Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схема интегрального стабилизатора с током

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Интегральный стабилизатор — напряжение

Интегральный стабилизатор напряжения , конструктивно представляющий собой монолитную интегральную схему, функционально состоит из трех основных узлов. Один из них — источник опорного напряжения, которое остается постоянным при изменениях входного нестабилизированного напряжения, тока нагрузки и температуры. Другой — усилитель рассогласования, выходной сигнал которого пропорционален разности выходного и опорного напряжений. [1]

Интегральные стабилизаторы напряжения серии КР142, широко применяемые в различных стабилизированных источниках питания, не всегда пригодны для лабораторных блоков питания. Объясняется это тем, что у большей части таких устройств выходное напряжение нерегулируемое, а если микросхема регулируемая, например КР142ЕН12, то нижний предел ее выходного напряжения ограничивается на уровне 1 2 В, что для лабораторного блока питания окажется слишком большим. [2]

Все рассмотренные трехвыводные интегральные стабилизаторы напряжения обеспечивают выходной ток не более 1 5 А. Но часто бывает необходимо получить большую выходную мощность, сохранив качество стабилизации выходного напряжения. [3]

Максимальный выходной ток стандартного интегрального стабилизатора напряжения составляет — 1 А. Для его повышения можно включить, как показано на рис. 16.12, дополнительный мощный транзистор. Вместе с внутренним выходным транзистором интегрального стабилизатора он образует разновидность схемы Дарлингтона — комплементарный составной транзистор. Недостаток такого способа увеличения тока стабилизатора состоит в том, что схема ограничения тока и цепь защиты выходного транзистора стабилизатора фактически не используются. [5]

В таких устройствах применяются интегральные стабилизаторы напряжения , операционные усилители, умножители и другие интегральные элементы. Аналоговая обработка информации отличается простотой и наглядностью схем и обеспечивает высокую надежность. [6]

В настоящее время выпускают широкий ассортимент интегральных стабилизаторов напряжения с защитой от токовых перегрузок и короткого замыкания на выходе. [7]

В настоящее время выпускают широкий ассортимент интегральных стабилизаторов напряжения компенсационного типа . [9]

По ряду выполняемых функций в составе аналоговых ИС выделяют следующие группы: операционные усилители; элементы сравнения и перемножения аналоговых величин; ИС для построения узлов радиоприемных устройств; аналоговые интегральные ключи; ИС для взаимного преобразования аналоговой и цифровой информации; интегральные стабилизаторы напряжения . [10]

Наиболее перспективно развитие интегральных стабилизаторов напряжения . [11]

Высокая точность РЭА обеспечивается стабильностью передаточных характеристик всех звеньев аппаратуры, которые в первую очередь зависят от стабильности питающих напряжений. Для фиксации напряжения питания аппаратурных блоков применяются интегральные стабилизаторы напряжения . Интегральный стабилизатор имеет следующие основные параметры. [13]

Они имеют ряд преимуществ, а именно: отсутствие габаритных трансформаторов, гораздо меньшие частотные и нелинейные искажения, возможность интегрального исполнения. К недостаткам можно отнести необходимость двух источников питания, однако с появлением миниатюрных интегральных стабилизаторов напряжения серии КР140ЕН указанный недостаток не является существенным. В большинстве случаев бестрансформаторные усилители выполняют на симметричных транзисторах разного типа проводимости, по схемам с общим эмиттером или общим коллектором. [15]

Читайте так же:
Импульсный стабилизатор максимальный ток

Интегральные стабилизаторы для микроконтроллеров, схемы

Компенсационные стабилизаторы положительного напряжения популярной серии «78хх» были разработаны в 1976 г. на фирме Texas Instruments.

В дальнейшем появились их модификации (Табл. 1) и аналогичные разработки других фирм. Выходные напряжения стандартизованы согласно ряду: 1.5; 1.8; 2.5; 2.7; 2.8; 3.0; 3.3; 4; 5; 6; 8; 9; 12; 15; 18; 24 В.

