Xətti gərginlik tənzimləyicilərinə giriş: 8 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Beş il əvvəl Arduino və Raspberry Pi ilə ilk işə başladığımda enerji təchizatı haqqında çox düşünmədim, bu zaman moruq Pi -dən olan güc adapteri və Arduinonun USB təchizatı kifayət qədər çox idi.

Ancaq bir müddət sonra maraq məni digər enerji təchizatı üsullarını nəzərdən keçirməyə məcbur etdi və daha çox layihə yaratdıqdan sonra fərqli və mümkünsə tənzimlənən DC enerji mənbələri haqqında fikirlər söyləmək məcburiyyətində qaldım.

Xüsusilə dizaynınızı bitirdiyiniz zaman layihənizin daha daimi bir versiyasını qurmaq istəyəcəksiniz və bunun üçün ona enerji verməyə necə getmək lazım olduğunu düşünməlisiniz.

Bu Dərslikdə geniş istifadə olunan və əlverişli IC (LM78XX, LM3XX, PSM-165 və s.) Onların öz layihələri üçün funksionallığı və həyata keçirilməsi haqqında öyrənəcəksiniz.

Addım 1: Dizayn mülahizələri

Ümumi gərginlik səviyyələri

Dizaynınızın tələb edə biləcəyi bir neçə standart gərginlik səviyyəsi var:

• 3.3 Volt DC-Bu Raspberry PI və aşağı güclü rəqəmsal cihazlar tərəfindən istifadə edilən ümumi bir gərginlikdir.
• 5 Volt DC - Bu rəqəmsal cihazlar tərəfindən istifadə olunan standart TTL (Transistor Transistor Logic) gərginliyidir.
• 12 Volt DC - DC, servo və pilləli mühərriklər üçün istifadə olunur.
• 24/48 Volt DC - CNC və 3D Print layihələrində geniş istifadə olunur.

Dizaynınızda məntiq səviyyəsi gərginliklərinin çox dəqiq tənzimlənməsini düşünməlisiniz. Məsələn, TTL gərginliyi olan cihazlarda, təchizat gərginliyinin 4.75 ilə 5.25 volt arasında olması lazımdır, əks halda hər hansı bir gərginlik sapması məntiq komponentlərinin düzgün işləməməsinə və ya hətta komponentlərinizin məhv olmasına səbəb olacaqdır.

Məntiq səviyyəli cihazlardan fərqli olaraq, mühərriklərin, LED -lərin və digər elektron komponentlərin enerji təchizatı geniş diapazonda dəyişə bilər. Əlavə olaraq layihənin mövcud tələblərini nəzərə almalısınız. Xüsusilə mühərriklər cari çəkilişlərin dalğalanmasına səbəb ola bilər və hər bir motorun tam gücü ilə işlədiyi "ən pis vəziyyət" vəziyyətinə uyğun olaraq enerji təchizatınızı tərtib etməlisiniz.

Batareya boşaldıqca batareyanın gərginlik səviyyəsi dəyişə biləcəyi üçün xətdən işləyən və batareyadan işləyən dizaynlar üçün gərginlik tənzimlənməsi üçün fərqli bir yanaşma tətbiq etməlisiniz.

Gərginlik tənzimləyicisi dizaynının başqa bir vacib cəhəti səmərəliliyidir - xüsusən də batareya ilə işləyən layihələrdə enerji itkilərini minimuma endirmək lazımdır.

DİQQƏT: Əksər ölkələrdə bir şəxs qanuni olaraq 50V AC -dən yuxarı gərginliklə lisenziyasız işləyə bilməz. Ölümcül gərginliklə işləyən hər hansı bir insanın etdiyi səhv, həm özünün, həm də başqasının ölümünə səbəb ola bilər. Bu səbəbdən yalnız 60 V DC altında gərginlik səviyyəsi olan DC enerji təchizatı quruluşunu izah edəcəyəm.

Addım 2: Gərginlik tənzimləyicilərinin növləri

Gərginlik tənzimləyicilərinin iki əsas növü var:

• ən sərfəli və istifadəsi asan olan xətti gərginlik tənzimləyiciləri
• xətti gərginlik tənzimləyicilərindən daha səmərəli, lakin daha bahalı və daha mürəkkəb bir dövrə dizaynı tələb edən keçid gərginlik tənzimləyiciləri.

Bu dərsdə xətti gərginlik tənzimləyiciləri ilə işləyəcəyik.

Xətti gərginlik tənzimləyicilərinin elektrik xüsusiyyətləri

Xətti tənzimləyicidəki gerilim düşməsi, IC -nin dağılmış gücü ilə mütənasibdir və ya başqa sözlə, istilik effekti səbəbindən güc itir.

Xətti tənzimləyicilərdə güc itkisi üçün aşağıdakı tənlikdən istifadə etmək olar:

Güc = (VInput - VOutput) x I

L7805 xətti tənzimləyicisi 1 A yük verərsə (2 V gərginlik düşmə dəfə 1 A) ən azı 2 vat sərf etməlidir.

Giriş və çıxış gərginliyi arasındakı gərginlik fərqi artdıqca - güc dağılımı da artır. Məsələn, 1 volt verən 5 volta qədər tənzimlənən 7 voltlu bir qaynaq, xətti tənzimləyici vasitəsi ilə 2 vat paylasa, eyni cərəyanı verən 5 volta qədər tənzimlənən 12 V DC mənbəyi 5 vattı dağıdaraq tənzimləyicini yalnız 50 % edir. səmərəli

Növbəti vacib parametr ° C/W (Watt başına ° C) vahidlərində "İstilik Müqaviməti" dir.

Bu parametr, çipin ətrafdakı hava istiliyindən yuxarı istiləşmə dərəcəsini göstərir, hər vatt gücə düşməlidir. Sadəcə hesablanmış güc itkisini İstilik Müqaviməti ilə vurun və bu xətti tənzimləyicinin bu qədər güc altında nə qədər qızacağını sizə xəbər verəcəkdir:

Güc x İstilik Müqaviməti = Ətraf Mühitin Üstündəki Temperatur

Məsələn, 7805 tənzimləyicisinin 50 ° C / Vt istilik müqaviməti var. Bu o deməkdir ki, tənzimləyiciniz dağılır:

• 1 vat, 50 ° C -yə qədər istiləşəcək
• .2 vat 100 ° C istiləşəcək.

Qeyd: Layihənin planlaşdırılması mərhələsində lazımi cərəyanı hesablamağa və gərginlik fərqini minimuma endirməyə çalışın. Məsələn, 78XX xətti gərginlik tənzimləyicisinin 2 V gərginlik düşməsi var (minimum giriş gərginliyi Vin = 5 + 2 = 7 V DC), nəticədə 7, 5 və ya 9 V DC enerji təchizatı istifadə edə bilərsiniz.

Səmərəliliyin hesablanması

Çıxış cərəyanının xətti bir tənzimləyicinin giriş cərəyanına bərabər olduğunu nəzərə alsaq, sadələşdirilmiş tənliyi alacağıq:

Effektivlik = Vout / Vin

Məsələn, girişdə 12 V olduğunuzu və 1 A yük cərəyanında 5 V çıxarmağınız lazım olduğunu söyləyək, onda xətti tənzimləyicinin səmərəliliyi yalnız (5 V / 12 V) x 100 % = 41 % olardı. Bu o deməkdir ki, girişdən gələn enerjinin yalnız 41 % -i çıxışa keçir və qalan güc istilik kimi itiriləcək!

Addım 3: 78XX Xətti Tənzimləyicilər

78XX gərginlik tənzimləyiciləri, böyük güc tranzistor paketlərindən (T220) kiçik səthə montaj cihazlarına qədər bir çox fərqli paketdə mövcud olan 3 pinli qurğulardır və müsbət bir gərginlik tənzimləyicisidir. 79XX seriyası ekvivalent mənfi gərginlik tənzimləyiciləridir.

78XX seriyalı tənzimləyicilər 5 ilə 24 V arasında sabit tənzimlənmiş gərginlik təmin edir. IC hissə nömrəsinin son iki rəqəmi cihazın çıxış gərginliyini göstərir. Bu o deməkdir ki, məsələn, 7805 müsbət 5 volt tənzimləyicidir, 7812 müsbət 12 volt tənzimləyicidir.

Bu gərginlik tənzimləyiciləri düz irəlidir - L8705 və bir neçə elektrolitik kondansatörü giriş və çıxışa bağlayın və 5 V Arduino layihələri üçün sadə bir gərginlik tənzimləyicisi qurun.

Mühüm addım, pin-çıxışlar və istehsalçı tövsiyələri üçün məlumat vərəqələrini yoxlamaqdır.

78XX (müsbət) tənzimləyiciləri aşağıdakı pinoutlardan istifadə edirlər:

1. GİRİŞ tənzimlənməyən DC girişi Vin
2. REFERANS (YER)
3. Çıxış -tənzimlənən DC çıxışı Vout

Bu gərginlik tənzimləyicilərinin TO-220 korpus versiyası ilə əlaqədar qeyd etmək lazım olan bir şey, korpusun mərkəzi pinə (pin 2) elektriklə bağlı olmasıdır. 78XX seriyasında, işin əsaslandırıldığı deməkdir.

Bu tip xətti tənzimləyicinin 2 V buraxma gərginliyi var, nəticədə 1A -da 5V çıxışı ilə ən az 2,5 V DC baş gərginliyinə (yəni 5V + 2.5V = 7.5V DC girişi) malik olmalısınız.

Hamarlaşdırıcı kondansatörlər üçün istehsalçı tövsiyələri CInput = 0.33 µF və COutput = 0.1 µF-dir, lakin ümumi təcrübə giriş və çıxışda 100 µF kondansatördür. Ən pis vəziyyət ssenarisi üçün yaxşı bir həlldir və kondansatörlər bunun öhdəsindən gəlməyə kömək edir. təklifdəki ani dalğalanmalar və keçidlər.

Təchizatın 2 V həddinin altına düşməsi halında- kondensatorlar bunun olmamasını təmin etmək üçün təchizatı sabitləşdirəcəklər. Layihənizdə belə bir keçid yoxdursa, istehsalçı tövsiyələri ilə işləyə bilərsiniz.

Sadə xətti gərginlik tənzimləyici dövrəsi yalnız L7805 gərginlik tənzimləyicisi və iki kondansatördür, lakin bir qədər qorunma və vizual göstərici ilə daha inkişaf etmiş bir enerji təchizatı yaratmaq üçün bu dövrəni təkmilləşdirə bilərik.

Layihənizi yaymaq istəyirsinizsə, müştərilərlə gələcək narahatçılığın qarşısını almaq üçün mütləq bir neçə əlavə komponenti əlavə etməyi təklif edərəm.

Addım 4: Təkmilləşdirilmiş 7805 Dövrə

Əvvəlcə dövrə açmaq və ya söndürmək üçün açarı istifadə edə bilərsiniz.

Əlavə olaraq tənzimləyicinin çıxışı ilə girişi arasında tərs qərəzli bir diod (D1) yerləşdirə bilərsiniz. Yükdə indüktorlar və ya hətta kondansatörlər varsa, giriş itkisi tənzimləyicini məhv edə biləcək tərs bir gərginliyə səbəb ola bilər. Diyot bu cür cərəyanları aşır.

Əlavə kondansatörler bir növ son filtr kimi çıxış edir. Çıxış gərginliyi üçün nominal gərginliyə malik olmalıdırlar, lakin bir az təhlükəsizlik marjası üçün girişə uyğun olacaq qədər yüksək olmalıdır (məsələn, 16 25 V). Həqiqətən gözlədiyiniz yük növündən asılıdır və təmiz bir DC yükü üçün buraxıla bilər, ancaq C1 və C2 üçün 100 uF və C4 (və C3) üçün 1 uF yaxşı bir başlanğıc olardı.

Əlavə olaraq, LED və uyğun cərəyan məhdudlaşdıran rezistor əlavə edə bilərsiniz ki, bu da enerji təchizatı çatışmazlığının aşkarlanması üçün çox faydalı olan bir göstərici işığı təmin edir; dövrə enerjili olduqda LED işıqları AÇIQdır, əks halda dövrənizdə bəzi arızalar axtarın.

