Стабилизатор тока и напряжения схема: Схемы стабилизаторов тока для светодиодов на транзисторах и микросхемах

Содержание

Стабилизатор тока на двух транзисторах (схема, плата, сборка, испытание) — Схемка: Электронные Радиосхемы

Схема простейшего стабилизатора тока


Выше представлена очень простая схема линейного стабилизатора тока на двух транзисторах: полевом и биполярном, первый силовой, он управляет нагрузкой (на схеме светодиод), а второй (маломощный) полупроводниковый прибор задаёт режим работы первого.

Принцип работы (работа стабилизатора тока)


Пусть наша нагрузка это
R, будем считать, что её сопротивление почти не изменяется (R = const), ток мы хотим неизменный (I = const), а что у нас остаётся – только выходное напряжение на источнике тока, его то и будет подбирать схема, причём не просто от балды, а именно такое, при котором через вышеупомянутою нагрузку R потечёт ровно тот ток I, на который рассчитано устройство.


А вот разбор работы самой схемы:


после подключения источника питания через резистор
R1 открывается полевой транзистор, через резистор R2-открытый канал сток-исток VT1 и нагрузку (светодиод) течёт ток. Чем больший ток, тем больше будет падать напряжения на резисторе, и когда оно достигнет значения открытия VT2 (для кремниевого биполярного примерно 0,60-0,75 В) тот откроется, через его ЭК потечёт ток от минуса к затвору VT1, тем самым прикрыв его, но не полностью, ведь R1 никуда не девается.


Примечание. Детали для данного экземпляра взяты со старых плат, в частности мощный полевой N-канальный транзистор MTD20N06V в DPAK (TO-252) исполнении с материнки, у него сопротивление открытого канала 65 мОм, а максимальное длительно приложенное напряжение затвор-исток 20 Вольт, питается схема от БП 12 Вольт (скачки напряжения не более нескольких Вольт), поэтому диод Зенера не понадобится. Биполярный транзистор – это известный BC847A в SOT-23 корпусе. Резистор R1 = 11 кОм, R2 = 2 Ом типоразмера 1205 и мощностью 0.25 Вт. Этот экземпляр предназначен для стабилизированного тока:


Iстаб = UБЭ * R2 = 0. 6 В * 2 Ом = 300 мА

Испытание


Дорожки были начерчены маркером, поэтому плата немного отличается от разработанной, крепления под винтики сделаны не были. Подключаем устройство к источнику питания (у меня был трансформатор 12В с диодным мостом и конденсатором), теперь зная, что ток относительно невелик я тупо замкнул выход амперметром, рассчитанным на измерение постоянного тока до 20А, показания ниже:

 


Это адекватный результат для такой схемы. Далее были подключены по очереди два светодиода 10 Вт с различным напряжением питания. Для СД с одним кристаллом напряжение вышло 
Uвых = 2.72 В при токе Iвых = 0.31 А, при этом на входе Uпит = 10.88 В, т.е. рассеивается примерно:


P1 = (Uпит — Uвых)*Iвых = (10.88-2.72)*0.31 = 8.16*0.31 = 2.53 Вт


Для второго светодиода, в котором три кристалла соединены последовательно
Uвых = 10. 32 В, Iвых = 0.29 А при Uпит = 11.22 В, получаем:


P2 = (Uпит — Uвых)*Iвых = (11.22-10.32)*0.31 = 0.9*0.31 = 0.279 Вт


Когда входное напряжение как можно меньше отличается от нужного напряжения питания для обеспечения требуемого тока, тогда и достигается высокий КПД (со вторым СИД
η = 92%) при простоте исполнения.


Заменим резистор, определяющий выходной ток источника тока на 470 Ом, тогда получим выходной ток:


Iвых = UБЭ/R2 = 0.6 / 471 = 1276 мкА


Проверка амперметром:


Таким образом при питании 12 В подключаем светодиод 5 мм, через него проходит ток ~1.3 мА, через два/три светодиода ток будет такой же, ведь напряжения питания хватает для этого.


Ещё сделал небольшой график зависимости выходного
стабильного тока от напряжения питания стабилизатора тока. Сначала происходит выход на номинальный ток (когда напряжения питания не хватает для Iст), а потом всё прекрасно, при изменении напряжения в три раза (с 10 до 30 В) изменение тока всего на 0.64 мА или 4.22%.

Увеличение стабильности


При работе часть энергии рассеивается, происходит нагрев платы и компонентов схемы, параметры плывут, а главное изменяется напряжение насыщения (
UБЭ) транзистора VT2, те самые ~0,7 В будут изменяться, что приведёт к изменению выходного тока.


ТКН (Температурный Коэффициент Напряжения) pn-перехода транзистора отрицательный, при повышении температуры UБЭ будет уменьшаться. Для термостабилизации вводим дополнительно элемент с положительным ТКН – стабилитрон (с Uст > 6.5 В), тогда при нагреве напряжение на одном компоненте (VT2) будет уменьшаться, а на другом (D1) увеличиваться, таким образом получается компенсация. В совершенстве ТКН обоих приборов должен быть равен по величине и противоположным по знаку, а нагрев происходить одинаково (именно поэтому они расположены рядом на плате).


Также добавлен ещё один транзистор
VT3, который выступает источником тока для VT2, что придаст ещё большей стабильности, т.к. при изменении напряжения питания в определённом диапазоне ток базы VT2 почти не будет изменяться.

Печатные платы


Всё уместилось на маленьком кусочке (3 на 2 см) фольгированного текстолита, тепло отводится путём крепления всей платы на кусок алюминия винтами, спроектирована она с расчётом на крепёж M2, чтобы легко и надёжно закрепить её или попросту приклеить к теплоотводу теплопроводящим клеем (Stars 922). При необходимости её можно легко уменьшить почти в два раза раза два.

Список компонентов

Видео

В конечном счете


Такой условный источник тока можно использовать как стабилизатор тока для светодиодов в автомобиле (12 В-14,4 В), с помощью него подключать лазеры к какому-то трансформатору или ИБП со скачущим напряжением в несколько вольт или использовать в схемах зарядных устройств. Но, как вы поняли использовать данное устройство можно с любой другой нагрузкой, требующей стабильного значения электрического тока. Этот стабилизатор рассеивает “лишнюю” энергию в виде теплоты, что может быть неприемлемо в ситуациях, когда разница напряжений большая и протекающий ток не мал, но, например, в условиях когда входное напряжение не сильно превышает выходное и ток стабилизации мал, почему бы и нет?

LM117, LM217, LM317 — регулируемый стабилизатор тока и напряжения. Схема включения, параметры, регулировка выходного напряжения.

  1. Домой
  2. Статьи
  3. Другие темы
  4. 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 изображения

Стабилизаторы 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;
Схема включения

Стандартная схема включения LM117 (LM217, LM317).

Нажмите для увеличения изображения

Стабилизатор 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 изображения

Типовая схема зарядного устройства со стабилизацией тока показана на рисунке ниже.

Нажмите для увеличения изображения

В 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:

Спустя несколько месяцев после релиза графических ускорителей GeForce RTX 30-й серии компания NVIDIA по-прежнему не может справиться с дефицитом, обеспечив достаточный объём поставок компонентов для производства…

Читать полностью

Управляющий директор и глобальный вице-президент Xiaomi India Ману Кумар Джайн (Manu Kumar Jain) на своей страничке в социальной сети Twitter представил новый ноутбук Xiaomi Mi Notebook 14 IC. Xiaomi Mi…

Читать полностью

Выпущена очередная стабильная версия программы Victoria 5.29 HDD/SSD для тестирования и мелкого ремонта жёстких дисков, SSD-накопителей, карт памяти, а также любых других накопителей в операционной системе…

Читать полностью

Схема 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.

Нужен 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 напряжения

Отрицательная 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 LT3085

В 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 LT3085

Источник 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 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 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 токаСхемотехника

Сохранить или поделиться

Регулируемый стабилизатор напряжения с регулируемым ограничением выходного тока

Простенькая относительно схемка, со средними параметрами, на основe транзисторoв с большим усилением. Была сделана для своих нужд в качестве лабораторного.
Часто приходилось заниматься ремонтом или запуском разных схем, для которых нужно было просто иметь чем их питать 3V, 5V, 6V, 9V, 12V… И каждый раз искал что-нибудь подходящее. В ход шли блоки питания от калькуляторов, магнитофонов, аккумуляторы, батарейки. Иногда радовался, что соответствующий источник не давал больших токов, таким образом спасая меня от лишних трат. Конечно делал одно- двух-транзисторные стабилизаторы для решения этой проблемы, но резульнаты не удовлетворяли. Где-то на второй волне вдохновения родилось то, с чем хочу поделится.
Применяется до сих пор при ремонте и запуске устройств, если подходит выходное напряжение конечно. А также при не совсем обычном применении – проверка стабилитронов, зарядка пальчиковых аккумуляторов, просто как источник стабильного тока. В таких случаях крайне удобно наличие хотя бы вольтметра на выходе.

Содержание / Contents

Устройство разрабатывалось для выходного напряжения 1…12V и регулирования выходного тока в пределах 0,15…3А. Конечно для хороших результатов поставил транзисторы с усилением более 500 (сняты с платы МЦ-31 телевизора 3усцт), а составной регулирующий – около 10 000 (если измеритель не врёт – взял из модуля СКР телевизора 2усцт, коррекция растра).
Важно наверно, что питал схему от автомобильного аккумулятора, когда снимал данные.
Далее поставил трансформатор и некоторые чудеса, типа 3А при 12V, стали невозможными. Падало напряжение на выходе выпрямителя. Кому ещё интересно – ближе к схеме.
Схема стабилизатора напряжения с регулируемым ограничением выходного тока

Итак, на Х1 подаётся минус источникa напряжения, а с Х2 берётся стабилизированное и ограниченное в выходном токе напряжение. Если вкратце, то VТ3 – регулирующий, VТ4 – компаратор и усилитель сигнала ошибки стабилизатора напряжения, VТ1 — компаратор и усилитель сигнала ошибки стабилизатора выходного тока, VТ2 — датчик наличия ограничения выходного тока. За основу был взят распространённый вариант стабилизатора напряжения.

Исходная схема с фиксированным напряжением и защитой по току

Она слегка изменена, чтобы можно было менять в возможно бОльших пределах выходное напряжение, и убрать блокирование стабилизатора. Добавлен R8, чтобы сделать возможным работу схемы ограничения выходного тока на VТ1. Добавлен R7 и VD3 для установки пределов изменения выходного напряжения. Конденсаторы С1 и С2 помогут уменьшить пульсации на выходе.

Теперь позвольте мне пройтись с объяснениями по второму кругу (cм. первую схему). При появлении на входе Х1 относительно общего провода отрицательного постоянного напряжения в пределах 9…15V, появится ток в цепи R2-VD2-R6-VD1. На стабилитроне VD1 появится стабильное напряжение. Часть этого напряжения подаётся на базу VТ4, который в результате откроется. Его ток коллектора откроет VТ3. Ток коллектора VТ3 зарядит С2, а через делитель R9, R10 часть напряжения С2 (оно же выходное) поступит на эмитер VТ4. Этот факт не позволит выходному напряжению расти больше чем удвоенное (Uбазы VT4 — 0,6V). Удвоенное потому, что делитель R9, R10 на два. Так как на базе VT4 напряжение стабильно, выходное тоже будет стабильным. Это есть рабочий режим. Транзисторы VТ1, VТ2 закрыты и никак не влияют.

