Wie eine doppelte +-12-V-Versorgung aus einem 24-V-SMPS hergestellt wird

Ich versuche, einen selbstgebauten Wägezellensender mit einem 24-V-Single-SMPS mit Strom zu versorgen. Ich muss +12, 0 und -12 Volt herstellen, die 50 mA fähig sind. Ich möchte mehrere Kanäle von Operationsverstärkern und Brücken mit Strom versorgen.

Ich habe nicht viel Budget und Verfügbarkeit von Komponenten in Indien.

Ich habe eine Idee, 1 LM7812 und 1 LM7912 (negativ) lineare Spannungsregler und einen Spannungsteileraufbau zu verwenden, um dies gemäß der folgenden Schaltung zu tun.

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Würde das funktionieren? Ich habe es aus den Vorschlägen und Artikeln an anderer Stelle geändert.

Jemand hat mir eine andere Schaltung vorgeschlagen, aber ich bin besorgt über die aktuellen Fähigkeiten des Operationsverstärkers.

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Würde das funktionieren? Wenn ja, schlagen Sie bitte einen geeigneten Operationsverstärker vor.

Gibt es andere Techniken, die die Arbeit wirtschaftlich erledigen würden?

Denken Sie darüber nach, was passieren wird, wenn Sie Lasten zwischen den Schienen nicht übereinstimmen.
@winny Das ist es, worüber ich mir Sorgen mache.
Wie viel Strom benötigen Sie? Ich habe eine solche Vorrichtung für eine Audioschaltung hergestellt, um ein ungleichmäßiges Clipping mit einem Operationsverstärker und sogar einem Teiler wie Ihrem zu verhindern, aber Transistor + Widerstand am Ausgang gepuffert. Verschwendet viel Strom und es gibt einfachere Lösungen. In Ihrem Fall würde ich mich für zwei Schaltwandler oder einen isolierten entscheiden.
Sie erwähnen, dass Sie in der Lage sein müssen, 50 mA Strom zu liefern. Aber ich denke, das liegt hauptsächlich an den +12- und -12-Schienen (z. B. Stromversorgung von Operationsverstärkern mit doppelter Versorgung). Was genau müssen Sie über die 0-V-Schiene liefern? Wenn die 0-V-Schiene lediglich als Referenz dient und nur an einige Opamp-Eingänge oder hochwertige Widerstände geht, bedeutet dies, dass Ihr Strombedarf für die 0-V-Schiene viel niedriger als 50 mA ist und die Lösung Nr. 2 vollkommen gültig ist.
Übrigens, sowohl farnell.in als auch mouser.in versenden in Indien. Sie würden so ziemlich jede Komponente auf diesen finden (wenn auch etwas teuer). Eine andere Option ist ebay.com, aber diese versenden aus China und haben ziemlich lange Lieferzeiten.
Eine weitere Möglichkeit ist, den Markt für Elektronikzubehör in Ihrer Stadt zu erkunden. In Mumbai findet man zum Beispiel so ziemlich jede Komponente in der Lamington Road. Normalerweise gibt es in jeder Stadt einige Geschäfte, in denen Komponenten verkauft werden, mit Kontakten, um nicht verfügbare Komponenten zu beschaffen.

Antworten (7)

Ihre erste Idee wird überhaupt nicht funktionieren.

Ihre zweite Idee wird funktionieren, aber viele OP-Amps liefern nicht mehr als ein paar mA an ihrem Ausgang, was den Strom begrenzt, den Ihre Schaltung möglicherweise aus der virtuellen Masse zieht. Es gibt Power-OP-Amps, die bis zu ein paar Ampere liefern können, aber wenn Sie keinen in die Hände bekommen, können Sie ein PNP/NPN-Transistorpaar verwenden, um den Ausgangsstrom zu erhöhen:

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Der Operationsverstärker sorgt dafür, dass der Ausgang stabilisiert wird, damit er der vom Eingangsspannungsteiler eingestellten Spannung entspricht. Achten Sie jedoch auf kapazitive Lasten, wie Spehro in seiner Antwort anmerkte.

