Wie man aus einem 24-V-SMPS eine doppelte + -12-V-Versorgung macht

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Ich versuche, einen hausgemachten Wägezellensender mit einem einzelnen 24-V-SMPS zu versorgen. Ich muss +12, 0 und -12 Volt herstellen, die zu 50mA fähig sind. Ich möchte mehrere Kanäle von Operationsverstärkern und Brücken mit Strom versorgen.

Ich habe nicht viel Budget und Verfügbarkeit von Komponenten in Indien.

Ich habe die Idee, 1 LM7812 und 1 LM7912 (negative) lineare Spannungsregler und ein Spannungsteiler-Setup zu verwenden, um dies gemäß der folgenden Schaltung zu tun.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab

Würde das funktionieren? Ich habe es von den Vorschlägen und Artikeln an anderer Stelle geändert.

Jemand hat mir eine andere Schaltung vorgeschlagen, aber ich bin besorgt über die aktuellen Fähigkeiten des Opamps.

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Würde das funktionieren? Wenn ja, schlagen Sie bitte einen geeigneten Operationsverstärker vor.

Gibt es andere Techniken, die die Arbeit wirtschaftlich erledigen würden?

operational-amplifier voltage-regulator voltage-divider 24v virtual-ground Ohbhatt
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Überlegen Sie, was passieren wird, wenn die Lasten zwischen den Schienen nicht übereinstimmen.
Winny
@Winny Das ist es, worüber ich mir Sorgen mache.
Ohbhatt
Wie viel Strom brauchst du? Ich habe eine solche Einrichtung für eine Audio-Schaltung gemacht, um ein ungleichmäßiges Abschneiden mit einem Operationsverstärker und sogar einem Teiler wie dem Ihren zu verhindern, aber der Transistor + Widerstand sind am Ausgang gepuffert. Viel Strom verschwendet und es gibt einfachere Lösungen. In Ihrem Fall würde ich zwei Switchmode-Konverter oder einen isolierten verwenden.
Winny
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Sie erwähnen, dass Sie in der Lage sein müssen, 50 mA Strom zu liefern. Aber ich denke, das liegt hauptsächlich an den +12 und -12 Schienen (z. B. bei der Versorgung von Dual-Supply-Operationsverstärkern). Was genau müssen Sie über die 0V-Schiene versorgen? Wenn die 0-V-Schiene lediglich als Referenz dient und nur zu einigen Operationsverstärkereingängen oder hochohmigen Widerständen führt, bedeutet dies, dass Ihr Strombedarf für die 0-V-Schiene viel geringer als 50 mA ist und die Lösung Nr. 2 vollkommen gültig ist.
dim
Übrigens versenden sowohl farnell.in als auch mouser.in in Indien. Sie würden so ziemlich jede Komponente auf diesen finden (wenn auch ein bisschen teuer). Eine andere Option ist ebay.com, aber diese werden aus China verschickt und haben ziemlich lange Lieferzeiten.
Tejas Kale

Antworten:

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Deine erste Idee wird überhaupt nicht funktionieren.

Ihre zweite Idee wird funktionieren, aber viele Operationsverstärker liefern nicht mehr als ein paar mA an ihrem Ausgang, was den Strom begrenzt, den Ihre Schaltung von der virtuellen Masse ziehen kann. Es gibt Power-OP-Amps, die bis zu ein paar Ampere liefern können. Wenn Sie jedoch keinen haben, können Sie ein PNP / NPN-Transistorpaar verwenden, um den Ausgangsstrom zu erhöhen:

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Der Operationsverstärker sorgt dafür, dass der Ausgang stabilisiert wird, sodass er mit der vom Eingangsspannungsteiler eingestellten Spannung übereinstimmt. Passen Sie auf kapazitive Lasten auf, wie Spehro in seiner Antwort bemerkte.

