Stabilizer dengan penurunan tegangan rendah. Regulator seri yang dapat disesuaikan dengan input

Daerah aplikasi

Memberi daya pada sirkuit dari baterai
Handphone
Laptop dan PDA
Pemindai kode batang
Elektronik otomotif
Modul DC-DC
Tegangan referensi perangkat
Catu daya tegangan rendah linier

Skema versi kedua

Sirkuit ini adalah catu daya dengan pengaturan penurunan rendah dengan penurunan tegangan sangat rendah. Tentu saja, ada banyak desain lain untuk catu daya teregulasi, namun chip MIC2941 memiliki sejumlah keunggulan.

Tergantung pada mode pengoperasian, penurunannya hanya 40 - 400 mV (bandingkan dengan 1,25 - 2 V pada LM317). Ini berarti Anda dapat menggunakan rentang tegangan keluaran yang lebih luas (termasuk membentuk standar 3,3V beberapa rangkaian digital dari tegangan 3,7V yang sama rendahnya (seperti baterai 3 AA atau lithium-ion). Perhatikan bahwa IC seri MIC2940 beroperasi dengan tegangan keluaran tetap, sedangkan MIC2941 dapat terus disesuaikan.

Tabel tegangan MIC294x

Kemampuan sirkuit pada MIC2941

Perlindungan sirkuit pendek dan panas berlebih.
Dioda masukan untuk melindungi rangkaian dari tegangan negatif atau arus AC.
Dua LED indikator untuk tegangan tinggi dan rendah.
Sakelar keluaran untuk memilih 3.3V atau 5V.
Terdapat potensiometer di papan untuk mengatur tegangan dari 1,25 V ke tegangan input maksimum (maks 20V).
Akurasi tinggi dalam menjaga tegangan keluaran
Arus keluaran terjamin 1,25 A.
Koefisien suhu sangat rendah
Input dari sirkuit mikro dapat bertahan dari -20 hingga +60 V.
Sakelar elektronik yang dikontrol secara logis.
Dan, tentu saja, penurunan tegangan rendah - dari 40 mV.

Salah satu parameter penting dari penstabil tegangan seri (termasuk yang sirkuit mikro) adalah tegangan minimum yang diizinkan antara input dan output penstabil (ΔUmin) pada arus beban maksimum. Ini menunjukkan berapa perbedaan minimum antara tegangan input (Uin) dan output (Uout) semua parameter stabilizer berada dalam batas normal. Sayangnya tidak semua amatir radio memperhatikannya, biasanya mereka hanya tertarik pada tegangan keluaran dan arus keluaran maksimum. Sementara itu, parameter ini mempunyai pengaruh yang signifikan baik terhadap kualitas tegangan keluaran maupun efisiensi stabilizer.
Misalnya, untuk stabilisator sirkuit mikro seri 1_M78xx yang tersebar luas (xx adalah angka yang sama dengan tegangan stabilisasi dalam volt), tegangan minimum yang diizinkan dUmin = 2 V pada arus 1 A. Dalam praktiknya, ini berarti bahwa untuk stabilizer aktif pada chip LM7805 (Uout = 5 V) tegangan Uinmin minimal harus 7 V. Jika amplitudo riak pada keluaran penyearah mencapai 1 V, maka nilai Uinmin meningkat menjadi 8 V, dan dengan mempertimbangkan ketidakstabilan listrik tegangan dalam ±10%, meningkat menjadi 8,8 V. Akibatnya, efisiensi stabilizer tidak akan melebihi 57%, dan dengan arus keluaran yang tinggi, sirkuit mikro akan menjadi sangat panas.
Jalan keluar yang mungkin dari situasi ini adalah penggunaan apa yang disebut stabilisator sirkuit mikro Dropout Rendah (penurunan tegangan rendah), misalnya, seri KR1158ENxx (ΔUmin = 0,6 V pada arus 0,5 A) atau LM1084 (Umin = 1,3 V pada arus 5 A). Tetapi nilai Umin yang lebih rendah lagi dapat dicapai jika transistor efek medan yang kuat digunakan sebagai elemen pengatur. Perangkat inilah yang akan dibahas lebih lanjut.

