कैसे एक स्थिर बेंच बिजली की आपूर्ति सर्किट डिजाइन करने के लिए

इस पोस्ट में हम चर्चा करते हैं कि कैसे एक प्रभावी और कुशल, अभी तक बहुत सस्ती, और स्थिर बेंच बिजली की आपूर्ति किसी भी इलेक्ट्रॉनिक हॉबीस्ट द्वारा सभी प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक प्रोजेक्ट और प्रोटोटाइप का सुरक्षित परीक्षण करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है।

बेंच पावर सप्लाई की मुख्य विशेषताएं इस प्रकार हैं:

• सस्ते और आसानी से उपलब्ध घटकों के साथ बनाया जाना चाहिए
• अपने वोल्टेज और वर्तमान श्रेणियों के साथ लचीला होना चाहिए, या बस एक चर वोल्टेज और चर वर्तमान आउटपुट की सुविधा को शामिल करना चाहिए।
• ओवर-करंट और ओवर-लोड संरक्षित होना चाहिए।
• समस्या उत्पन्न होने की स्थिति में आसानी से पुन: प्रयोज्य होना चाहिए।
• अपने बिजली उत्पादन के साथ यथोचित कुशल होना चाहिए।
• वांछित विनिर्देशन के अनुसार आसानी से अनुकूलन की सुविधा चाहिए।

सामान्य विवरण

बिजली आपूर्ति के अधिकांश डिजाइन इस प्रकार एक रैखिक श्रृंखला स्टेबलाइजर को शामिल करते हैं। यह डिज़ाइन एक पास ट्रांजिस्टर का उपयोग करता है जो एक चर अवरोधक की तरह काम करता है, जो जेनर डायोड द्वारा विनियमित होता है।

श्रृंखला बिजली आपूर्ति प्रणाली अधिक लोकप्रिय है, संभवतः इस तथ्य के कारण कि यह बहुत अधिक कुशल है। जेनर और फ़ीड रेसिस्टर में कुछ मामूली नुकसान को छोड़कर, ध्यान देने योग्य नुकसान केवल उस श्रृंखला में ट्रांजिस्टर में होता है, जब वह लोड को करंट की आपूर्ति करता है।

हालांकि, श्रृंखला बिजली आपूर्ति प्रणाली का एक नुकसान यह है कि ये किसी भी प्रकार का आउटपुट लोड शॉर्ट-सर्किट प्रदान नहीं करते हैं। मतलब, उत्पादन में गड़बड़ी की स्थिति के दौरान पास ट्रांजिस्टर एक बड़े प्रवाह को प्रवाह करने की अनुमति दे सकता है, अंततः खुद को नष्ट कर सकता है और संभवतः जुड़ा हुआ लोड भी।

कहा कि, एक जोड़ने शॉर्ट सर्किट सुरक्षा एक श्रृंखला पास बेंच बिजली की आपूर्ति को वर्तमान नियंत्रक चरण के रूप में कॉन्फ़िगर किए गए दूसरे ट्रांजिस्टर के माध्यम से जल्दी से लागू किया जा सकता है।

चर वोल्टेज नियंत्रक एक साधारण ट्रांजिस्टर, पोटेंशियोमीटर प्रतिक्रिया के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।

उपरोक्त दो परिवर्धन एक श्रृंखला पास बेंच विद्युत आपूर्ति को अत्यधिक बहुमुखी, बीहड़, सस्ते, सार्वभौमिक और वस्तुतः अविनाशी बनाता है।

निम्नलिखित पैराग्राफ में हम एक मानक स्थिर बेंच बिजली की आपूर्ति में शामिल विभिन्न चरणों के डिजाइन के बारे में संक्षेप में जानेंगे।

सबसे आसान ट्रांजिस्टर वोल्टेज नियामक

एक समायोज्य आउटपुट वोल्टेज प्राप्त करने का एक त्वरित तरीका पास के आधार को हुक करना है एक पोटेंशियोमीटर और जेनर डायोड के साथ ट्रांजिस्टर जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

इस सर्किट में T1 को एक के रूप में हेराफेरी की जाती है emitter- अनुयायी BJT , जहां इसका बेस वोल्टेज VB अपने एमिटर साइड वोल्टेज VE का फैसला करता है। वीई और वीबी दोनों एक-दूसरे के साथ सटीक रूप से मेल खाते हैं, और इसके आगे की गिरावट को घटाते हुए लगभग बराबर होंगे।

किसी भी BJT का फॉरवर्ड ड्रॉप वोल्टेज आमतौर पर 0.7 V है, जिसका अर्थ है कि एमिटर साइड वोल्टेज होगा:

वीई = वीबी - 0.7

फीडबैक लूप का उपयोग करना

यद्यपि ऊपर डिजाइन बनाना आसान है और बहुत सस्ता है , इस प्रकार का दृष्टिकोण निम्न वोल्टेज स्तरों पर बिजली के महान विनियमन की पेशकश नहीं करता है।

यही कारण है कि नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाए गए अनुसार पूरे वोल्टेज रेंज में एक बेहतर विनियमन प्राप्त करने के लिए एक प्रतिक्रिया प्रकार का नियंत्रण आमतौर पर नियोजित किया जाता है।

इस विन्यास में, T1 का आधार वोल्टेज, और इसलिए आउटपुट वोल्टेज, R1 के वोल्टेज ड्रॉप द्वारा नियंत्रित किया जाता है, मुख्य रूप से T2 द्वारा खींचे गए वर्तमान के कारण।

जब पॉट वीआर 1 का स्लाइडर हाथ जमीनी छोर पर होता है, तब से टी 2 कट जाता है क्योंकि इसका बेस ग्राउंडेड हो जाता है, जिससे टी 1 के बेस करंट की वजह से आर 1 के इकलौते वोल्टेज में गिरावट आती है। इस स्थिति में T1 एमिटर पर आउटपुट वोल्टेज कलेक्टर वोल्टेज के लगभग समान होने वाला है, और इसे निम्न प्रकार दिया जा सकता है:

वीई = विन - 0.7 , वीई टी 1 का एमिटर साइड वोल्टेज है, और बीजेटी टी 1 बेस / एमिटर लीड के लिए 0.7 मानक मानक वोल्टेज ड्रॉप वैल्यू है।

इसलिए यदि इनपुट आपूर्ति 15 V है, तो आउटपुट होने की उम्मीद की जा सकती है:

वीई = 15 - 0.7 = 14.3 वी

अब, जब पॉट वीआर 1 स्लाइडर बांह को ऊपरी सकारात्मक छोर पर ले जाया जाता है, तो टी 2 के कारण टी 1 के पूरे एमिटर साइड वोल्टेज तक पहुंच होगी, जिससे टी 2 बहुत कठिन आचरण करेगा। यह क्रिया सीधे जुड़ेगी ज़ेनर डायोड आर 1 के साथ डी 1। मतलब, अब T1 का बेस वोल्टेज VB जेनर वोल्टेज Vz के बराबर होगा। तो उत्पादन होगा:

वीई = वीज़ - 0.7

इसलिए, यदि D1 का मान 6 V है, तो आउटपुट वोल्टेज के ठीक होने की उम्मीद की जा सकती है:

वीई = 6 - 0.7 = 5.3 वी , इसलिए जेनर वोल्टेज न्यूनतम संभव आउटपुट वोल्टेज तय करता है जो इससे प्राप्त किया जा सकता है श्रृंखला पास बिजली की आपूर्ति जब पॉट को इसकी सबसे कम सेटिंग में घुमाया जाता है।

यद्यपि उपरोक्त एक बेंच बिजली की आपूर्ति करने के लिए आसान और प्रभावी है, लेकिन इसे शॉर्ट सर्किट प्रूफ नहीं होने का एक बड़ा नुकसान है। इसका मतलब है कि, यदि सर्किट का आउटपुट टर्मिनल गलती से छोटा हो जाता है, या एक ओवर लोड करंट लगाया जाता है, तो T1 जल्दी से गर्म हो जाएगा और जल जाएगा।

इस स्थिति से बचने के लिए, डिज़ाइन को केवल जोड़कर उन्नत बनाया जा सकता है वर्तमान नियंत्रण सुविधा जैसा कि निम्नलिखित अनुभाग में बताया गया है।