Janka
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können Sie bitte einen Transistor vorschlagen, der für 50 oder 100mA geeignet ist.
Ohbhatt
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Sie müssen nach den Paketen suchen. Für 100 mA musste jeder Transistor 100 mA * 12 V = 1,2 W ableiten, das ist der begrenzende Faktor. Kleine Signaltransistoren in TO-92-Gehäusen sind normalerweise auf 500 mW begrenzt. Es gibt Ausnahmen wie das Paar SS8050 / SS8550 von Fairchild, die jeweils 2 W abgeben können. Ein weitaus konservativeres Paar (auch besser verfügbar) wäre BD233 / BD234, BD235 / BD236 oder BD237 / BD238. (Verwenden Sie Transistoren, die für Audioanwendungen vorgesehen sind. Sie sind hier für den Betrieb in linearen Bereichen ausgelegt.) Transistoren in TO220-Gehäusen sind für Ihre Anwendung zu viel des Guten.
Janka
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Der 2N2222 kann nur 500mW ableiten, das ist gut für 41mA bei 12V. Der 2N2907 kann nur 625mW abgeben, was 52mA bei 12V entspricht. Im Allgemeinen sind Transistoren, die mit BD beginnen, das, was Sie wollen (das 2N… -Präfix gibt leider keinen Hinweis.)
Janka
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@Ohbhatt Sie können mehrere 2n2222 und 2n2907 parallel mit kleinen Emitterwiderständen (2r2 oder so) verwenden, um die Last zu teilen, wenn Sie keine größeren Teile beschaffen können.
Colin
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Ja. Achten Sie jedoch darauf, dass der BD139 und der BD140 ohne Kühlkörper nur bis zu 1,25 W verbrauchen. Eine winzige Finne an jedem Transistor verbessert das drastisch.
Janka
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Sie wären besser dran, wenn Sie zwei 12-V-Netzteile verwenden, aber wenn Sie darauf bestehen ...

# 1 wird nicht funktionieren.

# 2 (angesichts der sehr begrenzten Informationen, die Sie zur Verfügung gestellt haben) erfordert möglicherweise, dass der Operationsverstärker bis zu 600 mW abgibt, und die Stabilität ist wahrscheinlich ein Problem bei kapazitiven Lasten. Es gibt spezielle Schienen-Splitter-Chips, die Stabilität ernst nehmen, aber keine Gummibärchen-Teile sind, und zum Beispiel kann der TLE2426 die Verlustleistung oder den damit verbundenen Strom nicht bewältigen.

Ich schlage etwas Ähnliches vor (vorausgesetzt, Sie haben genügend Strom für Ihre 12-V-Versorgung:

Bildbeschreibung hier eingeben

Dieser verwendet einen allgegenwärtigen TL431-Shunt-Regler und verstärkt ihn mit einem generischen PNP-Leistungstransistor.

Die Kombination ist wie ein Präzisions-Power-Zener. Oder verwenden Sie einfach einen Zener wie unten. Setze Vo = 12V.

Dann benutze diese Schaltung:

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Beachten Sie, dass bei übermäßiger Belastung von GND auf -V die Spannung von + V auf GND auf bis zu 24V ansteigt. Normalerweise ist das akzeptabel, aber achten Sie auf die Nennspannung des Kondensators und so weiter. Sie können R1 vorbeugend mit einer höheren Spannung (z. B. 14 V) versorgen. R1 verbraucht unter normalen Bedingungen weniger als 1 W, aber der Zener könnte bis zu 1,3 W verbrauchen, wenn 50 mA von + V nach GND fließen und kein entsprechender Strom von GND nach -V fließt.

Sie könnten zum Beispiel zwei 6,2 V 1 W-Zenere in Reihe verwenden. Halten Sie die Kabel kurz, befestigen Sie sie an einem Leiterplattenbereich und halten Sie sie auseinander, damit sie kühler laufen.

