Come realizzare una doppia alimentazione + -12V da un SMPS 24V

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Sto cercando di alimentare un trasmettitore di celle di carico fatto in casa utilizzando un singolo SMPS da 24 V. Ho bisogno di fare +12, 0 e -12 Volt che sono in grado di 50mA. Vorrei alimentare più canali di opamp e ponti.

Non ho molto budget e disponibilità di componenti in India.

Ho un'idea di usare 1 LM7812 e 1 LM7912 (negativo) regolatori di tensione lineari e una configurazione del partitore di tensione per fare questo secondo il circuito sottostante.

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Funzionerebbe? L'ho modificato dai suggerimenti e dagli articoli altrove.

Qualcuno mi ha suggerito un altro circuito ma sono preoccupato per le attuali capacità dell'opamp.

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^{simula questo circuito}

Funzionerebbe? In caso affermativo, suggerire un amplificatore operazionale adatto.

Ci sono altre tecniche che farebbero il lavoro economicamente?

— Ohbhatt
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Pensa a cosa accadrà se hai carichi non corrispondenti tra i binari.

— Winny

@winny Questo è ciò di cui sono preoccupato.

— Ohbhatt,

Di quanta corrente hai bisogno? Ho fatto un tale aggeggio per un circuito audio per prevenire il clipping irregolare usando un opamp e persino un divisore come il tuo, ma transistor + resisor bufferato sull'uscita. Sprecato molto potere e ci sono soluzioni più facili. Nel tuo caso, sceglierei due convertitori switchmode o uno isolato.

— Winny

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Dici che devi essere in grado di fornire 50 mA di corrente. Ma suppongo che ciò avvenga principalmente attraverso le rotaie +12 e -12 (ad es. Alimentando opamp a doppia alimentazione). Cosa devi fornire esattamente attraverso la guida 0V? Se la rotaia 0 V serve semplicemente come riferimento e va solo ad alcuni ingressi opamp o resistori di alto valore, significa che le tue attuali esigenze per la rotaia 0 V sono molto inferiori a 50 mA e la soluzione n. 2 è perfettamente valida.

— dim

A proposito, sia farnell.in che mouser.in spediscono in India. Troverai praticamente qualsiasi componente su questi (anche se un po 'caro). Un'altra opzione è ebay.com, ma questi vengono spediti dalla Cina e hanno tempi di consegna piuttosto lunghi.

— Tejas Kale,

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La tua prima idea non funzionerà affatto.

La tua seconda idea funzionerà, ma molti OP-Amp non forniranno più di qualche mA sulla loro uscita, il che limita la corrente che il tuo circuito potrebbe trarre dalla terra virtuale. Sono disponibili amplificatori di potenza OP che possono fornire fino a pochi ampere, ma se non riesci a metterne le mani su uno, puoi utilizzare una coppia di transistor PNP / NPN per aumentare la corrente di uscita:

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L'amplificatore operazionale si occuperà di stabilizzare l'uscita in modo che corrisponda alla tensione impostata dal divisore di tensione in ingresso. Prenditi cura dei carichi capacitivi, come ha notato Spehro nella sua risposta.

— Janka
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puoi suggerire un transistor adatto per 50 o 100 mA.

— Ohbhatt,

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Devi cercare i pacchetti. Per 100 mA, ogni transistor ha dovuto dissipare 100 mA * 12 V = 1,2 W, questo è il fattore limitante. I transistor di segnale piccoli nei pacchetti TO-92 sono in genere limitati a 500mW. Ci sono eccezioni come la coppia SS8050 / SS8550 di Fairchild che può dissipare 2W ciascuna. Una coppia molto più conservativa (anche meglio disponibile) sarebbe BD233 / BD234, BD235 / BD236 o BD237 / BD238. (Utilizzare i transistor pensati per le applicazioni audio, sono classificati per il funzionamento della regione lineare, in base alle necessità qui.) I transistor nei pacchetti TO220 sono eccessivi per la propria applicazione.

— Janka,

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Il 2N2222 può dissipare solo 500mW, il che è buono per 41mA a 12V. Il 2N2907 può dissipare solo 625mW, buono per 52mA @ 12V. In generale, i transistor che iniziano con BD sono ciò che vuoi (il prefisso 2N… purtroppo non dà alcun suggerimento)

— Janka

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@Ohbhatt È possibile utilizzare più 2n2222 e 2n2907 in parallelo con resistori di emettitore piccoli (2r2 o giù di lì) per condividere il carico se non si riesce a procurarsi parti più grandi.

— Colin,

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Sì. Ma fai attenzione, senza un dissipatore di calore, BD139 e BD140 possono dissipare solo fino a 1,25 W. Una minuscola pinna su ciascun transistor lo migliora drasticamente.

— Janka,

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Faresti meglio a usare due alimentatori da 12 V, ma se insisti ...

# 1 non funzionerà.

# 2 (date le informazioni molto limitate fornite) potrebbe richiedere che l'amplificatore operazionale si dissipi fino a 600mW e la stabilità sarebbe probabilmente un problema con i carichi capacitivi. Esistono chip splitter per binari dedicati che prendono sul serio la stabilità ma non sono parti di jellybean e, ad esempio, il TLE2426 non è in grado di gestire la dissipazione o la corrente in questione.

Suggerisco qualcosa di più simile a questo (supponendo che tu abbia il potere di risparmiare sulla tua alimentazione 12V:

Questo utilizza un regolatore shunt TL431 onnipresente e lo aumenta con un transistor di potenza PNP generico.

La combinazione è come un power zener di precisione. O semplicemente usa uno zener come di seguito. Impostare Vo = 12V.

Quindi utilizzare questo circuito:

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Notare che se si carica eccessivamente il GND a -V la tensione da + V a GND aumenterà fino a 24V. Di solito è accettabile, ma fai attenzione alla tensione nominale del condensatore e così via. È possibile aggiungere uno zener di tensione superiore (diciamo 14 V) su R1 come misura preventiva. R1 dissiperà meno di 1 W, in condizioni normali, ma lo zener potrebbe dissipare fino a 1,3 W se 50 mA scorre da + V a GND e non c'è corrente corrispondente da GND a -V.

Ad esempio, è possibile utilizzare due zener da 6,2 V 1 W in serie. Mantenere i cavi corti, collegarli a un'area PCB e tenerli separati in modo che diventino più freddi.

— Spehro Pefhany
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Devo mantenere un consumo minimo di energia e non posso permettermi alcun cambiamento nella tensione. Grazie per l'aiuto però.

— Ohbhatt,

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Non userei affatto un approccio regolatore per generare il terreno virtuale - avremo problemi di approvvigionamento o di affondamento delle correnti appropriate.

— ThreePhaseEel

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Dato il tuo desiderio di potere più basso possibile, e la mia realizzazione che questo problema comune è raramente affrontato in questo modo. Mi è venuta in mente una soluzione di commutazione auto-oscillante solo per divertirmi.

Come con qualsiasi switcher, devono essere considerate le emissioni / ondulazioni a tono singolo (circa 20kHz con questi valori). Ma se c'è una significativa corrente di terra, dubito che tu possa essere molto più efficiente (un commutatore più formale con un oscillatore separato può essere reso più efficiente e potrebbe usare un singolo induttore, ma richiederebbe più parti).

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È fondamentalmente un oscillatore di rilassamento che modula la corrente media attraverso L1 in modo che oscilli intorno alla corrente di terra richiesta. M1 e M2 vengono accesi e spenti in modo relativamente rapido (alcuni condensatori di accelerazione aiuterebbero con efficienza) e C12 fornisce un feedback positivo in modo che l'opamp / comparatore si satura al superamento della soglia (altrimenti il carico smorza l'oscillatore e diventerebbe un regolatore lineare anziché).

L3, C10 e C11 sono lì per filtrare l'ondulazione e isolare l'oscillazione dal carico, in modo da evitare di inumidirlo troppo. C10 e C11 svolgono anche un doppio lavoro come capacità di ingresso del regolatore. L'energia in eccesso in L1 e L2 verrebbe restituita alla rotaia richiesta e immagazzinata in esse. I diodi di drenaggio della sorgente M1 e M2 stanno conducendo in questo progetto.

R3, R4, R5 e R6 sono scelti in modo da mantenere M1 e M2 sotto la soglia quando non c'è corrente di terra. Sfortunatamente ciò riduce anche il guadagno complessivo del loop dell'oscillatore.

Non ho fatto un'analisi molto attenta di tutte le implicazioni di questo progetto (in particolare perché è auto-oscillante), quindi le considerazioni generali sulla stabilità delle modifiche del carico potrebbero essere un problema.

Non penso che ci siano circuiti integrati per questo tipo di configurazione, che aumenta inutilmente il conteggio delle parti e i vincoli di progettazione. Le uniche che conosco sono i regolatori di tensione di terminazione della memoria DDR, ma quelli sono destinati a funzionare a tensioni molto basse.

— Edgar Brown
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+1, questo è geniale. Ma penso che la ragione per cui non è troppo comune sia i circuiti che necessitano di terra divisa siano la maggior parte delle volte per applicazioni audio e sentiremmo sicuramente il suono.

— Janka,

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È possibile realizzare uno switcher da 400kHz-1MHz. Non lo sentiresti affatto !! E dopo che tutto il terreno è il riferimento, saranno le rotaie che si muovono ... Di solito ho a che fare con applicazioni in cui anche 1 µV di rumore nelle tracce ad alta impedenza è un problema, usiamo switcher ovunque. Compreso il pilotaggio di linee elettriche analogiche variabili che corrono sotto quelle tracce ad alta impedenza. Tutto ciò di cui ha bisogno è un buon filtro, i nostri unici problemi sono sorti quando gli algoritmi di controllo dello switcher saltano e producono componenti a bassa frequenza.

— Edgar Brown,

Sì, esattamente quest'ultima era la mia preoccupazione. Cosa succede quando la corrente di terra cambia direzione.

— Janka,

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@Janka In questa architettura, supponendo che sia completamente stabile, non accadrà nulla di conseguenza. La corrente in eccesso sarà semplicemente diretta tramite un diodo MOSFET alla guida che la fornisce. Idealmente zero potenza residua.

— Edgar Brown,

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@Janka Oh, e per quanto riguarda i toni, il problema si è verificato solo quando durante una modifica del design per una versione aggiornata del prodotto qualcuno non ha prestato troppa attenzione a una traccia e ha fatto un lungo ciclo con esso, che interagiva con i loop in alto tracce di impedenza. Anche allora il rumore era appena al di sopra del rilevamento nell'intervallo di 2 µV. L'abbiamo risolto migliorando l'algoritmo di controllo. In questa architettura lo switcher non deve mai tacere, piccoli impulsi alternati in entrambe le direzioni possono garantire ciò. Con questo design che potrebbe essere problematico da raggiungere, ma un oscillatore separato lo risolverebbe ..

— Edgar Brown,

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I regolatori non funzioneranno. Hai a disposizione zero dropout e l'impedenza di terra è eccessiva.

L'amplificatore operazionale è un'opzione migliore, ma tutto dipende da quanta corrente hai attraversato il terreno. Se la corrente è abbastanza bassa, puoi semplicemente usare un divisore di resistenza con un paio di condensatori in parallelo, se è alto avresti bisogno di un potente amplificatore operazionale.

Hai un paio di opzioni in più:

È possibile utilizzare due zener con resistori in serie per ridurre l'impedenza di terra
Potresti mettere insieme un seguace di sorgente di classe AB con alcuni resistori e due transistor (sostanzialmente ciò che sta facendo l'amplificatore operazionale ma con impedenza maggiore)
Se la corrente di terra ha una direzione ben definita e coerente, è possibile utilizzare un regolatore 12V positivo o negativo o persino un transistor su una delle rotaie (assicurandosi di inserire un diodo di bypass).

Ma indipendentemente da ciò che fai, qualsiasi corrente di terra comporterà uno spreco di energia (a meno che tu non capisca come progettare un regolatore di commutazione del terreno, ovviamente).

— Edgar Brown
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Se il tuo 24 V è ben regolato, puoi semplicemente usare un 7812 per creare un punto medio e chiamare quel binario da 0 volt.

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Funzionerà solo se il 24 V è indipendente da qualsiasi cosa tu stia alimentando e, come dice il commento di Edgar Brown, i regolatori lineari positivi come il 7812 non possono assorbire corrente.

— Colin
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Questa è una soluzione fantastica. Non devo investire in parti costose. Ma devo ancora testare questo circuito per verificarlo.

— Ohbhatt,

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Funzionerà solo se la corrente di terra è positiva (esce dal regolatore) i regolatori normali non assorbono corrente.

— Edgar Brown,

Questo è un punto molto valido, grazie, @EdgarBrown, ho modificato la risposta.

— Colin,

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@EdgarBrown Invece di un fidato 7812puoi usare un regolatore di commutazione integrato che generalmente tollera la "corrente inversa", sono un po 'più di denaro, ma stessa semplice implementazione. L'ho usato in un progetto, garantito nel mio caso la maggior parte del sistema era in esecuzione sulla guida a 24 V, con solo un piccolo sottoinsieme di componenti che scendevano dal terreno virtuale. In ogni caso, questo diventa una questione di selezione dei componenti e i regolatori di commutazione 1/2 / 3A possono essere trovati con capacità di corrente bidirezionale, il design è solido, ma la distinta componenti può essere difficile da trovare o costosa.

— crasic

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@Ohbhatt No, ciò non elimina alcun cambiamento. Immagina se si collegasse un resistore tra + 12V e 0V, il regolatore non lo gestirà perché la corrente cercherebbe di entrare nel regolatore. Ma un resistore tra 0 V e -12 V andrebbe bene. Ecco perché dipende dalla progettazione del circuito.

— user253751

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Penso che NJM4556A funzionerebbe

è possibile assorbire corrente da binari negativi e positivi ma non c'è differenza per non superare la corrente di uscita dell'amplificatore operazionale.

Nota: non ho esperienza, ti consiglio di leggere il seguente post

EEVBLOG - my-negative-voltage-rail-non-funziona

— Hasan Alattar
fonte

Questa è una buona idea. Ci penserò io.

— Ohbhatt,

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Esistono molti metodi a basso costo. Ma il metodo di commutazione può aiutarti con un componente minimo disponibile ovunque.

puoi utilizzare un convertitore flyback con un circuito minimo:

A cura : il circuito principale: Rif: un mix di due collegamenti ( http://uzzors2k.4hv.org/index.phppage=flybacktransformerdrivers , https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter- 6 )

Elenco dei componenti:

Diodo Zener
555 IC
Mosfet
Un toroide, il trasformatore può essere realizzato con filo e un nucleo toroidale
Diodo in uscita
qualche condensatore
un po 'di resistenza
del filo

Benefici:

puoi generare qualsiasi tensione in uscita anche più grande della tua prima tensione
questi componenti sono disponibili ovunque
puoi generare qualsiasi tensione anche isolata
puoi aumentare il tuo potere cambiando il Mosfet e selezionando un toroide più grande.

I principali riferimenti:

http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page=flybacktransformerdrivers

Inoltre, è necessario un diodo Zener per 12-15 volt e un IC 555 (la bobina si alimenta con 24 Volt ma per 555, è necessario generare una potenza di 12 volt con un diodo Zener).

nell'uscita, è necessario un diodo con un condensatore. link: https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter-6

Raddrizzatore a onda intera a doppia polarità che utilizza un trasformatore con attacco centrale e 4 diodi

— M KS
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la tua versione modificata rimuove la connessione tra la tensione di zener e l'alimentazione?

— Hasan alattar,

@Hasanalattar No il circuito principale (flyback di Eirik) funziona con 12-16 volt. Ho aggiunto uno Zener come regolatore per questo caso, per convertire da 24V a 12V. Solo mescolo 3 circuiti. un regolatore e una bobina di ritorno e di uscita per doppia tensione in uscita.

— M KS,

quello che intendevo è che circuito principale cortocircuito 12-16 a 15-30 volt del trasformatore !, e NE555 supera la valutazione vcc

— Hasan alattar