Микросхемы стабилизатора высокого тока

Линейные стабилизаторы Texas Instruments

Компания Texas Instruments — один из старейших производителей электронных компонентов. Компания была основана в 1941 году. Название Texas Instruments появилось в 1951 году. С той поры было развито производство полупроводников различного назначения, начиная от диодов и транзисторов для бытовой техники и заканчивая микроконтроллерами и микросхемами для применения в военной сфере и использования на космических аппаратах.

Компания является четвёртым в мире по размеру производителем полупроводниковых приборов. Предприятия TI расположены не только в США, но и более чем в 30 странах Европы и Азии, на которых трудится около 30 тысяч работников. Компании принадлежит свыше 40 тысяч патентов на электронику.

В производстве находится широкая номенклатура микросхем для источников питания, в том числе линейных стабилизаторов напряжения. До сегодняшнего дня производятся распространённые стабилизаторы напряжения положительной полярности серии 78 и отрицательной полярности серии 79, а также популярные серии 317, 340, 1084, 1085, 1086. Также выпускается большое количество разнообразных микросхем линейных стабилизаторов с низким падением напряжения (Low Dropout).

Структурная схема линейного стабилизатора напряжения представлена на рисунке 1.

Основными узлами стабилизатора напряжения являются источник опорного напряжения; усилитель сигнала ошибки; регулирующий элемент и делитель напряжения. Кроме этого в состав стабилизатора напряжения могут входить схемы запуска, узлы защиты от перегрева, от короткого замыкания в нагрузке, цепи включения/выключения, формирования сигнала Reset и другие.

Рис. 1. Функциональная схема линейного стабилизатора напряжения:

(ИОН – источник опорного напряжения;

УСО – усилитель сигнала ошибки;

РЭ – регулирующий элемент;

R1,R2 – делитель напряжения).

На рисунке 2 показаны основные типы регулирующих элементов. В качестве силового элемента используются биполярные либо полевые транзисторы. Структура регулирующего элемента определяет минимальную разность между напряжением на входе стабилизатора (Vin) и напряжением на выходе стабилизатора (V_out), при котором обеспечивается стабильная работа устройства. Поскольку полевые транзисторы имеют очень маленькое сопротивление в открытом состоянии, их использование в качестве регулирующего элемента позволяет создавать стабилизаторы с малым падением напряжения V_do. Сравнительные характеристики различных типов регулирующих элементов представлены в таблице 1.

Рис. 2. Структура регулирующих элементов:

(а – Дарлингтон; б – npn; в – pnp; г – PMOS; д – NMOS).

Таблица 1 — Сравнение типов регулирующих элементов

На рисунке 3 представлена структура стабилизатора напряжения положительной полярности серии LM78xx.

• Розовым цветом выделен регулирующий элемент,
• голубым – делитель напряжения,
• зелёным – источник опорного напряжения,
• жёлтым – усилитель сигнала ошибки,
• коричневым – цепь запуска,
• красным – блок защиты от перегрева, от превышения входного напряжения и ограничения выходного тока.

Как видим, регулирующим элементом микросхем серии LM78xx является биполярный составной транзистор обратной проводимости, поэтому стабилизаторы этой серии для успешной работы должны иметь разность между входным и выходным напряжением не менее 2,5 вольта.

Рис. 3. Внутренняя структура стабилизатора напряжения серии LM78xx.

На рисунке 4 представлена внутренняя структура стабилизатора напряжения серии LM1117.

Регулирующим элементом этой микросхемы является npn-транзистор. Падение напряжения в таком стабилизаторе меньше, чем у микросхем серии LM78xx примерно на 0,6-0,8В. Одинаковую с LM1117 внутреннюю структуру имеют стабилизаторы LM1084, LM1085 и LM1086, отличающиеся повышенным выходным током. Если микросхема LM1117 имеет выходной ток 0,8А, то у микросхем LM1084, LM1085 и LM1086 выходной ток имеет величину 5А, 3А и 1,5А, соответственно. Все перечисленные серии относятся к сравнительно мощным микросхемам и выпускаются в корпусах TO-220, TO-263 (D2PAK), TO-252 (DPAK) и SOT-223. В таблице 2 приведены основные характеристики мощных линейных стабилизаторов напряжения, выполненных по классической схеме. Упомянутые в таблице микросхемы имеются в наличии.

Рис. 4. Внутренняя структура стабилизатора напряжения серии LM1117.