Обзор интегральных стабилизаторов

Изготовители различаются по первым буквам в названии, например, L7812 (STMicroelectronics), КА7805 (Samsung), NJM78L03 (NJRCorporation), LM7805 (Fairchild), UTC7805 (UnisonicTechnologies). Встранах СНГ эти стабилизаторы известны по микросхемам серии КР142ЕНхх.

Важный нюанс. Допустимое падение напряжения между входом и выходом стабилизатора (£/Вх-вых) зависит от тока нагрузки. Так, например, для микросхем серии «7805» оно составляет 1 В при токе 20 мА и 2 В при токе 1 А.

В кратких справочных данных обычно указывают только последний параметр (2 В/1 А), а полные нагрузочные характеристики приводятся только в графиках даташитов. Следовательно, внимательно их изучая, можно избежать ненужной перестраховки.

Таблица 1. Параметры интегральных стабилизаторов напряжения.

Все современные интегральные стабилизаторы имеют защиту от короткого замыкания в нагрузке, от температурного перегрева кристалла и от выхода рабочей точки из зоны безопасной работы [6-17].

Кроме стабилизаторов фиксированного напряжения существуют интегральные регулируемые стабилизаторы. Первые их образцы разработал Роберт Добкин (Robert Dobkin) в 1977 г. на фирме National Semiconductor.

Типичными представителями этого направления являются микросхемы серии «317», выходное напряжение которых определяется делителем на двух резисторах.

Схемы стабилизаторов напряжения для МК

На Рис. 1, а. р показаны схемы регулируемых и нерегулируемых интегральных стабилизаторов положительного напряжения.

Рис. 1. Схемы компенсационных интегральных стабилизаторов положительного напряжения.

Рисунок 1, а. Типовая схема включения интегрального стабилизатора DAL Серия микросхем «78Lxx» идеально подходит для несложных любительских конструкций, содержащих МК и имеющих ток потребления до 100 мА.

Встроенная в DA1 защита от короткого замыкания ограничивает выходной ток на уровне 0.1. 0.2 А, что во многих случаях спасает МК при аварии.

Входное напряжение фильтруют элементы L1, C1, С2, причём катушка индуктивности может отсутствовать. Конденсаторы C1, С4 устанавливают вблизи (0. 70 мм) от выводов стабилизатора DA1, чтобы предотвратить самовозбуждение последнего. Ёмкость конденсатора С2 должна быть в несколько раз больше, чем ёмкость конденсатора C3, иначе надо ставить защитный диод VD1 (показан пунктиром).

Главное, чтобы при выключении питания выходное напряжение +5 В снижалось по времени быстрее, чем входное +6.5. +15 В (для этого и увеличивают ёмкость конденсатора С2), иначе может выйти из строя микросхема DA1. Если нет уверенности, то подобный диод рекомендуется ставить и в других аналогичных схемах.

Рисунок 1, б. Стабилизатор DA1 (фирма Maxim/Dallas) не относится к серии «78хх». Он отличается названием и функциональностью.

Читайте так же:
317 как стабилизатор тока

В частности, в микросхеме DA1 имеется вход для выключения стабилизатора (вывод 4) и вход для плавного регулирования напряжения (вывод 5). Микросхемы МАХ603 и МАХ604 взаимозаменяемые и обеспечивают соответственно +5 и +3.3 В на выходе.

Рисунок 1, в. LDO-стабилизатор на микросхеме DA1 с максимальным током нагрузки 1 А (аналог К1184ЕН1). В семействе LM2940 существуют микросхемы с выходным напряжением 5; 8; 9; 10; 12; 15 В, а в семействе LP2950 — с напряжением 3.0; 3.3; 5 В.

Рисунок 1, г. UltraLDO-стабилизатор на микросхеме DA1 в SMD-корпусе. Напряжение UВХ-вых не более 0.12 В при токе нагрузки 50 мА и не более 7 мВ при токе нагрузки 1 мА.

Существуют модификации данного стабилизатора с выходным напряжением согласно ряду: 1.5; 1.8; 2.5; 2.85; 3.0; 3.2; 3.3; 3.6; 3.8; 4.0; 4.7; 4.85; 5.0 В.

