Как сделать двойной источник питания +12 В от 24 В SMPS

16

Я пытаюсь питать самодельный датчик нагрузки, используя одиночный SMPS 24 В. Мне нужно сделать +12, 0 и -12 Вольт, которые способны к 50 мА. Я хочу подключить несколько каналов операционных усилителей и мостов.

У меня нет большого бюджета и наличия компонентов в Индии.

У меня есть идея использовать 1 LM7812 и 1 LM7912 (отрицательные) линейные регуляторы напряжения и установку делителя напряжения, чтобы сделать это согласно схеме ниже.

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Будет ли это работать? Я изменил его из предложений и статей в других местах.

Кто-то предложил мне еще одну схему, но меня беспокоят текущие возможности операционного усилителя.

схематический

^{смоделировать эту схему}

Будет ли это работать? Если да, пожалуйста, предложите подходящий операционный усилитель.

Существуют ли другие методы, которые сделали бы работу экономически?

operational-amplifier voltage-regulator voltage-divider 24v virtual-ground Ohbhatt
источник

Подумайте о том, что произойдет, если у вас не совпадают нагрузки между рельсами.

Винни

@winny Вот о чем я беспокоюсь.

Ohbhatt

Сколько тока вам нужно? Я сделал такое приспособление для звуковой схемы, чтобы предотвратить неравномерное ограничение, используя операционный усилитель и даже делитель, как у вас, но транзистор + резистор, буферизированный на выходе. Потрачено много сил и есть более простые решения. В вашем случае я бы выбрал два конвертерных режима или один изолированный.

Винни

3

Вы упоминаете, что должны иметь возможность подавать ток 50 мА. Но я предполагаю, что это в основном через рельсы +12 и -12 (например, для питания операционных усилителей с двумя источниками питания). Что именно вы должны подать через шину 0V? Если шина 0 В просто служит эталоном и используется только для некоторых входов операционного усилителя или высокоомных резисторов, это означает, что ваши текущие потребности в шине 0 В намного ниже, чем 50 мА, и решение № 2 является совершенно допустимым.

тусклый

Кстати, и farnell.in, и mouser.in отправляются в Индию. Вы найдете почти любой компонент на них (хотя и немного дорогой). Другой вариант - ebay.com, но они отправляются из Китая и имеют довольно длительные сроки доставки.

Tejas Kale

17

Ваша первая идея не будет работать вообще.

Ваша вторая идея сработает, но многие операционные усилители не будут выдавать более нескольких мА на свой выход, что ограничивает ток, который ваша схема может получать от виртуальной земли. Доступны Power-OP-Amp, которые могут выдавать до нескольких ампер, но если вы не можете получить один из них, вы можете использовать пару транзисторов PNP / NPN для увеличения выходного тока:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

OP-Amp позаботится о стабилизации выходного сигнала, чтобы он соответствовал напряжению, установленному делителем входного напряжения. Позаботьтесь о емкостных нагрузках, как отметил Спехро в своем ответе.

Янка
источник

Можете ли вы предложить транзистор, подходящий для 50 или 100 мА.

Ohbhatt

1

Вы должны искать пакеты. Для 100 мА каждый транзистор должен был рассеивать 100 мА * 12 В = 1,2 Вт, это ограничивающий фактор. Малосигнальные транзисторы в корпусах TO-92 обычно ограничены до 500 мВт. Есть исключения, такие как пара SS8050 / SS8550 от Fairchild, которая может рассеивать 2 Вт каждая. Гораздо более консервативная пара (также более доступная) будет BD233 / BD234, BD235 / BD236 или BD237 / BD238. (Используйте транзисторы, предназначенные для аудиоприложений, они рассчитаны на работу в линейной области, если это необходимо здесь.) Транзисторы в корпусах TO220 являются излишними для вашего приложения.

