Design des Tischnetzteils

Ich habe darüber nachgedacht, mein eigenes Tischnetzteil für den allgemeinen Gebrauch zu entwerfen und zu bauen. Ich stelle mir vor, dass die Hauptanwendung darin besteht, analoge / digitale Schaltungen mit geringem Stromverbrauch mit gelegentlich kleinen Gleichstrommotoren und anderen elektromechanischen Geräten zu prototypisieren. Der Hauptgrund, warum ich dies tue, besteht darin, mich mit dem Design des Netzteils vertraut zu machen, und eine nützliche Tischversorgung ist ein zusätzlicher Bonus.

Bisherige Zielspezifikationen und Geräteziele, Empfehlungen / Vorschläge sind willkommen:

1. Stromversorgung über das Stromnetz (Ich lebe in den USA, also ziele ich auf ~ 120VAC@60Hz).
2. Netz isoliert.
3. Variabler Spannungs- und Stromausgang, mindestens 1Amaximaler Ausgangsstrom und 12Vmaximale Ausgangsspannung. Am liebsten hätte ich eine 15Voder eine 24Vmaximale Ausgangsspannung sowie eine geteilte Versorgung, obwohl dies keine kritischen Spezifikationen sind.
4. Anständige Effizienz. Ich habe noch keine Zieleffizienz festgelegt, aber ich würde eine Effizienz von mehr als 50% erwarten. Ich habe von SMPS-Lieferungen gehört ~80-90%, die möglicherweise höher sind.

Da dies in erster Linie als Lernübung verstanden wird, habe ich ernsthaft darüber nachgedacht, ob ich dieses Projekt in ein Projekt verwandeln soll, in dem ich mehr über die direkte Verwendung von Netzstrom lernen kann. Ich zögere, dies zu tun, da ich die sehr reale Gefahr verstehe, die mit einem Netzfehler verbunden ist, und einen Wandadapter (entweder AC-AC oder AC-DC) oder eine vorgefertigte Konstantspannungseinheit verwenden könnte, um meine Versorgung mit Strom zu versorgen Reduzieren Sie das Risiko bei der Arbeit mit dem Stromnetz. Ich bin gespannt, was ihr darüber denkt und welche Ressourcen ich empfehlen sollte, bevor ich direkt mit dem Stromnetz arbeite. Wenn Sie Vorschläge für Projekte haben, die besser für Anfänger geeignet sind, die direkt mit dem Stromnetz arbeiten, wäre das auch großartig.

Wenn ich mich für die Direktnetzmethode entschieden hätte, würde ich wahrscheinlich mit einem einfachen Transformator beginnen, um die Isolation zu gewährleisten und die Eingangsspannung zu reduzieren, und dann eine Schaltung verwenden, um eine einstellbare Spannung / einen einstellbaren Strom zu erhalten.

Die grundlegende Schnittstelle zum Netz:

Die Hauptseite ist über die eine Seite des Transformators und der Stromkreis mit der anderen Seite verbunden. Das Signal wird dann über eine Diodenbrücke gleichgerichtet und der Ausgang mit einem großen Kondensator parallel zur Last gefiltert. Wenn ich wollte, könnte ich später nachgeschaltet Schaltkreise verwenden, um die Ausgangsspannung und den Ausgang weiter zu regulieren (ähnlich wie hier ).

Die Spannung an der Last sollte betragen (unter der Annahme einer ausreichend kleinen Last oder eines großen Kondensators sowie eines nahezu idealen Transformators):

Wo Vmainist die Amplitude des Netzstroms (~ 170 V in den USA)?

Dies ist ein grundlegendes Design, das theoretisch funktioniert, aber welche realen Überlegungen muss ich bei der Gestaltung der tatsächlichen Schnittstelle zum Stromnetz berücksichtigen? Ich weiß, dass eine hochkapazitive oder induktive Last zu einem schlechten Leistungsfaktor führt, aber da es sich um ein Allzwecknetzteil handelt, gehe ich davon aus, dass jede nachgeschaltete Last so ausgelegt ist, dass sie dies kompensiert, anstatt es zu versuchen Lassen Sie das Netzteil die Kompensation durchführen.

Ein alternativer Ansatz ist die Verwendung eines Switched-Mode-Designs, aber ich habe nicht viele nützliche Ressourcen zum Entwerfen / Implementieren eines solchen gefunden. Soweit ich weiß, verwendet ein SMPS viel höhere Frequenzen, sodass der Transformator kleiner sein kann und dennoch einen halbstabilen Gleichstromausgang bietet. Was ich nicht verstehe, ist, wie Sie das 60HzSignal von der Wand auf einen ~10kHzoder sogar einen ~1MHzEingang für den SMPS-Transformator übertragen sollen.

Sie haben die richtige Idee für eine ungeregelte Grundversorgung. Ein Transformator, vier Dioden und eine so große Kappe wie möglich sind für viele Zwecke gut genug, aber nicht für alle geeignet.

Bei einer solchen ungeregelten Versorgung gibt es zwei Hauptprobleme. Erstens ist die Spannung nicht gut bekannt. Selbst bei idealen Komponenten, sodass der aus dem Transformator austretende Wechselstrom einen festen Teil des eingehenden Wechselstroms ausmacht, gibt es immer noch Variationen in diesem Wechselstromeingang. Die Wandleistung kann um etwa 10% variieren, ohne dass ungewöhnliche Situationen wie Stromausfälle berücksichtigt werden. Dann haben Sie die Impedanz des Transformators. Wenn Sie Strom ziehen, fällt die Ausgangsspannung des Transformators ab.

Zweitens wird es eine Welligkeit geben, möglicherweise eine ziemlich signifikante Welligkeit. Diese Kappe wird zweimal pro Leitungszyklus oder alle 8,3 ms aufgeladen. Zwischen den Leitungsspitzen liefert die Kappe den Ausgangsstrom. Dies verringert die Spannung an der Kappe. Die einzige Möglichkeit, diese Welligkeit bei dieser Art von Design zu verringern, besteht darin, eine größere Kappe zu verwenden oder weniger Strom zu ziehen.

Und denken Sie nicht einmal an den Leistungsfaktor. Der Leistungsfaktor, den eine Vollwellenbrücke der Wechselstromleitung bietet, ist "nicht schön". Der Transformator glättet das ein wenig, aber Sie haben immer noch einen beschissenen Leistungsfaktor, unabhängig davon, was die Last tut. Glücklicherweise ist der Leistungsfaktor für so etwas wie eine Bankversorgung von geringer Bedeutung. Ihr Kühlschrank behandelt die Stromleitung wahrscheinlich schlechter als Ihre Tischversorgung jemals. Mach dir keine Sorgen.

Einige Dinge, die Sie mit dieser Versorgung nicht tun können, sind alles, was eine enge Spannungstoleranz hat. Beispielsweise möchten viele digitale Geräte 5,0 V oder 3,3 V ± 10%. Ihr Vorrat wird das nicht können. Was Sie wahrscheinlich tun sollten, ist eine möglichst niedrige Ausgangsleistung von 7,5 V unter Last mit der niedrigsten gültigen Netzspannung in und am unteren Rand der Wellen. Wenn Sie dies garantieren können, können Sie einen 7805-Regler verwenden, um eine schöne und saubere 5-V-Spannung für digitale Schaltkreise zu erzeugen.

Beachten Sie, dass nach Berücksichtigung aller Gründe, aus denen die Versorgungsspannung abfallen kann, die Nennausgangsspannung möglicherweise mehrere Volt höher ist. Wenn ja, denken Sie an die Verlustleistung des Reglers. Wenn beispielsweise der Nennversorgungsausgang 9 V beträgt, fällt der Regler um 4 V ab. Das 4-V-fache des Stroms ist die Leistung, die den Regler erwärmt. Wenn dies beispielsweise eine digitale Schaltung mit 200 mA versorgt, beträgt die Verlustleistung im Regler 4 V x 200 mA = 800 mW. Das wird einen 7805 in freier Luft ziemlich heiß bekommen, aber es wird wahrscheinlich immer noch in Ordnung sein. Glücklicherweise enthalten 7805-Regler einen thermischen Abschaltkreis, sodass sie den Ausgang nur für eine Weile abschalten, anstatt sich kochen zu lassen.

Ich denke, die von Ihnen angegebene Schaltung ist für eine ungeregelte Versorgung in Ordnung. Eine transformatorlose Versorgung ist keine gute Wahl für eine Tischversorgung. Wenn Sie einen Transformator verwenden, um ihn zu isolieren, können Sie auch einen Transformator verwenden, um den Strom zu verringern.

Tischzubehör ist am nützlichsten, wenn es reguliert wird. Die von mir verwendete Versorgung hat feste Spannungen von +5, +12 und -12 Volt und dann eine variable Versorgung, die bis zu 20 Volt reicht. Die + - 12-Volt-Versorgung ist nützlich für Operationsverstärkerschaltungen, aber für die Arbeit, die ich mache, bin ich wahrscheinlich mit einer 3,5-Volt-Versorgung zufriedener.

Für die Aufsichtsbehörden haben Sie mehrere Möglichkeiten. Es gibt sehr einfach zu bedienende Linearregler, die die überschüssige Spannung als Wärme abführen. Dies ist in Ordnung, es sei denn, Sie benötigen ein gutes Stück Strom. Wenn Sie mehr Strom wünschen, können Sie Schaltregler kaufen oder bauen.

Oh, und Sie sollten auf jeden Fall eine Sicherung in den Netzstromkreis des Netzteils einbauen.

Um Ihre Fragen direkt zu beantworten, ist die Diodenbrücke korrekt verdrahtet. Wenn Sie einen Ausgang mit bis zu 24 V wünschen, würde ich den Kauf eines Transformators mit mindestens 20 V AC empfehlen. 24 V AC sind die bessere Wahl. Es gibt viele andere Probleme zu lösen, z. B. wie viele Ausgänge Sie möchten, den verwendbaren Ausgangsspannungsbereich zu definieren, den Ausgang (Poti oder digital) zu steuern, die Strombegrenzung festzulegen, den Ausgang zu schützen usw. Wenn Sie erstellen möchten Bei einer "Labor" -Versorgung möchten Sie wahrscheinlich, dass die Ausgänge sauber auf 0,00 V abfallen. Oder Sie sind mit Ausgängen von bis zu 1 V zufrieden. In diesem Fall sind LDOs möglicherweise in Ordnung, da Sie nur von einem Verstärker sprechen.