題:
台式電源設計
helloworld922
2012-10-30 02:12:12 UTC
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我一直在考慮設計和製造自己的通用台式電源。我設想主要用途是使用小型直流電動機和其他機電設備對低功率模擬/數字電路進行原型製作。我這樣做的主要原因是要更加熟悉電源設計,並且具有有用的台式電源是一個額外的好處。

到目前為止,目標規格和設備目標均是建議/建議。歡迎:

  1. 由市電供電(我住在美國,因此我的目標是〜 120VAC @ 60Hz )。
  2. 市電隔離。
  3. 可變電壓和電流輸出,至少 1A 最大輸出電流和 12V 最大輸出電壓。最好我要最大輸出電壓為 15V 24V 以及分流電源,儘管這些並不是關鍵指標。
  4. 效率還不錯。我尚未完全確定目標效率,但我希望效率會超過50%。我聽說SMPS耗材會增加〜80-90%,甚至可能更高。
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    由於這主要是一種學習活動,因此我我一直在認真考慮是否應該將該項目變成一個項目,以便我可以了解有關直接使用市電的更多信息。我很猶豫,因為我了解在電源上出現問題所帶來的真正危險,並且我可以使用壁式適配器(AC-AC或AC-DC)或預先構建的恆壓單元為我的電源供電降低使用電源的風險。我很好奇你們對此的看法,以及在直接使用乾線之前應該查閱的所有推薦資源。如果您對項目有什麼建議,那麼它更適合初學者直接使用主電源就可以了。

    如果我確實選擇了直接市電方法,我想我會從一個基本的變壓器開始以提供隔離並降低輸入電壓,然後使用一些電路來獲得可調的電壓/電流。

    與電源的基本接口:

    basic mains interface

    主側跨過變壓器的一側,而供電電路則與另一側相連。然後,通過二極管橋對信號進行整流,並使用與負載並聯的大電容器對輸出進行濾波。如果我願意,可以在以後的下游使用電路進一步調節輸出電壓和電流(類似於在此處完成的操作)。

    負載兩端的電壓應該是(假設負載足夠小或有足夠大的電容器,以及接近理想的變壓器):

    \ begin {equation} V_L = V_ {main} \ cdot \ frac {N2} {N1} -2 * V_D \ end {equation}

    其中 Vmain 是主電源的振幅(在美國約為170 V)。

    這是一個基本設計在理論上可行,但是在設計與市電的實際接口時我必須考慮哪些現實因素?我知道高電容性或電感性負載會導致較差的功率因數,但是由於這是通用電源,因此我假設下游連接的任何負載都將對此進行補償,而不是試圖由電源來進行補償。

    另一種方法是使用開關模式設計,但是我沒有發現很多有關如何設計/實現的有用資源。據我了解,SMPS使用更高的頻率,因此變壓器可以更小,同時仍提供半穩定的直流輸出。我不明白您是怎麼想從牆壁上獲取 60Hz 信號並將其提高到〜10kHz 甚至是〜1MHz SMPS變壓器的輸入。

三 答案:
Olin Lathrop
2012-10-30 05:02:31 UTC
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您對基本的不受管制供應有正確的想法。變壓器,四個二極管以及一個您可以管理的最大電容將足以滿足許多目的,但不適用於所有目的。

這種不受監管的電源有兩個主要問題。首先,電壓不是很清楚。即使具有理想的組件,從變壓器出來的交流電只是進入的交流電的固定部分,您在交流電輸入上仍然會有變化。牆壁電源的變化大約為10%,這還沒有考慮到諸如電力不足之類的異常情況。這樣便得到了變壓器的阻抗。當您汲取電流時,變壓器的輸出電壓將下降。

其次,會有紋波,可能是相當大的紋波。該上限在每個線路週期或每8.3 ms充電兩次。在線路峰值之間,電容提供輸出電流。這降低了帽上的電壓。減少這種紋波的唯一方法是使用更大的電容或減少電流。

甚至不要考慮功率因數。全波電橋提供給AC線路的功率因數“不好”。變壓器會稍微消除這一點,但是無論負載如何,您的功率因數仍然很低。幸運的是,對於台式電源之類的產品,功率因數幾乎不受關注。您的冰箱對電源線的處理可能比台式電源要差。不用擔心。

使用此電源無法執行的某些操作是在電壓容差嚴格的情況下進行的。例如,許多數字設備將需要5.0 V或3.3 V±10%。您的供應將無法做到這一點。您可能應該做的是在負載下,輸出電壓中的最低有效值和紋波底部實現最低7.5 V的輸出。如果可以保證的話,可以使用7805穩壓器來製作一個適合數字電路的干淨5 V電壓。

請注意,在考慮了所有原因後,電源電壓可能會下降,標稱輸出電壓可能會高出幾伏。如果是這樣,請牢記調節器的耗散性。例如,如果標稱電源輸出為9 V,則穩壓器將下降4V。電流的4 V是將加熱穩壓器的功率。例如,如果這為消耗200 mA的數字電路供電,則穩壓器中的功耗將為4V x 200mA = 800mW。那將使7805在相當熱的自由空氣中,但是可能仍然可以。幸運的是,7805穩壓器包含一個熱關斷電路,因此它們將關閉輸出一段時間,而不是讓它們自行煮熟。

目的是使用其他電路,以便我可以調整和調節電壓/電流,因為我不想顯示整個電路的其餘部分,所以我使用的是採樣電阻負載。我可能應該將其浮動以使其更加清晰。我只是好奇輸入階段是否正確完成。
Eric Gunnerson
2012-10-30 08:50:43 UTC
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我認為您指定的電路適合未穩壓電源。對於台式電源,無變壓器電源不是一個不錯的選擇。如果使用變壓器將其隔離,則不妨使用變壓器來降低電流。

台式電源在受到調節時最有用。我使用的電源的固定電壓為+ 5,+ 12和-12伏,然後是可變電源,最高為20伏。 +-12伏電源對運算放大器電路很有用,但是對於我所做的工作,我可能更願意使用3.5伏電源。

對於監管機構,您有兩種選擇。有非常易於使用的線性穩壓器,可以將多餘的電壓作為熱量丟棄,除非您需要相當多的電流,否則這沒關係。如果需要更多電流,可以購買或製造開關穩壓器。

哦,您絕對應該在電源的主電路中添加保險絲。

目的是使用其他電路,以便我可以調整和調節電壓/電流,因為我不想顯示整個電路的其餘部分,所以我使用的是採樣電阻負載。我可能應該將其浮動以使其更加清晰。我只是好奇輸入階段是否正確完成。我應該在電源側,次級側或兩者上都安裝保險絲嗎?
您肯定需要在電源側安裝保險絲。您可能希望在受監管的方面再增加一個;這取決於您選擇的調節器是否具有短路保護。大多數情況下都是這樣,您可以省去保險絲。
gman
2013-04-18 05:02:27 UTC
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要直接回答您的問題,是的,二極管電橋接線正確。如果您希望輸出高達24V的電壓,我建議購買至少提供20VAC的變壓器,那麼24VAC會是一個更好的選擇。還有許多其他問題需要解決,例如您想要多少個輸出,定義可用的輸出電壓範圍,控制輸出(電位或數字方式),設置電流限制,保護輸出等。如果要創建一個“實驗室”電源,您可能希望輸出乾淨地降至0.00V。或者您可能對輸出下降到1V感到滿意,在這種情況下,LDO可能很好,因為您只是在談論一個放大器。



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