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试析小尚弟线性可调电源的工作原理及电路改进

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发表于 2023-4-5 00:08:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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网上广受推崇的小尚弟线性可调稳压电源,有很多朋友去弄了套件来玩,但有些新手还不懂它的工作原理,所以在玩的过程中碰到一些问题,就难解决,本人不才,斗胆来解释下它的工作原理,错误在所难免,欢迎指正,以便修改和补充。


电路图以坛友 川江号子  拆机专家123 提供的为准:
2023-04-05_093153.jpg

0-30V、0-5A可调恒流恒.pdf (56.77 KB, 下载次数: 44)

一,电路图上上面的辅助电源是浮地的,即辅助电源地接在主电源的正电压输出上,所以测量辅助电源及U1A U1B的工作状态时,都要以辅助电源的地为准,也即主电源的正输出为地基准。
二,辅助电源通过 AC12V+AC12V 进行正负半波整流后,再通过稳压管稳压产生+15V -6.2V 给U1运放作工作电压(不对称没关系)。
三,Q1(TL431) 产生2.5V基准电压,供给运放电压控制(负相)及电流控制(正相)作电压基准。

四,分析下电压控制的稳压过程:
当刚打开电源时,此时主电源电压为0,假设此时VR2和J2接口上的电位器都固定在一个位置,+15V通过R12、VR2、 J2插口上的调压电位器分压供给U1B的5脚,但要注意电位器的接地是在主电源的负端。此时,U1B的6脚电压肯定是低于5脚电压的(只要调压电位器不是在最低位置),所以U1B的7脚电压为高电压,D17也不导通。此时+15V通过R4、D5给Q2(TIP41)基极电流,从而驱动大功率管导通。当大功率管导通后,输出电压上升。而因为辅助电源是浮地的接在主电源的正极上,所以此时6脚电压没有变化(相对辅助电源的地),但因为浮地,所以U1B的5脚电压相当于变低了,(电位器的下端是接在主电源的地)当5脚电压低到比6脚电压更低时,运放 7脚变成低电压,把R4送过来的电压拉低(拉电流进运放),从而使TIP41的基极电压降低,主电源输出降低,从而达到稳压状态。
改变调压电位器的状态,也就改变了5脚和6脚的比较电压,从而使电源达到新的稳定状态。

五,稳流原理:VR1、R3、J1插口上的电位器、R6、R14,组成一个分压电路,给U1A的3脚提供一个一定的电压基准(最低可调到-15mV左右,以抵消运放的输入失调电压,使得能从0A起调)。当输出电流超过一定值时,在R24 R25上产生的电压降使 U1A的2脚电压高于 3脚的设定值,1脚变成低电压,R4送过来的电压通过 LED1向运放流入,从而拉低送到TIP41的基极电压,使输出电压降低,从而限制了输出电流(在负载不变时,降低输电电压,也就降低输出电流)。直到平衡,调动调流电位器,就是改变3脚的电压基准。

六,继电器切换电路:
此时,注意测量要以主电源地为测量的地。
7812产生的12V电压,分别给U2A  U2B 的负相输入端设定一个基准电压(由VR3,VR4分压)。
R17、R8对主电源电压分压后,供给U2A U2B的正相输入端3脚和5脚。
当主电源的输出电压调高时,因为功率管需要一定的压差,所以需要第一个继电器J1跳上一档,假如此时VR3电位器设定在主电源10V左右上跳一档(按电路的电阻数据,VR3分压值也应该在5V左右),那么当主电源电压调高到10V以上时,R7、R8分压产生的电压比U2A的2脚设定电压高,U2A 1脚输出高电压,推动T1 导通,继电器吸合,(R26、D7组成回差,在T1(8050)导通后,进一步拉低一些2脚的基准,从而使得主电源电压稍微低于10V时,继电器继续吸合,让继电器不会在切换点附近频繁动作)。
VR4 U2B 组成第二个继电器的切换电路,原理同。只是VR4的分压出来的电压比VR3的分压值再高一些。(如果第二档切换电压值为20V,那么VR4分压值应该在10V左右)


补充内容 (2023-6-21 12:31):
后续有更新:请移步 https://www.mydigit.cn/thread-382226-1-1.html

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 楼主| 发表于 2023-4-5 01:16:24 | 显示全部楼层
再来提一下,此电源的几点不足之处,欢迎讨论。
一,辅助电源的滤波电容C1、C2容量过小,主滤波的电容C12、C13、C14、C16容量过大,容易产生在低电压轻载或空载关机时,产生一个电压过冲情况。主要原因是电压控制电流控制都是采用运放拉电流来控制。在关机后,辅助电源的电压下降较快,当下降到一定程度时,运放停止工作,但C1上还有电压,直接加到了Q2 (TIP41),把主滤波电容上的残存电压直接通过功率管加到轻负载上。解决办法是增大C1 C2容量,降低主滤波电容容量,减小R17电阻,使辅助电源的电压维持时间增加,主滤波电压快点下降。

还有个办法是在Q2的的基极串接一个3-5V稳压管,同时在基极和发射极间并接一个电阻。从而可以使得辅助电源的电压低于运放工作电压时,辅助电源的电压也不能通过稳压管使TIP41导通。
附图,具体稳压管值和电阻值可适当调整,DZ和RZ为增加的元件,其它元件为原电路中的编号。
增加稳压管和电阻.png

