Cómo hacer un suministro dual + -12V desde un SMPS de 24V

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Estoy tratando de alimentar un transmisor de celda de carga hecho en casa usando un SMPS único de 24 V Necesito hacer +12, 0 y -12 voltios que sean capaces de 50mA. Deseo alimentar múltiples canales de opamps y puentes.

No tengo mucho presupuesto y disponibilidad de componentes en India.

Tengo una idea para usar 1 LM7812 y 1 LM7912 reguladores de voltaje lineal (negativo) y una configuración de divisor de voltaje para hacer esto según el circuito a continuación.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

¿Funcionaría esto? Lo he modificado a partir de las sugerencias y artículos en otros lugares.

Alguien me sugirió otro circuito, pero estoy preocupado por las capacidades actuales del opamp.

esquemático

simular este circuito

¿Funcionaría esto? En caso afirmativo, sugiera un amplificador operacional adecuado.

¿Hay alguna otra técnica que haga el trabajo económicamente?

operational-amplifier voltage-regulator voltage-divider 24v virtual-ground Ohbhatt
fuente
Piense en lo que sucederá si tiene cargas no coincidentes entre los rieles.
winny
@winny Eso es lo que me preocupa.
Ohbhatt el
¿Cuánta corriente necesitas? He hecho un artilugio para un circuito de audio para evitar el recorte desigual usando un divisor opaco e incluso como el suyo, pero el transistor + la resistencia están almacenados en la salida. Se desperdicia mucha energía y hay soluciones más fáciles. En su caso, elegiría dos convertidores de modo de conmutación o uno aislado.
winny
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Usted menciona que necesita poder suministrar 50 mA de corriente. Pero supongo que esto se debe principalmente a los rieles +12 y -12 (p. Ej., Alimentación de opamps de doble suministro). ¿Qué es exactamente lo que tiene que suministrar a través del riel 0V? Si el riel de 0V simplemente sirve como referencia y solo va a algunas entradas opacas o resistencias de alto valor, significa que sus necesidades actuales para el riel de 0V son mucho más bajas que 50 mA, y la solución # 2 es perfectamente válida.
tenue
Por cierto, farnell.in y mouser.in se envían en la India. Encontraría casi cualquier componente en estos (aunque un poco caro). Otra opción es ebay.com, pero se envían desde China y tienen tiempos de entrega bastante largos.
Tejas Kale

Respuestas:

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Tu primera idea no funcionará en absoluto.

Su segunda idea funcionará, pero muchos amplificadores operacionales no van a entregar más de unos pocos mA en su salida, lo que limita la corriente que su circuito puede extraer de la tierra virtual. Hay amplificadores de potencia OP disponibles que pueden entregar hasta unos pocos amperios, pero si no puede conseguir uno, puede usar un par de transistores PNP / NPN para aumentar la corriente de salida:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El amplificador operacional se encargará de estabilizar la salida para que coincida con el voltaje establecido por el divisor de voltaje de entrada. Sin embargo, tenga cuidado con las cargas capacitivas, como Spehro señaló en su respuesta.

Janka
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¿podría sugerirme un transistor adecuado para 50 o 100 mA?
Ohbhatt el
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Tienes que buscar los paquetes. Para 100mA, cada transistor tuvo que disipar 100mA * 12V = 1.2W, ese es el factor limitante. Los pequeños transistores de señal en paquetes TO-92 están típicamente limitados a 500mW. Hay excepciones como el par SS8050 / SS8550 de Fairchild que puede disipar 2W cada uno. Un par mucho más conservador (también mejor disponible) sería BD233 / BD234, BD235 / BD236 o BD237 / BD238. (Utilice transistores destinados a aplicaciones de audio, están clasificados para operación de región lineal, según sea necesario aquí.) Los transistores en paquetes TO220 son excesivos para su aplicación.
Janka
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El 2N2222 solo puede disipar 500mW, eso es bueno para 41mA @ 12V. El 2N2907 solo puede disipar 625mW, bueno para 52mA @ 12V. En general, los transistores que comienzan con BD son lo que desea (el prefijo 2N ... desafortunadamente no da pistas).
Janka
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@Ohbhatt Puede usar múltiples 2n2222 y 2n2907 en paralelo con pequeñas resistencias de emisor (2r2 o menos) para compartir la carga si no puede obtener piezas más grandes.
Colin
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Si. Pero tenga cuidado, sin un disipador térmico, el BD139 y el BD140 pueden disiparse solo hasta 1.25W. Una pequeña aleta en cada transistor mejora eso drásticamente.
Janka
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Sería mejor usar dos suministros de 12V, pero si insiste ...

# 1 no funcionará.

El n. ° 2 (dada la información muy limitada que ha proporcionado) puede requerir que el amplificador operacional se disipe hasta 600 mW y la estabilidad probablemente sea un problema con las cargas capacitivas. Hay chips divisores de riel dedicados que toman en serio la estabilidad, pero no son partes de jellybean y, por ejemplo, el TLE2426 no puede manejar la disipación o la corriente involucrada.

Sugiero algo más como esto (suponiendo que tenga energía de sobra en su suministro de 12V:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Utiliza un regulador de derivación TL431 omnipresente y lo potencia con un transistor de potencia PNP genérico.

La combinación es como una potencia de precisión zener. O simplemente use un zener como se muestra a continuación. Establecer Vo = 12V.

Luego usa este circuito:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Tenga en cuenta que si carga excesivamente GND a -V, el voltaje de + V a GND aumentará hasta 24V. Por lo general, eso es aceptable, pero tenga cuidado con la clasificación de voltaje del condensador, etc. Puede agregar un zener de mayor voltaje (digamos 14V) a través de R1 como medida preventiva. R1 se disipará menos de 1W, en condiciones normales, pero el zener podría disiparse hasta 1.3W si 50mA fluye de + V a GND y no hay una corriente correspondiente de GND a -V.

Podría usar dos zeners de 6.2V 1W en serie, por ejemplo. Mantenga los cables cortos, conéctelos a un área de PCB y manténgalos separados para que funcionen más fríos.

Spehro Pefhany
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Tengo que mantener un consumo mínimo de energía y no puedo permitirme ningún cambio en el voltaje. Gracias por la ayuda sin embargo.
Ohbhatt
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No usaría un enfoque regulador para generar el terreno virtual en absoluto: va a tener problemas para obtener o hundir las corrientes apropiadas.
ThreePhaseEel
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Dado su deseo de la menor potencia posible, y mi comprensión de que este problema común rara vez se aborda de esta manera. Se me ocurrió una solución de conmutación auto-oscilante solo por el gusto de hacerlo.

Al igual que con cualquier conmutador, se deben tener en cuenta las emisiones / ondulación de un solo tono (alrededor de 20 kHz con estos valores). Pero si hay una corriente de tierra significativa, dudo que pueda ser mucho más eficiente (un conmutador más formal con un oscilador separado puede hacerse más eficiente y podría usar un solo inductor, pero requeriría más partes).

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Básicamente es un oscilador de relajación que modula la corriente promedio a través de L1 para que oscile alrededor de la corriente de tierra requerida. M1 y M2 se encienden y apagan relativamente rápido (algunos condensadores de aceleración ayudarían con la eficiencia) y C12 proporciona una retroalimentación positiva para que el opamp / comparador se sature al cruzar el umbral (de lo contrario, la carga amortiguaría el oscilador y se convertiría en un regulador lineal en lugar).

L3, C10 y C11 están ahí para filtrar la ondulación y aislar la oscilación de la carga, a fin de evitar amortiguarla demasiado. C10 y C11 también cumplen una doble función como la capacitancia de entrada del regulador. El exceso de energía en L1 y L2 sería devuelto al riel requerido y almacenado en ellos. Los diodos de drenaje de fuente M1 y M2 son conductores en este diseño.

R3, R4, R5 y R6 se eligen para mantener M1 y M2 por debajo del umbral cuando no hay corriente de tierra. Desafortunadamente, esto también reduce la ganancia general del bucle del oscilador.

No he hecho un análisis muy cuidadoso de todas las implicaciones de este diseño (particularmente porque es auto oscilante), por lo que las consideraciones generales de estabilidad en los cambios de carga podrían ser un problema.

No creo que haya circuitos integrados para este tipo de configuración, lo que aumenta innecesariamente el recuento de piezas y las restricciones de diseño. Los únicos que conozco son los reguladores de voltaje de terminación de memoria DDR, pero están destinados a funcionar a voltajes muy bajos.

Edgar Brown
fuente
+1, esto es ingenioso. Pero creo que la razón por la que no es demasiado común es que los circuitos que necesitan tierra dividida son la mayoría de las veces para aplicaciones de audio y ciertamente escucharíamos el timbre.
Janka
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Es posible hacer un conmutador de 400kHz-1MHz. ¡No escucharías eso en absoluto! Y después de que todo el terreno es la referencia, serán los rieles los que se mueven ... Normalmente estoy lidiando con aplicaciones en las que incluso 1 µV de ruido en trazas de alta impedancia es un problema, utilizamos conmutadores por todo el lugar. Incluyendo la conducción de líneas de potencia analógicas variables que se ejecutan bajo esas trazas de alta impedancia. Todo lo que necesita es un buen filtrado, nuestros únicos problemas han surgido cuando los algoritmos de control del conmutador saltan latidos y producen componentes de baja frecuencia.
Edgar Brown
Sí, exactamente lo último era mi preocupación. Qué sucede cuando la corriente de tierra cambia de dirección.
Janka
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@ Janka En esta arquitectura, suponiendo que sea completamente estable, no sucederá nada de consecuencia. El exceso de corriente simplemente se dirigirá a través de un diodo MOSFET al riel que lo suministra. Idealmente cero desperdicio de energía.
Edgar Brown
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@ Janka Oh, y con respecto a los tonos, el problema solo sucedió cuando durante una modificación de diseño para una versión actualizada del producto alguien no prestó demasiada atención a un rastro e hizo un bucle largo con él, que interactuó con bucles en la parte superior -traza de impedancia. Incluso entonces, el ruido apenas superaba la detección en el rango de 2 µV. Lo arreglamos mejorando el algoritmo de control. En esta arquitectura, el conmutador nunca tiene que silenciarse, pequeños pulsos alternos en ambas direcciones pueden garantizarlo. Con este diseño que podría ser problemático de lograr, pero un oscilador separado solucionaría eso ...
Edgar Brown
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Los reguladores no funcionarán. Tiene cero deserción asignada y su impedancia de tierra es excesiva.

El amplificador operacional es una mejor opción, pero todo depende de la cantidad de corriente que tenga por tierra. Si la corriente es lo suficientemente baja, puede usar un divisor de resistencia con un par de condensadores en paralelo, si es alta necesitaría un amplificador operacional fuerte.

Tienes un par de opciones más:

  1. Puede usar dos zeners con resistencias en serie para reducir la impedancia de tierra
  2. Podría armar un seguidor de fuente AB de clase con algunas resistencias y dos transistores (básicamente lo que está haciendo el amplificador operacional pero con una mayor impedancia)
  3. Si su corriente de tierra tiene una dirección bien definida y consistente, puede usar un regulador de 12V positivo o negativo o incluso un transistor en uno de los rieles (asegurándose de colocar un diodo de derivación).

Pero independientemente de lo que haga, cualquier corriente de tierra dará como resultado un desperdicio de energía (a menos que descubra cómo diseñar un regulador de interruptor de tierra, por supuesto).

Edgar Brown
fuente
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Si su 24 V está bien regulado, puede usar un 7812 para crear un punto medio y llamarlo su riel de 0 voltios.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Esto solo funcionará si los 24 V son independientes de lo que esté alimentando, y según el comentario de Edgar Brown, los reguladores lineales positivos como el 7812 no pueden hundir la corriente.

Colin
fuente
Esa es una solución fantástica. No tengo que invertir en piezas caras. Pero todavía tengo que probar este circuito para verificar.
Ohbhatt
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Esto solo funcionará si su corriente de tierra es positiva (sale del regulador) Los reguladores normales no hunden la corriente.
Edgar Brown
Ese es un punto muy válido, gracias, @EdgarBrown, he editado la respuesta.
Colin
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@EdgarBrown En lugar de un confiable 7812, puede usar un regulador de conmutación integrado que generalmente tolerará la "corriente inversa", son un poco más de dinero, pero la misma implementación simple. He usado esto en un diseño, dado que en mi caso la mayor parte del sistema se estaba ejecutando en el riel de 24 V, con solo un pequeño subconjunto de componentes que se ejecutan desde el suelo virtual. En cualquier caso, esto se convierte en una cuestión de selección de componentes, y se pueden encontrar reguladores de conmutación 1/2 / 3A con capacidad de corriente bidireccional, el diseño es sólido, pero la lista de materiales puede ser difícil de encontrar o costosa.
crasic
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@ Ohhhatt No, eso no elimina ningún cambio. Imagine que conectara una resistencia entre + 12V y 0V, el regulador no manejaría eso porque la corriente intentaría entrar en el regulador. Pero una resistencia entre 0V y -12V estaría bien. Por eso depende del diseño de su circuito.
user253751
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Creo que NJM4556A funcionaría

puede extraer corriente de rieles negativos y positivos, pero hay una diferencia que no debe exceder la corriente de salida del amplificador OP.

Nota: no tengo experiencia, le sugiero que lea la siguiente publicación

EEVBLOG - mi-voltaje-negativo-rail-no funciona

Hasan Alattar
fuente
Eso es una buena idea. Me ocuparé de eso.
Ohbhatt el
1

Existen muchos métodos de bajo costo. Pero el método de cambio puede ayudarlo con un componente mínimo que esté disponible en todas partes.

puedes usar un convertidor flyback con un circuito mínimo:

Editado : El circuito principal: circuito mixto Ref: una combinación de dos enlaces ( http://uzzors2k.4hv.org/index.phppage=flybacktransformerdrivers , https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter- 6 )

Lista de componentes:

  • diodo Zener

  • 555 IC

  • Mosfet

  • Un toroide, el transformador se puede hacer con alambre y un núcleo toroidal

  • Diodo en salida

  • un condensador

  • alguna resistencia

  • algo de alambre

Beneficios:

  • puede generar cualquier voltaje en la salida incluso mayor que su primer voltaje

  • estos componentes están disponibles en todas partes

  • puedes generar cualquier voltaje incluso voltaje aislado

  • puedes aumentar tu poder cambiando el Mosfet y seleccionando un toroide más grande.

Las principales referencias:

http://uzzors2k.4hv.org/index.php?page=flybacktransformerdrivers ingrese la descripción de la imagen aquí

Además, necesita un diodo Zener para 12-15 voltios y un IC 555 (su bobina se alimenta con 24 voltios, pero para 555, debe generar una potencia de 12 voltios con un diodo Zener).

En la salida, necesita un diodo con un condensador. enlace: https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/chapter-6 ingrese la descripción de la imagen aquí

Es un rectificador de doble polaridad de onda completa que utiliza un transformador de derivación central y 4 diodos

M KS
fuente
¿Su versión editada elimina la conexión entre el voltaje Zener y el suministro?
Hasan alattar
@Hasanalattar No, el circuito principal (flyback de Eirik) funciona con 12-16 voltios. Agregué un Zener como regulador para este caso, para convertir 24V a 12V. Solo mezclo 3 circuitos. un regulador y bobina de retorno y salida para doble voltaje en salida.
M KS
lo que quise decir es que un cortocircuito en el circuito principal de 12-16 a 15-30 voltios del transformador !, y NE555 excede su VCC nominal
Hasan alattar