Strømforsyning +/- 12V serieregulator og 5V Switch mode

Transkript

1 Udarbejdet af: +/- 12V serieregulator og 5V Switch mode Side 1 af 15

2 Udarbejdet af: Komponentliste. B1: 4 stk. LN4007 1A/1000V diode D1: RGP30D diode Fast Recovery 150nS - 500nS, 3A 200V C1 C3 og C4: 100nF 250V C2: 0.1 µf Tantal E1: 1500µF 25V Elektrolyt E2: 1000µF 25V Elekrtolyt E3: 330µF 10V Elektrolyt1 E4: 150µF 40V Elektrolyt L1: dobbelt spole ca. 0.5 mh ferrit kerne, senere udskiftet med en anden. V1: LM79M12 serie regulator -12V max 500mA output V2: LM78M12 serie regulator +12V max 500mA output V3: LM2575 Switch mode regulator +5V max 1A output T1: 2 * 15V 12VA transformator F1: sikring 16A langsom og holder Side 2 af 15

3 Udarbejdet af: Transformatoren: Transformatoren er angivet til 2*15 V og 6 VA per vinding, ubelastet giver den ca. 32 V, så det totale omsætningsforhold (udgangs vindinger serie forbundet) er ca. n Hvis de 12VA skal passe må det svare til at den kan levere 12 = 0.4 A 30 belastnings modstand på 30 = U out (R= ) = 32.2V U (R=74.6Ù) = 28.7 V out Uout 28.7 I(R=74.6) = = = mA R 74.6 ved 30 V, det svarer til en. Forsøget her viser indre modstand og tab ved belastning. ÄU Ri = = = 9.1 Ù I (R=74.6) Tab U U ( R ) 3.5 *100 * % 32.2 De 12 VA holder ikke helt ved fuld belastning, men et tab på ca. 11 % er acceptabelt. Side 3 af 15

4 Udarbejdet af: Design af 12V del: 12V delen er bygget op omkring to serie regulatorer, én til +12V og én til -12V. en af de vigtigste ting i opbygningen af kredsløbet er at der er en god fælles stel og at der ikke er for lang afstand mellem kondensatorerne C1-C4 og regulatorerne. Og så for at kunne lave nogle måleresultater der skal kunne bruges, er der sat en belastningsmodstand på 115 på + udgangen, og så har vi brugt en 1 modstand som vi har sat ind når vi har skullet lave strøm-målinger på målepunkt E, F og G. Der er altså ikke sat tre 1 modstande i men det er den samme der brugt, bare loddet af og på. Måling på 12V del: C1 C3 og C4: 100nF 250V C2: 0.1 µf Tantal Re, Rf og Rg: 1 Figur 1 Side 4 af 15

5 Udarbejdet af: Der er blevet målt på disse 4 målepunkter, her på: E, F, G. Og der har vi fået følgende målekurver Vi startede med målepunkt E, og i første omgang uden belastningsmodstand på og målemodstand i, og det gav denne kurve; ( En div. = to tern gælder for alle kurver) Målepunkt E Uden belastning og målemodstand 2 ms / Div 50 ma / Div middel målt med Strømmåle-trafo Figur 2 Den første kurve der er her, er en prøve -kurve, hvor vi ikke havde fået sat en belastningsmodstand på, og målemodstand i, så den kurve kan sådan set ikke bruges til så meget, men vi tog den med alligevel, men kan ellers ikke sige så meget om den. Her er så samme målepunkt, dog med en belastningsmodstand på, på 115 ; CH 1 Målepunkt E Med belastningsmodstand 115 (CH1 målt med 10x probe CH 2 målt med strømprobe) middel CH 2 CH mv / Div CH ma / Div 2 ms / Div Figur 3 Side 5 af 15

