Gần đây, tôi bắt đầu quan tâm đến việc lắp ráp các mạch ổn áp tuyến tính. Đề án như vậy không yêu cầu chi tiết hiếm, và việc lựa chọn các thành phần và điều chỉnh cũng không gây ra bất kỳ khó khăn đặc biệt. Lần này tôi quyết định lắp ráp một mạch ổn định điện áp tuyến tính trên "diode zener quy định" (microcircuit) TL431. TL431 hoạt động như một nguồn điện áp tham chiếu và vai trò năng lượng được chơi bởi một bóng bán dẫn NPN mạnh mẽ trong gói TO -220.
Với điện áp đầu vào 19V, mạch có thể đóng vai trò là nguồn điện áp ổn định trong phạm vi từ 2,7 đến 16 V với cường độ dòng điện lên đến 4A. Bộ ổn định được thiết kế như một mô-đun được lắp ráp trên bảng. Nó trông như thế này:
Video:
Bộ ổn định yêu cầu nguồn điện một chiều. Thật hợp lý khi sử dụng bộ ổn định như vậy với nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính cổ điển, bao gồm một máy biến áp sắt, cầu diode và tụ điện lớn. Điện áp trong mạng có thể thay đổi tùy thuộc vào tải và kết quả là điện áp ở đầu ra máy biến áp sẽ thay đổi. Mạch này sẽ cung cấp một điện áp đầu ra ổn định với đầu vào khác nhau. Bạn cần hiểu rằng bộ ổn định loại xuống, cũng như trên chính mạch, giảm 1-3 V, do đó điện áp đầu ra tối đa sẽ luôn nhỏ hơn đầu vào.
Về nguyên tắc, chuyển đổi nguồn cung cấp năng lượng có thể được sử dụng làm nguồn cung cấp năng lượng cho bộ ổn định này, ví dụ, từ máy tính xách tay 19 V. Nhưng trong trường hợp này, vai trò của ổn định sẽ là tối thiểu, bởi vì nhà máy chuyển đổi nguồn cung cấp điện và như vậy trên điện áp ổn định đầu ra.
Đề án:
Lựa chọn linh kiện
Dòng điện tối đa mà chip TL431 có thể tự đi qua, theo tài liệu, là 100 mA. Trong trường hợp của tôi, tôi đã giới hạn dòng điện với biên độ khoảng 80 mA bằng cách sử dụng điện trở R1. Cần tính toán điện trở theo công thức.
Đầu tiên bạn cần xác định điện trở của điện trở. Ở điện áp đầu vào tối đa 19 V, theo định luật Ohm, điện trở được tính như sau:
R = U / I = 19V / 0,08A = 240 Ohm
Cần phải tính công suất của điện trở R1:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohms = 1,5 Watts
Tôi đã sử dụng một điện trở 2 watt của Liên Xô
Các điện trở R2 và R3 tạo thành một bộ chia điện áp mà các chương trình của Chương trình TL431 và điện trở R3 có thể thay đổi, cho phép bạn thay đổi điện áp tham chiếu, sau đó được lặp lại trong một loạt các bóng bán dẫn. Tôi đã sử dụng R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. Công suất của điện trở R2 phụ thuộc vào điện áp đầu ra. Ví dụ: với điện áp đầu ra là 19V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0.361 watt
Tôi đã sử dụng một điện trở 1 watt.
Điện trở R4 được sử dụng để giới hạn dòng điện dựa trên bóng bán dẫn VT2. Tốt hơn là chọn xếp hạng thực nghiệm, kiểm soát điện áp đầu ra. Nếu điện trở quá lớn, điều này sẽ hạn chế đáng kể điện áp đầu ra của mạch. Trong trường hợp của tôi, nó là 100 Ohms, bất kỳ sức mạnh nào cũng phù hợp.
