Récemment, je me suis intéressé à l'assemblage de circuits stabilisateurs de tension linéaires. De tels schémas ne nécessitent pas de détails rares, et la sélection des composants et le réglage ne posent pas non plus de difficultés particulières. Cette fois, j'ai décidé d'assembler un circuit stabilisateur de tension linéaire sur la "diode zener régulée" (microcircuit) TL431. Le TL431 agit comme une source de tension de référence et le rôle de puissance est joué par un puissant transistor NPN dans le boîtier TO -220.
Avec une tension d'entrée de 19V, le circuit peut servir de source de tension stabilisée dans la plage de 2,7 à 16 V à un courant allant jusqu'à 4A. Le stabilisateur est conçu comme un module assemblé sur une planche à pain. Cela ressemble à ceci:
Vidéo:
Le stabilisateur nécessite une alimentation CC. Il est logique d'utiliser un tel stabilisateur avec une alimentation linéaire classique, composée d'un transformateur en fer, d'un pont de diodes et d'un grand condensateur. La tension dans le réseau peut varier en fonction de la charge et, par conséquent, la tension à la sortie du transformateur changera. Ce circuit fournira une tension de sortie stable avec une entrée variable. Vous devez comprendre qu'un stabilisateur de type abaissé, ainsi que sur le circuit lui-même, chute de 1 à 3 V, de sorte que la tension de sortie maximale sera toujours inférieure à l'entrée.
En principe, les alimentations à découpage peuvent être utilisées comme alimentation pour ce stabilisateur, par exemple à partir d'un ordinateur portable 19 V. Mais dans ce cas, le rôle de la stabilisation sera minime, car alimentations à découpage en usine et ainsi de suite tension stabilisée.
Schéma:
Sélection des composants
Le courant maximal que la puce TL431 peut traverser, selon la documentation, est de 100 mA. Dans mon cas, j'ai limité le courant avec une marge à environ 80 mA en utilisant la résistance R1. Il est nécessaire de calculer la résistance selon les formules.
Vous devez d'abord déterminer la résistance de la résistance. À une tension d'entrée maximale de 19 V, selon la loi d'Ohm, la résistance est calculée comme suit:
R = U / I = 19 V / 0,08 A = 240 Ohm
Il est nécessaire de calculer la puissance de la résistance R1:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohms = 1,5 Watts
J'ai utilisé une résistance soviétique de 2 watts
Les résistances R2 et R3 forment un diviseur de tension qui «programme» TL431, et la résistance R3 est variable, ce qui vous permet de changer la tension de référence, qui est ensuite répétée dans une cascade de transistors. J'ai utilisé R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. La puissance de la résistance R2 dépend de la tension de sortie. Par exemple, avec une tension de sortie de 19V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 watts
J'ai utilisé une résistance de 1 watt.
La résistance R4 est utilisée pour limiter le courant en fonction du transistor VT2. Il est préférable de sélectionner la valeur nominale expérimentalement, en contrôlant la tension de sortie. Si la résistance est trop grande, cela limitera considérablement la tension de sortie du circuit. Dans mon cas, c'est 100 Ohms, n'importe quelle puissance convient.
En tant que transistor de puissance principal (VT1), il est préférable d'utiliser des transistors dans le boîtier TO - 220 ou plus puissant (TO247, TO-3). J'ai utilisé le transistor E13009, acheté sur Ali Express. Transistor pour tension jusqu'à 400V et courant jusqu'à 12A. Pour un tel circuit, un transistor haute tension n'est pas la solution la plus optimale, mais cela fonctionnera bien. Le transistor est probablement faux et 12 A ne résistera pas, mais 5-6A est tout à fait. Dans notre circuit, le courant est jusqu'à 4A, donc adapté à ce circuit. Dans ce schéma, le transistor doit être capable de dissiper la puissance jusqu'à 30-35 watts.
La dissipation de puissance est calculée comme la différence entre la tension d'entrée et de sortie multipliée par le courant du collecteur:
P = (sortie U-entrée U) * collecteur I
Par exemple, la tension d'entrée est de 19 V, nous avons réglé la tension de sortie sur 12 V et le courant du collecteur est de 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 watts - c'est une situation tout à fait normale pour notre transistor.
Et si nous continuons à réduire la tension de sortie à 6V, l'image sera différente:
P = (19V-6V) * 3A = 39 watts, ce qui n'est pas très bon pour un transistor dans un boîtier TO-220 (vous devez également tenir compte du fait que lorsque le transistor est fermé, le courant diminuera également: de 6V, le courant sera d'environ 2-2,5A, et pas 3). Dans ce cas, il est préférable soit d'utiliser un autre transistor dans un boîtier plus massif, soit de réduire la différence entre les tensions d'entrée et de sortie (par exemple, si l'alimentation est transformateur, en commutant les enroulements).