Янка

1

2N2222 может рассеивать только 500 мВт, это хорошо для 41 мА при 12 В. 2N2907 может рассеивать только 625 мВт, что хорошо для 52 мА при 12 В. В общем, транзисторы, начинающиеся с BD, - это то, что вы хотите (префикс 2N…, к сожалению, не дает намека.)

Янка

1

@Ohbhatt Вы можете использовать несколько 2n2222 и 2n2907 параллельно с маленькими эмиттерными резисторами (2r2 или около того), чтобы разделить нагрузку, если вы не можете получить более крупные детали.

Колин

1

Да. Но будьте осторожны, без радиатора BD139 и BD140 могут рассеиваться только до 1,25 Вт. Крошечный плавник на каждом транзисторе значительно улучшает это.

Янка

7

Вам лучше использовать два источника питания 12 В, но если вы настаиваете ...

# 1 не будет работать

№ 2 (учитывая предоставленную вами весьма ограниченную информацию) может потребовать, чтобы операционный усилитель рассеивал до 600 мВт, а стабильность, вероятно, будет проблемой для емкостных нагрузок. Существуют специальные рельсовые микросхемы, которые серьезно относятся к стабильности, но не являются желеобразными деталями, и, например, TLE2426 не может справиться с рассеиваемым током.

Я предлагаю что-то вроде этого (при условии, что у вас есть запас энергии на вашем 12 В источнике питания:

При этом используется вездесущий шунтирующий регулятор TL431 и усиливается с помощью обычного силового транзистора PNP.

Комбинация похожа на прецизионный энергетический стабилитрон. Или просто используйте стабилитрон, как показано ниже. Установите Vo = 12В.

Затем используйте эту схему:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Обратите внимание, что если вы чрезмерно нагрузите GND на -V, напряжение + V к GND увеличится до 24 В. Обычно это приемлемо, но позаботьтесь о номинальном напряжении конденсатора и так далее. Вы можете добавить стабилитрон высокого напряжения (скажем, 14 В) на R1 в качестве профилактической меры. R1 рассеивает менее 1 Вт при нормальных условиях, но стабилитрон может рассеиваться до 1,3 Вт, если 50 мА течет от + V к GND, и нет соответствующего тока от GND до -V.

Например, вы можете использовать два стабилитрона 6,2 В 1 Вт. Держите провода короткими, прикрепите их к некоторой области печатной платы и держите их отдельно, чтобы они работали холоднее.

Спехро Пефхани
источник

Я должен сохранять минимальное энергопотребление и не могу позволить себе никаких изменений напряжения. Спасибо за помощь, хотя.

Ohbhatt

1

Я бы вообще не использовал регуляторный подход для генерации виртуального заземления - у него будут проблемы либо с источником, либо со снижением соответствующих токов.

ThreePhaseEel

6

Учитывая ваше стремление к как можно меньшей мощности и мое понимание того, что эта общая проблема редко решается подобным образом. Я придумала решение с автоколебательным переключением ради удовольствия.

Как и для любого переключателя, необходимо учитывать однотональные излучения / пульсации (около 20 кГц с этими значениями). Но если есть какой-либо значительный ток заземления, я сомневаюсь, что вы можете быть намного более эффективным (более формальный коммутатор с отдельным генератором можно сделать более эффективным и использовать один индуктор, но для этого потребуется больше деталей).

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Это в основном релаксационный генератор, который модулирует средний ток через L1, так что он колеблется вокруг необходимого тока земли. M1 и M2 включаются и выключаются относительно быстро (некоторые ускоряющие конденсаторы могут помочь с эффективностью), а C12 обеспечивает положительную обратную связь, так что операционный усилитель / компаратор насыщается при пересечении порога (в противном случае нагрузка ослабит генератор и станет линейным регулятором). вместо).

L3, C10 и C11 предназначены для фильтрации пульсаций и изоляции колебаний от нагрузки, чтобы избежать слишком сильного демпфирования. C10 и C11 также выполняют двойную функцию в качестве входной емкости регулятора. Избыточная энергия в L1 и L2 будет возвращена на требуемый рельс и сохранена в них. Диоды исток-сток М1 и М2 являются проводящими в этой конструкции.

