Surse de alimentare liniareIn momentul actual, sursele de alimentare liniare sint mai rar utilizate. In locul acestora se folosesc surse incomutatie care au randamente mai bune si pret mai scazut mai ales in cazul puterilor mari. Totusi, surseleliniare prezinta o serie de avantaje dintre care pot fi mentionate:

fiabilitate sporita;zgomot redus pe tensiunile furnizate;perturbatii de inalta frecventa aproape inexistente;separare excelenta a consumatorului de retea.

Din aceste motive, sursele liniare sint recomandate pentru alimentarea circuitelor cu consum redus (de pinala 10..25W) sau a acelora care sint sensibile la zgomote (amplificatoare audio, receptoare radio, etc.).

In continuare voi prezenta doua tipuri de astfel de surse cit si modul in care se calculeaza componentelor.

Sursa simpla de tensiune

Sursele simple genereaza o singura tensiune de alimentare. Schema unei astfel de surse este urmatoarea:

Se utilizeaza un transformator pentru reducerea tensiunii retelei de alimentare la o valoare convenabila.Pentru dimensionarea transformatorului este necesar calculul tensiunii si curentului pe care acesta trebuiesa o furnizeze in secundar. Modalitatea de calcul este destul de complicata si va fi explicata ulterior.

Redresorul utilizat pentru transformarea tensiunii alternative generata de transformator intr-o tensiunecontinuua este unul clasic de tip "punte". El poate fi realizat fie din 4 diode conectate conform schemei, fiese poate utiliza o punte redresoare integrata. Tensiunea redresata are aspectul celei din figura urmatoare:

Condensatorul conectat la iesirea redresorului are rolul de a "netezi" tensiunea obtinuta din redresor. Elreduce variatia tensiunii care se aplica stabilizatorului la valori reduse de ordinul a 0.5...2 V. Acestcondensator mai poarta denumirea de condensator de filtrare sau mai simplu filtru. Valoarea lui se poatedetermina aproximativ intr-o prima etapa cu formula urmatoare:

Stabilizatorul de tensiune are rolul de a asigura o valoare constanta a tensiunii furnizate se sursa indiferentde variatiile tensiunii retelei de alimentare sau ale consumului. Stabilizatorul se poate realiza cucomponente discrete sau se poate utiliza un stabilizator integrat. Personal, recomand utilizareastabilizatoarelor integrate datorita simplificarii pe care o aduc, a pretului scazut si nu in ultimul rind aperformantelor foarte bune pe care acestea le au.

Functionarea si dimensionarea sursei

11/9/2010

In continuare voi prezenta modul in care functioneaza o astfel de sursa indicind si modul de calcul alcomponentelor. Mai intii ma voi referi la ansamblul transformator-redresor-filtru.

Tensiunea la iesirea transformatorului (din secundarul transformatorului) este o tensiune alternativasinusoidala cu frecventa egala cu cea a retelei de alimentare (50HZ). Valoarea acestei tensiuni estespecifica fiecarui transformator si este influentata de curentul consumat. In general, pentrutransformatoare, tensiunea secundarului (din datele de catalog sau cea inscrisa pe acesta) corespunde unuicurent consumat egal cu cel la care se obtine puterea nominala a transformatorului. De exemplu untransformator de 12 V cu puterea de 2.4 VA (atentie, puterea indicata corespunde functionarii pe o sarcinapur rezistiva) va debita 12 V in conditiile unui consum de 0.2 A. In gol, acesta tensiune este mai mare,transformatorul prezentind o anumita rezistenta interna. Valoarea acestei tensiuni este:

Pentru cazul de mai sus daca rezistenta interna a transformatorului este de 20 ohmi, atunci tensiunea in golva fi de 16 V.