Таблица 2 — Характеристики мощных линейных стабилизаторов напряжения

Каталог радиолюбительских схем

МИКРОСХЕМА К174УН4А -СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Микросхема К174УН4А представляет собой усилитель колебаний звуковой частоты с выходной мощностью до 1 Вт. Такие микросхемы могут обеспечивать амплитуду тока нагрузки до 0,8 А, что и позволяет строить на их основе стабилизаторы напряжения постоянного тока.

Схема такого стабилизатора напряжения приведена на рис. 1. При входном напряжении 7. 10 В он обеспечивает на выходе стабильное напряжение 5 В при токе нагрузки до 0,4 А, необходимое для питания различных устройств на цифровых микросхемах, микрокалькуляторов. При входном напряжении 7. 8,5 В ток нагрузки может быть увеличен до 0,5 А.

Ток, потребляемый самим стабилизатором, 10 мА, коэффициент стабилизации выходного напряжения не менее 100.

Выходное напряжение стабилизатора устанавливают подбором резистора R1. Конденсатор С1 дополнительно сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Конденсатор С2, емкость которого не должна превышать 0,5 мкф, предотвращает самовозбуждение микросхемы, из-за чего пульсации выходного напряжения могут возрасти.

На базе микросхемы К174УН4А можно создать и стабилизатор напряжения лабораторного блока питания. Но тогда его надо будет дополнить мощным транзистором VT1 и резисторами R2 и R3 (как показано на схеме рис. 2), образующими систему зашиты тока от перегрузки. Максимальный ток нагрузки, при котором защита должна срабатывать, устанавливают подбором сопротивления проволочного резистора R3.

Вход стабилизатора подключают к выходу двуполупериодного выпрямителя с конденсатором, сглаживающим импульсы выпрямленного напряжения. Элементы выпрямителя должны быть надежно изолированы от общего провода стабилизатора.

Все детали такого стабилизатора монтируют на печатной плате из фольгированного материала размерами 55х30 мм (рис. 3).

Микросхему снабжают теплоотводом площадью не менее 10 см 2 , который вместе с ней крепят на плате винтами. Конденсаторы С1 и СЗ —

К50-6, резисторы R1 и R2 — ВС, МЛТ. Роль резистора R3, сопротивление которого подбирают, может выполнять отрезок провода с высоким удельным сопротивлением. Транзистор VT1 —КТ815А— КТ815Г, КТ817А-КТ817Г, КТ603А — КТ603Е. Если мощного транзистора пока нет, систему защиты можно временно исключить. Для этого надо лишь резисторы R2 и R3 заменить на плате проволочными перемычками.

Выходное напряжение стабилизатора можно увеличить до 9 В, чтобы питать от него радиоприемник или другие устройства, рассчитанные на такое же напряжение. Для этого стабилитрон КС133А надо заменить на КС156А, а выходное напряжение выпрямителя увеличить до 11. 12В. В стабилизаторе такого варианта значительно надежнее будет работать микросхема К174УН5, так как ее максимальное входное напряжение может достигать 13,2 В, а выходной ток— 1А

Лекция 48. Базовые схемы стабилизаторов напряжения на основе классической интегральной микросхемы 723 (Занятие 2.4.1).

Вопросы занятия:

1. Интегральная микросхема стабилизатора 723.

2.Стабилизатор положительного напряжения.

3.Стабилизаторы с большими выходными токами.

Почти любая электронная схема — от простых схем на транзисторах и операционных усилителях и до сложнейших цифровых и микропроцессорных систем — требует для своей работы одного или нескольких стабильных источников питания постоянного тока. Простые нерегулируемые источники питания типа трансформатор — мостовой выпрямитель — конденсатор, вообще говоря, не годятся, так как их выходное напряжение зависит от тока нагрузки и напряжения в сети; кроме того, это напряжение пульсирует с частотой 120 Гц. К счастью, легко построить источник стабильного питания, используя отрицательную обратную связь и сравнивая выходное постоянное напряжение с некоторым постоянным эталонным (опорным) напряжением. Такие стабилизированные источники питания универсальны и легко могут быть построены с помощью интегральных схем стабилизаторов напряжения. Для этого потребуется только нерегулируемый источник постоянного напряжения (трансформатор — выпрямитель-конденсатор, батарея и т. п.) и еще несколько других элементов.

Мы рассмотрим, как построить стабилизатор напряжения, используя некоторые интегральные схемы специального назначения. Та же схемотехника применяется в стабилизаторах напряжения на дискретных элементах (транзисторы, резисторы и т. п.), хотя это и не нужно ввиду доступности превосходных и недорогих ИМС стабилизаторов напряжения. При рассмотрении стабилизаторов напряжения возникает круг вопросов, связанных с проблемой рассеяния больших мощностей, поэтому нам приходится говорить об отводе тепла и об «ограничении тепловой обратной связи» для снижения рабочих температур транзистора и предотвращения повреждений схемы. Эти подходы можно применить в любой мощной схеме, включая усилители мощности. Разобравшись со стабилизаторами, мы вновь обсудим некоторые детали проектирования нерегулируемых источников питания.

Вопрос 1 Интегральная микросхема стабилизатора 723.

Классический стабилизатор μΑ723 разработан Р. Видларом в 1967 г. Это универсальный, простой в употреблении стабилизатор с превосходными рабочими характеристиками. Хотя, быть может, вы предпочтете ему более современные схемы, все же его стоит изучить, так как и новые схемы работают на тех же принципах. Его схемы изображены на рис. 1.1 и 1.2.

Рисунок 1.1 — Функциональная схема стабилизатора 723.

Рисунок 1.2 — Принципиальная схема стабилизатора 723.

Это настоящий блок питания, который содержит температурно-компенсированный источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, последовательно включенный проходной транзистор и схему защиты, обеспечивающую ограничение выходного тока. В том виде, в котором блок выпускают, ИМС 723 ничего не регулирует. Чтобы заставить его делать то, что вам нужно, придется подключить к нему некоторые внешние цепи. Прежде чем их рассмотреть, обратимся к его собственной схеме. Она проста и легко понятна (в отличие от схем внутреннего устройства многих других ИМС).

Сердцем стабилизатора является температурно-компенсированный стабилитронный источник опорного напряжения. Стабилитрон Д₂ имеет положительный температурный коэффициент, поэтому его напряжение складывается с перепадом напряжения между базой и эмиттером транзистора Т₆ (вспомните: величина U_БЭ имеет отрицательный температурный коэффициент около — 2 мВ/°С) для опорного напряжения 7,15 В с приблизительно нулевым температурным коэффициентом (обычно 0,003 %/°С). Транзисторы Т₄—Т₆ предназначены для смещения Д₂ током I = U_БЭ/R₈, стабилизированным отрицательной обратной связью по постоянному току, как показано на схеме. Транзисторы Т₂ и Т₃ образуют несимметричное токовое зеркало для смещения источника опорного напряжения. Ток этих транзисторов устанавливается диодом Д₁ и резистором R₂ (в точке их соединения фиксируется напряжение на 6,2 В ниже U₊), которые, в свою очередь, запитаны током транзистора Т₁ — полевого транзистора с p-n-переходом, который работает как источник тока.

Транзисторы Т₁₁ и Т₁₂ образуют дифференциальный усилитель (иногда его называют «усилителем сигнала ошибки», если описывают схему в терминах отрицательной обратной связи) — это типичная дифференциальная пара с высоким подавлением синфазных сигналов за счет эмиттерного источника тока Т₁₃. Последний входит в половину токового зеркала на Т₉, Т₁₀ и Т₁₃, в свою очередь управляемого токовым зеркалом Т₇ (Т₃, Т₇ и Т₈ — все эти транзисторы «отражают» ток, задаваемый источником опорного напряжения на Д₁;). Коллектор транзистора Т₁₁ имеет фиксированный положительный потенциал эмиттера Т₄, а выходной сигнал усилителя ошибки снимается с коллектора Т₁₂. Токовое зеркало Т₈ запитывает коллекторную нагрузку Т₁₂. Транзистор Т₁₄ включен вместе с транзистором Т₁₅ по «неполной» схеме Дарлингтона. Заметьте, что коллектор транзистора Т₁₅ выведен отдельно, чтобы обеспечить возможность подведения отдельного положительного питания. При включении транзистора Т₁₆ запираются проходные транзисторы для того, чтобы ограничить выходной ток на безопасном уровне. В отличие от многих более новых схем стабилизаторов ИМС 723 не снабжена встроенными схемами аварийного отключения для защиты от чрезмерных токов нагрузки или слишком большого рассеяния мощности на ИМС.

Существуют улучшенные стабилизаторы типа 723, а именно SG3532 и LAS1000 с низковольтными источниками опорного напряжения с малым разбросом, внутренними ограничителями тока и схемами тепловой защиты.

Радиосхемы Схемы электрические принципиальные

Мы в социальных сетях

Главное меню

• Главная
• Начинающим
• Аудиотехника
• Электроника в быту
• Антенны и радиоприемники
• Источники питания
• Шпионские штучки
• Световые устройства
• Приборы и измерения
• Светодиод и его применение
• Авто-Мото- Вело электроника
• Музыкальные центры, магнитолы
• DVD и домашние кинотеатры
• Автомагнитолы и прочий автозвук
• Блоки питания и инверторы ЖК телевизоров
• Схемы мониторов
• Схемы телевизоров LCD
• Схемы телевизоров LED
• Схемы усилителей и ресиверов
• Схемы спутниковых ресиверов
• Инверторы сварочные
• Справочные материалы
• Сварка и сварочное оборудование
• Отечественная техника 20 века
• Программаторы
• Устройства на микроконтроллерах
• Для компьютера
• Телефония
• Медицина и здоровье
• Радиоуправление
• Бытовая автоматика
• Бытовая техника
• Оргтехника
• Ноутбуки
• Ардуино

Реклама на сайте

Импульсный стабилизатор напряжения с высоким КПД

Источники питания

А. МИРОНОВ, г. Люберцы Московской обл.
Радио, 2000 год, № 11

Проблема увеличения КПД источников питания особенно актуальна для преобразователей большой мощности с низким выходным напряжением (3. 5В). Ее удалось решить применением современных зарубежных элементов: специализированной микросхемы управления; диодов с малым падением напряжения и временем восстановления; полевых транзисторов с низким сопротивлением в открытом состоянии.

Основные технические характеристики

Входное напряжение, В .8. 16
Выходное напряжение, В. 5
Максимальный ток нагрузки, А. .10
Амплитуда пульсаций выходного напряжения, мВ, не более 100
Нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения, тока нагрузки и температуры окружающей среды, %, от номинального значения . 2
Интервал рабочей температуры окружающей среды.°С. -10. +70
Частота преобразования, кГц. 100
Среднее значение КПД при максимальном токе нагрузки во всем интервале изменения входного напряжения. %. 90

В стабилизаторе применена управляющая микросхема UC3843 фирмы UNITRODE CORP

Схема стабилизатора

Микросхема UC3843 имеет в своем составе узел запуска, который при напряжении питания более 7,5.. .8 В (вывод 7) переводит все узлы из режима ожидания в рабочее состояние. При этом источник образцового напряжения (вывод 8) вырабатывает стабилизированное напряжение 5 В, а задающий генератор (вывод 4) — пилообразное напряжение, частоту и соотношение времени нарастания и спада которого определяют номиналы элементов R3 и СЮ. Выходной мощный буферный усилитель (вывод 6) формирует управляющее напряжение прямоугольной формы амплитудой, чуть меньшей напряжения питания микросхемы. Его частота, длительность импульса и паузы совпадают с аналогичными параметрами пилообразного напряжения задающего генератора.

Для защиты стабилизатора от перегрузки по току в микросхеме предусмотрен быстродействующий компаратор. На один из его входов подано образцовое напряжение 1 В от встроенного источника, а на другой (вывод 3) — напряжение, пропорциональное току, протекающему через открытый транзистор VT2. Это напряжение формирует трансформатор тока Т1, первичная обмотка которого включена последовательно с транзистором VT2. Когда он находится в открытом состоянии. через вторичную обмотку трансформатора, диод VD1 и резистор R5 протекает ток, меньший тока первичной обмотки в к раз, где к = wп/w1 — коэффициент трансформации Т1. Таким образом, на резисторе R5 формируется напряжение, точно повторяющее форму тока транзистора VT2. мгновенное значение которого в каждый момент времени определяется из выражения: Ur5 = lvT2·R5/k.

В начале каждого периода управляющее выходное напряжение микросхемы открывает транзистор VT2, а при достижении напряжения на выводе 3 значения 1 В происходит его принудительное закрывание. Во время перегрузки стабилизатора этот процесс происходит каждый период, препятствуя тем самым увеличению тока через транзистор VT2. а значит, и через нагрузку.

IRF4905 — р-канальный полевой транзистор фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER. Его сопротивление в открытом состоянии — около 20 мОм. а задержка при открывании и закрывании — менее 0,1 мкс. Такие характеристики он приобретает только при управлении от мощного импульсного усилителя, обеспечивающего большой (в несколько А) ток перезарядки емкости затвор—исток и затвор—сток. В рассматриваемом стабилизаторе напряжения этот усилитель выполнен на транзисторах VT1.1, VT1.2 микросборки. Кроме того, он инвертирует управляющий сигнал, вырабатываемый микросхемой.

Выходной сглаживающий фильтр образуют конденсаторы С12 — С17. Их число (шесть) и выбор типа достаточны для качественной фильтрации выходного напряжения без дополнительного высокочастотного фильтра.

Входной П-образный фильтр необходим для подавления высокочастотных помех, возникающих из-за импульсного характера потребляемого стабилизатором тока.

Уменьшить коммутационные потери с одновременным повышением КПД стабилизатора стало возможным благодаря использованию в качестве VD2 диода Шоттки с малым падением напряжения и временем восстановления около 0,05 мкс.

Устройство выполнено на стандартных элементах, за исключением моточных. Дроссель L1 намотан на кольце К10х6х4.5 из пермаллоя МП 140 и содержит 5 витков в 6 проводов ПЭВ 0,5. уложенных равномерно по всему периметру кольца. Дроссель L2 выполнен на кольце К19Х11×4,8 из того же материала и содержит 12 витков в 10 проводов того же диаметра. Трансформатор Т1 намотан на кольце К1Ох6хЗ из феррита 2000НМ1. Вторичная обмотка w„ выполнена проводом ПЭВ 0.2 и содержит 200 витков, равномерно уложенных по всему периметру кольца. Первичная обмотка представляет собой провод, проходящий через отверстие кольца, концы которого соединяют соответственно плюсовой вывод конденсаторов С2— С7 и исток транзистора VT2. При подключении трансформатора необходимо тщательно соблюдать правильную фазировку обмоток.

Для качественной фильтрации высокочастотных помех применены безвыводные танталовые конденсаторы (С 1— С7, С12—С17) в корпусе D (конденсаторы для поверхностного монтажа) фирм NEC, NICHCON, TDK и др. Из отечественных подойдут оксидные конденсаторы К53-28, К53-25, К53-22. Правда, конденсаторы последних двух типов необходимо герметизировать после установки.

В налаживании стабилизатор не нуждается, конечно, если качественно выполнен его монтаж. К особенностям работы микросхемы DA1 относится тот факт, что она не «любит» работать при значениях скважности управляющих импульсов менее 2, т. е. низком напряжении питания. Это проявляется в том, что пары импульсов соседних периодов имеют разную, но постоянную при данном напряжении питания длительность. Фактически же это означает, что форма пульсаций выходного напряжения получит еще одну огибающую на частоте

вдвое ниже частоты работы задающего генератора. Такую особенность можно устранить подключением между выводами 3 и 4 микросхемы последовательной цепи из резистора сопротивлением 0,1. 2 кОм и конденсатора емкостью 1000. 10000 пФ. Однако частота этих «паразитных» колебаний высока, практически не увеличивает амплитуду пульсаций выходного напряжения и никак не влияет на динамические свойства стабилизатора в целом.

Импульсный стабилизатор необходимо смонтировать на печатной плате с короткими и широкими проводниками. Чем меньше будет ее размер, тем меньше станут наведенные помехи, которые в большой степени определяют устойчивость работы устройства в целом. Транзистор VT2 и диод VD2 устанавливают на теплоотводе с эффективной площадью поверхности не менее 100 см 2 , причем для уменьшения наведенных помех указанные элементы следует установить через изолирующие прокладки, а сам теплоотвод электрически соединяют с минусовым выводом конденсаторов С2 — С7. Правый по схеме вывод дросселя 12 следует соединить с плюсовым выводом конденсатора С12, а правый по схеме вывод резистора R4 — с плюсовым выводом конденсатора С17. С него же подают выходное напряжение на нагрузку. Макет стабилизатора был изготовлен на двухсторонней печатной плате размерами 60×90 мм и толщиной 2 мм. С верхней стороны платы размещены «высокие» элементы: дроссели, трансформатор, микросхема, а с «нижней» — фильтрующие танталовые конденсаторы, транзисторная сборка VT1, транзистор VT2 и диод VD2 фланцами наружу. Через шесть отверстий, расположенных равномерно по периметру, плата привинчена к алюминиевой плас-тине-теплоогводу таких же, как и плата, размеров и толщиной 3 мм. Получилась плоская конструкция толщиной 18 мм. Для эффективного охлаждения стабили затор установлен вертикально.