R3, R4, R5 и R6 выбираются так, чтобы поддерживать M1 и M2 ниже порогового значения, когда ток заземления отсутствует. К сожалению, это также уменьшает общее усиление контура генератора.

Я не проводил очень тщательного анализа всех последствий этого проекта (особенно из-за его автоколебаний), поэтому могут возникнуть проблемы с общей стабильностью при изменении нагрузки.

Я не думаю, что есть микросхемы для этого типа конфигурации, которые излишне увеличивают количество деталей и конструктивные ограничения. Единственные, о которых я знаю, это стабилизаторы напряжения памяти DDR, но они предназначены для работы при очень низких напряжениях.

Эдгар Браун
источник

+1, это гениально. Но я думаю, что причина, по которой это не слишком распространено, заключается в том, что схемы, которым необходимо разделить землю, чаще всего используются в аудио приложениях, и мы наверняка услышим этот сигнал.

Янка

1

Возможно создание переключателя 400 кГц-1 МГц. Вы не услышите этого вообще !! И после того, как все заземление является эталоном, это будут рельсы, которые движутся ... Я обычно имею дело с приложениями, в которых даже 1 мкВ шума в высокоимпедансных трассах является проблемой, мы используем переключатели повсеместно. Включая переменные аналоговые линии электропередачи, которые работают под этими высокоимпедансными трассами. Все, что ему нужно, - хорошая фильтрация, наши единственные проблемы возникли, когда алгоритмы управления коммутатором пропускают биты и производят низкочастотные компоненты.

Эдгар Браун

Да, именно последний был моей заботой. Что происходит, когда ток земли меняет направление.

Янка

1

@Janka В этой архитектуре, при условии, что она полностью стабильна, ничего не произойдет. Избыточный ток будет просто направляться через полевой МОП-транзистор на направляющую, которая его питает. В идеале ноль энергии.

Эдгар Браун

1

@Janka О, и что касается тонов, проблема возникала только тогда, когда во время модификации дизайна для обновленной версии продукта кто-то не обращал слишком много внимания на след и делал длинный цикл с ним, который взаимодействовал с петлями в верхнем следы импеданса. Даже тогда шум был чуть выше обнаружения в диапазоне 2 мкВ. Мы исправили это, улучшив алгоритм управления. В этой архитектуре коммутатор никогда не должен молчать, это могут обеспечить небольшие переменные импульсы в обоих направлениях. С такой конструкцией это может быть проблематично, но отдельный осциллятор исправит это ..

Эдгар Браун,

4

Регуляторы не будут работать. У вас есть нулевой отсев, и ваш импеданс заземления слишком велик.

Операционный усилитель является лучшим вариантом, но все зависит от того, какой ток у вас проходит через землю. Если ток достаточно низкий, вы можете просто использовать резисторный делитель с парой конденсаторов параллельно, если он высокий, вам понадобится здоровенный операционный усилитель.

У вас есть еще пара вариантов:

Вы можете использовать два стабилитрона с последовательными резисторами, чтобы уменьшить сопротивление заземления
Вы можете собрать повторитель источника класса AB с несколькими резисторами и двумя транзисторами (в основном то, что делает операционный усилитель, но с более высоким импедансом)
Если ваш ток заземления имеет четко определенное и последовательное направление, вы можете использовать положительный или отрицательный 12В регулятор или даже транзистор с одного из рельсов (обязательно установите обходной диод).

Но независимо от того, что вы делаете, любой ток заземления приведет к потере мощности (если, конечно, вы не поймете, как спроектировать регулятор заземлителя).

Эдгар Браун
источник

4

Если ваши 24 В хорошо отрегулированы, вы можете просто использовать 7812, чтобы создать среднюю точку, и называть это своей 0-вольтовой шиной.