二,调压电位器,调流电位器,都是接在正相输入端的负端,一旦电位器断线或接触不好(电位器动片接触不好非常常见),或转动时产生电噪音,都会使输出电压失控或电压向上跳动。(一般使用条件下,电压过冲比电压跌落,对负载设备而言更危险)。电位器动片接触不好,电位器阻值增大,5 脚电压上升,7 脚也上升,输出电压增加。
  解决办法:电位器用三线分压,电位器中心脚接到运放的正相输入端,同时在 5 脚和3 脚,对负端各接一个较大阻值的电阻,以便电位器接触不好或断线时,切断电压输出。电位器改成三线如图,RZZ为增加的电阻,其它元件为原电路中的编号,调流运放可参照。
改成三线接法,还有个好处时,在检修电压失控的电源时,不会因为调压电位器的阻值调在较小的位置时,TL431的产生的2.5V基准电压由于失控的主电源输出电压(相对于辅助电源的地来说是负电压)加在调压电位器的下端,从而使R12 VR2 调压电位器这路产生很大的电流,把2.5V基准电压拉低到无法准确判断故障所在。
电位器改接.png
三,继电器切换电路的电源供给,粗看是一个半波整流,如果继电器跳到高一档,会成了不对称全波整流,所以跳到最高档时,7812的输入电压会升高。如果变压器的次级电压比较高,特别是有些朋友想通过提高变压器的次级电压,来做30V以上的可调电源时,要注意这个电压是否超过 7812的最高电压。
解决办法,如果是自制变压器,要高电压输出的,这个继电器绕组要独立绕制,不从主绕组上取电。
不想动高次级电压的变压器,也可以把7812稳压电路用个耐压够的功率管替换,加上12V稳压管和电阻等组成个简单串联稳压电路。二个继电器的电流应该不会超过100mA,功率管上稍微加点散热应该也可以了,且对继电器切换的电压精度要求也不是很高,简单串联稳压电路,也可以满足。如果对切换精度要求高,也可以用TL431来驱动三极管组成稳压电路。







补充内容 (2023-4-14 06:16):
纠错:经模拟测试,电位器改三线接法后,调整的线性很差,低电压时转动较大,电压变化缓慢,高电压后稍微转动一点,电压变化就很大。不建议改

补充内容 (2023-4-15 14:47):
重新修改了改进方法,见小尚弟线性可调稳压电源的改进探讨
https://www.mydigit.cn/thread-382226-1-1.html
(出处: 数码之家)

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发表于 2023-4-5 06:27:30 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
感谢楼主答疑解惑,为这种有益行为活动点赞
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发表于 2023-4-5 07:30:53 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
楼主是卖套件的吗
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发表于 2023-4-5 08:28:00 | 显示全部楼层
楼主用心了,分析得这么仔细
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发表于 2023-4-5 09:40:29 | 显示全部楼层
套件怎么卖?感兴趣
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 楼主| 发表于 2023-4-5 10:11:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 phjzg 于 2023-4-5 10:14 编辑
wfzdm 发表于 2023-4-5 07:30
楼主是卖套件的吗

我不做这生意,纯粹闲得荒,哈哈。
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 楼主| 发表于 2023-4-5 10:12:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 phjzg 于 2023-4-5 10:35 编辑
laipihou 发表于 2023-4-5 09:40
套件怎么卖?感兴趣

自己找,我不做这生意!!甚至以前我设计的电路在海鲜市场都有人仿制在卖,那也和我无关。比如电动车充电器改可调通用板,明纬电源改可调快速泄压和指示灯电路板,都不是我在卖,和我完全无关。所以现在都懒得弄新电路,放出来,就有人来想赚钱(关键是卖价都高的离谱)
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发表于 2023-4-5 11:58:43 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
laipihou 发表于 2023-4-5 09:40
套件怎么卖?感兴趣

༡小林电子套件༡店铺有,我也还有一张原版pcb板,不过运费加起来划不来,
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发表于 2023-4-5 11:59:12 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
楼主真是有心了,这么用心分析
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发表于 2023-4-5 12:45:54 | 显示全部楼层
楼主v5,我要是有多的情人一定介绍个给你
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发表于 2023-4-5 12:58:23 | 显示全部楼层
前级电源不好找。
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发表于 2023-4-5 13:01:23 | 显示全部楼层
楼主有心了,真准备试做,感谢分享,收藏、学习了。
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发表于 2023-4-5 13:02:20 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
楼主的单绕组线性电源控制板不错,可以我不会弄pcb,谁帮忙设计一下我来打样验证
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 楼主| 发表于 2023-4-5 13:04:06 | 显示全部楼层
拆机专家123 发表于 2023-4-5 11:59
楼主真是有心了,这么用心分析

这次主要是看到坛友“川江号子” 他对这个电路的贴子,感觉他没有吃透原理,出了问题,检查就比较困难,虽然有回贴,但回贴会很快淹没,难以让更多人看到,所以还是单独发贴比较好。没想到版主马上给设为精华了。
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 楼主| 发表于 2023-4-5 13:05:31 | 显示全部楼层
感谢版主“家睦” 加精。
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 楼主| 发表于 2023-4-5 13:07:55 | 显示全部楼层
snowrose2000 发表于 2023-4-5 12:58
前级电源不好找。

是的,纯线性的可调电源,关键还是变压器。
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 楼主| 发表于 2023-4-5 13:08:45 | 显示全部楼层
yiguangqiang 发表于 2023-4-5 12:45
楼主v5,我要是有多的情人一定介绍个给你

哈哈,你自己留着吧,关键是你也没有多余的。
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发表于 2023-4-5 15:36:32 | 显示全部楼层
19079571 发表于 2023-4-5 13:02
楼主的单绕组线性电源控制板不错,可以我不会弄pcb,谁帮忙设计一下我来打样验证 ...

前2年就抄板了,玩玩可以,但没必要。瑕疵多。不如买数控的,pcb全套下来成本也接近100了,还不算主电和辅电变压器。而且现在数控的价格也很便宜了。
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