DYLUNIO CYFLENWAD PŴER ANALOG SYLFAENOL

Yno mae’r hen ddywediad: “Gallwch chi roi pysgodyn i ddyn a bydd yn bwyta am ddiwrnod neu fe allwch chi ddysgu dyn i bysgota a bydd yn bwyta am byth.” Mae yna lawer o erthyglau sy'n rhoi dyluniad penodol i'r darllenydd ar gyfer adeiladu cyflenwad pŵer, ac nid oes dim o'i le ar y dyluniadau llyfr coginio hyn. Yn aml mae ganddynt berfformiad da iawn. Fodd bynnag, nid ydynt yn addysgu'r darllenwyr sut i ddylunio cyflenwad pŵer eu hunain. Bydd yr erthygl ddwy ran hon yn cychwyn o'r dechrau ac yn esbonio pob cam angenrheidiol i adeiladu cyflenwad pŵer analog sylfaenol. Bydd y dyluniad yn canolbwyntio ar y rheolydd tair terfynell hollbresennol ac yn cynnwys nifer o welliannau i'r dyluniad sylfaenol.

Mae bob amser yn bwysig cofio bod gan y cyflenwad pŵer - naill ai ar gyfer cynnyrch penodol neu fel darn cyffredinol o offer profi - y potensial i drydanu'r defnyddiwr, cynnau tân, neu ddinistrio'r ddyfais y mae'n ei bweru. Yn amlwg, nid yw’r rhain yn bethau da. Am y rheswm hwnnw, mae'n hanfodol mynd at y dyluniad hwn yn geidwadol. Darparwch ddigon o ymyl ar gyfer cydrannau. Mae cyflenwad pŵer wedi'i ddylunio'n dda yn un nad yw byth yn sylwi arno.

TRAWSNEWID PŴER MEWNBWN

Mae Ffigur 1 yn dangos y dyluniad sylfaenol ar gyfer cyflenwad pŵer analog nodweddiadol. Mae'n cynnwys tair prif gydran: trosi pŵer mewnbwn a chyflyru; cywiro a hidlo; a rheoleiddio. Mae'r trawsnewid pŵer mewnbwn fel arfer yn drawsnewidydd pŵer a dyma'r unig ddull a ystyrir yma. Fodd bynnag, mae un neu ddau o bwyntiau sy’n bwysig i’w crybwyll.

FFIGUR 1. Mae cyflenwad pŵer analog sylfaenol yn cynnwys tair rhan. Trafodir y ddau gyntaf yn yr erthygl hon a'r olaf yn y rhandaliad nesaf.

---

Y cyntaf yw bod 117 VAC (Volts Alternating Current) yn fesuriad RMS (Root Mean Square) mewn gwirionedd. (Sylwer fy mod wedi gweld pŵer cartref cyffredin a nodir yn unrhyw le o 110 VAC i 125 VAC. Mesurais fy un i a darganfod ei fod yn union 120.0 VAC.) Mae mesuriad RMS o don sin yn llawer is na'r foltedd brig gwirioneddol ac mae'n cynrychioli y foltedd DC cyfatebol (Cerrynt Uniongyrchol) sydd ei angen i ddarparu'r un pŵer.

mae trosiad RMS yn amrywio yn ôl siâp y don; ar gyfer ton sin, y gwerth yw 1.414. Mae hyn yn golygu bod y gwyriad o gwmpas sero folt mewn gwirionedd yn 169.7 folt (ar gyfer fy mhŵer 120 VAC). Mae'r pŵer yn mynd o -169.7 folt i +169.7 folt bob cylchred. Felly, y foltedd brig-i-brig mewn gwirionedd yw 339.4 folt!

Daw'r foltedd hwn yn arbennig o bwysig wrth ychwanegu cynwysyddion dargyfeiriol at y prif linellau pŵer i atal sŵn rhag mynd i mewn neu adael y cyflenwad pŵer (sefyllfa gyffredin). Os ydych chi'n meddwl bod y foltedd gwirioneddol yn 120 folt, gallwch ddefnyddio cynwysyddion 150 folt. Fel y gwelwch, nid yw hyn yn gywir. Y foltedd gweithio diogel lleiafswm absoliwt ar gyfer eich cynwysyddion yw 200 folt (mae 250 folt yn well). Peidiwch ag anghofio, os ydych chi'n disgwyl gweld sŵn / pigau ar y llinell, mae angen i chi ychwanegu'r foltedd sŵn / pigyn hwnnw at y foltedd brig.

Mae'r amledd mewnbwn yn gyffredinol 60 Hz yn UDA. Yn Ewrop, mae 50 Hz yn gyffredin. Yn gyffredinol, bydd trawsnewidyddion sydd â sgôr o 60 Hz yn perfformio'n dda ar 50 Hz ac i'r gwrthwyneb. Yn ogystal, mae sefydlogrwydd amledd y llinell bŵer fel arfer yn rhagorol ac anaml yn ystyriaeth. O bryd i'w gilydd, efallai y byddwch yn dod o hyd i drawsnewidyddion 400 Hz ar gael. Dyfeisiau milwrol neu awyrennol yw'r rhain fel arfer ac yn gyffredinol nid ydynt yn addas i'w defnyddio ar bŵer 50/60 Hz (neu i'r gwrthwyneb).

Mae allbwn y newidydd hefyd wedi'i nodi fel foltedd RMS. Yn ogystal, y foltedd a bennir yw'r foltedd isaf a ddisgwylir o dan lwyth llawn. Yn aml, mae tua 10% o gynnydd yn yr allbwn graddedig heb unrhyw lwyth. (Mae fy nhrawsnewidydd 25.2 folt/dau-amp yn mesur 28.6 folt heb unrhyw lwyth.) Mae hyn yn golygu mai 25.2 folt yw'r foltedd allbwn dim llwyth/uchafbwynt ar gyfer fy nhrawsnewidydd 40.4 folt! Fel y gallwch weld, mae bob amser yn bwysig cofio bod y folteddau RMS graddedig ar gyfer pŵer AC yn sylweddol is na'r folteddau brig gwirioneddol.

Mae Ffigur 2 yn darparu dyluniad trosi a chyflyru pŵer mewnbwn nodweddiadol. Mae'n well gen i ddefnyddio switsh polyn dwbl er nad yw'n gwbl angenrheidiol. Mae'n amddiffyn rhag allfeydd trydan wedi'u camweirio (sy'n brin heddiw) neu lidiau pŵer wedi'u camweirio yn y cyflenwad pŵer ei hun (llawer mwy cyffredin). Mae'n hanfodol, pan fydd y switsh pŵer i ffwrdd, bod y plwm poeth yn cael ei ddatgysylltu o'r cyflenwad pŵer.

FFIGUR 2. Mae'r cyflyru mewnbwn yn eithaf sylfaenol, ond rhaid cofio nad yw'r foltedd RMS yr un peth â'r foltedd brig. Mae'r foltedd brig o 120 VAC RMS tua 170 folt.

---

Mae angen y ffiws (neu'r torrwr cylched). Ei brif bwrpas yw atal tanau oherwydd hebddo, bydd newidydd neu gylched cynradd yn fyr yn caniatáu i gerrynt enfawr lifo gan achosi i rannau metel fynd yn goch neu hyd yn oed gwyn yn boeth. Fel arfer mae'n fath o ergyd araf sydd â sgôr o 250 folt. Dylai'r raddfa gyfredol fod tua dwbl yr hyn y gall y trawsnewidydd ddisgwyl ei dynnu.

Er enghraifft, bydd y newidydd dau amp 25.2 folt a grybwyllir uchod yn tynnu tua 0.42 amp o gerrynt cynradd (25.2 folt / 120 folt x dau amp). Felly, mae ffiws un amp yn rhesymol. Bydd ffiws yn yr uwchradd yn cael ei drafod yn yr erthygl nesaf.

Mae'r cynwysyddion ffordd osgoi yn helpu i hidlo sŵn ac maent yn ddewisol. Gan fod y foltedd brig tua 170 folt, mae sgôr 250 folt yn well na sgôr ymylol o 200 folt. Efallai y byddwch am ddefnyddio “hidlydd mynediad pŵer.” Mae llawer o fathau o'r unedau hyn. Mae rhai yn cynnwys cysylltydd pŵer safonol, switsh, deiliad ffiws, a hidlydd mewn un pecyn bach. Efallai mai dim ond rhai o'r cydrannau hyn sydd gan eraill. Yn nodweddiadol, mae'r rhai sydd â phopeth yn weddol ddrud, ond fel arfer gellir dod o hyd i unedau dros ben am brisiau rhesymol iawn.

Mae gallu penderfynu a yw'r gylched gynradd yn cael ei bweru yn bwysig er mwyn defnyddio golau peilot. Dangosir dwy gylched nodweddiadol. Mae'r lamp neon wedi'i ddefnyddio ers degawdau. Mae'n syml ac yn rhad. Mae ganddo'r anfanteision ei fod braidd yn fregus (yn cael ei wneud o wydr); yn gallu crynu os yw'r gwrthydd yn rhy fawr; a gall gynhyrchu rhywfaint o sŵn trydanol mewn gwirionedd (oherwydd chwalfa ïonig sydyn y nwy neon).

Mae angen gwrthydd cyfyngu cerrynt ar y gylched LED hefyd. Ar 10,000 hms, darperir tua 12 mA o gerrynt. Mae'r rhan fwyaf o LEDs yn cael eu graddio ar gyfer uchafswm cerrynt o 20 mA, felly mae 12 mA yn rhesymol. (Gall LEDs effeithlonrwydd uchel weithio'n foddhaol gyda dim ond 1 neu 2 mA, felly gellir cynyddu'r gwrthydd yn ôl yr angen.)

Sylwch fod gan LEDs folteddau dadelfennu gwrthdro gwael iawn (10 i 20 folt fel arfer). Am y rheswm hwnnw, mae angen ail ddeuod. Rhaid i hwn allu gweithredu gydag o leiaf 170 folt o PIV (Foltedd Gwrthdro Uchaf). Mae'r 1N4003 safonol wedi'i raddio ar 200 PIV nad yw'n darparu llawer o ymyl. Mae'r 1N4004 wedi'i raddio ar 400 PIV ac efallai'n costio ceiniog yn fwy. Trwy ei osod mewn cyfres gyda'r LED, y PIV cyffredinol yw 400 ynghyd â'r PIV LED.

ADGYFODIAD A HIDLEUON

Mae Ffigurau 3, 4, a 5 yn dangos y cylchedau cywiro mwyaf nodweddiadol gyda'r tonffurf allbwn wedi'i arddangos uchod. (Ni ddangosir y cynhwysydd hidlo oherwydd trwy ei ychwanegu, mae'r tonffurf yn newid i rywbeth fel foltedd DC.) Mae'n ddefnyddiol archwilio'r tair cylched sylfaenol hyn i nodi eu cryfderau a'u gwendidau.

Mae Ffigur 3 yn dangos yr unionydd hanner ton sylfaenol. Yr unig nodwedd adbrynu o hyn yw ei fod yn syml iawn, gan ddefnyddio un cywirydd yn unig. Y nodwedd ddrwg yw ei fod yn defnyddio dim ond hanner y cylch pŵer gan wneud effeithlonrwydd damcaniaethol y gylched yn llai na 50% dim ond i ddechrau. Yn aml, dim ond 30% yn effeithlon yw cyflenwadau pŵer unionydd hanner ton. Gan fod trawsnewidyddion yn eitemau drud, mae'r aneffeithlonrwydd hwn yn gostus iawn. Yn ail, mae'r siâp tonnau yn anodd iawn i'w hidlo. Hanner yr amser does dim pŵer o gwbl yn dod o'r trawsnewidydd. Mae llyfnhau'r allbwn yn gofyn am werthoedd cynhwysedd uchel iawn. Anaml y caiff ei ddefnyddio ar gyfer cyflenwad pŵer analog.

FFIGUR 3. Mae'r gylched unionydd hanner ton yn syml ond mae'n cynhyrchu tonffurf allbwn gwael sy'n anodd iawn ei hidlo. Yn ogystal, mae hanner pŵer y trawsnewidydd yn cael ei wastraffu. (Sylwer bod y cynwysyddion hidlo yn cael eu hepgor er eglurder oherwydd eu bod yn newid y tonffurf.)

---

Mae peth diddorol a phwysig yn digwydd pan ychwanegir cynhwysydd ffilter at gylched unionydd hanner ton. Mae'r gwahaniaeth foltedd dim llwyth yn dyblu. Mae hyn oherwydd bod y cynhwysydd yn storio ynni o hanner cyntaf (rhan gadarnhaol) y cylchred. Pan fydd yr ail hanner yn digwydd, mae'r cynhwysydd yn dal y foltedd brig positif ac mae'r foltedd brig negyddol yn cael ei gymhwyso i'r derfynell arall gan achosi foltedd brig-i-brig llawn i'w weld gan y cynhwysydd a thrwy hynny, y deuod. Felly, ar gyfer trawsnewidydd 25.2 folt uchod, gall y foltedd brig gwirioneddol a welir gan y cydrannau hyn fod dros 80 folt!

Mae Ffigur 4 (cylched uchaf) yn enghraifft o gylched unionydd ton lawn/tap canol nodweddiadol. Pan ddefnyddir hwn, yn y rhan fwyaf o achosion, mae'n debyg na ddylai fod. Mae'n darparu allbwn braf sydd wedi'i unioni'n llawn. Mae hyn yn ei gwneud hi'n gymharol hawdd hidlo. Mae'n defnyddio dim ond dau unionydd, felly mae'n eithaf rhad. Fodd bynnag, nid yw'n fwy effeithlon na'r gylched hanner ton a gyflwynir uchod.

FFIGUR 4. Mae'r dyluniad ton lawn (top) yn cynhyrchu allbwn braf. Wrth ail-lunio'r gylched (gwaelod), gellir gweld mai dim ond dau unionydd hanner ton sydd wedi'u cysylltu â'i gilydd. Unwaith eto, mae hanner pŵer y trawsnewidydd yn cael ei wastraffu.

---

Gellir gweld hyn trwy ail-dynnu'r gylched gyda dau drawsnewidydd (Ffigur 4 gwaelod). Pan wneir hyn, daw'n amlwg mai dim ond dwy gylched hanner ton wedi'u cysylltu â'i gilydd yw'r don lawn mewn gwirionedd. Ni ddefnyddir hanner pob cylch pŵer trawsnewidydd. Felly, yr effeithlonrwydd damcaniaethol uchaf yw 50% gydag effeithlonrwydd gwirioneddol tua 30%.

Mae PIV y gylched yn hanner y gylched hanner ton oherwydd bod y foltedd mewnbwn i'r deuodau yn hanner allbwn y trawsnewidydd. Mae'r tap canol yn darparu hanner y foltedd i ddau ben dirwyniadau'r trawsnewidydd. Felly, ar gyfer yr enghraifft newidydd 25.2 folt, mae'r PIV yn 35.6 folt ynghyd â'r cynnydd dim llwyth sydd tua 10% yn fwy.

Mae Ffigur 5 yn cyflwyno cylched unionydd y bont a ddylai fod y dewis cyntaf yn gyffredinol. Mae'r allbwn wedi'i unioni'n llawn felly mae hidlo'n weddol hawdd. Yn bwysicaf oll, fodd bynnag, mae'n defnyddio dau hanner y cylch pŵer. Dyma'r dyluniad mwyaf effeithlon ac mae'n cael y gorau o'r trawsnewidydd drud. Mae ychwanegu dau ddeuod yn llawer rhatach na dyblu sgôr pŵer y trawsnewidydd (wedi'i fesur yn “Volt-Amps” neu VA).

FFIGUR 5. Mae'r dull unioni pont (top) yn darparu defnydd llawn o bŵer y trawsnewidydd a chyda chywiriad tonnau llawn. Yn ogystal, trwy newid y cyfeirnod daear (gwaelod), gellir cael cyflenwad pŵer foltedd deuol.

---

Yr unig anfantais i'r dyluniad hwn yw bod yn rhaid i'r pŵer basio trwy ddau ddeuod gyda gostyngiad mewn foltedd o ganlyniad o 1.4 folt yn lle 0.7 folt ar gyfer y dyluniadau eraill. Yn gyffredinol, dim ond pryder am gyflenwadau pŵer foltedd isel yw hyn lle mae'r 0.7 folt ychwanegol yn cynrychioli ffracsiwn sylweddol o'r allbwn. (Mewn achosion o'r fath, defnyddir cyflenwad pŵer newid fel arfer yn hytrach na'r naill gylchedau uchod.)

Gan fod dau ddeuod yn cael eu defnyddio ar gyfer pob hanner cylch, dim ond hanner foltedd y trawsnewidydd sy'n cael ei weld gan bob un. Mae hyn yn gwneud y PIV yn hafal i'r foltedd mewnbwn brig neu 1.414 gwaith y foltedd trawsnewidydd, sydd yr un fath â'r gylched ton lawn uchod.

Nodwedd braf iawn o unionydd y bont yw y gellir newid cyfeiriad y ddaear i greu foltedd allbwn cadarnhaol a negyddol. Dangosir hyn ar waelod Ffigur 5.

FFILDU

Daw bron yr holl hidlo ar gyfer cyflenwad pŵer analog o gynhwysydd hidlo. Mae'n bosibl defnyddio anwythydd mewn cyfres gyda'r allbwn, ond ar 60 Hz, rhaid i'r anwythyddion hyn fod yn eithaf mawr ac yn ddrud. Yn achlysurol, fe'u defnyddir ar gyfer cyflenwadau pŵer foltedd uchel lle mae cynwysyddion addas yn ddrud.

Mae'r fformiwla ar gyfer cyfrifo'r cynhwysydd hidlo (C) yn eithaf syml, ond mae angen i chi wybod y foltedd crychdonni brig-i-brig (V) derbyniol, amser hanner cylch (T), a'r cerrynt a dynnir (I). Y fformiwla yw C=I*T/V, lle mae C mewn microfaradau, I mewn miliampau, T mewn milieiliadau, a V mewn foltiau. Yr amser hanner cylch ar gyfer 60 Hz yw 8.3 milieiliad (cyfeirnod: Llawlyfr Radio Amatur 1997).

Mae'n amlwg o'r fformiwla bod y gofynion hidlo'n cynyddu ar gyfer cyflenwadau pŵer cerrynt uchel a/neu grychdonni isel, ond synnwyr cyffredin yn unig yw hyn. Enghraifft hawdd ei gofio yw bydd 3,000 microfarad fesul amper o gerrynt yn darparu tua thair folt o crychdonni. Gallwch weithio cymarebau amrywiol o'r enghraifft hon i roi amcangyfrifon rhesymol o'r hyn sydd ei angen arnoch yn weddol gyflym.

Un ystyriaeth bwysig yw ymchwydd y cerrynt ar y tro. Mae'r cynwysyddion ffilter yn gweithredu fel siorts marw nes iddynt gael eu gwefru. Po fwyaf yw'r cynwysyddion, y mwyaf fydd yr ymchwydd hwn. Po fwyaf yw'r trawsnewidydd, y mwyaf fydd yr ymchwydd. Ar gyfer y rhan fwyaf o gyflenwadau pŵer analog foltedd isel (<50 folt), mae ymwrthedd dirwyn y trawsnewidydd yn helpu rhywfaint. Mae gan y trawsnewidydd 25.2 folt/dau amp wrthiant eilaidd mesuredig o 0.6 ohm. Mae hyn yn cyfyngu ar yr uchafswm mewnlif i 42 amp. Yn ogystal, mae anwythiad y newidydd yn lleihau hyn rhywfaint. Fodd bynnag, mae ymchwydd mawr posibl ar hyn o bryd wrth droi ymlaen.

Y newyddion da yw bod gan unionwyr silicon modern alluoedd cerrynt ymchwydd enfawr yn aml. Mae'r teulu safonol o ddeuodau 1N400x fel arfer yn cael ei nodi gyda 30 amp o gerrynt ymchwydd. Gyda chylched pont, mae dau ddeuod yn cario hwn, felly'r achos gwaethaf yw 21 amp yr un sy'n is na'r fanyleb 30 amp (gan dybio bod cerrynt yn cael ei rannu'n gyfartal, ac nid yw hynny'n wir bob amser). Mae hon yn enghraifft eithafol. Yn gyffredinol, defnyddir ffactor o tua 10, yn lle 21.

Serch hynny, nid yw'r ymchwydd presennol hwn yn rhywbeth i'w anwybyddu. Gall gwario ychydig cents yn fwy i ddefnyddio pont tri-amp yn lle pont un mwyhad fod yn arian sydd wedi'i wario'n dda.

DYLUNIAD YMARFEROL

Gallwn nawr roi’r rheolau a’r egwyddorion hyn ar waith a dechrau dylunio cyflenwad pŵer sylfaenol. Byddwn yn defnyddio'r newidydd 25.2 folt fel craidd y dyluniad. Gellir gweld Ffigur 6 fel cyfansawdd o'r ffigurau blaenorol ond gyda gwerthoedd rhan ymarferol wedi'u hychwanegu. Mae ail olau peilot yn yr uwchradd yn nodi ei statws. Mae hefyd yn dangos a oes tâl ar y cynhwysydd. Gyda gwerth mor fawr, mae hon yn ystyriaeth ddiogelwch bwysig. (Sylwer, gan mai signal DC yw hwn, nid oes angen deuod foltedd gwrthdro 1N4004.)

FFIGUR 6. Dyluniad terfynol y cyflenwad pŵer gyda manylebau rhannau ymarferol. Mae rheoleiddio'r pŵer yn cael ei drafod yn yr erthygl nesaf.

---

Gall fod yn rhatach defnyddio dau gynhwysydd llai ochr yn ochr ag un mawr. Rhaid i'r foltedd gweithio ar gyfer y cynhwysydd fod o leiaf 63 folt; Nid yw 50 folt yn ddigon o ymyl ar gyfer y brig 40 folt. Dim ond 50% o ymyl y mae uned 25 folt yn ei ddarparu. Gall hyn fod yn iawn ar gyfer cais nad yw'n hanfodol, ond os bydd y cynhwysydd yn methu yma, gall y canlyniadau fod yn drychinebus. Mae cynhwysydd 63 folt yn darparu tua 60% o ymyl tra bod dyfais 100 folt yn rhoi ymyl o 150%. Ar gyfer cyflenwadau pŵer, y rheol gyffredinol yw ymyliad rhwng 50% a 100% ar gyfer yr unionwyr a'r cynwysyddion. (Dylai'r crychdonni fod tua dwy folt, fel y dangosir.)

Rhaid i unionydd y bont allu trin yr ymchwydd cerrynt cychwynnol uchel, felly mae'n werth gwario dime neu ddau ychwanegol i wella dibynadwyedd. Sylwch fod y bont wedi'i nodi gan yr hyn y gall y newidydd ei gyflenwi yn hytrach na'r hyn y mae'r cyflenwad pŵer wedi'i nodi ar ei gyfer yn y pen draw. Gwneir hyn rhag ofn y bydd allbwn yn fyr. Mewn achos o'r fath, bydd cerrynt llawn y newidydd yn cael ei basio trwy'r deuodau. Cofiwch, mae methiant cyflenwad pŵer yn beth drwg. Felly, dyluniwch ef i fod yn gadarn.

CASGLIAD

Mae manylion yn ystyriaeth bwysig wrth ddylunio cyflenwad pŵer. Mae nodi'r gwahaniaeth rhwng foltedd RMS a foltedd brig yn hollbwysig wrth bennu'r folteddau gweithio cywir ar gyfer y cyflenwad. Yn ogystal, mae'r cerrynt ymchwydd cychwynnol yn rhywbeth na ellir ei anwybyddu.

Yn Rhan 2, byddwn yn cwblhau'r prosiect hwn drwy ychwanegu rheolydd tri therfynell. Byddwn yn dylunio cyflenwad pŵer foltedd addasadwy, pwrpas cyffredinol, cyfyngedig ar hyn o bryd, gyda diffodd o bell. Yn ogystal, gellir cymhwyso'r egwyddorion a ddefnyddir ar gyfer y dyluniad hwn i unrhyw ddyluniad cyflenwad pŵer. 

Gadewch neges 

Rhestr negeseuon