Bagaimana membuat pasokan ganda + -12V dari 24PS SMPS

16

Saya mencoba untuk menghidupkan pemancar sel beban buatan sendiri menggunakan 24PS SMPS tunggal. Saya perlu membuat +12, 0 dan -12 Volts yang mampu 50mA. Saya ingin memberi daya pada banyak saluran opamps dan jembatan.

Saya tidak punya banyak anggaran dan ketersediaan komponen di India.

Saya punya ide untuk menggunakan 1 LM7812 1 LM7912 (negatif) regulator tegangan linier dan pengaturan pembagi tegangan untuk melakukan ini sesuai dengan sirkuit di bawah ini.

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Apakah ini akan berhasil? Saya telah memodifikasinya dari saran dan artikel di tempat lain.

Seseorang menyarankan saya satu sirkuit lain tetapi saya khawatir tentang kemampuan opamp saat ini.

skema

mensimulasikan rangkaian ini

Apakah ini akan berhasil? Jika ya, harap sarankan op-amp yang sesuai.

Apakah ada teknik lain yang akan melakukan pekerjaan secara ekonomis?

operational-amplifier voltage-regulator voltage-divider 24v virtual-ground Ohbhatt
sumber
Pikirkan apa yang akan terjadi jika Anda memiliki beban yang tidak cocok di antara rel.
winny
@winny Itulah yang saya khawatirkan.
Ohbhatt
Berapa banyak arus yang Anda butuhkan? Saya telah membuat alat untuk sirkuit audio untuk mencegah kliping yang tidak merata menggunakan opamp dan bahkan pembagi seperti milik Anda, tetapi transistor + resisor buffer pada output. Menghabiskan banyak daya dan ada solusi yang lebih mudah. Dalam kasus Anda, saya akan memilih dua konverter switchmode atau satu yang terisolasi.
winny
3
Anda menyebutkan bahwa Anda harus dapat memasok 50mA saat ini. Tapi saya kira ini terutama melalui rel +12 dan -12 (mis. Menyalakan opamp pasokan ganda). Apa sebenarnya yang harus Anda suplai melalui rel 0V? Jika rel 0V hanya berfungsi sebagai referensi dan hanya pergi ke beberapa input opamp atau resistor bernilai tinggi, itu berarti kebutuhan Anda saat ini untuk rel 0V jauh lebih rendah dari 50mA, dan solusi # 2 sangat valid.
redup
Btw, baik farnell.in dan mouser.in di India. Anda akan menemukan hampir semua komponen pada ini (walaupun agak mahal). Pilihan lain adalah ebay.com, tetapi kapal ini dari Cina dan memiliki waktu pengiriman yang cukup lama.
Tejas Kale

Jawaban:

17

Gagasan pertama Anda tidak akan bekerja sama sekali.

Gagasan kedua Anda akan berhasil, tetapi banyak OP-Amps tidak akan menghasilkan lebih dari beberapa mA pada output mereka, yang membatasi arus sirkuit Anda mungkin menarik dari tanah virtual. Ada Power-OP-Amps yang tersedia yang dapat menghasilkan hingga beberapa ampere, tetapi jika Anda tidak dapat menggunakannya, Anda dapat menggunakan pasangan transistor PNP / NPN untuk meningkatkan arus keluaran:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

OP-Amp akan menjaga menstabilkan output sehingga cocok dengan tegangan yang ditetapkan oleh pembagi tegangan input. Jaga muatan kapasitif, seperti yang Spehro catat dalam jawabannya.

Janka
sumber
dapatkah Anda menyarankan Transistor yang cocok untuk 50 atau 100mA.
Ohbhatt
1
Anda harus mencari paketnya. Untuk 100mA, setiap transistor harus menghilangkan 100mA * 12V = 1.2W, itulah faktor pembatasnya. Transistor sinyal kecil dalam paket TO-92 biasanya terbatas pada 500mW. Ada pengecualian sebagai pasangan SS8050 / SS8550 dari Fairchild yang dapat membuang 2W masing-masing. Pasangan yang jauh lebih konservatif (juga tersedia lebih baik) adalah BD233 / BD234, BD235 / BD236 atau BD237 / BD238. (Gunakan transistor yang dimaksudkan untuk aplikasi audio, mereka diberi peringkat untuk operasi kawasan linear, seperti yang diperlukan di sini.) Transistor dalam paket TO220 terlalu berlebihan untuk aplikasi Anda.
Janka
1
2N2222 hanya dapat menghilangkan 500mW, itu bagus untuk 41mA @ 12V. 2N2907 hanya dapat menghilangkan 625mW, bagus untuk 52mA @ 12V. Secara umum, transistor yang dimulai dengan BD adalah yang Anda inginkan (awalan 2N ... sayangnya tidak memberi petunjuk.)
Janka
1
@ Ohbhatt Anda dapat menggunakan beberapa 2n2222 dan 2n2907 secara paralel dengan resistor emitor kecil (2r2 atau lebih) untuk berbagi beban jika Anda tidak dapat sumber bagian yang lebih besar.
Colin
1
Iya. Tapi hati-hati, tanpa heatsink, BD139 dan BD140 dapat menghilang hanya hingga 1,25W. Sirip kecil pada setiap transistor meningkatkannya secara drastis.
Janka
7

