Сызыктуу чыңалуу жөндөгүчтөрүнө киришүү: 8 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Беш жыл мурун мен Arduino жана Raspberry Pi менен биринчи баштаганда, мен электр менен камсыздоо жөнүндө көп ойлонгон эмесмин, бул учурда малина Piден келген кубат адаптери жана Arduino'нун USB менен камсыздалышы жетиштүү болгон.

Бирок бир канча убакыттан кийин менин кызыгуум башка энергия менен камсыздоонун ыкмаларын карап көрүүгө түрткү берди, жана дагы долбоорлорду түзгөндөн кийин, мен ар кандай жана мүмкүн болсо, жөнгө салынуучу DC энергия булактары жөнүндө ойлонууга аргасыз болдум.

Өзгөчө дизайныңызды бүтүргөндөн кийин, сиз сөзсүз түрдө долбооруңуздун туруктуу версиясын түзгүңүз келет жана бул үчүн ага кантип энергия берүү керектигин ойлонушуңуз керек болот.

Бул үйрөткүчтө мен ICнин кеңири колдонулган жана жеткиликтүү чыңалуу жөндөгүчтөрү (LM78XX, LM3XX, PSM-165 ж. Сиз алардын долбоорлору үчүн алардын иштеши жана ишке ашырылышы жөнүндө биле аласыз.

1 -кадам: Дизайн ойлору

Жалпы чыңалуу деңгээлдери

Дизайныңыз талап кылышы мүмкүн болгон бир нече стандарт чыңалуу деңгээли бар:

• 3.3 Вольт DC-Бул Raspberry PI жана аз кубаттуу санарип түзмөктөр тарабынан колдонулуучу жалпы чыңалуу.
• 5 Вольт DC - Бул санарип түзмөктөр тарабынан колдонулуучу стандарттык TTL (Transistor Transistor Logic) чыңалуусу.
• 12 Вольт DC - DC, servo жана stepper моторлору үчүн колдонулат.
• 24/48 Volts DC - CNC жана 3D Print долбоорлорунда кеңири колдонулат.

Логикалык деңгээлдеги чыңалууларды абдан так жөнгө салуу керек экенин долбооруңузда эске алышыңыз керек. Мисалы, TTL чыңалуусу бар түзмөктөр үчүн камсыздоо чыңалуусу 4.75 менен 5.25 вольттун ортосунда болушу керек, антпесе кандайдыр бир чыңалуу четтөөсү логикалык компоненттердин туура иштебей калышына же компоненттериңиздин бузулушуна алып келет.

Логикалык деңгээлдеги түзмөктөрдөн айырмаланып, моторлордун, Светодиоддордун жана башка электрондук компоненттердин электр энергиясы кеңири диапазондо четтеп кетиши мүмкүн. Мындан тышкары, долбоордун учурдагы талаптарын эске алуу керек. Өзгөчө моторлор учурдагы чүчүкулактын өзгөрүшүнө алып келиши мүмкүн жана сиз ар бир мотор толук кубаттуулукта иштей турган "эң начар" абалга ылайыкташуу үчүн электр менен камсыздоону долбоорлооңуз керек.

Батарея кубаттуулугу жана батарейка дизайны үчүн чыңалууну жөнгө салуу үчүн ар кандай ыкманы колдонушуңуз керек, анткени батарейканын кубаттуулугу деңгээли батарейканын заряды өзгөргөндө өзгөрүп турат.

Чыңалуу жөндөгүчүнүн дизайнынын дагы бир маанилүү аспектиси - бул эффективдүүлүк - айрыкча батарейка менен иштеген долбоорлордо электр жоготууларын минимумга чейин азайтуу керек.

ЭСКЕРТҮҮ: Көпчүлүк өлкөлөрдө бир адам мыйзамдуу түрдө 50В ACдан жогору чыңалуу менен иштей албайт. Өлүм берүүчү чыңалуу менен иштеген ар бир адам тарабынан жасалган кандайдыр бир ката алардын же башка бирөөнүн өлүмүнө алып келиши мүмкүн. Ушул себептен улам, мен 60 В туруктуу чыңалуудагы DC электр менен камсыздоонун түзүлүшүн гана түшүндүрөм.

2 -кадам: Voltage Regulators түрлөрү

Чыңалуу жөнгө салуучулардын эки негизги түрү бар:

• сызыктуу чыңалуу жөндөгүчтөрү эң жеткиликтүү жана колдонууга жөнөкөй
• линиялык чыңалуу жөндөгүчтөрүнө караганда эффективдүү, бирок кымбатыраак жана татаал схеманы талап кылат.

Бул окуу куралында биз сызыктуу чыңалуу жөндөгүчтөрү менен иштейбиз.

Сызыктуу чыңалуу жөндөгүчтөрүнүн электрдик мүнөздөмөсү

Сызыктуу жөндөгүчтөгү чыңалуу төмөндөшү ИКнын тараган кубаттуулугуна пропорционалдуу, же башкача айтканда, жылытуу эффектинен улам күч жоготулат.

Сызыктуу жөнгө салгычтарда кубаттуулуктун таралышы үчүн төмөнкү теңдеме колдонулушу мүмкүн:

Power = (VInput - VOutput) x I

L7805 линиялык жөнгө салуучу, эгерде ал 1 А жүктү (2 В чыңалуусу 1 А) жеткире турган болсо, жок дегенде 2 ватт таркатышы керек.

Кирүү жана чыгуу чыңалуусунун ортосундагы чыңалуу айырмасы жогорулаганда - кубаттын таралышы да жогорулайт. Мисалы, 1 вольтту 5 вольтко чейин жөнгө салган 7 вольттун булагы линиялык жөндөгүч аркылуу 2 ваттты таркатса, ошол эле токту берүүчү 5 вольтто жөнгө салынган 12 В туруктуу булагы 5 ваттты таркатып, жөндөгүчтү 50 % га гана чыгарат. натыйжалуу.

Кийинки маанилүү параметр - "Жылуулук каршылыгы" бирдикте ° C/W (° C үчүн Ватт).

Бул параметр чиптин айланадагы абанын температурасынан жогору ысыгандыгын көрсөтөт, ал ар бир ватт кубаттуулукка тарашы керек. Жөн эле эсептелген электр энергиясын жылуулук каршылыгына көбөйтүңүз жана бул сызыктуу жөнгө салуучу ошончо кубаттын астында канчалык ысый турганын айтат:

Power х Жылуулук каршылыгы = Абадан жогору температура

Мисалы, 7805 жөндөгүчүнүн 50 ° C / Watt жылуулук каршылыгы бар. Бул сиздин регуляторуңуз тарап кетсе:

• 1 ватт, ал 50 ° C чейин ысыйт
• .2 ватт ал 100 ° C чейин ысыйт.

ЭСКЕРТҮҮ: Долбоорду пландаштыруу этабында керектүү токту баалоого жана чыңалуу айырмасын минимумга чейин азайтууга аракет кылыңыз. Мисалы 78XX линиялык чыңалуу жөндөгүчүнүн 2 В чыңалуусу бар (мин. Кирүүчү чыңалуу Vin = 5 + 2 = 7 V DC), натыйжада сиз 7, 5 же 9 В туруктуу токту колдоно аласыз.

Натыйжалуулукту эсептөө

Чыгуу агымы сызыктуу жөндөгүч үчүн кирүү агымына барабар экенин эске алып, анда биз жөнөкөйлөтүлгөн теңдемеге ээ болобуз:

Натыйжалуулук = Vout / Vin

Мисалы, сизде 12 В кирүү бар жана 1 В жүктөө токунда 5 В чыгаруу керек, дейли, анда линиялык жөндөгүчтүн эффективдүүлүгү (5 V / 12 V) x 100 % = 41 % болот. Бул кирүүдөн келген кубаттуулуктун 41 % гана чыгууга өткөрүлөт, ал эми калган күч жылуулук катары жоголот!

3 -кадам: 78XX сызыктуу жөнгө салуучулар

78XX чыңалуу жөнгө салгычтары-бул бир нече түрдүү пакеттерде бар, 3 кубаттуу түзмөктөр, чоң кубаттуу транзистордук пакеттерден (T220) кичинекей бетине орнотуучу түзүлүштөргө чейин, бул оң чыңалуу жөндөгүчтөрү. 79XX сериясы эквиваленттүү терс чыңалуу жөндөгүчтөрү.

78XX регуляторлор сериясы 5тен 24 В чейин туруктуу жөнгө салынуучу чыңалууну камсыз кылат. IC бөлүкчөсүнүн акыркы эки цифрасы аппараттын чыгуу чыңалуусун билдирет. Бул, мисалы, 7805 оң 5 вольттуу жөнгө салуучу, 7812 оң 12 вольттуу жөнгө салуучу дегенди билдирет.

Бул чыңалуу жөнгө салуучулары түз алдыга - L8705ти жана электролитикалык конденсаторлорду киргизүү жана чыгаруу аркылуу туташтырып, 5 V Arduino долбоорлору үчүн жөнөкөй чыңалуу жөндөгүчүн курасыз.

Маанилүү кадам-маалымат такталарын текшерүү жана өндүрүүчүлөрдүн сунуштары.

78XX (оң) жөнгө салуучулар төмөнкү түйүндөрдү колдонушат:

1. INPUT-жөнгө салынбаган DC киргизүү Vin
2. Шилтеме (GROUND)
3. OUTPUT -жөнгө салынган DC чыгаруу Vout

Бул чыңалуу жөндөгүчтөрүнүн TO-220 корпусунун версиясы жөнүндө белгилей кетчү нерсе, корпус борбордук пинге (пин 2) электр менен туташтырылган. 78XX сериясында бул иштин негизделгенин билдирет.

Сызыктуу жөндөгүчтүн бул түрү 2 В түшүү чыңалуусуна ээ, натыйжада 1Адагы 5В чыгышы менен, жок дегенде 2,5 В DC баш чыңалуусу болушу керек (б.а. 5V + 2.5V = 7.5V DC киргизүү).

Тегиздөөчү конденсаторлор үчүн өндүрүүчүнүн сунуштары CInput = 0.33 µF жана COutput = 0.1 µF, бирок жалпы практика кириште жана чыгууда 100 мкФ конденсатор Бул эң начар сценарий үчүн жакшы чечим, жана конденсаторлор жеңүүгө жардам берет сунуштун күтүүсүз өзгөрүүлөрү жана өтмөктөрү.

Эгерде камсыздоо 2 V чегинен төмөн түшүп кетсе- конденсаторлор андай болбошу үчүн камсыздоону стабилдештирет. Эгерде сиздин проектиңизде мындай өтмөктөр жок болсо, анда сиз өндүрүүчүнүн сунуштары менен иштей аласыз.

Жөнөкөй линиялык чыңалуу жөндөгүчүнүн схемасы жөн эле L7805 чыңалуусунун жөнгө салуучусу жана эки конденсатор, бирок биз бул схеманы жакшыртып, коргоо жана визуалдык көрсөткүчтөр менен бир аз өнүккөн электр менен камсыздоону түзө алабыз.

Эгерде сиз долбооруңузду жайылтууну кааласаңыз, анда мен кардарлар менен болгон ыңгайсыздыкты болтурбоо үчүн, албетте, ошол кошумча компоненттерди кошууну сунуштайм.

4 -кадам: 7805 микросхемасы жаңыртылды

Биринчиден, туташтыргычты колдонуп, схеманы күйгүзүп же өчүрө аласыз.

Кошумча катары, сиз жөнгө салуучунун чыгышы менен киришинин ортосунда тескери бурмаланган диодду (D1) койсоңуз болот. Эгерде жүктөмдө индукторлор, ал тургай конденсаторлор болсо, анда кириш жоготуу тескери чыңалууга алып келиши мүмкүн, бул болсо жөнгө салуучуну жок кылат. Диод мындай агымдардын бардыгын айланып өтөт.

Кошумча конденсаторлор акыркы чыпка катары иштейт. Алар чыгыш чыңалуусу үчүн бааланган чыңалууга ээ болушу керек, бирок коопсуздуктун бир аз чеги үчүн киргизүүгө ылайыктуу болушу керек (мис., 16 25 В). Алар чындыгында сиз күткөн жүктүн түрүнө жараша болот жана таза DC жүктөмүндө калтырылышы мүмкүн, бирок C1 жана C2 үчүн 100uF жана C4 (жана C3) үчүн 1uF жакшы башталыш болмок.

Кошумча катары сиз электр энергиясынын жетишсиздигин аныктоо үчүн абдан пайдалуу болгон көрсөткүч жарыгын берүү үчүн LEDди жана тиешелүү токту чектөөчү резисторду кошо аласыз; схема иштетилгенде, LED чырактары күйүк, антпесе сиздин схемаңыздагы кээ бир каталарды издеңиз.

Көпчүлүк чыңалуу жөндөгүчтөрү микросхемаларды ысып кетүүдөн коргогон коргоо схемасына ээ жана эгер ал өтө ысып кетсе, анда ал чыгуучу чыңалууну түшүрөт жана демек, түзмөк ысыктан бузулбашы үчүн чыгаруучу токту чектейт. TO-220 таңгактарындагы чыңалуу жөнгө салгычтары да радиатордун тиркемеси үчүн орнотуучу тешикке ээ жана мен аны сөзсүз түрдө жакшы өнөр жай радиаторун тиркөө үчүн колдонууну сунуштайм.

5 -кадам: 78XXтен көбүрөөк күч

78XX регуляторлорунун көбү 1 - 1,5 А чыгуучу ток менен чектелет, эгерде IC жөндөгүчүнүн чыгуу агымы уруксат берилген максималдуу чектен ашып кетсе, анын ички өткөрмө транзистору чыдай алгандан көбүрөөк энергияны таркатат, бул алып келет. өчүрүү үчүн.

Регулятордун максималдуу уруксат берилген чегинен ашык талап кылган тиркемелер үчүн, тышкы агым транзистору чыгуучу токту жогорулатуу үчүн колдонулушу мүмкүн. FAIRCHILD Semiconductor сүрөтү мындай конфигурацияны көрсөтөт. Бул схема жүккө жогорку токту (10 А чейин) чыгаруу мүмкүнчүлүгүнө ээ, бирок дагы эле IC жөндөгүчүнүн жылуулук өчүрүлүшүн жана кыска туташуусун коргойт.

BD536 күч транзистору өндүрүүчү тарабынан сунушталган.

6 -кадам: LDO Voltage Regulators

L7805 салыштырмалуу жогорку түшүү чыңалуусу менен өтө жөнөкөй түзмөк.

Кээ бир сызыктуу чыңалуу жөндөгүчтөрү, төмөн түшүү (LDO) деп аталат, 7805тин 2Вга караганда бир кыйла кичине түшүү чыңалуусуна ээ. Мисалы LM2937 же LM2940CT-5.0 0,5Вга чыгып кетет, натыйжада сиздин электр менен камсыздоо схемаңыз жогорку эффективдүүлүккө ээ жана аны батареянын кубаттуулугу бар долбоорлордо колдонсоңуз болот.

Сызыктуу жөнгө салуучу иштей ала турган минималдуу Vin-Vout дифференциалдык чыңалуу деп аталат. Эгерде Вин менен Вауттун ортосундагы айырмачылык чыңалуудан төмөн түшүп кетсе, анда жөндөгүч окуу режиминде.

Төмөн окуудан чыгуу жөндөгүчтөрүнүн кирүү менен чыгуу чыңалуусунун ортосундагы айырмасы өтө аз. Өзгөчө LM2940CT-5.0 линиялык жөндөгүчтөрүнүн чыңалуу айырмасы түзмөктөрдүн "түшүп кетишине" чейин 0,5 вольттон аз жетиши мүмкүн. Кадимкидей иштөө үчүн, кирүүчү чыңалуу чыгууга караганда 0,5 В жогору болушу керек.

Бул чыңалуу жөндөгүчтөрү L7805ке окшош T220 форма факторуна ээ - сол жагында киргизүү, ортосунда жер жана оңдо чыгаруу (алдыдан караганда). Натыйжада сиз ошол эле схеманы колдоно аласыз. Конденсаторлор үчүн өндүрүштүк сунуштар CInput = 0.47 µF жана COutput = 22 µF.

Бир чоң кемчилик-"төмөн окуу" жөнгө салуучулары 7805 сериясына салыштырмалуу кымбатыраак (ал тургай он эсеге чейин).

7 -кадам: Жөнгө салынган LM317 Power Supply

LM317 - өзгөрмөлүү чыгышы бар оң линиялык чыңалуу жөнгө салуучу, 1,2-37 В чыңалуу диапазонунда 1,5 Адан ашык чыгуучу токту берүүгө жөндөмдүү.

. Биринчи эки тамга "линиялык монолиттүү" дегенди билдирген "LM" сыяктуу өндүрүүчүнүн артыкчылыктарын билдирет. Бул өзгөрүлмө чыгуучу кубатуулукту жөнгө салуучу, ошондуктан стандарттуу эмес чыңалууга муктаж болгон учурларда абдан пайдалуу. 78xx форматы оң чыңалуу жөндөгүчтөрү, же 79xx терс чыңалуу жөндөгүчтөрү, бул жерде "xx" түзмөктөрдүн чыңалуусун билдирет.

Чыгуу чыңалуу диапазону 1,2 В жана 37 В ортосунда жана Raspberry Pi, Arduino же DC Motors Shieldди иштетүү үчүн колдонулушу мүмкүн. LM3XX 78XX сыяктуу эле киргизүү/чыгаруу чыңалуусунун айырмачылыгына ээ - киргизүү чыгыш чыңалуусунан кеминде 2,5 В жогору болушу керек.

78XX жөнгө салуучу сериядагыдай эле, LM317 - үч пиндүү түзмөк. Бирок зымдары бир аз башкача.

LM317 кошулуусу жөнүндө белгилей кетчү негизги нерсе - бул жөнгө салуучу чыңалуу менен камсыз кылган R1 жана R2 эки каршылыгы; бул маалымдама чыңалуусу чыгуучу чыңалууну аныктайт. Сиз бул резистордун маанилерин төмөнкүчө эсептей аласыз:

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

IAdj адатта 50 мкА жана көпчүлүк колдонмолордо анча байкалбайт, жана VREF 1.25 В - минималдуу чыгуу чыңалуусу.

Эгерде биз IAdjти этибарга албасак, анда биздин теңдемебизди жөнөкөйлөтсө болот

Vout = 1.25 x (1 + R2/R1)

Эгерде биз R1 240 Ω жана R2ди 1 кОм менен колдоно турган болсок, анда Vout = 1.25 (1+0/240) = 1.25 В.

Биз потенциометрдин баскычын башка жакка толугу менен айландырганда, Vout = 1.25 (1+2000/240) = 11.6 В чыгуучу чыңалуу катары алабыз.

Эгерде сизге жогорку чыңалуу керек болсо, анда R1ди 100 Ω каршылыкка алмаштырышыңыз керек.

Circuit түшүндүрдү:

• R1 жана R2 чыгаруу чыңалуусун коюу үчүн талап кылынат. CAdj Ripple четке жакшыртуу үчүн сунуш кылынат. Бул чыгуу чыңалуусу жогору жөнгө салынгандыктан, толкундун күчөп кетишине жол бербейт.
• С1 сунушталат, айрыкча, эгерде жөндөгүч электр менен камсыздоочу чыпка конденсаторлоруна жакын болбосо. 0.1-µF же 1-µF керамикалык же танталдык конденсатор көпчүлүк колдонмолор үчүн, айрыкча, тууралоо жана чыгаруу конденсаторлору үчүн жетиштүү түрдө айланып өтүүнү камсыз кылат.
• C2 убактылуу реакцияны жакшыртат, бирок туруктуулук үчүн керек эмес.
• CAdj колдонулса D2 коргоо диоду сунушталат. Диод конденсатордун жөндөгүчтүн чыгуусуна жол бербөө үчүн аз импеданстуу разряд жолун камсыздайт.
• C2 колдонулса, коргоочу диод D1 сунушталат. Диод конденсатордун жөндөгүчтүн чыгуусуна жол бербөө үчүн аз импеданстуу разряд жолун камсыздайт.

8 -кадам: Жыйынтык

Сызыктуу жөнгө салуучулар пайдалуу, эгерде:

• Чыгуу чыңалуусунун дифференциалына киргизүү аз
• Сизде жүктөм аз
• Сиз абдан таза чыгуу чыңалуусун талап кыласыз
• Сиз дизайнды мүмкүн болушунча жөнөкөй жана арзан кармашыңыз керек.

Демек, линиялык жөндөгүчтөрдү колдонуу оңой эле эмес, алар кандайдыр бир түрдөгү толкундар, чукулуктар жана ызы -чууларсыз, жөнгө салуучуларга салыштырмалуу алда канча таза чыгуучу чыңалууну камсыз кылат. Жыйынтыктап айтканда, эгерде кубаттуулуктун таралышы өтө жогору болбосо же сизге күчөткүч жөнгө салуучу керек болбосо, сызыктуу жөндөгүч сиздин эң жакшы вариантыңыз болот.