Arten von Netzteilen

Geregelte Stromversorgungen beziehen sich normalerweise auf eine Stromversorgung, die eine Vielzahl von Ausgangsspannungen liefern kann, die zum Testen elektronischer Schaltungen auf dem Prüfstand nützlich sind, möglicherweise bei kontinuierlicher Änderung der Ausgangsspannung oder nur einiger voreingestellter Spannungen. Fast alle elektronischen Geräte, die in elektronischen Schaltkreisen verwendet werden, benötigen zum Betrieb eine Gleichstromquelle. Eine geregelte Stromversorgung besteht im Wesentlichen aus einer gewöhnlichen Stromversorgung und einer Spannungsregelvorrichtung. Der Ausgang einer normalen Stromversorgung wird dem Spannungsregelgerät zugeführt, das den endgültigen Ausgang liefert. Die Ausgangsspannung bleibt unabhängig von Änderungen der Eingangswechselspannung oder Änderungen des Ausgangsstroms (oder des Laststroms) konstant, ihre Amplitude wird jedoch entsprechend den Lastanforderungen variiert.

Einige dieser Arten von Netzteilen werden nachstehend erläutert.

SMPS

Das Bestreben der Industrie, kleinere, leichtere und produktivere Elektroniksysteme zu entwickeln, hat zur Weiterentwicklung des SMPS geführt, das nichts anderes als ein Schaltnetzteil ist. Es gibt einige Topologien, die normalerweise zur Aktualisierung von SMPS verwendet werden. Ein Schaltnetzteil ist ein elektronisches Netzteil, das einen Schaltregler enthält, um elektrische Energie effizient umzuwandeln. Durch die Verwendung hoher Schaltfrequenzen werden dabei die Größen des Leistungstransformators und der zugehörigen Filterkomponenten im SMPS im Vergleich zum linearen drastisch reduziert. DC / DC-Wandler und DC / AC-Wandler gehören zur Kategorie der SMPS.

In einer linearen Reglerschaltung fällt die Überspannung von der ungeregelten Gleichstromeingangsversorgung über ein Reihenelement ab, und daher tritt proportional zu diesem Spannungsabfall ein Leistungsverlust auf, während in einer Schaltmodusschaltung der ungeregelte Teil der Spannung durch Modulieren der Schaltleistung entfernt wird Verhältnis. Die Schaltverluste in modernen Schaltern (wie: MOSFETs) sind viel geringer als die Verluste im linearen Element.

Die meisten elektronischen Gleichstromlasten werden von Standardstromquellen gespeist. Leider stimmen die Standardquellenspannungen möglicherweise nicht mit den von Mikroprozessoren, Motoren, LEDs oder anderen Lasten geforderten Pegeln überein, insbesondere wenn die Quellenspannung nicht wie Batteriequellen und andere Gleichstrom- sowie Wechselstromquellen geregelt wird.

SMPS-Blockdiagramm:

Die Hauptidee hinter einem Schaltnetzteil (SMPS) kann aus dem Konzept der konzeptionellen Erklärung eines DC-DC-Wandlers leicht verstanden werden. Wenn der Systemeingang AC ist, besteht die erste Stufe darin, in DC umzuwandeln. Dies nennt man Berichtigung. Das SMPS mit DC-Eingang benötigt keine Gleichrichtungsstufe. Viele neuere SMPS verwenden eine spezielle PFC-Schaltung (Power Factor Correction). Indem wir der Sinuswelle des Wechselstromeingangs folgen, können wir den Eingangsstrom erzeugen. Das gleichgerichtete Signal wird vom Eingangsreservoirkondensator gefiltert, um die ungeregelte DC-Eingangsversorgung zu erzeugen. Die ungeregelte Gleichstromversorgung erfolgt über einen Hochfrequenzschalter. Für höhere Frequenzen sind Komponenten mit höherer Pegelkapazität und Induktivität erforderlich. In diesem Fall können MOSFETs als Synchrongleichrichter verwendet werden, die noch geringere Spannungsabfälle der leitenden Stufe aufweisen. Die hohe Schaltfrequenz schaltet die Eingangsspannung über die Primärwicklung des Leistungstransformators. Die Ansteuerimpulse sind normalerweise feste Frequenz und variabler Arbeitszyklus. Der Ausgang des Sekundärtransformators wird gleichgerichtet und gefiltert. Dann wird es an den Ausgang des Netzteils gesendet. Die Regelung des Ausgangs zur Bereitstellung einer stabilisierten Gleichstromversorgung erfolgt durch den Steuer- oder Rückkopplungsblock.

Die meisten SMPS. Systeme arbeiten auf der Basis einer Pulsweitenmodulation mit fester Frequenz, wobei die Dauer der Einschaltzeit des Antriebs zum Leistungsschalter zyklisch variiert wird. Das dem Schalter gegebene Impulsbreitensignal ist umgekehrt proportional zum Ausgang der Ausgangsspannung. Der Oszillator wird durch die Spannungsrückkopplung von einem Regler gesteuert. Dies wird normalerweise durch Verwendung eines kleinen Impulstransformators oder eines Optokopplers erreicht, wodurch die Anzahl der Komponenten erhöht wird. In einem SMPS hängt der Ausgangsstromfluss vom Eingangsleistungssignal, den verwendeten Speicherelementen und Schaltungstopologien sowie von dem Muster ab, das zum Ansteuern der Schaltelemente verwendet wird. Durch die Verwendung von LC-Filtern werden die Ausgangswellenformen gefiltert.

Vorteile von SMPS:

• Höhere Effizienz, da der Schalttransistor wenig Leistung verbraucht
• Geringere Wärmeerzeugung durch höhere Effizienz
• Kleiner
• Geringeres Gewicht
• Reduzierte harmonische Rückkopplung in die Versorgungsleitung

Anwendungen von SMPS:

• Persönliche Computer
• Werkzeugmaschinenindustrie
• Sicherheitssysteme

Zusammen mit SMPS wird unten eine andere Schaltung für geregelte Versorgungs- und Sicherungszwecke erörtert.

Lineare Netzteile

Werkbank-Netzteil mit Backup

Ein Werkbanknetzteil ist ein Gleichstromnetzteil, das verschiedene geregelte Gleichspannungen liefern kann, die zum Testen oder zur Fehlersuche verwendet werden. Es wurde eine einfache Schaltung einer geregelten Stromversorgung mit Batterieunterstützung entwickelt, die als Werkbank-Stromversorgung verwendet werden kann. Es liefert 12 Volt, 9 Volt und 5 Volt geregelten Gleichstrom, um Prototypen beim Testen oder bei der Fehlersuche mit Strom zu versorgen. Es hat auch eine Batterie, um die Arbeit fortzusetzen, wenn die Stromversorgung ausfällt. Eine Anzeige für niedrigen Batteriestand wird ebenfalls bereitgestellt, um den Batteriestatus zu bestätigen.

Es besteht aus drei Hauptabschnitten:

Ein Gleichrichter und eine Filtereinheit, die das Wechselstromsignal unter Verwendung der Kombination von Transformator, Dioden und Kondensatoren in ein geregeltes Gleichstromsignal umwandeln.

Alternativ wird eine Batterie verwendet, die während der Hauptstromversorgung aufgeladen und bei fehlender Hauptversorgung als Stromquelle verwendet werden kann.

Eine Batterieladeanzeige, die die Batterieladung und -entladung anzeigt.

Ein 14-0-14, 500 mA Transformator, Gleichrichterdioden D1, D2 und Glättungskondensator C1 bilden sich das Netzteil . Wenn die Netzspannung verfügbar ist, spannt D3 in Vorwärtsrichtung vor und liefert mehr als 14 Volt Gleichstrom an IC1, wodurch dann geregelte 12 Volt erzeugt werden, die von seinem Ausgang abgegriffen werden können. Gleichzeitig liefert IC2 geregelte 9 Volt und IC3 geregelte 5 Volt von ihren Ausgängen.

Als Backup wird ein 12 Volt 7,5 Ah Akku verwendet. Wenn Netzstrom verfügbar ist, wird er über D3 und R1 aufgeladen. R1 begrenzt den Strom zum Laden. Um ein Überladen zu vermeiden, ist der Erhaltungslademodus sicher, wenn die Stromversorgung längere Zeit geschaltet ist und der Akku nicht verwendet wird. Der Ladestrom liegt bei 100-150 mA. Wenn die Netzstromversorgung ausfällt, spannen D3 Rückwärtsvorspannung und D4 Vorwärtsvorspannung vor und die Batterie übernimmt die Last. Eine USV-Batterie ist eine ideale Wahl.

Die Zenerdiode ZD und der PNP-Transistor T1 bilden die Anzeige für niedrigen Batteriestand. Diese Art der Anordnung wird in Wechselrichtern verwendet, um den niedrigen Batteriestatus anzuzeigen. Wenn die Batteriespannung über 11 Volt liegt, leitet und hält Zener die Basis von T1 hoch, so dass sie ausgeschaltet bleibt. Wenn die Batteriespannung unter 11 Volt fällt, schaltet sich der Zener aus und T1 spannt vorwärts. (Die Zenerdiode leitet nur, wenn die Spannung über ihr über 1 Volt oder höher als ihre Nennspannung liegt. Hier leitet der 10-Volt-Zener nur, wenn die Spannung über 11 Volt liegt.) Die LED leuchtet dann, um anzuzeigen, dass die Batterie aufgeladen werden muss. VR1 stellt den korrekten Ausschaltpunkt des Zener ein. Laden Sie die Batterie vollständig auf und messen Sie ihre Klemmenspannung. Wenn sie über 12 Volt liegt, stellen Sie den Scheibenwischer des voreingestellten VR1 in die mittlere Position und drehen Sie ihn leicht, bis die LED erlischt. Drehen Sie das Preset nicht bis zum äußersten Ende. Die Batterie sollte immer eine ausreichende Spannung über 12 Volt enthalten (die voll aufgeladene Batterie zeigt ungefähr 13,8 Volt an), dann erhält nur IC1 eine ausreichende Eingangsspannung.

Selbstschaltendes Netzteil Freies Schaltbild

In diesem Schaltplan wird bei einem geregelten Stromversorgungskreis zwar ein Festspannungsregler U1-LM7805 nicht nur eine Variable, sondern auch automatische Abschaltung Eigenschaften. Dies wird durch ein Potentiometer erreicht, das zwischen der gemeinsamen Klemme des Regler-IC und Masse geschaltet ist. Für jedes 100-Ohm-Inkrement des In-Circuit-Werts des Widerstands des Potentiometers RV1 erhöht sich die Ausgangsspannung um 1 Volt. Somit variiert der Ausgang von 3,7 V bis 8,7 V (unter Berücksichtigung des 1,3-Volt-Abfalls an den Dioden D7 und D8).

Wenn keine Last an den Ausgangsklemmen angeschlossen ist, besteht die Versorgung darin, dass sie sich selbst abschaltet. Dies wird mit Hilfe der Transistoren Q1 und Q2, der Dioden D7 und D8 und des Kondensators C2 erreicht. Wenn eine Last am Ausgang angeschlossen ist, reicht ein Potentialabfall über die Dioden D7 und D8 (ungefähr 1,3 V) aus, damit die Transistoren Q2 und Q1 leiten können. Infolgedessen wird das Relais angezogen und bleibt in diesem Zustand, solange die Last angeschlossen bleibt. Gleichzeitig wird der Kondensator C2 durch den Transistor Q2 auf ein Potential von etwa 7 bis 8 Volt aufgeladen. Wenn jedoch die Last (eine Lampe hier in Reihe mit S2) getrennt wird, wird der Transistor Q2 abgeschaltet. Der Kondensator C2 ist jedoch immer noch geladen und beginnt sich über die Basis des Transistors Q1 zu entladen. Nach einiger Zeit (die im Wesentlichen durch den Wert von C2 bestimmt wird) wird das Relais RL1 abgeschaltet, wodurch der Netzeingang zur Primärwicklung des Transformators TR1 abgeschaltet wird. Um die Stromversorgung wieder aufzunehmen, sollte der Schalter S1 kurz gedrückt werden. Die Verzögerung beim Ausschalten der Stromversorgung hängt direkt vom Kondensatorwert ab.

Es wurde ein Transformator mit einer Sekundärspannung von 12V-0V, 250mA verwendet, der jedoch je nach Benutzeranforderung geändert werden kann (maximal 30V und Nennstrom von 1 Ampere). Um mehr als 300 mA Strom zu ziehen, muss der Regler-IC mit einem kleinen Kühlkörper über einem Glimmerisolator ausgestattet sein. Wenn die Sekundärspannung des Transformators über 12 Volt (RMS) ansteigt, muss das Potentiometer RV1 neu dimensioniert werden. Außerdem sollte die Nennspannung des Relais vorbestimmt sein.

Variable Stromversorgung mit LM338

Für die Stromversorgung elektronischer Geräte ist häufig eine Gleichstromversorgung erforderlich. Während einige eine geregelte Stromversorgung erfordern, gibt es viele Anwendungen, bei denen die Ausgangsspannung variiert werden muss. Die variable Stromversorgung ist diejenige, bei der wir die Ausgangsspannung entsprechend den Anforderungen anpassen können. Die variable Stromversorgung kann in vielen Anwendungen verwendet werden, z. B. beim Anlegen einer variablen Spannung an Gleichstrommotoren, beim Anlegen variabler Spannungen an Hochspannungs-DC / DC-Wandler zum Einstellen der Verstärkung usw. Sie wird hauptsächlich in verwendet Testen elektronischer Projekte .

Die Hauptkomponente in einer variablen Stromversorgung ist jeder Regler, dessen Ausgang mit beliebigen Mitteln wie einem variablen Widerstand eingestellt werden kann. Regler-ICs wie LM317 liefern eine einstellbare Spannung von 1,25 bis 30 V. Ein anderer Weg ist die Verwendung des LM33 IC.

Hier wird eine einfache variable Stromversorgungsschaltung unter Verwendung von LM33 verwendet, bei der es sich um einen Hochstromspannungsregler handelt.

LM 338 ist der Hochstromspannungsregler, der der Last einen Strom von mehr als 5 Ampere zuführen kann. Die Ausgangsspannung des Reglers kann von 1,2 Volt bis 30 Volt eingestellt werden. Zum Einstellen der Ausgangsspannung sind nur zwei externe Widerstände erforderlich. Der LM 338 gehört zur LM 138-Familie, die im 3-Terminal-Paket erhältlich ist. Es kann in Anwendungen wie einstellbarer Stromversorgung, Konstantstromregler, Batterieladegeräten usw. verwendet werden. Eine variable Hochstromversorgung ist wichtig, um Hochleistungsverstärkerschaltungen während der Fehlersuche oder Wartung zu testen. Dadurch kann das Netzteil mit hohen transienten Lasten verwendet werden und die Geschwindigkeit wird unter Volllastbedingungen gestartet. Der Überlastschutz bleibt auch dann funktionsfähig, wenn der Einstellstift versehentlich abgezogen wird.

Schaltungsbeschreibung

Die Grundschaltung besteht aus folgenden Teilen:

1. Ein Abwärtstransformator, der einen Wechselspannungsabfall von 230 V verursacht.
2. Ein Gleichrichtermodul zur Gleichrichtung des Wechselstromsignals.
3. Ein Glättungselektrolytkondensator zum Herausfiltern des Gleichstromsignals und Entfernen der Wechselstromwelligkeiten.
4. LM338
5. Ein variabler Widerstand

Funktionsweise der Schaltung

Die variable Stromversorgung mit dem positiven Spannungsregler LM338 ist unten dargestellt. Die Leistung wird von einem 0-30 Volt 5 Ampere Abwärtstransformator abgeleitet. Das 10-A-Gleichrichtermodul gleichrichtet die Niederspannung AC zu DC, die durch den Glättungskondensator C1 welligkeitsfrei gemacht wird. Die Kondensatoren C2 und C3 verbessern die Einschwingverhalten. Die Ausgangsspannung kann über den Poti VR1 auf die gewünschte Spannung von 1,2 Volt bis 28 Volt eingestellt werden. D1 schützt vor C4 und D2 schützt vor C3 im ausgeschalteten Zustand. Regler benötigt Kühlkörper.

Vout = 1,2 V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.