Jak wykonać podwójne zasilanie + -12 V z 24 V SMPS


16

Próbuję zasilać domowy przetwornik z czujnikiem obciążenia za pomocą pojedynczego SMPS 24 V. Muszę wytworzyć napięcie +12, 0 i -12 V, które są w stanie wytworzyć 50 mA. Chcę zasilać wiele kanałów opamps i mostów.

Nie mam dużego budżetu i dostępności komponentów w Indiach.

Mam pomysł, aby użyć liniowych regulatorów napięcia 1 LM7812 i 1 LM7912 (ujemnych) i konfiguracji dzielnika napięcia, aby to zrobić zgodnie z poniższym obwodem.

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Czy to zadziała? Zmodyfikowałem go z sugestii i artykułów w innym miejscu.

Ktoś zasugerował mi jeszcze jeden obwód, ale martwię się o obecne możliwości opampa.

schematyczny

zasymuluj ten obwód

Czy to zadziała? Jeśli tak, proszę zasugerować odpowiedni wzmacniacz operacyjny.

Czy są jakieś inne techniki, które wykonałyby pracę ekonomicznie?


Zastanów się, co się stanie, jeśli niedopasowane ładunki między szynami.
winny

@winny Właśnie o to się martwię.
Ohbhatt,

Ile prądu potrzebujesz? Zrobiłem taki sprzęt dla obwodu audio, aby zapobiec nierównomiernemu przycinaniu za pomocą opampa, a nawet dzielnika takiego jak twój, ale tranzystor + rezystor buforowane na wyjściu. Marnujesz dużo energii i są łatwiejsze rozwiązania. W twoim przypadku wybrałbym dwa konwertery trybu przełączania lub jeden izolowany.
winny

3
Wspominasz, że musisz być w stanie dostarczyć 50mA prądu. Ale myślę, że dzieje się tak głównie przez szyny +12 i -12 (np. Zasilające opampy z podwójnym zasilaniem). Co dokładnie musisz dostarczyć przez szynę 0V? Jeśli szyna 0V służy po prostu jako odniesienie i idzie tylko do niektórych wejść opamp lub wysokowartościowych rezystorów, oznacza to, że twoje obecne potrzeby na szynie 0V są znacznie niższe niż 50mA, a rozwiązanie nr 2 jest całkowicie poprawne.
słaba utrata wiary w SE

Btw, zarówno farnell.in, jak i mouser.in, są wysyłane do Indii. Można znaleźć na nich prawie każdy element (choć trochę drogi). Inną opcją jest ebay.com, ale te statki z Chin mają dość długi czas dostawy.
Tejas Kale

Odpowiedzi:


17

Twój pierwszy pomysł w ogóle nie zadziała.


Twój drugi pomysł będzie działał, ale wiele wzmacniaczy operacyjnych nie dostarczy na wyjściu więcej niż kilku mA, co ogranicza prąd, który Twój obwód może pobierać z wirtualnej masy. Dostępne są wzmacniacze mocy OP, które mogą dostarczyć do kilku amperów, ale jeśli nie możesz dostać jednego, możesz użyć pary tranzystorów PNP / NPN, aby zwiększyć prąd wyjściowy:

schematic

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Wzmacniacz OP zadba o ustabilizowanie mocy wyjściowej, aby dopasować ją do napięcia ustawionego przez dzielnik napięcia wejściowego. Zajmij się ładunkami pojemnościowymi, jak zauważył Spehro w swojej odpowiedzi.


czy możesz zasugerować tranzystor odpowiedni dla 50 lub 100 mA.
Ohbhatt,

1
Musisz szukać paczek. Dla 100mA każdy tranzystor musiał rozproszyć 100mA * 12V = 1,2W, to jest czynnik ograniczający. Małe tranzystory sygnałowe w pakietach TO-92 są zwykle ograniczone do 500 mW. Istnieją wyjątki, ponieważ para SS8050 / SS8550 firmy Fairchild może rozpraszać po 2 W. O wiele bardziej konserwatywna para (również lepiej dostępna) to BD233 / BD234, BD235 / BD236 lub BD237 / BD238. (Używaj tranzystorów przeznaczonych do aplikacji audio, są one przystosowane do pracy w regionie liniowym, zgodnie z potrzebami tutaj.) Tranzystory w pakietach TO220 są nadmierne dla twojej aplikacji.
Janka