अधिभार शॉर्ट सर्किट संरक्षण को जोड़ना

T3 और R2 का एक सरल समावेश बेंच पावर सप्लाई सर्किट डिज़ाइन को 100% शॉर्ट-सर्किट प्रूफ और सक्षम बनाता है वर्तमान नियंत्रित । इस डिज़ाइन के साथ आउटपुट पर एक जानबूझकर शॉर्टिंग भी T1 को कोई नुकसान नहीं पहुंचाएगा।

इस अवस्था का कार्य निम्नानुसार समझा जा सकता है:

जैसे ही आउटपुट करंट सेट सेफ वैल्यू से आगे जाता है, आर 2 में संभावित अंतर की आनुपातिक मात्रा विकसित होती है, जो ट्रांजिस्टर टी 3 हार्ड पर स्विच करने के लिए पर्याप्त है।

T3 के स्विच ऑन होने के कारण T1 बेस को अपनी उत्सर्जक रेखा के साथ जोड़ा जाता है, जो T1 चालन को तुरंत निष्क्रिय कर देता है, और यह स्थिति तब तक बनी रहती है जब तक आउटपुट शॉर्ट या ओवरलोड को हटा नहीं दिया जाता। इस तरह T1 को किसी भी अवांछित आउटपुट स्थिति से सुरक्षित रखा जाता है।

एक चर वर्तमान सुविधा जोड़ना

उपरोक्त डिज़ाइन में, वर्तमान सेंसर प्रतिरोधक R2 एक निश्चित मान हो सकता है यदि आउटपुट को निरंतर चालू आउटपुट की आवश्यकता होती है। हालाँकि, एक अच्छी बेंच पावर सप्लाई में वोल्टेज और करंट दोनों के लिए एक वैरिएबल रेंज होना चाहिए। इस मांग को ध्यान में रखते हुए, वर्तमान सीमक को केवल जोड़कर समायोज्य बनाया जा सकता है परिवर्ती अवरोधक T3 के आधार के साथ, जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

वीआर 2 आर 2 के पार वोल्टेज ड्रॉप को विभाजित करता है और इस तरह टी 3 को एक विशिष्ट वांछित आउटपुट चालू पर स्विच करने की अनुमति देता है।

भाग मानों की गणना

प्रतिरोधों के साथ शुरू करते हैं, आर 1 की गणना निम्न सूत्र से की जा सकती है:

R1 = (विन - मैक्सवे) hFE / आउटपुट करंट

यहाँ, तब से मैक्सवे = वाइन - 0.7

इसलिए, हम पहले समीकरण को सरल बनाते हैं R1 = 0.7hFE / आउटपुट करंट

वीआर 1 60 वी तक के वोल्टेज के लिए 10 k का बर्तन हो सकता है

वर्तमान सीमक R2 की गणना नीचे दी गई है:

आर 2 = 0.7 / मैक्स आउटपुट करंट

अधिकतम आउटपुट करंट को T1 अधिकतम आईडी से 5 गुना कम चुना जाना चाहिए, अगर T1 को बिना हीट सिंक के काम करना आवश्यक है। T1 पर स्थापित एक बड़े हीटसिंक के साथ, आउटपुट वर्तमान T1 Id का 3 / 4th हो सकता है।

वीआर 2 केवल 1k पॉट या प्रीसेट हो सकता है।

टी 1 को आउटपुट वर्तमान आवश्यकता के अनुसार चुना जाना चाहिए। T1 Id की रेटिंग आवश्यक आउटपुट करंट से 5 गुना अधिक होनी चाहिए, अगर इसे बिना हीट के संचालित किया जाना है। एक बड़े हीटसिंक स्थापित होने के साथ, T1 Id रेटिंग आवश्यक आउटपुट करंट से कम से कम 1.33 गुना अधिक होनी चाहिए।

टी 1 के लिए अधिकतम कलेक्टर / एमिटर या वीसीई आदर्श रूप से अधिकतम आउटपुट वोल्टेज विनिर्देश के मूल्य से दोगुना होना चाहिए।

जेनर डायोड डी 1 का मान बेंच बिजली की आपूर्ति से सबसे कम या न्यूनतम वोल्टेज आउटपुट आवश्यकता के आधार पर चुना जा सकता है।

T2 रेटिंग R1 मान पर निर्भर करेगी। चूंकि आर 1 भर में वोल्टेज हमेशा 0.7 वी होगा, टी 2 का वीसीई सारहीन हो जाता है, और कोई भी न्यूनतम मूल्य हो सकता है। T2 की Id ऐसी होनी चाहिए जो R1 के मान द्वारा निर्धारित T1 के आधार करंट को संभालने में सक्षम हो

T3 के लिए भी यही नियम लागू होते हैं।

सामान्य T2 में, और T3 कोई भी छोटा सिग्नल सामान्य प्रयोजन ट्रांजिस्टर हो सकता है जैसे BC547 या शायद a 2 एन 2222 ।

व्यावहारिक डिजाइन

अनुकूलित बेंच बिजली आपूर्ति के डिजाइन के लिए सभी मापदंडों को समझने के बाद, यह एक व्यावहारिक प्रोटोटाइप में डेटा को लागू करने का समय है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

आपको डिज़ाइन में पेश किए गए कुछ अतिरिक्त घटक मिल सकते हैं, जो केवल सर्किट की विनियमन क्षमता को बढ़ाने के लिए हैं।

C2 को T1, T2 ठिकानों पर किसी भी अवशिष्ट तरंग को साफ करने के लिए पेश किया जाता है।

T2 के साथ T2 एक रूप बनाता है डार्लिंगटन की जोड़ी आउटपुट का वर्तमान लाभ बढ़ाने के लिए।

R3 को जेनर डायोड चालन में सुधार करने के लिए जोड़ा जाता है और इसलिए बेहतर समग्र विनियमन सुनिश्चित करने के लिए।

R8 और R9 को आउटपुट वोल्टेज को तय सीमा तक नियंत्रित करने के लिए जोड़ा जाता है, जो कि महत्वपूर्ण नहीं हैं।

R7 अधिकतम वर्तमान सेट करता है जो आउटपुट पर एक्सेस कर सकता है, जो है:

I = 0.7 / 0.47 = 1.5 एम्प्स, और यह रेटिंग की तुलना में काफी कम दिखाई देता है 2N3055 ट्रांजिस्टर । हालांकि यह ट्रांजिस्टर को सुपर कूल रख सकता है, अगर 2N3055 को एक बड़े हीटसिंक पर लगाया जाए तो यह मान 8 एम्पियर तक बढ़ सकता है।

क्षमता में वृद्धि करने के लिए विघटन में कमी

किसी भी श्रृंखला ट्रांजिस्टर आधारित रैखिक नियामक के साथ सबसे बड़ा नुकसान उच्च राशि ट्रांजिस्टर अपव्यय है। और यह तब होता है जब इनपुट / आउटपुट अंतर अधिक होता है।

मतलब, जब वोल्टेज को कम आउटपुट वोल्टेज की ओर समायोजित किया जाता है, तो ट्रांजिस्टर को अतिरिक्त वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए कड़ी मेहनत करनी पड़ती है, जिसे बाद में ट्रांजिस्टर से गर्मी के रूप में छोड़ा जाता है।

उदाहरण के लिए यदि लोड 3.3 वी एलईडी है, और बेंच बिजली की आपूर्ति के लिए इनपुट आपूर्ति 15 वी है, तो आउटपुट वोल्टेज को 3.3 वी तक कम करना होगा जो कि 15 - 3.3 = 11.7 वी कम है। और यह अंतर ट्रांजिस्टर द्वारा गर्मी में बदल दिया जाता है, जिसका मतलब 70% से अधिक की दक्षता हानि हो सकता है।

हालाँकि, इस समस्या को केवल एक का उपयोग करके हल किया जा सकता है ट्रांसफार्मर टेप वोल्टेज आउटपुट वाइंडिंग के साथ।

उदाहरण के लिए ट्रांसफार्मर में 5 V, 7.5 V, 10 V, 12 V और इतने पर टैप हो सकते हैं।

लोड के आधार पर नल को खिलाने के लिए चुना जा सकता है नियामक सर्किट । इसके बाद, सर्किट के वोल्टेज समायोजन पॉट का उपयोग आउटपुट स्तर को वांछित मूल्य तक ठीक से समायोजित करने के लिए किया जा सकता है।

यह तकनीक बहुत उच्च स्तर तक दक्षता को बढ़ाएगी, जिससे ट्रांजिस्टर को छोटा और कॉम्पैक्ट किया जा सके।