Stabilizator sa malim padom napona. Podesivi serijski regulator sa niskim prekidom napona ulaz-izlaz

Područje primjene

• Napajanje strujnih kola iz baterije
• Mobiteli
• Laptop i PDA
• Barkod skeneri
• Automobilska elektronika
• DC-DC moduli
• Referentni napon uređaja
• Linearni niskonaponski izvori napajanja

Druga verzija šeme

Ovo kolo je napajanje sa niskim padom reguliranog napajanja s vrlo malim padom napona na njemu. Naravno, postoji mnogo drugih dizajna za regulirana napajanja, ali MIC2941 čip ima niz prednosti.

U zavisnosti od režima rada, pad je samo 40 - 400 mV (u poređenju sa 1,25 - 2 V na LM317). To znači da možete koristiti širi raspon izlaznih napona (uključujući oblikovanje standardnih 3,3V nekih digitalnih kola od jednako niskog napona od 3,7V (kao što je 3 AA ili litijum-jonska baterija). Imajte na umu da IC-ovi serije MIC2940 rade sa fiksni izlazni napon, dok se MIC2941 može kontinuirano podešavati.

MIC294x tablica napona

Mogućnosti kola na MIC2941

• Zaštita od kratkog spoja i pregrijavanja.
• Ulazna dioda za zaštitu kola od negativnog napona ili izmjenične struje.
• Dvije indikatorske LED diode za visoki i niski napon.
• Prekidač izlaza za odabir 3.3V ili 5V.
• Na ploči se nalazi potenciometar za podešavanje napona od 1,25 V do maksimalnog ulaznog napona (20V max).
• Visoka tačnost održavanja izlaznog napona
• Garantovana izlazna struja 1,25 A.
• Veoma nizak temperaturni koeficijent
• Ulaz mikrokola može izdržati od -20 do +60 V.
• Logički upravljani elektronski prekidač.
• I, naravno, nizak pad napona - od 40 mV.

Jedan od važnih parametara serijskih stabilizatora napona (uključujući i one u mikro krugovima) je minimalni dozvoljeni napon između ulaza i izlaza stabilizatora (ΔUmin) pri maksimalnoj struji opterećenja. Pokazuje pri kojoj su minimalnoj razlici između ulaznog (Uin) i izlaznog (Uout) napona svi parametri stabilizatora u granicama normale. Nažalost, ne obraćaju pažnju svi radio-amateri na to, obično ih zanima samo izlazni napon i maksimalna izlazna struja. U međuvremenu, ovaj parametar ima značajan uticaj i na kvalitet izlaznog napona i na efikasnost stabilizatora.
Na primjer, za široko rasprostranjene stabilizatore mikrokola serije 1_M78xx (xx je broj jednak naponu stabilizacije u voltima), minimalni dozvoljeni napon dUmin = 2 V pri struji od 1 A. U praksi to znači da za stabilizator na na čipu LM7805 (Uout = 5 V) napon Uinmin mora biti najmanje 7 V. Ako amplituda mreškanja na izlazu ispravljača dostigne 1 V, tada se vrijednost Uinmin povećava na 8 V, a uzimajući u obzir nestabilnost mreže napon unutar ±10%, povećava se na 8,8 V. Kao rezultat toga, efikasnost stabilizatora neće prelaziti 57%, a s visokom izlaznom strujom mikrokolo će postati vrlo vruće.
Mogući izlaz iz situacije je korištenje tzv. Low Dropout (niskog pada napona) stabilizatora mikro krugova, na primjer, serije KR1158ENxx (ΔUmin = 0,6 V pri struji od 0,5 A) ili LM1084 (Umin = 1,3 V pri struja od 5 A). Ali još niže vrijednosti Umin mogu se postići ako se kao regulacijski element koristi moćni tranzistor s efektom polja. O ovom uređaju će se dalje razgovarati.

Dijagram predloženog stabilizatora prikazan je na Sl. 1. Tranzistor sa efektom polja VT1 spojen je na pozitivni vod. Upotreba uređaja s p-kanalom posljedica je rezultata testova koje je proveo autor: pokazalo se da su takvi tranzistori manje skloni samopobuđivanju i, štoviše, u pravilu je njihov otpor otvorenog kanala manji nego kod p-kanalnih. Tranzistor VT1 upravlja paralelnim regulatorom napona DA1. Da bi se tranzistor sa efektom polja otvorio, napon na njegovoj kapiji mora biti najmanje 2,5 V veći nego na izvoru. Zbog toga je potreban dodatni izvor sa izlaznim naponom koji premašuje napon na odvodu tranzistora sa efektom polja za tačno ovaj iznos.
Takav izvor - pojačivač napona - sastavljen je na DD1 čipu. Logički elementi DD1.1, DD1.2 se koriste u generatoru impulsa sa stopom ponavljanja od oko 30 kHz, DD1.3, DD1.4 su bafer elementi; diode VD1, VD2 i kondenzatori SZ, C4 formiraju ispravljač sa udvostručavanjem napona, otpornik R2 i kondenzator C5 čine filter za izravnavanje.

Kondenzatori C6, C7 osiguravaju stabilan rad uređaja. Izlazni napon (njegova minimalna vrijednost je 2,5 V) se postavlja pomoću trim otpornika R4.
Laboratorijski testovi prototipa uređaja pokazali su da sa strujom opterećenja od 3 A i smanjenjem ulaznog napona sa 7 na 5,05 V, izlaz se smanjuje sa 5 na 4,95 V. Drugim riječima, pri navedenoj struji minimalni pad napona ΔUmin ne prelazi 0,1 V. To vam omogućava da potpunije iskoristite mogućnosti primarnog izvora napajanja (ispravljača) i povećate efikasnost stabilizatora napona.

Dijelovi uređaja montirani su na štampanu ploču (sl. 2) od jednostrano obloženog folijom laminata od stakloplastike debljine 1,5...2 mm. Fiksni otpornici - R1-4, MLT, trimer - SPZ-19a, kondenzatori C2, C6, C7 - keramika K10-17, ostalo su uvezeni oksidi, na primjer, TK serije iz Jamicona. U stabilizatoru sa izlaznim naponom od 3...6 V treba koristiti tranzistor sa efektom polja sa naponom otvaranja ne većim od 2,5 V. Takvi tranzistori iz International Rectifier obično su označeni slovom L (vidi činjenicu list "Power-effect switching tranzistoris International Rectifier" u "Radio", 2001, br. 5, str. 45). Kada je struja opterećenja veća od 1,5...2 A, potrebno je koristiti tranzistor sa otporom otvorenog kanala ne većim od 0,02...0,03 Ohma.
Kako bi se izbjeglo pregrijavanje, tranzistor s efektom polja je fiksiran na hladnjak, a ploča se može zalijepiti na njega kroz izolacijsku brtvu. Izgled montirane ploče prikazan je na Sl. 3.

Izlazni napon stabilizatora može se povećati, ali ne treba zaboraviti da je maksimalni napon napajanja mikrokruga K561LA7 15 V, a granična vrijednost napona gejt-izvor tranzistora sa efektom polja u većini slučajeva ne prelazi 20 V.

Stoga bi u takvom slučaju trebali koristiti pojačani pretvarač sastavljen prema drugom krugu (na bazi elemenata koja omogućava veći napon napajanja) i ograničiti napon na kapiji tranzistora s efektom polja povezivanjem zener diode sa odgovarajućim stabilizacijskim naponom paralelno sa kondenzatorom C5. Ako se stabilizator treba ugraditi u izvor napajanja s transformatorom za smanjenje napona, tada se pretvarač napona (mikrokrug DD1, diode VD1, VD2, otpornik R1 i kondenzatori C2, SZ) može isključiti, a "glavni" ispravljač na diodnom mostu VD5 (slika 4) može se dopuniti udvostručavajućim naponom na diodama VD3, VD4 i kondenzatoru C9 (numeracija elemenata nastavlja ono što je započeto na slici 1).

Datum objave: 29.09.2009

Mišljenja čitalaca

• Seregy / 10/06/2011 - 08:34
  Koje vrijednosti treba promijeniti da Uout postane 9V?
• Nikolaj / 30.07.2011 - 22:30
  Dobra šema, hvala. Koristio sam ga za stabilizaciju napona na strujama do 0,5A iz izvora sa jakim padom napona kada se struja opterećenja povećava. Postavilo se pitanje o vlastitoj potrošnji kontrolnog dijela - puno jede :), od 18,6 mA (U ulaz max) do 8,7 mA. Postavio sam R3 = 8,2 kOhm (TL431 u nominalnom režimu, I > 1 mA, iako je tipična minimalna struja 450 μA) i regulacioni R4 = 50 kOhm. potrošnja struje smanjena na 2,3 mA - 1,1 mA. Uz ovu modifikaciju, možete koristiti kondenzatore C3-C5 manjeg kapaciteta, ja sam koristio 10 μF.

Kontinuirani serijski regulator napona - podesiv, mali pad

Podesivi serijski regulator

Za podešavanje izlaznog napona u prethodnom kolu, integralni element sa podesivim stabilizacionim naponom (kontrolisana zener dioda) može se koristiti kao zener dioda. Postoji još jedna opcija.

Evo izbora materijala za vašu pažnju: Stabilizator napona niskog pada Oba prethodna kruga dobro rade ako razlika između ulaznog i izlaznog napona dozvoljava da se željena pristranost generira na bazi tranzistora VT1. Za to je potrebno najmanje nekoliko volti. Ponekad nije praktično održavati takav napon, na primjer, jer su gubici i zagrijavanje tranzistora snage proporcionalni ovom naponu. Tada se primjenjuje sljedeća shema. Može raditi čak i ako je razlika između ulaznog i izlaznog napona samo nekoliko desetina volta, jer ovaj napon ne sudjeluje u formiranju prednapona. Bias se napaja preko tranzistora VT2 iz zajedničke žice. Ako je napon na motoru otpornika trimera manji od napona stabilizacije zener diode plus napona zasićenja spoja baza-emiter VT3, tada je tranzistor VT3 zatvoren, tranzistor VT2 je otvoren, tranzistor VT1 je otvoren. Kada napon na motoru otpornika pređe zbir stabilizacijskog napona zener diode i zasićenja spoja baza-emiter VT3, tranzistor VT3 se otvara i odvodi struju iz baze VT2. VT2 i VT3 su zatvoreni. [Napon stabilizacije Zener diode, V] = - [Napon zasićenja baza-emiter VT3, V] = ([Minimalni mogući ulazni napon, V] - [Napon zasićenja baza-emiter VT2, V]) * * [Minimalni mogući koeficijent prijenosa struje tranzistora VT2] / [Otpor otpornika R2, Ohm] = [Minimalni izlazni napon, V] * [Otpor otpornika R1, Ohm] * [Minimalni mogući koeficijent prijenosa struje tranzistora VT3] / / 3 [Snaga tranzistora VT1, W] = ([Maksimalni mogući ulazni napon, V] - [Minimalni izlazni napon, V]) * [Maksimalna moguća izlazna struja, A] [Snaga tranzistora VT2, W] = [Maksimalni mogući ulazni napon, V] * [Maksimalna moguća izlazna struja, A] / [Minimalni mogući koeficijent prijenosa struje tranzistora VT1] Praktično nema disipacije snage na VT3 tranzistoru i zener diodi.

Velika je potreba za 5-voltnim stabilizatorima sa izlaznim strujama od nekoliko ampera i sa što manjim padom napona. Pad napona je jednostavno razlika između istosmjernog ulaznog i izlaznog napona, pod uvjetom da se održava regulacija. Potreba za stabilizatorima sa takvim parametrima može se vidjeti na praktičnom primjeru, u kojem se napon nikl-kadmijum baterije, jednak približno 8,2 V, stabilizira na 5 V. Ako je pad napona uobičajenih 2 ili 3 V, onda je jasno da dugotrajno korištenje takve baterije nije moguće. Povećanje napona baterije nije najbolje rješenje, jer će u ovom slučaju doći do besmislenog rasipanja snage u prolaznom tranzistoru. Kada bi bilo moguće održati stabilizaciju pri padu napona od, recimo, upola manjeg, ukupna situacija bi bila mnogo bolja.

Poznato je da nije lako napraviti prolazni tranzistor sa niskim naponom zasićenja u integriranim krugovima stabilizatora. Iako je poželjno kontrolirati prolazni tranzistor pomoću IC-a, sam tranzistor mora biti zaseban uređaj. To naravno podrazumijeva korištenje hibridnih uređaja umjesto potpuno integriranih kola. Zapravo, ovo je prikriveni blagoslov jer olakšava optimizaciju zasićenja i beta napona tranzistora kako bi se postigao željeni cilj. Osim toga, možete čak eksperimentirati s germanijevim tranzistorima, koji po prirodi imaju niske napone zasićenja. Drugi faktor koji treba uzeti u obzir je da /7l/7 tranzistori imaju niže napone zasićenja od njihovih prp kolega.

Korištenje ovih činjenica prirodno dovodi do regulatornog kruga s malim ispadanjem prikazanog na Sl. 20.2. Pad napona na ovom regulatoru je 50 mV pri struji opterećenja od 1 A i samo 450 mV pri 5 A. Potreba za stvaranjem prolaznog tranzistora je u suštini stimulirana oslobađanjem 71123 linearnog integriranog regulatora. Silicijum /?l/7-tranzistor MJE1123 je posebno dizajniran za ovo kolo, ali postoji nekoliko sličnih tranzistora dostupnih. Nizak napon zasićenja je važan parametar u odabiru tranzistora, ali visoko DC pojačanje (beta) je također važno za pouzdano ograničenje struje kratkog spoja. Pokazalo se da germanijumski tranzistor 2iV4276 dozvoljava još niže padove napona, ali verovatno na račun pogoršanja graničnih karakteristika struje kratkog spoja. Otpor otpornika u osnovnom krugu prolaznog tranzistora (20 Ohma na dijagramu) je odabran eksperimentalno. Ideja je da se napravi što je više moguće uz prihvatljiv pad napona. Njegova vrijednost ovisi o očekivanom maksimalnom ulaznom naponu. Još jedna karakteristika

Ovaj stabilizator ima nisku struju mirovanja, oko 600 µA, što doprinosi dugom vijeku trajanja baterije.

Rice. 20.2. Primjer linearnog regulatora sa malim padom napona. Ovdje se koristi hibridno kolo jer je teško postići nizak pad napona koristeći samo IC. Linearna tehnologija Sofoga!1op.

Sličan linearni regulator s malim ispadanjem iz druge poluvodičke kompanije prikazan je na Sl. 20.3. Osnovne karakteristike ostaju iste - pad napona od 350 mV pri struji opterećenja od 3 A. Još jednom, upotreba hibridnog kola pruža dodatnu fleksibilnost dizajna. Glavna razlika između različitih IC-a za upravljanje takvim stabilizatorima je prisutnost pomoćnih funkcija. Potreba za njima može se unaprijed procijeniti u odnosu na konkretnu aplikaciju i napraviti odgovarajući izbor. Većina ovih ASIC-ova ima barem zaštitu od kratkog spoja i pregrijavanja. Budući da je prolazni rpr-trshshstor vanjski u odnosu na IC, važno je dobro odvođenje topline. Često se, da bi se osigurala dodatna stabilizacija, već izgrađenom SMPS-u dodaje linearni regulator s malim ispuštanjem. Štaviše, efikasnost sistem u cjelini će ostati gotovo nepromijenjen. To se ne može reći kada se za dodatnu stabilizaciju koristi konvencionalni unutrašnji stabilizator napona sa 3 terminala.

Vaša prva sklonost može biti da ponovite dva upravo opisana kola s malim ispadanjem, koristeći konvencionalni 3-pinski integrirani regulator napona i prolazni tranzistor. Međutim, struja mirovanja (struja koju troši unutarnji krug stabilizatora, a koja ne teče kroz opterećenje) bit će mnogo veća nego kada se koriste posebni krugovi. Ovo uništava samu ideju da se u sistem ne uvede dodatna disipacija snage.

Rice. 20.3. Još jedno kolo linearnog regulatora s malim ispadanjem. Ista konfiguracija se koristi sa eksternim PPR tranzistorom. Odabrani upravljački IC je najbolji u pogledu potrebnih funkcija podrške. Cherry Semiconductor Soph.

Ponekad u radioamaterskoj praksi postoji potreba stabilizator sa malim padom napona na regulacionom elementu (1,5-2V). To može biti uzrokovano nedovoljnim naponom na sekundarnom namotu transformatora, ograničenjima dimenzija kada se u kućište ne može smjestiti radijator potrebne veličine, razmatranjem efikasnosti uređaja itd.

A ako je izbor mikro krugova za izgradnju „konvencionalnih“ stabilizatora dovoljno širok (npr LM317, 78XX itd.), tada mikrokola za izgradnju Low-Drop stabilizatora obično nisu dostupna svima. Dakle, jednostavna shema na dostupnim komponentama može biti veoma relevantno.

Predstavljam shemu koju sam i sam koristio dugi niz godina. Za to vrijeme, krug je pokazao pouzdan, stabilan rad. Dostupne komponente i jednostavnost podešavanja omogućit će čak i početnicima radio-amaterima da ponove dizajn bez poteškoća.

kliknite za zumiranje

Kolo liči na prilično standardno parametarski stabilizator, koji je dopunjen GST (generatorom stabilne struje) za kontrolu bazne struje regulacionog tranzistora, zbog čega je bilo moguće dobiti nizak pad napona.

Kolo je dizajnirano za izlazni napon od 5V (podešen otpornikom R4) i struju opterećenja od 200mA. Ako trebate dobiti više struje, onda biste trebali koristiti umjesto T3 kompozitni tranzistor.

Ako trebate dobiti veći izlazni napon, morat ćete ponovo izračunati vrijednosti otpornika.

Kada nedostatak tranzistorskih sklopova mogu se koristiti diskretni tranzistori. U mojoj verziji, umjesto sastavljanja KR198NT5, korištena su dva odabrana tranzistora KT361. Sklop KR159NT1 može se zamijeniti s dva tranzistora KT315, čiji izbor nije potreban.

Budući da na Internetu praktički nema informacija o domaćim komponentama, dajem pinout tranzistorskih sklopova za referencu.

Povratak