Utangulizi wa Watawala wa Voltage Linear: Hatua 8

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:51

Miaka mitano iliyopita wakati nilipoanza na Arduino na Raspberry Pi sikufikiria sana juu ya usambazaji wa umeme, wakati huu adapta ya umeme kutoka rasipberry Pi na usambazaji wa USB wa Arduino ilikuwa ya kutosha.

Lakini baada ya muda udadisi wangu ulinisukuma kuzingatia njia zingine za usambazaji wa umeme, na baada ya kuunda miradi zaidi nililazimika kuzingatia mambo tofauti na ikiwezekana vyanzo vya umeme vinavyoweza kubadilishwa vya DC.

Hasa ukimaliza muundo wako hakika utataka kujenga toleo la kudumu la mradi wako, na kwa hilo utahitaji kuzingatia jinsi ya kuipatia nguvu.

Katika Mafunzo haya nitaelezea jinsi unaweza kuunda usambazaji wa umeme wa laini na vidhibiti vya voltage vinavyotumika na vya bei rahisi IC (LM78XX, LM3XX, PSM-165 nk). Utajifunza juu ya utendaji wao na utekelezaji wa miradi yako mwenyewe.

Hatua ya 1: Mawazo ya Kubuni

Ngazi za kawaida za Voltage

Kuna viwango kadhaa vya kiwango cha kawaida ambacho muundo wako unaweza kuhitaji:

• Volts 3.3 DC - Hii ni voltage ya kawaida inayotumiwa na Raspberry PI na vifaa vya dijiti vyenye nguvu ndogo.
• Volts 5 DC - Hii ni voltage ya kawaida ya TTL (Transistor Transistor Logic) inayotumiwa na vifaa vya dijiti.
• Volts 12 DC -inatumiwa kwa motors DC, servo na stepper.
• 24/48 Volts DC - inatumiwa sana katika miradi ya CNC na 3D Print.

Unapaswa kuzingatia katika muundo wako kwamba viwango vya kiwango cha mantiki vinahitaji kudhibitiwa haswa. Kwa mfano kwa vifaa vilivyo na voltage ya TTL voltage ya usambazaji inahitaji kuwa kati ya volts 4.75 na 5.25, vinginevyo kupotoka kwa voltage yoyote kutasababisha vifaa vya mantiki kuacha kufanya kazi kwa usahihi au hata kuharibu vifaa vyako.

Kinyume na vifaa vya kiwango cha mantiki usambazaji wa umeme, taa za LED na vifaa vingine vya elektroniki vinaweza kupotoka kwa anuwai. Kwa kuongeza lazima uzingatie mahitaji ya sasa ya mradi. Hasa motors zinaweza kusababisha kuteka kwa sasa kubadilika na unahitaji kubuni usambazaji wako wa umeme ili kukidhi hali "mbaya" ambapo kila motor inaendeshwa kwa uwezo kamili.

Lazima utumie njia tofauti kwa udhibiti wa voltage kwa muundo unaotumiwa na umeme, kwa sababu viwango vya voltage ya betri vitabadilika wakati betri inapoachilia.

Kipengele kingine muhimu cha muundo wa mdhibiti wa voltage ni ufanisi - haswa katika miradi inayotumiwa na betri lazima upunguze upotezaji wa nguvu kwa kiwango cha chini.

TAHADHARI: Katika nchi nyingi mtu hawezi kufanya kazi kihalali na voltages zaidi ya 50V AC bila leseni. Makosa yoyote yaliyofanywa na mtu yeyote anayefanya kazi na voltage mbaya yanaweza kusababisha kifo chao, au cha mtu mwingine. Kwa sababu hii nitaelezea tu usambazaji wa umeme wa DC na kiwango cha voltage chini ya 60 V DC.

Hatua ya 2: Aina za Udhibiti wa Voltage

Kuna aina mbili kuu za vidhibiti vya voltage:

• vidhibiti vya laini ambavyo vina bei rahisi na rahisi kutumia
• kuwabadilisha vidhibiti vya voltage ambavyo ni bora zaidi kuliko vidhibiti vya nguvu vya umeme, lakini ni ghali zaidi na vinahitaji muundo tata zaidi wa mzunguko.

Katika mafunzo haya tutafanya kazi na vidhibiti vya voltage vya laini.

Tabia za umeme za wasimamizi wa voltage ya mstari

Kushuka kwa voltage katika mdhibiti wa laini ni sawa na nguvu iliyotawanyika ya IC, au kwa maneno mengine nguvu hupoteza kwa sababu ya athari ya kupokanzwa.

Kwa utaftaji wa nguvu katika vidhibiti vya laini inayofuata equation inaweza kutumika:

Nguvu = (VInput - VOputput) x I

Mdhibiti wa mstari wa L7805 lazima atawanye angalau watts 2 ikiwa itatoa mzigo 1 A (2 V voltage mara 1 A).

Pamoja na ongezeko la tofauti ya voltage kati ya pembejeo na pato la voltage - utaftaji wa nguvu huongezeka pia. Maana, kwa mfano, wakati chanzo cha volts 7 zilizodhibitiwa kwa volts 5 zinazotoa 1 amp zingeondoa watts 2 kupitia mdhibiti wa laini, chanzo cha 12 V DC kilichodhibitiwa kwa volts 5 zinazotoa sasa sawa zingeondoa watts 5, na kumfanya mdhibiti tu 50% ufanisi.

Kigezo muhimu kinachofuata ni "Upinzani wa Mafuta" katika vitengo vya ° C / W (° C kwa Watt).

Kigezo hiki kinaonyesha idadi ya digrii ambazo chip itawaka juu ya joto la hewa, kwa kila watt ya nguvu lazima ipotee. Zidisha utaftaji wa nguvu uliohesabiwa na Upinzani wa Mafuta na hiyo itakuambia ni kiasi gani mdhibiti wa laini atapokanzwa chini ya kiwango hicho cha nguvu:

Nguvu x Upinzani wa Mafuta = Joto Juu ya Ambient

Kwa mfano mdhibiti wa 7805 ana Upinzani wa Mafuta wa 50 ° C / Watt. Hii inamaanisha ikiwa mdhibiti wako anapotea:

• 1 watt, itawasha joto 50 ° C
• Watts 2 itapasha joto 100 ° C.

KUMBUKA: Wakati wa awamu ya upangaji wa mradi jaribu kukadiria inayohitajika sasa na upunguze tofauti ya voltage kwa kiwango cha chini. Kwa mfano mdhibiti wa voltage ya 78XX ina 2 V voltage kushuka (min. Voltage ya pembejeo ni Vin = 5 + 2 = 7 V DC), kwa sababu hiyo unaweza kutumia umeme wa 7, 5 au 9 V DC.

Uhesabuji wa ufanisi

Kwa kuzingatia kwamba sasa pato ni sawa na sasa ya pembejeo kwa mdhibiti wa laini basi tutapata equation rahisi:

Ufanisi = Vout / Vin

Kwa mfano, wacha tuseme una 12 V kwenye pembejeo na unahitaji kutoa 5 V kwa 1 A ya mzigo wa sasa, basi ufanisi wa mdhibiti wa laini itakuwa tu (5 V / 12 V) x 100% = 41%. Hii inamaanisha kuwa ni 41% tu ya nguvu kutoka kwa pembejeo huhamishiwa kwenye pato, na nguvu iliyobaki itapotea kama joto!

Hatua ya 3: 78XX Wasimamizi wa laini

Vidhibiti vya voltage 78XX ni vifaa vya pini 3 zinazopatikana katika vifurushi anuwai tofauti, kutoka vifurushi vikubwa vya umeme (T220) hadi vifaa vidogo vya mlima wa uso ni vidhibiti vyema vya voltage. Mfululizo wa 79XX ni vidhibiti sawa vya voltage hasi.

Mfululizo wa 78XX wa wasimamizi hutoa voltages zilizosimamiwa kutoka 5 hadi 24 V. Nambari mbili za mwisho za nambari ya sehemu ya IC zinaashiria voltage ya pato la kifaa. Hii inamaanisha, kwa mfano, 7805 ni mdhibiti mzuri wa volt 5, 7812 ni mdhibiti mzuri wa volt 12.

Vidhibiti hivi vya voltage viko mbele moja kwa moja - unganisha L8705 na capacitors kadhaa za elektroni katika pembejeo na pato, na unaunda mdhibiti rahisi wa voltage kwa miradi 5 V Arduino.

Hatua muhimu ni kuangalia karatasi za data kwa siri na maoni ya watengenezaji.

Wasimamizi wa 78XX (chanya) hutumia pini zifuatazo:

1. Pembejeo ya Vin ya pembejeo isiyodhibitiwa
2. MAREJELEO (CHINI)
3. OUTPUT -dhibitisho la pato la DC

Jambo moja la kumbuka juu ya toleo la kesi ya TO-220 ya vidhibiti hivi vya voltage ni kwamba kesi hiyo imeunganishwa kwa umeme na pini ya katikati (pini 2). Kwenye safu ya 78XX ambayo inamaanisha kuwa kesi imewekwa msingi.

Aina hii ya mdhibiti wa laini ina voltage ya 2 V ya kuacha, kama matokeo na pato la 5V kwa 1A, unahitaji kuwa na angalau voltage ya kichwa ya 2.5 V DC (i.e., 5V + 2.5V = 7.5V DC pembejeo).

Mapendekezo ya watengenezaji wa vitambaa vya kulainisha ni CInput = 0.33 µF na COutput = 0.1 µF, lakini mazoezi ya jumla ni 100 µF capacitor juu ya pembejeo na pato Ni suluhisho nzuri kwa hali mbaya, na capacitors husaidia kukabiliana na kushuka kwa thamani ghafla na kupita kwa muda katika usambazaji.

Ikiwa usambazaji utaanguka chini ya kizingiti cha 2 V - capacitors itatuliza usambazaji ili kuhakikisha kuwa hii haifanyiki. Ikiwa mradi wako hauna vipindi kama hivyo, basi unaweza kukimbia na mapendekezo ya mtengenezaji.

Mzunguko rahisi wa mdhibiti wa voltage ni tu mdhibiti wa voltage L7805 na capacitors mbili, lakini tunaweza kuboresha mzunguko huu ili kuunda usambazaji wa umeme wa hali ya juu zaidi na kiwango fulani cha ulinzi na dalili ya kuona.

Ikiwa ungependa kusambaza mradi wako basi hakika nitapendekeza kuongeza vifaa vichache vya ziada ili kuzuia usumbufu wa baadaye na wateja.

Hatua ya 4: Mzunguko ulioboreshwa wa 7805

Kwanza unaweza kutumia swichi kuwezesha au kuzima mzunguko.

Kwa kuongeza unaweza kuweka diode (D1), iliyo na waya katika upendeleo wa nyuma kati ya pato na pembejeo ya mdhibiti. Ikiwa kuna inductors kwenye mzigo, au hata capacitors, upotezaji wa pembejeo unaweza kusababisha voltage ya nyuma, ambayo inaweza kuharibu mdhibiti. Diode hupita mikondo yoyote kama hiyo.

Vipimo vya ziada hufanya kama aina ya kichungi cha mwisho. Lazima ziwe zimepimwa kwa voltage kwa voltage ya pato, lakini inapaswa kuwa juu ya kutosha kutoshea pembejeo kwa kiasi kidogo cha usalama (kwa mfano, 16 25 V). Wanategemea aina ya mzigo unaotarajia, na inaweza kuachwa kwa mzigo safi wa DC, lakini 100uF kwa C1 na C2, na 1uF kwa C4 (na C3) itakuwa mwanzo mzuri.

Kwa kuongezea unaweza kuongeza kipinga cha LED na kikwazo kinachofaa cha sasa ili kutoa taa ya kiashiria ambayo ni muhimu sana kwa kugundua kutofaulu kwa usambazaji wa umeme; wakati mzunguko unatumiwa taa za LED ZIMEWA vinginevyo angalia kutofaulu kwa mzunguko wako.

Wadhibiti wengi wa voltage wana mizunguko ya ulinzi ambayo inalinda chips kutoka kwenye joto kali na ikiwa inapata moto sana, inashusha voltage ya pato na kwa hivyo inapunguza pato la sasa ili kifaa hakiharibiwe na joto. Wasimamizi wa voltage katika vifurushi vya TO-220 pia wana shimo linaloweka kwa kiambatisho cha heatsink, na nitapendekeza kwamba unapaswa kuitumia kushikamana na heatsink nzuri ya viwandani.

Hatua ya 5: Nguvu zaidi kutoka 78XX

Watawala wengi wa 78XX wamepunguzwa kwa sasa ya pato la 1 - 1.5 A. Ikiwa sasa pato la mdhibiti wa IC linazidi kiwango chake cha juu kinachoruhusiwa, transistor yake ya kupitisha ndani itapunguza nguvu nyingi kuliko inavyoweza kuvumilia, ambayo itasababisha kwa kuzima.

Kwa programu ambazo zinahitaji zaidi ya kiwango cha juu kinachoruhusiwa cha sasa cha mdhibiti, transistor ya kupitisha nje inaweza kutumika kuongeza sasa ya pato. Kielelezo kutoka kwa FAIRCHILD Semiconductor inaonyesha usanidi kama huo. Mzunguko huu una uwezo wa kuzalisha sasa ya juu (hadi 10 A) kwa mzigo lakini bado unahifadhi kuzima kwa joto na ulinzi wa mzunguko mfupi wa mdhibiti wa IC.

Transistor ya nguvu ya BD536 inapendekezwa na mtengenezaji.

Hatua ya 6: Udhibiti wa Voltage ya LDO

L7805 ni kifaa rahisi sana na voltage ya jamaa kubwa ya kuacha.

Wasimamizi wengine wa laini, wanaoitwa kuacha chini (LDO), wana voltage ndogo zaidi ya kuacha kuliko 2V ya 7805. Kwa mfano LM2937 au LM2940CT-5.0 ina kuacha 0.5V, kama matokeo mzunguko wako wa usambazaji wa umeme kuwa na ufanisi zaidi, na unaweza kuitumia katika miradi iliyo na usambazaji wa umeme.

Tofauti ya chini ya Vin-Vout ambayo mdhibiti wa laini anaweza kufanya kazi inaitwa voltage ya kuacha shule. Ikiwa tofauti kati ya Vin na Vout iko chini ya voltage ya kuacha, basi mdhibiti yuko katika hali ya kuacha masomo.

Wasimamizi wa kuacha chini wana tofauti ya chini sana kati ya pembejeo na voltage ya pato. Hasa tofauti ya voltage ya wasimamizi wa LM2940CT-5.0 inaweza kufikia chini ya volt 0.5 kabla ya vifaa "kuacha". Kwa operesheni ya kawaida voltage ya pembejeo inapaswa kuwa 0.5 V juu kuliko pato.

Wadhibiti hao wa voltage wana sababu sawa ya T220 kama L7805 na mpangilio sawa - pembejeo upande wa kushoto, ardhi katikati, na pato upande wa kulia (wakati unatazamwa kutoka mbele). Kama matokeo unaweza kutumia mzunguko huo. Mapendekezo ya utengenezaji wa capacitors ni CInput = 0.47 µF na COutput = 22 µF.

Upungufu mmoja mkubwa ni kwamba vidhibiti "vya kuacha chini" ni ghali zaidi (hata hadi mara kumi) ikilinganishwa na safu ya 7805.

Hatua ya 7: Usambazaji wa Umeme wa LM317

LM317 ni mdhibiti mzuri wa umeme na pato linalobadilika, ina uwezo wa kusambaza sasa ya pato la zaidi ya 1.5 A juu ya kiwango cha voltage ya pato la 1.2-37 V.

. Herufi mbili za kwanza zinaashiria upendeleo wa mtengenezaji, kama "LM", amesimama kwa "monolithic linear". Ni mdhibiti wa voltage na pato linalobadilika na kwa hivyo ni muhimu sana katika hali ambazo unahitaji voltage isiyo ya kawaida. Fomati 78xx ni vidhibiti vyema vya voltage, au 79xx ni vidhibiti vya voltage hasi, ambapo "xx" inawakilisha voltage ya vifaa.

Upeo wa voltage ni kati ya 1.2 V na 37 V, na inaweza kutumika kuwezesha Raspberry Pi yako, Arduino au DC Motors Shield. LM3XX ina tofauti ya voltage ya pembejeo / pato kama 78XX - pembejeo lazima iwe angalau 2.5 V juu ya voltage ya pato.

Kama ilivyo kwa safu ya 78XX ya wasimamizi LM317 ni kifaa cha pini tatu. Lakini wiring ni tofauti kidogo.

Jambo kuu kukumbuka juu ya uunganisho wa LM317 ni vipinzani viwili R1 na R2 ambavyo vinatoa voltage ya kumbukumbu kwa mdhibiti; voltage hii ya kumbukumbu huamua voltage ya pato. Unaweza kuhesabu maadili haya ya kupinga kama ifuatavyo:

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

IAdj kawaida ni 50 andA na haifai katika matumizi mengi, na VREF ni 1.25 V - kiwango cha chini cha pato la voltage.

Ikiwa tutapuuza IAdj basi equation yetu inaweza kurahisishwa

Piga = 1.25 x (1 + R2 / R1)

Ikiwa tutatumia R1 240 Ω na R2 na 1 kΩ basi tutapata voltage ya pato la Vout = 1.25 (1 + 0/240) = 1.25 V.

Wakati tutazunguka kitovu cha potentiometer kikamilifu katika mwelekeo mwingine basi tutapata Vout = 1.25 (1 + 2000/240) = 11.6 V kama voltage ya pato.

Ikiwa unahitaji voltage ya juu ya pato basi unapaswa kuchukua nafasi ya R1 na kontena la 100..

Mzunguko ulielezea:

• R1 na R2 zinahitajika kuweka voltage ya pato. CAdj inashauriwa kuboresha kukataliwa kwa viboko. Inazuia ukuzaji wa kiwimbi kwani voltage ya pato inarekebishwa juu.
• C1 inapendekezwa, haswa ikiwa mdhibiti hayuko karibu na vichungi vya vichungi vya usambazaji wa nguvu. Kauri ya 0.1-µF au 1-µF kauri au tantalum capacitor hutoa upitaji wa kutosha kwa matumizi mengi, haswa wakati marekebisho na vitendaji vya pato vinatumiwa.
• C2 inaboresha majibu ya muda mfupi, lakini haihitajiki kwa utulivu.
• Diode ya ulinzi D2 inapendekezwa ikiwa CAdj inatumiwa. Diode hutoa njia ya kutokwa na impedance ya chini ili kuzuia capacitor kutoka kwa pato la mdhibiti.
• Diode ya ulinzi D1 inapendekezwa ikiwa C2 inatumiwa. Diode hutoa njia ya kutokwa na impedance ya chini ili kuzuia capacitor kutolewa kwenye pato la mdhibiti.

Hatua ya 8: Muhtasari

Wasimamizi wa laini ni muhimu ikiwa:

• Ingizo kwa tofauti ya pato la voltage ni ndogo
• Una mzigo wa chini wa sasa
• Unahitaji voltage safi kabisa ya pato
• Unahitaji kuweka muundo kuwa rahisi na wa bei rahisi iwezekanavyo.

Kwa hivyo, sio tu kwamba wadhibiti wa laini ni rahisi kutumia, lakini hutoa voltage safi ya pato ikilinganishwa na ubadilishaji wa vidhibiti, bila kiwiko, spiki, au kelele ya aina yoyote. Kwa muhtasari, isipokuwa utaftaji wa umeme uko juu sana au unahitaji mdhibiti wa kuongeza-hatua, mdhibiti wa laini atakuwa chaguo lako bora.