Anda akan lebih baik menggunakan dua persediaan 12V, tetapi jika Anda bersikeras ...

# 1 tidak akan bekerja

# 2 (mengingat informasi yang sangat terbatas yang Anda berikan) mungkin memerlukan op-amp untuk menghilang sebanyak 600mW dan stabilitas kemungkinan akan menjadi masalah dengan beban kapasitif. Ada chip splitter rel khusus yang sangat memerhatikan stabilitas tetapi mereka bukan bagian jellybean dan, misalnya, TLE2426 tidak dapat menangani disipasi atau arus yang terlibat.

Saya menyarankan sesuatu yang lebih seperti ini (dengan asumsi Anda memiliki kekuatan untuk cadangan pada pasokan 12V Anda:

masukkan deskripsi gambar di sini

Ini menggunakan regulator shunt TL431 di mana-mana dan meningkatkannya dengan transistor daya PNP generik.

Kombinasi itu seperti zener daya presisi. Atau cukup gunakan zener seperti di bawah ini. Setel Vo = 12V.

Kemudian gunakan sirkuit ini:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Perhatikan bahwa jika Anda memuat GND secara berlebihan ke -V tegangan + V ke GND akan meningkat hingga 24V. Biasanya itu bisa diterima tetapi berhati-hatilah dengan nilai tegangan kapasitor dan sebagainya. Anda dapat menambahkan zener tegangan yang lebih tinggi (katakanlah 14V) di R1 sebagai langkah pencegahan. R1 akan menghilang kurang dari 1W, dalam kondisi normal, tetapi zener bisa menghilang sebanyak 1.3W jika 50mA mengalir dari + V ke GND dan tidak ada arus yang sesuai dari GND ke -V.

Anda bisa menggunakan dua zener 6.2V 1W secara seri, misalnya. Biarkan lead tetap pendek, pasangkan ke beberapa area PCB dan jaga agar terpisah sehingga lebih dingin.

Spehro Pefhany
sumber
Saya harus menjaga konsumsi daya minimal dan saya tidak mampu mengubah voltase. Terima kasih atas bantuannya.
Ohbhatt
1
Saya tidak akan menggunakan pendekatan regulator untuk menghasilkan tanah virtual sama sekali - itu akan memiliki masalah baik sumber atau tenggelam arus yang tepat.
ThreePhaseEel
6

Mengingat keinginan Anda untuk daya serendah mungkin, dan kesadaran saya bahwa masalah umum ini jarang didekati dengan cara ini. Saya datang dengan solusi switching berosilasi sendiri hanya untuk bersenang-senang.

Seperti halnya setiap switcher, emisi / riak nada tunggal harus dipertimbangkan (sekitar 20kHz dengan nilai-nilai ini). Tetapi jika ada arus ground yang signifikan, saya ragu Anda bisa jauh lebih efisien (switcher yang lebih formal dengan osilator terpisah dapat dibuat lebih efisien dan dapat menggunakan induktor tunggal, tetapi akan membutuhkan lebih banyak bagian).

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Ini pada dasarnya adalah osilator relaksasi yang memodulasi arus rata-rata melalui L1 sehingga berosilasi di sekitar arus tanah yang diperlukan. M1 dan M2 dinyalakan dan dimatikan relatif cepat (beberapa kapasitor akselerasi akan membantu dengan efisiensi) dan C12 memberikan umpan balik positif sehingga opamp / pembanding jenuh pada melintasi ambang (jika tidak beban akan meredam osilator dan itu akan menjadi regulator linier sebagai gantinya).

L3, C10, dan C11 ada di sana untuk menyaring riak dan untuk mengisolasi osilasi dari beban, sehingga tidak terlalu lembab. C10, dan C11 juga melakukan tugas ganda sebagai kapasitansi input regulator. Kelebihan energi di L1 dan L2 akan dikembalikan ke rel yang diperlukan dan disimpan di dalamnya. Diode sumber-drain M1 dan M2 sedang melakukan dalam desain ini.