Diagram stabilizer yang diusulkan ditunjukkan pada Gambar. 1. Transistor efek medan VT1 dihubungkan ke saluran listrik positif. Penggunaan perangkat dengan saluran p disebabkan oleh hasil pengujian yang dilakukan oleh penulis: ternyata transistor tersebut kurang rentan terhadap eksitasi sendiri dan, sebagai aturan, resistansi saluran terbukanya lebih kecil. dibandingkan saluran p. Transistor VT1 dikendalikan oleh pengatur tegangan paralel DA1. Agar transistor efek medan dapat terbuka, tegangan pada gerbangnya harus minimal 2,5 V lebih besar daripada tegangan pada sumbernya. Oleh karena itu, diperlukan sumber tambahan dengan tegangan keluaran yang melebihi tegangan pada saluran transistor efek medan sebesar jumlah tersebut.
Sumber seperti itu - konverter tegangan step-up - dipasang pada chip DD1. Elemen logika DD1.1, DD1.2 digunakan dalam generator pulsa dengan tingkat pengulangan sekitar 30 kHz, DD1.3, DD1.4 adalah elemen buffer; dioda VD1, VD2 dan kapasitor SZ, C4 membentuk penyearah dengan tegangan dua kali lipat, resistor R2 dan kapasitor C5 membentuk filter penghalusan.

Kapasitor C6, C7 memastikan pengoperasian perangkat yang stabil. Tegangan keluaran (nilai minimumnya adalah 2,5 V) diatur dengan resistor pemangkas R4.
Uji laboratorium terhadap prototipe perangkat menunjukkan bahwa dengan arus beban 3 A dan penurunan tegangan masukan dari 7 menjadi 5,05 V, tegangan keluaran menurun dari 5 menjadi 4,95 V. Dengan kata lain, pada arus yang ditentukan, penurunan tegangan minimum ΔUmin tidak melebihi 0,1 V. Hal ini memungkinkan Anda untuk lebih memanfaatkan kemampuan sumber daya utama (penyearah) dan meningkatkan efisiensi penstabil tegangan.

Bagian-bagian perangkat dipasang pada papan sirkuit tercetak (Gbr. 2) yang terbuat dari laminasi fiberglass berlapis foil satu sisi dengan ketebalan 1,5...2 mm. Resistor tetap - R1-4, MLT, pemangkas - SPZ-19a, kapasitor C2, C6, C7 - keramik K10-17, sisanya oksida impor, misalnya seri TK dari Jamicon. Dalam stabilizer dengan tegangan keluaran 3...6 V, harus digunakan transistor efek medan dengan tegangan bukaan tidak lebih dari 2,5 V. Transistor seperti itu dari Penyearah Internasional biasanya ditandai dengan huruf L (lihat faktanya lembar "Transistor pengalihan efek medan daya Penyearah Internasional" dalam "Radio", 2001, No. 5, hal. 45). Bila arus beban lebih dari 1,5...2 A, maka perlu menggunakan transistor dengan resistansi saluran terbuka tidak lebih dari 0,02...0,03 Ohm.
Untuk menghindari panas berlebih, transistor efek medan dipasang pada unit pendingin, dan papan dapat direkatkan melalui paking isolasi. Penampilan papan yang dipasang ditunjukkan pada Gambar. 3.

Tegangan keluaran stabilizer dapat ditingkatkan, tetapi kita tidak boleh lupa bahwa tegangan suplai maksimum dari sirkuit mikro K561LA7 adalah 15 V, dan nilai batas tegangan sumber gerbang transistor efek medan dalam banyak kasus tidak melebihi abad ke-20

Oleh karena itu, dalam kasus seperti itu, Anda harus menggunakan konverter boost yang dirakit sesuai dengan sirkuit yang berbeda (pada basis elemen yang memungkinkan tegangan suplai lebih tinggi), dan membatasi tegangan pada gerbang transistor efek medan dengan menghubungkan dioda zener dengan tegangan stabilisasi yang sesuai secara paralel dengan kapasitor C5. Jika stabilizer seharusnya dipasang pada sumber daya dengan transformator step-down, maka konverter tegangan (sirkuit mikro DD1, dioda VD1, VD2, resistor R1 dan kapasitor C2, SZ) dapat dikecualikan, dan penyearah "utama" pada jembatan dioda VD5 (Gbr. 4) dapat ditambah dengan tegangan pengganda pada dioda VD3, VD4 dan kapasitor C9 (penomoran elemen melanjutkan apa yang dimulai pada Gambar 1).

