Fuente de alimentación multivoltaje regulada con un transformador de derivación central y un solo regulador/zener

Mi primera publicación aquí, disculpe de antemano si esta pregunta ya se ha tratado. Siendo un científico informático, mi conocimiento sobre electrónica es limitado, nunca tuve una educación formal, un par de cursos cuando era estudiante apenas me califican como ingeniero electrónico, así que perdóneme nuevamente si esta pregunta puede parecer básica (probablemente lo es) ).

Actualmente estoy diseñando una fuente de alimentación regulada simple con un transformador de derivación central (supongamos un secundario de 3.15V-0-3.15V @ 5A) y un regulador ÚNICO.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, teniendo un puente rectificador + tapas de filtro, supongo:

  1. Un lugar en la región de 4.4415V con respecto a GND
  2. B en algún lugar en la región de -4.4415V con respecto a GND

Ahora, supongamos que la aplicación requiere a) un voltaje específico de 6,3 V para alimentar filamentos de válvulas antiguas (CC, reguladas, CD) yb) 5 V para alimentar una MCU simple (EF) desde el mismo devanado del transformador.

Dado el esquema (suponga que un TO-220 7806 como regulador en un disipador de calor, 1n5817 schottky y un zener de 5.1V), obviamente, tiene que ser B = D = F, por lo tanto, asumo que todo está en -4.4415V, correcto ?

En mi caso, en realidad no hay necesidad de un voltaje negativo, ¿existe una forma económica/sencilla (sin introducir silicio adicional, el espacio de la PCB es un problema :-)) para elevar el riel negativo (B/D/F) a GND? sin dejar de ser capaz de proporcionar 6,3 V CC entre C y D (aparte de dejar caer el grifo central)?

Muchas gracias de antemano, saludos

EDITAR: números + descripción del caso concreto

EDITAR: Habiendo considerado las sugerencias publicadas (gracias a @fraxinus, @Marcus Müller por señalar que el voltaje de los transformadores es demasiado bajo para una regulación decente), se me ocurrió una actualización que espero sea suficiente para mi aplicación (ver imagen).

ingrese la descripción de la imagen aquí

D está conectado directamente con B y ya sabes qué es B.
En lugar de hablar sobre lo que hace el circuito, comience por el principio. ¿Qué quieres que haga el circuito? ¿Por qué cree que su circuito podría satisfacer sus requisitos?
¡Hola Nikolai! Bienvenido. Pequeño problema: WhatRoughBeast tiene razón, nos presenta una solución a algún problema, pero no ha declarado el problema que está tratando de resolver, por lo que realmente no podemos saber si a dónde va es sensato (lo sé). tengo mis dudas!).
@BrianDrummond Sí, tiene mucho sentido, muchas gracias
Lo siento por ser poco claro chicos. Por el bien de esta discusión, supongamos que necesito una fuente de alimentación que a) alimente una bombilla de dos terminales que requiera fe 15.3V yb) esté controlada por una MCU de 8 bits que requiera 5V :-). La única restricción es la configuración del transformador como se muestra (voltajes + derivación central conectada a tierra).
@NikolaiKim - Bienvenido :-) Cuando se le preguntó cuál era el propósito real del diseño de su PSU, dijo: " Por el bien de esta discusión, asumamos [...] "Nada personal, pero realmente no me gusta ese tipo de respuesta. Eso es porque implica que el verdadero propósito es algo más que se nos oculta. Demasiadas veces, he visto preguntas en las que se oculta el proyecto real , alguien usa su valioso tiempo para escribir una respuesta y luego resulta que la respuesta no es adecuada; aunque cumple con los requisitos establecidos , no cumple con un requisito previo. -requisito oculto = tiempo perdido :-(
Por ejemplo, usted dice "bombilla": no es habitual que una bombilla necesite un voltaje de CC en absoluto, y 15,3 V es un voltaje muy peculiar y, por lo general, las bombillas toleran bastante los rangos de voltaje. ¿Es esto realmente una bombilla? Si es así, ¿cuánta corriente consumirá (que se puede responder indicando su potencia)? Esto determinaría si su regulador es adecuado (supongo que no lo es, suponiendo que se trate de una bombilla de luz bastante potente).
@SamGibson Lo siento Sam, no hay secretos ocultos aquí. El propósito real es proporcionar una fuente de alimentación estabilizada/regulada (6,3 V CC) para una etapa de preamplificación en un amplificador de audio antiguo. Dado que también hay una MCU involucrada para controlar varios modos de canal, tiene sentido usar el devanado de 3.15-0-3.15 PT con toma central para proporcionar ambos. Eso es :-)
espera, ¿de dónde vienen los 6,3 V? ¡Eso es nuevo! ¿Y dónde se han ido los 15,3 V? ¿Estoy súper confundido ahora? ¿Puede editar su pregunta para definir realmente lo que quiere hacer y qué voltajes necesita? ¿No sigo tu lógica 3.15?
@MarcusMüller Bueno, lo siento chicos. De nuevo, mi primer post. Tal como dije, el regulador no es una preocupación (si desea conocer los números, TO-220 en un disipador de calor cae aprox. 2,5 V a 0,4 A en total :-)) Además, 15,3 V fue un ejemplo, sus 6,3 V CC en real para filamentos de válvulas de preamplificador
ok, esto no aclara nada. Edite su pregunta para indicar los requisitos reales . Y estoy totalmente en desacuerdo con "no es un problema"...
Y para ser honestos, ¿qué diferencia hace en este ejemplo, si 15.3V o 6.3V (simplemente cambie 7806 por 7815)? La pregunta no era "¿Es bueno este esquema?" pero si puedo asumir un potencial dado para un punto dado en un esquema dado :-(
@MarcusMüller Muy bien, lo haré :-). Lo siento por ser vago
realmente hace una gran diferencia, ya que uno funciona en una aplicación, el otro no en el mismo circuito. Estás haciendo suposiciones sobre la generalización de una solución que no son ciertas. "2 es un número primo, 3 es un número primo, entonces 4 también debe ser un número primo"

Respuestas (2)

¡Nooooooo!

  1. el transformador

¿Parece que es un transformador de calefacción de cátodo antiguo? 3,15 x 2 = 6,3 (la tensión de calefacción habitual). Excepto en casos bastante raros, puede alimentar los filamentos directamente (y los diseños más antiguos lo hacen). La mayoría de las lámparas son bastante tolerantes alrededor de +/- 10% más o menos.

  1. El rectificador y los capacitores

Estos 4,4415 V son más probablemente 4,0 si está utilizando diodos Shottky o 3,5-3,7 para los rectificadores de silicona habituales. Los diodos tienen un voltaje de caída directa, recuerde. Duplicado, parece 7.0-7.5V.

  1. El regulador 7806 Estos requieren al menos 2.5V y mejor 3.0-3.5V (teniendo en cuenta las pulsaciones) más voltaje de entrada que la salida, o se niegan a funcionar. No 6.3V para sus válvulas.

  2. Tampoco hay suficiente espacio para la resistencia y el regulador zener. La salida de 7806 será inferior a 5V aquí.

De lo contrario, resolviendo todo lo anterior, simplemente puede conectar a tierra el riel negativo en lugar de la derivación central del transformador.


Editar: cómo mejorar la situación

  1. Lámparas alimentadas directamente desde el transformador (los filamentos están bien con CA).
  2. Rectificador de diodo Shottky simple y capacitor simple. Obtendrá cerca de 8V en el condensador.
  3. O la misma resistencia + zener o un solo 7805 o 78L05 y aquí tienes 5V para la MCU.

La mitad de las piezas y todos los problemas resueltos.

Edición 2:

¿Hizo algo para regular la potencia del ánodo con respecto a las fluctuaciones de potencia? De lo contrario, el hecho de que la calefacción no sea absolutamente estable puede ser una preocupación mucho menor, ya que no estamos hablando de un tubo de rango de kW (estos son exigentes y pueden estropearse por una calefacción demasiado alta o demasiado baja). Hay otras dos cosas a considerar: hay cierta diafonía (capacitiva) entre el circuito de calefacción y el cátodo. El transformador de calefacción está conectado a tierra en el centro para que la diafonía se cancele automáticamente. ... o obtendrá un zumbido. Y en segundo lugar, también puede optar por el calentamiento de CC regulado, conectar a tierra su negativo y deshacerse de cualquier zumbido, pero tenga en cuenta que todos los tubos de calentamiento directo e incluso algunos indirectos envejecen más rápido cuando se calientan con CC (no estoy seguro si se aplica a 12AX7). Es por eso que si los alimenta con CC,

A fin de cuentas, quédese con la calefacción de CA.

Si necesita una conexión a tierra común entre la parte mcu y todo lo demás, está limitado a usar solo una de las patas del transformador de calefacción. En este caso, para obtener 5V, puede usar un multiplicador de voltaje. Obtendrá 7.5-8V con respecto a tierra. O dos multiplicadores, para mantener todo absolutamente simétrico.

Bien, gracias por tu percepción. Mi entendimiento fue que tener ca. 8V entre A y B (6,3 * 1,3 = 8, lo que representa una caja "cargada") es suficiente para que el 7806 se estabilice correctamente. Agregar un schottky 1N5817 daría un voltaje "lo suficientemente cercano" de ca. 6,3-6,5 V :-(
La tesis aquí es que este transformador está destinado a impulsar directamente su filamento, no se requieren diodos.
Sí, todo es cierto, tampoco tuvo en cuenta la caída de voltaje del puente de diodos. aficionado :-(
@NikolaiKim no te preocupes. Puede alimentar las lámparas directamente desde el transformador y usar 7805 para obtener 5V. Casi aquí. Agregaré algo a la respuesta.
@fraxinus Gracias nuevamente por la explicación detallada, muy útil y muy apreciada. Creo que me apegaré a una solución simple muy similar a la tuya. Deje caer el regulador, elimine la "tierra virtual" reemplazando la serie de tapas de filtro por 1 y use 1 diodo directo adicional para una caída de voltaje adicional. Aunque solo una pregunta. Si quisiera conservar el grifo central de los transformadores como GND, ¿puedo poner el riel BDF en GND también (suponiendo que la conexión de la tapa NO esté conectada a tierra)? Sé que puedo dejar este circuito sin GND, pero eso tampoco me parece muy claro.
@fraxinus Entonces, esencialmente el calentamiento de CC para 1 triodo (ya sea regulado o no) es IMPRESCINDIBLE. La derivación central del secundario del transformador se conserva preferiblemente (si los cables trenzados están patentados, me pregunto si esto también está patentado :-)).
¿Qué tipo de triodo es? Calentamiento directo? ¿O su voltaje de red varía más del 10% y desea que la calefacción sea estable?
@fraxinus Calentamiento de cátodo indirecto 12AX7, la red eléctrica varía considerablemente, pero sí, tiene razón, de hecho, no hay una necesidad seria de regulación. Voy a ceñirme a un esquema simple.
agregó un poco más
Gracias compañero, agradezco tu esfuerzo. La cuestión es que los músicos/técnicos profesionales son extremadamente exigentes con su equipo. Es como decirle a Miguel Ángel que cambie el cepillo. Un pequeño interruptor extra en una pieza vintage puede (podría) provocar una guerra :-).
Todos los tubos, excepto un triodo, se calientan con CA. La primera etapa del preamplificador es DC. Este es/fue un diseño industrial, y supongo que el paradigma es sólido. En cuanto a MCU, no hay necesidad de un término medio, MCU + periféricos pueden hacer referencia a +/- muy bien. Fue solo por las razones mencionadas de simetría de calentamiento del tubo. Dado eso, me limitaré al esquema actualizado anteriormente

Entonces, teniendo un puente rectificador + tapas de filtro, supongo:

  1. Un lugar en la región de 4.4415V con respecto a GND
  2. B en algún lugar en la región de -4.4415V con respecto a GND

No contaría con eso: lo único que garantiza eso es la simetría del acoplamiento capacitivo a través de las tapas polarizadas entre sus "puntos" A y B. Si hay más capacitores en la línea y no son simétricos (que es dado por el hecho de que su esquema no es simétrico, este no será el caso.

Tampoco parece importar para su aplicación, en absoluto: el voltaje de un filamento calentador no tiene que estar exactamente referenciado a GND; eso generalmente no hace ninguna diferencia (el voltaje de aceleración de un tubo es mucho mayor).

Ahora, supongamos que las aplicaciones requieren a) un voltaje específico de 6,3 V para alimentar filamentos de tubos antiguos (CC, regulados) yb) 5 V para alimentar una MCU simple desde el mismo devanado del transformador.

Esto requiere dos reguladores diferentes, en gran medida.

La MCU es la parte fácil: agregue un regulador lineal de 5 V con su voltaje de entrada definido entre A y B, y tendrá 5 V en relación con el potencial de B. Su microcontrolador casi no consume corriente, probablemente, por lo que el regulador no producirá mucho calor, será muy barato y seguirá siendo bastante estable.

Se convierte en un problema cuando la tierra de su MCU necesita tener referencia GND en lugar de referencia B. Entonces, su voltaje rectificado es simplemente demasiado bajo. La solución más fácil es probablemente reemplazar la MCU con algo moderno que solo necesite, por ejemplo, 3.3 V, o necesitará un convertidor elevador o una toma diferente en su transformador.

El filamento de su calentador, como se mencionó anteriormente, generalmente no tiene que estar relacionado con ningún potencial específico. También es perfectamente simétrico, y una carga óhmica: en lugar de un regulador de voltaje, una resistencia en serie (o un par de dos, la mitad del valor, si desea mantener la simetría) sería suficiente.

Muchas gracias por su respuesta. Con respecto a la referencia del filamento, sí, cierto, sin embargo, mi tema concreto es un amplificador que usa CC para calentar un triodo doble en su primera etapa de preamplificación. Y por algunas razones (probablemente simetría = zumbido audible) (nuevamente, solo soy un aficionado a EE :-)) se hace referencia al suministro de filamento (en un caso a través de un grifo central PT y en otro a través de dos resistencias. Lo sé, para un el simple propósito de "calentar": probablemente sea mejor dejar caer el grifo central por completo, sin embargo, me gustaría reproducir la idea original, de ahí la pregunta.