Thiết kế băng ghế dự bị

Tôi đã suy nghĩ về việc thiết kế và xây dựng nguồn cung cấp năng lượng hàng đầu của riêng mình để sử dụng chung. Tôi hình dung việc sử dụng chính là tạo ra các mạch tương tự / kỹ thuật số công suất thấp với động cơ DC nhỏ thỉnh thoảng và các thiết bị cơ điện khác. Lý do chính tôi đang làm điều này là để trở nên quen thuộc hơn với thiết kế cung cấp năng lượng và có một nguồn cung cấp hữu ích là một phần thưởng bổ sung.

Thông số kỹ thuật mục tiêu và mục tiêu thiết bị cho đến nay, đề xuất / đề xuất được chào đón:

1. Được cung cấp từ nguồn điện chính (Tôi sống ở Mỹ, vì vậy tôi đang nhắm mục tiêu ~ 120VAC@60Hz).
2. Nguồn điện bị cô lập.
3. Biến điện áp và đầu ra hiện tại, ít nhất là điện áp đầu ra tối đa 1Avà 12Vđiện áp đầu ra tối đa. Tốt nhất là tôi muốn một 15Vhoặc nhiều 24Vđiện áp đầu ra tối đa cũng như phân chia nguồn cung cấp, mặc dù đây không phải là thông số kỹ thuật quan trọng.
4. Hiệu quả cao. Tôi chưa hiểu rõ về hiệu quả mục tiêu, nhưng tôi sẽ mong đợi hiệu quả cao hơn 50%. Tôi đã nghe nói về nguồn cung SMPS sẽ tăng lên ~80-90%, có thể cao hơn.

Vì đây chủ yếu được coi là một bài tập học tập, tôi đã nghiêm túc xem xét liệu tôi có nên biến dự án này thành một nơi mà tôi có thể tìm hiểu thêm về việc sử dụng điện chính trực tiếp hay không. Tôi do dự khi làm như vậy bởi vì tôi hiểu được mối nguy hiểm rất thực sự liên quan đến việc gặp sự cố trên nguồn điện và tôi có thể sử dụng bộ chuyển đổi tường (AC-AC hoặc AC-DC) hoặc đơn vị điện áp không đổi được xây dựng sẵn để cấp nguồn cho tôi giảm rủi ro liên quan đến làm việc với nguồn điện. Tôi tò mò về những gì các bạn nghĩ về điều này, cũng như bất kỳ tài nguyên được đề xuất nào tôi nên kiểm tra trước khi làm việc trực tiếp với nguồn điện. Nếu bạn có bất kỳ đề xuất nào cho các dự án phù hợp hơn cho người mới bắt đầu làm việc trực tiếp với nguồn điện cũng sẽ rất tuyệt.

Nếu tôi đã chọn sử dụng phương pháp nguồn điện trực tiếp, tôi nghĩ rằng tôi sẽ bắt đầu với một máy biến áp cơ bản để cung cấp cách ly và giảm điện áp đầu vào, sau đó sử dụng một số mạch điện để có được điện áp / dòng điện có thể điều chỉnh.

Giao diện cơ bản với nguồn điện:

Phía chính được buộc ngang qua một bên của máy biến áp, và mạch điện được gắn với phía bên kia. Tín hiệu sau đó được chỉnh lưu thông qua một cầu diode và đầu ra được lọc bằng cách sử dụng một tụ điện lớn song song với tải. Nếu tôi muốn, sau này, tôi có thể sử dụng mạch điện để điều chỉnh thêm điện áp và dòng điện đầu ra (tương tự như những gì được thực hiện ở đây ).

Điện áp trên tải phải là (giả sử một tải đủ nhỏ hoặc tụ điện lớn, cũng như một máy biến áp gần lý tưởng):

Nơi Vmainlà biên độ của nguồn điện (~ 170 V ở Mỹ).

Đây là một thiết kế cơ bản hoạt động trên lý thuyết, nhưng tôi phải cân nhắc những gì trong thế giới thực khi thiết kế giao diện thực tế với điện chính? Tôi biết rằng tải điện dung hoặc điện cảm cao sẽ dẫn đến hệ số công suất kém, nhưng vì đây là nguồn cung cấp năng lượng cho mục đích chung nên tôi cho rằng bất kỳ tải nào được gắn xuống sẽ được thiết kế để bù cho điều đó thay vì cố gắng Có nguồn cung cấp làm bù.

Một cách tiếp cận khác là sử dụng thiết kế chế độ chuyển đổi, nhưng tôi chưa tìm thấy nhiều tài nguyên hữu ích về cách thiết kế / thực hiện. Theo những gì tôi hiểu, SMPS sử dụng tần số cao hơn nhiều để máy biến áp có thể nhỏ hơn trong khi vẫn cung cấp đầu ra DC bán ổn định. Điều tôi không hiểu là làm thế nào bạn có thể lấy 60Hztín hiệu từ tường và đưa tín hiệu đó đến đầu vào ~10kHzhoặc thậm chí ~1MHzđầu vào cho biến áp SMPS.

Bạn có ý tưởng đúng cho một nguồn cung cấp không được kiểm soát cơ bản. Một máy biến áp, bốn điốt và nắp lớn như bạn có thể quản lý sẽ phục vụ đủ tốt cho nhiều mục đích, nhưng không phù hợp với tất cả.