In general, rezistenta interna a transformatorului nu este inscrisa pe acesta, insa poate fi determinata simplumasurind tensiunea in gol furnizata de acesta si cunoscind tensiunea si curentul nominal astfel:

In urma redresarii, tensiunea care se obtine este:

Condensatorul de filtrare se incarca din redresor in intervalele de timp cit tensiunea acestuia este mai maredecit cea existenta pe condensator si se descarca pe sarcina in rest. Procesul de incarcare/descarcare esteprezentat in figura unde, in graficul de sus sint tensiunea la iesirea redresorului daca ar functiona fara filtru(galben) si tensiunea in cazul functionarii cu filtru (mov). In graficul de jos este prezentat curentul careincarca condensatorul de fitrare.

11/9/2010

Procesul de incarcare/descarcare este descris de urmatoarele ecuatii diferentiale:

Rezolvarea analitica a acestor ecuatii este dificila, de aceea am realizat un program care le rezolva prinmetode numerice aproximative. Programul REDS.EXE calculeaza tensiunea pe condensatorul de filtrare sicurentul de incarcare al acestuia in functie de tensiunea in gol pe transformator, caderea de tensiune pediodele redresorului, rezistenta interna totala (transformator+diode redresor), capacitatea condensatoruluide filtrare si curentul de sarcina IA considerat constant. El poate fi utilizat pentru dimensionareatransformatorului deoarece calculeaza curentul absorbit din secundarul acestuia.

Stabilizatorul de tensiune

In continuare voi prezenta citeva consideratii referitoare la alegerea unui stabilizator integrat de tensiune.Aceste stabilizatoare sint disponibile in multe variante care difera intre ele prin valoarea tensiunii furnizatea iesire si valoarea maxima a curentului pe care il pot debita. Deasemenea ele sint disponibile in mai multevariante de capsule.

Cele mai cunoscute si utilizate stabilizatoare de tensiune integrate sint cele din familia 78XX. In tabelulurmator sint prezentate caracteristicile citorva circuite din acesta familie

Tip circuit Tensiune iesire Domeniu tensiuni intrare Curent maxim CapsulaLM7805 5 V 7..35 V 1 A TO220

11/9/2010

Stabilizatorul trebuie ales astfel incit sa aiba tensiunea de iesire egala cu cea dorita si curentul maxim maimare decit cel la care va fi utilizat. De exemplu, daca se doreste o sursa care sa debiteze 5 V la un curentde 150 mA se alege circuitul LM7805. Pentru a functiona acesta are nevoie de o tensiune la intrare intre 7V si 35 V. O tensiune mai mica va conduce la obtinerea unei tensiuni la iesire mai mica decit cea nominalade 5 V iar una mai mare va conduce la defectarea circuitului.

Un exemplu de proiectare unei surse de tensiune

Sa luam exemplul de mai sus (5 V/150 mA). S-a ales deja circuitul stabilizator de de tensiune. Acestasolicita la intrare un minim de 7 V. Asta inseamna ca ansamblul transformator-redresor-filtru trebuie sa fiecapabil sa furnizeze aceasta tensiune in cele mai defavorabile conditii si anume:

tensiune minima a retelei de alimentare;consum maxim de curent

Tensiunea retelei de alimentare poate varia conform cu standardele in vigoare cu -15%...+10% fata detensiunea nominala (220 V). Aceasta inseamna ca sint admise variatii intre aproximativ 185...240 V. Larindul ei, tensiunea in secundarul transformatorului va avea acceleasi limite de variate.

Curentul maxim este in acest caz de 150 mA, deci se poate trece la dimensionarea transformatorului. Nuexista o metoda de calcul directa, deci se va proceda la o determinare prin incercari. Pentru aceasta seutilizeaza programul REDS.EXE cu care se verifica diferite tipuri de transformatoare.