R3, R4, R5, dan R6 dipilih untuk menjaga M1 dan M2 di bawah ambang batas ketika tidak ada arus ground. Sayangnya ini juga mengurangi keseluruhan gain dari osilator loop.

Saya belum melakukan analisis yang sangat hati-hati terhadap semua implikasi desain ini (terutama karena itu berosilasi sendiri), sehingga pertimbangan stabilitas keseluruhan pada perubahan beban mungkin menjadi masalah.

Saya tidak berpikir ada IC untuk jenis konfigurasi ini, yang tidak perlu meningkatkan jumlah bagian dan kendala desain. Satu-satunya yang saya tahu adalah regulator tegangan terminasi memori DDR, tetapi yang dimaksudkan untuk bekerja pada tegangan sangat rendah.

Edgar Brown
sumber
+1, ini cerdik. Tapi saya pikir alasannya tidak terlalu umum adalah sirkuit yang membutuhkan split ground paling sering untuk aplikasi audio dan kita pasti akan mendengar bunyi lonceng.
Janka
1
Membuat switcher 400kHz-1MHz dimungkinkan. Anda tidak akan mendengar itu sama sekali !! Dan setelah semua ground adalah referensi, itu akan menjadi rel yang bergerak ... Saya biasanya berurusan dengan aplikasi di mana bahkan 1μV kebisingan dalam jejak impedansi tinggi merupakan masalah, kami menggunakan switchers di semua tempat. Termasuk menggerakkan kabel listrik analog variabel yang berjalan di bawah jejak impedansi tinggi tersebut. Yang dibutuhkan hanyalah pemfilteran yang baik, satu-satunya masalah kami muncul ketika algoritma kontrol switcher melewatkan denyut dan menghasilkan komponen frekuensi rendah.
Edgar Brown
Ya, tepatnya yang terakhir menjadi perhatian saya. Apa yang terjadi ketika arus tanah berubah arah.
Janka
1
@Janka Dalam arsitektur ini, dengan asumsi bahwa itu sepenuhnya stabil, tidak ada konsekuensi yang akan terjadi. Kelebihan arus hanya akan diarahkan melalui dioda MOSFET ke rel yang memasok itu. Idealnya nol daya limbah.
Edgar Brown
1
@Janka Oh, dan mengenai nada, masalah hanya terjadi ketika selama modifikasi desain untuk versi terbaru dari produk seseorang tidak terlalu memperhatikan jejak dan membuat loop panjang dengannya, yang berinteraksi dengan loop di bagian atas. jejak -impedance. Bahkan kemudian suara itu hampir tidak terdeteksi di kisaran 2μV. Kami memperbaikinya dengan meningkatkan algoritma kontrol. Dalam arsitektur ini, switcher tidak harus diam, pulsa kecil bolak-balik di kedua arah dapat memastikan hal itu. Dengan desain ini yang bisa menjadi masalah untuk dicapai, tetapi osilator terpisah akan memperbaikinya ..
Edgar Brown
4

Regulator tidak akan berfungsi. Anda memiliki nol dropout yang dialokasikan untuk mereka dan impedansi ground Anda berlebihan.

Op amp adalah opsi yang lebih baik, tetapi semuanya tergantung pada seberapa banyak arus yang Anda lalui. Jika saat ini cukup rendah Anda hanya dapat menggunakan pembagi resistor dengan beberapa kapasitor secara paralel, jika tinggi Anda akan memerlukan op amp yang besar dan kuat.

Anda memiliki beberapa opsi lagi:

  1. Anda bisa menggunakan dua zener dengan resistor seri untuk mengurangi impedansi ground
  2. Anda dapat mengumpulkan pengikut sumber kelas AB dengan beberapa resistor dan dua transistor (pada dasarnya apa yang op-amp lakukan tetapi dengan impedansi yang lebih tinggi)
  3. Jika arus ground Anda memiliki arah yang jelas dan konsisten, Anda dapat menggunakan regulator 12V positif atau negatif atau bahkan transistor dari salah satu rel (pastikan untuk meletakkan dioda bypass).

Tetapi terlepas dari apa yang Anda lakukan, arus ground apa pun akan menghasilkan daya yang terbuang (kecuali jika Anda mengetahui cara merancang regulator ground-switcher tentunya).

Edgar Brown
sumber
4

Jika 24 V Anda diatur dengan baik, Anda bisa menggunakan 7812 untuk membuat titik tengah dan menyebutnya sebagai rel 0 volt.

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Ini hanya akan berfungsi jika 24 V tidak tergantung pada apa pun yang Anda gunakan, dan sesuai komentar Edgar Brown, regulator linier positif seperti 7812 tidak dapat tenggelam saat ini.

Colin
sumber
Itu solusi yang fantastis. Saya tidak perlu berinvestasi di bagian yang mahal. Tapi saya masih harus menguji rangkaian ini untuk memverifikasi.
Ohbhatt
4
Ini hanya akan bekerja jika arus ground Anda positif (keluar dari regulator) regulator normal tidak tenggelam saat ini.
Edgar Brown
Itu poin yang sangat valid, terima kasih, @EdgarBrown, saya telah mengedit jawabannya.
Colin
3
@ EdgarBrown Alih-alih kepercayaan 7812Anda dapat menggunakan regulator switching terintegrasi yang umumnya akan mentolerir "arus balik", mereka sedikit lebih banyak uang, tetapi implementasi sederhana yang sama. Saya telah menggunakan ini dalam desain, diberikan dalam kasus saya sebagian besar sistem berjalan pada 24V rail, dengan hanya sebagian kecil komponen yang berjalan di tanah virtual. Bagaimanapun, ini menjadi masalah pemilihan komponen, dan regulator switching 1/2 / 3A dapat ditemukan dengan kemampuan arus dua arah, desainnya solid, tetapi BOM mungkin sulit ditemukan atau mahal.
crasic
1
@ Ohbhatt Tidak, itu tidak menghilangkan perubahan apa pun. Bayangkan jika Anda menghubungkan resistor antara + 12V dan 0V, regulator tidak akan mengatasinya karena arus akan mencoba masuk ke regulator. Tetapi resistor antara 0V dan -12V akan baik-baik saja. Itu sebabnya itu tergantung pada desain sirkuit Anda.
user253751
2

Saya pikir NJM4556A akan bekerja

Anda dapat menarik arus dari rel negatif dan positif tetapi ada perbedaan untuk tidak melebihi arus keluaran amp OP.

Catatan: Saya tidak berpengalaman, saya sarankan Anda untuk membaca posting berikut

EEVBLOG - my-negative-voltage-rail-doesnt-work

Hasan alattar
sumber
Itu ide yang bagus. Saya akan mempertimbangkannya.
Ohbhatt
1

Ada banyak metode berbiaya rendah. Tetapi metode switching dapat membantu Anda dengan komponen minimum yang tersedia di mana-mana.

Anda dapat menggunakan konverter flyback dengan sirkuit minimum:

Diedit : Sirkuit utama: sirkuit campuran Ref: campuran dua tautan ( http://uzzors2k.4hv.org/index.phppage=flybacktransformerdrivers , https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter- 6 )

Daftar komponen:

  • Dioda zener

  • 555 IC

  • MOSFET

  • Sebuah toroid, transformator dapat dibuat dengan kawat dan inti toroid

  • Diode dalam output

  • beberapa kapasitor

  • beberapa resistor

  • beberapa kawat

Manfaat:

  • Anda dapat menghasilkan tegangan apa pun dalam keluaran yang bahkan lebih besar dari tegangan pertama Anda

  • komponen ini tersedia di mana-mana

  • Anda dapat menghasilkan tegangan apa pun bahkan tegangan terisolasi

  • Anda dapat meningkatkan kekuatan dengan mengubah MOSFET dan memilih toroid yang lebih besar.

Referensi utama:

http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page=flybacktransformerdrivers masukkan deskripsi gambar di sini

Selain itu, Anda memerlukan dioda Zener untuk 12-15volt dan IC 555. (Umpan koil Anda dengan 24Volt tetapi untuk 555, Anda harus menghasilkan daya 12 volt dengan dioda Zener).

dalam output, Anda memerlukan dioda dengan kapasitor. tautan: https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter-6 masukkan deskripsi gambar di sini

Ini adalah penyearah gelombang penuh polaritas ganda menggunakan transformator pusat disadap dan 4 dioda

M KS
sumber
Apakah versi yang sudah diedit menghilangkan koneksi antara tegangan dan suplai zener?
Hasan alattar
@Hasanalattar Tidak sirkuit utama (flyback Eirik) bekerja dengan 12-16 volt. Saya menambahkan Zener sebagai regulator untuk kasus ini, untuk mengkonversi 24V ke 12V. Hanya saya mencampur 3 sirkuit. regulator dan flyback dan kumparan output untuk tegangan output ganda.
M KS
Apa yang saya maksudkan adalah bahwa rangkaian utama korsleting 12-16 hingga 15-30 volt transformator !, dan ne555 melebihi nilai vcc-nya
Hasan alattar