Là bóng bán dẫn điện chính (VT1), tốt hơn là sử dụng bóng bán dẫn trong trường hợp TO - 220 hoặc mạnh hơn (TO247, TO-3). Tôi đã sử dụng bóng bán dẫn E13009, đã mua trên Ali Express. Transitor cho điện áp lên đến 400V và dòng điện lên đến 12A. Đối với một mạch như vậy, một bóng bán dẫn điện áp cao không phải là giải pháp tối ưu nhất, nhưng nó sẽ hoạt động tốt. Transitor rất có thể là giả và 12 A sẽ không đứng vững, nhưng 5-6A thì khá. Trong mạch của chúng tôi, dòng điện lên đến 4A, do đó, phù hợp với mạch này. Trong sơ đồ này, bóng bán dẫn phải có khả năng tiêu tán công suất lên tới 30 - 35 watt.
Công suất tiêu tán được tính bằng chênh lệch giữa điện áp đầu vào và đầu ra nhân với dòng điện thu:
P = (đầu ra U -U đầu vào) * I collector
Ví dụ: điện áp đầu vào là 19 V, chúng tôi đặt điện áp đầu ra là 12 V và dòng thu là 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 watt - đây là một tình huống hoàn toàn bình thường đối với bóng bán dẫn của chúng tôi.
Và nếu chúng ta tiếp tục giảm điện áp đầu ra xuống 6V, hình ảnh sẽ khác:
P = (19V-6V) * 3A = 39 watt, điều này không tốt cho bóng bán dẫn trong gói TO-220 (bạn cũng cần tính đến khi đóng bóng bán dẫn, dòng điện cũng sẽ giảm: 6V dòng điện sẽ ở khoảng 2-2,5A và không phải 3). Trong trường hợp này, tốt hơn là sử dụng một bóng bán dẫn khác trong trường hợp lớn hơn hoặc giảm chênh lệch giữa điện áp đầu vào và đầu ra (ví dụ, nếu nguồn điện là máy biến áp, bằng cách chuyển đổi cuộn dây).
Ngoài ra, bóng bán dẫn phải được đánh giá cho dòng điện từ 5A trở lên. Tốt hơn là lấy một bóng bán dẫn có hệ số truyền dòng tĩnh là 20. Bóng bán dẫn Trung Quốc đáp ứng đầy đủ các yêu cầu này. Trước khi niêm phong trong mạch, tôi đã kiểm tra nó (dòng điện và tản điện) trên một giá đỡ đặc biệt.
Bởi vì TL431 có thể tạo ra dòng điện không quá 100 mA và để cung cấp năng lượng cho cơ sở của bóng bán dẫn cần nhiều dòng điện hơn, bạn sẽ cần một bóng bán dẫn khác, sẽ khuếch đại dòng điện từ đầu ra của chip TL431, lặp lại điện áp tham chiếu. Đối với điều này, chúng ta cần một bóng bán dẫn VT2.
Transitor VT2 phải có khả năng cung cấp đủ dòng cho cơ sở của bóng bán dẫn VT1.
Có thể xác định đại khái dòng điện yêu cầu thông qua hệ số truyền dòng tĩnh (h21e hoặc hFE hoặc β) của bóng bán dẫn VT1. Nếu chúng ta muốn có dòng điện 4 A ở đầu ra và hệ số truyền dòng tĩnh VT1 là 20, thì:
I cơ sở = I collector / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
Hệ số truyền dòng tĩnh sẽ thay đổi tùy thuộc vào dòng thu, vì vậy giá trị này mang tính biểu thị. Đo lường trong thực tế cho thấy cần phải cung cấp khoảng 170 mA cho đế của bóng bán dẫn VT1 để dòng thu là 4A. Các bóng bán dẫn trong gói TO-92 bắt đầu nóng lên đáng chú ý ở các dòng trên 0,1 A, vì vậy trong mạch này tôi đã sử dụng bóng bán dẫn KT815A trong gói TO-126. Các bóng bán dẫn được thiết kế cho dòng điện lên đến 1,5A, hệ số tĩnh của truyền hiện tại là khoảng 75. Một tản nhiệt nhỏ cho bóng bán dẫn này sẽ phù hợp.