1
2N2222 może rozproszyć tylko 500 mW, co jest dobre dla 41 mA @ 12V. 2N2907 może rozpraszać tylko 625 mW, dobre dla 52 mA przy 12V. Ogólnie rzecz biorąc, tranzystory zaczynające się od BD są tym, czego chcesz (prefiks 2N… niestety nie daje żadnej wskazówki.)
Janka,

1
@Ohbhatt Możesz użyć wielu 2n2222 i 2n2907 równolegle z małymi rezystorami emiterowymi (2r2 lub podobnymi), aby podzielić obciążenie, jeśli nie możesz zaopatrzyć się w większe części.
Colin

1
Tak. Ale bądź ostrożny, bez radiatora BD139 i BD140 mogą rozpraszać tylko do 1,25 W. Drobna płetwa na każdym tranzystorze znacznie to poprawia.
Janka

7

Lepiej byłoby użyć dwóch zasilaczy 12V, ale jeśli nalegasz ...

# 1 nie zadziała.

# 2 (biorąc pod uwagę bardzo ograniczone informacje, które dostarczyłeś) może wymagać od wzmacniacza operacyjnego rozproszenia aż 600 mW, a stabilność prawdopodobnie będzie stanowić problem z obciążeniami pojemnościowymi. Istnieją dedykowane układy dzielące szyny, które poważnie traktują stabilność, ale nie są to części żelkowe i na przykład TLE2426 nie jest w stanie poradzić sobie z rozpraszaniem lub prądem.

Sugeruję coś podobnego (zakładając, że masz zapas energii na zapas 12V):

enter image description here

Wykorzystuje to wszechobecny regulator bocznikowy TL431 i wzmacnia go za pomocą ogólnego tranzystora mocy PNP.

Ta kombinacja jest jak precyzyjny zener mocy. Lub po prostu użyj zenera jak poniżej. Ustaw Vo = 12V.

Następnie użyj tego obwodu:

schematic

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Pamiętaj, że jeśli nadmiernie obciążasz GND do -V, napięcie + V do GND wzrośnie aż do 24 V. Zwykle jest to dopuszczalne, ale należy dbać o napięcie znamionowe kondensatora i tak dalej. Możesz dodać zenera o wyższym napięciu (powiedzmy 14V) na R1 jako środek zapobiegawczy. R1 rozproszy mniej niż 1 W, w normalnych warunkach, ale zener mógłby rozproszyć nawet 1,3 W, jeśli 50 mA przepłynie z + V do GND i nie będzie odpowiedniego prądu z GND do -V.

Można na przykład zastosować szeregowo dwa zenery 6,2 V 1 W. Przewody powinny być krótkie, przymocuj je do obszaru płytki drukowanej i rozsuń je, aby działały chłodniej.


Muszę zachować minimalne zużycie energii i nie mogę sobie pozwolić na jakiekolwiek zmiany napięcia. Dzięki za pomoc.
Ohbhatt,

1
W ogóle nie użyłbym podejścia regulatora do generowania wirtualnego gruntu - będzie to miało problemy z pozyskiwaniem lub zatapianiem odpowiednich prądów.
ThreePhaseEel

6

Biorąc pod uwagę twoje pragnienie jak najniższej mocy i moją świadomość, że do tego powszechnego problemu rzadko podchodzi się w ten sposób. Wymyśliłem oscylujące rozwiązanie przełączające tylko dla zabawy.

Podobnie jak w przypadku każdego przełącznika, należy wziąć pod uwagę emisję / tętnienie jednotonowe (przy tych wartościach około 20 kHz). Ale jeśli istnieje jakikolwiek znaczący prąd uziemienia, wątpię, czy możesz być znacznie bardziej wydajny (bardziej formalny przełącznik z oddzielnym oscylatorem może być bardziej wydajny i mógłby użyć jednego induktora, ale wymagałoby to więcej części).

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Jest to w zasadzie oscylator relaksacyjny, który moduluje średni prąd przez L1, tak aby oscylował wokół wymaganego prądu uziemienia. M1 i M2 są włączane i wyłączane stosunkowo szybko (niektóre kondensatory przyspieszenia mogłyby pomóc w wydajności), a C12 zapewnia dodatnie sprzężenie zwrotne, dzięki czemu opamp / komparator nasyca się po przekroczeniu progu (w przeciwnym razie obciążenie tłumiłoby oscylator i stałby się regulatorem liniowym zamiast).

