Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Zasilanie do twojego projektu, część 7. Radiatory i napięcia ujemne

Twój projekt wydaje się być skończony i gotowy do uruchomienia, lecz zadanie nie jest jeszcze wykonane dopóki nie zastosujesz odpowiedniego źródła zasilania. Rozwiązanie tego problemu może być tak proste, jak zastosowanie gotowego zasilacza o odpowiednich parametrach, bądź też tak złożone, jak zbudowanie własnego systemu zasilania z zasilaniem impulsowym, kilkoma wyjściami oraz podtrzymaniem bateryjnym. Nasz kurs ma za zadanie pomóc w rozwiązaniu tej kwestii i dostarczyć wiedzy na temat ważnych aspektów zasilania układów elektronicznych. W zeszłym miesiącu omówiliśmy temat zasilaczy impulsowych (SMPS) i wyjaśniliśmy podstawowe zasady działania stabilizatorów impulsowych buck (step-down) i boost (step-up). W tym miesiącu zajmiemy się dwoma tematami. Po pierwsze, pokażemy kilka prostych sposobów na wytworzenie ujemnych napięć wyjściowych z dodatniego zasilania DC. Po drugie, wszystkie układy elektroniczne wytwarzają ciepło podczas pracy, a kwestia ta jest szczególnie istotna w zasilaczach. Zarządzanie bezpiecznym rozpraszaniem ciepła może być kluczowym czynnikiem decydującym o niezawodności zasilacza, dlatego zawarliśmy kilka ważnych porad dotyczących rozpraszania ciepła, jak również wyboru i stosowania radiatorów. Nasz praktyczny projekt będzie miał postać niskoprądowego konwertera napięcia ujemnego, który typowo wytwarza napięcie –5 V przy 15 mA z nominalnego napięcia wejściowego +12 V.
Article Image

Ujemne napięcia wyjściowe z dodatniego zasilania 

Od czasu do czasu zachodzi konieczność zastosowania ujemnej szyny zasilającej, podczas gdy dostępne jest tylko dodatnie napięcie wejściowe DC. W przypadku zasilania prądem zmiennym nie stanowi to problemu, ponieważ wiele wyjść dodatnich i ujemnych można łatwo uzyskać z prostych układów prostownik/stabilizator. Gdy dostępne jest jednak tylko wejście DC, konieczne jest zastosowanie technik impulsowych, aby wygenerować wyjście ujemne. Tam gdzie wymagane są stosunkowo duże prądy można zastosować SMPS z transformatorem posiadającym wiele uzwojeń wtórnych (patrz rysunek 4.5 w czwartym odcinku serii). Jednakże, gdy potrzebne są tylko niskie prądy (<100 mA), mniej złożone rozwiązanie może być oparte na układzie znanym jako „pompa ładunku”. 

Pompy ładunku

Układ oparty jest na układach Analog Devices ADM660 i ADM8660 (ADM660 może pracować zarówno jako inwerter napięcia jak i podwajacz napięcia). Podczas pracy jako inwerter napięcia, pompy ładunkowe ADM660/8660 zamieniają wejście w zakresie od +1,5 V do +7 V na odpowiadające mu ujemne wyjście w zakresie od –1,5 V do –7 V. Ponieważ do pracy pompy ładunku wymagane są tylko dwa zewnętrzne kondensatory, a maksymalna sprawność na poziomie około 90% jest osiągalna przy prądach obciążenia do 50 mA, ten odwracający układ jest idealny do generowania ujemnej szyny w niskonapięciowych systemach zasilanych z pojedynczego źródła. Wejście sterujące częstotliwością (FC) umożliwia wybór trybu pracy pompy ładunku z częstotliwością 25 kHz lub 120 kHz. Dla pracy przy 25 kHz, kondensatory pompy ładunku (C2 i C3) powinny być miniaturowymi kondensatorami elektrolitycznymi o niskim współczynniku ESR (patrz poprzedni miesiąc); natomiast dla 120 kHz wartości te mogą być zredukowane do 2,2 μF (ponownie należy zastosować elementy o niskim współczynniku ESR). Wewnętrzny generator zegarowy w układach ADM660/8660 dostarcza dwa wyjścia o przeciwnej fazie i o częstotliwości równej połowie częstotliwości zegara. Te dwa wyjścia sterują parami przełączników (S1/S2 i S3/S4). Należy pamiętać, że gdy S1/S2 są zamknięte, S3/S4 są otwarte i odwrotnie. Gdy S1/S2 są zamknięte, a S3/S4 otwarte, C2 ładuje się do dodatniego napięcia wejściowego. Gdy S1/S2 są otwarte, a S3/S4 zamknięte, ładunek w C2 jest przekazywany do C3. Ponieważ dodatnia nóżka C3 jest uziemiona (tj. 0 V), na jej ujemnej nóżce pojawi się ujemny sygnał wyjściowy. W ten sposób napięcie wejściowe jest efektywnie odwrócone (tzn. wyjście będzie miało taką samą wielkość jak wejście, ale będzie miało przeciwną polaryzację). Układ oparty na ADM8660 z dodatkiem kondensatora wejściowego redukującego szumy (C1) oraz wskaźnika napięcia wyjściowego (R1 i D1). Przy napięciu wejściowym 5 V układ ten wytworzy bez obciążenia na wyjściu napięcie o wartości –5 V. Przy obciążeniu 50 mA napięcie wyjściowe spadnie do około –4,5 V, a przy maksymalnym obciążeniu 100 mA napięcie wyjściowe będzie mniejsze niż –3,9 V. Nasz praktyczny projekt zaprezentuje alternatywne podejście do niskoprądowych, ujemnych źródeł zasilania w postaci konwertera 555, podobnego do podwajacza napięcia z poprzedniego odcinka, ale wytwarzającego ujemne napięcie wyjściowe zamiast dodatniego. 

Aby przeczytać ten artykuł kup e-wydanie
Kup teraz
Firma:
Tematyka materiału: ZASILANIE, WYBÓR ZASILANIA, ŹRÓDŁO ZASILANIA, BATERIE, RODZAJE I SPECYFIKACJE ZASILACZY, SPRAWNOŚĆ, ZABEZPIECZENIE, OBCIĄŻENIE CIĄGŁE, OBCIĄŻENIE SZCZYTOWE, CYKL PRACY, TĘTNIENIA I SZUMY, NIEZAWODNOŚĆ, KRYTYCZNOŚĆ, ŁATWOŚĆ KONSERWACJI, ŚRODOWISKO, STABILIZACJA NAPIĘCIA, REZYSTANCJA WYJŚCIOWA
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich październik 2022
Udostępnij
Zobacz wszystkie quizy
Quiz weekendowy
Mikroprocesory (µP),
Mikrokontrolery (µC)
1/12 Architektura RISC w porównaniu do architektury CISC charakteryzuje się:
Oceń najnowsze wydanie EdW
Wypełnij ankietę i odbierz prezent
Kursy kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino Audio Automatyka
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc
Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż
Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki
Pomiary i testy Projektowanie Raspberry Pi
Retro
Komunikacja, RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory
Silniki i serwo Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wzmacniacze
Zasilanie
W tym numerze znajdziesz źródłową wersję artykułu publikowanego obok
Elektronika dla Wszystkich
październik 2022
Elektronika dla Wszystkich
Przejrzyj i kup
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"