Стабилизатор тока и напряжения схема: Схемы стабилизаторов тока для светодиодов на транзисторах и микросхемах
Стабилизатор тока для светодиодов: виды, схемы, как сделать
Главным электрическим параметром светодиодов (LED) является их рабочий ток. Когда в таблице характеристик светодиода мы встречаем рабочее напряжение, то нужно понимать, что речь идет о падении напряжения на светодиоде при протекании рабочего тока. То есть рабочий ток определяет рабочее напряжение LED. Поэтому только стабилизатор тока для светодиодов может обеспечить их надежную работу.
Назначение и принцип работы
Стабилизаторы должны обеспечивать постоянный рабочий ток светодиодов когда в сети питания есть проблемы с отклонением напряжения от нормы (вам будет интересно узнать, как подключить светодиод от сети 220 вольт). Стабильный рабочий ток в первую очередь необходим для защиты LED от перегрева. Ведь при превышении максимально допустимого тока, светодиоды выходят из строя. Также стабильность рабочего тока обеспечивает постоянство светового потока прибора, например, при разряде аккумуляторных батарей или колебаниях напряжения в питающей сети.
Стабилизаторы тока для светодиодов имеют разные виды исполнения, а обилие вариантов схем исполнения радует глаз. На рисунке приведены три самые популярные схемы стабилизаторов на полупроводниках.
- Схема а) — Параметрический стабилизатор. В этой схеме стабилитрон задает постоянное напряжение на базе транзистора, который включен по схеме эмиттерного повторителя. Благодаря стабильности напряжения на базе транзистора, напряжение на резисторе R тоже постоянно. В силу закона Ома ток на резисторе также не меняется. Так как ток резистора равен току эмиттера, то стабильны токи эмиттера и коллектора транзистора. Включая нагрузку в цепь коллектора, мы получим стабилизированный ток.
- Схема б). В схеме, напряжение на резисторе R стабилизируется следующим образом. При увеличении падения напряжения на R, больше открывается первый транзистор. Это приводит к уменьшению тока базы второго транзистора. Второй транзистор немного закрывается и напряжение на R стабилизируется.
- Схема в). В третьей схеме ток стабилизации определяется начальным током полевого транзистора. Он не зависит от напряжения, приложенного между стоком и истоком.
В схемах а) и б) ток стабилизации определяется номиналом резистора R. Применяя вместо постоянного резистора подстрочный можно регулировать выходной ток стабилизаторов.
Производители электронных компонентов производят множество микросхем стабилизаторов для светодиодов. Поэтому в настоящее время в промышленных изделиях и в радиолюбительских конструкциях чаще применяются стабилизаторы в интегральном исполнении. Почитать про все возможные способы подключения светодиодов можно здесь.
Обзор известных моделей
Большинство микросхем для питания светодиодов выполнены в виде импульсных преобразователей напряжения. Преобразователи, в которых роль накопителя электрической энергии выполняет катушка индуктивности (дроссель) называются бустерами. В бустерах преобразование напряжения происходит за счет явления самоиндукции. Одна из типичных схем бустера приведена на рисунке.
Схема стабилизатора тока работает следующим образом. Транзисторный ключ находящийся внутри микросхемы периодически замыкает дроссель на общий провод. В момент размыкания ключа в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, которая выпрямляется диодом. Характерно то, что ЭДС самоиндукции может значительно превышать напряжение источника питания.
Как видно из схемы для изготовления бустера на TPS61160 производства фирмы Texas Instruments требуется совсем немного компонентов. Главными навесными деталями являются дроссель L1, диод Шоттки D1, выпрямляющий импульсное напряжение на выходе преобразователя, и Rset.
Резистор выполняет две функции. Во-первых, резистор ограничивает ток, протекающий через светодиоды, а во-вторых, резистор служит элементом обратной связи (своего рода датчиком). С него снимается измерительное напряжение, и внутренние схемы чипа стабилизируют ток, протекающий через LED, на заданном уровне.
Изменяя номинал резистора можно изменять ток светодиодов.
Преобразователь на TPS61160 работает на частоте 1.2 МГц, максимальный выходной ток может составлять 1.2 А. С помощью микросхемы можно питать до десяти светодиодов включенных последовательно. Яркость светодиодов можно изменять путем подачи на вход «контроль яркости» сигнала ШИМ переменной скважности. КПД приведенной схемы составляет около 80%.
Нужно заметить, что бустеры обычно используются, когда напряжение на светодиодах выше напряжения источника питания. В случаях, когда требуется понизить напряжение, чаще применяют линейные стабилизаторы. Целую линейку таких стабилизаторов MAX16xxx предлагает фирма MAXIM. Типовая схема включения и внутренняя структура подобных микросхем представлена на рисунке.
Как видно из структурной схемы, стабилизация тока светодиодов осуществляется Р-канальным полевым транзистором. Напряжение ошибки снимается с резистора Rsens и подается на схему управления полевиком. Так как полевой транзистор работает в линейном режиме, КПД подобных схем заметно ниже, чем у схем импульсных преобразователей.
Микросхемы линейки MAX16xxx часто применяются в автомобильных приложениях. Максимальное входное напряжение чипов составляет 40 В, выходной ток – 350 мА. Они, как и импульсные стабилизаторы, допускают ШИМ-диммирование.
Стабилизатор на LM317
В качестве стабилизатора тока для светодиодов можно использовать не только специализированные микросхемы. Большой популярностью у радиолюбителей пользуется схема LM317.
LM317 представляет собой классический линейный стабилизатор напряжения имеющий множество аналогов. В нашей стране эта микросхема известна как КР142ЕН12А. Типовая схема включения LM317 в качестве стабилизатора напряжения показана на рисунке.
Для превращения этой схемы в стабилизатор тока достаточно исключить из схемы резистор R1. Включение LM317 в качестве линейного стабилизатора тока выглядит следующим образом.
Выполнить расчет этого стабилизатора довольно просто. Достаточно вычислить номинал резистора R1, подставив значение тока в следующую формулу:
R1=1.25*I0.
Мощность, рассеиваемая на резисторе равна:
W=I2R1.
Регулируемый стабилизатор
Предыдущую схему легко превратить в регулируемый стабилизатор. Для этого нужно постоянный резистор R1 заменить на потенциометр. Схема будет выглядеть так:
Как сделать стабилизатор для светодиода своими руками
Во всех приведенных схемах стабилизаторов используется минимальное количество деталей. Поэтому самостоятельно собрать подобные конструкции сможет даже начинающий радиолюбитель освоивший навыки работы с паяльником. Особенно просты конструкции на LM317. Для их изготовления даже не нужно разрабатывать печатную плату. Достаточно припаять подходящий резистор между опорным выводом микросхемы и ее выходом.
Также к входу и выходу микросхемы нужно припаять два гибких проводника и конструкция будет готова. В случае, если с помощью стабилизатора тока на LM317 предполагается питать мощный светодиод, микросхему нужно оснастить радиатором который обеспечит отвод тепла. В качестве радиатора можно использовать небольшую алюминиевую пластинку площадью 15-20 квадратных сантиметров.
Изготавливая конструкции бустеров, в качестве дросселей можно использовать катушки фильтров различных блоков питания. Например, для этих целей хорошо подойдут ферритовые кольца от блоков питания компьютеров, на которые следует намотать несколько десятков витков эмалированного провода диаметром 0.3 мм.
Какой стабилизатор использовать в авто
Сейчас автолюбители часто занимаются модернизацией светотехники своих машин, применяя для этих целей светодиоды или светодиодные ленты (читайте, как подключить светодиодную ленту в авто). Известно, что напряжение бортовой сети автомобиля может сильно меняться в зависимости от режима работы двигателя и генератора. Поэтому в случае с авто особенно важно применять не стабилизатор 12 вольт, а рассчитанный на конкретный тип светодиодов.
Для автомобиля можно посоветовать конструкции на основе LM317. Также можно использовать одну из модификаций линейного стабилизатора на двух транзисторах, в которой в качестве силового элемента использован мощный N-канальный полевой транзистор. Ниже приведены варианты подобных схем, в том числе и схема светодиодного драйвера.
Вывод
Подводя итог можно сказать, что для надежной работы светодиодных конструкций их необходимо питать с помощью стабилизаторов тока. Многие схемы стабилизаторов просты и доступны для изготовления своими руками. Мы надеемся, что приведенные в материале сведения будут полезны всем, кто интересуется данной темой.
Стабилизатор тока на полевом транзисторе
В статье расскажу, как сделать простой стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе.
Описание задумки.
Задолго до разработки фонарика на ATtiny13 мне уже доводилось работать со сверх-яркими светодиодами. И что могу сказать. Редкий радиолюбитель жаждет чтобы светодиоды перегорали, как можно чаще! :). Особенно мощные и дорогие. Вот и мне этого не хотелось и решил взяться за разработку стабилизатора тока.
Немного теории.
Мне часто задают один и тот же вопрос, мол почему именно стабилизатор тока лучше для светодиодов, а не стабилизатор напряжения. Ответ простой, но он многим не нравиться. Постараюсь пояснить на вольт-амперной характеристики(ВАХ) SMD светодиода типоразмера 3528, рисунок 1.
Рисунок 1 – Вольт-амперная характеристика(ВАХ) SMD светодиода типоразмера 3528 при 25⁰С.
Ось У – ток через светодиод.
Ось Х – падение напряжения на светодиоде.
Теперь внимание! Заявленный производителем ток для данного светодиода равен 20мА. Смотрим на рисунок и видим, что ток 20 мА приблизительно соответствует напряжению на светодиоде 3,4В. Если поднять напряжение на светодиоде до 3,5В, а это всего лишь на 0,1В больше чем его типовое напряжение, то ток увеличиться до 50мА, а это в 2,5 раза больше чем его заявленный ток.
Теперь рассмотрим стабилизатор тока. Если стабилизировать ток 20мА, то увеличение тока на 3% даст результат – 20,6мА. Согласитесь, что это совсем другой результат и он куда лучше предыдущего!
Иногда мне пытаются доказать, что последовательное соединение светодиодов + стабилизатор напряжения лучше, чем параллельное + стабилизатор тока. Это, конечно, тема для отдельной статьи, но хочу тут немного пояснить, что параллельное соединение однозначно выигрывает.
Для примера возьмём пять светодиодов 20мА, 3,4В и соединим их последовательно и параллельно. При последовательном соединении если один светодиод перегорает и остаётся замкнутым, а такое бывает и часто, напряжение 17В(3,4В*5шт) делится между оставшимися четырьмя светодиодами в равных пропорциях (предположим что так). Получается, что падение напряжение на каждом светодиоде будет — 4,25В (17В/4шт). Ток при этом возрастает до неимоверных значений, а это приводит к последовательному перегоранию оставшихся светодиодов или части из них.
При параллельном соединении и стабилизации тока в 100мА(20мА*5шт) перегорание светодиода приведёт к увеличению тока на оставшихся всего на 5мА(20мА/4шт). Или по-другому: 100мА/4шт = 25мА – ток на каждом светодиоде. Разница очевидна! В этой статье не буду больше приводить плюсы и минусы каждого из решений, статья совсем о другом. Надеюсь пример был понятным. Мой личный выбор всегда на стороне параллельного соединения светодиодов и стабилизатора тока для них. Если и ваш тоже, то читайте дальше, как сделать несложный стабилизатор тока для светодиодов.
О схеме.
Принципиальная схема стабилизатора тока на полевом транзисторе показана на рисунке 2.
Рисунок 2.
Резистор R1 нужен для того чтобы транзистор VT2 открывался. Стабилитрон VD1 защищает затвор от перенапряжения, для транзистора P0903BDG максимальное напряжение затвор-сток – 20В.
Если у вас другой транзистор, то информацию на него смотрите в даташите. Параметр этот называется Gate-Source Voltage. Если напряжение питание значительно меньше максимального напряжения затвор-сток, то можно вообще стабилитрон не ставить. Резисторы R2-R6 выполняют роль шунта. На схему добавил их побольше чтобы можно было удобно подобрать нужный номинал.
Схема работает следующим образом. В начальный момент времени транзистор VT2 открыт, ток протекает через светодиоды и шунт из резисторов R2-R6, транзистор VT1 закрыт. При протекании тока через шунт на нём падает определённое напряжение и если оно равняется напряжению открытия транзистора VT1, то он открывается и «садит» затвор транзистора VT2 на минус питания, транзистор VT2 закрывается и ток через светодиоды и шунт начинает снижаться. При снижении тока через светодиоды будет снижаться падение напряжение и на шунте, как только напряжение станет меньше чем нужно для открытия транзистора VT1, он закроется и «освободит» затвор транзистора VT2. Транзистор VT2 снова откроется и ток устремиться к светодиодам и шунту. Дальше все повторяется по кругу.
Настройка.
Настройка схемы заключается в определении необходимого тока для светодиодов и подбору номиналов резисторов шунта. Приблизительно считаю, что падение напряжение на шунте должно быть около 0,5В. Этого напряжения достаточно для открытия транзистора VT1. Хотя по даташиту напряжение база-эмиттер для транзистора BC846 – 0,66В, для отечественных – 0,7В.
В качестве примера рассчитаю для вас номиналы резисторов шунта на ток 170мА.
Сопротивление шунта(Ом) = падение напряжение на шунте(В) / ток через шунт (А), получается: Сопротивление шунта = 0,5В / 0,17А = 2,94 Ом. Полученный результат округляю до 3 Ом. Из стандартного ряда можно взять два резистора номиналом 1 Ом и 2 Ом и впаять их на плату, как R2, R3. Резисторы R4-R6 при этом исключаются из схемы.
Дальше нужно проверить какой ток стабилизирует стабилизатор. Для проверки потребуется амперметр или миллиамперметр.
Прибор нужно подключить в разрыв любого из проводов питания, подать питающее напряжение, оно, кстати, должно быть больше чем типовое питание светодиодов. Лучше использовать источник питания с возможностью регулировки выходного напряжения. Подключаем, регулируем, смотрим.
В определённый момент времени ток через стабилизатор перестанет меняться – это и будет током стабилизации. Дальнейшее увеличение напряжения ничего не изменит, разве что добавит разогрев транзистора VT2. Нужно понимать, что всё избыточное напряжение будет выделяться на транзисторе VT2 в качестве тепла. Если ток стабилизации получился таким какой нужен значит подбор шунта закончен, если же ток отличается от нужного значения в большую сторону – увеличиваем сопротивление шунта, в меньшую – уменьшаем.
О печатной плате.
Печатную плату разрабатывал под SMD компоненты в программе P-CAD 2006. Размеры платы – 37×18мм, рисунок 3. Вы можете разработать свою печатную плату и прислать мне файл для размещения на сайте.
Рисунок 3.
О деталях.
Перечень деталей, необходимых для сборки стабилизатора тока, свёл в таблицу 1.
|
Позиционное обозначение |
Наименование |
Аналог/замена |
|
R1 |
Резистор 10к. |
SMD типоразмер 0805 |
|
R2-R6 |
Резисторы шунта. |
SMD типоразмер 1206 |
|
VD1 |
Стабилитрон 9,1В. |
Корпус SOD80 |
|
VT1 |
Транзистор биполярный BC846. |
Корпус SOT23. |
|
VT2 |
Транзистор полевой P0903BDG. Структура — n-канальный. |
Корпус DPAK |
Структура – n-p-n.Резюмирую. Во всех моих разработках со светодиодами обязательно есть стабилизатор тока. Он или простой, как в тот, что описан в статье или на операционном усилителе. Светодиоды обычно подключаю параллельно или последовательно-параллельно, всё зависит от конкретной задачи. В этой же статье рассказал, как сделать несложный стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе. Постарался объяснить, чем отличается стабилизатор напряжения от стабилизатора тока для светодиодов и что лучше. Надеюсь у меня получилось. Привёл принципиальную схему стабилизатора тока и печатную плату. Все файлы можно скачать с сайта. Приятных разработок!
Ну и фото напоследок.
BC846 datasheet.
P0903BDG datasheet.
Архив с проектом.
Стабилизатор тока на lm317, lm338, lm350 для светодиодов
В последнее время интерес к схемам стабилизаторов тока значительно вырос. И в первую очередь это связано с выходом на лидирующие позиции источников искусственного освещения на основе светодиодов, для которых жизненно важным моментом является именно стабильное питание по току. Наиболее простой, дешевый, но в то же время мощный и надежный токовый стабилизатор можно построить на базе одной из интегральных микросхем (ИМ): lm317, lm338 или lm350.
Datasheet по lm317, lm350, lm338
Прежде чем перейти непосредственно к схемам, рассмотрим особенности и технические характеристики вышеприведенных линейных интегральных стабилизаторов (ЛИС).
Все три ИМ имеют схожую архитектуру и разработаны с целью построения на их основе не сложных схем стабилизаторов тока или напряжения, в том числе применяемых и со светодиодами.
Различия между микросхемами кроются в технических параметрах, которые представлены в сравнительной таблице ниже.
| LM317 | LM350 | LM338 | |
|---|---|---|---|
| Диапазон значений регулируемого выходного напряжения | 1,2…37В | 1,2…33В | 1,2…33В |
| Максимальный показатель токовой нагрузки | 1,5А | 3А | 5А |
| Максимальное допустимое входное напряжение | 40В | 35В | 35В |
| Показатель возможной погрешности стабилизации | ~0,1% | ~0,1% | ~0,1% |
| Максимальная рассеиваемая мощность* | 15-20 Вт | 20-50 Вт | 25-50 Вт |
| Диапазон рабочих температур | 0° — 125°С | 0° — 125°С | 0° — 125°С |
| Datasheet | LM317.pdf | LM350.pdf | LM338.pdf |
* – зависит от производителя ИМ.
Во всех трех микросхемах присутствует встроенная защита от перегрева, перегрузки и возможного короткого замыкания.
Lm317, самая распространенная ИМ, имеет полный отечественный аналог — КР142ЕН12А.
Выпускаются интегральные стабилизаторы (ИС) в монолитном корпусе нескольких вариантов, самым распространенным является TO-220.
Микросхема имеет три вывода:- ADJUST. Вывод для задания (регулировки) выходного напряжения. В режиме стабилизации тока соединяется с плюсом выходного контакта.
- OUTPUT. Вывод с низким внутренним сопротивлением для формирования выходного напряжения.
- INPUT. Вывод для подачи напряжения питания.
Схемы и расчеты
Наибольшее применение ИС нашли в источниках питания светодиодов. Рассмотрим простейшую схему стабилизатора тока (драйвера), состоящую всего из двух компонентов: микросхемы и резистора.
На вход ИМ подается напряжение источника питания, управляющий контакт соединяется с выходным через резистор (R), а выходной контакт микросхемы подключается к аноду светодиода.
Если рассматривать самую популярную ИМ, Lm317t, то сопротивление резистора рассчитывают по формуле: R=1,25/I0 (1), где I0 – выходной ток стабилизатора, значение которого регламентируется паспортными данными на LM317 и должно быть в диапазоне 0,01-1,5 А. Отсюда следует, что сопротивление резистора может быть в диапазоне 0,8-120 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе, рассчитывается по формуле: PR=I02×R (2). Включение и расчеты ИМ lm350, lm338 полностью аналогичны.
Полученные расчетные данные для резистора округляют в большую сторону, согласно номинальному ряду.
Постоянные резисторы производятся с небольшим разбросом значения сопротивления, поэтому получить нужное значение выходного тока не всегда возможно. Для этой цели в схему устанавливается дополнительный подстроечный резистор соответствующей мощности.
Это немного увеличивает цену сборки стабилизатора, но гарантирует получение необходимого тока для питания светодиода. При стабилизации выходного тока более 20% от максимального значения, на микросхеме выделяется много тепла, поэтому ее необходимо снабдить радиатором.Онлайн калькулятор lm317, lm350 и lm338
Допустим, необходимо подключить мощный светодиод с током потребления 700 миллиампер. Согласно формуле (1) R=1,25/0,7= 1.786 Ом (ближайшее значение из ряда E2—1,8 Ом). Рассеиваемая мощность по формуле (2) будет составлять: 0.7×0.7×1.8 = 0,882 Ватт (ближайшее стандартное значение 1 Ватт).
На практике, для предотвращения нагрева, мощность рассеивания резистора лучше увеличить примерно на 30%, а в корпусе с низкой конвекцией на 50%.
Кроме множества плюсов, стабилизаторы для светодиодов на основе lm317, lm350 и lm338 имеют несколько значительных недостатков – это низкий КПД и необходимость отвода тепла от ИМ при стабилизации тока более 20% от максимального допустимого значения. Избежать этого недостатка поможет применение импульсного стабилизатора, например, на основе ИМ PT4115.
LM117, LM217, LM317 — регулируемый стабилизатор тока и напряжения. Схема включения, параметры, регулировка выходного напряжения.
- Домой
- Статьи
- Другие темы
- LM117, LM217, LM317 — регулируемый стабилизатор тока и напряжения. Схема включения, параметры, регулировка выходного напряжения.
Регулируемые трехвыводные стабилизаторы положительного напряжения LM117, LM217 и LM317 обеспечивают ток нагрузки на выходе более 1.5 А в интервале выходных напряжений от уровня 1.2 до 37 В. Эти простые и дешевые стабилизаторы очень удобны в применении им необходимо всего два внешних резистора для установки уровня выходного напряжения. Кроме того, нестабильность по напряжению и току нагрузки у стабилизаторов LM117/LM217 имеет лучшие показателями, чем у традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения. Достоинством ИС LM117 является также и то, что она выпускается в стандартном транзисторном корпусе, удобном для установки и монтажа.
Распиновка, цоколевка корпусов
Нажмите для увеличения изображения Нажмите для увеличения изображенияСтабилизаторы LM117К, LM217K, выпускаются в стандартном транзисторном корпусе ТО-3, в то время как ИС LM117H, LM217H, LM317H — в транзисторном корпусе ТО-39.
В дополнение к улучшенным, по сравнению с традиционными стабилизаторами, имеющими фиксированное значение выходного напряжения, технико-эксплуатационным показателям, стабилизаторы серии LM117 имеют все доступные для ИС средства защиты от перегрузки, включая схемы ограничения тока, защиты от перегрева и защита от выхода из области безопасной работы. Все средства защиты стабилизатора от перегрузки функционируют также и в случае, когда управляющий вывод ИС не подключен. Обычно стабилизаторы серии LM117 не требуют подключения дополнительных конденсаторов, за исключением ситуации, когда ИС стабилизатора установлена далеко от конденсатора фильтра исходного источника питания; в такой ситуации требуется входной конденсатор.
Необязательный выходной конденсатор позволяет улучшить стабилизацию на высоких частотах, а шунтирование конденсатором управляющего вывода ИС повышает значение коэффициента сглаживания пульсаций напряжения, что труднодостижимо в остальных известных трехвыводных стабилизаторах.
Кроме замены традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения, ИС LM117/LM217 удобны для работы во множестве иных применений. В силу того, что данный стабилизатор имеет «плавающие» относительно «земли» потенциалы выводов, им могут быть стабилизированы напряжения в несколько сотен вольт, при условии, что не будет превышен допустимый предел разности напряжений вход-выход.
Кроме того, ИС LM117/LM217 удобны при создании простых регулируемых импульсных стабилизаторов, стабилизаторов с программируемым выходным напряжением, либо для создания прецизионного стабилизатора тока простым включением постоянного резистора между управляющим и выходным выводами. При электронном отключении питания управляющий вывод подключается к земле, что задает выходное напряжение на уровне 1.2 В, при котором большинство нагрузок потребляет малый ток.
LM117 работает в температурном диапазоне -55…+ 15’С, LM217 — в температурном диапазоне -25…+15’С, a LM117 — в температурном диапазоне О…+125°С. LM117TH и LM117MP, предназначенные для работы в температурном диапазоне О…+125″С, выпускаются в пластмассовых корпусах ТО-220 и ТО-202, соответственно.
В областях применения, с выходным током в пределах 3 А и 5 А рекомендуются серии LM150 и LM138, соответственно (все необходимые справочные данные о стабилизаторах серий LM150 и LM138 можно найти в фирменных проспектах и справочниках).
Характеристики LM317 (в корпусе TO-220):
- Минимальное значение выходного напряжения — 1.2 В;
- Максимальное значение выходного напряжения — 37 В;
- Гарантированный выходной ток (нагрузки) — 1.5 А;
- Нестабильность по напряжению — 0.01%/В;
- Нестабильность по току нагрузки — 0. 1%;
- Коэффициент подавления напряжения пульсаций — 80 дБ;
- Уровень ограничения выходного тока не зависит от температуры;
- Тестирование каждого изделия на соответствие требованиям к электрическим характеристикам;/li>
- Снимается необходимость применения «подпорки» для обеспечения высоковольтного выходного напряжения;
- Стандартный трехвыводной транзисторный корпус;
1%;Схема включения
Стандартная схема включения LM117 (LM217, LM317).
Нажмите для увеличения изображенияСтабилизатор тока на LM117 (LM217, LM317) можно применять в схемах различных зарядных устройств для аккумуляторов или регулируемых блоков питания. Схема подключения для стабилизации тока показана ниже.
Нажмите для увеличения изображенияТиповая схема зарядного устройства со стабилизацией тока показана на рисунке ниже.
Нажмите для увеличения изображенияВ данной конструкции используется способ заряда постоянным током. Как видно из схемы LM317, ток заряда зависит от номинала сопротивления Rs. Величина этого резистора лежит в диапазоне от 0,1 Ом до 100 Ом, ток заряда при этом расчитывается по формуле.
Теги этой статьи
Близкие по теме статьи:
Один из китайских энтузиастов с форума ChipHell привёл результаты тестирования двух процессоров Intel будущей серии Rocket Lake-S — моделей Core i5-11600KF и Core i5-11400F. Оба чипа имеют по 6 ядер…
Читать полностьюГлавный архитектор графики Intel Раджа Кодури (Raja Koduri) поделился очередными новостями из тестовой лаборатории Intel. В настоящий момент там проходят испытания инженерных образцов будущей серии игровых…
Читать полностьюВ базе данных игрового теста Ashes of the Singularity появились результаты оценки производительности графического ускорителя Radeon RX 6700 XT. Видеокарта тестировалась при настройках Crazy в разрешениях…
Читать полностьюНужен стабилизатор тока? Используйте стабилизатор напряжения!
Добавлено 9 ноября 2020 в 03:11
Сохранить или поделиться
В данной статье показано, как линейные стабилизаторы напряжения могут быть полезны и в приложениях стабилизации тока.
Линейные стабилизаторы напряжения, также (несколько неточно) называемые LDO, являются одними из наиболее распространенных электронных компонентов. Например, LM7805 приобрел почти легендарный статус и непременно был бы включен в зал славы интегральных микросхем, если бы такой зал существовал. В примечании к применению от Texas Instruments хорошо сказано: микросхемы линейных стабилизаторов «настолько просты в использовании», что они настолько «надежны» и «недороги», что обычно являются одними из самых дешевых компонентов в проекте.
Действительно, линейные стабилизаторы удобны, эффективны и универсальны. И на самом деле они могут быть даже более универсальными, чем вы думаете. Схемы линейных стабилизаторов построены на использовании отрицательной обратной связи, как показано на следующей диаграмме, взятой из того же примечания к применению:
Рисунок 1 – Схема линейного стабилизатора напряженияОтрицательная обратная связь – очень полезная вещь, особенно в сочетании с источником фиксированного тока, как в случае со стабилизатором напряжения LT3085 от Linear Tech. На следующей диаграмме показана внутренняя структура этого устройства.
Рисунок 2 – Схема взята из технического описания LT3085В предыдущей статье (исследование преобразователя напряжения в ток) мы исследовали использование отрицательной обратной связи в преобразователях напряжения в ток, которые могут точно контролировать яркость светодиода. Если вы знакомы с этими методами, для вас не будет сюрпризом, что для получения стабилизированного тока мы можем использовать стабилизатор напряжения, такой как LT3085.
В данной статье мы рассмотрим простой светодиодный драйвер на базе LT3085.
Линейный стабилизатор против операционного усилителя
Прежде чем мы проанализируем саму схему, мы должны обсудить преимущества подхода с линейным стабилизатором для получения стабилизированного тока. Методы с операционным усилителем, представленные в предыдущих статьях, несомненно, эффективны, так зачем возиться с новым методом?
Вот некоторые моменты, которые следует учитывать:
- Большинство операционных усилителей не рассчитано на высокий выходной ток, поэтому схема на основе линейного стабилизатора позволяет избежать ограничений по выходному току типовых операционных усилителей.
- Микросхема стабилизатора имеют защиту от перегрева.
- Линейные стабилизаторы обеспечивают бо́льшую устойчивость к большим входным напряжениям и высокой рассеиваемой мощности.
- Возможно, вы сможете найти один компонент, который подойдет практически для всех ваших требований по стабилизации напряжения и получения тока. Моим наименее любимым аспектом проектирования схем/печатных плат является создание запасов новых компонентов, поэтому я стараюсь использовать детали, которые могут пригодиться для будущих проектов.
LT3085 как стабилизатор напряжения
Давайте вкратце рассмотрим работу стабилизации напряжения LT3085. Эта информация поможет нам понять реализацию источника тока.
Ниже типовая конфигурация стабилизатора напряжения:
Рисунок 3 – Схема взята из технического описания LT3085Источник тока (10 мкА) создает напряжение на Rнастр. Это напряжение появляется на неинвертирующем входе усилителя. Действие отрицательной обратной связи гарантирует, что напряжение на инвертирующем входе равно напряжению на неинвертирующем входе; другими словами, выходное напряжение равно напряжению на Rнастр. Выходной конденсатор необходим для обеспечения стабильности, а транзистор, подключенный к выходу усилителя, будет выглядеть очень знакомым, если вы читали мою статью «Как буферизовать выход операционного усилителя для получения более высокого тока».
От напряжения к току
Назначение стабилизатора напряжения – обеспечить неизменное выходное напряжение независимо от сопротивления нагрузки. Другими словами, идеальный стабилизатор будет выдавать напряжение, которое (например) равно 3,3 В при подключении к нагрузке 100 кОм и ровно 3,3 В при подключении к нагрузке 5 Ом. Что, конечно, меняется, так это ток нагрузки, который полностью определяется сопротивлением нагрузки (потому что напряжение на нагрузке не изменяется).
Что же произойдет, если мы дадим идеальному стабилизатору напряжения фиксированное сопротивление нагрузки? Если напряжение нагрузки не меняется и сопротивление нагрузки не меняется, и если закон Ома всё еще действует, то ток тоже не изменится.
Вуаля: источник тока.
На следующей диаграмме показано, как использовать LT3085 для решения задач, связанных с управлением светодиодами.
Рисунок 4 – Схема взята из технического описания LT3085Вот как это работает:
- Внутренний источник тока посылает 10 мкА через R1, генерируя напряжение, которое будет равно выходному напряжению (т.е. напряжению на R2).
- Это выходное напряжение постоянно (потому что сопротивление R1 и значение силы тока внутреннего источника тока постоянны).
- Это постоянное выходное напряжение будет создавать неизменный ток через R2, потому что сопротивление R2 постоянно.
- Инвертирующий вход усилителя не выдает ток, поэтому почти весь ток R2 идет от положительного источника питания через транзистор, подключенный к выходу усилителя. (Я говорю «почти», потому что ток эмиттера биполярного транзистора представляет собой сумму тока базы и тока коллектора, но ток базы намного меньше тока коллектора.)
- Светодиод включен последовательно с коллектором биполярного транзистора, и поэтому ток через светодиод фиксирован и (почти) равен току, протекающему через R2.
Ток через светодиод можно изменить, изменив значение R1 или R2; как показано в следующем уравнении, ток через светодиод – это просто значение силы тока внутреннего источника тока, умноженное на отношение R1 к R2.
\[I_{LED}=\frac{((10 \ мкА)\times R1)}{R2}=10 \ мкА \times \frac{R1}{R2}\]
Я бы назвал это довольно удобной схемой: процесс проектирования чрезвычайно прост, и требуется лишь несколько компонентов. Если вы замените один из резисторов потенциометром, результатом станет высокоточный светодиодный драйвер с регулируемым током с широким диапазоном входных напряжений и защитой от перегрева, который может обеспечивать ток до 500 мА.
И, конечно, эта схема не ограничивается светодиодами; вы могли бы так же легко использовать ее, скажем, с резистивным нагревательным элементом. Это позволит вам, несмотря на колебания напряжения питания, генерировать постоянное тепло (потому что P = I2R).
Заключение
Мы обсудили простой, но высокопроизводительный источник тока на базе микросхемы стабилизатора напряжения от Linear Tech. Я предполагаю, что аналогичные схемы на стабилизаторах доступны и у других производителей.
Мне нравится всегда включать моделирование SPICE в статьи, но в данном случае это казалось действительно ненужным. Однако прежде чем я написал статью, я проверил, что в LTspice действительно есть компонент LT3085 (в папке «[PowerProducts]«). Поэтому, если вы захотите исследовать эту схему дальше, то сможете легко это сделать.
Оригинал статьи:
Теги
LED / СветодиодLED драйвер / Светодиодный драйверЛинейный стабилизаторСтабилизатор напряженияСтабилизатор токаСтабилизация токаСхемотехникаСохранить или поделиться
Стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах: схема включения и регулировки
Для корректной функциональности многих электротехнических устройств необходимо поддержание определенных рабочих параметров сети питания. Выход напряжения за границы нормированного диапазона сопровождается ухудшением КПД. Импульсные помехи провоцируют сбои. Исправить ситуацию поможет стабилизатор тока на полевом транзисторе схема которого представлена в этой публикации.
Мощный блок питания на полевом транзисторе
Принцип стабилизации токаЦелевое назначение специальной схемы – регулирование источника питания в автоматическом режиме для поддержания стабильных параметров цепей нагрузки. Основной компонент – достаточно мощный полупроводниковый прибор, ограничитель силы тока на выходе блока питания.
Требования к управляющему элементуКритерии выбора можно сформулировать, если известны параметры силы тока (ампер). Однако даже без конкретного технического задания несложно перечислить базовые требования:
- ток в контрольной цепи поддерживается с определенной точностью;
- следует компенсировать перепады потребляемой мощности;
- корректирующие изменения должны выполняться достаточно быстро;
- для автоматической настройки оптимального режима и улучшения защиты от помех нужна организация обратной связи.
Для уточнения функциональности управляющего элемента необходимо отметить особенности типичной нагрузки. Интенсивность излучения светодиода, например, существенно зависит от температуры в процессе эксплуатации. Соответствующим образом изменяется мощность потребления. При увеличении тока уменьшается напряжение.
Важно! Если установить обратную связь (отрицательную), отмеченное изменение будет регулировать рабочий режим управляющего устройства. В частности, при увеличении напряжения между затвором и стоком полевого транзистора ток через исток уменьшается. Тем самым без иных дополнительных действий обеспечивается стабилизация выходных параметров источника.
Выбор схемы включенияНа практике применяют разные инженерные решения. В частности, для подключения светодиодных светильников производители предлагают импульсные источники питания. Эти устройства выполняют свои функции с помощью частотного преобразования и модуляции сигнала. Для управления ключом устанавливают микросхемы. Для дозированного накопления энергии используют дроссель.
Импульсный стабилизатор тока
Для упрощения в данной статье рассмотрена линейная стабилизация. Устройства, созданные по этой схеме, не создают сильные электромагнитные помехи. В этом – главное отличие от импульсных аналогов.
Работа стабилизаторов токаМинимальное количество функциональных элементов в схемах этой категории подразумевает разумную стоимость. При выборе такого варианта нетрудно изучить рабочие режимы, особенности настройки.
Особенности полевых структурВ радиотехнических приборах этого типа p-n переходы расположены особым образом. Для регулировки прохождения тока через центральный канал изменяются напряжение и соответствующее электромагнитное поле. Разницу потенциалов создают на стоке и затворе.
Принцип действия полевого и биполярного транзисторов
На рисунке показаны принципиальные отличия, по сравнению с биполярным транзистором.
При использовании полевой структуры управляющий ток отсутствует, а входное сопротивление становится значительно больше. При такой схеме прибор потребляет минимум энергии, но не способен обеспечить усиление сигнала. Впрочем, для решения обозначенной задачи (стабилизации) увеличивать напряжение не нужно.
В области между зонами р типа формируется канал. Для прохождения тока создается разница потенциалов «сток-исток». Управляют переходом изменением напряжения «затвор-исток» – Uзи.
Устройство и работа полевого транзистораДля изучения функциональности полевого транзистора можно рассмотреть две схемы подключения. В первом варианте соединяют исток и затвор проводником, выравнивая соответствующий потенциал: Uзи= 0. Повышением напряжения Uси (сток-исток) обеспечивают прохождение тока в рабочей зоне.
Напряжение равно нулю
В показанном на рисунке состоянии прибор функционирует как типичный проводник. Специфическое название на графике «Омическая область» определяет зону пропорционального увеличения силы тока по мере увеличения разницы потенциалов. При переходе в режим насыщения количества свободных зарядов недостаточно для поддержания отмеченного изменения.
Уменьшение потенциала на затворе
На этом рисунке канал прохождения зарядов сужают дополнительным источником питания, который уменьшает Uзи<0. На определенном уровне (напряжение отсечки) ток не проходит.
Устройство полевого транзистора
На рисунке показаны зоны p и n типа. Регулировкой напряжения Uси изменяют сопротивления канала (силу тока). Как показано выше, при необходимости можно закрыть эту цепь.
Полевые транзисторы в стабилизаторах токаВ идеальном примере источник питания обеспечивает стабильность тока, если электрическое сопротивление цепи нагрузки меняется от нуля (КЗ) до бесконечности. Однако в действительности рабочие параметры проводимости (напряжения) ограничены определенным диапазоном.
Схема на полевом транзисторе с последовательным подключением к зарядному устройству, солнечной батарее или другому «реальному» источнику обеспечит поддержание тока в линии на заданном уровне.
При создании радиотехнических устройств с применением ламп типовой анодный блок питания не обеспечивает необходимую стабильность выходных параметров. Добавление резистора в цепь увеличивает потери, не позволяет точно корректировать изменение мощности в нагрузке.
Электрическая схема простого стабилизатора
Своими руками несложно собрать этот стабилизатор тока на полевом транзисторе. С его помощью обеспечивается точность заданных параметров в диапазоне не более 6% от номинала.
ВидеоСхема мощного стабилизатора тока на 100
В литературе не часто можно встретить описания стабилизаторов тока на 100…200 А, однако в некоторых процессах (гальваника, сварка и др.) они необходимы. На первый взгляд, для стабилизации таких токов необходимы и соответствующие мощные транзисторы.
Вашему вниманию предлагается стабилизатор тока на 150 А (с плавной регулировкой от нуля до максимума), выполненный на обычных, широко распространенных транзисторах серии КТ827. Примененное схемотехническое решение позволяет легко увеличить или уменьшить максимальный стабилизируемый ток.
Принципиальная схема
Принципиальная схема предлагаемого стабилизатора тока изображена на рис. 1. Как видно, нагрузка включена несколько необычно — в разрыв провода, соединяющего отрицательный вывод диодного моста VD5…VD8 с общим проводом устройства.
Рис.
1. Принципиальная схема мощного стабилизатора тока 150А на транзисторах.
Все мощные транзисторы VT1…VT16 включены по схеме с общим коллектором, но каждый из них нагружен на свой уравнивающий резистор (R4…R19), также соединенный с общим проводом.
Таким образом, через подключенную к розетке XS1 нагрузку стабилизатора протекает суммарный ток всех 16 транзисторов. Ток через каждый из транзисторов VT1…VT16 выбран около 9 А, что значительно меньше предельно допустимого значения для транзисторов КТ827А…КТ827В. При падении напряжения на транзисторе 10… 11 В рассеиваемая мощность достигает 100 Вт.
Разброс параметров транзисторов и сопротивлений резисторов R4…RI9 не имеет значения, так как каждый транзистор управляется своим операционным усилителем.
Выходы ОУ DA1.1…DA8.2 через транзисторы VT17…VT32 соединены с базами транзисторов VT1…VT16, а напряжения обратных связей поданы на инвертирующие входы с эмиттеров соответствующих транзисторов. ОУ поддерживают на инвертирующих входах (и, соответственно, на эмиттерах транзисторов VT1…VT16) такие же напряжения, какие имеются у них на неинвертирующих входах.
На неинвертирующие входы всех ОУ подано стабильное управляющее напряжение с резистивного делителя R2, R3, подключенного к выходу интегрального стабилизатора DA11. При изменении управляющего напряжения изменяется ток через каждый из резисторов R4…R19 и, соответственно, через общую нагрузку, подключенную к розетке XS1. Питаются ОУ от стабилизатора, выполненного на микросхемах DA9, DA10 и транзисторе VT33.
Детали и конструкция
Вместо составных транзисторов КТ827А в стабилизаторе тока можно применить транзисторы этой серии с индексами Б, В, Г или комбинации из двух транзисторов соответствующей мощности (например, КТ315 + КТ819 с любыми буквенными индексами).
Сдвоенные ОУ КР140УД20 заменимы на К157УД2 или на одинарные ОУ КР140УД6, К140УД7, К140УД14 и им подобные, стабилизатор 78L05 — на КР142ЕН5А, КР142ЕН5В или 78М05, транзисторы КТ315Е — на КТ3102, КТ603, диоды Д200 — на Д160.
Вместо трансформатора ТПП232 (Т1) допустимо применение ТПП234, ТПП253 или любого другого с двумя вторичными обмотками на напряжение 16…20 В.
Резистор R1 может быть любого типа, R2 желательно применить высокостабильный, например, С2-29. Для регулирования тока нагрузки был использован переменный резистор СП5-35А (с высокой разрешающей способностью), но можно, конечно, применить и любой другой, обеспечивающий требуемую точность установки тока.
Конденсатор C3 набран из десяти конденсаторов К50-32А, С4, С6 — К50-35, остальные — любого типа. Использовать в качестве C3 один конденсатор большой емкости нельзя, так как он будет сильно перегреваться из-за того, что его выводы не рассчитаны на такие большие токи (недостаточное сечение провода).
Сдвоенные ОУ DA1…DA8, транзисторы VT17…VT32, интегральный стабилизатор напряжения DA11, резисторы R2, R3 и конденсаторы С4…С7 монтируют на печатной плате, изготовленной по чертежу, показанному на рисунке 2.
Рис. 2. Печатная плата для мощного стабилизатора тока.
Транзисторы VT1-VT16 закрепляют на теплоотводах, способных рассеять не менее 100 Вт каждый. Все 16 теплоотводов собраны в батарею, для их охлаждения применены четыре вентилятора, что позволило включать стабилизатор тока на долговременную постоянную нагрузку. Если нагрузка будет кратковременной или импульсной, можно обойтись и теплоотводами меньших размеров.
Резисторы R4…R19 изготавливают из высокоомного (манганинового или константанового) провода диаметром 1…2 мм и закрепляют на теплоотводах соответствующих им транзисторов Для охлаждения диодов VD5…VD8 используют стандартные теплоотводы, рассчитанные на установку диодов Д200 (обдув их вентилятором не требуется).
Микросхему DA9 и транзистор VT33 размещают на небольших пластинчатых теплоотводах. При монтаже стабилизатора тока нужно учитывать, что через некоторые цепи будет течь ток 150 А, поэтому их необходимо выполнить проводом соответствующего сечения.
Вторичная обмотка трансформатора Т2 должна обеспечивать напряжение около 14 В при токе нагрузки 150 А (хорошо подходит сварочный трансформатор).
Падение напряжения на сопротивлении нагрузки стабилизатора должно быть не более 10 В (остальное напряжение падает на транзисторах VT1. VT16 и резисторах R4…R19).
При большем падении напряжения на нагрузке придется повысить напряжение вторичной обмотки трансформатора Т2, однако в этом случае необходимо проследить, чтобы мощность рассеяния каждого из транзисторов не превысила максимально допустимую.
Налаживание
Налаживание собранного из исправных деталей устройства сводится к установке максимального стабилизируемого тока подбором резистора R2. Это удобно сделать временно заменив последний включенным реостатом подстроечным резистором сопротивлением 1,5 — 2 кОм.
Установив его движок в положение максимального сопротивления а движок резистора R3 в верхнее (по схеме) положение и включив последовательно с нагрузкой амперметр на ток 150-200А (или просто подсоединив его к гнездам розетки XS1) включают стабилизатор в сеть и, уменьшая сопротивление подстроенного резистора, добиваются отклонения стрелки амперметра до соответствующей отметки шкалы. Затем измеряют сопротивление введенной части подстроенного резистора и заменяют его постоянным ближайшего номинала.
При максимальном токе 150А напряжение на эмиттерах транзисторов VT1 — VT16 должно быть около 1,88В. Поэтому налаживание можно проводить и по напряжению на эмиттере какого-либо из этих транзисторов, хотя точность установки тока при этом будет небольшой из-за разброса сопротивлений резисторов R4-R19.
Если необходимо увеличить или уменьшить отдаваемый в нагрузку максимальный ток можно соответственно увеличить или уменьшить число транзисторов и ОУ.
Таким образом, на основе описанного стабилизатора можно создать значительно более мощный источник тока. Подключая нагрузку к стабилизатору тока, следует помнить, что на «земляном» проводе будет плюсовой выход стабилизатора.
И. Коротков.
Строительные, рабочие и проектные типы
Так же, как ситуации, в которых нам нужно регулировать напряжение в наших конструкциях, существуют сценарии, в которых нам нужно регулировать ток, который подается в определенную часть нашей цепи..gif.08254a6e10244eb661a297d85055c8cb.gif)
В отличие от преобразования (перехода от одного уровня напряжения к другому), которое обычно является одной из основных причин регулирования напряжения, регулирование тока обычно заключается в поддержании подаваемого тока постоянным, независимо от изменений сопротивления нагрузки или входного напряжения.Цепи (встроенные или нет), которые используются для обеспечения постоянного тока , называются (постоянными) регуляторами тока , и они очень часто используются в силовой электронике.
Хотя регуляторы тока использовались в нескольких приложениях на протяжении многих лет, возможно, до недавнего времени они не были одной из самых популярных тем в обсуждениях проектирования электроники. Текущие регуляторы теперь достигли своего рода повсеместного статуса благодаря их важным приложениям в светодиодном освещении среди других приложений.
В сегодняшней статье мы рассмотрим эти регуляторы тока и исследуем лежащие в их основе принципы работы, их конструкцию, типы и применение, среди прочего .
Принцип действия регулятора токаРабота регулятора тока аналогична работе регулятора напряжения с основным отличием в параметре, который они регулируют, и величине, которую они изменяют для обеспечения своего выхода. В регуляторах напряжения ток изменяется для достижения необходимого уровня напряжения, в то время как регуляторы тока обычно включают изменения напряжения / сопротивления для достижения требуемого выходного тока.Таким образом, хотя это возможно, обычно трудно одновременно регулировать напряжение и ток в цепи.
Чтобы понять, как работают регуляторы тока, необходимо быстро взглянуть на закон Ома;
В = ИК или I = В / П
Это означает, что для поддержания постоянного тока на выходе эти два свойства (напряжение и сопротивление) должны поддерживаться постоянными в цепи или регулироваться таким образом, чтобы при изменении одного значения другого соответственно регулировалось для сохранения такой же выходной ток.
Таким образом, регулирование тока включает в себя регулировку напряжения или сопротивления в цепи или обеспечение неизменности значений сопротивления и напряжения независимо от требований / воздействий подключенной нагрузки.
Чтобы правильно описать, как работает регулятор тока, рассмотрим приведенную ниже принципиальную схему.
Переменный резистор в приведенной выше схеме используется для представления действия регулятора тока.Предположим, что переменный резистор автоматизирован и может автоматически регулировать собственное сопротивление. Когда схема находится под напряжением, переменный резистор регулирует свое сопротивление, чтобы компенсировать изменения тока из-за изменения сопротивления нагрузки или напряжения питания. Относительно базового класса электричества вы должны помнить, что при увеличении нагрузки, которая по сути является сопротивлением (+ емкость / индуктивность), происходит эффективное падение тока, и наоборот. Таким образом, когда нагрузка в цепи увеличивается (увеличение сопротивления), а не падение тока, переменный резистор уменьшает свое собственное сопротивление, чтобы компенсировать повышенное сопротивление и обеспечить одинаковые токи.Таким же образом, когда сопротивление нагрузки уменьшается, переменное сопротивление увеличивает свое собственное сопротивление, чтобы компенсировать уменьшение, таким образом поддерживая значение выходного тока.
Другой подход к регулированию тока состоит в том, чтобы подключить достаточно высокий резистор параллельно нагрузке так, чтобы в соответствии с законами основного электричества ток протекал по пути с наименьшим сопротивлением, который в этом случае будет проходить через нагрузку с только «незначительное» количество тока, протекающего через резистор высокого номинала.
Эти изменения также влияют на напряжение, поскольку некоторые регуляторы тока поддерживают ток на выходе, изменяя напряжение.
Таким образом, практически невозможно регулировать напряжение на том же выходе, на котором регулируется ток.
обычно реализуются с использованием стабилизаторов напряжения на основе микросхем, таких как MAX1818 и LM317, или с использованием пассивных и активных компонентов, таких как транзисторы и стабилитроны.
Проектирование регуляторов тока с использованием регуляторов напряженияДля разработки регуляторов тока с использованием регулятора напряжения на основе микросхемы, метод обычно включает настройку регуляторов напряжения с постоянным сопротивлением нагрузки, и обычно используются линейные регуляторы напряжения, поскольку напряжение между выходом линейных регуляторов и их землей обычно составляет Таким образом, жестко регулируемый, фиксированный резистор может быть вставлен между выводами, так что фиксированный ток течет к нагрузке.Хороший пример дизайна, основанного на этом, был опубликован Budge Ing в одной из публикаций EDN в 2016 году.
Используемая схема использует линейный стабилизатор LDO MAX1818 для создания стабилизированного источника постоянного тока на стороне высокого напряжения. Источник питания (показанный на изображении выше) был разработан таким образом, что он питает RLOAD постоянным током, который равен I = 1,5 В / ROUT. Где 1,5 В — предустановленное выходное напряжение MAX1818 , но его можно изменить с помощью внешнего резистивного делителя.
Для обеспечения оптимальной производительности конструкции напряжение на входной клемме MAX1818 должно быть до 2,5 В, но не выше 5,5 В, поскольку это рабочий диапазон, указанный в техническом паспорте. Чтобы удовлетворить это условие, выберите значение ROUT, которое позволяет от 2,5 В до 5,5 В между IN и GND. Например, при нагрузке, скажем, 100 Ом при 5 В VCC, устройство правильно работает с ROUT выше 60 Ом, поскольку значение допускает максимальный программируемый ток 1,5 В / 60 Ом = 25 мА.
Тогда напряжение на устройстве будет равно минимально допустимому: 5 В — (25 мА × 100 Ом) = 2.5В.
Другие линейные регуляторы, такие как LM317, также могут использоваться в аналогичном процессе проектирования, но одно из основных преимуществ , которые имеют микросхемы типа MAX1818 по сравнению с другими, заключается в том, что они включают тепловое отключение, которое может быть очень важным в текущем регламенте , поскольку температура ИС имеет тенденцию к нагреванию при подключении нагрузок с высокими требованиями к току.
Для стабилизатора тока на базе LM317 рассмотрите схему ниже;
LM317 сконструированы таким образом, что регулятор продолжает регулировать свое напряжение до тех пор, пока напряжение между его выходным контактом и его регулировочным контактом не достигнет 1.25 В и как таковой делитель обычно используется при реализации в ситуации регулятора напряжения. Но для нашего случая использования в качестве регулятора тока это на самом деле очень упрощает нам задачу, потому что, поскольку напряжение постоянно, все, что нам нужно сделать, чтобы сделать ток постоянным, — это просто вставить резистор последовательно между выводами Vout и ADJ. как показано на схеме выше. Таким образом, мы можем установить выходной ток на фиксированное значение, которое задается:
I = 1,25 / R
Значение R является определяющим фактором значения выходного тока.
Чтобы создать регулятор переменного тока, нам нужно только добавить переменный резистор в схему вместе с другим резистором, чтобы создать делитель на регулируемом выводе, как показано на изображении ниже.
Работа схемы такая же, как и в предыдущей, с той разницей, что ток можно регулировать в цепи, поворачивая ручку потенциометра для изменения сопротивления. Напряжение на R составляет;
В = (1 + R1 / R2) x 1.
25 Это означает, что ток через R равен;
I R = (1,25 / R) x (1+ R1 / R2).
Это дает цепи диапазон тока I = 1,25 / R и (1,25 / R) x (1 + R1 / R2)
Зависит от установленного тока; Убедитесь, что номинальная мощность резистора R может выдерживать ток, протекающий через него.
Преимущества и недостатки использования LDO в качестве регулятора токаНиже приведены некоторые преимущества для выбора подхода линейного регулятора напряжения.
- ИС регулятора
- включают защиту от перегрева, которая может пригодиться при подключении нагрузок с повышенными требованиями к току. ИС регулятора
- имеют больший допуск для больших входных напряжений и в значительной степени поддерживают высокое рассеивание мощности.
- Подход ИС регулятора предполагает использование меньшего количества компонентов с добавлением только нескольких резисторов в большинстве случаев, за исключением случаев, когда требуются более высокие токи и подключены силовые транзисторы.Это означает, что вы можете использовать одну и ту же микросхему для регулирования напряжения и тока.
- Уменьшение количества компонентов может означать сокращение стоимости внедрения и времени разработки.
Недостатки:
С другой стороны, конфигурации, описанные в рамках подхода ИС регулятора, позволяют пропускать тока покоя от регулятора к нагрузке в дополнение к регулируемому выходному напряжению. Это приводит к ошибке, которая может быть недопустимой в некоторых приложениях.Однако это можно уменьшить, выбрав регулятор с очень низким током покоя.
Еще одним недостатком подхода к регулятору IC является отсутствие гибкости в конструкции.
Помимо использования микросхем регуляторов напряжения, регуляторы тока также могут быть спроектированы с использованием желейных деталей, включая транзисторы, операционные усилители и стабилитроны с необходимыми резисторами.
Стабилитрон используется в схеме, вероятно, просто, как если бы вы помните, что стабилитрон используется для регулирования напряжения.Конструкция регулятора тока с использованием этих деталей является наиболее гибкой, поскольку их обычно легко интегрировать в существующие схемы.
В этом разделе мы рассмотрим два дизайна. В первом будут использованы только транзисторы, а во втором — операционный усилитель и силовой транзистор .
Для транзисторов рассмотрим схему ниже.
Регулятор тока, описанный на схеме выше, является одной из простейших конструкций регулятора тока. Это регулятор тока низкой стороны ; Подключал после нагрузки до земли. Он состоит из трех основных компонентов; управляющий транзистор (2N5551), силовой транзистор (TIP41) и шунтирующий резистор (R). Шунт, который по сути представляет собой резистор малой мощности, используется для измерения тока, протекающего через нагрузку. При включении цепи на шунте отмечается падение напряжения.Чем выше значение сопротивления нагрузки RL, тем больше падение напряжения на шунте. Падение напряжения на шунте действует как триггер для управляющего транзистора, так что чем выше падение напряжения на шунте, тем больше транзистор проводит и регулирует напряжение смещения, приложенное к базе силового транзистора, для увеличения или уменьшения проводимости с резистор R1, действующий как резистор смещения.
Как и в других схемах, переменный резистор может быть добавлен параллельно шунтирующему резистору для изменения уровня тока путем изменения величины напряжения, приложенного к базе управляющего транзистора.
Регулятор тока с операционным усилителемВ качестве второго варианта проектирования рассмотрим схему ниже;
Эта схема основана на операционном усилителе , и, как и в примере с транзистором, также использует шунтирующий резистор для измерения тока.
Падение напряжения на шунте подается в операционный усилитель, который затем сравнивает его с опорным напряжением, установленным стабилитроном ZD1.Операционный усилитель компенсирует любые расхождения (высокие или низкие) в двух входных напряжениях, регулируя свое выходное напряжение. Выходное напряжение операционного усилителя подключается к мощному полевому транзистору, и проводимость зависит от приложенного напряжения.
Основное различие между этой конструкцией и первым из них является источник опорного напряжения осуществляется диодом Зенера. Обе эти конструкции являются линейными, и при высоких нагрузках будет генерироваться большое количество тепла, поэтому к ним должны быть присоединены радиаторы для отвода тепла.
Преимущества и недостатки
Основным преимуществом этого подхода к проектированию является гибкость, которую он предоставляет проектировщику. Детали могут быть выбраны, а конструкция сконфигурирована по своему вкусу без каких-либо ограничений, связанных с внутренней схемой, которая характерна для подхода, основанного на регуляторе, основанном на ИС.
С другой стороны, этот подход имеет тенденцию быть более утомительным, трудоемким, требует большего количества деталей, громоздких, подверженных сбоям и более дорогих по сравнению с подходом на основе регуляторов.
Применение регуляторов токаРегуляторы постоянного тока находят применение во всех видах устройств, от цепей питания до цепей зарядки аккумуляторов, драйверов светодиодов и других приложений, где необходимо регулировать постоянный ток независимо от приложенной нагрузки.
Вот и все! Надеюсь, вы узнали кое-что.
До следующего раза!
Нужен регулятор тока? Используйте регулятор напряжения!
В этой статье, входящей в коллекцию аналоговых схем AAC, показано, как линейные регуляторы напряжения могут быть полезны в приложениях с постоянным током.
Линейные регуляторы напряжения, также (несколько неточно) называемые LDO, являются одними из наиболее распространенных электронных компонентов. Например, LM7805 приобрел почти легендарный статус и непременно был бы включен в зал славы интегральных схем, если бы такая вещь существовала. В примечании к приложению от Texas Instruments хорошо сказано: ИС линейных регуляторов «настолько просты в использовании», что они практически «надежны» и «настолько недороги», что, как правило, являются одними из самых дешевых компонентов в конструкции.
Действительно, линейные регуляторы удобны, эффективны и универсальны. И на самом деле они могут быть даже более универсальными, чем вы думаете. Топологии линейных регуляторов построены на отрицательной обратной связи, как показано на следующей диаграмме, взятой из того же примечания к приложению:
Схема взята из в этой заметке приложения TI .Отрицательная обратная связь — очень полезная вещь, особенно в сочетании с фиксированным источником тока, как в случае с регулятором напряжения LT3085 от Linear Tech.На следующей диаграмме показаны внутренние функции этого устройства.
Схема взята из таблицы данных LT3085 .В предыдущих статьях (проект по разработке датчика цвета и исследование преобразователя напряжения в ток) мы исследовали использование отрицательной обратной связи в преобразователях напряжения в ток, которые могут точно регулировать яркость светодиода. Если вы знакомы с этими методами, неудивительно, что мы действительно можем использовать стабилизатор напряжения, такой как LT3085, для генерации постоянного тока.
В этой статье мы рассмотрим простой светодиодный драйвер на основе LT3085.
Линейный регулятор и операционный усилитель
Прежде чем мы проанализируем саму схему, мы должны обсудить преимущества подхода линейного регулятора к генерации постоянного тока.
Методы операционных усилителей, представленные в предыдущих статьях, несомненно, эффективны, так зачем возиться с новой техникой?
Вот некоторые моменты, которые следует учитывать:
- Большинство операционных усилителей не рассчитаны на высокий выходной ток, поэтому схема на основе линейного регулятора позволяет избежать ограничений по выходному току типичных операционных усилителей. ИС регулятора
- имеют защиту от перегрева. Линейные регуляторы
- обеспечивают большую устойчивость к большим входным напряжениям и высокой рассеиваемой мощности.
- Возможно, вы сможете найти одну деталь, которая подходит практически для всех ваших требований по регулированию напряжения и генерации тока. Моим наименее любимым аспектом проектирования схем / печатных плат является создание новых библиотечных компонентов, поэтому я стараюсь использовать детали, которые могут пригодиться для будущих проектов.
LT3085 как регулятор напряжения
Давайте кратко рассмотрим функцию регулирования напряжения LT3085.Эта информация поможет нам понять реализацию с текущим исходным кодом.
Вот типичная конфигурация регулятора напряжения:
Схема взята из таблицы данных LT3085 .Источник тока (10 мкА) создает напряжение на R SET . Это напряжение появляется на неинвертирующей входной клемме усилителя. Действие отрицательной обратной связи гарантирует, что напряжение на инвертирующем выводе равно напряжению на неинвертирующем выводе; другими словами, выходное напряжение равно напряжению на R SET .Выходной конденсатор необходим для обеспечения стабильности, и транзистор, подключенный к выходному зажиму усилителя, будет выглядеть очень знакомым, если вы читали мою статью о том, как буферизовать выход операционного усилителя для более высокого тока.
От напряжения к току
Назначение регулятора напряжения — обеспечить постоянное выходное напряжение независимо от сопротивления нагрузки.
Другими словами, идеальный регулятор будет выдавать напряжение, равное (например) ровно 3,3 В при подключении к нагрузке 100 кОм и ровно 3.3 В при подключении к нагрузке 5 Ом. Что, конечно, меняется, так это ток нагрузки, который полностью определяется сопротивлением нагрузки (потому что напряжение на нагрузке не меняется).
Что же произойдет, если мы дадим идеальному регулятору напряжения фиксированное сопротивление нагрузки? Если напряжение нагрузки не меняется и сопротивление нагрузки не меняется, и если закон Ома все еще действует, то ток тоже не изменится.
Вуаля: текущий источник.
На следующей диаграмме показано, как использовать LT3085 для решения задач, связанных с управлением светодиодами.
Схема взята из таблицы данных LT3085 .Вот как это работает:
- Внутренний источник тока посылает 10 мкА через R1, генерируя напряжение, которое будет равно выходному напряжению (т. Е. Напряжению на R2).
- Это выходное напряжение постоянно (потому что сопротивление R1 и значение внутреннего источника тока постоянны).
- Это постоянное выходное напряжение будет создавать постоянный ток через R2, потому что сопротивление R2 постоянно.
- Инвертирующая входная клемма усилителя не подает ток, поэтому почти весь ток R2 идет от положительного источника питания через транзистор, подключенный к выходной клемме усилителя. (Я говорю «почти», потому что ток эмиттера BJT — это сумма тока базы и тока коллектора, но ток базы намного меньше, чем ток коллектора.)
- Светодиод включен последовательно с коллектором BJT, поэтому ток через светодиод фиксирован и (почти) равен току, протекающему через R2.
Ток через светодиод можно изменить, изменив значение R1 или R2; как показано в следующем уравнении, ток светодиода — это просто значение внутреннего источника тока, умноженное на отношение R1 к R2.
$$ I_ {LED} = \ frac {((10 \ mu A) \ times R1)} {R2} = 10 \ mu A \ \ times \ frac {R1} {R2} $$
Я бы назвал это довольно удобной схемой: процесс проектирования чрезвычайно прост, и требуется лишь несколько компонентов.
Если вы замените один из резисторов потенциометром, в результате получится высокоточный светодиодный драйвер с регулируемым током с широким диапазоном входных напряжений и защитой от перегрева, который может обеспечивать ток до 500 мА.
И, конечно, это не ограничивается светодиодами; Вы могли бы так же легко использовать его, скажем, с резистивным нагревательным элементом. Это позволит вам генерировать постоянное тепло (потому что P = I 2 R), несмотря на колебания напряжения питания.
Заключение
Мы обсудили простой, но высокопроизводительный источник тока, основанный на микросхеме стабилизатора напряжения от Linear Tech.Я предполагаю, что аналогичные топологии регуляторов доступны и у других производителей.
Мне нравится всегда включать моделирование SPICE в статьи «Сборник аналоговых схем», но в данном случае это казалось действительно ненужным. Однако перед написанием статьи я подтвердил, что LTspice действительно включает компонент LT3085 (в папке «[PowerProducts]»). Поэтому, хотя я не проводил симуляцию, я обязательно использовал деталь, которую можно было бы легко смоделировать, если вы хотите исследовать эту схему дальше.
Отсутствует
Код 404 страница не найдена. К сожалению, страница отсутствует или перемещена.Ниже приведены основные подразделы этого сайта.
»Главная
» Электронное письмо
»Пожертвовать
» Преступление
»Электроника для хобби »Архив 1
»Архив 2
»Архив 3
»Архив 4
»Архив 5 Веб-сайт Авторские права Льюис Лофлин, Все права защищены. |
:Сильноточная схема регулируемого регулятора напряжения, 0-30 В 20A
Если вам нужна сильноточная схема регулируемого регулятора напряжения . Это может быть лучшим выбором для вас.
Он может выдавать выходной ток 20 А или 400 Вт и может регулировать напряжение от 4 до 20 В или легко подавать напряжение от 0 до 30 В. Это хорошее качество, отличная производительность и долговечность с печатной платой.
Для использования в электронной телекоммуникации, радиопередатчике большой мощности и т. Д.
В этом проекте используется несколько компонентов. Из-за использования четырех стабилизаторов напряжения LM338-5A и популярного операционного усилителя IC-741 в режиме линейного питания.
Попробуйте построить и вам понравится!
Как это работаетLM338K, который мы используем, представляет собой схему регулятора напряжения постоянного тока плавающего типа. Простой стиль применения этой ИС Как показано на рисунке 1
Как использовать LM338 IC в basic
Рисунок 1 Схема , в нормальных условиях напряжение между выводом Adj и выводом равно 1.25 В стабильно, что поток R1, R2 также будет постоянным.
Выходное напряжение равно напряжению на выводе Adj + 1,25 В или Рассчитывается следующим образом
Vo = 1,25 (R1 + R2) / R1
Высокий ток при параллельном подключении LM338
Нормально IC-LM338 Может подавать до 5 ампер, но чтобы ток нагрузки не превышал 20 ампер, мы приведем его в параллель.
На что обращать внимание, когда мы соединяем много микросхем параллельно, так это на средний ток, протекающий по цепи.Каждому одинаково.
Самый простой способ — подключить резистор к выходному выводу IC, как показано на рис. 2 .
Номинал резисторов-R, используемых к нему, будет намного меньше, чем R1.
Исходя из схемы, мы можем установить.
IoRs = 1,25 — Vo (R1 / (R1 + R2))
И от работы цепей набора вниз, будет.
IiRs = 1,25 — Vo (R1 / (R1 + R2))
Из этих двух одинаковых уравнений следует, что Io = Ii.
Или просто, ток через микросхему LM338 одинаков.
Соединительный LM338 в параллельной форме
На практике мы не используем схемы для его использования. Поскольку падение напряжения Rs будет изменяться в зависимости от тока, протекающего через нагрузку, и эталонного напряжения IC. Кроме того, они отличаются друг от друга.
Внешнее управление LM338 с использованием uA741
Следовательно, нам необходимо управлять внешними цепями.Чтобы контролировать напряжение на выводе adj, как показано на Рис. 3.
Из схемы мы увидим, что на отрицательном выводе IC должно быть половинное напряжение от выходного напряжения. И на положительном выводе должно быть равное номинальному напряжению.
Это вызвано постоянным током, протекающим через транзистор к Rs и P1.
От свойств схемы операционного усилителя до регулируемого уровня выходного напряжения, что. Пока не будет такое же напряжение на штыревом входе.
Итак, напряжение на базе вывода транзистора Q1 равно напряжению на отрицательном выводе IC.
Напряжение, которое изменяет сопротивление транзистора, вызывая изменение напряжения в контрольной точке.
Сопротивление транзистора обратно пропорционально выходному напряжению, чтобы компенсировать потерю напряжения в размере Rs. Из-за неравномерного протекания этих нагрузочных токов.
Регулятор постоянного тока большой мощности 4-20 вольт 20 ампер от LM338
- Исходя из всех вышеперечисленных принципов, у нас есть приложения для схем, как показано на Рисунок 4 , если вы хотите добавить IC-LM338, что позволяет они должны быть выше по току.
- Для трансформатора, который может подавать не менее 30 ампер, а напряжение вторичной обмотки должно быть не менее 18 вольт.
Для оптимизации схемы конденсатора С2 лучше использовать 20000uF.
Чтение: Как использовать LM317 Datasheet и распиновка
Список деталей
IC1: LM741
IC2-IC5: LM338K или LM338P
Q1: BD140
D1: Мостовой диод 148 Diodes 35A 75406
мА R1: 150 Ом резистор 0,5 Вт
R2: 100 Ом резистор 0.5 Вт
R3, R4: резисторы 4,7 кОм 1/2 Вт
R5-R8: резисторы 0,3 Ом 5 Вт
C1: 0,01 мкФ 200 В, полиэфирный конденсатор
C2, C5: 4700 мкФ 50 В, электролитические конденсаторы
C3: 0,1 мкФ 63 В, полиэфирный конденсатор
C4: 10 мкФ 25 В Тантал
C6: 47 мкФ 35 В, электролитические конденсаторы
Печатная плата регулятора постоянного тока большой мощности-4-20-вольт-20-ампер
Build 20A Регулируемый источник питания высокого тока
- Все устройства в схемах. Устройства можно припаять к печатной плате, как показано на Рисунок 5 .Если вы не измените входной конденсатор-C2, они увеличились. Мне придется установить его за пределами печатной платы.
- Мостовой диод должен быть аккуратно прикреплен к радиатору. Чтобы продлить срок службы и долговечность.
- Для IC-LM338, который также необходимо установить на радиатор большого размера. Будьте осторожны, корпус ИС к радиатору Коротко решительно.
- Когда все будет готово к пайке оборудования, протестируйте входное питание переменного тока для этого проекта.
- Затем отрегулируйте VR1 до необходимого выходного напряжения, проверьте нагрузку и отрегулируйте VR1 до тех пор, пока выходное напряжение не останется неизменным.
Чтобы продлить срок службы и долговечность.ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ
Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .
Как правильно выбрать регулятор (-ы) напряжения для вашей конструкции
В этой статье показано, как выбрать лучший тип стабилизатора напряжения для вашего конкретного электронного продукта.
Опубликовано автор John Teel
Вероятно, более 90% продукции требуют регулятора напряжения того или иного типа, что делает их одними из наиболее часто используемых электрических компонентов.
Если у вас нет возможности работать напрямую от напряжения батареи или внешнего адаптера постоянного / переменного тока, требуется стабилизатор напряжения. Скорее всего, потребуется несколько регуляторов напряжения.
Эта статья — ваше руководство по выбору регулятора (ов) напряжения для вашей конструкции. Мы расскажем обо всем, от определения того, какой тип регулятора напряжения вам нужен, до выбора того, который соответствует вашим конкретным требованиям.
Выбор необходимого регулятора
Первым шагом в выборе правильного регулятора напряжения является определение входного напряжения, выходного напряжения и максимального тока нагрузки.
Несмотря на то, что существует множество других спецификаций, эти три помогут вам начать работу и помогут сузить круг необходимого вам регулятора.
можно разделить на две широкие классификации:
- Понижающий : Выходное напряжение ниже входного
- Повышающий : выдает напряжение, превышающее входное
Знание входного и выходного напряжений поможет вам легко решить, к какой группе относится ваш регулятор.
Регуляторы напряжения, которым требуется выходное напряжение меньше входного, являются наиболее распространенным типом регуляторов напряжения. Например, вы вводите 5 В и выдает 3,3 В, или вы вводите 12 В и выдает 5 В.
Вам необходимо рассмотреть два типа регуляторов:
- Линейные регуляторы : простые, дешевые и бесшумные, но могут иметь низкую энергоэффективность. Линейные регуляторы способны только понижать напряжение.
- Импульсные регуляторы : Высокая энергоэффективность, но более сложная и дорогая, с большим шумом на выходе.Импульсные регуляторы могут использоваться как для понижения, так и для повышения напряжения.
Если вам требуется выходное напряжение ниже входного, начните с линейного регулятора, а не импульсного регулятора.
Рисунок 1. Линейный регулятор использует транзистор и контур управления с обратной связью для регулирования выходного напряжения. Линейный регулятор может производить только выходное напряжение ниже входного.
Линейные регуляторынамного дешевле и проще в использовании, чем импульсные регуляторы, поэтому они, как правило, должны быть вашим первым выбором.
Единственный случай, когда вы не хотите использовать линейный стабилизатор, — это если рассеиваемая мощность слишком велика или вам нужно повысить напряжение.
Определение рассеиваемой мощности
Хотя линейные регуляторы дешевы и просты в использовании, основным недостатком является то, что они могут тратить много энергии. Это может вызвать чрезмерный разряд батареи, перегрев или повреждение продукта.
Если у вас есть аккумулятор, мощность которого расходуется на тепло, аккумулятор разряжается быстрее.Если это не аккумулятор, но он по-прежнему выделяет значительное количество тепла, это может вызвать другие проблемы с вашей конструкцией.
Фактически, при определенных условиях линейный регулятор может выделять столько тепла, что фактически разрушает себя. Очевидно, вы этого не хотите.
При использовании линейного регулятора начните с определения того, сколько мощности будет рассеиваться регулятором.
Для линейных регуляторов используйте уравнение:
Мощность = (Входное напряжение — Выходное напряжение) x Ток (Уравнение 1)
Можно предположить, что выходной ток (также называемый током нагрузки) примерно такой же, как входной ток для линейных регуляторов.
На самом деле, входной ток равен выходному току плюс ток покоя, который потребляет линейный регулятор для выполнения функции регулирования.
Однако для большинства регуляторов ток покоя чрезвычайно мал по сравнению с током нагрузки, поэтому достаточно предположить, что выходной ток равен входному току.
Как видно из уравнения 1, если у вас большой перепад напряжения (Vin — Vout) на регуляторе и / или большой ток нагрузки, то ваш регулятор будет рассеивать большое количество энергии.
Например, если на входе 12 В, а на выходе 3,3 В, разность напряжений будет рассчитана как 12 В — 3,3 В = 8,7 В.
Если ток нагрузки составляет 1 ампер, это означает, что регулятор должен рассеивать 8,7 Вт мощности. Это огромная потеря мощности, с которой не справится любой линейный регулятор.
Если, с другой стороны, у вас есть высокий перепад напряжения, но вы используете ток нагрузки всего в несколько миллиампер, тогда мощность будет небольшой.
Например, в приведенном выше случае, если вы теперь используете ток нагрузки только 100 мА, рассеиваемая мощность упадет до 0,87 Вт, что гораздо более приемлемо для большинства линейных регуляторов.
При выборе линейного регулятора недостаточно просто убедиться, что входное напряжение, выходное напряжение и ток нагрузки соответствуют спецификациям регулятора.
Например, у вас есть линейный регулятор, рассчитанный на напряжение до 15 В и ток 1 А. Вы думаете: «Хорошо, если это так, я могу подать на вход 12 В, взять 3.3 В на выходе и запустить его при 1 А, не так ли? »
Неправильно! Вы должны убедиться, что линейный регулятор может выдерживать даже такое количество мощности. Способ сделать это — определить, насколько сильно нагреется регулятор, в зависимости от мощности, которую он должен рассеять.
Для этого сначала вычислите, сколько мощности будет рассеивать линейный регулятор, используя уравнение 1 выше.
Во-вторых, посмотрите в таблице данных регулятора в разделе «тепловые характеристики» параметр под названием «Theta-JA», выраженный в единицах ° C / Вт (° C на ватт).
Theta-JA указывает количество градусов, на которое микросхема будет нагреваться выше температуры окружающего воздуха, на каждый ватт мощности, которую он должен рассеять.
Просто умножьте рассчитанную рассеиваемую мощность на Theta-JA, и вы узнаете, насколько сильно линейный регулятор будет нагреваться при такой мощности:
Мощность x Theta-JA = Температура выше окружающей (Уравнение 2)
Допустим, ваш регулятор соответствует спецификации Theta-JA 50 ° C на ватт.Это означает, что если ваш продукт рассеивает:
- 1 ватт, он нагреется до 50 ° C.
- 2 Вт нагреется до 100 ° С.
- ½ ватта он нагреется до 25 ° C.
Важно отметить, что рассчитанная выше температура представляет собой разницу температур выше температуры окружающего воздуха.
Допустим, вы подсчитали, что при ваших условиях питания регулятор будет рассеивать 2 Вт мощности. Вы умножаете это на Theta-JA, и вы определяете, что он нагреется до 100 ° C.
Здесь важно не забыть добавить температуру окружающего воздуха.
Комнатная температура обычно составляет 25 ° C. Следовательно, вы должны добавить 25 ° C к 100 ° C. Теперь у вас температура 125 ° C.
125 ° C — это максимальная температура, на которую рассчитано большинство электронных компонентов, поэтому вы никогда не захотите намеренно превышать 125 ° C.
Обычно вы не повредите свой продукт, пока не достигнете температуры примерно от 170 ° C до 200 ° C. К счастью, у большинства регуляторов также есть тепловое отключение, которое срабатывает при температуре около 150 ° C, поэтому они отключатся до того, как вызовут какие-либо повреждения.
Однако некоторые регуляторы не имеют теплового отключения, поэтому вы можете повредить их, если они рассеивают слишком много энергии.
В любом случае, вы не хотите, чтобы ваш продукт постоянно перегревался и ему приходилось отключаться, чтобы остыть.
Также следует учитывать, что температура воздуха не всегда может быть 25 ° C.
Допустим, ваш регулятор все еще нагревается до 100 ° C при нагрузке, но теперь температура окружающей среды составляет 50 ° C (например, в закрытой машине в жаркий летний день).
Теперь у вас 50 ° C плюс 100 ° C и температура до 150 ° C при загрузке. Вы превысили указанную максимальную температуру и находитесь на грани срабатывания теплового отключения.
Очевидно, этого следует избегать. Эксплуатация регулятора таким образом, чтобы он регулярно превышал заданную температуру 125 ° C, может не вызвать немедленного повреждения, но может сократить срок службы компонента.
Регуляторы с малым падением напряжения (LDO)
В некоторых случаях линейные регуляторы могут быть чрезвычайно эффективными, потребляя очень мало энергии.Это происходит, когда они работают с очень низким входным напряжением к выходному напряжению.
Например, если Vin — Vout составляет всего 300 мВ, то даже при токе нагрузки 3 А рассеиваемая мощность составляет всего 0,9 Вт, что является достаточно низкой мощностью, чтобы выдерживать нагрузку большинством регуляторов.
Минимальный дифференциал Vin-Vout, с которым может работать линейный регулятор, называется падением напряжения. Если разница между Vin и Vout падает ниже напряжения отключения, то регулятор находится в режиме отключения.
Регулятор в режиме отпускания просто выглядит как небольшой резистор от входа к выходу. Это означает, что выход, по сути, просто соответствует входному питанию, и на самом деле никакое регулирование не выполняется.
В большинстве случаев вы не хотите использовать линейный регулятор в режиме отключения. Это ни в коем случае не повредит чему-либо, но вы потеряете многие преимущества регулятора.
Например, если у вас много шума на входе, он обычно будет отфильтрован линейным регулятором.Однако эта фильтрация не будет происходить в режиме отключения, поэтому весь шум входного источника питания передается прямо на выходное напряжение.
Причина, по которой стабилизаторы с малым падением напряжения так полезны, заключается в том, что они позволяют управлять регулятором с очень малой рассеиваемой мощностью. Это связано с тем, что линейный регулятор наиболее эффективен, когда разница между Vin и Vout небольшая.
Многие старые линейные регуляторы имели очень высокое падение напряжения. Например, у популярных регуляторов серии 7800 значение падения напряжения составляет 2 В.Это означает, что входное напряжение должно быть как минимум на 2 В выше выходного напряжения.
Рис. 2. Старые трехконтактные линейные регуляторы требуют большего перепада напряжения Vin-Vout и, следовательно, расходуют больше энергии, чем более новые регуляторы LDO.
Хотя 2 В — это не слишком много, если вы пропускаете через этот регулятор ток в 1 ампер и у вас есть разница в 2 В, то это 2 ватта мощности, теряемой зря.
Регуляторы LDO нового поколения могут иметь очень низкое падение напряжения менее 200 мВ при полной нагрузке.
LDO, работающий только с перепадом напряжения 200 мВ, может пропускать в 10 раз больше тока при той же рассеиваемой мощности, что и линейный стабилизатор, работающий с перепадом напряжения 2 В.
Таким образом, 1 ампер тока с дифференциалом Vin-Vout 200 мВ соответствует лишь 0,2 Вт рассеиваемой мощности.
Краткое описание линейных регуляторов
Линейные регуляторы полезны, если:
- Разница между входным и выходным напряжением мала
- У вас низкий ток нагрузки
- Требуется исключительно чистое выходное напряжение
- Дизайн должен быть максимально простым и дешевым
Как мы обсудим дальше, импульсные стабилизаторы создают на выходе много шума и могут создавать нечеткое выходное напряжение.
Это может быть приемлемо для некоторых приложений, но во многих случаях требуется очень чистое напряжение питания. Например, при генерации напряжения питания для аналого-цифрового преобразователя или какой-либо звуковой схемы.
Таким образом, линейные регуляторы не только проще в использовании, но и обеспечивают гораздо более чистое выходное напряжение по сравнению с импульсными регуляторами, без пульсаций, всплесков или шумов любого типа.
Таким образом, если рассеиваемая мощность не слишком велика или вам не требуется повышающий регулятор, линейный регулятор будет вашим лучшим вариантом.
Импульсные регуляторы
Импульсные регуляторы намного сложнее для понимания, чем линейные регуляторы. Линейный регулятор основан на силовом транзисторе, который регулирует величину тока, разрешенного для подачи на выход.
ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .
Если система управления линейного регулятора определяет, что выходное напряжение ниже, чем должно быть, то от входа к выходу может проходить больший ток.И наоборот, если обнаруживается, что выходное напряжение выше, чем должно быть, регулятор позволит меньшему току течь от входа к выходу, действуя таким образом, чтобы снизить выходное напряжение.
С другой стороны, импульсные регуляторы используют катушки индуктивности и конденсаторы для временного хранения энергии перед передачей ее на выход.
В этом уроке я проектирую печатную плату с использованием простого линейного регулятора, а в этом более глубоком курсе я проектирую индивидуальную плату с использованием более сложного импульсного регулятора.
Существует два основных типа импульсных регуляторов: повышающий и понижающий.
Понижающий импульсный стабилизатор также называется понижающим стабилизатором и, как линейный регулятор, выдает выходное напряжение ниже входного.
Рис. 3. Понижающий импульсный стабилизатор использует катушку индуктивности в качестве временного накопителя энергии для эффективного создания выходного напряжения ниже входного.
Если вы начали планировать использование линейного регулятора (понижающего), но определили, что рассеиваемая мощность слишком велика, тогда вам следует использовать понижающий импульсный стабилизатор.
В то время как повышающий импульсный стабилизатор создает выходное напряжение, превышающее входное, и называется повышающим регулятором.
Импульсные регуляторы очень эффективны, даже при очень больших разностях между входом и выходом.
КПД равен выходной мощности, деленной на входную. Это соотношение того, какая часть мощности от входа поступает на выход.
КПД = Pout / Pin = (Vout x Iout) / (Vin x Iin) (Уравнение 3)
Уравнение эффективности то же самое для линейного регулятора.Однако, поскольку выходной ток равен входному току для линейного регулятора, уравнение 3 упрощается до простого:
КПД (линейный регулятор) = Vout / Vin (Уравнение 4)
Например, предположим, что у вас на входе 24 В, а на выходе необходимо 3 В при токе нагрузки 1 А. Если бы это был линейный регулятор, он работал бы с чрезвычайно низким КПД, и почти вся мощность рассеивалась бы в виде тепла.
КПД линейного регулятора будет только 3 В / 24 В = 12.5%. Это означает, что только 12,5% мощности от входа поступает на выход.
Остальные 87,5% передаваемой мощности теряются в виде тепла!
С другой стороны, импульсные регуляторы обычно имеют КПД 90% или больше независимо от разницы между входным и выходным напряжениями. Для импульсного регулятора около 90% мощности передается на выход и только 10% тратится впустую.
Только когда Vin и Vout близки друг к другу, линейный регулятор может сравниться по эффективности с импульсным регулятором.
Например, если у вас входное напряжение 3,6 В (напряжение литий-полимерной батареи), а на выходе выдается 3,3 В, то линейный регулятор будет иметь КПД 3,3 В / 3,6 В = 91,7%.
Повышающие регуляторы напряжения
В большинстве случаев выходное напряжение будет ниже входного. В этом случае следует использовать линейный регулятор или понижающий импульсный стабилизатор, как обсуждалось.
Однако есть и другие случаи, когда вам может потребоваться выходное напряжение выше входного.Например, если у вас аккумулятор 3,6 В и вам нужно питание 5 В.
Рис. 4. В повышающем импульсном стабилизаторе катушка индуктивности используется в качестве временного накопительного элемента для эффективного создания выходного напряжения, превышающего входное.
Многие новички в электронике удивляются, узнав, что можно генерировать более высокое напряжение из более низкого напряжения. Для выполнения этой функции необходим импульсный регулятор, называемый повышающим регулятором.
В отличие от линейных регуляторов выходной ток импульсного регулятора не равен входному току. Вместо этого вы должны смотреть на входную мощность, выходную мощность и эффективность.
Рассчитаем входной ток для повышающего регулятора. Предположим, что входное напряжение — 3 В, выходное напряжение — 5 В, выходной ток — 1 А, а энергоэффективность — 90% (как указано в таблице данных).
Чтобы выяснить это, нам нужно использовать небольшую базовую алгебру для уравнения 3, чтобы найти входную мощность:
Pin = Pout / КПД (Уравнение 5)
Мы знаем, что эффективность составляет 90% (или 0.
90), и мы знаем, что выходная мощность составляет 5 В x 1 А = 5 Вт. Мы можем рассчитать, что входная мощность составляет 5 Вт / 0,9 = 5,56 Вт.
Поскольку входная мощность составляет 5,56 Вт, а выходная мощность 5 Вт, это означает, что регулятор рассеивает только 0,56 Вт.
Далее, поскольку мы знаем, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, это означает, что входной ток равен:
Входной ток = 5,56 Вт / Vin = 5,56 Вт / 3 В = 1,85 A (Уравнение 6)
Для повышающего регулятора входной ток всегда будет выше, чем выходной ток.С другой стороны, входной ток понижающего регулятора всегда будет меньше выходного тока.
Регуляторы Buck-Boost
Допустим, вы питаете свой продукт от двух последовательно соединенных батареек AA. При полной зарядке две батареи AA могут выдавать около 3,2 В, но когда они почти полностью разряжены, они выдают только 2,4 В.
В этом случае напряжение вашего источника питания может находиться в диапазоне от 2,4 В до 3,2 В.
Теперь предположим, что вам нужно выходное напряжение ровно 3 В независимо от состояния батарей.Когда батареи полностью заряжены (выходное напряжение 3,2 В), вам необходимо понизить напряжение батареи с 3,2 В до 3 В.
Однако, когда батареи близки к разряду (выходное напряжение 2,4 В), вам необходимо увеличить напряжение батареи с 2,4 В до 3 В.
В этом сценарии вы должны использовать так называемый повышающий-понижающий импульсный стабилизатор, который представляет собой просто комбинацию повышающего и понижающего регуляторов.
Для решения этой проблемы потенциально можно использовать отдельный понижающий регулятор, за которым следует повышающий регулятор (или наоборот).Но, как правило, лучше использовать одинарный понижающе-повышающий регулятор.
Импульсный регулятор + линейные регуляторы
Помните о трех преимуществах линейных регуляторов: дешевизне, простоте и чистоте выходного напряжения.
Может быть много случаев, когда вы хотите использовать линейный стабилизатор, потому что вам нужно чистое выходное напряжение, но вы не можете, потому что они тратят слишком много энергии.
В этой ситуации вы можете использовать импульсный регулятор, за которым следует линейный регулятор.
Допустим, у вас есть входное напряжение от литий-полимерной батареи, равное 3.6 В, но вам понадобится источник питания clean 5 В.
Для этого вы должны использовать повышающий регулятор, чтобы поднять напряжение до значения чуть выше целевого выходного напряжения. Например, вы можете использовать повышающий регулятор для повышения напряжения с 3,6 В до 5,5 В.
Затем вы следуете этому с помощью линейного регулятора, который берет 5,5 В и понижает его до 5 В, а также убирает шум и пульсации для получения чистого сигнала.
Это очень распространенный метод получения КПД импульсного регулятора и бесшумного выходного напряжения линейного регулятора.
Если вы выбрали эту опцию и специально пытаетесь отфильтровать коммутируемый шум, обязательно обратите внимание на коэффициент подавления подачи питания (PSRR) линейного регулятора.
PSSR данного линейного регулятора изменяется в зависимости от частоты. Следовательно, PSSR обычно представляется в виде графика, который показывает, как линейный регулятор подавляет любые пульсации на входном питании на различных частотах.
Рисунок 5 — Коэффициент подавления помех от источника питания (PSRR) в зависимости от частоты для TPS799 от Texas Instruments.
Чтобы использовать этот график, посмотрите на частоту переключения вашего импульсного стабилизатора (или любых других источников шума в вашей цепи). Затем посмотрите на PSSR линейного регулятора на этой конкретной частоте.
Затем вы можете рассчитать, какая часть шума импульсного регулятора будет удалена линейным регулятором.
Сводка
Чтобы выбрать регулятор напряжения для вашей системы, начните с предположения, что линейный регулятор может использоваться, если входное напряжение выше, чем выходное.
Только если при этом расходуется слишком много энергии, используйте понижающий импульсный стабилизатор.
Если вам нужно выходное напряжение выше, чем входное, используйте импульсный импульсный стабилизатор.
Если у вас есть ситуация, когда входное напряжение может быть выше или ниже выходного напряжения, вам нужен импульсный импульсный стабилизатор.
Наконец, если вам нужен чистый выходной сигнал, но требуется энергоэффективность импульсного регулятора, то используйте импульсный регулятор, а затем линейный регулятор для очистки напряжения питания.
Наконец, не забудьте загрузить бесплатно PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.Другой контент, который может вам понравиться:
LM317 со схемой повышения внешнего тока
Популярная микросхема стабилизатора напряжения LM317 рассчитана на выдачу не более 1,5 А, однако добавление в схему повышающего транзистора внешнего тока позволяет модернизировать схему регулятора для работы с гораздо более высокими токами, и до любых желаемых уровней.
Вы, возможно, уже встречали схему фиксированного стабилизатора напряжения 78XX, которая была модернизирована для обработки более высоких токов, добавив к ней внешний силовой транзистор, IC LM317 не является исключением, и то же самое можно применить к этой универсальной схеме регулируемого регулятора напряжения в чтобы обновить его характеристики для обработки большого количества тока.
Стандартная схема LM317
На следующем изображении показана стандартная схема регулятора переменного напряжения IC LM317 с использованием минимального количества компонентов в виде одного постоянного резистора и потенциометра 10 кОм.
Предполагается, что эта установка предлагает регулируемый диапазон от нуля до 24 В при входном напряжении 30 В.
Однако, если мы рассмотрим диапазон тока, он не превышает 1,5 ампера независимо от входного тока питания, поскольку микросхема внутренне оборудована, чтобы пропускать только до 1,5 ампера и подавлять все, что может потребоваться выше этого предела.
Показанная выше конструкция, которая ограничена максимальным током 1,5 А, может быть модернизирована с помощью внешнего PNP-транзистора, чтобы повысить ток наравне с входным током питания, что означает, что как только это обновление будет реализовано, вышеуказанная схема сохранит свою переменную Функция регулирования напряжения, тем не менее, сможет обеспечить нагрузку полным входным током питания, минуя внутреннюю функцию ограничения тока IC.
Расчет выходного напряжения
Для расчета выходного напряжения цепи источника питания LM317 можно использовать следующую формулу
VO = VREF (1 + R2 / R1) + (IADJ × R2)
где is = VREF = 1,25
ADJ тока можно фактически игнорировать, поскольку он обычно составляет около 50 мкА и поэтому слишком мал.
Добавление внешнего усилителя Mosfet
Это обновление повышения тока может быть реализовано путем добавления внешнего PNP-транзистора, который может быть в форме силового BJT или P-канального MOSFET, как показано ниже, здесь мы используем mosfet, сохраняющий вещи компактный и допускающий огромное обновление технических характеристик.
В приведенной выше схеме Rx становится ответственным за обеспечение триггера затвора для МОП-транзистора, так что он может проводить в тандеме с LM317 IC и усиливать устройство дополнительным током, заданным входным источником питания.
Первоначально, когда входная мощность подается в схему, подключенная нагрузка, которая может быть рассчитана на гораздо более высокий, чем 1,5 А, пытается получить этот ток через LM317 IC, и в этом процессе пропорциональная величина отрицательного напряжения создается на RX, заставляя MOSFET реагировать и включаться.
Как только срабатывает МОП-транзистор, весь входной источник имеет тенденцию течь через нагрузку с избыточным током, но, поскольку напряжение также начинает увеличиваться за пределы уставки потенциометра LM317, LM317 получает обратное смещение.
Это действие на время отключает LM317, который, в свою очередь, отключает напряжение на Rx и питание затвора для МОП-транзистора.
Следовательно, МОП-транзистор также имеет тенденцию отключаться на мгновение, пока цикл снова не продлится, позволяя процессу продолжаться бесконечно с заданным регулированием напряжения и высокими требованиями к току.
Расчет резистора затвора МОП-транзистора
Rx можно рассчитать, как указано в:
Rx = 10 / 1A,
, где 10 — оптимальное напряжение срабатывания МОП-транзистора, а 1 ампер — это оптимальный ток через ИС до развития Rx. это напряжение.
Следовательно, Rx может быть резистором 10 Ом с номинальной мощностью 10 x 1 = 10 Вт
Если используется силовой BJT, цифра 10 может быть заменена на 0,7 В
Хотя приведенное выше приложение повышения тока с использованием МОП-транзистор выглядит интересно, у него есть серьезный недостаток, так как эта функция полностью лишает ИС функции ограничения тока, что может привести к перегоранию или возгоранию МОП-транзистора в случае короткого замыкания на выходе.
Чтобы противостоять этой уязвимости, связанной с перегрузкой по току или коротким замыканием, другой резистор в форме Ry может быть установлен с выводом истока МОП-транзистора, как показано на следующей схеме.
Резистор Ry должен вырабатывать противодействующее напряжение на самом себе всякий раз, когда выходной ток превышает заданный максимальный предел, так что противодействующее напряжение на источнике МОП-транзистора подавляет напряжение срабатывания затвора МОП-транзистора, вызывая полное отключение в течение МОП-транзистор, предотвращая его возгорание.
Эта модификация выглядит довольно простой, однако расчет Ry может немного сбить с толку, и я не хочу углубляться в ее изучение, поскольку у меня есть более приличная и надежная идея, которая, как можно ожидать, выполнит полный контроль тока для обсуждаемого подвесного двигателя LM317 схема применения повышающего транзистора.
Использование BJT для управления током
Конструкцию для создания вышеуказанной конструкции, оснащенной повышающим током, а также защитой от короткого замыкания и перегрузки, можно увидеть ниже:
Пара резисторов и BC547 BJT — это все, что может потребуются для включения желаемой защиты от короткого замыкания в модифицированную схему повышения тока для LM317 IC.
Теперь вычисление Ry становится чрезвычайно простым и может быть вычислено по следующей формуле:
Ry = 0,7 / предел тока.
Здесь 0,7 — это напряжение срабатывания BC547, а «предел тока» — это максимальный допустимый ток, который может быть указан для безопасной работы МОП-транзистора, допустим, этот предел установлен равным 10 А, тогда Ry можно рассчитать как :
Ry = 0,7 / 10 = 0,07 Ом.
Вт = 0,7 x 10 = 7 Вт.
Итак, теперь, когда ток имеет тенденцию пересекать вышеуказанный предел, BC547 проводит, заземляя контакт ADJ IC и отключая Vout для LM317
Использование BJT для повышения тока
Если вы не слишком увлечены используя МОП-транзистор, в этом случае вы, вероятно, могли бы применить BJT для требуемого повышения тока, как показано на следующей диаграмме:
Предоставлено: Texas Instruments
Сильноточный регулятор LM317 с регулируемым напряжением / током
На следующей схеме показан сильно регулируемый LM317 на основе сильноточный источник питания, который обеспечит выходной ток более 5 ампер и переменное напряжение от 1.От 2 В до 30 В.
На рисунке выше мы можем видеть, что регулирование напряжения реализовано в стандартной конфигурации LM317 через потенциометр R6, который соединен с выводом ADJ на LM317.
Тем не менее, конфигурация операционного усилителя специально включена, чтобы иметь полезную полномасштабную регулировку высокого тока в диапазоне от минимального до максимального 5 ампер.
Сильноточный импульс 5 А, доступный в этой конструкции, может быть дополнительно увеличен до 10 А путем соответствующей модернизации внешнего транзистора MJ4502 PNP.
Инвертирующих входной контакт # 2 из операционного усилителя используются в качестве опорного входного сигнала, который устанавливается на горшке R2. Другой неинвертирующий вход используется как датчик тока. Напряжение, возникающее на R6 через резистор ограничителя тока R3, сравнивается с опорным сигналом R2, который позволяет выходу операционного усилителя стать низким, как только будет превышен максимальный установленный ток.
Низкий уровень на выходе операционного усилителя заземляет вывод ADJ LM317, отключая его, а также выходной источник питания, который, в свою очередь, быстро снижает выходной ток и восстанавливает работу LM317.Непрерывный режим ВКЛ / ВЫКЛ гарантирует, что ток никогда не может превысить установленный порог, регулируемый R2.
Максимальный уровень тока также можно изменить, настроив значение резистора ограничения тока R3.
О компании Swagatam
Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!
Шунтирующий регулятор напряжения и источник питания »Электроника
Шунтирующие регуляторы напряженияиспользуются во многих областях — они не самые эффективные регуляторы напряжения, но часто очень удобны.
Схемы линейного источника питания Праймер и руководство Включает:
Линейный источник питания
Шунтирующий регулятор
Регулятор серии
Ограничитель тока
Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **
См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания
Шунтирующий регулятор или шунтирующий регулятор напряжения — это форма регулятора напряжения, в которой регулирующий элемент шунтирует ток на землю.
Шунтирующий регулятор работает, поддерживая постоянное напряжение на своих выводах, и он принимает избыточный ток для поддержания напряжения на нагрузке.
Одним из наиболее распространенных примеров шунтирующего регулятора является простая схема стабилитрона, в которой стабилитрон действует как шунтирующий элемент.
Как таковой, шунтирующий регулятор напряжения является важным элементом в технологии линейных источников питания.
Основы шунтирующего регулятора напряжения
Принцип работы шунтирующего регулятора напряжения можно увидеть на схеме.По существу, нагрузка работает с резистором последовательно с источником напряжения и шунтирующим регулятором, а затем параллельно с нагрузкой.
Чтобы поддерживать постоянное напряжение на нагрузке, через последовательный резистор необходимо пропускать ток, чтобы поддерживать требуемое напряжение на нагрузке. Нагрузка потребляет часть, а оставшийся ток потребляется шунтирующим регулятором напряжения.
Схема спроектирована таким образом, что при максимальном токе нагрузки шунтирующий регулятор практически не потребляет ток, а при минимальном токе нагрузки шунтирующий регулятор напряжения пропускает полный ток.
В результате видно, что шунтирующие регуляторы неэффективны, потому что максимальный ток потребляется от источника независимо от тока нагрузки, то есть даже при отсутствии тока нагрузки.
Шунтирующий стабилизатор на стабилитроне
Одной из наиболее распространенных и простых форм шунтирующего стабилизатора является простая схема стабилизатора на стабилитроне, показанная ниже. Его работа очень проста. При превышении своего небольшого минимального тока стабилитрон поддерживает почти постоянное напряжение на своих выводах.
В этой схеме последовательный резистор понижает напряжение от источника к стабилитрону и нагрузке. Поскольку стабилитрон сохраняет свое напряжение, любые изменения тока нагрузки не влияют на напряжение на стабилитроне.
Он принимает изменения тока, необходимые для обеспечения правильного падения на последовательном резисторе. Таким образом, он шунтирует ток, достаточный для поддержания напряжения на его выводах и, следовательно, на нагрузке.
Схемашунтирующего стабилизатора стабилитрона В этой схеме шунтирующего регулятора напряжения стабилитрон должен быть способен рассеивать мощность от максимального значения тока, с которым он может работать.Скорее всего, это будет немного больше, чем максимальный ток, подаваемый на нагрузку, поскольку стабилитрон должен будет пропускать весь ток, когда ток нагрузки равен нулю.
Таким образом, общий максимальный ток, который будет принят диод ток нагрузки плюс резерв на ток для поддержания опорного напряжения, когда нагрузка принимает его максимальный ток.
Следует также отметить, что для схемы шунтирующего регулятора последовательное сопротивление складывается из номинала последовательного резистора плюс любое сопротивление источника.В большинстве случаев значение последовательного резистора будет преобладать, и сопротивление источника можно игнорировать, но это не всегда так.
Шунтирующий регулятор с обратной связью
Базовый шунтирующий регулятор напряжения, указанный выше, не имеет обратной связи, т.е. работает в режиме разомкнутого контура.
Как и предполагалось, производительность этой формы шунтирующего регулятора достаточна для многих приложений, но гораздо более высокий уровень производительности может быть достигнут путем обеспечения обратной связи на основе выходного напряжения шунтирующего регулятора напряжения и подачи его обратно в систему, чтобы гарантировать, что требуемое выходное напряжение точно поддерживается.
Блок-схема шунтирующего регулятора напряжения с обратной связьюИспользуя шунтирующий регулятор напряжения с обратной связью, как показано выше, измеряется выходное напряжение и напряжение сравнивается с опорным. Затем уровень шунтирующего тока изменяется, чтобы вернуть выходное напряжение на требуемый уровень.