1Regulated Power Supplies

Regulated Power supply คอ วงจรอเลคทรอนกสทสรางแรงดนกระแสตรงคงท โดยไมขนอยกบกระแสทจายใหกบโหลด, ไมขนกบอณหภม และไมขนกบความแปรผนตางๆในสายสงกระแสสลบ

เหตผลทเราไมนยมใช Unregulated Power Supply ในหลายๆการประยกตคอ 1. ความสามารถในการทำา Regulatation ตำา, โดยแรงดนเอาตพต จะเปลยนแปลงตามโหลดทตออย 2. แรงดนเอาตพตกระแตรงเปลยนแปลงตามแรงดนอนพตกระแสสลบ 3. แรงดนเอาตพตกระแสตรงเปลยนแปลงตามอณหภม โดยเฉพาะกบวงจรทใชอปกรณสารกงตวนำาเราสามารถทำา Regulator อยางงายๆโดยใช Zener Diode แตวาวธน จะทำาใหเกดขอจำากดอยทกระแส และกำาลงของตว Zener Diode

รปท 1

ในรปท 1 แสดงตวอยางของวงจร Regualted Power Suply ซงเปนวงจรแบบปอนกลบ โดยสามารถแกไขขอเสยทง 3 ประการของ Unregulated Power Supply ดงทกลาวไวขางบน และขอจำากดของ Zener Diode

2ทรานซสเตอร Q1 เรยกวา Pass Transistor หรอ Pass Element ทำาหนาทเปน Emitter Follower ใหอตราขยายประมาณ 1, เพราะฉะนนจะได Vo' = Vo R1,R2 ทำาหนาทเปน Feedback Network โดยปอน Vo กลบไปใหออปแอมป ดวยอตราสวน b = R2 / (R1+R2) จากการคำานวณเราจะได Vo' = Av * Vi = Av*(VR - (b*Vo)) = Vo Vo = VR*Av / (1+b*Av) ถา bAv >> 1 เราจะได Vo = VR/b ซงเปนคาคงทสำาหรบวงจรหนงๆ โดยเราสามารถปรบคาของ Vo ไดดวยการปรบคาของ b และมเงอนไขวา Vo ตองนอยกวา Unregulated Voltage Vdc

Monolithic Regulatorsถาเราตองการตอวงจรตามรปท 1 เราสามารถหาอปกรณตางๆตามทองตลาดไดดงน โดยอาจใชออปแอมป 741 หรอ LM301A เปน DIFFERENTIAL AMPLIFIER และใช LM103, LM199 หรอ ZENER DIODE เปน REFERENCE DIODE แทน BATTERY VR ดวยเทคโนโลยของ MICROELECTRONICS เราสามารถทจะรวมทกอยางใหอยใน IC ตวเดยวไดซงจะใหประสทธภาพทดกวา ในราคาทตำากวา และยงมความนาเชอถอกวาอกดวยซงเราเรยกไอซททำาหนาทเปนเรกเลเตอรวา เรกเลเตอรสำาเรจรป ( MONOLITHIC REGULATOR) ตวอยางของ MONOLITHIC REGULATOR ซงอยในรปของไอซ คอ NATIONAL SEMICONDUCTOR LM7800C SERIES ซงม 3 ขา และใหแรงดนบวกหรอแรงดนลบขนาดคงท โดยสามารถดตวอยางการใชงานไดจากรปท 2

3

ตวเกบประจ Ci ใชสำาหรบกำาจดผลกระทบของการเหนยวนำา ( INDUCTIVE EFFECT ) ทมอยในสายสง สวนตวเกบประจ Co ใชปรบปรงคณภาพของ Vo ใหดขน ( ปรบปรง TRANSIENT RESPONSE ) ในการใชงานเราไม

ตองปรบแตงอะไรเลย โดยแรงดนเอาตพตจะถกตงไวโดยผผลตตามมาตรฐานของอตสาหกรรมมคาตางๆ ไดแก 5,6,8,12,15,18,24 V เชน MC7824C ใหแรงดนเอาตพตขนาด 24 V เรกเลเตอรเหลานสามารถจายกระแสไดขนาด 1 A และยงมวงจรปองกนตางๆ เชน SHORT CIRCUIT

PROTECTION เอาไวจำากดกระแสสงสดทวงจรจะรบ , THERMAL SHUTDOWN , OUTPUT-TRANSISTOR SAFT-OPERATING-AREA PROTECTION ฯลฯตวอยางของ PARAMETER ของวงจรเหลานไดแก Sv = 3 * 10^-3 Ro = 30 mW St = 1 mV/ ำC

4

ตวอยางวงจรของ LM7800C แสดงไวในรปท 3 กรอบทแรงเงาในรปเทยบไดกบแรงดนเปรยบเทยบ VR ( REFERENCE VOLTAGE ) ในรปท 1 ตวตานทาน R1 และ R2 ในรปทำาหนาทเปน FEEDBACK NETWORK เหมอนกบในรปท 1 และคของ TRANSISTOR Q' และ Q'' เปน DALINGTON PAIR เปรยบเสมอน PASS ELEMENT Q1 ในรปท 1 วงจรปองกนจะแสดงอยในเสนหนก โดยใช R3,R4 และ Q2 ในการจำากดกระแส ( CURRENT LIMITTING ) , Q' และ Q'' ใชในการทำา SAFE-OPERATING-PROTECTION และ THERMAL OVERLOAD PROTECTION ในทองตลาด MONOLITHIC REGULATOR นมใหเลอกหลายประเภทตงแตแรงดนคงท กบปรบคาได, แรงดนบวก หรอแรงดนลบ, กระแสเอาตพตทสง ( > 1 A ), แรงดนเอาตพตสง ( > 24 V ) และมหนงหรอสองเอาตพต (+/-)

การใชงานไอซเรกเลเตอรตระกล 78XXไอซเรกเลเตอรตระกล 78XX มการใชงานหลากหลายสวนมากจะเหนไดตามวงจรจายไฟตางๆ เรามาทำาความรจกไอซตระกลนกนเพมเตมกนครบ Concept ของการ Regulator จะเสมอนกบมตวตานทานปรบคาไดตออนกรมกบวงจรและจะเปลยนแปลงคาไปเรอยๆเพอใหแรงดนทางดานเอาทพทคงทเสมอ ฉนนจะตองคำานงถงกำาลงงานทจะตกอยบนไอซเรกเลเตอรนดวยเพราะพลงงานทงหมดจะแปรเปนความรอนทจะเกดขนบนไอซเรกเลเตอร ยกตวอยางเชนใชไฟเลยง 10 V จายผานไอซเรกกเลเตอรโดยมไฟทางเอาทพทอยท 5 V ฉะนน ถาอปกรณทตอทางเอาทพทของไอซ

รปท 3

5เรกกเลเตอรใชกำาลงงาน 5 Watt ไอซเรกเลเตอรกจะมกำาลงไฟ 5 watts ตกอยบนไอซตวนดวย ไอซเรกกเลเตอรตระกล 78XX

เบอรไอซแรงดนเอาทพท

กระแสสงสด

แรงดนตำาสดทางดานอนพท

78L05 +5V 0.1A +7V78L12 +12V 0.1A +14.5V78L15 +15V 0.1A +17.5V

78M05 +5V 0.5A +7V78M12 +12V 0.5A +14.5V78M15 +15V 0.5A +17.5V

7805 +5V 1A +7V7806 +6V 1A +8V7808 +8V 1A +10.5V7812 +12V 1A +14.5V7815 +15V 1A +17.5V7824 +24V 1A +26V

78S05 +5V 2A +8V78S09 +9V 2A +12V78S12 +12V 2A +15V78S15 +15V 2A +18Vแรงดนไฟกระเพอม ถาทางดานอนพทของไอซมการตอกบตวเกบประจทมคามากพอกไมนาเปนหวงสำาหรบแรงดนทไดผานตวไอซ แตถามการกระเพรอมของสญญานมากๆกจะมผลเพราะไอซเรกเลทจะมจดทหยดทำางานเมอแรงดนอยทประมาณแรงดนเอาทพท + 2 V , แรงดนสงสดทไอซจะรบไดอยท 30V.ตำาแหนงขา 78xx ไอซ 78xx, 78Mxx, 78Sxx ตำาแหนงขาตางๆจะเปนไปตามรปดานลาง.

6การเลอกใชHeatsink มขนตอนการคำานวณตามดานลางนครบ

1.พลงงานความรอนทเกดขน (P)ตามสมการดานลาง......P คอพลงงานความรอนทเกดกบไอซ, Vs คอแรงดนทางดานอนพทของไอซ, Vr คอแรงดนเอาทพทของไอซ, I คอกระแสทออกจากเอาทพทของไอซ ตวอยางเชนไอซเรกกเลเตอร 5V จายกระแส 0.5A และแรงดนทางดานอนพทของไอซอยท 12V คาพลงงาความรอนทเกดขนกบไอซจะเทากบNote :(12 - 5) = 7V คอแรงดนทตกครามไอซเรกกเลเตอร

2.หาคาอณหภมสงสด (Tmax)สามารถหาคาไดจาก Datasheet ของไอซเบอรนนๆ. โดยทวไปแลวไอซเรกกเลเตอรตระกล 78xx , Tmax = 125C.

3.คาอณหภมของอากาศ (Tair)ถา heatsink อยนอกตวเครอง, Tair = 30C , แตถาอยในเครองจะใชท 40 ถง 50C)

4.หาคาสงสดของ thermal resistance สำาหรบ heatsink (Rth)ใชสมการดานลาง...

5. ใหใช Heatsink ทมคา Rth ตำากวาคาทคำานวนไว (คา Rth ของ Heatsink ยงตำายงด!) ในกรณนถาใช Heatsink ทมคาอยท 10C/W จะระบายกำาลงงาน 3.5W โดยจะทำาใหอณหภมสงขน 10 x 3.5 = 35C เมอบวกกบอณหภมของอากาศ 30C + 35C = 65C กยงไมถง 125C ซงเปนคาทไอซทนไดสงสด.

7ขยายกระแสให IC ตระกล 78xx

R = VBE / กระแสทตองการใหใหลผาน IC ยกตวอยางเชนตองการใหกระแสใหลผาน IC 7805 ท 300 mA R = 0.6/0.3 = 2 โอหม

ชดจายไฟเดมไมวาจะเปนแบบปรบคาได หรอ ปรบคาไมไดกสามารถ กสามารถดดแปลงเพมเตมอปกรณเขาไปอกเลกนอย อนไดแก ทรานซสเตอรและรซสเตอร แรงไฟจากชดจายไฟเดมม R เปนตวกำาหนด คาจดกระแสใหผานในปรมาณทพอเหมาะ โดยหาไดจาก R=Vbe/Ireg เมอ Vbe=0.6 v. และ Ireg คอกระแสทกำาหนดใหผาน Reg เมอกระแสไหลผาน R จะเกด Vdrop=0.6v. ทำาให ทรานซสเตอรนำากระแส ฉะนนกระแสสวนใหญทเหลอ จงไหลผานทรานซสเตอรออกไปรวมกบกระแสทออกจาก Regulator ทางเอาพท ออกไปใชงาน ซง Volt ทเอาพทมคาเทากบ แรงดนทออกจากตว Regulator นนเอง สมมต วาตองการให Regulator จายกระแสใหได 3A กำาหนดใหกระแสไหลผาน Regulator 300 mA ในสวนทเหลอใหไหลผาน ทรานซสเตอร โดยกำาหนดให Vbe=0.6 v. คา R ทใช คอ 0.6/0.3=2 โอหม สวนทรานซสเตอรกเลอกแบบททนกระแสไดมาก เบอร MJ 2955 อยาลมตดฮตซงคใหดวย สวนหมอแปลงเพาเวอรกตองเพมกระแสใหมากขน เพอใหจายกระแสมากขนตามไปดวย

8

แหลงจายไฟปรบคาได 1.25 - 40 โวลตจากวงจร ไฟ 220 โวลต จะไหลผานหมอแปลง และหมอแปลงจะทำาการลดแรงดน ทำาการเรคตฟายและทำาการฟลเตอร เพอใหไดแรงไฟเรยบ เปนแรงไฟตรงประมาณ 30 โวลต ปอนเขาทางอนพทของไอซ เพอทำาการควบคมแรงดนออกไป โดยม VR ตอทขา 1 ของ IC LM 317 ควบคม แรงดนทออกทางเอาพททขา 3 หลอด LED จะตดสวางขนเมอโหลดทำาการดงกระแสมาก อนเกดจากมการลดวงจรทางโหลด เมอหลอดนจะตดสวาง ใหปดเครอง แลวทำาการแกไขกอน IC LM317 เปนไอซทควบคมแรงดนไฟเอาพท ตงแต 1.25 - 40 โวลต โดย IC นมวงจรปองกนภายในตวมนเอง เมอใดกตามทมความรอนเกดเกนกำาหนด มนจะตดการทำางานตวมนเองอยางอตโนมต จนกวาอณหภมเทาเดม เนองจาก IC LM 317 มอยหลายแบบ การจายกระแสจะแตกตางกนไป ควรดความเหมาะสมวาจะเอาแบบใดไปใช ลกษณะตวถง Imax LM317K TO - 3 1.5 A , LM317T TO - 220 1.5 A , LM317H TO - 39 0.5 A

912 Volte Regulator เปนวงจรลดแรงดนจากไฟ 220v ใหเหลอ 12v เหมาะสำาหรบใชอปกรณวทย VR ตางๆ สำาหรบ transistor mj2955 และ Diode Bridge ควรตด heatsink เพอทำาใหทนตอการรบกระแสใหไดมากขน

12 V 30 A Power Supply

เพาเวอรซพพลาย 5V 3A

โดยปกต ไอซ เรกกเลเตอร เบอร 7805 จายกระแสสงสดไดไมเกน 1A แตสามารถเพมใหสงขนโดยใชทรานซสเตอร PNP 2955

10จากวงจร หากมกระแสไหลผานรซสเตอร คา 47 โอหม เกน 15 mA จะ

มผลทำาให MJ2955 ทำางานจายกระแสออกทางเอาพท เมอใดทเอาพทเกดชอต หรอ โหลดดงกระแสมากกวา 3 A จะเกดแรงดนตกครอมผาน รซสเตอร 0.18 โอหมมากพอทจะเปนไบอสใหทรานซสเตอร BD140 ทำางานทำาหนาท ปองกนกระแสเกน กจะเกดแรงดนตกครอม รซสเตอร 47 โอหม จะลดลงทำาให ทรานซสเตอร MJ2955 สวน BC557 เปนตวขบ LED ตดสวาง เมอเอาพทจายกระแสเกน สวน R5 เปนตวจำากดกระแสไหลผาน ไอซ 7805 โดยกระแสหลกจะผาน 7805 หนาทของ ไอซ 7805 คอควบคมไฟ เอาพทใหคงท ท 5 โวลต หากตองการกระแสเอาพทได 3 A เตมจะตองปอนแรงดนอนพทสงกวา 10 โวลต หากปอนตำากวากระแสจะจายไดเพยง 1A ทรานซสเตอร เบอร BD140 และ MJ2955 ควรตดแผนระบายความรอน

ไอซเรกกเลเตอรสามขาชนดจายแรงดนคงทไอซเรกกเลเตอรภายในประกอบดวยวงจรเรกกเลเตอรแบบอนกรม มขาตอใชงาน 3 ขา ประกอบดวยขา อนพท เอาทพท และกราวด ซงจะจายแรงดนคาใดคาหนงโดยเฉพาะ โดยรวมเอาสวนของวงจรปอนกลบทประกอบดวย R1

11และ R2 ดงรปท 3 เขาไวเปนสวนหนงของไอซ ซงจดนนเองทแตกตางไปจากไอซเรกกเลเตอรทปรบคาไดจดเดนของไอซเรกกเลเตอรคาคงทนคอ สามารถตอวงจรไดงายไมตองตออปกรณภายนอกเพมเตมมากนก ตวอยางวงจรการใชงาน ดงแสดงในรปท 4 ในการตอวงจรบางครงจำาเปนตองตอไอซเรกกเลเตอรหางจากแหลงจายไฟอนพทเกน 5 เซนตเมตร จงควรใสตวเกบประจอเลกทรอไลต ขนาดประมาณ 10 ไมโครฟารด สกตวไวดานอนพท เพอปองกนการเกดออสซลเลตทความถสง ซงจะทำาใหวงจรขาดเสถยรภาพ เอาทพททออกจากไอซเรกกเลเตอร จะไดแรงดนเอาทพททเรยบพอสมควรอยแลว แตอาจจะใสตวเกบประจทมคาประมาณ 100 ไมโครฟารด เพอชวยปรบปรงแรงดนใหเรยบขน ถงแมวาแรงดนไอซเรกกเลเตอรชนดนจะใหแรงดนเอาทพทคงท มเบอรใหเลอกแรงดนเอาทพทไดคงทหลายเบอรเชน 5 V, 5.2 V, 6V, 8V, 10V, 12V, 15V, 18V และ 24V กระแสเอาทพทตงแต 10 มลลแอมปถง 3 แอมป และมใหเลอกทงชนดเรกกเลเตอรไฟบวกและเรกกเลเตอรไฟลบ

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24