Spehro Pefhany
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Ich muss den Stromverbrauch so gering wie möglich halten und kann mir keine Spannungsänderungen leisten. Vielen Dank für die Hilfe.
Ohbhatt
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Ich würde überhaupt keinen Regulierungsansatz verwenden, um den virtuellen Boden zu erzeugen - es wird Probleme geben, entweder geeignete Ströme zu beschaffen oder zu senken.
ThreePhaseEel
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In Anbetracht Ihres Wunsches nach einer möglichst geringen Leistung und meiner Erkenntnis, dass dieses häufige Problem nur selten auf diese Weise angegangen wird. Ich habe mir aus Spaß eine selbstoszillierende Schaltlösung ausgedacht.

Wie bei jedem Switcher müssen Eintonemissionen / Welligkeiten berücksichtigt werden (bei diesen Werten etwa 20 kHz). Ich bezweifle jedoch, dass Sie bei nennenswerten Erdströmen wesentlich effizienter arbeiten können (ein formellerer Umschalter mit separatem Oszillator kann effizienter gestaltet werden und könnte einen einzelnen Induktor verwenden, er würde jedoch mehr Teile erfordern).

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Grundsätzlich handelt es sich um einen Relaxationsoszillator, der den Durchschnittsstrom durch L1 so moduliert, dass er um den erforderlichen Erdstrom schwingt. M1 und M2 werden relativ schnell ein- und ausgeschaltet (einige Beschleunigungskondensatoren würden die Effizienz verbessern) und C12 liefert eine positive Rückkopplung, so dass der Operationsverstärker / Komparator beim Überschreiten der Schwelle gesättigt wird (andernfalls würde die Last den Oszillator dämpfen und er würde zu einem linearen Regler stattdessen).

L3, C10 und C11 dienen dazu, die Welligkeit zu filtern und die Schwingung von der Last zu isolieren, um eine zu starke Dämpfung zu vermeiden. C10 und C11 haben auch eine doppelte Leistung als Reglereingangskapazität. Überschüssige Energie in L1 und L2 würde auf die erforderliche Schiene zurückgeführt und dort gespeichert. Die Source-Drain-Dioden M1 und M2 sind in dieser Ausführung leitend.

R3, R4, R5 und R6 werden so gewählt, dass M1 und M2 unter dem Schwellenwert bleiben, wenn kein Erdstrom vorhanden ist. Leider verringert dies auch die Gesamtverstärkung der Oszillatorschleife.

Ich habe nicht alle Auswirkungen dieser Konstruktion sehr sorgfältig analysiert (insbesondere, weil sie selbstoszillierend ist), so dass allgemeine Überlegungen zur Stabilität bei Laständerungen möglicherweise ein Problem darstellen.

Ich glaube nicht, dass es ICs für diese Art von Konfiguration gibt, die die Anzahl der Teile und die Designbeschränkungen unnötig erhöhen. Die einzigen, die ich kenne, sind die DDR-Speicherabschluss-Spannungsregler, die jedoch für sehr niedrige Spannungen ausgelegt sind.

Edgar Brown
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+1, das ist genial. Aber ich denke, der Grund, warum dies nicht allzu häufig ist, sind Schaltkreise, die eine geteilte Erdung benötigen, die meisten Male für Audioanwendungen, und wir würden mit Sicherheit das Glockenspiel hören.
Janka
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Die Herstellung eines 400-kHz-1-MHz-Umschalters ist möglich. Das würdest du gar nicht hören !! Und nachdem der Boden die Referenz ist, werden sich die Schienen bewegen ... Normalerweise befasse ich mich mit Anwendungen, bei denen selbst 1µV Rauschen in hochohmigen Spuren ein Problem ist, wir verwenden überall Schalter. Einschließlich der Ansteuerung variabler analoger Stromleitungen, die unter diesen hochohmigen Leiterbahnen verlaufen. Alles, was es braucht, ist eine gute Filterung. Unsere einzigen Probleme sind aufgetreten, wenn die Umschalter-Steuerungsalgorithmen Schläge überspringen und niederfrequente Komponenten erzeugen.
Edgar Brown
Ja, genau das war mein Anliegen. Was passiert, wenn der Bodenstrom die Richtung ändert?
Janka
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@Janka In dieser Architektur wird, vorausgesetzt sie ist vollständig stabil, nichts von Konsequenz passieren. Der überschüssige Strom wird einfach über eine MOSFET-Diode zu der Schiene geleitet, die ihn versorgt. Idealerweise keine Energieverschwendung.
Edgar Brown
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@Janka Oh, und was die Töne betrifft, trat das Problem nur auf, wenn während einer Designänderung für eine aktualisierte Version des Produkts jemand einer Spur nicht allzu viel Aufmerksamkeit schenkte und eine lange Schleife mit ihr machte, die mit Schleifen in der Höhe interagierte -Impedanzspuren. Selbst dann lag das Rauschen im 2µV-Bereich kaum über der Detektion. Wir haben es durch Verbesserung des Regelalgorithmus behoben. In dieser Architektur muss der Switcher niemals leise sein, kleine Wechselimpulse in beide Richtungen können dies sicherstellen. Mit diesem Design könnte das problematisch sein, aber ein separater Oszillator würde das beheben.
Edgar Brown
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Die Regulierungsbehörden werden nicht funktionieren. Ihnen ist kein Ausfall zugeordnet, und Ihre Erdungsimpedanz ist zu hoch.

Der Operationsverstärker ist eine bessere Option, aber alles hängt davon ab, wie viel Strom Sie durch den Boden haben. Wenn der Strom niedrig genug ist, können Sie einfach einen Widerstandsteiler mit ein paar Kondensatoren parallel verwenden. Wenn er hoch ist, benötigen Sie einen kräftigen Operationsverstärker.

Sie haben ein paar weitere Möglichkeiten:

  1. Sie könnten zwei Zenere mit Vorwiderständen verwenden, um die Erdungsimpedanz zu verringern
  2. Sie könnten einen Class-AB-Source-Follower mit ein paar Widerständen und zwei Transistoren zusammenstellen (im Grunde das, was der Operationsverstärker macht, aber mit höherer Impedanz).
  3. Wenn Ihr Erdstrom eine genau definierte und konsistente Richtung hat, können Sie einen positiven oder negativen 12-V-Regler oder sogar einen Transistor von einer der Schienen verwenden (stellen Sie sicher, dass Sie eine Bypass-Diode einsetzen).

Unabhängig davon, was Sie tun, führt jeder Erdstrom zu Energieverschwendung (es sei denn, Sie wissen, wie Sie einen Erdumschalterregler konstruieren müssen).

Edgar Brown
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Wenn Ihre 24 V gut geregelt sind, können Sie mit einer 7812 einen Mittelpunkt erstellen und diese als 0-Volt-Schiene bezeichnen.

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Dies funktioniert nur, wenn die 24-V-Spannung unabhängig von Ihrer Stromversorgung ist und positive Linearregler wie der 7812 laut Aussage von Edgar Brown keinen Strom verbrauchen können.

Colin
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Das ist eine fantastische Lösung. Ich muss nicht in teure Teile investieren. Aber ich muss diese Schaltung noch testen, um zu überprüfen.
Ohbhatt
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Dies funktioniert nur, wenn Ihr Erdstrom positiv ist (er verlässt den Regler). Normale Regler verbrauchen keinen Strom.
Edgar Brown
Das ist ein sehr zutreffender Punkt, danke, @EdgarBrown, ich habe die Antwort bearbeitet.
Colin
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@EdgarBrown Anstelle eines vertrauenswürdigen 7812kann ein integrierter Schaltregler verwendet werden, der im Allgemeinen "Rückstrom" toleriert, sie sind etwas mehr Geld, aber die gleiche einfache Implementierung. Ich habe dies in einem Entwurf verwendet, der in meinem Fall angenommen wurde, dass der Großteil des Systems auf der 24-V-Schiene lief, wobei nur eine kleine Teilmenge von Komponenten vom virtuellen Boden aus lief. In jedem Fall ist dies eine Frage der Komponentenauswahl, und 1/2 / 3A-Schaltregler können mit bidirektionaler Strombelastbarkeit gefunden werden. Das Design ist solide, die Stückliste kann jedoch schwer zu finden oder teuer sein.
Crasic
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@ Ohbhatt Nein, das beseitigt keine Änderung. Stellen Sie sich vor, wenn Sie einen Widerstand zwischen +12 V und 0 V anschließen, würde der Regler dies nicht verarbeiten, da der Strom versuchen würde, in den Regler zu fließen. Aber ein Widerstand zwischen 0V und -12V wäre in Ordnung. Deshalb hängt es von Ihrem Schaltungsdesign ab.
user253751
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Ich denke, NJM4556A würde funktionieren

Sie können Strom von den negativen und positiven Schienen ziehen, aber der Unterschied darf den Ausgangsstrom des Operationsverstärkers nicht überschreiten.

Hinweis: Ich bin nicht erfahren, ich empfehle Ihnen, den folgenden Beitrag zu lesen

EEVBLOG - meine-negative-Spannungsschiene-funktioniert-nicht

Hasan alattar
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Das ist eine gute Idee. Ich werde darauf eingehen.
Ohbhatt
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Es gibt viele kostengünstige Methoden. Die Umschaltmethode kann Ihnen jedoch bei einer minimalen Komponente helfen, die überall verfügbar ist.

Sie können einen Sperrwandler mit einer Mindestschaltung verwenden:

Bearbeitet : Die Hauptschaltung: Mix-Schaltung Ref: eine Mischung aus zwei Links ( http://uzzors2k.4hv.org/index.phppage=flybacktransformerdrivers , https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter- 6 )

Komponentenliste:

  • Zenerdiode

  • 555 IC

  • Mosfet

  • Als Ringkern kann der Transformator aus Draht und einem Ringkern bestehen

  • Diode im Ausgang

  • etwas Kondensator

  • ein Widerstand

  • etwas Draht

Leistungen:

  • Sie können jede Ausgangsspannung erzeugen, die noch größer als Ihre erste Spannung ist

  • Diese Komponenten sind überall erhältlich

  • Sie können jede Spannung erzeugen, auch isolierte Spannung

  • Sie können Ihre Leistung erhöhen, indem Sie den Mosfet austauschen und einen größeren Toroid auswählen.

Die Hauptreferenzen:

http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page=flybacktransformerdrivers Bildbeschreibung hier eingeben

Zusätzlich benötigen Sie eine Zenerdiode für 12-15 Volt und einen 555-IC (Ihre Spulenspeisung mit 24 Volt, aber für 555 sollten Sie eine 12-Volt-Leistung mit einer Zenerdiode erzeugen).

Im Ausgang benötigen Sie eine Diode mit einem Kondensator. Link: https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter-6 Bildbeschreibung hier eingeben

Es handelt sich um einen Doppelpol-Vollweggleichrichter mit einem Transformator mit Mittenabgriff und 4 Dioden

M KS
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Wird Ihre bearbeitete Version die Verbindung zwischen der Zenerspannung und der Versorgung aufheben?
Hasan alattar
@Hasanalattar Nein, der Hauptstromkreis (Eiriks Flyback) arbeitet mit 12-16 Volt. Ich habe einen Zener als Regler für diesen Fall hinzugefügt, um 24V in 12V umzuwandeln. Ich mische gerade 3 Stromkreise. ein Regler und eine Rücklauf- und Ausgangsspule für doppelte Ausgangsspannung.
M KS
Was ich meinte ist , dass Hauptstromkreis 12-16 bis 15-30 Volt des Transformators kurzschließt !, und ne555 überschreitet seine bewertet vcc
Hasan Alattar