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Это будет работать только в том случае, если напряжение 24 В не зависит от того, что вы используете, и, согласно комментарию Эдгара Брауна, положительные линейные регуляторы, такие как 7812, не могут потреблять ток.

Colin
источник

Это фантастическое решение. Мне не нужно вкладывать деньги в дорогие запчасти. Но я все еще должен проверить эту схему, чтобы проверить.

Ohbhatt

4

Это будет работать только в том случае, если ток заземления положительный (он выходит из регулятора), нормальные регуляторы не снижают ток.

Эдгар Браун

Это очень верное замечание, спасибо, @EdgarBrown, я отредактировал ответ.

Колин

3

@EdgarBrown Вместо надежного 7812 вы можете использовать встроенный регулятор переключения, который обычно допускает «обратный ток», это немного больше денег, но такая же простая реализация. Я использовал это в проекте, учитывая, что в моем случае большая часть системы работала на шине 24 В, и только небольшое подмножество компонентов работало за пределами виртуальной земли. В любом случае это становится вопросом выбора компонентов, и можно найти переключающие регуляторы 1/2/3 А с возможностью двунаправленного тока, конструкция надежная, но спецификация может быть труднодоступной или дорогой.

авария

1

@ Ohbhatt Нет, это не исключает никаких изменений. Представьте, что если вы подключите резистор между +12 В и 0 В, регулятор не справится с этим, потому что ток будет пытаться попасть в регулятор. Но резистор между 0 В и -12 В будет в порядке. Вот почему это зависит от вашей схемы.

user253751

2

Я думаю, что NJM4556A будет работать

Вы можете получать ток от отрицательных и положительных шин, но разница не должна превышать выходной ток операционного усилителя.

Примечание: я не опытный, я предлагаю вам прочитать следующий пост

EEVBLOG - мой-отрицательное напряжение-рельс-не работает

Хасан алаттар
источник

Это хорошая идея. Я буду принимать это.

Ohbhatt

1

Есть много недорогих методов. Но метод переключения может помочь вам с минимальным компонентом, который доступен везде.

Вы можете использовать обратный преобразователь с минимальной цепью:

Отредактировано : основная схема: ссылка: сочетание двух ссылок ( http://uzzors2k.4hv.org/index.phppage=flybacktransformerdrivers , https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter- 6 )

Список компонентов:

Стабилитрон
555 IC
Mosfet
Тороидальный трансформатор может быть выполнен с проволокой и тороидальным сердечником
Диод на выходе
какой-то конденсатор
какой-то резистор
какой-то провод

Преимущества:

Вы можете генерировать любое напряжение на выходе даже больше, чем ваше первое напряжение
эти компоненты доступны везде
Вы можете генерировать любое напряжение, даже изолированное напряжение
Вы можете увеличить свою силу, изменив Mosfet и выбрав больший тороид.

Основные ссылки:

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

Кроме того, вам нужен стабилитрон на 12-15 вольт и 555 IC (ваша катушка питается от 24 вольт, но для 555, вы должны генерировать 12 вольт с помощью стабилитрона).

на выходе нужен диод с конденсатором. ссылка: https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter-6

Это двухполюсный двухполюсный выпрямитель с центральным трансформатором и 4 диодами

М КС
источник

Ваша отредактированная версия устраняет связь между напряжением стабилитрона и питанием?

Хасан алаттар

@Hasanalattar Нет, главная цепь (обратная связь Эйрика) работает с 12-16 вольт. Я добавил Zener в качестве регулятора для этого случая, чтобы преобразовать 24V в 12V. Просто я смешиваю 3 схемы. регулятор и обратная и выходная катушка для двойного напряжения на выходе.

M KS

Я имел в виду, что замыкание главной цепи от 12-16 до 15-30 вольт трансформатора !, а ne555 превышает его номинальную VCC

Хасан алаттар

Как сделать двойной источник питания +12 В от 24 В SMPS

Ответы: