如何从 24V SMPS 制作双 +-12V 电源

电器工程 运算放大器 电压调节器 分压器 虚地 分供
2022-01-21 21:42:03

我正在尝试使用 24V 单 SMPS 为自制的称重传感器变送器供电。我需要制作能够达到 50mA 的 +12、0 和 -12 伏特。我希望为多个通道的运算放大器和电桥供电。

我在印度没有太多的预算和可用的组件。

我有一个想法,使用 1 个 LM7812 和 1 个 LM7912(负)线性稳压器和一个分压器设置来按照下面的电路执行此操作。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

这行得通吗?我已经根据其他地方的建议和文章对其进行了修改。

有人建议我另一种电路,但我担心运算放大器的当前功能。

示意图

模拟这个电路

这行得通吗?如果是,请推荐合适的运算放大器。

是否有任何其他技术可以经济地完成这项工作?

4个回答

你的第一个想法根本行不通。


你的第二个想法会奏效,但许多运算放大器的输出不会超过几毫安,这限制了你的电路可能从虚拟接地中汲取的电流。有可用的功率运算放大器可以提供高达几安培的电流,但如果您无法获得一个,您可以使用 PNP/NPN 晶体管对来增加输出电流:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

运算放大器将负责稳定输出,使其与输入分压器设置的电压相匹配。不过,正如 Spehro 在回答中指出的那样,请注意容性负载。

您最好使用两个 12V 电源,但如果您坚持...

#1 不会工作。

#2(鉴于您提供的信息非常有限)可能需要运算放大器消耗多达 600mW 的功率,稳定性可能是容性负载的问题。有专用的轨道分离器芯片,它们非常重视稳定性,但它们不是软糖部件,例如,TL​​E2426无法处理所涉及的耗散或电流。

我建议更像这样的东西(假设您的 12V 电源有备用电源:

在此处输入图像描述

这使用了一个无处不在的 TL431 并联稳压器,并使用通用 PNP 功率晶体管对其进行升压。

这种组合就像一个精密功率齐纳二极管。或者只使用如下齐纳二极管。设置 Vo = 12V。

然后使用这个电路:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

请注意,如果将 GND 过度加载到 -V,+V 到 GND 电压将增加到 24V。通常这是可以接受的,但要注意电容器额定电压等。作为预防措施,您可以在 R1 上添加更高电压的齐纳二极管(例如 14V)。在正常情况下,R1 的功耗小于 1W,但如果 50mA 从 +V 流向 GND,并且没有从 GND 到 -V 的相应电流,齐纳二极管的功耗可能高达 1.3W。

例如,您可以串联使用两个 6.2V 1W 齐纳二极管。保持引线短,将它们连接到一些 PCB 区域并将它们分开,以便它们运行更冷。

鉴于您希望尽可能降低功耗,并且我意识到这个常见问题很少以这种方式解决。我想出了一个自振荡开关解决方案只是为了好玩。

与任何切换器一样,必须考虑单音发射/纹波(这些值约为 20kHz)。但是,如果有任何显着的接地电流,我怀疑您是否可以提高效率(具有单独振荡器的更正式的开关可以变得更高效,并且可以使用单个电感器,但它需要更多部件)。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

它基本上是一个张弛振荡器,它调制通过 L1 的平均电流,使其围绕所需的接地电流振荡。M1 和 M2 相对较快地打开和关闭(一些加速电容器有助于提高效率),C12 提供正反馈,以便运算放大器/比较器在超过阈值时饱和(否则负载会抑制振荡器并成为线性稳压器反而)。

L3、C10 和 C11 用于过滤纹波并将振荡与负载隔离,以避免对其进行过多的阻尼。C10 和 C11 还兼作稳压器输入电容。L1 和 L2 中的多余能量将返回到所需的轨道并存储在其中。M1 和 M2 源漏二极管在此设计中导通。

选择 R3、R4、R5 和 R6 是为了在没有接地电流时将 M1 和 M2 保持在阈值以下。不幸的是,这也降低了振荡器环路的整体增益。

我没有对这种设计的所有影响进行非常仔细的分析(特别是因为它是自振荡的),因此负载变化的整体稳定性考虑可能是一个问题。

我认为这种配置没有 IC,这会不必要地增加零件数量和设计限制。我所知道的只有 DDR 内存终端电压调节器,但它们的目的是在非常低的电压下工作。

监管者不会工作。您为它们分配了零压差,并且您的接地阻抗过大。

运算放大器是一个更好的选择,但这完全取决于您通过地的电流量。如果电流足够低,您可以使用一个电阻分压器和几个并联的电容器,如果电流足够大,则需要一个大运算放大器。

您还有更多选择:

  1. 您可以使用两个带有串联电阻的齐纳二极管来降低接地阻抗
  2. 您可以将 AB 类源极跟随器与几个电阻器和两个晶体管组合在一起(基本上是运算放大器正在做的事情,但阻抗更高)
  3. 如果您的接地电流具有明确定义且一致的方向,您可以使用正或负 12V 稳压器,甚至可以在其中一个轨道上使用晶体管(确保放置一个旁路二极管)。

但无论您做什么,任何接地电流都会导致功率浪费(当然,除非您弄清楚如何设计接地开关稳压器)。