Рис. 2. Схемы компенсационных интегральных стабилизаторов положительного напряжения (продолжение).

Рисунок 2, д. Регулируемый стабилизатор напряжения на микросхеме DAI серии «317».

Рисунок 2, е. Напряжение +13 В получается сложением двух напряжений стабилизаторов DAI и DA2.

Рисунок 2, ж. Индикатор HL1 светится зелёным цветом при нормальном напряжении батареи/аккумулятора GB1 в пределах 6.8. 9 В. Ниже 6.8 В его свечение прекращается, что является сигналом к замене батареи или подзарядке аккумулятора.

Рисунок 2, з. Стандартный приём увеличения выходного напряжения стабилизатора DA1 на 0.1. 0.3 В. Это может потребоваться при некондиционных параметрах микросхемы DA1 или для тестирования работы МК при повышенном питании.

Резистором R1 в небольших пределах регулируется выходное напряжение на линейном участке ВАХ диода VD1 (ток 5. 10 мА). Резистор RI не обязателен, если микросхему DAI серии «78LC05», «78-L05» заменить аналогичной из серии «7805», имеющей потребление тока через вывод GND в пределах 3. 8 мА.

Рис. 3. Схема стабилизатора напряжения на микросхемах 78L05, TDA2030.

Рисунок 3. Стабилизатор напряжения DA1 дополнен усилителем тока на звуковой микросхеме DA2, которая используется как повторитель напряжения с нагрузкой до 3 А. Питание микросхемы DA2 должно быть повышенным +9. +12 В, хотя и не обязательно стабилизированным.

Рис. 4. Компенсационные стабилизаторы напряжения на микросхемах.

Рисунок 4, к. Высокое входное напряжение 60 В сначала понижается до 23 В (DA1), а затем до 5 В (DA2). Разность напряжений между входом и выходом микросхемы DAI не должна превышать 40 В. При большом токе нагрузки может потребоваться установка микросхем DAI, DA2 на радиаторы.

Рисунок 4, л. Резистором RI плавно подстраивается напряжение в верхнем, более мощном канале. Если средний вывод резистора RI в результате вращения его движка электрически соединится с общим проводом, то в двух каналах будут идентичные напряжения +5 В. Стабилизаторы DAI, DA2 могут иметь как одинаковые, так и разные выходные напряжения.

Читайте так же:
Мощные импульсные стабилизаторы тока схема

Рисунок 4, м. Блок питания с условным названием «Ступенька» состоит из последовательно включённых стабилизаторов напряжения DA1. DA3. Ток нагрузки, просуммированный по трём цепям + 12, +9 и +5 В, не должен превышать максимально допустимого тока для микросхемы DA1.

Рисунок 4, н. Получение двух одинаковых напряжений от одного общего источника +7. +15 В. Это полезно, например, для развязки аналоговых и цифровых цепей МК или для отдельного питания высокочувствительного входного усилителя.

Рис. 5. Схемы интегральных стабилизаторов положительного напряжения для питания микроконтроллеров.

Рисунок 5, о. Получение трёх разных стабилизированных напряжений для питания процессорного ядра, а также внутренней и внешней периферии у новых современных МК. Помехозащитный фильтр FBI (фирма Murata Manufacturing) имеет малые габариты. Он может быть заменён однозвенным LC-фильтром на дискретных элементах.

Рисунок 5, п. Получение хорошо стабилизированного напряжения +5 В и «квазистабилизированного» напряжения +2.8. +3.2 В. Диоды VD1. VD3 снижают выходное напряжение, но оно будет зависеть от протекающего через них тока и температуры окружающей среды.

Диодов может быть не три, а два, причем как обычных, так и диодов Шоттки. Резистор R1 служит для начальной нагрузки потоку, чтобы зафиксировать рабочую точку диодов на крутой вертикальной ветви ВАХ, начиная с 10 мА;

Рисунок 5, р. Двухканальный стабилизатор напряжения DA1 (фирма STMicroelectronics) обеспечивает питанием сразу два выходных тракта +5.1 и +12 В. Ток нагрузки в каждом канале может составлять 0.75. 1 А.

Источник: Рюмик С.М. — 1000 и одна микроконтроллерная схема.

Стабилизаторы в интегральном исполнении

Рассмотрим несколько схем с применением интегральных стабилизаторов. На рис. ниже показаны типовые схемы включения стабилизаторов.

Рис. 1 — Типовая схема включения КР142ЕН5

Рис. 2 — Типовая схема включения КР142ЕН12

На рисунке 1 показана схема с фиксированным выходным напряжением, на рис. 2 — с регулируемым. Кондеры С1, С2 включены для повышения устойчивости стабилизаторов (0,33 мкФ÷1 мкФ).

Для стабилизатора по схеме на рис. 1 (с фиксированным выходным напряжением) имеется возможность увеличения в некоторых пределах выходного напряжения (но не более, чем до Uвх — 10%). Для этого в схему вводится стабилитрон, как показано на рис. ниже:

Рис. 3 — Увеличение выходного напряжения

Выходное напряжение повышается на величину напряжения стабилизации стабилитрона Uст. Можно также примерно подобное сотворить со схемой на рис. 2, но это крайне нежелательно, т.к. через резистор R2 будет течь ток Iпот, потребляемый цепями управления стабилизатора, который зависит от тока нагрузки. Это приведет к увеличению выходного сопротивления стабилизатора. Выходное напряжение стабилизатора в этом случае определяется по формуле:

Для увеличения выходного тока, а, следовательно, мощности в схему стабилизатора втыкают транзистор, примерно так, как показано на рисунке 4

Рис. 4 — Увеличение мощности стабилизатора

Вместе с внутренним выходным транзистором интегрального стабилизатора транзистор VT1 образует комплементарный составной транзистор. Недостаток такого способа состоит в том, что схема ограничения тока и цепь защиты выходного транзистора стабилизатора фактически не используется. Некоторые фирмы выпускают микросхемы, содержащие, по существу, только цепи управления стабилизатором напряжения и предназначенные для подключения к мощному транзистору по схеме, сходной с приведенной на рис. 4. Так, например, фирма Maxim Integrated Products производит ИМС типа МАХ687, к которой подключается pnp-транзистор с малым напряжением насыщения коллектор-эмиттер. При фиксированном выходном напряжении 3,3 В этот стабилизатор допускает при токе нагрузки 1А минимальную разность входного и выходного напряжений 0,14 В. Фирма Analog Devices выпускает в миниатюрном корпусе SO-8 микросхему регулятора ADP3310, которая совместно с мощным полевым транзистором способна отдать в нагрузку ток до 10 А. Минимальная разность напряжений вход-выход составляет в этом случае порядка 0,5 В (существенно зависит от параметров регулирующего МОП-транзистора). Для токовой защиты включается внешний резистор.

Читайте так же:
Регулируемый стабилизатор напряжения тока радио

Для стабилизации тока можно применить следующую схему:

Рис. 5 — Схема стабилизации тока

Сопротивление резистора R1 определяется по формуле:

На резисторе R1 падает напряжение, равное номинальному выходному напряжению стабилизатора. Это составляет для КР142ЕН5 около 5 В, что приводит к большим потерям энергии в резисторе. Поэтому в такой схеме целесообразно использовать ИМС регулируемого стабилизатора, например, КР142ЕН12, у которого, при указанной схеме включения, это напряжение составит 1,2 В.

Номенклатура двухполярных стабилизаторов напряжения сравнительно бедна, поэтому для построения стабилизатора с выходным напряжением, например, ±5 В можно использовать схему, приведенную на рис. 6. Поскольку потенциал неинвертирующего входа ОУ (DA2) нулевой, то и потенциал инвертирующего входа этого усилителя также должен быть равен нулю. При работе ОУ DA2 в линейном режиме и равенстве сопротивлений резисторов в делителе это может быть только в случае равенства по абсолютной величине разнополярных напряжений на выходе схемы. В простейшем случае, если ток выхода отрицательной полярности не превосходит допустимого выходного тока ОУ DA2, транзистор VT1 может быть исключен из схемы, а выход ОУ DA2 должен быть непосредственно соединен с отрицательным выходом стабилизатора.

Стабилизатор тока для светодиодов

Светодиод – полупроводниковый прибор с нелинейной вольтамперной характеристикой. При незначительном изменении напряжения, ток через него может изменяться в разы. Поэтому для обеспечения надлежащего питания светодиодов требуется стабилизатор тока.

Стабилизатор тока – устройство, которое поддерживает постоянный ток в нагрузке, независимо от падения напряжения на ней. По принципу действия он может быть линейным или импульсным. Линейный стабилизатор регулирует выходные параметры за счет распределения мощности между нагрузкой и своим внутренним сопротивлением, поэтому он менее эффективен, чем импульсный. Последний же использует принцип широтно-импульсной модуляции и отдает в нагрузку ровно столько мощности, сколько нужно. При этом КПД может превышать 90%. Однако импульсный стабилизатор имеет более сложную схему и более высокую стоимость.

Читайте так же:
Пусковой ток стабилизаторов напряжения

Рассмотрим оба варианта

Воспользуемся микросхемой LM317. На ее основе может быть построена схема линейного стабилизатора тока. Микросхема LM317 имеет три вывода и выпускается в стандартных корпусах ТО-220, ТО-263, SOT-223 и ТО-252 (D 2 PAK). Значение дифференциального напряжения между выводами Vout­ и Vin не должно превышать 40 В.

Простейшая схема линейного источника тока на LM317 изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Линейный стабилизатор на LM317

Принцип работы заключается в том, что микросхема LM317 поддерживает разность потенциалов между выходом Vout и выводом Adjust на уровне 1,25 В. Получается, что, пренебрегая IAdj (его значение по data sheet не более 100 мкА), значение силы тока через нагрузку, вне зависимости от напряжения на ней, будет определяться как 1,25/R1.

Входное напряжение всегда должно быть по крайней мере на 3 В больше выходного Vout.

Корпус LM317 должен быть закреплен на радиатор, так как даже при 0,7 А и минимальной разнице входного и выходного напряжения, на микросхеме будет рассеиваться мощность 2,1 Вт.

Схема на LM317 очень проста, но очень неэффективна, и на практике может быть применена только для малых токов, в случае, когда по каким-то причинам нельзя использовать импульсный стабилизатор.

Наиболее простой и недорогой импульсный стабилизатор можно построить на основе микросхемы HV9910. Схема приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема импульсного источника тока на HV9910

Схема работает следующим образом:

микросхема HV9910 при подаче питания открывает ключ Q1, через светодиоды и дроссель L1 и резистор Rcs начинает протекать ток. Когда падение напряжения на Rcs достигает значения 250 мВ, микросхема закрывает ключ и ток под действием энергии запасенной в дросселе начинает течь через диод D1. Далее процесс повторяется циклически, управляемый внутренним генератором, частота которого задается резистором RT.

Схема довольно проста и надежна, работает при значениях входного напряжения от 8 до 450 В. Кроме того, ее можно приспособить к работе от сети, поставив на входе простейший выпрямитель (диодный мост и накопительный конденсатор). Вся необходимая информация для расчета номиналов используемых компонентов приведена в data sheet производителя.

Существует еще более простая схема питания светодиодов – для этих целей можно использовать полностью интегральный стабилизатор тока (или драйвер). Примером такого драйвера может служить микросхема LDD-XXXH фирмы MeanWell. Под ХХХ зашифровано значение выходного тока, например, исполнение на 350 мА будет иметь наименование LDD-350H. Никаких дополнительных компонентов не требуется – драйвер подключается напрямую к светодиодам.

Входное напряжение от 8 до 56 В, КПД до 97%!

Рисунок 3 – Интегральный драйвер для светодиодов

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию