Comment faire une alimentation double + -12V à partir d'un SMPS 24V

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J'essaie d'alimenter un émetteur de cellule de charge fait maison en utilisant un seul SMPS 24V. J'ai besoin de faire +12, 0 et -12 Volts capables de 50mA. Je souhaite alimenter plusieurs canaux d'opamps et de ponts.

Je n'ai pas beaucoup de budget et de disponibilité de composants en Inde.

J'ai une idée d'utiliser 1 régulateur de tension linéaire LM7812 et 1 régulateur LM7912 (négatif) et une configuration de diviseur de tension pour ce faire selon le circuit ci-dessous.

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Est-ce que cela fonctionnerait? Je l'ai modifié à partir des suggestions et des articles ailleurs.

Quelqu'un m'a suggéré un autre circuit mais je suis préoccupé par les capacités actuelles de l'ampli-op.

schématique

simuler ce circuit

Est-ce que cela fonctionnerait? Si oui, veuillez suggérer un ampli opérationnel approprié.

Y a-t-il d'autres techniques qui feraient le travail économiquement?

Ohbhatt
la source
Pensez à ce qui se passera si vous avez des charges incompatibles entre les rails.
winny
@winny C'est ce qui m'inquiète.
Ohbhatt
De combien de courant avez-vous besoin? J'ai fait un tel contrapment pour un circuit audio pour éviter un écrêtage inégal en utilisant un ampli-op et même un diviseur comme le vôtre, mais un transistor + une résistance tamponnée sur la sortie. Gaspillé beaucoup d'énergie et il existe des solutions plus faciles. Dans votre cas, je choisirais deux convertisseurs à découpage ou un isolé.
winny
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Vous mentionnez que vous devez être en mesure de fournir 50 mA de courant. Mais je suppose que cela se fait principalement via les rails +12 et -12 (par exemple, alimenter des amplificateurs opérationnels à double alimentation). Que devez-vous fournir exactement par le rail 0V? Si le rail 0V sert simplement de référence et ne va qu'à certaines entrées opamp ou résistances de grande valeur, cela signifie que vos besoins actuels pour le rail 0V sont bien inférieurs à 50mA, et la solution # 2 est parfaitement valable.
dim
Btw, farnell.in et mouser.in expédient en Inde. Vous trouverez à peu près n'importe quel composant sur ces derniers (quoique un peu cher). Une autre option est ebay.com, mais ceux-ci sont expédiés de Chine et ont des délais de livraison assez longs.
Tejas Kale

Réponses:

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Votre première idée ne fonctionnera pas du tout.


Votre deuxième idée fonctionnera, mais de nombreux amplificateurs opérationnels ne fourniront pas plus de quelques mA à leur sortie, ce qui limite le courant que votre circuit peut tirer de la terre virtuelle. Il existe des Power-OP-Amps qui peuvent fournir jusqu'à quelques ampères, mais si vous ne pouvez pas mettre la main sur un, vous pouvez utiliser une paire de transistors PNP / NPN pour augmenter le courant de sortie:

schematic

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

L'OP-Amp veillera à stabiliser la sortie afin qu'elle corresponde à la tension définie par le diviseur de tension d'entrée. Prenez soin des charges capacitives, comme Spehro l'a noté dans sa réponse.

Janka
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pouvez-vous s'il vous plaît suggérer un transistor adapté à 50 ou 100mA.
Ohbhatt
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Vous devez rechercher les packages. Pour 100mA, chaque transistor devait dissiper 100mA * 12V = 1.2W, c'est le facteur limitant. Les petits transistors de signaux dans des boîtiers TO-92 sont généralement limités à 500 mW. Il existe des exceptions comme la paire SS8050 / SS8550 de Fairchild qui peuvent dissiper 2W chacune. Une paire beaucoup plus conservatrice (également mieux disponible) serait BD233 / BD234, BD235 / BD236 ou BD237 / BD238. (Utilisez des transistors destinés aux applications audio, ils sont conçus pour un fonctionnement en région linéaire, selon les besoins ici.) Les transistors dans les boîtiers TO220 sont excessifs pour votre application.
Janka
1
Le 2N2222 ne peut dissiper que 500 mW, ce qui est bon pour 41mA @ 12V. Le 2N2907 ne peut dissiper que 625mW, bon pour 52mA @ 12V. En général, les transistors commençant par BD sont ce que vous voulez (le préfixe 2N… ne donne malheureusement aucun indice.)
Janka
1
@Ohbhatt Vous pouvez utiliser plusieurs 2n2222 et 2n2907 en parallèle avec de petites résistances d'émetteur (environ 2r2) pour partager la charge si vous ne pouvez pas vous procurer des pièces plus grandes.
Colin
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Oui. Mais attention, sans radiateur, les BD139 et BD140 ne peuvent se dissiper que jusqu'à 1,25W. Une minuscule ailette sur chaque transistor améliore considérablement cela.
Janka
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Vous feriez mieux d'utiliser deux alimentations 12V, mais si vous insistez ...

# 1 ne fonctionnera pas.

# 2 (compte tenu des informations très limitées que vous avez fournies) peut nécessiter que l'ampli-op se dissipe jusqu'à 600 mW et la stabilité serait probablement un problème avec les charges capacitives. Il existe des puces dédiées aux séparateurs de rails qui prennent la stabilité au sérieux, mais ce ne sont pas des pièces de bonbons et, par exemple, le TLE2426 ne peut pas gérer la dissipation ou le courant impliqué.

Je suggère quelque chose de plus comme ceci (en supposant que vous avez de l'énergie à revendre sur votre alimentation 12V:

enter image description here

Celui-ci utilise un régulateur shunt TL431 omniprésent et le booste avec un transistor de puissance PNP générique.

La combinaison est comme un zener de puissance de précision. Ou utilisez simplement un zener comme ci-dessous. Réglez Vo = 12V.

Utilisez ensuite ce circuit:

schematic

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Notez que si vous chargez excessivement le GND à -V, la tension + V à GND augmentera jusqu'à 24V. Habituellement, c'est acceptable, mais faites attention à la tension nominale des condensateurs, etc. Vous pouvez ajouter un zener de tension plus élevée (disons 14 V) à travers R1 à titre préventif. R1 dissipera moins de 1 W, dans des conditions normales, mais le zener pourrait dissiper jusqu'à 1,3 W si 50 mA circulent de + V à GND et qu'il n'y a pas de courant correspondant de GND à -V.

Vous pouvez utiliser deux zeners 6.2V 1W en série, par exemple. Gardez les fils courts, fixez-les à une zone de PCB et séparez-les pour qu'ils refroidissent.

Spehro Pefhany
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Je dois garder une consommation d'énergie minimale et je ne peux pas me permettre de modifier la tension. Merci pour l'aide en tout cas.
Ohbhatt
1
Je n'utiliserais pas du tout une approche de régulateur pour générer le sol virtuel - cela va avoir des problèmes soit de sourcing soit de descente de courants appropriés.
ThreePhaseEel
6

Étant donné votre désir de puissance aussi faible que possible, et ma prise de conscience que ce problème commun est rarement abordé de cette façon. Je suis venu avec une solution de commutation auto-oscillante juste pour le plaisir.

Comme pour tout commutateur, les émissions / ondulations à un seul ton doivent être prises en compte (environ 20 kHz avec ces valeurs). Mais s'il y a un courant de terre important, je doute que vous puissiez être beaucoup plus efficace (un commutateur plus formel avec un oscillateur séparé peut être rendu plus efficace et pourrait utiliser une seule inductance, mais cela nécessiterait plus de pièces).

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Il s'agit essentiellement d'un oscillateur de relaxation qui module le courant moyen à travers L1 afin qu'il oscille autour du courant de terre requis. M1 et M2 sont allumés et éteints relativement rapidement (certains condensateurs d'accélération aideraient à l'efficacité) et C12 fournit une rétroaction positive afin que l'ampli-op / comparateur sature en franchissant le seuil (sinon la charge amortirait l'oscillateur et deviendrait un régulateur linéaire au lieu).

L3, C10 et C11 sont là pour filtrer l'ondulation et pour isoler l'oscillation de la charge, afin d'éviter de trop l'amortir. C10 et C11 remplissent également la double fonction de capacité d'entrée du régulateur. L'énergie excédentaire dans L1 et L2 serait retournée au rail requis et stockée à l'intérieur. Les diodes source-drain M1 et M2 sont conductrices dans cette conception.

R3, R4, R5 et R6 sont choisis de manière à maintenir M1 et M2 sous le seuil lorsqu'il n'y a pas de courant de terre. Malheureusement, cela réduit également le gain global de la boucle de l'oscillateur.

Je n'ai pas fait une analyse très minutieuse de toutes les implications de cette conception (en particulier parce qu'elle est auto-oscillante), donc des considérations de stabilité globale sur les changements de charge peuvent être un problème.

Je ne pense pas qu'il existe des circuits intégrés pour ce type de configuration, ce qui augmente inutilement le nombre de pièces et les contraintes de conception. Les seuls que je connaisse sont les régulateurs de tension de terminaison de mémoire DDR, mais ceux-ci sont destinés à fonctionner à de très basses tensions.

Edgar Brown
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+1, c'est ingénieux. Mais je pense que la raison pour laquelle ce n'est pas trop courant est que les circuits qui ont besoin de terre partagée sont la plupart du temps pour les applications audio et nous entendrions certainement le carillon.
Janka
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Il est possible de créer un commutateur 400 kHz-1 MHz. Vous n'entendriez pas ça du tout !! Et après tout le sol est la référence, ce seront les rails qui bougent ... Je fais normalement affaire avec des applications dans lesquelles même 1µV de bruit dans les traces à haute impédance est un problème, nous utilisons des commutateurs partout. Y compris la conduite de lignes électriques analogiques variables qui fonctionnent sous ces traces à haute impédance. Tout ce dont il a besoin, c'est d'un bon filtrage, nos seuls problèmes sont survenus lorsque les algorithmes de contrôle du commutateur sautent et produisent des composants basse fréquence.
Edgar Brown
Oui, c'est précisément ce dernier qui me préoccupait. Que se passe-t-il lorsque le courant de terre change de direction.
Janka
1
@Janka Dans cette architecture, en supposant qu'elle soit entièrement stable, rien de grave ne se produira. L'excès de courant sera simplement dirigé via une diode MOSFET vers le rail qui l'alimente. Idéalement, puissance zéro déchet.
Edgar Brown
1
@Janka Oh, et en ce qui concerne les tons, le problème ne s'est produit que lorsque, lors d'une modification de conception d'une version mise à jour du produit, quelqu'un n'a pas prêté trop d'attention à une trace et a fait une longue boucle avec elle, qui interagissait avec des boucles dans le haut -des traces d'impédance. Même alors, le bruit était à peine supérieur à la détection dans la plage de 2 µV. Nous l'avons corrigé en améliorant l'algorithme de contrôle. Dans cette architecture, le commutateur n'a jamais à se taire, de petites impulsions alternées dans les deux sens peuvent garantir cela. Avec cette conception qui pourrait être problématique à réaliser, mais un oscillateur séparé réglerait cela ..
Edgar Brown
4

Les régulateurs ne fonctionneront pas. Vous n'avez aucun décrochage alloué et votre impédance de terre est excessive.

L'ampli op est une meilleure option, mais tout dépend de la quantité de courant traversant la terre. Si le courant est suffisamment faible, vous pouvez simplement utiliser un diviseur de résistance avec quelques condensateurs en parallèle, s'il est élevé, vous aurez besoin d'un ampli op lourd.

Vous avez encore quelques options:

  1. Vous pouvez utiliser deux zeners avec des résistances en série pour réduire l'impédance de terre
  2. Vous pouvez créer un suiveur de source de classe AB avec quelques résistances et deux transistors (essentiellement ce que fait l'ampli-op mais avec une impédance plus élevée)
  3. Si votre courant de terre a une direction bien définie et cohérente, vous pouvez utiliser un régulateur 12V positif ou négatif ou même un transistor sur l'un des rails (en veillant à mettre une diode de dérivation).

Mais peu importe ce que vous faites, tout courant de terre entraînera une perte de puissance (à moins que vous ne sachiez comment concevoir un régulateur de commutation de terre bien sûr).

Edgar Brown
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Si votre 24 V est bien réglé, vous pouvez simplement utiliser un 7812 pour créer un point médian et appeler cela votre rail 0 volt.

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Cela ne fonctionnera que si le 24 V est indépendant de tout ce que vous alimentez, et selon le commentaire d'Edgar Brown, les régulateurs linéaires positifs comme le 7812 ne peuvent pas absorber de courant.

Colin
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C'est une solution fantastique. Je n'ai pas à investir dans des pièces chères. Mais je dois encore tester ce circuit pour le vérifier.
Ohbhatt
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Cela ne fonctionnera que si votre courant de terre est positif (il sort du régulateur) les régulateurs normaux ne descendent pas de courant.
Edgar Brown
C'est un point très valable, merci, @EdgarBrown, j'ai édité la réponse.
Colin
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@EdgarBrown Au lieu d'un fidèle, 7812vous pouvez utiliser un régulateur de commutation intégré qui tolérera généralement le "courant inverse", ils sont un peu plus d'argent, mais la même mise en œuvre simple. Je l'ai utilisé dans une conception, accordée dans mon cas, la plupart du système fonctionnait sur le rail 24 V, avec seulement un petit sous-ensemble de composants fonctionnant sur le sol virtuel. Dans tous les cas, cela devient une question de sélection de composants, et les régulateurs de commutation 1/2 / 3A peuvent être trouvés avec une capacité de courant bidirectionnel, la conception est solide, mais la nomenclature peut être difficile à trouver ou coûteuse.
crasic
1
@Ohbhatt Non, cela n'élimine aucun changement. Imaginez que si vous connectiez une résistance entre + 12V et 0V, le régulateur ne gérerait pas cela car le courant tenterait d'entrer dans le régulateur. Mais une résistance entre 0V et -12V serait bien. C'est pourquoi cela dépend de la conception de votre circuit.
user253751
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Je pense que NJM4556A fonctionnerait

vous pouvez tirer du courant des rails négatifs et positifs mais il n'y a pas de différence pour ne pas dépasser le courant de sortie de l'ampli OP.

Remarque: je ne suis pas expérimenté, je vous suggère de lire le post suivant

EEVBLOG - ma-tension-négative-rail-ne fonctionne pas

Hasan alattar
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C'est une bonne idée. Je vais en parler.
Ohbhatt
1

Il existe de nombreuses méthodes à faible coût. Mais la méthode de commutation peut vous aider avec un composant minimum disponible partout.

vous pouvez utiliser un convertisseur flyback avec un circuit minimum:

Édité : Le circuit principal: circuit de mixage Réf: un mélange de deux liens ( http://uzzors2k.4hv.org/index.phppage=flybacktransformerdrivers , https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter- 6 )

Liste des composants:

  • Diode Zener

  • 555 IC

  • Mosfet

  • Un tore, le transformateur peut être réalisé avec du fil et un noyau toroïdal

  • Diode en sortie

  • un condensateur

  • une résistance

  • du fil

Avantages:

  • vous pouvez générer une tension de sortie encore plus grande que votre première tension

  • ces composants sont disponibles partout

  • vous pouvez générer n'importe quelle tension, même une tension isolée

  • vous pouvez augmenter votre puissance en changeant le Mosfet et en sélectionnant un plus grand tore.

Les principales références:

http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page=flybacktransformerdrivers entrez la description de l'image ici

De plus, vous avez besoin d'une diode Zener pour 12-15 volts et d'un circuit intégré 555 (votre bobine alimentée en 24 volts mais pour 555, vous devez générer une alimentation 12 volts avec une diode Zener).

dans la sortie, vous avez besoin d'une diode avec un condensateur. lien: https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter-6 entrez la description de l'image ici

Il s'agit d'un redresseur pleine onde à double polarité utilisant un transformateur à prise centrale et 4 diodes

M KS
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votre version modifiée supprime-t-elle la connexion entre la tension zener et l'alimentation?
Hasan alattar
@Hasanalattar Non, le circuit principal (le retour d'Eirik) fonctionne avec 12-16 volts. J'ai ajouté un Zener comme régulateur pour ce cas, pour convertir 24V en 12V. Je mélange juste 3 circuits. un régulateur et une bobine de retour et de sortie pour une double tension en sortie.
M KS
ce que je voulais dire, c'est que le circuit principal court-circuitant 12-16 à 15-30 volts du transformateur !, et ne555 dépasse son Vcc nominal
Hasan Alattar