Können Sie bitte einen Transistor vorschlagen, der für 50 oder 100 mA geeignet ist?
Sie müssen nach den Paketen suchen. Für 100 mA musste jeder Transistor 100 mA * 12 V = 1,2 W verbrauchen, das ist der begrenzende Faktor. Kleinsignaltransistoren in TO-92-Gehäusen sind typischerweise auf 500 mW begrenzt. Es gibt Ausnahmen wie das SS8050/SS8550-Paar von Fairchild, das jeweils 2 W verbrauchen kann. Ein weitaus konservativeres Paar (auch besser verfügbar) wäre BD233/BD234, BD235/BD236 oder BD237/BD238. (Verwenden Sie Transistoren für Audioanwendungen, sie sind für den Betrieb im linearen Bereich ausgelegt, wie hier benötigt.) Transistoren in TO220-Gehäusen sind für Ihre Anwendung zu viel des Guten.
Okay. Ich werde mir das mal ansehen. Vielen Dank für die Zeit.
Würden 2n2222 (NPN) und 2N2907 (PNP) dafür funktionieren? Ich kann keines der oben genannten Paare zu akzeptablen Kosten oder separat beziehen (ich muss sonst in großen Mengen kaufen). Ich habe überprüft, dass die Leistung zwischen der Referenz und den + und - Schienen auf keinen Fall über 500 mW liegen wird.
Der 2N2222 kann nur 500 mW abführen, das ist gut für 41 mA bei 12 V. Der 2N2907 kann nur 625 mW verbrauchen, gut für 52 mA bei 12 V. Im Allgemeinen sind Transistoren, die mit BD beginnen, das, was Sie wollen (das Präfix 2N… gibt leider keinen Hinweis darauf.)
Wenn Sie angeben, bei welchem ​​Händler Sie einkaufen möchten, können wir Ihnen helfen.
@Ohbhatt Sie könnten mehrere 2n2222 und 2n2907 parallel mit kleinen Emitterwiderständen (2r2 oder so) verwenden, um die Last zu teilen, wenn Sie keine größeren Teile beschaffen können.
Ich habe das Paar BD139/BD140 PNP/NPN bei meinem Händler zu einem guten Preis gefunden. Könnten sie funktionieren?
Ja. Aber seien Sie vorsichtig, ohne Kühlkörper können die BD139 und BD140 nur bis zu 1,25 W abführen. Eine winzige Finne an jedem Transistor verbessert dies drastisch.
@ Janka Vielen Dank. Sie haben dieses Problem nicht nur für mich gelöst, sondern mir auch viel beigebracht.

Sie sollten besser zwei 12-V-Versorgungen verwenden, aber wenn Sie darauf bestehen ...

#1 wird nicht funktionieren.

Nr. 2 (angesichts der sehr begrenzten Informationen, die Sie bereitgestellt haben) erfordert möglicherweise, dass der Operationsverstärker bis zu 600 mW abführt, und die Stabilität wäre wahrscheinlich ein Problem bei kapazitiven Lasten. Es gibt dedizierte Rail-Splitter-Chips, die die Stabilität ernst nehmen, aber sie sind keine Jellybean-Teile, und zum Beispiel kann der TLE2426 die damit verbundene Verlustleistung oder den damit verbundenen Strom nicht bewältigen.

Ich schlage etwas Ähnliches vor (vorausgesetzt, Sie haben Strom für Ihre 12-V-Versorgung:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dieser verwendet einen allgegenwärtigen TL431-Shunt-Regler und verstärkt ihn mit einem generischen PNP-Leistungstransistor.

Die Kombination ist wie ein Präzisions-Power-Zener. Oder verwenden Sie einfach einen Zener wie unten. Stellen Sie Vo = 12 V ein.

Verwenden Sie dann diese Schaltung:

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Beachten Sie, dass bei übermäßiger Belastung von GND auf -V die Spannung von +V auf GND auf bis zu 24 V ansteigt. Normalerweise ist das akzeptabel, aber achten Sie auf die Nennspannung des Kondensators und so weiter. Sie können als vorbeugende Maßnahme einen Zener mit höherer Spannung (z. B. 14 V) über R1 hinzufügen. R1 verbraucht unter normalen Bedingungen weniger als 1 W, aber der Zener könnte bis zu 1,3 W verbrauchen, wenn 50 mA von +V nach GND fließen und kein entsprechender Strom von GND nach -V fließt.

Sie könnten beispielsweise zwei 6,2-V-1-W-Zener in Reihe verwenden. Halten Sie die Leitungen kurz, befestigen Sie sie an einem PCB-Bereich und halten Sie sie auseinander, damit sie kühler laufen.