6 Udarbejdet af: Figur 3, viser en kurve lavet med en måling både med strøm-probe og en alm. probe, hvor der er sat en belastningsmodstand på udgangen på 115, og nu begynder der at være noget brugbart, man kan se at de to kurver følges ad, men det er stadig ikke godt, der mangler en målemodstand. Hvor CH1 er opladning og afladning af E1. Nu er periodetiden på strømmålingen 10mS som den også skal være, men opladetiden skal teoretisk, kun være 2mS og afladningstiden 8mS, men det har vagt lidt forundring at opladetiden så er på 4mS og afladetiden 6mS. Så satte vi en målemodstand i og foretog, efterfølgende, kun målinger med alm. probe; 5 V / Div AC 2mS / Div Målepunkt E GND Figur 4 Her er foretaget en spændingsmåling med alm. probe. Målingen er spændingen ved målepunkt E. Og herefter kun strøm-målinger med alm. probe, og med en målemodstand ved hver målepunkt på 1. Side 6 af 15

7 Udarbejdet af: 443 ma Målepunkt E GND 100 ma / Div DC 1 ms / Div Figur 5 I figur 5, er kurven så over den tilførte strøm til punkt F og G, og der skal strømmen være det samme som strømmen i F og G lagt samme cirka der kan være noget aflæsnings unøjagtighed. Målepunkt F 117 ma GND 100 ma / Div DC 1 ms / Div Figur 6 Figur 6; her er det så den strøm der løber mod 78M12 spændingsregulatoren, og den er som det ses på kurven konstant, det skal den også være, eftersom det er den overskydende strøm, der ikke bruges til opladning. Side 7 af 15

8 Udarbejdet af: Målepunkt G 330 ma GND 100 ma / Div DC 1 ms / Div Figur 7 Her i Figur 7, er det kurven over lade-strømmen til kondensatoren E1, der vises. Side 8 af 15

9 Udarbejdet af: Og her kommer så to kurver fremkommet ved at lave en pulset belastning på 12 volts udgangen, først på +12 V til GND, og så -12 V til GND, minus til GND mest lavet for at se forskellen i forhold til + til GND, belastningsmodstanden er stadig 115. Med det viste sig meget svært at aflæse udslaget helt nøjagtigt; Pulset belastning +12 Volt til GND Et span på ca. 260 mv 50 mvac / Div 200 S / Div belastning: 115O Figur 8 Pulset belastning -12 Volt til GND Et span på ca. 670 mv 200 mvac / Div 200 S / Div belastning: 115O Figur 9 Side 9 af 15

10 Udarbejdet af: Figur 8, viser en pulset belastning, hvor vi, for at få denne kurve frem, tabbede med belastningsmodstan på stel-ledningen mens den stadig var loddet fast til plus-ledningen. Figur 9, viser det samme, bare her målingen foretaget, hvor modstanden var loddet fast til minusledningen. Og som det ses, er udslaget ca. 2½ gang stører når man laver forsøget på minus-siden, men hvad denne øvelse helt nøjagtig kan bruges til, må jeg nok være svar skyldig. Side 10 af 15

11 Udarbejdet af: Design af 5V del (switch mode). 5V delen er bygget op omkring en LM2575 Switch mode regulator, det er en N16A model, altså en 16 bens DIP, den er monteret på et muggi mount og alle de eksterne komponenter og ledningerne til stel og feedback er monteret tæt på kredsen for at sikre at der ikke opstår uønsket modstand og induktion i ledningerne som kan forvirre regulatoren, i visse tilfælde for tæt da det besværliggjorde målingerne lidt. Indgangskondensatoren (E4): skal være på minimum 47µF, størrelsen afhænger af input spænding og duty cycle (T on ), og udgangsbelastningen, den skal være stor nok til at opretholde min 7V til regulatoren i den periode hvor ensretterdioderne ikke leverer spænding (T off ). Vores er på 150µF og det er, som man kan se på tegningen, rigeligt. Udgangskondensator (E3): databladet anbefaler en elekrolyt på µF. den skal kunne klare minimum 8V (for 5V regulator), 10-15V anbefales. For at reducere ripple på udgangen kan større (kapacitet/max spænding) anvendes. Vores er på 330µF og 10V hvilket jo er meget passende. Catch diode (D1): Skal kunne klare minimum 1.2 * den maksimale belastningsstrøm. For at undgå beskadigelse af regulatoren skal breakdown-spændingen være minimum 1.25 * den maksimale input spænding for regulatoren (ca. 56V). Databladet anbefaler en fast recovery schottky diode. Vi har anvendt en 3A 200V Fast Recovery diode så den skulle være helt i orden. Spole (L1): skal kunne klare regulatorens switche frekvens på 52kHz og 1.25 * maksimal belastnings strøm, desuden er det vigtigt at der ikke opstår mætning af spolen ved belastning af udgangen, hvis det sker, falder spolens selvinduktion og strømmen i kredsløbet vil stige eksponentielt hvilket vil belaste komponenterne unødigt og give ripple på udgangen. Det skete i vores første spole allerede ved 34O så den blev udskiftet med en anden med bedre egenskaber til formålet. Side 11 af 15

