Banco de potencia fuente de diseño

Question

He estado pensando acerca del diseño y la construcción de mi propio banco-top de suministro de energía para uso general. Me imagino el principal uso para estar con la creación de prototipos de baja potencia analógico/digital de circuitos con el ocasional pequeño motor DC y otros dispositivos electromecánicos. La principal razón por la que estoy haciendo esto es para que se familiarice con el diseño de fuente de alimentación, y tener un útil de sobremesa de suministro es una ventaja añadida.

Objetivo de las especificaciones y el dispositivo de objetivos hasta la fecha, las recomendaciones/sugerencias son bienvenidas:

1. Alimentado desde la red de electricidad (yo vivo en los estados unidos, por lo que estoy apuntando ~120VAC@60Hz).
2. La red aislada.
3. Variable de voltaje y corriente de salida, al menos 1A max corriente de salida y 12V max tensión de salida. Preferiblemente me gustaría un 15V o 24V max tensión de salida así como la división de la oferta, a pesar de que estos no son críticos especificaciones.
4. Decente eficiencia. Yo no he spec había un objetivo de eficiencia, pero yo esperaría mayor que el 50% de eficiencia. He oído hablar de SMPS suministros de subir a ~80-90%, posiblemente mayor.

Ya que esto es considerado principalmente como un ejercicio de aprendizaje, he estado considerando seriamente si debería convertir este proyecto en una donde puedo aprender más sobre el uso de electricidad de la red directamente. Estoy atreven a hacerlo porque entiendo que el verdadero peligro para obtener algo mal en la red y que podría utilizar un adaptador de pared (AC-AC o AC-DC) o pre-construido de voltaje constante de la unidad a la alimentación de mi fuente para reducir el riesgo asociado con el trabajo con la red. Soy curioso en cuanto a lo que ustedes piensan acerca de esto, así como cualquier recomendación de recursos que debe comprobar antes de trabajar con la red directamente. Si usted tiene alguna sugerencia para los proyectos que sería más adecuado para un principiante que trabajan directamente con la red que estaría genial, también.

Si me hizo elegir para ir con la toma de corriente directa método creo que me gustaría empezar con una base de transformador para proporcionar el aislamiento y reducir la tensión de entrada, a continuación, utilizar algunos circuitos para obtener ajustable de tensión/corriente.

La interfaz básica con la red:

La cara principal está ligado a través de uno de los lados del transformador, y el alimentado el circuito está ligada a la del otro lado. La señal rectificada a través de un puente de diodos, y la salida se filtra utilizando un gran condensador en paralelo con la carga. Si yo quería, después de down-stream podría utilizar circuitos para regular aún más el voltaje de salida y corriente (algo similar a lo que se hace aquí).

El voltaje a través de la carga debe ser (suponiendo una suficiente carga pequeña o gran condensador, así como cerca-ideal transformador):

\begin{equation} V_L = V_{main} \cdot \frac{N2}{N1} - 2 * V_D \end{equation}

Donde Vmain es la amplitud de la red eléctrica (~170 V en los estados unidos).

Este es un diseño básico que funciona en la teoría, pero lo que en el mundo real consideraciones debo tener en cuenta a la hora de diseñar la interfaz real con la red de electricidad? Sé que una gran capacitiva o inductiva carga va a resultar en un pobre factor de potencia, pero ya que este es un propósito general de suministro de energía estoy asumiendo que cualquiera que sea la carga que adjunta down-stream estará diseñado para compensar que en lugar de tratar de tener la fuente de alimentación de hacer la compensación.

Un enfoque alternativo es el uso de una conmutación de modo de diseño, pero no he encontrado muchos recursos útiles sobre cómo diseñar/implementar uno. Por lo que yo entiendo SMPS utiliza frecuencias mucho más altas por lo que el transformador puede ser más pequeñas, mientras que todavía proporciona un semi-estable de salida de CC. Lo que no entiendo es cómo estás suponer para tener el 60Hz de la señal de la pared y hasta que a un ~10kHz o, incluso, ~1MHz de entrada para las PYMES transformador.

Answer 1

Usted tiene la idea correcta para no reguladas de suministro. Un transformador, cuatro diodos, y como una gran tapa de como usted puede manejar va a servir bastante bien para muchos propósitos, pero no es adecuado para todos.

Hay dos problemas principales con un suministro no reglamentado. En primer lugar, el voltaje no es bien conocida. Incluso con el ideal de los componentes, de manera que la AC que viene del transformador es una fracción fija de la AC va en, usted todavía tiene variaciones en los que la entrada de CA. El poder de la pared puede variar por alrededor de 10%, y eso sin considerar situaciones inusuales como las caídas de tensión. Entonces usted tiene la impedancia del transformador. Como la corriente, la tensión de salida del transformador se caerá.

Segundo, habrá de dominó, posiblemente bastante significativo de la ondulación. Que cap es pagar dos veces por ciclo de línea, o cada 8.3 de ms. En medio de la línea de picos, el cap es el suministro de la corriente de salida. Esto reduce la tensión en el cap. La única manera de disminuir este ondulación en este tipo de diseño es el uso de un mayor gorra o menos corriente.

Y ni siquiera pensar en el factor de potencia. El factor de potencia de una onda completa con puente presenta a la línea de AC no es "agradable". El transformador será suave que un poco, pero todavía tendrá un mal factor de potencia, independientemente de lo que la carga. Afortunadamente, el factor de potencia es de poco interés para algo como un banco de suministro. Su refrigerador probablemente se trata de la línea de energía peor que el banco de abastecimiento alguna vez. No te preocupes por eso.

Algunas cosas que usted puede hacer con este suministro es ejecutar una cosa que tiene una estrecha tolerancia de tensión. Por ejemplo, muchos de los dispositivos digitales se desea 5.0 V o 3,3 V ± 10%. Eres el suministro no ser capaz de hacer eso. Lo que probablemente debería hacer es objetivo de 7.5 V más bajo posible salida de la carga, con el menor válido el voltaje de la línea, y en la parte inferior de las ondas. Si puede garantizar que, puede utilizar un regulador de voltaje 7805 para hacer un bonito y limpio de 5 V adecuado para los circuitos digitales.

Tenga en cuenta que después de la cuenta por todas las razones de la tensión de alimentación puede caer, que el valor nominal de la tensión de salida puede ser de varios voltios más. Si es así, mantener la disipación del regulador en la mente. Por ejemplo, si la tensión nominal de salida de la fuente es de 9 V, entonces el regulador de caída de 4 V. 4 V veces la corriente es la de poder que va a calentar el regulador. Por ejemplo, si este es alimentar un circuito digital que atrae a 200 mA, a continuación, la disipación en el regulador de 4V x 200 ma = 800 mw. Que la voluntad de conseguir un 7805 en aire muy caliente, pero probablemente todavía esté bien. Afortunadamente, los reguladores 7805 contienen un apagado térmico de circuito, por lo que se acaba de apagar la salida por un tiempo, en lugar de permitir a sí mismos para llegar cocido.

Answer 2

Creo que el circuito ha especificado está muy bien para un suministro no reglamentado. Un sin transformador de suministro no es una buena elección para una sobremesa de suministro; si se utiliza un transformador para aislar usted podría utilizar un transformador para que el paso hacia abajo de la corriente.

Mesa de trabajo de los suministros son más útiles si están regulados. La oferta que yo uso tiene fijos los voltajes de +5, +12 y -12 voltios, y luego una variable de suministro que va hasta 20 voltios. El +- de 12 voltios suministros son útiles para op-amp circuitos, pero para el trabajo que hago yo', probablemente sería más feliz con un 3.5 voltios, en lugar.

Para los reguladores, usted tiene un par de opciones. Hay muy-fácil-a-uso de los reguladores lineales que tirar el exceso de voltaje en forma de calor, lo cual está bien a menos que necesite un poco justo de la corriente. Si desea más actual, usted puede comprar o construir los reguladores de conmutación.

Ah, y definitivamente, usted debe agregar un fusible para el circuito de alimentación de la fuente de alimentación.

Answer 3

Para responder a sus preguntas directamente, sí, el puente de diodos se conectan correctamente. Si desea una salida que va a 24V, me gustaría sugerir la compra de un transformador que proporciona al menos 20VAC, 24VAC sería una mejor opción. Hay un montón de otros problemas que resolver, como la cantidad de salidas de hacer que usted desea, y la definición de la superficie útil de rango de voltaje de salida, el control de la salida (de bote o digitalmente), ajuste del límite de corriente, protección de la salida, etc. Si desea crear un "laboratorio" de suministro, usted probablemente querrá que las salidas limpiamente ir a 0,00 V. O usted puede ser feliz con salidas de bajar a 1V, en cuyo caso LDOs podría estar bien ya que estamos hablando solamente de un amplificador.