L3, C10 i C11 służą do filtrowania tętnienia i izolowania oscylacji od ładunku, aby uniknąć nadmiernego tłumienia. C10 i C11 również pełnią podwójną funkcję jako pojemność wejściowa regulatora. Nadmiar energii w L1 i L2 byłby zwracany na wymaganą szynę i przechowywany w nich. W tym projekcie przewodzą diody źródłowe M1 i M2.

R3, R4, R5 i R6 są wybrane tak, aby utrzymać M1 i M2 poniżej progu, gdy nie ma prądu uziemiającego. Niestety zmniejsza to również ogólne wzmocnienie pętli oscylatora.

Nie przeprowadziłem bardzo dokładnej analizy wszystkich implikacji tego projektu (szczególnie ze względu na jego samoscylację), więc ogólne rozważania dotyczące stabilności przy zmianach obciążenia mogą stanowić problem.

Nie sądzę, że istnieją układy scalone dla tego rodzaju konfiguracji, co niepotrzebnie zwiększa liczbę części i ograniczenia projektowe. Jedyne o których wiem to regulatory napięcia pamięci DDR, ale są przeznaczone do pracy przy bardzo niskich napięciach.


+1, to genialne. Ale myślę, że powodem, dla którego nie jest to zbyt powszechne, są obwody wymagające podziału ziemi w większości przypadków dla aplikacji audio i na pewno usłyszymy dzwonek.
Janka

1
Możliwe jest wykonanie przełącznika 400 kHz-1 MHz. W ogóle byś tego nie słyszał !! A po tym, jak cała ziemia jest odniesieniem, będą się poruszać szyny ... Zwykle mam do czynienia z aplikacjami, w których nawet 1µV hałasu w śladach o wysokiej impedancji jest problemem, używamy przełączników wszędzie. W tym napędzające zmienne analogowe linie energetyczne, które biegną pod tymi śladami o wysokiej impedancji. Wszystko czego potrzebuje to dobre filtrowanie, nasze jedyne problemy pojawiły się, gdy algorytmy sterowania przełącznikiem pomijają uderzenia i wytwarzają komponenty o niskiej częstotliwości.
Edgar Brown,

Tak, dokładnie to drugie było moim zmartwieniem. Co dzieje się, gdy prąd ziemny zmienia kierunek.
Janka

1
@Janka W tej architekturze, przy założeniu, że jest ona w pełni stabilna, nic się nie wydarzy. Nadmiar prądu będzie po prostu kierowany przez diodę MOSFET do szyny, która go zasila. Idealnie zero energii odpadowej.
Edgar Brown,

1
@Janka Och, a jeśli chodzi o dźwięki, problem pojawił się tylko wtedy, gdy podczas modyfikacji projektu zaktualizowanej wersji produktu ktoś nie zwrócił zbytniej uwagi na ślad i zrobił z nim długą pętlę, która współdziałała z pętlami na wysokości ślady impedancji. Nawet wtedy hałas był zaledwie powyżej poziomu wykrywalności w zakresie 2µV. Naprawiliśmy to, poprawiając algorytm sterowania. W tej architekturze przełącznik nigdy nie musi być cichy, mogą to zapewnić małe przemienne impulsy w obu kierunkach. Dzięki tej konstrukcji, która mogłaby być problematyczna do osiągnięcia, ale oddzielny oscylator naprawiłby to ...
Edgar Brown

4

Regulatory nie będą działać. Przydzielono im zerowe przerwanie, a impedancja uziemienia jest nadmierna.

Wzmacniacz operacyjny jest lepszą opcją, ale wszystko zależy od tego, ile prądu przepływasz przez ziemię. Jeśli prąd jest wystarczająco niski, możesz po prostu użyć dzielnika rezystorowego z kilkoma kondensatorami równolegle, jeśli jest wysoki, potrzebujesz potężnego wzmacniacza operacyjnego.

Masz jeszcze kilka opcji:

  1. Możesz użyć dwóch zenerów z rezystorami szeregowymi, aby zmniejszyć impedancję uziemienia
  2. Mógłbyś połączyć popychacz źródła klasy AB z kilkoma opornikami i dwoma tranzystorami (w zasadzie to, co robi wzmacniacz operacyjny, ale o wyższej impedancji)
  3. Jeśli twój prąd uziemienia ma dobrze określony i spójny kierunek, możesz użyć dodatniego lub ujemnego regulatora 12V lub nawet tranzystora z jednej z szyn (upewnij się, że umieściłeś diodę obejściową).