Подсоединим нагрузку. Появится ток нагрузки. Он потечёт по цепи R2, Э-К VТ3 и дальше в нагрузку. R2 здесь работает датчиком тока. Пропорционально току на нём появляется напряжение. Это напряжение суммируется с частью напряжения, взятого с помощью R5 от VD2 и прилагается к базовому переходу VТ1 (R3 – чисто для ограничения тока базы VТ1 при бросках и защиты таким образом VТ1) и когда оно становится достаточным для открытия VТ1, устройство входит в режим ограничения выходного тока. Часть тока коллектора VТ4, который раньше поступал в базу VТ3, сейчас уходит через переход база-эмитер VТ2 в коллектор VТ1.
Благодаря большому коэффициенту усиления транзисторов, напряжение база-эмитер VТ1 будет поддерживаться около 0,6V. Это значит, что напряжение на R2 будет неизменным, следовательно и ток через него, а дальше через нагрузку тоже. Движком R5 можно выбирать ограничение тока от минимального до почти 3А.
При наличии режима ограничении тока открыт и VТ2, своим током коллектора он зажжёт светодиод HL1. Следует понимать, что ограничение тока «имеет приоритет» перед «стабильностью» выходного напряжения.

На выходе устройства я поставил вольтметр, а вот когда нужно ограничение на определённом токе, просто закорачиваю выход тестером в режиме амперметра и с помощью R5 добиваюсь желаемого.

Схемка простинькая но всё хорошее основано на большом усилении транзисторов (более 500). А VТ3 вообще составной. Букв на названиях транзисторов нет, но должны все подойти. У меня все «Г». Главное – усиление и малые утечки. В справочнике пишут, что у некоторых букв «Ку» от 200, но мои все имели более 600. Переменники попались группы А. Для VТ3 нужен радиатор. Я поставил какой был и влез в корпус. Максимальную надежность обеспечит лишь радиатор, расчитанный на рассеивание мощности равной Uвходное умножить на 3А, т.е. 30…50Вт.
Думаю мало кому понадобится 1V на 3А долговременно, поэтому смело можно ставить радиатор в 2…3 раза меньше.

VD2 и VD3 служат источниками напряжения в 0,6V. Можно использовать и другие кремниевые диоды. R4 – несколько сдвигает порог, когда загорается светодиод. Если он горит, значит вовсю идет ограничение выходного тока. R1 просто ограничивает ток светодиода. Потенциометры можно и с большим номиналом (в 2…3 раза). R8 можно уменьшить (где-то до 4к), если у транзистора VТ3 не хватит усиления.

С печатной платой – как обычно в простых схемах, изготавливаемых в единственном экземпляре. Была плата для другого регулируемого стабилизатора напряжения, параметры которого не устраивали. Она была превращена в макетницу и на ней собрана данная схема. Резисторы использованы на 0,25 Вт (можно и 0,125) – не вижу особых требований. При 3А (если Ваш выпрямитель их даст) – заводской проволочный R2 (2 Вт-а) будет на пределе и наверно стоит ставить мощнее (5Вт). Электролиты — К50-16 на 16V.

Eсли нет составного транзистора – «составьте» его из чего есть. Начните с КТ817 + КТ315, с буквами «Б» и дальше. (Если всё же не хватит усиления у VТ3, я бы уменьшил R9 и R10 до 200 Ом и R8 до 2 кОм).

Трансформатор, выпрямитель и конденсатор фильтра – Ваши. Они не менее важны, но я хотел рассказать только о таком более-менее универсальном стабилизаторе. (У меня стоит 10-ватный транс на 10V/1А переменного, откуда-то взятый блочный мостик на 1А, и 4000мкФ/16V электролит фильтра. Стыдно, зато всё влезает в корпус.

Нужно заметить, что стрелочный индикатор (в схеме не указан) с помощию переключателя, можно использовать и как вольтметр и как амперметр. В первом случае видим выходное напряжение, во втором выходной ток.

Вышерасписанное устройство у меня работает в составе «всё в одном»: развитый (хоть и однополярный) блок питания, частотомер и генератор звуковых частот (синус, квадрат, треугольник). Схемы взяты из журнала «Радио». (Работают не совсем так как хотелось бы. Во-первых потому, что внёс слишком много «несанкционированных» изменений – особенно в элементной базе – поставил что имел.) Конечно имеется возможность работы головки вольтметра в качестве индикатора частоты в частотомере. При пользовании генератором – частотомер показывает частоту. Имеется и выход переменного напряжения 6,3V и 10V , на всякий случай.

Корпус, который виден на фотографии не ахти, чтобы его повторять. И вообще: всё там задумывалось, как зеркальное отражение, но загнул переднюю панель по ошибке не в ту сторону. Я растроился и не стал уже его никак украшать.

Виктор Бабешко повторил конструкцию, прислал свой вариант печатки и фотку.
Файл в LayOut:

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке.
Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

 

04.05.18 изменил Datagor. Добавлен чертеж ПП

Схема электрическая стабилизатора

Разработчики электрических и электронных устройств, в процессе их создания, исходят из того, что будущее устройство будет работать в условиях стабильного питающего напряжения. Это необходимо для того, чтобы электрическая схема электронного устройства, во-первых, обеспечивала стабильные выходные параметры в соответствии со своим целевым назначением, а во-вторых, стабильность питающего напряжения защищает устройство от скачков, чреватых слишком большими потребляемыми токами и перегоранием электрических элементов устройства. Для решения задачи обеспечения неизменности питающего напряжения применяют какой-либо вариант стабилизатора напряжения. По характеру потребляемого устройством тока различают стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.

Стабилизаторы переменного напряжения

Стабилизаторы переменного напряжения применяют, если отклонения напряжения в электрической сети от номинального значения превышают 10% . Такая норма выбрана исходя из того, что потребители переменного тока при таких отклонениях сохраняют свою работоспособность весь срок эксплуатации. В современной электронной технике, как правило, для решения задачи стабильного электропитания используют импульсный блок питания, при котором стабилизатор переменного напряжения не нужен. А вот в холодильниках, микроволновых печах, кондиционерах, насосах и т.п. требуется внешняя стабилизация питающего переменного напряжении. В таких случаях чаще всего используют стабилизатор одного из трёх типов: электромеханический, главным звеном которого является регулируемый автотрансформатор с управляемым электрическим приводом, релейно- трансформаторный, на базе мощного трансформатора, имеющего несколько отводов в первичной обмотке, и коммутатора из электромагнитных реле, симисторов, тиристоров или мощных ключевых транзисторов, а также чисто электронный. Широко распространенные в прошлом веке феррорезонансные стабилизаторы в настоящее время практически не используются из-за наличия многочисленных недостатков.

Для подключения потребителей к сети переменного тока 50 Гц применяют стабилизатор напряжения на 220 В. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа изображена на следующем рисунке.

Трансформатор А1 повышает напряжение в сети до уровня, достаточного для стабилизации выходного напряжения при низком входном напряжении. Регулирующий элемент РЭ осуществляет изменение выходного напряжения. На выходе управляющий элемент УЭ измеряет значение напряжения на нагрузке и выдает управляющий сигнал для его корректировки, если это необходимо.

Электромеханические стабилизаторы

В основе такого стабилизатора — использование бытового регулируемого автотрансформатора или лабораторного ЛАТРа. Применение автотрансформатора обеспечивает более высокий КПД установки. Рукоятка регулирования автотрансформатора удаляется, а на корпусе вместо нее соосно устанавливают небольшой двигатель с редуктором, обеспечивающим усилие вращения достаточное для поворота бегунка в автотрансформаторе. Необходимая и достаточная скорость вращения – около 1 оборота за 10 — 20 сек. Этим требованиям удовлетворяет двигатель типа РД-09, который раньше применялся в самопишущих приборах. Управляет двигателем электронная схема. При изменении сетевого напряжения в пределах +- 10 вольт выдаётся команда на двигатель, который поворачивает бегунок до достижения на выходе напряжения 220 В.

Примеры схем электромеханических стабилизаторов приведены ниже: 

Электрическая схема стабилизатора напряжения с использованием логических микросхем и релейного управления электроприводом

Электромеханический стабилизатор на основе операционного усилителя.

Достоинством подобных стабилизаторов является простота реализации и высокая точность стабилизации напряжения на выходе. К недостаткам следует отнести невысокую надёжность из — за присутствия механических подвижных элементов, относительно малую допустимую мощность нагрузки ( в пределах 250 … 500 Вт), малую распространенность в наше время автотрансформаторов и необходимых электродвигателей.

Релейно — трансформаторные стабилизаторы

Релейно — трансформаторный стабилизатор является более популярным в силу простоты реализации конструкции, применения распространенных элементов и возможности получения значительной выходной мощности (до нескольких киловатт), значительно превышающей мощность примененного силового трансформатора. На выбор его мощности влияет минимальное напряжение в конкретной сети переменного тока. Если, к примеру, оно не меньше 180 В, то от трансформатора потребуется обеспечение вольтодобавки 40 В, что в 5,5 раз меньше номинального напряжения в сети. Выходная мощность у стабилизатора во столько же раз будет больше, чем мощность силового трансформатора (если не учитывать КПД трансформатора и максимально допустимый ток через коммутирующие элементы). Число ступеней изменения напряжения, как правило, устанавливают в пределах 3 … 6 ступеней, что в большинстве случаев обеспечивает приемлемую точность стабилизации напряжения на выходе. При вычислении количества витков обмоток в трансформаторе для каждой ступени напряжение в сети принимается равным уровню срабатывания коммутирующего элемента. Как правило, в качестве коммутирующих элементов используют электромагнитные реле — схема выходит достаточно элементарной и не вызывающей затруднений при повторении. Недостатком такого стабилизатора является образование дуги на контактах реле в процессе коммутации, что разрушает контакты реле. В более сложных вариантах схем переключение реле производят в моменты перехода полуволны напряжения через нулевое значение, что предотвращает возникновение искры, правда при условии использования быстродействующих реле или коммутации на спаде предшествующей полуволны. Использование в качестве коммутирующих элементов тиристоров, симисторов или других бесконтактных элементов надёжность схемы резко возрастает, но усложняется из-за необходимости обеспечения гальванической развязки между цепями управляющих электродов и модулем управления. Для этого применяют оптронные элементы или разделительные импульсные трансформаторы. Ниже приведена принципиальная схема релейно — трансформаторного стабилизатора:

Схема цифрового релейно — трансформаторного стабилизатора на электромагнитных реле

Электронные стабилизаторы

Электронные стабилизаторы имеют, как правило, небольшую мощность (до 100 Вт) и необходимую для работы многих электронных устройств высокую стабильность выходного напряжения. Они обычно строятся в виде упрощённого усилителя низкой частоты, имеющего достаточно большой запас изменения уровня питающего напряжения и мощности. На его вход от электронного регулятора напряжения подаётся сигнал синусоидальной формы с частотой 50 Гц от вспомогательного генератора. Можно использовать понижающую обмотку силового трансформатора. Выход усилителя подключен к повышающему до 220 В трансформатору. Схема имеет инерционную отрицательную обратную связь по значению выходного напряжения, что гарантирует стабильность выходного напряжения с неискажённой формой. Для достижения мощности на уровне нескольких сотен ватт используют другие методы. Обычно применяют мощный преобразователь постоянного тока в переменный на основе использования нового вида полупроводников — так называемых IGBT транзисторо.

Эти коммутирующие элементы в ключевом режиме могут пропустить ток в несколько сотен ампер при максимально допустимом напряжении более 1000 В. Для управления такими транзисторами используются специальные виды микроконтроллеров с векторным управлением. На затвор транзистора с частотой в несколько килогерц подают импульсы с переменной шириной, которая меняется по программе, введенной в микроконтроллер. По выходу такой преобразователь нагружен на соответствующий трансформатор. Ток в цепи трансформатора меняется по синусоиде. В то же время напряжение сохраняет форму исходных прямоугольных импульсов с разной шириной. Такая схема используется в мощных источниках гарантированного питания, используемых для бесперебойной работы компьютеров. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа очень сложна и практически недоступна для самостоятельного воспроизведения.

Упрощенные электронные стабилизаторы напряжения

Такие устройства применяют, когда напряжение бытовой сети (особенно в условиях сельских населенных пунктов) нередко оказывается пониженным, практически никогда не обеспечивая номинальных 220 В.

В такой ситуации и холодильник работает с перебоями и риском выхода из строя, и освещение оказывается тусклым, и вода в электрочайнике долго не может закипеть. Мощности старенького, еще советских времен, стабилизатора напряжения, рассчитанного на питание телевизора, как правило, недостаточна для всех остальных бытовых электропотребителей, да и значение напряжения в сети часто падает ниже уровня, допустимого для подобного стабилизатора.

Существует простой метод для повышения напряжение в сети, путем использования трансформатора мощностью значительно меньшей мощности применяемой нагрузки. Первичная обмотка трансформатора включается непосредственно в сеть, а нагрузка подключается последовательно к вторичной (понижающей) обмотке трансформатора. При правильной фазировке напряжение на нагрузке окажется равным сумме снимаемого с трансформатора и сетевого напряжения.

Электрическая схема стабилизатора напряжения, действующего по этому несложному принципу, приведена рисунке ниже. Когда стоящий в диагонали диодного моста VD2 транзистор VT2 (полевой) закрыт, обмотка I (являющаяся первичной) трансформатора Т1 к сети не подключена. Напряжение на включенной нагрузке почти равно сетевому за минусом небольшого напряжения на обмотке II (вторичная) трансформатора Т1. При открытии полевого транзистора первичная обмотка трансформатора окажется замкнутой, а к нагрузке будет приложена сумма сетевого и напряжения вторичной обмотки.

Схема электронного стабилизатора напряжения

Напряжение с нагрузки, через трансформатор Т2 и диодный мост VD1 подается на транзистор VT1. Регулятор подстроечного потенциометра R1 должен быть выставлен в положение, обеспечивающее открытие транзистора VT1 и закрытие VT2, когда напряжение на нагрузке превышает номинальное (220 В). Если напряжение меньше 220 вольт транзистор VT1 закроется , a VT2 — откроется. Полученная таким способом отрицательная обратная связь сохраняет напряжение на нагрузке примерно равным номинальному значению.

Выпрямленное напряжение с моста VD1 используется и для запитки коллекторной цепи VT1 (через цепь интегрального стабилизатора DA1). Цепочка C5R6 гасит нежелательные скачки напряжения сток-исток на транзисторе VT2. Конденсатор С1 обеспечивает снижение помех, проникающих в сеть в процессе работы стабилизатора. Номиналы резисторов R3 и R5 подбирают, получая наилучшую и устойчивую стабилизацию напряжения. Выключатель SA1 обеспечивает включение и выключение стабилизатора и нагрузки. Замыкание выключателя SA2 отключает автоматику, стабилизирующую напряжение на нагрузке. Оно в таком варианте оказывается максимально возможным при текущем напряжении в сети.

После включения собранного стабилизатора в сеть, подстроечным резистором R1 устанавливают на нагрузке напряжение, равное 220 В. Нужно учесть, что вышеописанный стабилизатор не может устранить изменения сетевого напряжения, превышающие 220 В, или оказавшиеся ниже минимального, использованного при расчете обмоток трансформатора.

Замечание: В некоторых режимах работы стабилизатора мощность, рассеиваемая транзистором VT2, оказывается весьма значительной. Именно она, а не мощность трансформатора, может ограничить допустимую мощность нагрузки. Поэтому следует позаботиться о хорошем отводе тепла от этого транзистора.

Стабилизатор, устанавливаемый в сыром помещении, нужно обязательно поместить в заземленный металлический корпус.

Lm317t стабилизатор тока схема — Морской флот

Качественный блок питания с регулируемым выходным напряжением – мечта каждого начинающего радиолюбителя. В быту такие устройства применяются повсеместно. К примеру, взять любое зарядное устройство для телефона или ноутбука, блок питания детской игрушки, игровой приставки, стационарного телефона, многих других бытовых приборов.

Что касается схемной реализации, конструкция источников может быть разной:

  • с силовыми трансформаторами, полноценным диодным мостом;
  • импульсные преобразователи сетевого напряжения с выходным регулируемым напряжением.

Но чтобы источник был надежным, долговечным, для него лучше выбирать надежную элементную базу. Здесь то начинают возникать трудности. Например, выбирая в качестве регулирующих, стабилизирующих компонентов отечественного производства, порог нижнего напряжения ограничивается 5 В. А что делать, если требуется 1,5 В? В таком случае лучше воспользоваться импортными аналогами. Тем более они более стабильны и практически не греются при работе. Одним из самых широко употребляемых является интегральный стабилизатор lm317t.

Основные характеристики, топология микросхемы

Микросхема lm317 является универсальной. Она может быть использована как стабилизатор с постоянно установленным выходным напряжением и как регулируемый стабилизатор с высоким КПД. МС обладает высокими практическими характеристиками, делающими возможным его использование в различных схемах зарядных устройств или лабораторных блоков питания. При этом вам даже не придется волноваться за надежность работы при критических нагрузках, потому что микросхема оснащена внутренней защитой от короткого замыкания.

Это весьма хорошее дополнение, потому что максимальный выходной ток стабилизатора на lm317 составляет не более 1,5 А. Но наличие защиты не даст вам ее непреднамеренно спалить. Для повышения тока стабилизации необходимо использование дополнительных транзисторов. Таким образом, можно регулировать токи до 10 и более А при использовании соответствующих компонентов. Но об этом поговорим позже, а в таблице ниже представим основные характеристики компонента.

Параметр Значение
Uоп. 1,25 В
Макс разница между Uвых. и Uвх. Не более 40 В
Мин разница между Uвых. и Uвх. Не менее 1,3 В
Макс. Uвых. 37 В
Мин. Uвых. 1,25 В
Iвых. макс. 1,5 А
Iрег До 100 мкА
Пульсации Не более 65 дБ
Тип корпуса ТО-220
Предел рабочих температур От 0 до +125 градусов

Цоколевка микросхемы

Изготовлена интегральная микросхема в стандартном корпусе ТО-220 с теплоотводом, устанавливаемым на радиатор. Что касается нумерации выводов, они расположены по ГОСТу слева направо и имеют следующее значение:

Номер вывода Название вывода Значение
1 Adj Регулировка
2 Out Выход
3 In Вход

Вывод 2 соединен с теплоотводом без изолятора, поэтому в устройствах, если радиатор контактирует с корпусом, необходимо использовать изоляторы из слюды или любого другого теплопроводящего материала. Это важный момент, потому что можно случайно закоротить выводы, а на выходе микросхемы просто ничего не будет.

Аналоги lm317

Иногда найти конкретно требуемую микросхему на рынке не удается возможным, тогда можно воспользоваться подобными ей. Среди отечественных компонентов на lm317 аналог есть достаточно мощный и производительный. Им является микросхема КР142ЕН12А. Но при ее использовании стоит учесть тот факт, что она неспособна обеспечить напряжение меньше 5 В на выходе, поэтому если это важно, придется опять-таки использовать дополнительный транзистор или же найти именно требуемый компонент.

Что касается форм-фактора, то у КР есть столько же выводов, сколько их имеет lm317. Поэтому вам даже не придется переделывать схему готового устройства с целью подгонки параметров регулятора напряжения или неизменяемого стабилизатора. При выполнении монтажа интегральной схемы ее рекомендуется устанавливать на радиатор с хорошим теплоотводом и системой охлаждения. Что довольно часто наблюдается при изготовлении мощного светильника на светодиодах. Но при номинальной нагрузке устройство выделяет немного тепла.

Кроме отечественной интегральной схемы КР142ЕН12, выпускаются более мощные импортные аналоги, выходные токи которых в 2-3 раза больше. К таким микросхемам относятся:

  • lm350at, lm350t — 3 А;
  • lm350k — 3 А, 30 Вт в другом корпусе;
  • lm338t, lm338k — 5 А.

Производители этих компонентов гарантируют более высокую стабильность выходного напряжения, низкий ток регулирования, повышенную мощность с тем же минимальным выходным напряжением не более 1,3 В.

Особенности подключения

На lm317t схема включения довольно проста, состоит из минимального количества компонентов. При этом их число зависит от назначения устройства. Если изготавливается стабилизатор напряжения, для него потребуются следующие детали:

Rs – шунтирующее сопротивление, выполняющее также роль балласта. Выбирается значением около 0,2 Ом, если требуется обеспечить максимальный выходной ток до 1,5 А.

Резистивный делить с R1, R2, подключенный к выходу и корпусу, а со средней точки поступает регулирующее напряжение, образуя глубокую обратную связь. Благодаря чему достигается минимальный коэффициент пульсаций и высокая стабильность выходного напряжения. Их сопротивление выбирается исходя из соотношения 1:10: R1=240 Ом, R2=2,4 кОм. Это типовая схема стабилизатора напряжения с выходным напряжением 12 В.

Если требуется сконструировать стабилизатор тока, для этого понадобится еще меньше компонентов:

R1, являющееся шунтом. Им задается выходной ток, который не должен превышать 1,5 А.

Чтобы правильно рассчитать схему того или другого устройства, всегда можно использовать калькулятор lm317. Что касается расчета Rs, то его можно определить по обычной формуле: Iвых. = Uоп/R1. На lm317 стабилизатор тока светодиода получается достаточно качественный, который может быть изготовлен нескольких типов в зависимости от мощности LED:

  • для подключения одноватного светодиода с током потребления 350мА необходимо использовать Rs = 3,6 Ом. Его мощность выбирается не менее 0,5 Вт;
  • для питания трехватных светодиодов потребуется резистор сопротивлением 1,2 Ом, ток составит 1 А, а мощность рассеивания не менее 1,2 Вт.

На lm317 стабилизатор тока светодиода получается достаточно надежный, но важно правильно рассчитать сопротивление шунта и выбрать его мощность. А поможет в этом деле калькулятор. Также на светодиодах и на основе этой МС изготавливают различные мощные светильники и самодельные прожекторы.

Построение мощных регулируемых блоков питания

Внутренний транзистор lm317 недостаточно мощный, для его увеличения придется использовать внешние дополнительные транзисторы. В данном случае выбираются компоненты без ограничений, потому что управление ими требует намного меньших величин токов, которые микросхема вполне способна предоставить.

Регулируемый блок питания lm317 с внешним транзистором не сильно отличается от обычного включения. Вместо постоянного R2 устанавливается переменный резистор, а база транзистора подключается на вход микросхемы через дополнительный ограничивающий резистор, запирающий транзистор. В качестве управляемого используется биполярный ключ с проводимостью p-n-p. В таком исполнении микросхема оперирует токами порядка 10 мА.

При проектировании двухполярных источников питания потребуется использовать комплементарную пару этой микросхемы, которой является lm337. А для увеличения выходного тока применяется транзистор с проводимостью n-p-n. В обратном плече стабилизатора компоненты подключаются таким же образом, как и в верхнем. В качестве первичной цепи выступает трансформатор или импульсный блок, что зависит от качества работы схемы и ее эффективности.

Некоторые особенности работы с микросхемой lm317

При проектировании блоков питания с небольшим выходным напряжением, при котором разница между входным и выходным значением не превышает 7 В, лучше использовать другие, более чувствительные микросхемы с выходным током до 100 мА — LP2950 и LP2951. При низком падении lm317 не способна обеспечить необходимый коэффициент стабилизации, что может приводить к нежелательным пульсациям при работе.

Другие практические схемы на lm317

Кроме обычных стабилизаторов и регуляторов напряжения на основе этой микросхемы также можно изготовить цифровой регулятор напряжения. Для этого потребуется сама микросхема, набор транзисторов и несколько резисторов. Посредством включения транзисторов и по приходу цифрового кода с ПК или иного устройства изменяется сопротивления R2, что приводит и к изменению тока цепи в пределах напряжения от 1,25 до 1,3 В.

Стабилизатор тока для светодиодов применяется во многих светильниках. Как и всем диодам, LED присуще нелинейная вольт-амперная зависимость. Что это значит? При повышении напряжения, сила тока медленно начинает набирать мощь. И только при достижении порогового значения, яркость светодиода становится насыщенной. Однако если ток не перестанет расти, то лампа может сгореть.

Правильная работа LED может быть обеспечена только благодаря стабилизатору. Эта защита необходима еще и по причине разброса пороговых значений напряжения светодиода. При подключении по параллельной схеме лампочки могут просто на просто сгореть, так как им приходится пропускать недопустимую для них величину тока.

Виды стабилизирующих устройств

По способу ограничения силы тока выделяются устройства линейного и импульсного типа.

Так как напряжение на светодиоде – неизменная величина, то стабилизаторы тока часто считают стабилизаторами мощности LED. Фактически последняя прямо пропорциональна изменению напряжения, что характерно для линейной зависимости.

Линейный стабилизатор нагревается тем больше, чем больше прилагается к нему напряжения. Это его главный недочёт. Преимущества данной конструкции обусловлены:

  • отсутствием электромагнитных помех;
  • простотой;
  • низкой стоимостью.

Более экономичными устройствами являются стабилизаторы на основе импульсного преобразователя. В этом случае мощность прокачивается порционно – по мере необходимости для потребителя.

Схемы линейных устройств

Самая простейшая схема стабилизатора – это схема, построенная на основе LM317 для светодиода. Последний являются аналогом стабилитрона с определенным рабочим током, который он может пропускать. Учитывая малую силу тока можно собрать простой аппарат самостоятельно. Наиболее простой драйвер светодиодных ламп и лент собирают именно таким способом.

Микросхема LM317 уже не одно десятилетие является хитом среди начинающих радиолюбителей благодаря своей простоте и надежности. На её основе можно собрать регулируемый блок питания, светодиодный драйвер и другие БП. Для этого потребуется несколько внешних радиодеталей, модуль работает сразу, настройки не требуется.

Интегральный стабилизатор LM317 как никакой другой подходит для создания несложных регулируемых блоков питания, для электронных устройств с разными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданными параметрами нагрузки.

Основное назначение это стабилизация заданных параметров. Регулировка происходит линейным способом, в отличие от импульсных преобразователей.

Выпускаются LM317 в монолитных корпусах, исполненных в нескольких вариациях. Самая распространённая модель TO-220 с маркировкой LM317Т.

Каждый вывод микросхемы имеет свое предназначение:

  • ADJUST. Ввод для регулирования выходного напряжения.
  • OUTPUT. Ввод для формирования выходного напряжения.
  • INPUT. Ввод для подачи питающего напряжения.

Технические показатели стабилизатора:

  • Напряжение на выходе в пределах 1,2–37 В.
  • Защита от перегрузки и КЗ.
  • Погрешность выходного напряжения 0,1%.
  • Схема включения с регулируемым выходным напряжением.

Мощность рассеяния и входное напряжение устройства

Максимальная «планка» входного напряжения должна быть не более заданной, а минимальная – выше желаемой выходной на 2 В.

Микросхема рассчитана на стабильную работу при максимальном токе до 1,5 А. Это значение будет ниже, если не применять качественный теплоотвод. Максимально допустимое рассеивание мощности без последнего равно примерно 1,5 Вт при температуре окружающей среды не более 30 0 С.

При установке микросхемы требуется изоляция корпуса от радиатора, к примеру, с помощью слюдяной прокладки. Также эффективный отвод тепла достигается путём применения теплопроводной пасты.

Краткое описание

Коротко описать достоинства радиоэлектронного модуля LM317, применяемого в стабилизаторах тока, можно так:

  • яркость светового потока обеспечивается диапазоном выходного напряжения 1, – 37 В;
  • выходные показатели модуля не зависят от частоты вращения вала электродвигателя;
  • поддерживание выходного тока до 1,5 А позволяет подключать несколько электроприёмников;
  • погрешность колебаний выходных параметров равна 0,1% от номинального значения, что является гарантией высокой стабильности;
  • имеется функция защиты по ограничению тока и каскадного отключения при перегреве;
  • корпус микросхемы заменяет землю, поэтому при внешнем креплении уменьшается количество монтажных кабелей.

Схемы включения

Безусловно, наипростейшим способом токового ограничения для светодиодных ламп станет последовательное включение добавочного резистора. Но данное средство подходит лишь только для маломощных LED.

Простейший стабилизированный блок питания

Чтобы сделать стабилизатор тока потребуется:

  • микросхемка LM317;
  • резистор;
  • монтажные средства.

Собираем модель по нижеприведенной схеме:

Модуль можно применять в схемах разных зарядных устройств либо регулируемых ИБ.

Блок питания на интегральном стабилизаторе

Этот вариант более практичный. LM317 ограничивает потребляемый ток, который задается резистором R.

Помните, что максимально допустимое значение тока, которое нужно для управления LM317, составляет 1,5 А с хорошим радиатором.

Схема стабилизатора с регулируемым блоком питания

Ниже изображена схема с регулируемым выходным напряжением 1.2–30 В/1,5 А.

Переменный ток преобразуется в постоянный с помощью моста-выпрямителя (BR1). Конденсатор С1 фильтрует пульсирующий ток, С3 улучшает переходную характеристику. Это означает, что стабилизатор напряжения может отлично работать при постоянном токе на низких частотах. Выходное напряжение регулируется ползунком Р1 от 1.2 вольта до 30 В. Выходной ток составляет около 1,5 А.

Подбор резисторов по номиналу для стабилизатора должен осуществляться по точному расчету с допустимым отклонением (небольшим). Однако разрешается произвольное размещение резисторов на монтажном плате, но желательно для лучшей стабильности размещать их подальше от радиатора LM317.

Область применения

Микросхема LM317 является отличным вариантом для использования в режиме стабилизации основных технических показателей. Она отличается простотой в исполнении, недорогой стоимостью и отличными эксплуатационными характеристиками. Единственный недостаток – пороговое значение напряжения составляет лишь 3 В. Корпус в стиле ТО220 – это одна из самых доступных моделей, которая позволяет рассеивать тепло довольно хорошо.

Микросхема применима в устройствах:

Стабилизирующая схема, построенная на основе LM317 простая, дешёвая, и в то же время надежная.

Интегральный, регулируемый линейный стабилизатор напряжения LM317 как никогда подходит для проектирования несложных регулируемых источников и блоков питания, для электронной аппаратуры, с различными выходными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданным напряжением и током нагрузки.

Для облегчения расчета необходимых выходных параметров существует специализированный LM317 калькулятор, скачать который можно по ссылке в конце статьи вместе с datasheet LM317.

Технические характеристики стабилизатора LM317:

  • Обеспечения выходного напряжения от 1,2 до 37 В.
  • Ток нагрузки до 1,5 A.
  • Наличие защиты от возможного короткого замыкания.
  • Надежная защита микросхемы от перегрева.
  • Погрешность выходного напряжения 0,1%.

Эта не дорогая интегральная микросхема выпускается в корпусе TO-220, ISOWATT220, TO-3, а так же D2PAK.

Назначение выводов микросхемы:

Онлайн калькулятор LM317

Ниже представлен онлайн калькулятор для расчета стабилизатора напряжения на основе LM317. В первом случае, на основе необходимого выходного напряжения и сопротивления резистора R1, производится расчет резистора R2. Во втором случае, зная сопротивления обоих резисторов (R1 и R2), можно вычислить напряжение на выходе стабилизатора.

Калькулятор для расчета стабилизатора тока на LM317 смотрите здесь.

Примеры применения стабилизатора LM317 (схемы включения)

Стабилизатор тока

Данный стабилизатор тока можно применить в схемах различных зарядных устройств для аккумуляторных батарей или регулируемых источников питания. Стандартная схема зарядного устройства приведена ниже.

В данной схеме включения применяется способ заряда постоянным током. Как видно из схемы, ток заряда зависит от сопротивления резистора R1. Величина данного сопротивления находится в пределах от 0,8 Ом до 120 Ом, что соответствует зарядному току от 10 мА до 1,56 A:

Источник питания на 5 Вольт с электронным включением

Ниже приведена схема блока питания на 15 вольт с плавным запуском. Необходимая плавность включения стабилизатора задается емкостью конденсатора С2:

Регулируемый стабилизатор напряжения на LM317

Схема включения с регулируемым выходным напряжением

lm317 калькулятор

Для упрощения расчета номинала резистора можно использовать несложный калькулятор, который поможет рассчитать необходимые номиналы не только для LM317, но и для L200, стабилитрона TL431, M5237, 78xx.

Скачать datasheet и калькулятор для LM317 (319,9 Kb, скачано: 39 761)

Аналог LM317

К аналогам стабилизатора LM317 можно отнести следующие стабилизаторы:

  • GL317
  • SG31
  • SG317
  • UC317T
  • ECG1900
  • LM31MDT
  • SP900
  • КР142ЕН12 (отечественный аналог)
  • КР1157ЕН1 (отечественный аналог)

28 комментариев

Интересная статья! Спасибо!

Спасибо. Только ноги перепутали. У 317 1н-ADJ, 3н-INP, 2н — OUTP.
Смотреть мордой к себе, счет слева направо.

Ничего не попутано.На схеме всё правильно.Учите технический английский язык. 1-управляющий, 2-выход, 3-вход
На схеме всё правильно.

Регулируемый стабилизатор напряжения на LM317- схемка работает , только выводы 2 и 3 попутаны местами в схеме.

С какого перепугу они перепутаны? На схеме всё правильно.Внимательнее смотрите даташит на стабилизатор.

А в схеме Регулируемый стабилизатор напряжения на LM317 какой нужен трансформатор? На вторичной обмотке сколько вольт надо?

Разница между входным и выходным напряжением должна составлять 3,2 вольта, то есть, если тебе необходимо 12 вольт на выходе, то на вход нужно подать 15,2 вольта

Подскажите за что отвечает резистор (200 Ом — 240 Ом) между первой и второй ногой микросхемы ?
Сейчас собрал простейший стабилизатор на 5,15 V , резистор между 1 и 2 ногой — 680 Ом , между второй и третьей 220 Ом = на выходе сила тока всего 0,45 А . Для зарядки смартфона мне нужна сила тока 1 А .

Резисторы R1 и R2 — делитель напряжения. Подключите 220 Ом (R1) к 1 и 2 выводу, 680 Ом (R2) к 1 выводу и минусу питания.

Резисторы R1 и R2 можно подобрать и другого номинала?

да, рассчитать можно здесь

можно ли совместить на одной lm317, регулировку тока и напряжения,

Можно,я так делал.Сначала собираем регулятор напряжения,потом между adj и out ставим переменный резистор только большой мощности вата на 2. мультиметром настраиваеш всю поделку.а лучше использовать две 317 . 1-я как регулятор напр. 2-я как рег.тока. и вперед. Если собирать на 317-х лабораторник то можно парралельно их ставить (с ограничительными резисторами на выходе по 0.2 ом )например три или пять штук 317-х,только собирать с защитами (диоды )по полноценной схеме .у меня таких два штуки есть один на одной ,для маломощных нагрузок ,второй на двух .главное что б транс был нормальный мощью ват 30-50.и хватит за глаза .не варить же им !

Евгений, может скинешь схемку (или ссылку)на параллельное включение ЛМ 317 для ПБ? Я собрал, 5 штук поставил, греются не равномерно. Попробую поставлю выравнивающие резисторы по 0,2 Ома. Транс 150 Ватт, до 30В. Можно, конечно, купить БП на Али. Да решил молодость вспомнить (мне 68).

Большое Спасибо за статью.

Здравствуйте! Под рукой стабилизаторы 7812 и 7912.
Можно их применить для понижения напряжения с учетом вышеуказанного расчета и схемы?

Можно лишь изловчиться на напряжение более высокое, чем номинальное (для 7812 — больше 12 В). Для этого в цепь 2-го вывода включают N число диодов, тогда приблизительно получится Uвых=12+0,65N; вместо диодов можно подобрать резистор. При этом корпус микросхемы должен быть изолирован от общего провода вопреки стандартному включению.

Я так понимаю-если стабилизатор не 317 ,а на рассчитанное своё напряжение например 7812,то меньше чем 12 никак не получить,а вот больше по этой методике пожалуйста.

Сделал, работает хорошо.Регулирует от 1,2 В до 35В. После 0,5 А греется. Поставил на радиатор. Решил добавить два транзистора кт 819, поставил уравнивающие резисторы по 0,5 Ом. Регулировка от 0 до 10В — нормально. Если до 20В, то регулировка начинается от 10 и до 20, при 30В — от 20 до 30В, т.е. не от 1,3В. Может поможете? Может ещё кто посоветует. Хотелось бы сделать БП на ЛМ317 + транзисторы. Вам спасибо большое. А может сделать как советует jenya900?

Спасибо за схему,а как увеличить ток до10А?

Как ограничить напряжение на выходе максим. 9вольт, при переменном резисторе 8кОм. Спасибо

Каков температурный диапазон эксплуатации LM317T?

Купил гравёр. Сразу не запустился. Разобрал. Стоит линейный стабилизатор напряжения на LM317T. R1=100 Om, R2= последовательно 150 Om и переменное 1кОм. Между выходом и входом LM317T стоит конденсатор. Все компоненты нано. При включении заряжается ёмкость и когда напряжение достигает около 3В включается. Это где-то пол минуты. Зачем стоит ёмкость? Питание usb 5B. На выходе около 2В. Как всё это исправить? Мне нужно на выходе 3В. Менять переменное R нельзя. Можно менять R1, R2, C1.

Кто-нибудь пробовал параллелить микросхемы?

Ну пока сам не сделаешь, никто не пошевелится рассказать.
Соединил в параллель вчистую (т.е. ножка к ножке без всяких уравнивающих сопротивлений) 5 штук. Нагрузил на 3,8А (больше не требовалось), напряжение на выходе просело с 14В до 13,8В. Приемлемо.
Так что годится такой вариант.

Помогите чайнику. Если в стабилизаторе напряжения на вход подать напряжение меньше, чем установленное на выход, что будет на выходе? Нужно, чтобы схема начала пропускать ток при росте напряжения, начиная с 12 вольт.

Нужен регулятор тока? Используйте регулятор напряжения!

Эта статья, являющаяся частью коллекции аналоговых схем AAC, показывает, как линейные регуляторы напряжения могут быть полезны в приложениях постоянного тока.

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 обычно 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 когда она сочетается с фиксированным источником тока, как в случае с регулятором напряжения LT3085 от Linear Tech. На следующей диаграмме показаны внутренние функции этого устройства.

Диаграмма взята из технического описания 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 контролировать яркость светодиода. Если вы знакомы с этими методами, неудивительно, что мы действительно можем использовать регулятор напряжения, такой как LT3085, для генерации постоянного тока.

В этой статье мы рассмотрим простой светодиодный драйвер на основе LT3085.

Линейный регулятор по сравнению с операционным усилителем

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 функции регулирования напряжения LT3085.Эта информация поможет нам понять реализацию текущего источника.

Вот типичная конфигурация регулятора напряжения:

Диаграмма взята из технического описания 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, а транзистор, подключенный к выходной клемме 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 (поскольку напряжение на нагрузке не меняется).

Что же произойдет, если мы дадим идеальному стабилизатору напряжения фиксированное сопротивление нагрузки? Если напряжение нагрузки не меняется и сопротивление нагрузки не изменяется, 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 управления светодиодами.

Диаграмма взята из технического описания 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 производить постоянный ток через R2, потому что сопротивление R2 постоянно.
  • Инвертирующая входная клемма усилителя не подает ток, поэтому почти весь ток R2 исходит 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, защищенный от перегрева и способный подавать 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 ИС регулятора напряжения от Linear Tech.Я предполагаю, что аналогичные топологии регуляторов доступны и у других производителей.

Мне нравится всегда включать моделирование SPICE в статьи из коллекции Analog Circuit Collection, но в данном случае это казалось действительно ненужным. Однако, прежде чем я написал статью, 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.

Сильноточная регулируемая схема 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 связи, радиопередатчиках большой мощности и т. Д.

В этом проекте используются несколько компонентов.Из-за использования четырех стабилизаторов напряжения LM338-5A и популярного операционного усилителя IC-741 в режиме линейного питания.

Попробуй построить, тебе понравится!

Как это работает

LM338K, 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 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 следует обратить внимание при параллельном соединении множества ИС, 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, установленных ниже, 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. Так как напряжение на падение РТС будет изменяться в зависимости от величины тока, протекающего через нагрузку и Реферировано напряжения IC. Кроме того, они отличаются друг от друга.

Внешнее управление LM338 с использованием uA741

Следовательно, нам необходимо управлять внешними цепями.Для управления напряжением на выводе adj, как показано на Рисунок 3.

Из схемы мы увидим, что на отрицательном выводе IC должно быть половинное напряжение 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 микросхемы IC.

Напряжение это, чтобы сделать изменения в сопротивлении транзистора, в результате чего напряжение в точке ссылочного изменения.

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 схемы применения, как показано на рис. они должны быть выше тока.
  • Для трансформатора, который может подавать не менее 30 ампер, а напряжение вторичной обмотки должно быть не менее 18 вольт.

Для оптимизации схем на конденсаторе С2 лучше использовать 20000uF.

Чтение: Как использовать LM317 Техническое описание и распиновка

Список деталей
IC1: LM741
IC2-IC5: LM338K или LM338P
Q1: BD140
D1: Мостовой диод 148 Diodes 35A 75162
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 с высоким током

  • Все устройства в схемах. Устройства можно припаять к печатной плате, как показано на рис. 5 .Если вы не измените входной конденсатор-C2, они увеличились. Придется установить его вне печатной платы.
  • Диодный мостик 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 готово для пайки оборудования, протестируйте входное питание переменного тока для этого проекта.
  • Затем отрегулируйте VR1 до необходимого выходного напряжения, проверьте нагрузку и регулируйте VR1 до тех пор, пока выходное напряжение не останется неизменным.

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Что такое регулятор напряжения и как он работает?

Большинству интегрированных ИС требуется постоянное напряжение, с которым они могут работать. Будь то простой логический вентиль или сложный микропроцессор, у них есть собственное рабочее напряжение. Наиболее распространенные рабочие напряжения — 3,3 В, 5 В и 12 В. Хотя у нас есть батареи и адаптеры постоянного тока, которые могут действовать как источник напряжения, в большинстве случаев они не могут быть напрямую подключены к нашей схеме, поскольку напряжение от них не регулируется.

Скажем, например, у нас есть батарея на 9 В, но нам нужно запустить реле 5 В, которое, очевидно, работает на 5 В. Что мы здесь делаем?

Что такое регулятор напряжения и почему мы его используем?

Вспомните школьные годы, нас учили, что на резисторах падает напряжение. Разве не было бы простым решением просто использовать резисторы для падения напряжения в соответствии с законом Ома? Но затем на резисторах падает напряжение в зависимости от протекающего через них тока.В тот момент, когда ваш компонент начинает потреблять меньше тока, напряжение резко возрастает и убивает его.

Вам нужно что-то получше — напряжение не должно зависеть от тока нагрузки, по крайней мере, не сильно. Следующее простейшее решение, которое приходит вам в голову, — это делитель напряжения. Для этого нужны два резистора, но, эй, если их можно втиснуть, они также могут работать. Еще одна неприятная проблема — в тот момент, когда ваш компонент начинает потреблять слишком большой ток, выход делителя проседает — верхний резистор не может удовлетворить текущую потребность. Теперь вы действительно начинаете желать, чтобы вы узнали об этом в школе. Вы можете исправить это, уменьшив номиналы резисторов, но это заставит два резистора потреблять слишком большой ток, что, вероятно, разрушит ваш текущий бюджет и станет слишком горячим с непосредственным риском отказа.

Что еще можно было сделать? Усиление! Конечно, вам пришлось потратить на это много часов лекций! Почему бы не добавить транзистор NPN в качестве повторителя напряжения? Делитель напряжения смещения можно подключить к базе, вход шины 12 В — к коллектору, а выход к компоненту — к эмиттеру, и бинго, вы решили проблему!

Конечно, исправление работает, но оставляет неприятное ощущение — вы использовали три части, и при тестировании обнаруживаете, что сбои в шине питания 12 В идеально воспроизводятся на выходе.Конечно, это усилитель, у него нет интеллекта для автокомпенсации. Вы можете заменить нижний резистор делителя напряжения на стабилитрон, но ток, необходимый для правильного смещения стабилитрона (против таких вещей, как температурные коэффициенты и дрейф), почти равен потреблению вашего компонента, что совершенно бессмысленно.

Нет лучшего способа сделать это? Разве нет волшебного черного ящика, в котором было бы все необходимое для эффективного сброса напряжения? Миллионы EEE по всему миру пережили подобные периоды стресса (включая меня!).Конечно, не все проблемы связаны с падением напряжения, но подобные ситуации обычны в лабораториях EEE повсюду!

Но вам повезло — нужный вам компонент существует. Фактически, это одна из первых коммерческих реализаций технологии IC (не считая операционных усилителей) — скромный стабилизатор напряжения .

Если вы когда-нибудь просмотрите техническое описание регулятора напряжения, вы будете поражены схемой, в которой они были упакованы для снижения напряжения и поддержания его в чистоте — хороший стабильный регулятор напряжения, усилители с обратной связью и компенсацией. — приличный силовой каскад.Конечно, если мы смогли вместить столько технологий в эти наши телефоны, почему бы не сделать регулировку напряжения в красивом корпусе TO-92?

Они становятся лучше с каждым днем ​​- некоторые из них потребляют не больше нескольких наноампер, то есть тысячных миллионных ампер! Более того, другие поставляются с защитой от короткого замыкания и перегрева, что делает их надежными.

Регуляторы напряжения — подробный обзор

Как мы видели в разделе выше, основная задача регулятора напряжения — понижать большее напряжение до меньшего и поддерживать его стабильность, поскольку это регулируемое напряжение используется для питания (чувствительной) электроники.

Регулятор напряжения в основном доукомплектован эмиттерный повторитель, как описано выше, — транзистор, соединенный с ссылкой стабильной, что выкладывает постоянное напряжение, опуская остальное.

Они также имеют встроенный усилитель ошибки, который измеряет выходное напряжение (опять же через делитель), сравнивает его с опорным напряжением, вычисляет разность и соответственно управляет выходным транзистором. Это далеко от делителя напряжения, который точно воспроизводит входной сигнал, хотя и немного меньше.Вы не хотите, чтобы пульсации переменного тока накладывались на вашу шину постоянного напряжения.

Желательно иметь транзистор с высоким коэффициентом усиления, так как управлять силовыми транзисторами очень сложно, с жалким коэффициентом усиления в диапазоне двух цифр. Это было преодолено с помощью транзисторов Дарлингтона, а в последнее время — полевых МОП-транзисторов. Поскольку эти типы требуют меньшего тока для управления, общее потребление тока уменьшается. Это дополняется тем, что опорное напряжение используется внутри и потребляет очень малый ток.

Ток, который регулятор потребляет для управления всей этой внутренней схемой, когда выход не нагружен, называется током покоя. Чем меньше ток покоя, тем лучше.

Эти регуляторы построены с использованием трех транзисторов на силовом выходном каскаде — два из них в конфигурации Дарлингтона, а другой — в качестве устройства ограничения тока. Последовательные переходы CE в сумме дают падение напряжения на регуляторе около 2 В.

Это напряжение известно как напряжение падения, напряжение, ниже которого регулятор перестает регулировать.

Вы можете найти устройства, называемые LDO или стабилизаторы с малым падением напряжения, с падением напряжения около 0,4 В, поскольку они используют переключатель MOSFET.

Три клеммных регулятора

Достаточно поговорить, теперь о реальных номерах деталей.

Наиболее распространенной серией регуляторов напряжения является серия 78XX серия .Две цифры после 78 представляют собой выходное напряжение регулятора, например, 7805 — это регулятор 5 В, а 7812 — регулятор 12 В. Выходные напряжения, доступные с фиксированными регуляторами, охватывают широкий диапазон от 3,3 В до 24 В с хорошими значениями, такими как 5 В, 6 В, 9 В, 15 В и 18 В.

Стабилизаторы этой серии отлично подходят для большинства целей, они могут выдерживать почти 30 В на входе и, в зависимости от корпуса, выходной ток до 1 А. Они исключительно просты в использовании — подключите входной контакт к входному напряжению, а выходной контакт — к устройству, которому требуется более низкое напряжение, и, конечно же, контакт заземления к земле.

Здесь развязывающие конденсаторы необязательны, поскольку усилители обратной связи «отклоняют» входные пульсации и шум, следя за тем, чтобы они не передавались на выход. Однако, если ваше устройство потребляет более нескольких десятков миллиампер, рекомендуется не менее 4,7 мкФ на входе и выходе, предпочтительно из керамики.

Интересная вещь, которую делают люди, — на этих регуляторах делают примитивные зарядные устройства для телефонов. Просто подключите батарею 9 В ко входу и соответствующий USB-разъем к выходу, и вуаля, у вас есть аварийное зарядное устройство для телефона.Эта конструкция достаточно прочная, поскольку на микросхеме встроена термозащита.

Хорошая особенность таких регуляторов напряжения заключается в том, что их распиновка практически универсальна, поэтому возможна их замена. В настоящее время большинство «транзисторных» корпусов на печатных платах представляют собой регуляторы напряжения, которые можно использовать для других проектов, поскольку они очень просты в использовании.

Увеличение выходного тока регуляторов напряжения

Одно ограничение, которое быстро преодолевает полезность, — это выходной ток, который сильно ограничен корпусом и способом его установки.

Существуют сильноточные варианты этих регуляторов, но их сложно найти.

Единственные устройства, способные выдавать большие токи, — это импульсные преобразователи постоянного тока в постоянный, но показатели выходного шума ужасны.

Возможно создание собственного сильноточного линейного регулятора, но в конечном итоге вы столкнетесь со всеми проблемами, упомянутыми выше.

К счастью, есть способ «захватить» стандартный регулятор с помощью нескольких дополнительных деталей и увеличить выходной ток.

Большинство этих модификаций включают добавление обходного транзистора через стабилизатор и управление базой с входом, как показано на рисунке ниже.

Регулируемые регуляторы

Три концевых стабилизатора довольно хороши и просты в использовании, но что, если вам нужно нестандартное выходное напряжение, такое как 10,5 В или 13 В?

Конечно, более или менее возможно захватить фиксированные регуляторы, но требуемая схема довольно сложна и превосходит главную цель простоты.

Существует

устройств, которые могут выполнять эту работу за нас, наиболее популярным из которых является LM317.

LM317 похож на любой другой линейный регулятор с входным и выходным контактами, но вместо контакта заземления есть контакт, называемый «Adjust». Этот вывод предназначен для получения обратной связи от делителя напряжения на выходе так, чтобы на выводе всегда было 1,25 В, изменяя значения сопротивления, мы можем получить разные напряжения. В техническом описании даже сказано: «устраняет запасы множества фиксированных напряжений», но, конечно, это применимо только в том случае, если вы можете позволить себе иметь эти два резистора на борту.

В таких регулируемых регуляторах хорошо то, что при небольшом изменении конфигурации они также могут служить в качестве источников постоянного тока.

Подключив резистор к выходному контакту, а регулировочный штифт к другому концу резистора, как показано на рисунке, регулятор пытается поддерживать постоянное напряжение 1,25 В на выходном резисторе и, следовательно, постоянный ток на выходе. Эта простая схема довольно популярна среди диодных лазеров.

Фиксированные регуляторы тоже могут это делать, но напряжения падения неоправданно высоки (фактически, номинальное выходное напряжение). Однако они сработают в крайнем случае, если вы в отчаянии.

Ограничения регулятора напряжения

Самым большим преимуществом линейных регуляторов является их простота; больше нечего сказать.

Однако, как и все хорошие чипы, они имеют свой набор ограничений.

Линейные регуляторы работают как переменный резистор с обратной связью, сбрасывая ненужное напряжение.При рисовании того же тока, что и нагрузка. Эта потраченная впустую энергия преобразуется в тепло, что делает эти регуляторы горячими и неэффективными при высоких токах.

Например, регулятор 5 В с входом 12 В, работающий на токе 1 А, имеет потерю мощности (12 В — 5 В) * 1 А, что составляет 7 Вт! Это много энергии, а КПД всего 58%!

Значит, при больших перепадах входного и выходного напряжения или при больших токах регуляторы имеют жалкую энергоэффективность.

Проблема дифференциального напряжения на входе-выходе может быть решена путем последовательного подключения нескольких регуляторов с понижением выходного напряжения (до желаемого значения напряжения), так что напряжение падает ступенчато.Хотя общая рассеиваемая мощность такая же, как при использовании одного регулятора, тепловая нагрузка распределяется по всем устройствам, что снижает общую рабочую температуру.

Ограничения по мощности и эффективности можно преодолеть с помощью импульсного источника питания, но выбор зависит от области применения, нет четких правил относительно того, где и какой тип источника питания использовать.

Отсутствует

Код 404 страница не найдена. К сожалению, страница отсутствует или перемещена.

Ниже приведены основные подразделы этого сайта.

  • Главная страница General Electronics
  • Мой канал YouTube Electronics
  • Проекты микроконтроллеров Arduino
  • Raspberry Pi и Linux
  • Пересмотр регистров порта Arduino
  • Digispark ATtiny85 с MCP23016 GPIO Expander
  • Программа безопасной сборки H-Bridge
  • Построить управление двигателем H-Bridge без фейерверков
  • MOSFET H-мост для Arduino 2
  • Гистерезис компаратора и триггеры Шмитта
  • Учебное пособие по теории компараторов
  • Работа и использование фотодиодных схем
  • Реле постоянного тока MOSFET с оптопарой и фотоэлектрическими драйверами
  • Подключение твердотельных реле Crydom MOSFET
  • Photodiode Op-Amp Circuits Tutorial
  • Входные цепи оптопары для ПЛК
  • h21L1, 6N137A, FED8183, TLP2662 Оптопары с цифровым выходом
  • Цепи постоянного тока с LM334
  • LM334 Цепи CCS с термисторами, фотоэлементами
  • LM317 Цепи источника постоянного тока
  • TA8050P Управление двигателем с Н-мостом
  • Оптическая изоляция элементов управления двигателем с Н-образным мостом
  • Управление двигателем с Н-мостом на всех NPN-транзисторах
  • Базовые симисторы и тиристоры
  • Твердотельные реле переменного тока с симисторами
  • Светоактивированный кремниевый управляемый выпрямитель (LASCR)
  • Базовые схемы драйверов транзисторов для микроконтроллеров
  • ULN2003A Транзисторная матрица Дарлингтона с примерами схем
  • Учебное пособие по использованию силовых транзисторов Дарлингтона TIP120 и TIP125
  • Управление силовыми транзисторами 2N3055-MJ2955 с транзисторами Дарлингтона
  • Что такое биполярные транзисторные переключатели
  • Учебное пособие по переключению силовых МОП-транзисторов с N-каналом
  • Учебное пособие по переключателю P-Channel Power MOSFET

  • Создание транзисторного управления двигателем с H-мостом
  • Управление двигателем H-Bridge с силовыми МОП-транзисторами
  • Другие примеры схем H-моста силового полевого МОП-транзистора
  • Создание мощного транзисторного управления двигателем с H-мостом
  • Теория и работа конденсаторов
  • Построить радио AM с вакуумной трубкой 12AV6
  • Катушки

  • для высокоселективного кристаллического радио
  • Добавление двухтактного выходного каскада к аудиоусилителю Lm386
  • Исправление источника питания
  • Основные силовые трансформаторы
  • Схема транзисторно-стабилитронного стабилизатора
  • Уловки и подсказки для регуляторов напряжения серии LM78XX
  • Биполярные блоки питания
  • Создайте регулируемый источник питания 0-34 В с Lm317
  • Использование датчиков Холла с переменным током
  • Использование переключателей и датчиков на эффекте Холла
  • Использование ратиометрических датчиков Холла
  • Использование датчиков Холла с Arduino-ATMEGA168
  • Простой преобразователь от 12-14 В постоянного тока до 120 В переменного тока
  • Глядя на схемы оконного компаратора
  • Автоматическое открытие и закрытие окна теплицы
  • La4224 1 Вт усилитель звука
  • Управление двигателем H-Bridge с силовыми МОП-транзисторами Обновлено
  • Обновлено в сентябре 2017 г . :
  • Веб-мастер
  • Обнаружено Бристоль, Юго-Западная Вирджиния
  • Наука и технологии
  • 2017 Обновления и удаления веб-сайта
  • Электроника для хобби
  • Конституция США
  • Христианство 101
  • Религиозные темы
  • Электронная почта

»Главная
» Эл. адрес
»Пожертвовать
»Преступление
»Хобби Электроника
» Защита окружающей среды
»Расизм
»Религия
»Бристоль VA / TN

»Архив 1
»Архив 2
»Архив 3
»Архив 4
»Архив 5
» Архив 6
»Архив 7
»Архив 8
»Архив 9


Веб-сайт Авторские права Льюис Лофлин, Все права защищены.

Регуляторы напряжения, схемы, типы, принцип работы, конструкция, применение

Стабилизатор напряжения предназначен для автоматического «регулирования» уровня напряжения. Он в основном снижает входное напряжение до желаемого уровня и поддерживает его на том же уровне во время подачи питания. Это гарантирует, что даже при приложении нагрузки напряжение не падает.

Таким образом, регулятор напряжения используется по двум причинам: —

  1. Для регулирования или изменения выходного напряжения цепи.
  2. Для поддержания постоянного выходного напряжения на желаемом уровне, несмотря на изменения напряжения питания или тока нагрузки.

Чтобы узнать больше об основах этой темы, вы также можете обратиться к Регулируемый источник питания .

Стабилизаторы напряжения

находят свое применение в компьютерах, генераторах переменного тока, электростанциях, где цепь используется для управления мощностью установки. Регуляторы напряжения можно разделить на электромеханические или электронные.Его также можно классифицировать как регуляторы переменного тока или регуляторы постоянного тока.

Мы уже рассказали о IC регуляторах напряжения .

Электронный регулятор напряжения

Все регуляторы напряжения электронных будут иметь опорный источник стабильного напряжения, который предусмотрен посредством обратного диода рабочего напряжения пробоя называется стабилитроном. Основная причина использования регулятора напряжения — поддержание постоянного выходного напряжения постоянного тока. Он также блокирует пульсации переменного напряжения, которые не могут быть заблокированы фильтром.Хороший регулятор напряжения может также включать дополнительные схемы защиты, такие как короткое замыкание, схему ограничения тока, тепловое отключение и защиту от перенапряжения.

Электронные регуляторы напряжения разработаны на основе любого из трех или комбинации любого из трех регуляторов, указанных ниже.

1. Транзисторный стабилизатор напряжения с стабилитроном

Стабилизатор напряжения, управляемый стабилитроном, используется, когда эффективность регулируемого источника питания становится очень низкой из-за высокого тока.Существует два типа транзисторных стабилизаторов напряжения, управляемых стабилитроном.

Стабилизатор напряжения серии управляемых транзисторов Зенера

Такую схему еще называют регулятором напряжения с эмиттерным повторителем. Он назван так потому, что используемый транзистор подключен по схеме эмиттерного повторителя. Схема состоит из транзистора N-P-N и стабилитрона. Как показано на рисунке ниже, выводы коллектора и эмиттера транзистора включены последовательно с нагрузкой. Таким образом, в этом регуляторе есть именная серия.Используемый транзистор представляет собой транзистор с последовательным проходом.

Стабилизатор напряжения с последовательным транзисторным стабилитроном

Выходной сигнал выпрямителя, который отфильтрован, затем подается на входные клеммы, и на нагрузочном резисторе Rload получается регулируемое выходное напряжение Vload. Опорное напряжение обеспечивается стабилитроном и транзистор действует как переменный резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от условий эксплуатации базового тока, IBase.

Основной принцип работы такого регулятора заключается в том, что большая часть изменения напряжения питания или входного напряжения возникает на транзисторе, и, таким образом, выходное напряжение имеет тенденцию оставаться постоянным.

Таким образом, выходное напряжение можно записать как

Vout = Vzener — Vbe

Напряжение базы транзистора Vbase и напряжение стабилитрона Vzener равны, поэтому значение Vbase остается почти постоянным.

Эксплуатация

Когда входное напряжение питания Vin увеличивается, выходное напряжение Vload также увеличивается. Это увеличение Vload вызовет снижение напряжения Vbe эмиттера базы транзистора, поскольку напряжение стабилитрона Vzener является постоянным.Это уменьшение Vbe вызывает уменьшение уровня проводимости, что дополнительно увеличивает сопротивление коллектор-эмиттер транзистора и, таким образом, вызывает увеличение напряжения коллектор-эмиттер транзистора, и все это приводит к снижению выходного напряжения Vout. Таким образом, выходное напряжение остается постоянным. Операция аналогична при уменьшении входного напряжения питания.

Следующим условием будет влияние изменения выходной нагрузки на выходное напряжение. Рассмотрим случай, когда ток увеличивается за счет уменьшения сопротивления нагрузки Rload.Это вызывает уменьшение значения выходного напряжения и, таким образом, вызывает увеличение напряжения эмиттера базы транзистора. Это вызывает уменьшение сопротивления коллектора-эмиттера из-за увеличения уровня проводимости транзистора. Это приводит к небольшому увеличению входного тока и, таким образом, компенсирует уменьшение сопротивления нагрузки Rload.

Самым большим преимуществом этой схемы является то, что изменения тока стабилитрона уменьшаются в β раз, и, таким образом, эффект стабилитрона значительно снижается, и получается гораздо более стабильный выходной сигнал.

Выходное напряжение последовательного регулятора Vout = Vzener — Vbe. Ток нагрузки Iload схемы будет максимальным током эмиттера, который может пройти транзистор. Для обычного транзистора, такого как 2N3055, ток нагрузки может доходить до 15 А. Если ток нагрузки равен нулю или не имеет значения, то ток, потребляемый от источника питания, можно записать как Izener + Ic (min). Такой регулятор напряжения с эмиттерным повторителем более эффективен, чем обычный стабилизатор напряжения. Обычный стабилитрон, в котором есть только резистор и стабилитрон, должен обеспечивать ток базы транзистора.

Ограничения

Ограничения, перечисленные ниже, доказали, что использование этого последовательного регулятора напряжения подходит только для низких выходных напряжений.

  1. С повышением комнатной температуры значения Vbe и Vzener имеют тенденцию к уменьшению. Таким образом, выходное напряжение нельзя поддерживать постоянным. Это еще больше увеличит напряжение эмиттера базы транзистора и, следовательно, нагрузку.
  2. Нет возможности изменить выходное напряжение в цепи.
  3. Из-за небольшого процесса усиления, обеспечиваемого только одним транзистором, схема не может обеспечить хорошее регулирование при высоких токах.
  4. По сравнению с другими регуляторами, этот регулятор имеет плохое регулирование и подавление пульсаций в отношении изменений на входе.
  5. Рассеиваемая мощность проходного транзистора велика, потому что она равна Vcc Ic, и почти все изменения проявляются на Vce, а ток нагрузки примерно равен току коллектора. Таким образом, при прохождении больших нагрузочных токов транзистор должен рассеивать много энергии и, следовательно, нагреваться.

Шунтирующий стабилизатор напряжения транзистора с стабилитроном

На изображении ниже показана принципиальная схема шунтирующего регулятора напряжения.Схема состоит из NPN-транзистора и стабилитрона, а также последовательного резистора Rseries, подключенного последовательно с входным источником питания. Стабилитрон подключен к базе и коллектору транзистора, который подключен к выходу.

Транзисторный шунтирующий стабилизатор напряжения с стабилитроном

Operation

Поскольку в последовательном сопротивлении Rseries наблюдается падение напряжения, вместе с ним уменьшается и нерегулируемое напряжение. Величина падения напряжения зависит от тока, подаваемого на нагрузку Rload. Величина напряжения на нагрузке зависит от стабилитрона и напряжения эмиттера базы транзистора Vbe.

Таким образом, выходное напряжение можно записать как

Vout = Vzener + Vbe = Vin — I.Rseries

Выходная мощность остается почти постоянной, поскольку значения Vzener и Vbe почти постоянны. Это условие объясняется ниже.

Когда напряжение питания увеличивается, выходное напряжение и напряжение база-эмиттер транзистора возрастают и, таким образом, увеличивается базовый ток Ibase и, следовательно, увеличивается ток коллектора Icoll (Icoll = β.Ibase).

Таким образом, напряжение питания увеличивается, вызывая увеличение тока питания, который, в свою очередь, вызывает падение напряжения на последовательном сопротивлении Rseries и тем самым снижает выходное напряжение. Этого уменьшения будет более чем достаточно, чтобы компенсировать первоначальное увеличение выходного напряжения. Таким образом, выпуск остается почти постоянным. Работа, описанная выше, происходит в обратном порядке, если напряжение питания уменьшается.

Когда сопротивление нагрузки Rload уменьшается, ток нагрузки Iload увеличивается из-за уменьшения токов через базу и коллектор Ibase и Icoll.Таким образом, на Rseries не будет падения напряжения, а входной ток останется постоянным. Таким образом, выходное напряжение останется постоянным и будет разницей между напряжением питания и падением напряжения на последовательном сопротивлении. Это происходит наоборот, если увеличивается сопротивление нагрузки.

Ограничения

Последовательный резистор вызывает огромные потери мощности.

1. Ток питания через транзистор будет больше, чем через нагрузку.

2. В цепи могут быть проблемы, связанные с перенапряжением.

2. Дискретный транзисторный регулятор напряжения

Дискретные транзисторные регуляторы напряжения можно разделить на два. Они объяснены ниже. Эти две схемы способны производить регулируемое выходное постоянное напряжение, которое регулируется или поддерживается на заданном уровне, даже если входное напряжение изменяется или нагрузка, подключенная к выходному зажиму, изменяется.

Регулятор напряжения серии на дискретных транзисторах

Блок-схема дискретного стабилизатора напряжения транзисторного типа приведена ниже.Для сбора нерегулируемого входа устанавливается элемент управления, который регулирует величину входного напряжения и передает его на выход. Затем выходное напряжение возвращается в схему выборки, затем сравнивается с опорным напряжением и отправляется обратно на выход.

Последовательный регулятор напряжения на дискретных транзисторах

Таким образом, если выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению, схема компаратора выдает управляющий сигнал, чтобы заставить элемент управления уменьшать величину выходного напряжения, пропуская его через схему выборки и сравнивая его, тем самым поддерживая постоянную и стабильное выходное напряжение.

Предположим, что выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, схема компаратора выдает управляющий сигнал, который заставляет последовательный элемент управления увеличивать величину выходного напряжения, тем самым поддерживая стабильность.

Шунтирующий стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

Блок-схема дискретного транзисторного шунтирующего стабилизатора напряжения представлена ​​ниже. Как следует из названия, регулирование напряжения обеспечивается за счет отвода тока от нагрузки. Элемент управления шунтирует часть тока, возникающего в результате входного нерегулируемого напряжения, подаваемого на нагрузку.Таким образом, напряжение регулируется на нагрузке. Из-за изменения нагрузки, если есть изменение выходного напряжения, оно будет скорректировано путем подачи сигнала обратной связи в схему компаратора, которая сравнивается с опорным напряжением и выдает выходной управляющий сигнал на элемент управления для корректировки величины. сигнала, необходимого для отвода тока от нагрузки.

Шунтирующий стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

Если выходное напряжение увеличивается, шунтирующий ток увеличивается и, таким образом, создается меньший ток нагрузки и поддерживается регулируемое выходное напряжение. Если выходное напряжение уменьшается, ток шунта уменьшается и, таким образом, увеличивается ток нагрузки и поддерживается постоянное регулируемое выходное напряжение. В обоих случаях важную роль играют схема выборки, схема компаратора и элемент управления.

Ограничения транзисторных регуляторов напряжения

Устойчивое и стабилизированное выходное напряжение, получаемое от регулятора, ограничено диапазоном напряжения (30-40) вольт. Это связано с малым значением максимального напряжения коллектор-эмиттер транзистора (50 Вольт).Это ограничивает использование транзисторных источников питания.

3. Электромеханический регулятор

Как следует из названия, это регулятор с сочетанием электрических и механических характеристик. Процесс регулирования напряжения осуществляется спиральным чувствительным проводом, который действует как электромагнит. Магнитное поле создается соленоидом в соответствии с проходящим через него током. Это магнитное поле притягивает движущийся материал сердечника из железа, который связан с натяжением пружины или силой тяжести.Когда напряжение увеличивается, ток усиливает магнитное поле, поэтому сердечник притягивается к соленоиду. Магнит физически связан с механическим переключателем. Когда напряжение уменьшается, магнитное поле, создаваемое сердечником, уменьшается, поэтому натяжение пружины заставляет сердечник втягиваться. Это замыкает механический переключатель и позволяет току течь.

Если конструкция механического регулятора чувствительна к небольшим колебаниям напряжения, к соленоиду можно добавить селекторный переключатель в диапазоне сопротивлений или обмотки трансформатора, чтобы постепенно повышать и понижать выходное напряжение или изменять положение подвижного катушка регулятора переменного тока.

Ранее автомобильные генераторы и генераторы переменного тока содержали механические регуляторы. В регуляторах такого типа процесс осуществляется одним, двумя или тремя реле и различными резисторами, чтобы установить выходную мощность генератора чуть более 6 или 12 вольт, и этот процесс не зависит от частоты вращения двигателя или нагрузки, изменяющейся на транспортном средстве. электрическая система. Реле используются для выполнения широтно-импульсной модуляции для регулирования выходной мощности генератора и управления током возбуждения, проходящим через генератор.

Регулятор, используемый для генераторов постоянного тока, отключается от генератора, когда он не работает, чтобы предотвратить обратный поток электричества от батареи к генератору. В противном случае он будет работать как мотор.

4. Автоматический регулятор напряжения (АРН)

Этот активный системный регулятор в основном используется для регулирования выходного напряжения очень больших генераторов, которые обычно используются на кораблях, нефтяных вышках, больших зданиях и т. Д. Схема AVR сложна и состоит из всех активных и пассивных элементов, а также микроконтроллеров.Основной принцип работы АРН такой же, как и у обычного регулятора напряжения. Входное напряжение возбудителя генератора регулируется АРН, и когда напряжение генератора увеличивается или уменьшается, выходное напряжение генератора автоматически увеличивается или уменьшается. Будет заранее определенная уставка, по которой АРН определяет величину напряжения, которое должно передаваться на возбудитель каждую миллисекунду. Таким образом регулируется выходное напряжение. Та же операция становится более сложной, когда только один АРН используется для регулирования нескольких генераторов, подключенных параллельно.

5. Трансформатор постоянного напряжения (CVT)

В некоторых случаях вариатор также используется в качестве регулятора напряжения. CVT состоит из резонансной обмотки высокого напряжения и конденсатора, который производит регулируемое выходное напряжение для любого типа входного переменного тока. Как и обычный трансформатор, вариатор имеет первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка находится на стороне магнитного шунта, а вторичная обмотка — на противоположной стороне с настроенной цепью катушки. Регулирование поддерживается магнитным насыщением вторичных обмоток.Чтобы узнать больше о CVT, ознакомьтесь с нашей статьей — Трансформатор постоянного напряжения .

Некоторые применения регуляторов напряжения

  • Используется во всех блоках питания электронных гаджетов для регулирования напряжения и спасения устройства от повреждений
  • Используется с генератором двигателей внутреннего сгорания для регулирования выходной мощности генератора.
  • Используется для электронных схем для подачи точного количества напряжения

Примечание. Регуляторы напряжения отличаются от стабилизаторов напряжения.Регуляторы используются для понижения напряжения до желаемого уровня, тогда как стабилизатор «стабилизирует» напряжение. Регуляторы в основном используются для постоянного тока, а стабилизаторы — для переменного тока. Стабилизаторы предотвращают слишком высокое или слишком низкое напряжение, чтобы не повредить подключенное к нему устройство, например телевизор или холодильник.

Шунтирующий регулятор напряжения и источник питания

»Примечания по электронике

Шунтирующие регуляторы напряжения используются 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 представляет собой разновидность регулятора напряжения, в которой регулирующий элемент шунтирует ток на землю.

Шунтирующий стабилизатор работает, поддерживая постоянное напряжение на своих выводах, и принимает избыточный ток для поддержания напряжения на нагрузке.

Одним из наиболее распространенных примеров шунтирующего стабилизатора является простая схема стабилитрона, в которой стабилитрон действует как шунтирующий элемент.

Таким образом, 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, включенным 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 стабилизатор практически не потребляет ток, а при минимальном токе нагрузки шунтирующий регулятор напряжения пропускает полный ток.

В результате можно увидеть, что шунтирующие регуляторы неэффективны, потому что максимальный ток потребляется от источника независимо от тока нагрузки, то есть даже при отсутствии тока нагрузки.

Шунтирующий стабилитрон

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 снижает напряжение от источника до стабилитрона и нагрузки. 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.

Схема шунтирующего стабилизатора на стабилитроне

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 за счет 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 связью

При использовании шунтирующего регулятора напряжения с обратной связью, как показано выше, измеряется выходное напряжение и напряжение сравнивается с опорным. Затем уровень шунтирующего тока изменяется, чтобы вернуть выходное напряжение к требуемому уровню.

Шунтирующие регуляторы напряжения не особенно эффективны в ситуациях с большим током. Простой регулятор напряжения стабилитрона, при использовании в качестве опорного напряжения низкого тока широко используется, и его неэффективность может быть допущена в связи с низким током.Часто шунтирующие регуляторы используются в качестве эталонных напряжения источников, из которых приводятся в движение регуляторов серии намного выше нынешних.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем

Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

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 Джон Тил

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 от внешнего адаптера постоянного / переменного тока, необходим регулятор напряжения. Скорее всего, потребуется несколько регуляторов напряжения.

Эта статья — ваше руководство по выбору регулятора (ов) напряжения для вашей конструкции.Мы рассмотрим все: от определения типа регулятора напряжения до выбора регулятора, отвечающего вашим конкретным требованиям.

Выбор типа регулятора, который необходимо использовать

Первым шагом при выборе правильного регулятора напряжения является определение входного напряжения, выходного напряжения и максимального тока нагрузки.

Хотя существует множество других спецификаций, эти три помогут вам начать работу и помогут сузить круг необходимого вам регулятора.

Регуляторы напряжения

можно разделить на две большие классификации:

  • Понижающий : Выходное напряжение ниже входного напряжения
  • Повышающий : Выходное напряжение больше входного

Знание входного и выходного напряжения поможет вам легко решить, к какой группе относится ваш регулятор.

Регуляторы напряжения, для которых 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, меньшее, чем входное, начните с линейного регулятора, а не импульсного регулятора.

Рис. 1. В линейном стабилизаторе используется транзистор и контур управления с обратной связью для регулирования выходного напряжения. Линейный регулятор может производить только выходное напряжение ниже входного.

Линейные регуляторы намного 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 терять 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.

По правде говоря, 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. На это тратится огромное количество энергии, и это больше, чем может выдержать 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 сейчас 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 характеристикам регулятора.

Например, у вас есть линейный регулятор, рассчитанный на 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, верно? »

Неправильно! Вы должны убедиться, что линейный регулятор может выдерживать даже такое количество мощности. Для этого нужно определить, насколько нагревается регулятор, исходя из мощности, которую он должен рассеять.

Для этого сначала рассчитайте, сколько мощности будет рассеиваться линейным регулятором, 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 чип будет нагреваться выше температуры окружающего воздуха, на каждый ватт мощности, который он должен рассеять.

Просто умножьте рассчитанную рассеиваемую мощность на Theta-JA, и вы узнаете, насколько сильно линейный регулятор будет нагреваться при таком количестве 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, нагреется до 50 ° C.
  • 2 Вт нагреется до 100 ° С.
  • ½ Вт нагревается до 25 ° C.

Важно отметить, что рассчитанная выше температура представляет собой разницу температур выше температуры окружающего воздуха.

Предположим, 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 под нагрузкой, но теперь температура окружающей среды составляет 50 ° C (например, в закрытой машине в жаркий летний день).

Теперь у вас 50 ° C плюс 100 ° C, а при загрузке — до 150 ° C. Вы превысили указанную максимальную температуру и находитесь на грани срабатывания теплового отключения.

Очевидно, что 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 до выхода. Это означает, что выход, по сути, просто соответствует входному питанию, и регулирование фактически не выполняется.

В большинстве случаев вы не хотите использовать линейный регулятор в режиме отключения. Это никоим образом 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 проходит прямо через 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, популярные стабилизаторы серии 7800 имеют паспортное напряжение падения 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 с перепадом напряжения всего 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 только 0,2 Вт рассеиваемой мощности.

Обзор линейных регуляторов

Линейные регуляторы полезны, если:

  • Разница между входным и выходным напряжением мала
  • У вас низкий ток нагрузки
  • Требуется исключительно чистое выходное напряжение
  • Вам нужно сделать дизайн максимально простым и дешевым

Как мы обсудим дальше, импульсные стабилизаторы создают много шума на выходе 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 шума 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 стабилизатор 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 вашего 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 будет пропускать меньший ток 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 высока, 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 высоких разностях входа и выхода.

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% теряется.

Только когда Vin и Vout близки друг к другу, линейный регулятор может сравниться по эффективности с импульсным регулятором.

Например, если входное напряжение составляет 3,6 В (напряжение литий-полимерной батареи), а на выходе выдается 3,3 В, то линейный стабилизатор 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 на 3,6 В и требуется питание 5 В.

Рис. 4. В повышающем импульсном стабилизаторе в качестве временного накопительного элемента используется катушка индуктивности 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 регулятором наддува.

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 составляет 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 стабилизатора всегда будет меньше выходного тока.

Регуляторы Buck-Boost

Допустим, вы получаете питание от двух последовательно соединенных батареек AA. При полной зарядке две батареи AA могут выдавать около 3,2 В, но когда они почти 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: дешевизна, простота и чистое выходное напряжение.

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 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 по частоте. Таким образом, 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 коммутации вашего импульсного регулятора (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.

Резюме

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 стабилизатор с повышенным и понижающим током.

Наконец, если вам нужен чистый выходной сигнал, но требуется энергоэффективность импульсного регулятора, используйте импульсный регулятор, а затем линейный регулятор для очистки напряжения питания.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатный PDF-файл : The Ultimate Guide to Develop 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:

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *