Beskrivelse
af kortslutnings-sikret 0 – 30 Volt DC Stabiliseret strømforsyning med variabel strømregulering fra 0,002 – 3 Amp. Kopieret og oversat fra Electronics Lab. Der verserer flere
versioner af denne strømforsyning med ganske små ændringer, |
Vinteren 2002 |
Teknisk Specifikation:
Features
- Små dimensioner, let konstruktion, simpel operation
- Udgangsspænding er fuld regulerbar
- Udgang med indstillelig strømbegrænsning og med visuel indikering
- Beskyttelse mod overbelastning af et tilsluttet kredsløb
- Kortslutningssikret
- Ved afbrydelse forsvinder spændingen omgående fra udgangs-terminalerne
DOWNLOAD denne beskrivelse i WORD-format 2007 med PRINT- LAYOUT i størrelsesformat 1:1
DOWNLOAD denne beskrivelse i WORD-format 97 med PRINT-LAYOUT i størrelsesformat 1:1
DIAGRAM, Klik på billedet for FULD STØRRELSE
Hvordan virker den ? - den tekniske beskrivelse
Til en
begyndelse skal bruges en transformator med sekundær spænding på 24-28 V/3 A,
som
tilsluttes printets punkt 1 og 2. Kvaliteten af strømforsyningen er direkte
proportional
med kvaliteten af den benyttede transformator.
AC-spændingen
fra sekundærviklingen bliver ensrettet af en bro bestående af dioderne
D1,D2,D3
og D4. DC-spændingen tages over udgangen på broen og udglattes med et filter
bestående af elektrolytkondensatoren C1 og modstanden R1.
Kredsløbet
adskiller sig unikt fra andre typer af strømforsyninger i sin klasse. I stedet
for
variabel feedback til kontrol af udgangsspændingen, benyttes en
konstantstrømsgenerator
til levering af den nødvendige stabilitet af referencespændingen
og genereres på udgangen af U1.
Referancespændingen
Dioden D8
er en 5,6 V zenerdiode, som her operere ved dens NULL-temperaturcoeficient.
Spændingen på udgangen af U1 forøges gradvist indtil dioden D8 åbner. Når dette
sker,
stabiliseres kredsløbet og Zener referencespændingen på 5,6 V optræder
over modstanden R5.
Strømmen
som flyder gennem den IKKE INVERTEREDE input på op-amp’en kan der ses bort fra,
derfor flyder den samme strøm gennem R5 og R6, og da de to modstande har samme
størrelse
(Ohm’ske værdi) vil spændingen over dem i serie være præcis den
dobbelte spænding over den
enkelte modstand.
På den måde
vil spændingen på udgangen, pin 6 af U1, være 11,2 V, den dobbelte af
Zenerdiodens referancespænding.
Spændingsforstærkeren
Op-Amp U2 har en konstant forstærkningsfaktor på ca. 3 gange, i henh. til formelen
A= (R11 + R12)/R11
og hæver referancespændingen fra 11,2 V til ca. 33 V.
Trimmeren
RV1 og modstanden R10 benyttes til at justere begrænsningen af udgangsspændingen,
således at den kan reduceres til 0 V, uanset toleranceværdierne på de øvrige
komponenter i kredsløbet.
Konstant strøm
En anden
vigtig feature i kredsløbet er muligheden for at kunne fastsætte den maximum
strøm
som kan trækkes af strømforsyningen, ved effektivt at konvertere fra en konstant
SPÆNDING til en
konstant STRØM.
For at gøre
dette muligt detekterer kredsløbet spændingsfaldet over modstanden R7, som er
forbundet
i serie med belastningen. Denne funktion styres af Op-Amp’en U3.
Det INVERTEREDE
input på U3 er forspændt til 0 volt via modstanden R21. Samtidigt kan det
IKKE-INVERTEREDE
input på samme IC justeres til den ønskede spænding ved hjælp af
potentiometeret P2.
Eksempel:
Lad
os forudsætte, at for en given udgangsspænding på flere volt er P2 sat således,
at inputtet på
IC’en holdes på 1 V. Hvis belastningen forøges vil udgangsspændingen
blive holdt konstant af
spændingsforstærkerens kredsløb.
Tilstedeværelsen
af R7 i serie med udgangen, vil ikke have nogen betydende effekt på grund af
den
lave værdi, samt fordi den er placeret udenfor det kredsløb, der
kontrollerer feedback loop’et af det
spændings-kontrollerende kredsløb.
Når belastningen er holdt konstant og udgangsspændingen ikke ændres, er kredsløbet stabilt.
Hvis
belastningen forøges så spændingsfaldet over R7 er større end 1 V, tvinges IC3
i aktion, og
kredsløbet skifter til konstant strøms mode.
Udgangen
fra OpAmp. U3 er koblet til den IKKE-INVERTEREDE input på OpAmp. U2 med dioden D9.
OpAmp. OpAmp. U2 er
ansvarlig for spændingskontrollen og da OpAmp. U3 er koblet til dens input, vil
denne
let kunne overtage funktionen.
Det
sker det, at spændingen over R7 er detekteret og ikke tillades at overstige den
forud satte værdi,
(1 V i vores eks. ), ved at reducere udgangsspændingen af
kredsløbet.
Strømbegrænsning
Strømbegrænsning på udgangen er særdeles effektiv,
faktisk så effektiv, at det er muligt at begrænse
strømmen helt ned til 2
mA.
Kondensator
C8 forøger stabiliteten af kredsløbet. Q3 benyttes til at drive en
lysdiode til visuel indikering
af, om eller hvis strømbegrænseren er aktiveret.
Da U1 arbejder under helt faste betingelser, kan den fødes af den uregulerede spændings-forsyning.
For
at U2 skal kunne kontrollere udgangsspændinger helt ned til 0
V, er det
nødvendigt at have en negativ
spændingskilde, og denne er genereret
af kredsløbet omkring C2 og C3.
Denne spændingskilde benyttes også af U3, og er produceret af et simpelt kredsløb, som stabiliseres ved
hjælp af R3 og D7.
For
at undgå utilsigtede situationer ved slukning af strømforsyningen, er
kredsløbet omkring Q1 tilføjet.
Så snart den negative spænding forsvinder,
kollapser Q1 og fjerner al DRIVE til udgang kredsløbet.
Når
dette sker, vil udgangsspændingen falde til 0 V så snart AC stås fra, som
beskyttelse af en
eventuelt tilsluttet enhed.
Kortslutningssikring
Under
normal operation er transistoren Q1 sat OFF ved hjælp af R14, men hvis den negative spænding
kollapser,
vil transistoren gå ON og bringe udgang fra OpAmp. U2 LOW.
OpAmp-IC’en
har intern beskyttelse, og kan ikke ødelægges ved at kortslutte udgangen. Dette
er en stor fordel,
når strømforsyningen benyttes til eksperimentelt arbejde, at
være i stand til effektivt at slå spændingen
fra, uden at skulle vente på, at en
kondensator skal blive afladet.
Denne
beskyttelse er også tilføjet, fordi mange strømforsyninger har en tendens til,
at udgangsspændingen
stiger kortvarigt, når strømforsyningen slukkes.
Opbygning:
Printet er
forsynet med tilslutningsterminaler for transformatorens sekundære 24-28 Volt
AC-spænding,
laddekondensatoren på (5000) 4700 uF, 63 Volt, Potentiometrene,
power-transistorerne 2N3055, samt
tilslutnings-terminalerne til forbruget. Endvidere er der terminaler til
strømbegrænser-LED, som vil lyse, når
strømbegrænsning indtræffer. Af foto fremgår endvidere, at der på forpladen
kan (er) monteres en LED-diode,
til visning, at strømforsyningen er tændt.
Denne lysdiode kan tilsluttet i serie med en passende formodstand - afhængiet
af spændingen på laddekonden-
satoren - til punktet V+. Under drift vil denne kunne ændre sig ved belastning
af strømforsyningens
tilslutningsterminaler.
Disse
komponenter placeres på bedste måde i indbygningskassen, efter eget ønske,
men vær opmærksom på,
at der skal være plads til en passende køleplade til power-transistoren(ne)
2N3055, som skal kunne aftage en hel
del varme ved MAX. belastning. Kølepladen kan ikke blive for stor.
Som fremgår af
foto (øverst ), har jeg brugt analoge måleinstrumenter til visning af strøm
og spænding, men
det kan være en fordel at have digitale måleinstrumenter tilsluttet i stedet.
Digitale måleinstrumenter er
blevet billige, og det skulle være overkommeligt, prismæssigt, at erstatte de
analoge instrumenter med
digitale.
Der kan med
fordel isættes sokler til operations-forstærkerne. Ellers er opbygningen
ganske ukritisk.
Udskriv alle tegningerne,
og lad disse være dit arbejdsgrundlag.
Konklution:
Et godt projekt som enhver radioamatør eller elektronikinteresseret næsten ikke kan undvære at have stående…
GOD FORNØJELSE.
de OZ6YM, Palle
Bilag:
1: Print-layout
2: Komponentplacering
3: Komponent-listen
ses HER...
4: Kraft-transistorer i parallel
MIT Print-layout, fra kobber-siden, 80 x 100
Komponent-placering, set fra Kobber-siden:
De røde markeringer viser hvor
en elektrolytkondensator 5000 uF, 63 Volt skal monteres.
Vær opmærksom på polariteten.
Ligeledes er de 3 grønne cirkler befæstningspunkter til underlaget/chassis, og
med forbindelse til GND/stel.
Jeg har simpelthen bare påloddet 3 stk. 10 m.m. lange nitter 3 m-m-Ø i hvert
punkt, som ben, og tilsvarende
boret 3 huller i chassis'et, og monteret printet med 3 selvskærende skruer
udefra..
KOMPONENTERNES VÆRDI:
Vær opmærksom på, at mit
printudlæg er udlagt til transistorerne BC639 og BC640, komplementært par af
PNP og NPN.
FAIRCHILD's datablad: BC640 og her BC639,
hvoraf det fremgår, at benforbindelserne er lidt anderledes end BC547 og BC557.
Kun en detalje, hvorimod BC639 er en high-volts transistore og var på lageret i
rigelige mængder.
Jeg havde ikke 2N2219 på lager, derimod var der flere 2N1711, så den blev brugt i stedet. Man er jo ikke låst til de komponenter diagrammet viser, idet der findes et væld af kompatible - dog anbefaler jeg at beholde OP-AMP TL081, da den er bestykket med FETT-indgange, og kortslutningssikret.
KOMPONENTERNES NAVNE:
Herunder ses de numre som komponenter og tilslutningspunkter har fået iflg. diagrammet.
Her er en oversigt over de vigtigste komponenters benforbindelse
Du er ikke låst til disse
komponenter. Du kan godt benytte komponenter af andre typer,
dog skal du holde dig til den operationsforstærker, artiklen nævner, TL081.
Der findes et væld af kompertible komponenter til de øvrige.
Flere transistorer Parallel i udgangen giver mere strøm,
Modstandene R1 til R4 er til for at udlige interne forskelle i transistorene.