Ale niezależnie od tego, co robisz, każdy prąd uziemienia spowoduje marnowanie mocy (chyba że wymyślisz, jak zaprojektować regulator przełącznika uziemienia oczywiście).


4

Jeśli twoje napięcie 24 V jest dobrze regulowane, możesz po prostu użyć 7812, aby utworzyć punkt środkowy i nazwać to swoją szyną 0 woltów.

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Działa to tylko wtedy, gdy 24 V jest niezależne od tego, co zasilasz, i zgodnie z komentarzem Edgara Browna pozytywne dodatnie regulatory liniowe, takie jak 7812, nie mogą pochłaniać prądu.


To fantastyczne rozwiązanie. Nie muszę inwestować w żadne drogie części. Ale wciąż muszę przetestować ten obwód, aby zweryfikować.
Ohbhatt,

4
Działa to tylko wtedy, gdy prąd ziemny jest dodatni (wychodzi z regulatora) normalne regulatory nie pobierają prądu.
Edgar Brown

To bardzo ważny punkt, dzięki, @EdgarBrown, zredagowałem odpowiedź.
Colin,

3
@EdgarBrown Zamiast zaufanego 7812można użyć zintegrowanego regulatora przełączającego, który ogólnie toleruje „prąd wsteczny”, są to nieco więcej pieniędzy, ale ta sama prosta implementacja. Użyłem tego w projekcie, przyznanym w moim przypadku, że większość systemu działała na szynie 24V, a tylko niewielki podzespół działał z wirtualnego podłoża. W każdym razie staje się to kwestią wyboru komponentów, a regulatory przełączania 1/2 / 3A można znaleźć z funkcją prądu dwukorektycznego, konstrukcja jest solidna, ale BOM może być trudny do znalezienia lub drogi.
Crasic

1
@Ohbhatt Nie, to nie eliminuje żadnych zmian. Wyobraź sobie, że jeśli podłączysz rezystor pomiędzy + 12V a 0V, regulator nie poradziłby sobie z tym, ponieważ prąd próbowałby dostać się do regulatora. Ale opornik między 0 V a -12 V byłby w porządku. Dlatego zależy to od projektu obwodu.
user253751,


1

Istnieje wiele tanich metod. Ale metoda przełączania może pomóc w minimalnym komponencie, który jest dostępny wszędzie.

możesz użyć konwertera flyback z minimalnym obwodem:

Edytowano : Główny obwód: obwód mieszany Ref: połączenie dwóch linków ( http://uzzors2k.4hv.org/index.phppage=flybacktransformerdrivers , https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter- 6 )

Lista komponentów:

  • Dioda Zenera

  • 555 IC

  • Mosfet

  • Toroidalny transformator może być wykonany z drutu i rdzenia toroidalnego

  • Dioda na wyjściu

  • trochę kondensatora

  • jakiś opornik

  • trochę drutu

Korzyści:

  • możesz wygenerować dowolne napięcie wyjściowe nawet większe niż twoje pierwsze napięcie

  • komponenty te są dostępne wszędzie

  • możesz generować dowolne napięcie, nawet izolowane

  • możesz zwiększyć swoją moc, zmieniając Mosfet i wybierając większy toroid.

Główne referencje:

http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page=flybacktransformerdrivers wprowadź opis zdjęcia tutaj

Dodatkowo potrzebujesz diody Zenera dla 12-15 woltów i 555 IC. (Twoja cewka zasilana jest 24 V wolt, ale dla 555 powinieneś wygenerować moc 12 woltów z diodą Zenera).

na wyjściu potrzebujesz diody z kondensatorem. link: https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter-6 wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jest to prostownik pełnofalowy o podwójnej polaryzacji, wykorzystujący transformator z zaczepem centralnym i 4 diody


czy edytowana wersja usuwa połączenie między napięciem Zenera a zasilaniem?
Hasan alattar

@Hasanalattar Nie Obwód główny (przelot Eirika) działa przy napięciu 12-16 woltów. W tym przypadku dodałem Zenera jako regulator do konwersji napięcia 24 V na 12 V. Po prostu miksuję 3 obwody. regulator i cewka powrotna i wyjściowa dla podwójnego napięcia wyjściowego.
M KS

miałem na myśli to, że zwarcie obwodu głównego 12-16 do 15-30 woltów transformatora !, a ne555 przekracza znamionowe vcc
Hasan alattar
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.