Ich muss den Stromverbrauch minimal halten und kann mir keine Änderung der Spannung leisten. Danke aber für die Hilfe.
Ich würde überhaupt keinen Regulierungsansatz verwenden, um die virtuelle Masse zu erzeugen - es wird Probleme geben, geeignete Ströme entweder zu beschaffen oder zu versenken.

Angesichts Ihres Wunsches nach möglichst geringem Stromverbrauch und meiner Erkenntnis, dass dieses allgemeine Problem selten auf diese Weise angegangen wird. Ich habe mir aus Spaß an der Sache eine selbstoszillierende Schaltlösung ausgedacht.

Wie bei jedem Umschalter müssen Einzeltonemissionen/Ripple berücksichtigt werden (ca. 20 kHz bei diesen Werten). Aber wenn es einen signifikanten Erdstrom gibt, bezweifle ich, dass Sie viel effizienter sein können (ein formellerer Umschalter mit einem separaten Oszillator kann effizienter gemacht werden und könnte einen einzelnen Induktor verwenden, würde aber mehr Teile erfordern).

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Es ist im Grunde ein Relaxationsoszillator, der den durchschnittlichen Strom durch L1 so moduliert, dass er um den erforderlichen Erdstrom oszilliert. M1 und M2 werden relativ schnell ein- und ausgeschaltet (einige Beschleunigungskondensatoren würden bei der Effizienz helfen) und C12 liefert eine positive Rückkopplung, so dass der Operationsverstärker / Komparator beim Überschreiten der Schwelle gesättigt wird (andernfalls würde die Last den Oszillator dämpfen und er würde ein linearer Regler werden stattdessen).

L3, C10 und C11 dienen dazu, die Welligkeit zu filtern und die Schwingung von der Last zu isolieren, um sie nicht zu stark zu dämpfen. C10 und C11 haben auch eine doppelte Funktion als Eingangskapazität des Reglers. Überschüssige Energie in L1 und L2 würde auf die erforderliche Schiene zurückgeführt und dort gespeichert. Die Source-Drain-Dioden M1 und M2 sind in diesem Design leitend.

R3, R4, R5 und R6 werden so gewählt, dass sie M1 und M2 unter dem Schwellenwert halten, wenn kein Erdstrom vorhanden ist. Leider verringert dies auch die Gesamtverstärkung der Oszillatorschleife.

Ich habe keine sehr sorgfältige Analyse aller Auswirkungen dieses Designs durchgeführt (insbesondere weil es selbstoszillierend ist), daher könnten allgemeine Stabilitätsüberlegungen bei Laständerungen ein Problem darstellen.

Ich glaube nicht, dass es ICs für diese Art von Konfiguration gibt, was die Anzahl der Teile und die Designbeschränkungen unnötig erhöht. Die einzigen, die ich kenne, sind die Spannungsregler für die DDR-Speicherterminierung, aber diese sind für sehr niedrige Spannungen ausgelegt.

+1, das ist genial. Aber ich denke, der Grund dafür ist nicht allzu häufig, dass Schaltkreise, die eine geteilte Masse benötigen, meistens für Audioanwendungen verwendet werden, und wir würden sicherlich das Glockenspiel hören.
Die Herstellung eines 400-kHz-1-MHz-Umschalters ist möglich. Das würdest du gar nicht hören!! Und nachdem Masse die Referenz ist, bewegen sich die Schienen ... Normalerweise habe ich es mit Anwendungen zu tun, bei denen sogar 1 µV Rauschen in hochohmigen Spuren ein Problem darstellen, wir verwenden überall Umschalter. Einschließlich der Ansteuerung variabler analoger Stromleitungen, die unter diesen hochohmigen Leiterbahnen verlaufen. Alles, was es braucht, ist eine gute Filterung. Unsere einzigen Probleme sind aufgetreten, wenn die Mischer-Steueralgorithmen Beats überspringen und niederfrequente Komponenten erzeugen.
Ja, genau letzteres war mein Anliegen. Was passiert, wenn der Erdstrom die Richtung ändert?
@Janka zugegeben, in den meisten Anwendungen ist es übertrieben. Besonders im Audiobereich braucht man keine großen unsymmetrischen Masseströme. In DDR-Speichern, in denen diese Architekturen verwendet werden, könnten die Controller bis zu 10 A Ungleichgewicht verarbeiten.
@Janka In dieser Architektur wird unter der Annahme, dass sie vollständig stabil ist, nichts von Bedeutung passieren. Der überschüssige Strom wird einfach über eine MOSFET-Diode auf die Schiene geleitet, die ihn liefert. Im Idealfall keine Energieverschwendung.
@Janka Oh, und was die Töne betrifft, trat das Problem nur auf, als jemand während einer Designänderung für eine aktualisierte Version des Produkts einer Spur nicht allzu viel Aufmerksamkeit schenkte und eine lange Schleife damit machte, die mit Schleifen in der Höhe interagierte -Impedanzspuren. Selbst dann war das Rauschen im Bereich von 2 µV kaum über der Erkennung. Wir haben es behoben, indem wir den Kontrollalgorithmus verbessert haben. Bei dieser Architektur muss der Umschalter nie schweigen, dafür sorgen kleine Wechselimpulse in beide Richtungen. Mit diesem Design könnte das problematisch sein, aber ein separater Oszillator würde das beheben.
Vielen Dank für Ihre Zeit, aber ich kann diese Schaltung möglicherweise nicht in meinem Design implementieren.
@Ohbhatt Das war mir bewusst. Aber es war schwer, diese lustige Übung zu bestehen. Mein Ziel war es, die Anzahl der Komponenten auf ein akzeptables Maß zu minimieren und gleichzeitig die Effizienz zu erhalten und die Zuverlässigkeit zu verbessern, es ist immer noch zu groß für meinen Geschmack.
+1 Das ist schön. Der Ausgang erhält eine feste Mittelpunktreferenz. Versorgungsschwankungen erscheinen mit halber Größe und entgegengesetzter Polarität auf den beiden Schienen. Kein Verlust der gesamten Versorgungsspannung.

Die Regler funktionieren nicht. Sie haben Null-Dropout zugewiesen und Ihre Erdungsimpedanz ist zu hoch.

Der Operationsverstärker ist eine bessere Option, aber es hängt alles davon ab, wie viel Strom Sie durch den Boden fließen lassen. Wenn der Strom niedrig genug ist, können Sie einfach einen Widerstandsteiler mit ein paar Kondensatoren parallel verwenden, wenn er hoch ist, benötigen Sie einen kräftigen Operationsverstärker.

Sie haben noch ein paar Optionen:

  1. Sie könnten zwei Zener mit Vorwiderständen verwenden, um die Erdimpedanz zu reduzieren
  2. Sie könnten einen Source-Follower der Klasse AB mit ein paar Widerständen und zwei Transistoren zusammenstellen (im Grunde das, was der Operationsverstärker tut, aber mit höherer Impedanz).
  3. Wenn Ihr Massestrom eine klar definierte und konsistente Richtung hat, können Sie einen positiven oder negativen 12-V-Regler oder sogar einen Transistor von einer der Schienen verwenden (stellen Sie sicher, dass Sie eine Bypass-Diode einsetzen).

Aber unabhängig davon, was Sie tun, führt jeder Erdungsstrom zu einer Energieverschwendung (es sei denn, Sie finden natürlich heraus, wie man einen Erdungsschaltregler konstruiert).

Wenn Ihre 24 V gut reguliert sind, können Sie einfach einen 7812 verwenden, um einen Mittelpunkt zu erstellen, und diesen als Ihre 0-Volt-Schiene bezeichnen.

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Dies funktioniert nur, wenn die 24 V unabhängig von dem sind, was Sie mit Strom versorgen, und gemäß Edgar Browns Kommentar können positive Linearregler wie der 7812 keinen Strom aufnehmen.

Das ist eine fantastische Lösung. Ich muss nicht in teure Teile investieren. Aber ich muss diese Schaltung noch testen, um dies zu überprüfen.
Dies funktioniert nur, wenn Ihr Erdungsstrom positiv ist (er verlässt den Regler). Normale Regler senken keinen Strom.
Das ist ein sehr gültiger Punkt, danke, @EdgarBrown, ich habe die Antwort bearbeitet.
Ich habe in meinem System keine Spannungen unter -12 V. Das würde alle Chancen eines negativen Massestroms beseitigen. würde das? und beziehen Sie sich bitte auf die Änderung in der ersten Lösung. Das könnte noch besser werden.
Was würde passieren, wenn Sie auch einen 7912 hinzufügen würden, dessen INP an die -12-V-Schiene, sein GND-Pin an die +12-V-Schiene und sein OUT an den 7812 OUT gebunden sind (inside-out-Version von OP-Schaltung Nr. 1)?
@EdgarBrown Anstelle eines vertrauenswürdigen 7812können Sie einen integrierten Schaltregler verwenden, der im Allgemeinen "Rückstrom" verträgt. Sie sind etwas mehr Geld, aber dieselbe einfache Implementierung. Ich habe dies in einem Design verwendet, wobei in meinem Fall der größte Teil des Systems auf der 24-V-Schiene lief und nur eine kleine Teilmenge der Komponenten über den virtuellen Boden lief. In jedem Fall ist dies eine Frage der Komponentenauswahl, und 1/2/3A-Schaltregler mit bidirektionaler Stromfähigkeit sind zu finden, das Design ist solide, aber die Stückliste ist möglicherweise schwer zu finden oder teuer.
@Ohbhatt Nein, das beseitigt keine Änderung. Stellen Sie sich vor, Sie hätten einen Widerstand zwischen +12 V und 0 V angeschlossen, der Regler würde das nicht handhaben, weil der Strom versuchen würde, in den Regler zu fließen. Aber ein Widerstand zwischen 0V und -12V wäre in Ordnung. Deshalb hängt es von Ihrem Schaltungsdesign ab.
Eine weitere Sache, die Sie beachten sollten: U150 % der Quellenspannung absenken zu müssen, ist ein Warnsignal in Bezug auf Überhitzung. Sobald Sie 50 mA verbrauchen, ist es in Ordnung, weniger als 1 Watt durch das Chippaket zu verbrauchen. Jede Erhöhung des Stroms würde dieses Verlustvolumen schnell erhöhen.

Ich denke, NJM4556A würde funktionieren

Sie können Strom von negativen und positiven Schienen ziehen, aber der Unterschied besteht darin, den Ausgangsstrom des OP-Verstärkers nicht zu überschreiten.

Hinweis: Ich bin nicht erfahren, ich empfehle Ihnen, den folgenden Beitrag zu lesen

EEVBLOG - meine negative Spannungsschiene funktioniert nicht

Das ist eine gute Idee. Darauf werde ich eingehen.

Es gibt viele kostengünstige Methoden. Aber die Umschaltmethode kann Ihnen mit einer minimalen Komponente helfen, die überall verfügbar ist.

Sie können einen Sperrwandler mit einer minimalen Schaltung verwenden:

Bearbeitet : Die Hauptschaltung: Schaltung mischenRef: eine Mischung aus zwei Links ( http://uzzors2k.4hv.org/index.phppage=flybacktransformerdrivers , https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter- 6 )

Komponentenliste:

  • Zenerdiode

  • 555 IC

  • Mosfet

  • Ein Ringkern, der Transformator kann mit Draht und einem Ringkern hergestellt werden

  • Diode im Ausgang

  • irgendein Kondensator

  • irgendein Widerstand

  • etwas Draht

Vorteile:

  • Sie können jede Ausgangsspannung erzeugen, die sogar größer als Ihre erste Spannung ist

  • Diese Komponenten sind überall erhältlich

  • Sie können jede Spannung erzeugen, auch isolierte Spannung

  • Sie können Ihre Leistung erhöhen, indem Sie den Mosfet wechseln und einen größeren Toroid auswählen.

Die wichtigsten Referenzen:

http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page=flybacktransformerdrivers Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Zusätzlich benötigen Sie eine Zenerdiode für 12-15 Volt und einen 555 IC. (Ihre Spule speist mit 24 Volt, aber für 555 sollten Sie mit einer Zenerdiode eine 12-Volt-Leistung erzeugen).

Am Ausgang benötigen Sie eine Diode mit einem Kondensator. Link: https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter-6 Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es handelt sich um einen Zweiweg-Vollwellengleichrichter mit einem Mittelanzapfungstransformator und 4 Dioden

Ist Ihre bearbeitete Version die Verbindung zwischen der Zenerspannung und der Versorgung entfernt?
@Hasanalattar Nein, der Hauptstromkreis (Eiriks Flyback) arbeitet mit 12-16 Volt. Ich habe für diesen Fall einen Zener als Regler hinzugefügt, um 24 V in 12 V umzuwandeln. Ich mische nur 3 Schaltungen. ein Regler und eine Flyback- und Ausgangsspule für doppelte Ausgangsspannung.
Was ich meinte, ist, dass der Hauptstromkreis 12-16 bis 15-30 Volt des Transformators kurzschließt! Und ne555 überschreitet seine Nennspannung
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