DISINN BAŻIKU TA 'PROVVISTA TA' ENERĠIJA ANALOGA

Hemm il-qawl il-qadim: “Tista’ tagħti ħut raġel u jiekol għal ġurnata jew tista’ tgħallem raġel jistad u jiekol għal dejjem.” Hemm ħafna artikoli li jagħtu lill-qarrej disinn speċifiku għall-bini ta 'provvista ta' enerġija, u m'hemm xejn ħażin f'dawn id-disinji tal-kotba tat-tisjir. Ħafna drabi għandhom prestazzjoni tajba ħafna. Madankollu, ma jgħallmux lill-qarrejja kif jiddisinjaw provvista ta 'enerġija waħedhom. Dan l-artikolu f'żewġ partijiet se jibda mill-bidu u jispjega kull pass meħtieġ biex tinbena provvista ta 'enerġija analoga bażika. Id-disinn se jiffoka fuq ir-regolatur bi tliet terminali li jinsab kullimkien u jinkludi għadd ta 'titjib fid-disinn bażiku.

Huwa dejjem importanti li tiftakar li l-provvista tal-enerġija — jew għal prodott partikolari jew bħala biċċa ġenerali tat-tagħmir tat-test — għandha l-potenzjal li telettrokuta lill-utent, tibda n-nar, jew teqred l-apparat li qed iħaddem. Ovvjament, dawn mhumiex affarijiet tajbin. Għal dik ir-raġuni, huwa kritiku li wieħed javviċina dan id-disinn b'mod konservattiv. Ipprovdi ħafna marġini għall-komponenti. Provvista ta 'enerġija mfassla tajjeb hija waħda li qatt ma tiġi nnutata.

KONVERŻJONI TAL-QAWWA DĦUL

Il-Figura 1 turi d-disinn fundamentali għal provvista ta 'enerġija analoga tipika. Tikkonsisti fi tliet komponenti ewlenin: konverżjoni u kondizzjonament tal-qawwa tad-dħul; rettifika u filtrazzjoni; u regolamentazzjoni. Il-konverżjoni tal-qawwa tad-dħul hija tipikament transformer tal-enerġija u hija l-uniku metodu kkunsidrat hawn. Madankollu, hemm ftit punti li huma importanti li wieħed isemmi.

FIGURA 1. Provvista ta 'enerġija analoga bażika tikkonsisti fi tliet partijiet. L-ewwel tnejn huma diskussi f'dan l-artikolu u l-aħħar fil-pagament li jmiss.

---

L-ewwel hija li 117 VAC (Volts Alternating Current) huwa verament kejl RMS (Root Mean Square). (Innota li rajt qawwa tad-dar ordinarja speċifikata kullimkien minn 110 VAC sa 125 VAC. Għadni kemm kejjel tiegħi u sibt li huwa preċiżament 120.0 VAC.) Kejl RMS ta 'mewġa sine huwa ħafna inqas mill-ogħla vultaġġ attwali u jirrappreżenta il-vultaġġ DC ekwivalenti (Kurrent Dirett) meħtieġ biex jipprovdi l-istess qawwa.

il-konverżjoni RMS tvarja skond il-forma tal-mewġ; għal mewġa sine, il-valur huwa 1.414. Dan ifisser li d-devjazzjoni madwar żero volt hija fil-fatt 169.7 volt (għall-qawwa tiegħi ta '120 VAC). Il-qawwa tmur minn -169.7 volt għal + 169.7 volt kull ċiklu. Għalhekk, il-vultaġġ mill-ogħla livell huwa fil-fatt 339.4 volt!

Dan il-vultaġġ isir speċjalment importanti meta żżid capacitors tal-bypass mal-linji tal-enerġija prinċipali biex irażżan l-istorbju milli jidħol jew joħroġ mill-provvista tal-enerġija (sitwazzjoni komuni). Jekk taħseb li l-vultaġġ attwali huwa ta '120 volt, tista' tuża capacitors ta '150 volt. Kif tistgħu taraw, dan mhux korrett. Il-vultaġġ tax-xogħol sikur minimu assolut għall-capacitors tiegħek huwa 200 volt (250 volt huwa aħjar). Tinsiex li jekk tistenna li tara storbju/spikes fuq il-linja, trid iżżid dak il-ħoss/spike vultaġġ mal-ogħla vultaġġ.