Tanggal penerbitan: 29.09.2009

Pendapat pembaca

Seregia / 06.10.2011 - 08:34
Nilai apa yang perlu diubah agar Uout menjadi 9V?
Nikolay / 30/07/2011 - 22:30
Skema yang bagus, terima kasih. Saya menggunakannya untuk menstabilkan tegangan pada arus hingga 0,5A dari sumber dengan penurunan tegangan yang kuat ketika arus beban meningkat. Muncul pertanyaan tentang konsumsi bagian kontrol sendiri - ia memakan banyak :), dari 18,6 mA (input U maks) hingga 8,7 mA. Saya menetapkan R3 = 8,2 kOhm (TL431 dalam mode nominal, I > 1 mA, meskipun arus minimum tipikal adalah 450 μA) dan R4 pengatur = 50 kOhm. konsumsi arus turun menjadi 2,3 mA - 1,1 mA. Dengan modifikasi ini bisa menggunakan kapasitor C3-C5 yang kapasitasnya lebih kecil, saya pakai 10 μF.

Regulator Tegangan Seri Berkelanjutan - Dapat Disesuaikan, Dropout Rendah

Regulator seri yang dapat disesuaikan

Untuk mengatur tegangan keluaran pada rangkaian sebelumnya, elemen integral dengan tegangan stabilisasi yang dapat disesuaikan (dioda zener terkontrol) dapat digunakan sebagai dioda zener. Ada pilihan lain.

Berikut pilihan bahan untuk perhatian Anda:

Penstabil Tegangan Putus Rendah

Kedua rangkaian sebelumnya bekerja dengan baik jika perbedaan antara tegangan input dan output memungkinkan bias yang diinginkan dihasilkan pada basis transistor VT1. Ini memerlukan setidaknya beberapa volt. Kadang-kadang tidak praktis untuk mempertahankan tegangan seperti itu, misalnya, karena rugi-rugi dan pemanasan transistor daya sebanding dengan tegangan ini. Kemudian skema berikut berlaku.

Ia dapat bekerja meskipun perbedaan antara tegangan masukan dan keluaran hanya sepersepuluh volt, karena tegangan ini tidak ikut serta dalam pembentukan bias. Bias disuplai melalui transistor VT2 dari kabel biasa. Jika tegangan pada motor resistor pemangkas kurang dari tegangan stabilisasi dioda zener ditambah tegangan saturasi sambungan basis-emitor VT3, maka transistor VT3 tertutup, transistor VT2 terbuka, transistor VT1 terbuka. Ketika tegangan pada motor resistor melebihi jumlah tegangan stabilisasi dioda zener dan saturasi sambungan basis-emitor VT3, transistor VT3 terbuka dan mengalirkan arus dari basis VT2. VT2 dan VT3 ditutup.

[Tegangan stabilisasi dioda zener, V] = - [Tegangan saturasi basis-emitor VT3, V]

= ([Tegangan masukan minimum yang mungkin, V] - [Tegangan saturasi basis-emitor VT2, V]) * * [Koefisien transfer arus minimum yang mungkin dari transistor VT2] /

[Resistansi resistor R2, Ohm] = [Tegangan keluaran minimum, V] * [Resistansi resistor R1, Ohm] * [Koefisien transfer arus minimum yang mungkin dari transistor VT3] / / 3

[Daya transistor VT1, W] = ([Tegangan masukan maksimum yang mungkin, V] - [Tegangan keluaran minimum, V]) * [Arus keluaran maksimum yang mungkin, A]

[Daya transistor VT2, W] = [Tegangan masukan maksimum yang mungkin, V] * [Arus keluaran maksimum yang mungkin, A] / [Koefisien transfer arus minimum yang mungkin dari transistor VT1]

Praktis tidak ada disipasi daya pada transistor VT3 dan dioda zener.

Ada kebutuhan besar akan stabilisator 5 volt dengan arus keluaran beberapa ampere dan penurunan tegangan sesedikit mungkin. Penurunan tegangan hanyalah perbedaan antara tegangan masukan DC dan tegangan keluaran, asalkan regulasi dipertahankan. Kebutuhan akan stabilisator dengan parameter seperti itu dapat dilihat pada contoh praktis, di mana tegangan baterai nikel-kadmium, kira-kira sama dengan 8,2 V, distabilkan pada 5 V. Jika penurunan tegangan biasanya 2 atau 3 V, maka jelas bahwa menggunakan baterai seperti itu untuk waktu yang lama tidak mungkin dilakukan. Meningkatkan tegangan baterai bukanlah solusi terbaik, karena dalam hal ini akan ada pemborosan daya yang tidak ada gunanya pada transistor yang lewat. Jika dimungkinkan untuk mempertahankan stabilisasi pada penurunan tegangan, katakanlah, setengahnya, situasi keseluruhan akan jauh lebih baik.

Diketahui bahwa tidak mudah untuk membuat pass transistor dengan tegangan saturasi rendah pada rangkaian terintegrasi stabilisator. Meskipun diinginkan untuk mengontrol pass transistor menggunakan IC, transistor itu sendiri harus merupakan perangkat terpisah. Hal ini tentu saja menyiratkan penggunaan perangkat hybrid daripada sirkuit terintegrasi penuh. Faktanya, ini merupakan berkah tersembunyi karena memudahkan pengoptimalan tegangan saturasi dan beta transistor untuk mencapai tujuan yang diinginkan. Selain itu, Anda bahkan dapat bereksperimen dengan transistor germanium, yang pada dasarnya memiliki tegangan saturasi rendah. Faktor lain yang perlu dipertimbangkan adalah transistor /7l/7 memiliki tegangan saturasi lebih rendah dibandingkan transistor prp.

Menggunakan fakta-fakta ini secara alami mengarah ke rangkaian regulator dropout rendah yang ditunjukkan pada Gambar. 20.2. Penurunan tegangan pada regulator ini adalah 50 mV pada arus beban 1 A dan hanya 450 mV pada arus 5 A. Kebutuhan untuk membuat transistor pass pada dasarnya dirangsang oleh pelepasan regulator terintegrasi linier 71123. Silikon /?l/7-transistor MJE1123 dirancang khusus untuk rangkaian ini, tetapi ada beberapa transistor serupa yang tersedia. Tegangan saturasi rendah merupakan parameter penting dalam pemilihan transistor, namun penguatan DC (beta) yang tinggi juga penting untuk pembatasan arus hubung singkat yang dapat diandalkan. Ternyata transistor germanium 2iV4276 memungkinkan penurunan tegangan yang lebih rendah lagi, tetapi mungkin dengan mengorbankan karakteristik pembatas arus hubung singkat yang memburuk. Resistansi resistor di rangkaian dasar transistor pass (20 Ohm dalam diagram) dipilih secara eksperimental. Idenya adalah untuk membuatnya setinggi mungkin dengan penurunan tegangan yang dapat diterima. Nilainya akan tergantung pada tegangan masukan maksimum yang diharapkan. Fitur lainnya

Stabilizer ini memiliki arus idle yang rendah, sekitar 600 µA, yang berkontribusi pada masa pakai baterai yang lama.

Beras. 20.2. Contoh regulator linier yang mempunyai drop tegangan rendah. Sirkuit hybrid digunakan di sini karena sulit mencapai penurunan tegangan rendah hanya dengan menggunakan IC. Teknologi Linier Sofoga!1op.

Regulator linier low-dropout serupa dari perusahaan semikonduktor lain ditunjukkan pada Gambar. 20.3. Karakteristik dasarnya tetap sama - penurunan tegangan 350 mV pada arus beban 3 A. Sekali lagi, penggunaan sirkuit hybrid memberikan fleksibilitas desain tambahan. Perbedaan utama antara IC yang berbeda untuk mengendalikan stabilisator tersebut adalah adanya fungsi tambahan. Kebutuhannya dapat dinilai terlebih dahulu sehubungan dengan aplikasi tertentu dan pilihan yang tepat dapat dibuat. Sebagian besar ASIC ini setidaknya memiliki perlindungan terhadap arus pendek dan panas berlebih. Karena rpr-trshshstor pass-through berada di luar IC, pembuangan panas yang baik adalah penting. Seringkali, untuk memberikan stabilisasi tambahan, regulator linier dengan dropout rendah ditambahkan ke SMPS yang sudah dibangun. Apalagi efisiensi sistem secara keseluruhan akan tetap tidak berubah. Hal ini tidak dapat dikatakan ketika penstabil tegangan intefa konvensional dengan 3 terminal digunakan untuk stabilisasi tambahan.

Kecenderungan pertama Anda mungkin adalah mereplikasi dua rangkaian low-dropout yang baru saja dijelaskan, menggunakan regulator tegangan terintegrasi 3-pin konvensional dan transistor pass. Namun, arus diam (arus yang dikonsumsi oleh sirkuit internal stabilizer, dan tidak mengalir melalui beban) akan jauh lebih tinggi dibandingkan saat menggunakan sirkuit khusus. Hal ini menghancurkan gagasan untuk tidak memasukkan disipasi daya tambahan ke dalam sistem.

Beras. 20.3. Rangkaian regulator linier putus sekolah rendah lainnya. Konfigurasi yang sama digunakan dengan transistor PPR eksternal. IC kontrol yang dipilih adalah yang terbaik dalam hal fungsi pendukung yang dibutuhkan. Soph Semikonduktor Ceri.

Terkadang dalam praktik radio amatir ada kebutuhan untuk itu stabilizer dengan penurunan tegangan rendah pada elemen pengatur (1,5-2V). Hal ini mungkin disebabkan oleh tegangan yang tidak mencukupi pada belitan sekunder transformator, keterbatasan dimensi ketika casing tidak dapat menampung radiator dengan ukuran yang diperlukan, pertimbangan efisiensi perangkat, dll.

Dan jika pilihan sirkuit mikro untuk membuat stabilisator "konvensional" cukup luas (seperti LM317, 78XX dll.), maka sirkuit mikro untuk membuat stabilisator Low-Drop biasanya tidak tersedia untuk semua orang. Oleh karena itu, skema sederhana pada komponen yang tersedia mungkin sangat relevan.

Saya menyajikan skema yang saya sendiri telah gunakan selama bertahun-tahun. Selama waktu ini, sirkuit menunjukkan pengoperasian yang andal dan stabil. Komponen yang tersedia dan kemudahan pengaturan akan memungkinkan amatir radio pemula sekalipun untuk mengulangi desain tanpa kesulitan.

klik untuk memperbesar

Sirkuitnya menyerupai sirkuit yang cukup standar penstabil parametrik, yang dilengkapi dengan GST (generator arus stabil) untuk mengontrol arus basis transistor pengatur, yang memungkinkan diperolehnya penurunan tegangan rendah.

Rangkaian ini dirancang untuk tegangan keluaran 5V (diatur oleh resistor R4) dan arus beban 200mA. Jika Anda perlu mendapatkan lebih banyak arus, maka alih-alih T3 Anda harus menggunakan transistor komposit.

Jika Anda perlu mendapatkan tegangan keluaran yang lebih tinggi, Anda harus menghitung ulang nilai resistor.

Kapan kurangnya rakitan transistor transistor diskrit dapat digunakan. Dalam versi saya, alih-alih merakit KR198NT5, digunakan dua transistor KT361 pilihan. Rakitan KR159NT1 dapat diganti dengan dua transistor KT315, yang tidak memerlukan pemilihan.

Karena praktis tidak ada informasi di Internet tentang komponen dalam negeri, saya menyediakan pinout rakitan transistor untuk referensi.