Có hai vấn đề chính với nguồn cung không được kiểm soát như vậy. Đầu tiên, điện áp không được biết rõ. Ngay cả với các thành phần lý tưởng, để AC ra khỏi máy biến áp là một phần cố định của AC đi vào, bạn vẫn có các biến thể trong đầu vào AC đó. Công suất trên tường có thể thay đổi khoảng 10% và không cần xem xét các tình huống bất thường như mất điện. Sau đó, bạn có trở kháng của máy biến áp. Khi bạn vẽ dòng điện, điện áp đầu ra của máy biến áp sẽ giảm.

Thứ hai, sẽ có gợn, có thể là gợn khá đáng kể. Giới hạn đó được tính hai lần cho mỗi chu kỳ dòng hoặc cứ sau 8,3 ms. Ở giữa các đỉnh dòng, nắp đang cung cấp dòng điện đầu ra. Điều này làm giảm điện áp trên nắp. Cách duy nhất để giảm gợn này trong kiểu thiết kế này là sử dụng nắp lớn hơn hoặc vẽ ít dòng điện hơn.

Và thậm chí không nghĩ về yếu tố sức mạnh. Hệ số công suất mà cầu sóng đầy đủ thể hiện cho dòng AC là "không đẹp". Máy biến áp sẽ làm mượt nó ra một chút, nhưng bạn vẫn sẽ có một hệ số công suất khủng khiếp bất kể tải là gì. May mắn thay, yếu tố sức mạnh là ít quan tâm cho một cái gì đó như một nguồn cung cấp băng ghế dự bị. Tủ lạnh của bạn có thể xử lý đường dây điện tồi tệ hơn nguồn cung cấp băng ghế dự bị của bạn. Đừng lo lắng về nó.

Một số điều bạn không thể làm với nguồn cung cấp này là chạy bất cứ thứ gì có dung sai điện áp chặt chẽ. Ví dụ: nhiều thiết bị kỹ thuật số sẽ muốn 5.0 V hoặc 3.3 V ± 10%. Bạn cung cấp sẽ không thể làm điều đó. Những gì bạn có thể nên làm là nhắm đến đầu ra thấp nhất 7,5 V có thể tải, với điện áp đường dây hợp lệ thấp nhất và ở dưới cùng của các gợn sóng. Nếu bạn có thể đảm bảo điều đó, bạn có thể sử dụng bộ điều chỉnh 7805 để tạo ra 5 V đẹp và sạch phù hợp với các mạch kỹ thuật số.

Lưu ý rằng sau khi bạn giải thích tất cả các lý do điện áp cung cấp có thể giảm, điện áp đầu ra danh định có thể cao hơn vài volt. Nếu vậy, hãy ghi nhớ sự tiêu tan của bộ điều chỉnh. Ví dụ, nếu đầu ra cung cấp danh nghĩa là 9 V, thì bộ điều chỉnh sẽ giảm 4 V. Tức là 4 V lần dòng điện là công suất sẽ làm nóng bộ điều chỉnh. Ví dụ, nếu điều này cung cấp năng lượng cho một mạch kỹ thuật số rút ra 200 mA, thì độ tiêu tán trong bộ điều chỉnh sẽ là 4V x 200mA = 800mW. Điều đó sẽ nhận được 7805 trong không khí miễn phí khá nóng, nhưng nó có thể vẫn ổn. May mắn thay, 7805 bộ điều chỉnh có chứa một mạch tắt nhiệt, vì vậy họ sẽ chỉ tắt đầu ra trong một thời gian thay vì cho phép bản thân được nấu chín.

Tôi nghĩ rằng mạch bạn đã chỉ định là tốt cho một nguồn cung không được kiểm soát. Một nguồn cung cấp biến áp không phải là một lựa chọn tốt cho một nguồn cung cấp để bàn; nếu bạn sử dụng máy biến áp để cách ly nó, bạn cũng có thể sử dụng máy biến áp để giảm dòng điện.

Vật tư để bàn là hữu ích nhất nếu chúng được quy định. Nguồn cung cấp mà tôi sử dụng có điện áp cố định +5, +12 và -12 volt, và sau đó là nguồn cung cấp biến đổi lên đến 20 volt. Các nguồn cung cấp + - 12 volt rất hữu ích cho các mạch op-amp, nhưng đối với công việc mà tôi làm, có lẽ tôi sẽ hạnh phúc hơn với nguồn cung cấp 3,5 volt.

Đối với cơ quan quản lý, bạn có một vài lựa chọn. Có những bộ điều chỉnh tuyến tính rất dễ sử dụng, loại bỏ điện áp dư thừa dưới dạng nhiệt, không sao trừ khi bạn cần một chút dòng điện. Nếu bạn muốn có thêm hiện tại, bạn có thể mua hoặc xây dựng bộ điều chỉnh chuyển mạch.

Ồ, và bạn chắc chắn nên thêm một cầu chì vào mạch điện chính của nguồn điện.

Để trả lời câu hỏi của bạn trực tiếp, vâng, cầu diode được nối dây chính xác. Nếu bạn muốn một đầu ra tăng lên đến 24 V, tôi khuyên bạn nên mua một máy biến áp cung cấp ít nhất 20VAC, 24VAC sẽ là lựa chọn tốt hơn. Có rất nhiều vấn đề khác cần giải quyết, như bạn muốn có bao nhiêu đầu ra và xác định dải điện áp đầu ra có thể sử dụng, kiểm soát đầu ra (nồi hoặc kỹ thuật số), đặt giới hạn hiện tại, bảo vệ đầu ra, v.v. Nếu bạn muốn tạo nguồn cung cấp "phòng thí nghiệm", có lẽ bạn sẽ muốn các đầu ra giảm xuống 0,00V. Hoặc bạn có thể hài lòng với các đầu ra giảm xuống 1V, trong trường hợp đó, LDO có thể ổn vì bạn chỉ nói về một amp.