طراحی گام به گام یک منبع تغذیه 0-30V و 5A

چون در مورد منابع تغذیه خیلی پرسش میشود و از طرفی یک وسیله آزمایشگاهی مهم هم میباشد ، من قصد دارم در اینجا مراحل ساخت آنرا توضیح دهم . صد البته از نظریات بقیه دوستان هم بهره میبریم. منبعی که در پایان ساخته میشود بهتر از منابعی خواهد شد که در بازار قیمتی در حدود 300000 تومان دارند. پس "هر که دارد بسرش شور و نوا بسم الله.
دور نمای کلی:
1- 0-30VDC
2- 5A
3- دو کانال مجزا
4- قابلیت موازی شدن ، سری شدن ، تراکینگ ، مجزا
5- یک خروجی 5VDC/3A
6- یک خروجی +12VDC/1.5A و یک خروجی -12VDC/1.5A
7- نمایش ولتاژ و جریان بر روی LCD
8- محافظت در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار
9- تنظیم ماکزیمم جریان خروجی

دوستان ممنون . اینجا لینیر میزنیم. در  تاپیک "کلاس منابع تغذیه سوئیچینگ" داریم همین کار را با سایر دوستان به صورت سوییچینگ ادامه میدهیم.
خوب حالا قدم اول. نیاز به یک ترانی کاهنده ولتاژ 220V/50HZ داریم . حالا اینکه طرف ثانویه ترانس چقدر باشد بستگی دارد به نیاز ما . هدف ماDC 0-30  بود . پس ما نیاز به ترانسی داریم که در طرف دوم حدودا پیک 37V  را تولید کند. برای چنین پیکی در سر ثانویه باید مقدار 1.4142/37 یا همان  26.2 ac را داشته باشیم. جریان هم با تو جه به هدف باید در حدود 6 آمپر باشد. اما یک نکته ظریف و آنهم اینکه سر ثانویه نباید دارای دو سر 0 و 26.2 باشد. بهتر است دارای سرهای 0 ، 7 ، 15 ، 21 و 27 باشد و در لحظات مقتضی هر یک از سرها را که نیاز است انتخاب کنیم. علت اینکار را وقتی متوجه میشویم که میخواهیم ترانزیستورهای جریان را در جای خود قرار دهیم و دوست نداریم که زیادی داغ کنند. در عمل یک اپتیمم بین داغ شدن ترانزیستورها و پله های ترانس انتخاب می کنیم و ترانس را با مشخصات زیر می پیچیم .
220 به سه سر 0 و 15 و 30  -  6A  - 50Hz .

سلام
فکر میکنم برای کنترل توان تلف شده رو ی ترانزیستوهای خروجی میخواهی خروجی ترانس را با رله  سوئیچ کنی نظرت راجع به یه پل  یکسو ساز با تریستور برای این قسمت چیه؟
موفق باشی

عالی گفتی خان ملک عالی گفتی. 
تا حالا به این موضوع فکر نکرده بودم . اما حالا که فکر میکنم می بینم امکان پذیره. پس بیشتر توضیح بدهید تا منبع ما خوشگلتر شود.

سلام و خسته نباشید خدمت شاهین خان
ببین دوست عزیز همونطور که خودت بهتر میدونی بحث توان تلف شده روی طبقه خروجی بخصوص در ولتاژهای خروجی پائین با جریان زیاد (البته ببخشید این نکات رو میگم چون فکر میکنم بچه های دیگه هم این بحث رو دنبال میکنن وممکنه کسی تازه وارد این وادی شده باشه اینجوری کار شما هم سبکتر میشه) خودشو نشون میده که بخاطر همین مسئله آقا شاهین میخواهد خروجی ترانس را بسته به ولتاژ انتخابی در دو منطقه تقسیم کند  که بتونه توان تلف شده روی ترانزیستورهای خروجی را نصف کنه، من فکر میکنم بتوانیم با یک  نیم پل تریستوری دو عدد scr و دو تا دیود  در واقع یک رگولاسیون اولیه مثلا دو تا سه ولت بیشر از خروجی مورد درخواست انجام بدیم وسپس رگولاسیون نهایی را انجام میدیم با اینکار توان تلف شده را به حداقل میرسانیم و در منابع تغذیه با جریانهای زیاد طبقه خروجی رو خلوت میکنیم .
البته من فکر میکنم این تاپیک شما چون جنبه آموزشی داره شما روتین استاندارد رو برو بچه ها هم هر کسی نکته ای به نظرش میرسه بگه  که با ایدهای هم وبرخی نکات جالب طراحی آشنا بشیم چون خیلی جاها همین نکات بدادمون میرسه.
موفق باشید

قدم دوم بدست آوردن یک سطح DC از روی ولتاژ AC است. در شکل 1  ولتاژ ورودی ترانس ، که همان برق شبکه است با مشخصه
                                                                                                                                                                                               (Vnet = 311 sin(100 πt + 0
 دیده میشود. همچنین ولتاژ طرف دوم ترانس (سر 30V ac ) نیز با مشخصه 
                                                                                                                                                                                               (Vout = 42 sin(100 π t + φ                                                                                                                                                                     
دیده میشود. 

شکل 1 :


حال باید این سیگنال را یکسو کنیم . یعنی چیزی شبیه شکل 2 .

شکل 2 :


برای این کار از یک پل دیودی مانند شکل 3 استفاده می کنیم .

شکل 3 :


در اینجا لازم است که در مورد هر یک از دیودها به نکاتی توجه کنیم .
نکته 1 : مقدار ولتاژ معکوس قابل تحمل هر دیود بیشتر از 42 باشد .
نکته 2 : مقدار جریان مستقیم قابل تحمل هر دیود در بالاترین دمای محیط کار بیشتر از 5A باشد .
نکته 3 : مقدار ولتاژ مستقیم روشن شدن هر دیود در جریان 5A کمتر از 2V باشد .
در عمل به جای آنکه از4 دیود مجزا برای ساختن پل استفاده کنیم ، از یک قطعه واحد به نام پل دیودی استفاده میکنیم که دارای دو پایه ورودی ac و دو پایه خروجی + و –  میباشد . البته با این فرض که نکات قبلی را در مورد هر یک از دیودهای داخلی آن رعایت کرده باشیم . برای مثال من پل دیودی  KPBC1502  را با در نظر گرفتن حاشیه امن ولتاژ ، جریان و دما پیشنهاد می کنم .
موفق باشید. 

در شکل 2 دیدیم که موج سینوسی پس از عبور از پل دیودی به صورت تمام موج یکسو شد . این سیگنال یک ولتاژ DC همراه با ریپل است که انداره ریپل آن برابر با اندازه خود سیگنال است . برای حذف این ریپل از فیلتر خازنی استفاده می کنیم .
فیلتر خازنی یک خازن است که به طور موازی با خروجی پل بسته می شود. این فیلتر مانع رسیدن فرکانسهای بالای موجود در شکل موج ورودی ، به بار گردیده و با این عمل به صافتر شدن ولتاژ جروجی کمک می کند (پایین گذر) . افزایش ظرفیت خازن باعث کاهش ریپل می شود. پس می توان ریپل را آنقدر کوچک کرد که به پیک سیگنال تمام موج رسید. در شکل 4  یک خازن نمونه را می بینیم. 

شکل 4 :



همانطور که می بینیم مقدار ریپل با آمدن خازن کم شده است . البثه مقدار بار نیز با توجه به ثابت زمانی که با خازن تشکیل می دهد در مقدار این ریپل تاثیر دارد. حال برای اینکه بتوانیم مقدار خازن را به طور دقیق پیدا کنیم ابتدا باید حداکثر مقدار ریپل را تایین کنیم . من مقدار 10% را پیشنهاد می کنم . البته این مقدار در بیشترین ریپل است و بیشترین ریپل نیز وقتی اتفاق می افتد که بیشترین جریان از منبع کشیده شود که در اینجا 5A است . خوب پس یه جمع بندی ؛ خازنی می خواهیم که در جریان 5A حداکثر ریپل را روی 4.2V قرار دهد و نگذارد از آن تجاوز کند. 
در یک سو کننده تمام موج مقدار خازن از فرمول
                                                                                                                                                               C = I / 2fV 
محاسبه می شود ، که در آن C ظرفیت خازن صافی و  I جریان DC که در اینجا 5A و  f فرکانس که در اینجا 50 و V مقدار ریپل که در اینجا 4.2V است. با این حساب مقدار خازن می شود 11.9mF  .
من دو عدد خازن 6800uF با ولتاژ 63V که به طور موازی بسته شده اند را پیشنهاد می کنم. این مقدار ریپل را کمتر از 10% میکند.
موفق باشید . کمک هم بکنید.

با سلام خدمت اساتید عزیز
شرمنده یه ایده در این زمینه داشتم  
می خواستم نظر شما رو هم بدونم
راستش من یه کار خاصی رو یکسو ساز ها می کنم که تا به حال ندیدم کسی این کار رو بکنه 
این تصویر رو ببینید:



یه خازن ac قبل از پل دیودی توجه کردید؟
حالا این خازن چی کار می کنه؟
اگه مقدار خازن به طور دقیق با سعی و خطا به دست بیاد دامنه ی ولتاژ خروجی ترانس به طور مناسبی افزایش پیدا می کنه حالا بعد از پل دیودی ما میزان مورد نظر ریپل رو توسط خازن صافی تنظیم می کنیم و برای اینکه در خروجی یه ولتاژ صاف dc داشته باشیم باید قسمت ریپل دار ولتاژ رو توسط رگلاتور برش بدیم . در این حالت از مداری که من کشیدم چون دامنه افزایش پیدا کرده و ریپل رو هم که 10 % در نظر گرفتیم ولتاژ صاف بسیار بالاتری بعد از حذف کردن ریپل توسط رگلاتور در دست ما باقی خواهد موند....
این کار کم هزینه و شدنی هست 
میزان خازن هم به طور دقیق به ساختار داخلی ترانس مربوط میشه که در درس ماشین های الکتریکی برق قدرت مفصل در مورد اون بحث میشه....
خیلی ممنون می شم اگه نظر شما اساتید رو هم بدونم
یک نکته هم این که آقای بهرامی عزیز می تونید هنگام آپ لود تصویر سایز وب لاگ رو در سایت تینی پیک انتخاب کنید تا سایز عکس هاتون تنظیم بشه...
از شما استاد عزیز آقای بهرامی و همه ی دوستان متشکرم...

مدار امیر آقا جالبه . اما احساس می کنم از یک ترانس به ترانس دیگر مقدار C1 متفاوت باشد. بهتر است دوستان آنرا در محیط فرکانسی با فیزورها تحلیل کنند تا یک نتیجه علمی مشخص حاصل شود. من حتما سر این موضوع کار خواهم کرد . پس فعلا با اجازه امیر خان مبحث رو ادامه میدهم.
دو رگولاتور آشنا برای تولید ولتاژ DC وجود دارد . LM317  و  LM723  . من قصد دارم با هر دو کار کنم . LM723 یه کمی سخت تر است پس برای حصول سریعتر نتیجه ابتدا با LM317  کار می کنیم. به دوستان پیشنهاد می کنم DATASHEET  آنرا خوب بخوانند. به شکل 5 توجه کنید.

شکل 5:


VCC به سر خازن صافی متصل است. فعلا فرض کنید با سر 30V ترانس کار میکنیم. با توجه به 
                                                                                                                                                                                                  Vout = (1+R2/R1) * 1.25 
تغییرات R2 باعث تولید ولتاژ متغیر DC در خروجی رگولاتور میشود. از آنجایی که این رکولاتور پاسخگوی جریانهای بالا تر از 1.5A نیست لذا نیاز به یک طبقه تامین جریان داریم. این کار به عهده دو ترانزیستور MJ2955 است . هر گاه جریان عبوری از رگولاتور و پیرو آن از مقاومت R4 به اندازه ای شود که افت ولتاژ بر سر R4 به اندازه روشن شدن ترانزیستور + افت ولتاژ R5  شود ترانزیستور روشن شده و از آنجا به بعد عهده دار تامین جریان می شود . با یک KVL و KCL ساده این موضوع قابل بررسی است . حال هر گاه جریان عبوری از مقاومت R5 زیاد شود ، مثل اتصال کوتاه خروجی ، ترانزیستور Q3 حلقه را قطع کرده و مدار را در برابر اتصال کوتاه خروجی حفاظت می کند. می توانید نمودارهای حالتهای مختلف را در یک شبیه ساز مثل PSPICE ببینید. البته بعد از اتمام این پروژه قصد دارم PSPICE را خوب آموزش دهم. بعدا در کنار مقاومت متغیر R2 مقاومت متغیر دیگری با آن سری می کنیم که کارش جالب است. به منبع Voffset نیز زیاد حساسیت نشان ندهید . در موردش کار خواهیم کرد. خازن C6 هم جهت حذف ریپل خروجی در جریانهای بالاست که با توجه به ترکیب طبقه تولید جریان و مشخصات رگولاتور قابل محاسبه است . تا اینجای کار اگر به جای Voffset اتصال کوتاه قرار دهیم یک منبع ولتاژ متغیر 1.2-30V داریم.
البته کمی با احتیاط . چون توان روی ترانزیستورهای تولید جریان زیاد است. شدیدا توصیه می کنم مدار را شبیه سازی کنید و المانهای آنرا از نظر توان و جریان و ولتاژ مورد بررسی قرار دهید . سوالی بود بپرسید . حتما انتقاد کنید . حتما نظر بدید . فراموش نکنید که این منبع متعلق به همه ماست . پس باید برازنده ما باشد.