Il-frekwenza tad-dħul hija universalment 60 Hz fl-Istati Uniti. Fl-Ewropa, 50 Hz hija komuni. It-trasformaturi stmati għal 60 Hz ġeneralment jaħdmu tajjeb fuq 50 Hz u viċi versa. Barra minn hekk, l-istabbiltà tal-frekwenza tal-linja tal-enerġija hija ġeneralment eċċellenti u rarament konsiderazzjoni. Kultant, tista 'ssib transformers ta' 400 Hz disponibbli. Dawn huma tipikament apparati militari jew ajrunawtiċi u ġeneralment mhumiex adattati għall-użu fuq qawwa ta '50/60 Hz (jew viċi versa).

L-output tat-transformer huwa speċifikat ukoll bħala vultaġġ RMS. Barra minn hekk, il-vultaġġ speċifikat huwa l-vultaġġ minimu mistenni taħt tagħbija sħiħa. Ħafna drabi jkun hemm żieda ta 'madwar 10% fil-produzzjoni nominali mingħajr tagħbija. (It-transformer tiegħi ta '25.2 volt/żewġ amp ikejjel 28.6 volt mingħajr tagħbija.) Dan ifisser li l-vultaġġ attwali tal-ħruġ bla tagħbija/ogħla għat-transformer ta' 25.2 volt tiegħi huwa 40.4 volt! Kif tistgħu taraw, huwa dejjem importanti li tiftakar li l-vultaġġi RMS nominali għall-enerġija AC huma sostanzjalment inqas mill-ogħla vultaġġi attwali.

Il-Figura 2 tipprovdi konverżjoni tipika tal-qawwa tad-dħul u disinn ta 'kondizzjonament. Nippreferi nuża swiċċ doppju għalkemm mhux assolutament meħtieġ. Jipproteġi kontra ħwienet tal-elettriku bil-fili ħażin (li llum huwa rari) jew kejbils tal-enerġija miswired fil-provvista tal-enerġija nnifisha (ħafna aktar komuni). Huwa vitali li meta l-iswiċċ tal-enerġija jkun mitfi, iċ-ċomb sħun jiġi skonnettjat mill-provvista tal-enerġija.

FIGURA 2. Il-kondizzjonament tal-input huwa pjuttost bażiku, iżda għandu jiġi mfakkar li l-vultaġġ RMS mhuwiex l-istess bħall-ogħla vultaġġ. L-ogħla vultaġġ ta '120 VAC RMS huwa ta' madwar 170 volt.

---

Il-fjus (jew circuit breaker) huwa meħtieġ. L-iskop ewlieni tiegħu huwa li jipprevjeni n-nirien għaliex mingħajrha, transformer jew ċirkwit primarju qasir se jippermetti kurrenti massivi li jiċċirkolaw li jikkawżaw partijiet tal-metall jaħarqu ħomor jew saħansitra abjad. Normalment huwa tip ta 'daqqa bil-mod ratata għal 250 volt. Il-klassifikazzjoni attwali għandha tkun madwar id-doppju ta 'dak li t-transformer jista' jistenna li jiġbed.

Pereżempju, it-transformer ta 'żewġ amp ta' 25.2 volt imsemmi hawn fuq se jiġbed madwar 0.42 amps ta 'kurrent primarju (25.2 volt/120 volt x żewġ amps). Allura, fjus wieħed amp huwa raġonevoli. Fjus fis-sekondarju se jiġi diskuss fl-artiklu li jmiss.

Il-capacitors tal-bypass jgħinu biex jiffiltraw l-istorbju u huma fakultattivi. Peress li l-ogħla vultaġġ huwa ta 'madwar 170 volt, klassifikazzjoni ta' 250 volt hija aħjar minn klassifikazzjoni marġinali ta '200 volt. Inti tista 'tixtieq tuża "filtru tad-dħul tal-enerġija." Hemm ħafna tipi ta 'dawn l-unitajiet. Xi wħud fihom konnettur tal-enerġija standard, swiċċ, detentur tal-fjus, u filtru f'pakkett żgħir wieħed. Oħrajn jista 'jkollhom biss xi wħud minn dawn il-komponenti. Tipikament, dawk b'kollox huma pjuttost għoljin, iżda unitajiet żejda normalment jistgħu jinstabu bi prezzijiet raġonevoli ħafna.

Li tkun kapaċi tiddetermina jekk iċ-ċirkwit primarju għandux enerġija huwa importanti sabiex jintuża dawl pilota. Żewġ ċirkwiti tipiċi huma murija. Il-lampa tan-neon ilha tintuża għal għexieren ta 'snin. Huwa sempliċi u rħas. Għandu l-iżvantaġġi li huwa kemmxejn fraġli (li jkun magħmul mill-ħġieġ); jista 'jitteptip jekk ir-reżistenza hija kbira wisq; u fil-fatt jista 'jiġġenera xi storbju elettriku (minħabba t-tqassim joniku f'daqqa tal-gass tan-neon).

Iċ-ċirkwit LED jeħtieġ ukoll resistor li jillimita l-kurrent. F'10,000 hms, madwar 12 mA ta 'kurrent huwa pprovdut. Ħafna LEDs huma kklassifikati għal kurrent massimu ta '20 mA, għalhekk 12 mA huwa raġonevoli. (LEDs ta 'effiċjenza għolja jistgħu jaħdmu b'mod sodisfaċenti b'1 jew 2 mA biss, għalhekk ir-reżistenza tista' tiżdied kif meħtieġ.)

Innota li l-LEDs għandhom vultaġġi ta 'tqassim b'lura verament fqir (tipikament 10 sa 20 volt). Għal dik ir-raġuni, it-tieni dajowd huwa meħtieġ. Dan irid ikun jista' jaħdem b'mill-inqas 170 volt ta' PIV (Peak Inverse Voltage). L-istandard 1N4003 huwa stmat għal 200 PIV li ma jipprovdix ħafna marġini. L-1N4004 huwa stmat għal 400 PIV u jiswa forsi penny aktar. Billi tpoġġiha f'serje ma 'l-LED, il-PIV ġenerali huwa 400 flimkien mal-PIV LED.

RETTIFIKAZZJONI U FILTRAR

Il-Figuri 3, 4, u 5 juru l-aktar ċirkwiti ta 'rettifika tipiċi bil-forma tal-mewġ tal-ħruġ murija hawn fuq. (Il-kapaċitatur tal-filtru ma jintwerax għax billi żżidu, il-forma tal-mewġ tinbidel għal xi ħaġa bħal vultaġġ DC.) Huwa utli li teżamina dawn it-tliet ċirkwiti bażiċi biex tidentifika s-saħħiet u d-dgħufijiet tagħhom.

Il-Figura 3 turi r-rettifikatur bażiku ta 'nofs mewġ. L-unika karatteristika ta 'tifdi ta' dan hija li hija sempliċi ħafna, bl-użu ta 'rettifikatur wieħed biss. Il-karatteristika ħażina hija li tuża biss nofs iċ-ċiklu tal-enerġija li tagħmel l-effiċjenza teoretika taċ-ċirkwit inqas minn 50% biss biex tibda. Ħafna drabi, provvisti ta 'enerġija rettifikatur nofs mewġ huma biss 30% effiċjenti. Peress li t-trasformaturi huma oġġetti għaljin, din l-ineffiċjenza tiswa ħafna flus. It-tieni nett, il-forma tal-mewġ hija diffiċli ħafna biex tiġi ffiltrata. Nofs il-ħin m'hemm l-ebda qawwa li ġejja mit-transformer. It-twittija tal-output teħtieġ valuri għoljin ħafna ta 'capacitance. Huwa rarament użat għal provvista ta 'enerġija analoga.

FIGURA 3. Iċ-ċirkwit tar-rettifikatur tan-nofs mewġ huwa sempliċi iżda jipproduċi forma ta 'mewġa ta' output fqira li hija diffiċli ħafna biex tiġi ffiltrata. Barra minn hekk, nofs il-qawwa tat-transformer tinħela. (Innota li l-capacitors tal-filtrazzjoni jitħallew barra għaċ-ċarezza minħabba li jibdlu l-forma tal-mewġ.)

---

Ħaġa interessanti u importanti tiġri meta kapaċitatur tal-filtru jiġi miżjud ma 'ċirkwit ta' rettifikatur ta 'nofs mewġ. Id-differenzjali tal-vultaġġ mingħajr tagħbija jirdoppja. Dan għaliex il-kapaċitatur jaħżen l-enerġija mill-ewwel nofs (parti pożittiva) taċ-ċiklu. Meta sseħħ it-tieni nofs, il-kapaċitatur qed iżomm il-vultaġġ massimu pożittiv u l-vultaġġ massimu negattiv jiġi applikat għat-terminal l-ieħor li jikkawża vultaġġ sħiħ minn quċċata għal quċċata li tidher mill-capacitor u permezz ta 'dan, id-dijodu. Għalhekk, għal transformer ta '25.2 volt hawn fuq, l-ogħla vultaġġ attwali li jidher minn dawn il-komponenti jista' jkun aktar minn 80 volt!

Il-Figura 4 (ċirkwit ta 'fuq) hija eżempju ta' ċirkwit ta 'rettifikatur tipiku full-wave/center-vit. Meta dan jintuża, f'ħafna każijiet, probabbilment m'għandux ikun. Jipprovdi output sbieħ li huwa kompletament rettifikat. Dan jagħmel il-filtrazzjoni relattivament faċli. Juża biss żewġ rettifikaturi, għalhekk huwa pjuttost irħas. Madankollu, mhuwiex aktar effiċjenti miċ-ċirkwit ta 'nofs mewġ ippreżentat hawn fuq.

FIGURA 4. Id-disinn full-wave (fuq) jipproduċi output sabiħ. Billi tfassal mill-ġdid iċ-ċirkwit (qiegħ), wieħed jista 'jara li huwa verament biss żewġ rettifikaturi nofs mewġ konnessi flimkien. Għal darb'oħra, nofs il-qawwa tat-transformer tinħela.

---

Dan jista 'jidher billi terġa' tiġbed iċ-ċirkwit b'żewġ transformers (Figura 4 t'isfel). Meta jsir dan, jidher ċar li l-mewġa sħiħa hija verament biss żewġ ċirkwiti ta 'nofs mewġ konnessi flimkien. Nofs kull ċiklu ta 'enerġija tat-transformer ma jintużax. Għalhekk, l-effiċjenza teoretika massima hija 50% b'effiċjenzi reali madwar 30%.

Il-PIV taċ-ċirkwit huwa nofs taċ-ċirkwit ta 'nofs mewġ minħabba li l-vultaġġ tad-dħul għad-dijodi huwa nofs l-output tat-transformer. Il-vit taċ-ċentru jipprovdi nofs il-vultaġġ għaż-żewġt itruf tal-koljaturi tat-transformer. Allura, għall-eżempju tat-transformer ta '25.2 volt, il-PIV huwa ta' 35.6 volt flimkien maż-żieda mingħajr tagħbija li hija madwar 10% aktar.

Il-Figura 5 tippreżenta ċ-ċirkwit tar-rettifikatur tal-pont li ġeneralment għandu jkun l-ewwel għażla. L-output huwa kompletament rettifikat sabiex l-iffiltrar huwa pjuttost faċli. L-aktar importanti, madankollu, juża ż-żewġ nofsijiet taċ-ċiklu tal-enerġija. Dan huwa l-aktar disinn effiċjenti u jieħu l-aħjar mit-transformer għali. Iż-żieda ta 'żewġ dajowds hija ħafna inqas għalja milli tirdoppja l-klassifikazzjoni tal-qawwa tat-transformer (imkejla f'"Volt-Amps" jew VA).

FIGURA 5. L-approċċ tar-rettifikatur tal-pont (fuq) jipprovdi użu sħiħ tal-qawwa tat-transformer u b'rettifika full-wave. Barra minn hekk, billi tinbidel ir-referenza ta 'l-art (qiegħ), tista' tinkiseb provvista ta 'enerġija b'vultaġġ doppju.