Alegem un transformator de tipul HTF-4409-1 care are o putere de 2.6 VA la o tensiune nominala insecundar de 9 V. Aceasta inseamna ca valoarea nominala a curentului in secundar este de 290 mA. In gol,acest transformator debiteaza 13.5 V ceea ce conduce la o rezistenta interna calculata de 16 ohmi. Seimpune o variatie a tensiunii filtrate de 1 V ceea ce conduce la o valoare a condensatorului de filtrare de1500 microfarazi. Se utilizeaza o punte redresoare de 1 A care are caderea de tensiune totala pe diode de1.5 V si o rezistenta interna de 1 ohm.

Se testeaza functionarea la tensiunea minima in retea care conduce la o tensiune in gol pe secundar de 11.5V si se obtin urmatoarele rezultate:

Tensiunea la iesirea filtrului (intrarea stabilizatorului) variaza intre 7.93..8.41 V (se observa cavariatia este mai mica decit cea impusa 0.48 V fata de 1 V).Curentul absorbit din secundar este 0.216 A.

Deoarece tensiunea minima (7.93 V) este mai mare decit cea minima ceruta de stabilizator acest

LM7806 6 V 8..35 V 1 A TO220LM7808 8 V 10.5..35 V 1 A TO220LM7810 10 V 12.5..35 V 1 A TO220LM7812 12 V 14.5..35 V 1 A TO220LM7815 15 V 17.5..35 V 1 A TO220LM7818 18 V 21..35 V 1 A TO220LM7824 24 V 27..40 V 1 A TO220LM78L05 5 V 7..35 V 0.1 A TO92LM78L06 6 V 8.3..35 V 0.1 A TO92LM78L08 8 V 10.5..35 V 0.1 A TO92LM78L10 10 V 12.5..35 V 0.1 A TO92LM78L12 12 V 14.5..35 V 0.1 A TO92LM78L15 15 V 18..35 V 0.1 A TO92LM78L18 18 V 21.5..35 V 0.1 A TO92LM78L24 24 V 28..40 V 0.1 A TO92

11/9/2010

transformator poate fi considerat bine ales. In cazul in care s-ar fi obtinut o tensiune mai mica decit ceanecesara ar fi trebuit incercat un transformator cu tensiune mai mare in secundar. Daca insa s-ar fi obtinuto valoare mult mai mare (de exemplu 12 V) atunci s-ar fi putut incerca si un transformator cu tensiune maimica.

Pasul urmator este acela de a testa functionarea sursei in celelalte conditii extreme si anume cind tensiuearetelei este cea maxima. Atunci in secundar am avea o tensiune in gol de 14.85 V pentru care cu acelasiprogram obtinem urmatoarele rezultate:

Tensiunea la iesirea filtrului (intrarea stabilizatorului) variaza intre 12.04..12.56 V.Curentul absorbit din secundar este 0.226 A.

In acesta situatie se verifica curentul consumat din transformator care trebuie sa fie mai mic decit cel atransformatorului. In acest caz avem 0.226 A care este mai mic decit 0.29 VA cit are transformatorul ales.Daca s-ar fi obtinut un curent mai mare atunci ar fi trebuit ales un transformator cu putere mai mare si ar fitrebuit reluate calculele de la nceput. Invers, daca ar fi fost mult mai mic s-ar fi putut incerca untransformator de putere mai mica refacind si in acest caz calculele.

Tot in acest regim se determina tensiunea nominala a condensatorului de filtrare. Aceasta trebuie sa fie maimare decit maximul tensiunii obtinute pe condensator (in acest caz 12.56 V). Se poate alege uncondensator de 1500 microfarazi la 16 V sau chiar la 25 V pentru o mai mare siguranta. Deasemenea inacest regim se determina puterea disipata sub forma de caldura pe stabilizatorul de tensiune. Acesta sepoate calcula cu formula:

In cazul de fata se obtine o putere disipata de 1.095 W. Aceasta putere trebuie sa poata fi disipata fara asupraincalzi stabilizatorul. Pentru evitarea acestui fenomen se utilizeaza radiatoare care sint de fapt nistepiese metalice profilate care preiau caldura si o disipa in mediul ambiant.

11/9/2010