Zaloguj się
Wszystkie
22 października 2024
100
- Napięcie wyjściowe regulowane w zakresie 0…28 V DC.
- Prąd wyjściowy regulowany w zakresie 0…3 A.
- Stabilizator liniowy, analogowy z szeregowym tranzystorem regulacyjnym.
- Pomiar prądu i napięcia wyjściowego.
- Sterowanie zasilaczem za pomocą mikrokontrolera.
Tor analogowy starszego zasilacza był zbudowany w oparciu o wysokonapięciową wersję wzmacniacza operacyjnego µA741. To powodowało ograniczenie napięcia wyjściowego do 24 V DC. W nowym zasilaczu zastosowałem analogowe rozwiązanie układowe niemające tego typu ograniczenia, zaproponowane przez Marka Stuarta w czasopiśmie „Everyday with Practical Electronics”. Jednak jego rozwiązanie nie było przystosowane do sterowania poprzez sterownik mikroprocesorowy, więc wartości większości elementów trzeba było przeliczyć od nowa. Z oryginalnego rozwiązania pozostała topologia poszczególnych analogowych bloków funkcjonalnych i co bardziej istotne – ogólna idea pracy zasilacza.
Założenia konstrukcyjne
Przyjąłem, że zasilacz będzie źródłem napięcia stałego z zakresu 0…28 V o maksymalnej wydajności prądowej 3A. Założyłem też, że układ będzie sterowany przez sterownik mikroprocesorowy i będzie mierzył napięcie wyjściowe oraz prąd wyjściowy. Pomiar prądu umożliwi wykonanie regulowanego ograniczenia prądowego. Po osiągnięciu zadanej wartości prądu jest ograniczane napięcie wyjściowe. Ograniczenie prądowe zapewnia też odporność zasilacza na zwarcie. Zasilacz pracuje wtedy jako źródło prądowe bez funkcji odcięcia rozumianej jako znaczne ograniczenie prądu wyjściowego przy zwarciu na wyjściu. Układ ma być typowym stabilizatorem analogowym z szeregowym tranzystorem regulacyjnym.
Całe urządzenie zostało funkcjonalnie i konstrukcyjnie podzielone na dwie części: układ analogowy zasilacza i układ sterownika mikroprocesorowego. Jednocześnie układ analogowy został tak skonstruowany, by mógł pracować bez sterownika. Elementami regulacyjnymi są wtedy potencjometry (najlepiej wieloobrotowe), a do pomiaru napięcia i prądu osobne analogowe lub cyfrowe mierniki.
Układ analogowy
Budowa i zasada działania regulowanego, analogowego, stabilizowanego zasilacza prądu stałego jest ogólnie znana. Można w nim wyróżnić: źródło napięcia odniesienia, wzmacniacz błędu, tranzystor regulacyjny mocy. Ponadto do opisywanego zasilacza dodano następujące bloki pomocnicze: blok pomiaru napięcia i prądu, blok ograniczenia prądowego, blok napięcia pomocniczego (powielacz napięcia).
Zasada działania tego układu jest następująca: napięcie wyjściowe ze źródła (S) tranzystora Q1, po podzieleniu w układzie dzielnika z rezystorów R3, R9 i R15 (sygnał regulacji), trafia na wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego U1D. Na wejście odwracające U1D jest podawane napięcie odniesienia (referencyjne) Ureg. Wzmacniacz operacyjny U1D to komparator porównujący napięcia z dzielnika rezystancyjnego i referencyjne Ureg. W wyniku porównania powstaje sygnał błędu sterujący układem regulacyjnym zbudowanym z tranzystorów T3 i Q1. Zastosowanie tranzystora T3 powoduje, że sygnał z wyjścia U1D ma stosunkowo niskie napięcie i nie ma potrzeby stosowania wysokonapięciowych wzmacniaczy operacyjnych, jak to było w poprzednim rozwiązaniu. Wyjściowe napięcie +Uwy jest stale mierzone i jeżeli po podzieleniu nie jest równe napięciu Ureg, to sygnał z wyjścia komparatora ma taką wartość, by te różnicę zniwelować. Przy obciążeniu zmieniającym się dynamicznie jest wymagane, aby układ komparatora był szybki. Z drugiej strony, szybki komparator ma tendencję do wzbudzania się. Z tego powodu trzeba ograniczyć pasmo przenoszenia układu. Do tego celu użyto obwodu RC złożonego z kondensatora C3 (4,7 nF) i rezystora R7 (1 MΩ). Kondensator C3 powinien być dobrej jakości, najlepiej foliowy.
Układ regulacji napięcia można traktować jako wzmacniacz operacyjny mocy objęty pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego poprzez dzielnik napięcia wyjściowego (R3, R9, R15). Taki układ z ujemnym sprzężeniem zwrotnym ma bardzo dobre parametry elektryczne i dlatego jest chętnie stosowany w topologiach scalonych stabilizatorów napięcia i w zasilaczach wykonywanych z elementów dyskretnych.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