De plus, le transistor doit être évalué pour un courant de 5A ou plus. Il est préférable de prendre un transistor avec un coefficient de transfert de courant statique de 20. Le transistor chinois répond pleinement à ces exigences. Avant de sceller le circuit, je l'ai vérifié (dissipation de courant et de puissance) sur un support spécial.
Parce que Le TL431 peut produire un courant ne dépassant pas 100 mA, et pour alimenter la base du transistor nécessite plus de courant, vous aurez besoin d'un autre transistor, qui amplifiera le courant de la sortie de la puce TL431, en répétant la tension de référence. Pour cela, nous avons besoin d'un transistor VT2.
Le transistor VT2 doit pouvoir fournir un courant suffisant à la base du transistor VT1.
Il est possible de déterminer grossièrement le courant requis à travers le coefficient de transfert de courant statique (h21e ou hFE ou β) du transistor VT1. Si nous voulons avoir un courant de 4 A en sortie, et que le coefficient de transfert de courant statique VT1 est de 20, alors:
I base = I collecteur / β = 4 A / 20 = 0,2 A.
Le coefficient de transfert de courant statique variera en fonction du courant du collecteur, cette valeur est donc indicative. La mesure en pratique a montré qu'il est nécessaire de fournir environ 170 mA à la base du transistor VT1 pour que le courant du collecteur soit de 4A. Les transistors du boîtier TO-92 commencent à chauffer sensiblement à des courants supérieurs à 0,1 A, donc dans ce circuit, j'ai utilisé le transistor KT815A du boîtier TO-126. Le transistor est conçu pour un courant jusqu'à 1,5 A, le coefficient statique de transfert de courant est d'environ 75. Un petit dissipateur thermique pour ce transistor conviendra.
Le condensateur C3 est nécessaire pour stabiliser la tension sur la base du transistor VT1, la valeur nominale est de 100 μF, la tension est de 25V.
Les filtres des condensateurs sont installés en sortie et en entrée: C1 et C4 (électrolytique à 25V, 1000 μF) et C2, C5 (céramique 2-10 μF).
La diode D1 sert à protéger le transistor VT1 du courant inverse. La diode D2 est nécessaire pour se protéger contre un transistor lors de l'alimentation des moteurs de collecteur. Lorsque l'alimentation est coupée, les moteurs tournent pendant un certain temps et en mode de freinage fonctionnent comme des générateurs. Le courant ainsi généré va dans le sens opposé et peut endommager le transistor.Dans ce cas, la diode ferme le moteur sur lui-même et le courant n'atteint pas le transistor. La résistance R5 joue le rôle d'une petite charge de stabilisation en mode veille, une valeur nominale de 10k Ohm, toute puissance.
Assemblage
Le circuit est assemblé comme un module sur une planche à pain. J'ai utilisé un radiateur d'une alimentation à découpage.
Avec un radiateur de cette taille, vous ne devez pas charger le circuit autant que possible. Avec un courant supérieur à 1 A, il est nécessaire de remplacer le radiateur par un radiateur plus massif, souffler avec un ventilateur ne fera pas non plus mal.
Il est important de se rappeler que plus la différence entre la tension d'entrée et de sortie est grande et plus le courant est important, plus la chaleur est générée et plus le refroidissement est nécessaire.
Il a fallu environ une heure pour souder. En principe, ce serait une bonne forme de fabriquer une planche en utilisant la méthode LUT, mais puisque Je n'ai besoin que d'une planche en une seule copie, je ne voulais pas perdre de temps à concevoir la planche.
Le résultat est un tel module:
Après assemblage, j'ai vérifié les caractéristiques:
Le circuit n'a pratiquement aucune protection (ce qui signifie qu'il n'y a pas de protection contre les courts-circuits, la protection contre les inversions de polarité, le démarrage progressif, la limitation de courant, etc.), vous devez donc l'utiliser très soigneusement. Pour la même raison, il n'est pas recommandé d'utiliser de tels schémas dans les alimentations "de laboratoire". À cet effet, les microcircuits prêts à l'emploi dans le boîtier TO-220 conviennent pour des courants jusqu'à 5A, par exemple KR142EN22A. Ou au moins pour ce circuit, vous devez faire un module supplémentaire pour la protection contre les courts-circuits.
Le circuit peut être appelé classique, comme la plupart des circuits stabilisateurs linéaires. Les circuits d'impulsions modernes ont de nombreux avantages, par exemple: une efficacité plus élevée, beaucoup moins de chauffage, des dimensions et un poids plus petits. Dans le même temps, les circuits linéaires sont plus faciles à maîtriser pour les jambons débutants, et si l'efficacité et les dimensions ne sont pas particulièrement importantes, ils conviennent tout à fait pour alimenter des appareils en tension stabilisée.
Et bien sûr, rien ne vaut le sentiment lorsque j'ai alimenté un appareil à partir d'une source d'alimentation faite maison, et les circuits linéaires pour les jambons débutants sont plus accessibles, quoi qu'on puisse dire.