Tụ điện C3 là cần thiết để ổn định điện áp trên cơ sở bóng bán dẫn VT1, giá trị danh định là 100 F, điện áp là 25V.
Các bộ lọc từ các tụ điện được cài đặt ở đầu ra và đầu vào: C1 và C4 (điện phân ở 25V, 1000 F) và C2, C5 (gốm 2-10 F).
Các diode D1 phục vụ để bảo vệ bóng bán dẫn VT1 khỏi dòng ngược. Diode D2 là cần thiết để bảo vệ chống lại một bóng bán dẫn khi cung cấp động cơ collector. Khi tắt nguồn, động cơ quay một lúc và ở chế độ phanh hoạt động như máy phát điện. Dòng điện được tạo ra theo cách này đi theo hướng ngược lại và có thể làm hỏng bóng bán dẫn.Các diode trong trường hợp này đóng động cơ cho chính nó và dòng điện không đến được bóng bán dẫn. Điện trở R5 đóng vai trò là một tải nhỏ để ổn định ở chế độ không tải, giá trị danh nghĩa là 10k Ohm, bất kỳ công suất nào.
Hội
Các mạch được lắp ráp như là một mô-đun trên bảng. Tôi đã sử dụng một bộ tản nhiệt từ một nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi.
Với bộ tản nhiệt có kích thước này, bạn không nên tải mạch càng nhiều càng tốt. Với cường độ dòng điện lớn hơn 1 A, cần phải thay thế bộ tản nhiệt bằng một cái lớn hơn, thổi bằng quạt cũng sẽ không bị tổn thương.
Điều quan trọng cần nhớ là sự chênh lệch giữa điện áp đầu vào và đầu ra càng lớn và dòng điện càng lớn thì càng tạo ra nhiều nhiệt và càng cần làm mát nhiều hơn.
Mất khoảng một giờ để hàn. Về nguyên tắc, nó sẽ là một giai điệu tốt để tạo một bảng bằng phương pháp LUT, nhưng Tôi chỉ cần một bảng trong một bản sao, tôi không muốn lãng phí thời gian để thiết kế bảng.
Kết quả là một mô-đun như vậy:
Sau khi lắp ráp, tôi kiểm tra các đặc điểm:
Mạch hầu như không có bảo vệ (có nghĩa là không có bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ phân cực ngược, khởi động mềm, giới hạn dòng điện, v.v.), vì vậy bạn cần sử dụng nó rất cẩn thận. Vì lý do tương tự, không nên sử dụng các sơ đồ như vậy trong các bộ nguồn "phòng thí nghiệm". Với mục đích này, các vi mạch làm sẵn trong gói TO-220 phù hợp với dòng điện lên đến 5A, ví dụ, KR142EN22A. Hoặc ít nhất là đối với mạch này, bạn cần chế tạo thêm một mô-đun để bảo vệ chống ngắn mạch.
Mạch có thể được gọi là cổ điển, giống như hầu hết các mạch ổn định tuyến tính. Mạch xung hiện đại có nhiều ưu điểm, ví dụ: hiệu suất cao hơn, sưởi ấm ít hơn nhiều, kích thước và trọng lượng nhỏ hơn. Đồng thời, các mạch tuyến tính dễ dàng hơn để làm chủ cho các ham mới bắt đầu và nếu hiệu quả và kích thước không đặc biệt quan trọng, chúng khá phù hợp để cung cấp các thiết bị có điện áp ổn định.
Và tất nhiên, không có gì đánh bại cảm giác khi tôi cấp nguồn cho một số thiết bị từ nguồn điện tự chế và các mạch tuyến tính cho ham mới bắt đầu dễ tiếp cận hơn, bất cứ điều gì người ta có thể nói.