть не такими эффективными, как импульсные источники питания, они обеспечивают лучшую производительность и поэтому используются во многих приложениях, где шум имеет большое значение.

Одна из основных областей, где почти всегда используются линейные источники питания, — это аудиовизуальные приложения, усилители Hi-Fi и тому подобное. Здесь шум и всплески переключения от импульсных источников питания могут вызывать проблемы — при этом говорится, что SMPS постоянно улучшают производительность, но линейные источники, как правило, используются большую часть времени.

Typical variable linear power supply for bench laboratory use

Типичный регулируемый линейный источник питания для лабораторного использования

Основы линейного питания

Источники питания с линейной стабилизацией получили свое название от того факта, что в них используются линейные, т. Е. Не коммутационные методы, для регулирования выходного напряжения источника питания. Термин линейный источник питания означает, что источник питания регулируется для обеспечения правильного напряжения на выходе.

Измеряется напряжение, и этот сигнал подается обратно, обычно в какой-либо дифференциальный усилитель, где он сравнивается с опорным напряжением, и результирующий сигнал используется для обеспечения сохранения на выходе требуемого напряжения.

Иногда измерение напряжения может осуществляться на выходных клеммах, а в некоторых случаях — непосредственно на нагрузке. Дистанционное измерение используется там, где могут быть омические потери между источником питания и нагрузкой. Часто лабораторные принадлежности имеют такую возможность.

Различные линейные блоки питания будут иметь разные схемы и включать разные блоки схем, если требуются дополнительные возможности, но они всегда будут включать в себя базовые блоки, а также некоторые дополнительные дополнительные.

Входной трансформатор питания

Поскольку многие регулируемые источники питания получают питание от сети переменного тока, для линейных источников питания часто используется понижающий или иногда повышающий трансформатор. Это также служит для изоляции источника питания от сетевого входа в целях безопасности.

Трансформатор обычно представляет собой относительно большой электронный компонент, особенно если он используется в линейно регулируемом источнике питания большей мощности.Трансформатор может значительно увеличить вес источника питания, а также может быть довольно дорогим, особенно для более мощных.

В зависимости от используемого выпрямительного подхода трансформатор может быть с одной вторичной обмоткой или с центральным ответвлением. Также могут присутствовать дополнительные обмотки, если требуются дополнительные напряжения.

Для старинных радиоприемников и другой старинной электронной электроники многократные вторичные обмотки были обычным явлением. Обычно основная вторичная обмотка имела центральный отвод, чтобы обеспечить двухполупериодное выпрямление с помощью двойного диодного клапана или трубчатого выпрямителя, а дополнительные вторичные обмотки требовались для вентильных или трубчатых нагревателей — часто 5 вольт для выпрямителя, а затем 6.3в для самих клапанов / трубок.

Выпрямитель

Поскольку вход от источника переменного тока является переменным, его необходимо преобразовать в формат постоянного тока. Доступны различные формы выпрямительной схемы.

Самая простая форма выпрямителя, которую можно использовать в источнике питания, — это одиночный диод, обеспечивающий полуволновое выпрямление. Этот подход обычно не используется, потому что сложнее удовлетворительно сгладить вывод.

Обычно используется двухполупериодное выпрямление с использованием обеих половин цикла.Это обеспечивает более легкое сглаживание формы волны.

Есть два основных подхода к обеспечению полуволнового выпрямления. Один из них — использовать трансформатор с отводом от центра и два диода. Другой — использовать одну обмотку на трансформаторе источника питания и использовать мостовой выпрямитель с четырьмя диодами. Поскольку диоды очень дешевы, а стоимость трансформатора с центральным ответвлением выше, наиболее распространенным подходом в наши дни является использование мостового выпрямителя.

Примечание по схемам диодного выпрямителя:

Диодные выпрямительные схемы

используются во многих областях, от источников питания до радиочастотной демодуляции.В схемах диодного выпрямителя используется способность диода пропускать ток только в одном направлении. Есть несколько разновидностей от полуволнового до двухполупериодного, мостовые выпрямители, пиковые детекторы и многое другое.

Подробнее о Диодные выпрямительные схемы

Даже для регуляторов с питанием от постоянного тока на входе может быть установлен выпрямитель для защиты от обратного включения питания.

Электропитание сглаживающее

После выпрямления из сигнала переменного тока постоянный ток необходимо сглаживать, чтобы удалить изменяющийся уровень напряжения.Для этого используются конденсаторы большой емкости.

Action of a smoothing capacitor on the rectified waveform in a power supply

Сглаживающее действие емкостного конденсатора

В сглаживающем элементе схемы используется большой конденсатор. Он заряжается по мере того, как сигнал, поступающий от выпрямителя, достигает своего пика. По мере того, как напряжение выпрямленной формы волны падает, как только напряжение становится ниже напряжения конденсатора, конденсатор начинает подавать заряд, удерживая напряжение, до следующего нарастающего сигнала от выпрямителя.

Сглаживание не идеальное, и всегда будет некоторая остаточная пульсация, но это позволяет устранить огромные колебания напряжения.

Линейные регуляторы питания

Большинство блоков питания в наши дни обеспечивают регулируемую мощность. С современной электроникой довольно просто и не слишком дорого включить линейный стабилизатор напряжения. Это обеспечивает постоянное выходное напряжение независимо от нагрузки — в указанных пределах.

Поскольку многие электронные компоненты, электронные устройства и т. Д. Требуют аккуратно обслуживаемых источников питания, регулируемый источник питания является необходимостью.

Есть два основных типа линейных источников питания:

Шунтирующий регулятор: Шунтирующий регулятор менее широко используется в качестве основного элемента линейного регулятора напряжения.Для этой формы линейного источника питания переменный элемент размещается поперек нагрузки. Сопротивление истока установлено последовательно со входом, а шунтирующий стабилизатор регулируется таким образом, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоянным.
Источник питания рассчитан на заданный ток, и с приложенной нагрузкой шунтирующий регулятор поглощает любой ток, не требуемый нагрузкой, так что выходное напряжение сохраняется.
Регулятор серии: Это наиболее широко используемый формат линейного регулятора напряжения.Как следует из названия, в цепь помещается последовательный элемент, и его сопротивление изменяется с помощью управляющей электроники, чтобы гарантировать, что правильное выходное напряжение генерируется для потребляемого тока. Блок-схема последовательного регулятора напряжения
В этой блок-схеме, опорное напряжение используется для привода серии прохода элемента, который может представлять собой биполярный транзистор или полевой транзистор. Эталоном может быть просто напряжение, снятое с источника эталонного напряжения, например электронный компонент, такой как стабилитрон.
Более обычный подход состоит в том, чтобы выбрать выходное напряжение и подать его в дифференциальный усилитель для сравнения выходного сигнала с эталоном, а затем использовать его для управления схемой элемента конечного прохода.

Оба этих типа линейных регуляторов используются в источниках питания, и, хотя последовательный стабилизатор более широко используется, есть случаи, когда также используется шунтирующий регулятор.

Преимущества / недостатки линейного источника питания

Использование любой технологии часто представляет собой тщательный баланс нескольких преимуществ и недостатков.Это справедливо для линейных источников питания, которые имеют ряд явных преимуществ, но также имеют свои недостатки.

Преимущества линейного блока питания

Установленная технология: Линейные источники питания широко используются в течение многих лет, а их технология хорошо известна и понятна.
Низкий уровень шума: Использование линейной технологии без каких-либо переключающих элементов означает, что шум сведен к минимуму, и теперь обнаруживаются раздражающие всплески, обнаруживаемые в импульсных источниках питания.

Линейный БП Недостатки

КПД: Принимая во внимание тот факт, что линейный источник питания использует линейную технологию, он не особенно эффективен. Эффективность около 50% не является чем-то необычным, а при некоторых условиях может предлагать гораздо более низкие уровни.
Теплоотдача: Использование последовательного или параллельного (реже) регулирующего элемента означает, что рассеивается значительное количество тепла, и его необходимо удалить.
Размер: Использование линейной технологии означает, что размер линейного источника питания, как правило, больше, чем у других форм источника питания.

Несмотря на недостатки, технология источников питания с линейной регулировкой все еще широко используется, хотя она более широко используется там, где необходимы низкий уровень шума и хорошее регулирование. Типичное применение — усилители звука, в которых линейный источник питания может обеспечить оптимальные характеристики для питания всех каскадов усилителя.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Линейно-регулируемый источник питания в сравнении с импульсным | ОРЕЛ

Для повседневных электронных устройств, особенно с интегральными схемами, требуется надежный источник постоянного напряжения, который может обеспечивать питание в любое время без каких-либо сбоев. В этом блоге мы рассмотрим две топологии источников питания, которые следует рассмотреть для вашего следующего проекта: источники питания с линейным стабилизатором и импульсные источники питания. Выбор источника питания зависит от ваших требований к эффективности, занимаемому пространству, регулировке мощности, времени отклика при переходных процессах и стоимости.

Источник питания с линейной регулировкой

Линейные регуляторы были предпочтительными источниками питания до 1970-х годов для преобразования переменного тока (AC) в установившийся постоянный ток (DC) для электронных устройств. Хотя сегодня этот тип источника питания не используется так широко, он по-прежнему является лучшим выбором для приложений, требующих минимального шума и пульсаций.

Они могут быть громоздкими, но источники питания с линейным регулированием бесшумны. (Источник изображения)

Как они работают

Основным компонентом, обеспечивающим работу линейного регулятора, является стальной или чугунный трансформатор.Этот трансформатор выполняет две функции:

Он действует как барьер для разделения входа высокого напряжения переменного тока от входа низкого напряжения постоянного тока, который также отфильтровывает любой шум, попадающий в выходное напряжение.
Он снижает входное напряжение переменного тока с 115 В / 230 В до приблизительно 30 В, которое затем может быть преобразовано в постоянное напряжение постоянного тока.

Напряжение переменного тока сначала понижается трансформатором, а затем выпрямляется несколькими диодами. Затем он сглаживается до низкого постоянного напряжения парой больших электролитических конденсаторов.Это низкое постоянное напряжение затем регулируется как стабильное выходное напряжение с помощью транзистора или интегральной схемы.

Вот блок питания с линейным регулятором. (Источник изображения)

Регулятор напряжения в линейном источнике питания действует как переменный резистор. Это позволяет изменять значение выходного сопротивления в соответствии с требованиями к выходной мощности. Поскольку регулятор напряжения постоянно сопротивляется току для поддержания напряжения, он также действует как устройство рассеивания мощности.Это означает, что полезная мощность постоянно теряется в виде тепла, чтобы поддерживать постоянный уровень напряжения.

Трансформатор — это уже большой компонент, который нужно разместить на печатной плате (PCB). Из-за постоянной мощности и тепловыделения для источника питания линейного регулятора потребуется радиатор. Сами по себе эти два компонента делают устройство очень тяжелым и громоздким по сравнению с небольшим форм-фактором импульсного источника питания.

Предпочтительные приложения

Линейные регуляторы

известны своим низким КПД и большими размерами, но они обеспечивают бесшумное выходное напряжение.Это делает их идеальными для любого устройства, требующего высокой частоты и низкого уровня шума, например:

Цепи управления
Усилители малошумящие
Сигнальные процессоры
Автоматизированное и лабораторное испытательное оборудование
Датчики и схемы сбора данных

Преимущества и недостатки

Источники питания с линейной стабилизацией могут быть громоздкими и неэффективными, но их низкий уровень шума идеально подходит для приложений, чувствительных к шуму. Некоторые преимущества и недостатки этой топологии, которые следует учитывать, включают:

Преимущества

Простое приложение .Линейные регуляторы могут быть реализованы как единый блок и добавлены в схему всего двумя дополнительными фильтрующими конденсаторами. Это позволяет инженерам любого уровня подготовки легко планировать и проектировать их с нуля.
Низкая стоимость . Если вашему устройству требуется выходная мощность менее 10 Вт, то стоимость компонентов и производства намного ниже по сравнению с импульсными источниками питания.
Низкий уровень шума / пульсаций . Линейные регуляторы имеют очень низкие пульсации выходного напряжения и широкую полосу пропускания.Это делает их идеальными для любых чувствительных к шуму приложений, включая устройства связи и радио.

Недостатки

Ограниченная гибкость . Линейные регуляторы можно использовать только для понижения напряжения. Для источника питания переменного и постоянного тока трансформатор с выпрямлением и фильтрацией необходимо будет разместить перед линейным источником питания, что увеличит общие затраты и усилия.
Ограниченные тиражи . Источники питания с линейной стабилизацией обеспечивают только одно выходное напряжение.Если вам нужно больше, вам нужно будет добавить отдельный линейный регулятор напряжения для каждого требуемого выхода.
Низкая эффективность . Среднее устройство с линейным регулированием достигает КПД от 30% до 60% за счет рассеивания тепла. Это также требует добавления радиатора, который увеличивает размер и вес устройства.

В наше время энергоэффективных устройств низкий КПД линейно регулируемого источника питания может стать убийцей. Нормальный источник питания с линейной регулировкой будет работать с КПД около 60% при выходном напряжении 24 В.Когда вы рассматриваете входную мощность 100 Вт, вы получаете 40 Вт потери мощности.

Прежде чем рассматривать возможность использования источника питания с линейной регулировкой, мы настоятельно рекомендуем учитывать потери мощности, которые вы получите от входа к выходу. Вы можете быстро оценить эффективность линейного регулятора по следующей формуле:

Импульсный источник питания (SMPS)

Импульсные источники питания были представлены в 1970-х годах и быстро стали самым популярным способом подачи постоянного тока на электронные устройства.Что делает их такими замечательными? По сравнению с линейными регуляторами выделяются их высокий КПД и производительность.

В стандартный адаптер переменного тока входит импульсный блок питания. (Источник изображения)