---

L-uniku żvantaġġ għal dan id-disinn huwa li l-qawwa trid tgħaddi minn żewġ dajowds bi tnaqqis fil-vultaġġ li jirriżulta ta '1.4 volts minflok 0.7 volts għad-disinji l-oħra. Ġeneralment, dan huwa biss tħassib għal provvisti ta 'enerġija ta' vultaġġ baxx fejn il-0.7 volt addizzjonali jirrappreżentaw frazzjoni sostanzjali tal-output. (F'każijiet bħal dawn, normalment tintuża provvista ta 'enerġija li tinxtegħel aktar milli wieħed miċ-ċirkwiti ta' hawn fuq.)

Peress li hemm żewġ dajowds li qed jintużaw għal kull nofs ċiklu, nofs biss il-vultaġġ tat-transformer jidher minn kull wieħed. Dan jagħmel il-PIV ugwali għall-ogħla vultaġġ tad-dħul jew 1.414 darbiet il-vultaġġ tat-transformer, li huwa l-istess bħaċ-ċirkwit full-wave hawn fuq.

Karatteristika sabiħa ħafna tar-rettifikatur tal-pont hija li r-referenza ta 'l-art tista' tinbidel biex toħloq vultaġġ ta 'ħruġ pożittiv u negattiv. Dan jidher fil-qiegħ tal-Figura 5.

FILTRAR

Kważi l-iffiltrar kollu għal provvista ta 'enerġija analoga ġej minn kapaċitatur tal-filtru. Huwa possibbli li tuża induttur f'serje mal-output, iżda f'60 Hz, dawn l-indutturi għandhom ikunu pjuttost kbar u huma għaljin. Kultant, huma użati għal provvisti ta 'enerġija ta' vultaġġ għoli fejn kapaċitaturi xierqa huma għaljin.

Il-formula għall-kalkolu tal-kapaċitatur tal-filtru (C) hija pjuttost sempliċi, iżda trid tkun taf il-vultaġġ ta 'ripple aċċettabbli minn peak-to-peak (V), ħin ta' nofs ċiklu (T), u kurrent miġbud (I). Il-formula hija C=I*T/V, fejn C hija f'microfarads, I hija f'milliamps, T hija f'millisekondi, u V hija f'volts. Il-ħin tan-nofs ċiklu għal 60 Hz huwa 8.3 millisekondi (referenza: 1997 Radio Amateur's Handbook).

Huwa ċar mill-formula li r-rekwiżiti ta 'filtrazzjoni huma miżjuda għal provvisti ta' enerġija ta 'kurrent għoli u/jew baxx ta' tmewwiġ, iżda dan huwa biss sens komun. Eżempju faċli biex tiftakar huwa 3,000 mikrofarad għal kull ampere ta 'kurrent se jipprovdi madwar tliet volts ta' tmewwiġ. Tista 'taħdem diversi proporzjonijiet minn dan l-eżempju biex tipprovdi stimi raġonevoli ta' dak li għandek bżonn pjuttost malajr.

Konsiderazzjoni waħda importanti hija ż-żieda fil-kurrent meta tixgħel. Il-capacitors tal-filtru jaġixxu bħala xorts mejta sakemm jiġu ċċarġjati. Iktar ma jkunu kbar il-capacitors, iktar ikun kbir din iż-żieda. Iktar ma jkun kbir it-transformer, iktar ikun kbir iż-żieda. Għal ħafna provvisti ta 'enerġija analoga ta' vultaġġ baxx (<50 volt), ir-reżistenza tal-istralċ tat-transformer tgħin xi ftit. It-transformer ta '25.2 volt/żewġ amp għandu reżistenza sekondarja mkejla ta' 0.6 ohms. Dan jillimita l-inrush massimu għal 42 amps. Barra minn hekk, l-inductance tat-transformer tnaqqas dan kemmxejn. Madankollu, għad hemm żieda qawwija potenzjali fil-kurrent meta tixgħel.

L-aħbar it-tajba hija li rettifikaturi tas-silikon moderni ħafna drabi jkollhom kapaċitajiet ta 'kurrent ta' żieda qawwija enormi. Il-familja standard ta 'diodes 1N400x hija ġeneralment speċifikata bi 30 amps ta' kurrent ta 'żieda. B'ċirkwit ta 'pont, hemm żewġ dajowds li jġorru dan, għalhekk l-agħar każ huwa 21 amp kull wieħed li huwa taħt l-ispeċifikazzjoni ta' 30 amp (jekk wieħed jassumi qsim tal-kurrent ugwali, li mhux dejjem ikun il-każ). Dan huwa eżempju estrem. Ġeneralment, jintuża fattur ta' madwar 10, minflok 21.

Madankollu, din iż-żieda attwali mhix xi ħaġa li għandha tiġi injorata. Li jintefqu ftit ċenteżmi aktar biex tuża pont ta 'tliet amp minflok pont ta' amp wieħed jista 'jkun flus minfuqa tajjeb.

DISINN PRATTIKU

Issa nistgħu nużaw dawn ir-regoli u l-prinċipji u nibdew niddisinjaw provvista bażika tal-enerġija. Aħna ser nużaw it-transformer ta '25.2 volt bħala l-qalba tad-disinn. Il-Figura 6 tista' titqies bħala kompost taċ-ċifri preċedenti iżda b'valuri prattiċi tal-parti miżjuda. It-tieni dawl pilota fis-sekondarju jindika l-istatus tiegħu. Juri wkoll jekk hemmx ħlas fuq il-kapaċitatur. B'valur daqshekk kbir, din hija konsiderazzjoni ta 'sikurezza importanti. (Innota li peress li dan huwa sinjal DC, id-dijodu tal-vultaġġ invers 1N4004 mhuwiex meħtieġ.)

FIGURA 6. Disinn finali tal-provvista tal-enerġija bi speċifikazzjonijiet prattiċi tal-partijiet. Ir-regolazzjoni tas-setgħa hija diskussa fl-artiklu li jmiss.

---

Jista 'jkun irħas li tuża żewġ capacitors iżgħar b'mod parallel minn wieħed kbir. Il-vultaġġ tax-xogħol għall-kapaċitatur għandu jkun mill-inqas 63 volt; 50 volt mhuwiex marġni biżżejjed għall-quċċata ta '40 volt. Unità ta '50 volt tipprovdi biss marġni ta' 25%. Dan jista 'jkun multa għal applikazzjoni mhux kritika, iżda jekk il-kapaċitatur ifalli hawn, ir-riżultati jistgħu jkunu katastrofiċi. Kapaċitatur ta '63 volt jipprovdi marġni ta' madwar 60% filwaqt li apparat ta '100 volt jagħti marġni ta' 150%. Għal provvisti ta 'enerġija, regola ġenerali hija bejn 50% u 100% marġini għar-rettifikaturi u capacitors. (Ir-ripple għandu jkun madwar żewġ volts, kif muri.)

Ir-rettifikatur tal-pont għandu jkun kapaċi jimmaniġġja ż-żieda qawwija tal-kurrent inizjali, għalhekk infiq ta 'dime addizzjonali jew tnejn għal affidabilità mtejba huwa utli. Innota li l-pont huwa speċifikat minn dak li jista 'jipprovdi t-transformer aktar milli għal dak li eventwalment tiġi speċifikata l-provvista tal-enerġija. Dan isir f'każ li jkun hemm output qasir. F'każ bħal dan, il-kurrent sħiħ tat-transformer se jgħaddi mid-dijodi. Ftakar, ħsara fil-provvista tal-enerġija hija ħaġa ħażina. Allura, iddisinjaha biex tkun robusta.

KONKLUŻJONI

Id-dettalji huma konsiderazzjoni importanti fit-tfassil ta 'provvista ta' enerġija. Li wieħed jinnota d-differenza bejn il-vultaġġ RMS u l-ogħla vultaġġ huwa kritiku fid-determinazzjoni tal-vultaġġi tax-xogħol xierqa għall-provvista. Barra minn hekk, il-kurrent ta 'żieda inizjali hija xi ħaġa li ma tistax tiġi injorata.

Fil-Parti 2, aħna ser tlesti dan il-proġett billi żżid regolatur bi tliet terminali. Aħna ser tiddisinja provvista ta 'enerġija ta' vultaġġ aġġustabbli għal skopijiet ġenerali, limitata għall-kurrent b'għeluq mill-bogħod. Barra minn hekk, il-prinċipji użati għal dan id-disinn jistgħu jiġu applikati għal kwalunkwe disinn tal-provvista tal-enerġija. 

Ħalli messaġġ 

Lista messaġġ