Əksər gərginlik tənzimləyicilərində çipləri həddindən artıq istiləşmədən qoruyan və çox qızdırıldıqda çıxış gərginliyini aşağı salan və buna görə də cihazın istidən zərər görməməsi üçün çıxış cərəyanını məhdudlaşdıran qoruyucu sistemlər var. TO-220 paketlərindəki gərginlik tənzimləyicilərinin də soyuducu qurğusu üçün bir montaj çuxuru var və mən sizə yaxşı bir sənaye soyuducu bağlamaq üçün mütləq istifadə etməyinizi təklif edəcəyəm.

Addım 5: 78XX -dən daha çox güc

78XX tənzimləyicilərinin əksəriyyəti 1 - 1,5 A çıxış cərəyanı ilə məhdudlaşır. IC tənzimləyicisinin çıxış cərəyanı icazə verilən maksimum həddi keçərsə, onun daxili keçid tranzistoru dözə biləcəyindən çox enerji sərf edəcək və bu səbəb olacaq. bağlanmasına.

Bir tənzimləyicinin icazə verilən maksimum cərəyan həddindən çox tələb edən tətbiqlər üçün, çıxış cərəyanını artırmaq üçün xarici keçid tranzistoru istifadə edilə bilər. FAIRCHILD Semiconductor şəkli belə bir konfiqurasiyanı göstərir. Bu dövrə, yükə daha yüksək cərəyan (10 A-a qədər) istehsal etmək qabiliyyətinə malikdir, lakin hələ də IC tənzimləyicisinin istilik bağlanmasını və qısa qapanma qorumasını qoruyur.

BD536 güc tranzistoru istehsalçı tərəfindən təklif olunur.

Addım 6: LDO Gərginlik Tənzimləyiciləri

L7805, nisbi yüksək buraxılma gərginliyinə malik çox sadə bir cihazdır.

Aşağı düşmə (LDO) adlanan bəzi xətti gərginlik tənzimləyiciləri, 7805-in 2V-dən daha kiçik bir düşmə gərginliyinə malikdir. Məsələn, LM2937 və ya LM2940CT-5.0-da 0,5 V-lik bir düşmə var, nəticədə elektrik təchizatı dövrəniz daha yüksək səmərəliliyə malikdir və batareyadan enerji təchizatı olan layihələrdə istifadə edə bilərsiniz.

Xətti tənzimləyicinin işləyə biləcəyi minimum Vin-Vout diferensialına düşmə gərginliyi deyilir. Vin və Vout arasındakı fərq buraxma gərginliyinin altına düşərsə, tənzimləyici buraxılma rejimindədir.

Az buraxılan tənzimləyicilərin giriş və çıxış gərginliyi arasında çox aşağı bir fərqi var. Xüsusilə LM2940CT-5.0 xətti tənzimləyicilərin gərginlik fərqi cihazların "düşməsindən" əvvəl 0,5 voltdan aşağı ola bilər. Normal işləməsi üçün giriş gərginliyi çıxışdan 0,5 V yüksək olmalıdır.

Bu gərginlik tənzimləyiciləri, L7805 ilə eyni tərzdə eyni T220 forma faktoruna malikdir - solda giriş, ortada torpaq və sağda çıxış (öndən baxıldıqda). Nəticədə eyni dövrəni istifadə edə bilərsiniz. Kondansatörler üçün istehsal tövsiyələri CInput = 0.47 µF və COutput = 22 µF -dir.

Əsas çatışmazlıqlardan biri, "az buraxılan" tənzimləyicilərin 7805 seriyası ilə müqayisədə daha bahalı (hətta on qatına qədər) olmasıdır.

Addım 7: Tənzimlənmiş LM317 Güc Təchizatı

LM317, dəyişən bir çıxışı olan müsbət bir xətti gərginlik tənzimləyicisidir, 1,2-37 V aralığında 1,5 A -dan çox çıxış cərəyanı verə bilir.

. İlk iki hərf, istehsalçının "xətti monolitik" mənasını verən "LM" kimi üstünlüklərini ifadə edir. Dəyişən bir çıxışı olan bir gərginlik tənzimləyicisidir və buna görə də qeyri-standart bir gərginliyə ehtiyacınız olan vəziyyətlərdə çox faydalıdır. 78xx formatı müsbət bir gərginlik tənzimləyicisidir və ya 79xx mənfi gərginlik tənzimləyiciləridir, burada "xx" cihazların gərginliyini təmsil edir.

Çıxış gərginliyi diapazonu 1,2 V və 37 V arasındadır və Raspberry Pi, Arduino və ya DC Motors Shield cihazınızı gücləndirmək üçün istifadə edilə bilər. LM3XX, 78XX ilə eyni giriş/çıxış gərginliyi fərqinə malikdir - giriş çıxış gərginliyindən ən azı 2,5 V yüksək olmalıdır.

78XX seriyalı tənzimləyicilərdə olduğu kimi, LM317 də üç pinli bir cihazdır. Ancaq kabellər bir az fərqlidir.

LM317 bağlanması ilə əlaqədar qeyd edilməli olan əsas şey, tənzimləyiciyə istinad gərginliyi təmin edən iki müqavimətçi R1 və R2 -dir; bu istinad gərginliyi çıxış gərginliyini təyin edir. Bu müqavimət dəyərlərini aşağıdakı kimi hesablaya bilərsiniz:

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

IAdj tipik olaraq 50 µA -dır və əksər tətbiqlərdə əhəmiyyətsizdir və VREF 1.25 V - minimum çıxış gərginliyi.

IAdj -ni laqeyd etsək, tənliyimizi sadələşdirmək olar

Vout = 1.25 x (1 + R2/R1)

R1 240 Ω və R2 -ni 1 kΩ ilə istifadə etsək, Vout = 1.25 (1+0/240) = 1.25 V çıxış gərginliyini alacağıq.

Potensiometr düyməsini tam başqa istiqamətə döndərdikdə çıxış gərginliyi olaraq Vout = 1.25 (1+2000/240) = 11.6 V alacağıq.

Daha yüksək çıxış gərginliyinə ehtiyacınız varsa, R1 -ni 100 Ω rezistorla əvəz etməlisiniz.

Dövrə izah etdi:

• Çıxış gərginliyini təyin etmək üçün R1 və R2 tələb olunur. Dalğalanma rəddini yaxşılaşdırmaq üçün CAdj tövsiyə olunur. Çıxış gərginliyi daha yüksək olduğu üçün dalğalanmanın güclənməsini maneə törədir.
• Xüsusilə tənzimləyici enerji təchizatı filtri kondansatörlərinə yaxın deyilsə, C1 tövsiyə olunur. 0.1-µF və ya 1-µF keramika və ya tantal kondansatör, əksər hallarda, xüsusən tənzimləmə və çıxış kondansatörlərindən istifadə edildikdə kifayət qədər bypass təmin edir.
• C2 keçici cavabı yaxşılaşdırır, lakin sabitlik üçün lazım deyil.
• CAdj istifadə edildikdə D2 qoruyucu diod tövsiyə olunur. Diyot, kondansatörün tənzimləyicinin çıxışına axmasının qarşısını almaq üçün aşağı empedanslı bir boşalma yolu təmin edir.
• C2 istifadə edildikdə D1 qoruyucu diod tövsiyə olunur. Diyot, kondansatörün tənzimləyicinin çıxışına axmasının qarşısını almaq üçün aşağı empedanslı bir boşalma yolu təmin edir.

Addım 8: Xülasə

Xətti tənzimləyicilər aşağıdakı hallarda faydalıdır:

• Çıxış gərginliyi fərqinə giriş azdır
• Aşağı yük cərəyanınız var
• Son dərəcə təmiz bir çıxış gərginliyinə ehtiyacınız var
• Dizaynı mümkün qədər sadə və ucuz saxlamalısınız.

Buna görə də, yalnız xətti tənzimləyicilərin istifadəsi daha asan deyil, həm də heç bir dalğalanma, sıçrayış və ya səs -küy olmadan keçid tənzimləyiciləri ilə müqayisədə daha təmiz bir çıxış gərginliyi təmin edir. Xülasə olaraq, güc itkisi çox yüksək olmadıqda və ya bir addım tənzimləyiciyə ehtiyacınız olmadıqda, xətti tənzimləyici ən yaxşı seçiminiz olacaq.