12 Udarbejdet af: Måling på 5 Volts del; Der er blevet målt på disse 4 målepunkter; A (IC), B, C, D Og der har vi fået følgende målekurver Figur 10 R L = 34 5 V / Div DC Nul 20 ma / Div Målepunkt C middel Målepunkt A (IC) 20 ma / Div middel Målepunkt B 20 ma / Div 5 s / Div middel Figur 11 Side 12 af 15

13 Udarbejdet af: Her i figur 11 er der kurver over kondensatoren E3, opladning og afladning. Spolen kan beregnes efter formlen; u L i t u 20V 5V 15V. L i t 44mA 5 S 15V 5 S 44mA 1,704mH Målepunkt D 5 V / Div DC 5 ms / Div Nul Figur 12 Målingen her i figur 12 er foretaget lige før samlepunktet D. Kurven viser hvordan kondensatoren E4 jævner spændingen ud, der kommer fra brokoblingen. Der hvor kurven går opad er der hvor der kommer spænding fra brokoblingen og lader på kondensatoren E4, og der hvor den går nedad er der hvor der ingen spænding kommer fra brokoblingen, og man tar spænding fra kondensatoren, og den bliver afladt. Strømmåling 20 ma / Div 5 ms / Div middel Figur 13 Her i figur 13 er det så en strømmåling foretaget samme sted som den i figur 12, her kan man se hvordan strømmen går op og ned, men lige meget over og under middel. Side 13 af 15

14 Udarbejdet af: Måling out 5 mv / Div AC 2 S / Div middel Udsving på ca 25 mv Figur 14 Og så i figur 14 er her den sidste måling på 5 Volts delen, og det er måling af rippel/støj på udgangen. Frekvensen er på 52 khz, som er det samme som regulatoren (LM2575), så støjen kunne godt tænkes at komme derfra. Side 14 af 15

15 Udarbejdet af: konklusion Det var så den strømforsyning, og jeg må sige at det der elektronik er blevet lidt nemmere, efter at der, som her, i dette projekt er blevet arbejdet med det i praksis, som vi har haft en masse teori om, er der flere ting der er faldet på plads, f.eks. det med de tre målepunkter E F G hvor den strøm der løber ind skal være lig med de to andre, det kunne man efterhånden godt finde ud af i teorien, men efter at ha afprøvet det i praksis er det nemmere og se hvad det er der foregår. Og også andre steder i de målinger vi har foretaget kan jeg nu se en sammenhæng imellem teori og praksis bl.a. opladning og afladning af kondensatorer f.eks. af E3. Og sådan føler jeg det er med flere ting i dette projekt, bl.a. også med målingerne, hvor man kunne se udslaget på ocsilloscobet Ellers må jeg konkludere at det var ikke så slemt, som jeg først frygtede, da vi først kom ordentlig i gang, og med det mener jeg, at det så noget uoverskueligt ud til at starte med synes jeg, der var mange ting i opgaven, altså mange målinger, og jeg synes også at opgaveformuleringen var lidt svær at forstå, især nok hvis man ikke er en ørn til elektronik. Men alt i alt en god opgave til et projekt. Side 15 af 15