Ներածություն գծային լարման կարգավորիչների `8 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:47

Հինգ տարի առաջ, երբ ես առաջին անգամ սկսեցի աշխատել Arduino- ի և Raspberry Pi- ի հետ, ես շատ չէի մտածում էլեկտրամատակարարման մասին, այս պահին ազնվամորի Pi- ի էներգիայի ադապտորը և Arduino- ի USB մատակարարումը ավելի քան բավարար էին:

Բայց որոշ ժամանակ անց հետաքրքրասիրությունս դրդեց ինձ դիտարկել էներգիայի մատակարարման այլ մեթոդներ, և ավելի շատ նախագծեր ստեղծելուց հետո ես ստիպված եղա նկատի ունենալ տարբեր և հնարավորության դեպքում կարգավորելի հոսանքի աղբյուրների մասին:

Հատկապես, երբ ավարտեք ձեր դիզայնը, անպայման կցանկանաք կառուցել ձեր նախագծի ավելի մշտական տարբերակ, և դրա համար պետք է հաշվի առնել, թե ինչպես շարունակել դրան էներգիա տրամադրելը:

Այս ձեռնարկում ես կբացատրեմ, թե ինչպես կարող եք ստեղծել ձեր սեփական գծային էներգիայի մատակարարումը լայնորեն կիրառվող և մատչելի լարման կարգավորիչներով IC (LM78XX, LM3XX, PSM-165 և այլն): Դուք կծանոթանաք դրանց գործառույթների և սեփական նախագծերի իրականացման մասին:

Քայլ 1: Դիզայնի նկատառումներ

Լարման ընդհանուր մակարդակները

Կան մի քանի ստանդարտ լարման մակարդակներ, որոնք կարող են պահանջել ձեր դիզայնը.

• 3.3 վոլտ DC-Սա սովորական լարում է, որն օգտագործվում է Raspberry PI- ի և ցածր էներգիայի թվային սարքերի կողմից:
• 5 վոլտ DC - Սա ստանդարտ TTL (Transistor Transistor Logic) լարվածությունն է, որն օգտագործվում է թվային սարքերի կողմից:
• 12 վոլտ DC - օգտագործվում է DC, servo և stepper շարժիչների համար:
• 24/48 վոլտ DC - լայնորեն օգտագործվում է CNC և 3D տպման նախագծերում:

Ձեր նախագծում պետք է հաշվի առնել, որ տրամաբանական մակարդակի լարումները պետք է շատ ճշգրիտ կարգավորվեն: Օրինակ ՝ TTL լարում ունեցող սարքերի համար մատակարարման լարումը պետք է լինի 4.75 -ից 5.25 վոլտ, հակառակ դեպքում լարման ցանկացած շեղում կհանգեցնի տրամաբանական բաղադրիչների ճիշտ աշխատանքի դադարեցմանը կամ նույնիսկ քանդել ձեր բաղադրիչները:

Ի տարբերություն տրամաբանական մակարդակի սարքերի, շարժիչների, LED- ների և էլեկտրոնային այլ բաղադրիչների սնուցման աղբյուրը կարող է շեղվել լայն տիրույթում: Բացի այդ, դուք պետք է հաշվի առնեք ծրագրի ընթացիկ պահանջները: Հատկապես շարժիչները կարող են հանգեցնել ընթացիկ տատանումների տատանումների, և դուք պետք է նախագծեք ձեր էլեկտրամատակարարումը `« ամենավատ »իրավիճակին համապատասխանելու համար, երբ յուրաքանչյուր շարժիչ աշխատում է ամբողջ հզորությամբ:

Դուք պետք է տարբեր մոտեցում օգտագործեք գծով սնվող և մարտկոցով սնվող նախագծերի լարման կարգավորման համար, քանի որ մարտկոցի լարման մակարդակը կտատանվի մարտկոցի լիցքաթափման ժամանակ:

Լարման կարգավորիչի նախագծման մեկ այլ կարևոր կողմը արդյունավետությունն է. Հատկապես մարտկոցներով աշխատող նախագծերում դուք պետք է նվազեցնեք էներգիայի կորուստները նվազագույնի:

Ո ATՇԱԴՐՈԹՅՈՆ. Շատ երկրներում անձը չի կարող օրինականորեն աշխատել առանց լիցենզիայի 50 Վ լարման լարման բարձր լարման հետ: Mistakeանկացած սխալ, որը թույլ է տալիս մահացու լարման հետ աշխատող ցանկացած անձ, կարող է հանգեցնել իրենց կամ մեկ այլ մարդու մահվան: Այս պատճառով ես միայն կբացատրեմ DC հոսանքի աղբյուրի կառուցումը 60 Վ լարման տակ լարման մակարդակով:

Քայլ 2. Լարման կարգավորիչների տեսակները

Լարման կարգավորիչների երկու հիմնական տեսակ կա.

• գծային լարման կարգավորիչներ, որոնք առավել մատչելի և պարզ են օգտագործման համար
• միացման լարման կարգավորիչներ, որոնք ավելի արդյունավետ են, քան գծային լարման կարգավորիչները, բայց ավելի թանկ են և պահանջում են ավելի բարդ սխեմայի ձևավորում:

Այս ձեռնարկում մենք կաշխատենք գծային լարման կարգավորիչների հետ:

Գծային լարման կարգավորիչների էլեկտրական բնութագրերը

Գծային կարգավորիչի լարման անկումը համաչափ է IC- ի ցրված հզորությանը, կամ այլ կերպ ասած `էներգիան կորցնում է ջեռուցման ազդեցության պատճառով:

Գծային կարգավորիչներում էներգիայի սպառման համար կարող է օգտագործվել հետևյալ հավասարումը.

Հզորություն = (VI մուտքագրում - VO ելք) x I

L7805 գծային կարգավորիչը պետք է ցրվի առնվազն 2 վտ, եթե այն հասցնի 1 Ա բեռ (2 Վ լարման անկման ժամանակ 1 Ա):

Մուտքի և ելքի լարման միջև լարման տարբերության ավելացման հետ մեկտեղ ավելանում է նաև էներգիայի սպառումը: Օրինակ ՝ եթե 7 վոլտ աղբյուրը, որը կարգավորվում է 5 վոլտ -ով, 1 ամպ մատակարարելով, կթափի 2 վտ գծային կարգավորիչի միջոցով, 12 Վ լարման անընդհատ աղբյուրը, որը կարգավորվում է 5 վոլտով, նույն հոսանքը կթափի 5 վտ ՝ կարգավորիչը դարձնելով ընդամենը 50 %: արդյունավետ

Հաջորդ կարևոր պարամետրը «rmերմային դիմադրություն» է ՝ ° C/W (° C մեկ Վտ) միավորներով:

Այս պարամետրը ցույց է տալիս, թե քանի աստիճանով չիպը տաքանում է շրջակա օդի ջերմաստիճանից բարձր, յուրաքանչյուր վտ հզորության դիմաց այն պետք է ցրվի: Պարզապես բազմապատկեք հաշվարկված էներգիայի ցրումը ջերմային դիմադրության միջոցով և դա ձեզ կասի, թե որքանով է այդ գծային կարգավորիչը տաքանալու այդ հզորության ներքո.

Power x rmերմային դիմադրություն = Abերմաստիճանը շրջակա միջավայրից

Օրինակ, 7805 կարգավորիչն ունի 50 ° C / Watt ջերմային դիմադրություն: Սա նշանակում է, եթե ձեր կարգավորիչը ցրվում է.

• 1 վտ, այն տաքանալու է 50 ° C
• .2 վտ այն տաքացնելու է 100 ° C:

EԱՆՈԹՈԹՅՈՆ. Planningրագրի պլանավորման փուլում փորձեք գնահատել պահանջվող հոսանքը և նվազեցնել լարման տարբերությունը նվազագույնի: Օրինակ ՝ 78XX գծային լարման կարգավորիչն ունի 2 Վ լարման անկում (նվազագույն մուտքային լարումը ՝ Vin = 5 + 2 = 7 V DC), արդյունքում կարող եք օգտագործել 7, 5 կամ 9 Վ լարման հոսանք:

Արդյունավետության հաշվարկ

Հաշվի առնելով, որ ելքային հոսանքը հավասար է գծային կարգավորիչի մուտքային հոսանքին, ապա մենք կստանանք պարզեցված հավասարում.

Արդյունավետություն = Vout / Vin

Օրինակ, ենթադրենք, մուտքի վրա ունեք 12 Վ, և անհրաժեշտ է 5 Վ թողնել բեռնվածքի հոսանքի 1 Ա -ում, ապա գծային կարգավորիչի արդյունավետությունը կլինի միայն (5 Վ / 12 Վ) x 100 % = 41 %: Սա նշանակում է, որ մուտքի էներգիայի միայն 41 % -ն է փոխանցվում ելքին, իսկ մնացած էներգիան կկորչի որպես ջերմություն:

Քայլ 3. 78XX գծային կարգավորիչներ

78XX լարման կարգավորիչները 3-պին սարքեր են, որոնք հասանելի են մի շարք տարբեր փաթեթներում ՝ սկսած հզոր հզոր տրանզիստորային փաթեթներից (T220) մինչև մակերևույթի վրա տեղադրվող փոքր սարքեր, դա լարման դրական կարգավորիչ է: 79XX շարքը համարժեք բացասական լարման կարգավորիչներ են:

78XX կարգավորիչների շարքը ապահովում է հաստատուն կարգավորվող լարումներ 5 -ից 24 Վ -ի: IC մասի համարի վերջին երկու թվանշանները նշանակում են սարքի ելքային լարումը: Սա նշանակում է, որ, օրինակ, 7805 -ը դրական 5 վոլտ կարգավորիչ է, 7812 -ը `դրական 12 վոլտ կարգավորիչ:

Այս լարման կարգավորիչներն ուղիղ առաջ են. Միացրեք L8705- ը և մի քանի էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներ մուտքի և ելքի միջով, և դուք կառուցեք պարզ լարման կարգավորիչ 5 Վ Arduino նախագծերի համար:

Կարևոր քայլն այն է, որ ստուգեք տվյալների թերթերը ՝ պարզելու և արտադրողի առաջարկությունները:

78XX (դրական) կարգավորիչները օգտագործում են հետևյալ քորոցները.

1. INPUT- չկարգավորվող DC մուտքագրում Vin
2. ՏԵEFԵԿԱՏՈ ((հիմք)
3. OUTPUT -կարգավորվող DC ելք Vout

Այս լարման կարգավորիչների TO-220 պատյանների տարբերակի մասին պետք է նշել, որ պատյանն էլեկտրականորեն միացված է կենտրոնական քորոցին (փին 2): 78XX շարքի վրա դա նշանակում է, որ գործը հիմնավորված է:

Այս տիպի գծային կարգավորիչն ունի 2 Վ լարման լարում, արդյունքում 1 Վ -ով 5 Վ ելքով, դուք պետք է ունենաք առնվազն 2.5 Վ DC անընդմեջ գլխի լարվածություն (այսինքն ՝ 5V + 2.5V = 7.5V DC մուտք):

Հարթեցնող կոնդենսատորների արտադրողի առաջարկություններն են `CInput = 0.33 µF և COutput = 0.1 µF, սակայն ընդհանուր պրակտիկան մուտքի և ելքի 100 μF կոնդենսատոր է: Դա վատագույն սցենարի լավ լուծում է, և կոնդենսատորները օգնում են հաղթահարել մատակարարման հանկարծակի տատանումներ և անցողիկ փոփոխություններ:

Այն դեպքում, երբ մատակարարումը ընկնում է 2 Վ շեմի սահմանից, կոնդենսատորները կայունացնելու են մատակարարումը `ապահովելու համար, որ դա տեղի չի ունենում: Եթե ձեր նախագիծը չունի այդպիսի անցողիկ, ապա կարող եք աշխատել արտադրողի առաջարկությունների համաձայն:

Պարզ գծային լարման կարգավորիչի միացումն ընդամենը L7805 լարման կարգավորիչ և երկու կոնդենսատոր է, բայց մենք կարող ենք արդիականացնել այս սխեման `ստեղծելու ավելի առաջադեմ էներգիայի մատակարարում` պաշտպանվածության և տեսողական ցուցումների որոշակի մակարդակով:

Եթե ցանկանում եք տարածել ձեր նախագիծը, ապա ես անպայման կառաջարկեմ ավելացնել այդ մի քանի լրացուցիչ բաղադրիչները, որպեսզի կանխեք հաճախորդների հետ հետագա անհարմարությունները:

Քայլ 4. Թարմացրեք 7805 շղթան

Նախ կարող եք անջատիչով միացնել կամ անջատել միացումը:

Բացի այդ, դուք կարող եք տեղադրել դիոդ (D1), որը լարված է հակառակ կողմնակալությամբ կարգավորիչի ելքի և մուտքի միջև: Եթե բեռի մեջ կան ինդուկտորներ, կամ նույնիսկ կոնդենսատորներ, մուտքի կորուստը կարող է հակառակ լարման պատճառ դառնալ, ինչը կարող է ոչնչացնել կարգավորիչը: Դիոդը շրջանցում է ցանկացած նման հոսանք:

Լրացուցիչ կոնդենսատորները հանդես են գալիս որպես մի տեսակ վերջնական զտիչ: Դրանք պետք է լինեն ելքային լարման համար գնահատված լարման, բայց պետք է լինեն այնքան բարձր, որ ներդաշնակությանը համապատասխանեն անվտանգության մի փոքր լուսանցքի համար (օրինակ ՝ 16 25 Վ): Նրանք իսկապես կախված են ձեր ակնկալվող բեռի տեսակից և կարող են բաց թողնել մաքուր DC բեռի դեպքում, բայց C1- ի և C2- ի համար 100uF- ը և C4- ի համար (և C3) 1uF- ը լավ սկիզբ կլինի:

Բացի այդ, կարող եք ավելացնել LED և համապատասխան ընթացիկ սահմանափակող դիմադրություն `ցուցիչ լուսավորելու համար, որը շատ օգտակար է էներգիայի մատակարարման խափանումների հայտնաբերման համար. երբ միացումն աշխատում է, LED լույսերը միացված են, հակառակ դեպքում որոշ անհաջողություններ փնտրեք ձեր շղթայում:

Լարման կարգավորիչների մեծամասնությունը ունի պաշտպանական սխեմաներ, որոնք պաշտպանում են չիպերը գերտաքացումից, և եթե այն շատ տաքանա, այն իջեցնում է ելքային լարումը և, հետևաբար, սահմանափակում է ելքային հոսանքը, որպեսզի սարքը չփչանա ջերմությունից: TO-220 փաթեթների լարման կարգավորիչներն ունեն նաև տեղադրիչ անցք ջերմատաքացուցիչի կցորդի համար, և ես կառաջարկեմ, որ դուք անպայման պետք է այն օգտագործեք արդյունաբերական լավ ջեռուցիչ ամրացնելու համար:

Քայլ 5: Ավելի շատ ուժ 78XX- ից

78XX կարգավորիչների մեծ մասը սահմանափակվում է 1 - 1.5 Ա ելքային հոսանքով: Եթե IC կարգավորիչի ելքային հոսանքը գերազանցում է իր առավելագույն թույլատրելի սահմանը, ապա նրա ներքին անցուղու տրանզիստորը կփոշիացնի ավելի շատ էներգիա, քան կարող է հանդուրժել, ինչը կհանգեցնի դեպի անջատում:

Applicationsրագրերի համար, որոնք պահանջում են կարգավորիչի ընթացիկ առավելագույն թույլատրելի սահմանը, արտաքին անցման տրանզիստորը կարող է օգտագործվել ելքային հոսանքը բարձրացնելու համար: FAIRCHILD Semiconductor- ի նկարը ցույց է տալիս նման կոնֆիգուրացիան: Այս սխեման ունի բեռի ավելի բարձր հոսանք (մինչև 10 Ա) արտադրելու ունակություն, սակայն միևնույն ժամանակ պահպանելով IC կարգավորիչի ջերմային անջատումը և կարճ միացման պաշտպանությունը:

BD536 հզորության տրանզիստորը առաջարկվում է արտադրողի կողմից:

Քայլ 6: LDO լարման կարգավորիչներ

L7805- ը շատ պարզ սարք է `թողնելու հարաբերական բարձր լարման հետ:

Որոշ գծային լարման կարգավորիչներ, այսպես կոչված, ցածր լիցքաթափում (LDO), ունեն շատ ավելի փոքր լարման թողարկում, քան 7805-ի 2 Վ-ը: Օրինակ, LM2937 կամ LM2940CT-5.0- ն ունի 0.5V թողարկում, արդյունքում ձեր էներգիայի մատակարարման սխեման ունեն ավելի բարձր արդյունավետություն, և այն կարող եք օգտագործել մարտկոցի սնուցման աղբյուր ունեցող նախագծերում:

Նվազագույն Vin-Vout դիֆերենցիալը, որը կարող է գործել գծային կարգավորիչը, կոչվում է թողման լարում: Եթե Vin- ի և Vout- ի միջև տարբերությունը ընկնում է լարման լարման տակ, ապա կարգավորիչը գտնվում է թողման ռեժիմում:

Lowածր թողնող կարգավորիչները շատ ցածր տարբերություն ունեն մուտքային և ելքային լարման միջև: Հատկապես LM2940CT-5.0 գծային կարգավորիչների լարման տարբերությունը կարող է հասնել 0.5 վոլտից պակաս, մինչև սարքերը «դուրս գան»: Սովորական աշխատանքի համար մուտքային լարումը պետք է լինի 0.5 Վ -ից բարձր, քան ելքը:

Լարման այդ կարգավորիչներն ունեն նույն T220 ձևի գործոնը, ինչ L7805- ը `նույն դասավորությամբ` մուտքագրում ձախում, գետնին մեջտեղում և ելք աջից (երբ դիտվում է առջևից): Արդյունքում կարող եք օգտագործել նույն սխեման: Կոնդենսատորների արտադրության առաջարկություններն են `CInput = 0.47 µF և COutput = 22 µF:

Մեկ հիմնական թերություն այն է, որ «ցածր լքված» կարգավորիչները 7805 սերիայի համեմատ ավելի թանկ են (նույնիսկ մինչև տասն անգամ):

Քայլ 7. Կարգավորվող LM317 էլեկտրամատակարարում

LM317- ը փոփոխական ելքով դրական գծային լարման կարգավորիչ է, ընդունակ է մատակարարել ավելի քան 1.5 Ա ելքային հոսանք ՝ ելքային լարման միջակայքում ՝ 1.2–37 Վ:

. Առաջին երկու տառերը նշանակում են արտադրողի նախասիրությունները, օրինակ ՝ «LM», որը նշանակում է «գծային միաձույլ»: Այն փոփոխական ելքով լարման կարգավորիչ է, ուստի այն շատ օգտակար է այն իրավիճակներում, երբ ձեզ անհրաժեշտ է ոչ ստանդարտ լարման: 78xx ձևաչափը դրական լարման կարգավորիչ է, կամ 79xx բացասական լարման կարգավորիչ, որտեղ «xx» - ը ներկայացնում է սարքերի լարումը:

Ելքային լարման միջակայքը 1.2 Վ -ից մինչև 37 Վ է, և այն կարող է օգտագործվել ձեր Raspberry Pi, Arduino կամ DC Motors Shield- ի սնուցման համար: LM3XX- ն ունի նույն մուտքային/ելքային լարման տարբերությունը, ինչ 78XX- ը `մուտքը պետք է լինի ելքային լարումից առնվազն 2,5 Վ բարձր:

Ինչպես 78XX կարգավորիչների շարքի դեպքում, այնպես էլ LM317- ը երեք փին սարք է: Բայց էլեկտրագծերը մի փոքր այլ են:

LM317 կապի մասին հիմնական բանը պետք է նշել երկու R1 և R2 ռեզիստորները, որոնք ապահովում են կարգավորիչի հղումային լարումը: այս հղման լարումը որոշում է ելքային լարումը: Դուք կարող եք հաշվարկել այս դիմադրության արժեքները հետևյալ կերպ.

Vout = VREF x (R2/R1) + IAdj x R2

IAdj- ը սովորաբար 50 μA է և աննշան է շատ ծրագրերում, իսկ VREF- ը 1.25 V է `նվազագույն ելքային լարումը:

Եթե մենք անտեսենք IAdj- ն, ապա մեր հավասարումը կարող է պարզեցվել

Vout = 1,25 x (1 + R2/R1)

Եթե մենք կօգտագործենք R1 240 Ω և R2 1 կՄ -ով, ապա կստանանք ելքային լարում Vout = 1.25 (1+0/240) = 1.25 Վ:

Երբ մենք պոտենցիոմետրի բռնակն ամբողջությամբ կշրջենք այլ ուղղությամբ, ապա ելքային լարում կստանանք Vout = 1.25 (1+2000/240) = 11.6 V:

Եթե ձեզ անհրաժեշտ է ավելի բարձր ելքային լարում, ապա դուք պետք է փոխարինեք R1- ը 100 Ω դիմադրիչով:

Շրջանը բացատրեց

• R1 և R2 պահանջվում են ելքային լարումը սահմանելու համար: CAdj- ը խորհուրդ է տրվում բարելավել ալիքների մերժումը: Այն կանխում է ալիքի ուժեղացումը, քանի որ ելքային լարումը ավելի բարձր է ճշգրտվում:
• C1- ը խորհուրդ է տրվում, հատկապես, եթե կարգավորիչը մոտ չէ էլեկտրամատակարարման ֆիլտրի կոնդենսատորներին: 0.1-μF կամ 1 μF կերամիկական կամ տանտալ կոնդենսատորը ապահովում է բավարար շրջանցում շատ ծրագրերի համար, հատկապես, երբ օգտագործվում են ճշգրտման և ելքային կոնդենսատորներ:
• C2- ը բարելավում է անցողիկ արձագանքը, սակայն կայունության համար անհրաժեշտ չէ:
• Եթե CAdj- ն օգտագործվում է, խորհուրդ է տրվում պաշտպանել դիոդը D2: Դիոդն ապահովում է ցածր դիմադրողականության արտանետման ուղի `կանխելու կոնդենսատորի կարգավորիչի ելքի մեջ լիցքավորումը:
• C2- ի օգտագործման դեպքում խորհուրդ է տրվում պաշտպանել դիոդը D1: Դիոդն ապահովում է ցածր դիմադրողականության արտանետման ուղի `կանխելու կոնդենսատորի կարգավորիչի ելքի մեջ լիցքավորումը:

Քայլ 8: Ամփոփում

Գծային կարգավորիչները օգտակար են, եթե.

• Ելքային լարման դիֆերենցիալ մուտքը փոքր է
• Դուք ունեք ցածր բեռի հոսանք
• Դուք պահանջում եք չափազանց մաքուր ելքային լարում
• Դուք պետք է հնարավորինս պարզ և էժան պահեք դիզայնը:

Հետևաբար, ոչ միայն գծային կարգավորիչներն են ավելի հեշտ օգտագործելի, այլ դրանք ապահովում են ավելի մաքուր ելքային լարում ՝ համեմատած անջատիչ կարգավորիչների, առանց որևէ տատանման, ցատկման և աղմուկի: Ամփոփելով ՝ կարող եմ ասել, որ եթե էներգիայի սպառումը չափազանց մեծ է կամ ձեզանից պահանջվում է լրացուցիչ կարգավորիչ, գծային կարգավորիչը կլինի ձեր լավագույն տարբերակը: