Схема стабилизатор тока: Схемы стабилизаторов тока для светодиодов на транзисторах и микросхемах

Содержание

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

В статье расскажу, как сделать простой стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе.

Описание задумки.

Задолго до разработки фонарика на ATtiny13 мне уже доводилось работать со сверх-яркими светодиодами. И что могу сказать. Редкий радиолюбитель жаждет чтобы светодиоды перегорали, как можно чаще! :). Особенно мощные и дорогие. Вот и мне этого не хотелось и решил взяться за разработку стабилизатора тока.

Немного теории.

Мне часто задают один и тот же вопрос, мол почему именно стабилизатор тока лучше для светодиодов, а не стабилизатор напряжения. Ответ простой, но он многим не нравиться. Постараюсь пояснить на вольт-амперной характеристики(ВАХ) SMD светодиода типоразмера 3528, рисунок 1.

Рисунок 1 – Вольт-амперная характеристика(ВАХ) SMD светодиода типоразмера 3528 при 25⁰С.

Ось У – ток через светодиод.

Ось Х – падение напряжения на светодиоде.

Теперь внимание! Заявленный производителем ток для данного светодиода равен 20мА.

Смотрим на рисунок и видим, что ток 20 мА приблизительно соответствует напряжению на светодиоде 3,4В. Если поднять напряжение на светодиоде до 3,5В, а это всего лишь на 0,1В больше чем его типовое напряжение, то ток увеличиться до 50мА, а это в 2,5 раза больше чем его заявленный ток. Если всё перевести в процентное соотношение, то получиться что ток возрастает в 2,5 раза, при увеличении напряжения всего лишь на 3%(округлил). Вот почему стабилизатор напряжения должен быть практически идеальным!

Теперь рассмотрим стабилизатор тока. Если стабилизировать ток 20мА, то увеличение тока на 3% даст результат – 20,6мА. Согласитесь, что это совсем другой результат и он куда лучше предыдущего!

Иногда мне пытаются доказать, что последовательное соединение светодиодов + стабилизатор напряжения лучше, чем параллельное + стабилизатор тока. Это, конечно, тема для отдельной статьи, но хочу тут немного пояснить, что параллельное соединение однозначно выигрывает.

Для примера возьмём пять светодиодов 20мА, 3,4В и соединим их последовательно и параллельно. При последовательном соединении если один светодиод перегорает и остаётся замкнутым, а такое бывает и часто, напряжение 17В(3,4В*5шт) делится между оставшимися четырьмя светодиодами в равных пропорциях (предположим что так). Получается, что падение напряжение на каждом светодиоде будет — 4,25В (17В/4шт). Ток при этом возрастает до неимоверных значений, а это приводит к последовательному перегоранию оставшихся светодиодов или части из них.

При параллельном соединении и стабилизации тока в 100мА(20мА*5шт) перегорание светодиода приведёт к увеличению тока на оставшихся всего на 5мА(20мА/4шт). Или по-другому: 100мА/4шт = 25мА – ток на каждом светодиоде. Разница очевидна! В этой статье не буду больше приводить плюсы и минусы каждого из решений, статья совсем о другом. Надеюсь пример был понятным. Мой личный выбор всегда на стороне параллельного соединения светодиодов и стабилизатора тока для них. Если и ваш тоже, то читайте дальше, как сделать несложный стабилизатор тока для светодиодов.

О схеме.

Принципиальная схема стабилизатора тока на полевом транзисторе показана на рисунке 2.

Рисунок 2.

Резистор R1 нужен для того чтобы транзистор VT2 открывался. Стабилитрон VD1 защищает затвор от перенапряжения, для транзистора P0903BDG максимальное напряжение затвор-сток – 20В. Если у вас другой транзистор, то информацию на него смотрите в даташите. Параметр этот называется Gate-Source Voltage. Если напряжение питание значительно меньше максимального напряжения затвор-сток, то можно вообще стабилитрон не ставить. Резисторы R2-R6 выполняют роль шунта. На схему добавил их побольше чтобы можно было удобно подобрать нужный номинал.

Схема работает следующим образом. В начальный момент времени транзистор VT2 открыт, ток протекает через светодиоды и шунт из резисторов R2-R6, транзистор VT1 закрыт. При протекании тока через шунт на нём падает определённое напряжение и если оно равняется напряжению открытия транзистора VT1, то он открывается и «садит» затвор транзистора VT2 на минус питания, транзистор VT2 закрывается и ток через светодиоды и шунт начинает снижаться. При снижении тока через светодиоды будет снижаться падение напряжение и на шунте, как только напряжение станет меньше чем нужно для открытия транзистора VT1, он закроется и «освободит» затвор транзистора VT2. Транзистор VT2 снова откроется и ток устремиться к светодиодам и шунту. Дальше все повторяется по кругу.

Настройка.

Настройка схемы заключается в определении необходимого тока для светодиодов и подбору номиналов резисторов шунта. Приблизительно считаю, что падение напряжение на шунте должно быть около 0,5В. Этого напряжения достаточно для открытия транзистора VT1. Хотя по даташиту напряжение база-эмиттер для транзистора BC846 – 0,66В, для отечественных – 0,7В.

В качестве примера рассчитаю для вас номиналы резисторов шунта на ток 170мА.

Сопротивление шунта(Ом) = падение напряжение на шунте(В) / ток через шунт (А), получается: Сопротивление шунта = 0,5В / 0,17А = 2,94 Ом. Полученный результат округляю до 3 Ом. Из стандартного ряда можно взять два резистора номиналом 1 Ом и 2 Ом и впаять их на плату, как R2, R3. Резисторы R4-R6 при этом исключаются из схемы.

Дальше нужно проверить какой ток стабилизирует стабилизатор. Для проверки потребуется амперметр или миллиамперметр. Прибор нужно подключить в разрыв любого из проводов питания, подать питающее напряжение, оно, кстати, должно быть больше чем типовое питание светодиодов. Лучше использовать источник питания с возможностью регулировки выходного напряжения. Подключаем, регулируем, смотрим.

В определённый момент времени ток через стабилизатор перестанет меняться – это и будет током стабилизации. Дальнейшее увеличение напряжения ничего не изменит, разве что добавит разогрев транзистора VT2. Нужно понимать, что всё избыточное напряжение будет выделяться на транзисторе VT2 в качестве тепла. Если ток стабилизации получился таким какой нужен значит подбор шунта закончен, если же ток отличается от нужного значения в большую сторону – увеличиваем сопротивление шунта, в меньшую – уменьшаем.

О печатной плате.

Печатную плату разрабатывал под SMD компоненты в программе P-CAD 2006.

Размеры платы – 37×18мм, рисунок 3. Вы можете разработать свою печатную плату и прислать мне файл для размещения на сайте.

Рисунок 3.

О деталях.

Перечень деталей, необходимых для сборки стабилизатора тока, свёл в таблицу 1.

Таблица1 – перечень компонентов.

Позиционное обозначение

Наименование

Аналог/замена

R1

Резистор 10к.

SMD типоразмер 0805

R2-R6

Резисторы шунта.

SMD типоразмер 1206

VD1

Стабилитрон 9,1В.

Корпус SOD80

VT1

Транзистор биполярный BC846. Структура – n-p-n.

Корпус SOT23.

VT2

Транзистор полевой P0903BDG. Структура — n-канальный.

Корпус DPAK

Резюмирую. Во всех моих разработках со светодиодами обязательно есть стабилизатор тока. Он или простой, как в тот, что описан в статье или на операционном усилителе. Светодиоды обычно подключаю параллельно или последовательно-параллельно, всё зависит от конкретной задачи. В этой же статье рассказал, как сделать несложный стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе. Постарался объяснить, чем отличается стабилизатор напряжения от стабилизатора тока для светодиодов и что лучше.

Надеюсь у меня получилось. Привёл принципиальную схему стабилизатора тока и печатную плату. Все файлы можно скачать с сайта. Приятных разработок!

Ну и фото напоследок.

BC846 datasheet.

P0903BDG datasheet.

Архив с проектом.

Стабилизатор тока на lm317, lm338, lm350 для светодиодов

В последнее время интерес к схемам стабилизаторов тока значительно вырос. И в первую очередь это связано с выходом на лидирующие позиции источников искусственного освещения на основе светодиодов, для которых жизненно важным моментом является именно стабильное питание по току. Наиболее простой, дешевый, но в то же время мощный и надежный токовый стабилизатор можно построить на базе одной из интегральных микросхем (ИМ): lm317, lm338 или lm350.

Datasheet по lm317, lm350, lm338

Прежде чем перейти непосредственно к схемам, рассмотрим особенности и технические характеристики вышеприведенных линейных интегральных стабилизаторов (ЛИС).

Все три ИМ имеют схожую архитектуру и разработаны с целью построения на их основе не сложных схем стабилизаторов тока или напряжения, в том числе применяемых и со светодиодами. Различия между микросхемами кроются в технических параметрах, которые представлены в сравнительной таблице ниже.

 LM317LM350LM338
Диапазон значений регулируемого выходного напряжения1,2…37В1,2…33В1,2…33В
Максимальный показатель токовой нагрузки1,5А
Максимальное допустимое входное напряжение40В35В35В
Показатель возможной погрешности стабилизации~0,1%~0,1%~0,1%
Максимальная рассеиваемая мощность*15-20 Вт 20-50 Вт 25-50 Вт
Диапазон рабочих температур0° — 125°С0° — 125°С0° — 125°С
Datasheet LM317. pdfLM350.pdfLM338.pdf

* – зависит от производителя ИМ.

Во всех трех микросхемах присутствует встроенная защита от перегрева, перегрузки и возможного короткого замыкания.

Lm317, самая распространенная ИМ, имеет полный отечественный аналог — КР142ЕН12А.

Выпускаются интегральные стабилизаторы (ИС) в монолитном корпусе нескольких вариантов, самым распространенным является TO-220.

Микросхема имеет три вывода:
  1. ADJUST. Вывод для задания (регулировки) выходного напряжения. В режиме стабилизации тока соединяется с плюсом выходного контакта.
  2. OUTPUT. Вывод с низким внутренним сопротивлением для формирования выходного напряжения.
  3. INPUT. Вывод для подачи напряжения питания.

Схемы и расчеты

Наибольшее применение ИС нашли в источниках питания светодиодов. Рассмотрим простейшую схему стабилизатора тока (драйвера), состоящую всего из двух компонентов: микросхемы и резистора.

На вход ИМ подается напряжение источника питания, управляющий контакт соединяется с выходным через резистор (R), а выходной контакт микросхемы подключается к аноду светодиода.

Если рассматривать самую популярную ИМ, Lm317t, то сопротивление резистора рассчитывают по формуле: R=1,25/I0 (1), где I0 – выходной ток стабилизатора, значение которого регламентируется паспортными данными на LM317 и должно быть в диапазоне 0,01-1,5 А. Отсюда следует, что сопротивление резистора может быть в диапазоне 0,8-120 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе, рассчитывается по формуле: PR=I02×R (2). Включение и расчеты ИМ lm350, lm338 полностью аналогичны.

Полученные расчетные данные для резистора округляют в большую сторону, согласно номинальному ряду.

Постоянные резисторы производятся с небольшим разбросом значения сопротивления, поэтому получить нужное значение выходного тока не всегда возможно. Для этой цели в схему устанавливается дополнительный подстроечный резистор соответствующей мощности.

Это немного увеличивает цену сборки стабилизатора, но гарантирует получение необходимого тока для питания светодиода. При стабилизации выходного тока более 20% от максимального значения, на микросхеме выделяется много тепла, поэтому ее необходимо снабдить радиатором.

Онлайн калькулятор lm317, lm350 и lm338


Допустим, необходимо подключить мощный светодиод с током потребления 700 миллиампер. Согласно формуле (1) R=1,25/0,7= 1.786 Ом (ближайшее значение из ряда E2—1,8 Ом). Рассеиваемая мощность по формуле (2) будет составлять: 0.7×0.7×1.8 = 0,882 Ватт (ближайшее стандартное значение 1 Ватт).

На практике, для предотвращения нагрева, мощность рассеивания резистора лучше увеличить примерно на 30%, а в корпусе с низкой конвекцией на 50%.

Кроме множества плюсов, стабилизаторы для светодиодов на основе lm317, lm350 и lm338 имеют несколько значительных недостатков – это низкий КПД и необходимость отвода тепла от ИМ при стабилизации тока более 20% от максимального допустимого значения. Избежать этого недостатка поможет применение импульсного стабилизатора, например, на основе ИМ PT4115.

Стабилизатор тока на транзисторе, описание зарядного устройства


Стабилизатор тока на транзисторе очень напоминает стабилизатор напряжения. Эта простая схема может быть использована как стабилизатор выходного тока независимо от входного напряжения. На его основе можно изготовить зарядное устройство — тот же самый

стабилизатор тока. Параметры элементов вычисляются по закону Ома.

Описание зарядного устройства

Описание зарядного устройства начнём с условий. Допустим у нас есть 9-ти вольтовый аккумулятор и мы должны зарядить его током в 40 мА.

Мы соединяем транзистор и стабилитрон как показано на схеме. Если стабилитрон будет рассчитан на напряжение стабилизации 5.6 Вольт, то из схемы хорошо понятно, что напряжение на резисторе R2 будет 5 вольт. (Это подробно рассматривалось в статье Самодельный стабилизатор). Чтобы ток через резистор составил 40 мА его сопротивление должно быть … сколько? 🙂

Закон Ома — I = U/R
R = 5 вольт / 0.04 А
R = 125 Ом.

Если ток в 40 мА течёт через резистор R2, то большая часть этого тока течёт через переход коллектор-эмиттер, и значит через аккумулятор B. На самом деле, небольшая часть эмиттерного тока течёт через резистор R1 и через переход база-эмиттер. Мы можем компенсировать это небольшим уменьшением резистора R2. К тому же, ближайшее стандартное значение сопротивления к 125 является 120 Ом. Теперь ток через резистор R2 будет около 41 мА, а ток через аккумулятор будет около 40 мА.

Напряжение источника питания зарядного устройства

Напряжение источника питания должно состоять из суммы: напряжение аккумулятора — 9 вольт, напряжение на резисторе R2 — 5 вольт и напряжение на переходе коллектор-эмиттер, обычно чуть меньше одного вольта. Т.е. минимальное напряжение источника питания зарядного устройства должно быть 9 + 5 + 1 = 15 вольт.

Можно использовать этот простой метод для разработки простого зарядного устройства для любого NiCd или NiMh аккумулятора. Только необходимо убедиться, что значение максимального тока коллектора транзистора больше необходимого зарядного тока.


lm317 стабилизатор тока — стабилизация и защита схемы

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 300 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.

Стабилизаторы тока » PRO-диод

Стабилизаторы тока

25.10.2013 | Рубрика: Электроника

Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет. В этом, и не только, случае помогут специальные схемотехнические решения ограничивающие, регулирующие и стабилизирующие ток. Далее подробно рассмотрены схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Источники тока, в отличие от источников напряжения, стабилизируют выходной ток, изменяя выходное напряжение так, чтобы ток через нагрузку всегда оставался одинаковым.
Таким образом, источник тока отличается от источника напряжения, как вода отличается от суши. Типичное применение источников тока – питание светодиодов, зарядка аккумуляторов и т.п.
Внимание! Не путайте стабилизатор тока со стабилизатором напряжения! Это может плохо кончиться =)

Простой стабилизатор тока на КРЕНке

Для этого стабилизатора тока достаточно применить КР142ЕН12 или LM317. Это регулируемые стабилизаторы напряжения способные работать с токами до 1,5А, входными напряжениями до 40В и рассеивают мощность до 10Вт (при соблюдении теплового режима).
Схема и применение показаны на рисунках ниже

Стабилизатор тока на КР142ЕН12 (LM317)

Стабилизатор тока на КРЕН в качестве зярядного устройства

Собственное потребление данных микросхем относительно невелико – около 8мА и это потребление практически не меняется при изменении тока протекающего через крен или изменения входного напряжения. Как видим, в вышеприведенных схемах, стабилизатор LM317 работает как стабилизатор напряжения, удерживая на резисторе R3 постоянное напряжение, которое можно регулировать в некоторых пределах построечным резистором R2. В данном случае R3 называется токозадающим резистором. Поскольку сопротивление R3 неизменно, то ток через него будет стабильным. Ток на входе крен будет примерно на 8мА больше.

Таким образом, мы получили простой как веник стабилизатор тока, который может применяться как электронная нагрузка, источник тока для заряда аккумуляторов и т. п.

Интегральные стабилизаторы достаточно шустро реагируют на изменение входного напряжения. Недостаток же такого регулятора тока – весьма большое сопротивление токозадающего резистора R3 и как следствие необходимость применять более мощные и более дорогие резисторы.

Простой стабилизатор тока на двух транзисторах

Достаточно широкое распространение получили простенькие стабилизаторы тока на двух транзисторах. Основной минус данной схемы – не очень хорошая стабильность тока в нагрузке при изменении питающего напряжения. Впрочем, для многих применений сгодятся и такие характеристики.

Далее показана схема стабилизатора тока на транзисторе. В данной схеме токозадающим резистором является R2. При увеличении тока через VT2, увеличится напряжение на токозадающем резисторе R2, которое при величине примерно 0,5…0,6В начинает открывать транзистор VT1. Транзистор VT1 открываясь начинает закрывать транзистор VT2 и ток через VT2 уменьшается.

Стабилизатор тока на транзисторах

Зарядка аккумуляторов

Вместо биполярного транзистора VT2, можно применить MOSFET – полевой транзистор.

Стабилитрон VD1 выбирается на напряжение 8…15В и необходим в случаях, когда напряжение источника питания достаточно велико и может пробить затвор полевого транзистора. Для мощных MOSFET это напряжение составляет порядка 20В. Далее показана схема стабилизатора тока с использованием MOSFET.

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

Нужно учитывать, что MOSFET открываются при напряжении на затворе не менее 2В, соответственно увеличивается и напряжение, необходимое для нормальной работы схемы стабилизатора тока. При зарядке аккумуляторов и некоторых других задачах вполне достаточно будет включить транзистор VT1 с резистором R1 непосредственно к источнику питания так, как это показано на рисунке:

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

В схемах стабилизатора тока на транзисторах необходимое значение токозадающего резистора для заданного значения тока примерно в два раза меньше, чем в схемах со стабилизатором на КР142ЕН12 или LM317. Это позволяет применить токозадающий резистор меньшей мощности.

Стабилизатор тока на операционном усилителе (на ОУ)

Если необходимо собрать регулируемый в широких пределах стабилизатор тока или стабилизатор тока с токозадающим резистором на порядок или даже два ниже, чем на схемах, показанных ранее, можно применить схему с усилителем ошибки на ОУ (операционном усилителе). Схема такого стабилизатора тока показана на рис:

Стабилизатор тока на операционном усилителе

В данной схеме токозадающим является резистор R7. ОУ DA2.2 усиливает напряжение токозадающего резистора R7 – это усиленное напряжение ошибки. ОУ DA2.1 сравнивает опорное напряжение и напряжение ошибки и регулирует состояние полевого транзистора VT1.

Обратите внимание, что схема требует отдельного питания, подаваемого на разъем XP2. Напряжение питания должно быть достаточным для работы компонентов схемы и не превышать значения напряжения пробоя затвора MOSFET VT1.

В качестве генератора опорного напряжения в схеме на рис. 7 применена микросхема DA1 REF198 с выходным напряжением 4,096В. Это достаточно дорогая микросхема, поэтому ее можно заменить обычной кренкой, а если напряжение питания схемы (+U) является стабильным, то и вовсе обойтись без стабилизатора напряжения в данной схеме. В этом случае переменный резистор R подсоединяется не к REF, а к +U. В случае электронного управления схемой вывод 3 DA2.1 можно подключить непосредственно к выходу ЦАП.

Для настройки схемы необходимо выставить ползунок переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение, подстроечным резистором R3 установить необходимое значение тока – это значение будет максимальным. Теперь резистором R1 можно регулировать ток через VT1 от 0 до установленного при настройке максимального тока. Элементы R2, C2, R4 необходимы для предотвращения возбуждения схемы. Из-за этих элементов временные характеристики не являются идеальными, что видно по осциллограмме

Осциллограмма стабилизатора тока на ОУ

На осциллограмме луч 1 (желтый) показывает напряжение нагружаемого ИП (источника питания), луч 2 (голубой) показывает напряжение на токозадающем резисторе R7. Как видно, в течение 80 мкс через схему протекает ток в несколько раз больше установленного.

Стабилизатор тока на микросхеме импульсного стабилизатора напряжения

Иногда от стабилизатора тока требуется не только работать в широком диапазоне питающих напряжений и нагрузок, но и иметь высокий КПД. В этих случаях компенсационные стабилизаторы не годятся и на смену им приходят стабилизаторы импульсные (ключевые). Кроме того, импульсные стабилизаторы могут при небольшом входном напряжении получать высокое напряжение на нагрузке.

Далее предлагается к рассмотрению широко распространенная микросхема MAX771. Основные характеристики MAX771:

  • Напряжение питяния 2…16,5В
  • Собственное потребление 110uA
  • Выходная мощность до 15W
  • КПД при токе нагрузки 10mA…1A достигает 90%
  • Опорное напряжение 1,5V

На рисунке показан один из вариантов включения микросхемы, именно его мы и возьмем за основу нашей схемы.

MAX771 включен как повышающий стабилизатор напряжения

Упрощенно процесс стабилизации выглядит следующим образом. Резисторы R1 и R2 являются делителями выходного напряжения микросхемы, как только делимое напряжение, поступающее на вывод FB микросхемы MAX771, больше опорного напряжения (1,5V) микросхема уменьшает выходное напряжение и наоборот — если напряжение на выводе FB меньше 1,5V, микросхема увеличивает входное напряжение.

Очевидно, что если контрольные цепи изменить так, чтобы MAX771 реагировала (и соответственно регулировала) выходной ток, то мы полчим стабилизированный источник тока.
Ниже показаны модифицированная схема с ограничением выходного напряжения и вариант нагрузки.

Схема стабилизатора тока на MAX771
Нагрузка для стабилизатора тока

При небольшой нагрузке, пока падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3 меньше 1,5V, схема на Рис.10a работает как стабилизатор напряжения, стабилизируя напряжение на уровне стабилитрона VD2 + 1,5V. Как только ток нагрузки становится достаточно большим, на R3 падение напряжения увеличивается и схема переходит в режим стабилизации тока.

Резистор R8 устанавливается в том случае, если напряжение стабилизации может быть большим — больше 16,5V. Резистор R3 является токозадающим и рассчитывается по формуле: R3 = 1,5/Iст.
Недостатком схемы является достаточно большое падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3. Данный недостаток устраняется применением операционного усилителя (ОУ) для усиления сигнала с резистора R3. Например, если резистор требуется уменьшить в 10 раз при заданном токе, то усилитель на ОУ должен усилить напряжение падающее на R3 тоже в 10 раз.

Заключение

Итак, было рассмотрено несколько схем выполняющих функцию стабилизации тока. Конечно же, эти схемы можно улучшать, увеличивая быстродействие, точность и т.д. Можно применять в качестве датчика тока специализированные микросхемы и делать сверхмощные регулирующие элементы, но эти схемы идеально подходят в тех случаях, когда требуется быстро создать инструмент для облегчения своей работы или решения определенного круга задач.

Метки:: Стабилизатор тока

простой стабилизатор тока с минимальной просадкой напряжения

РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >

простой стабилизатор тока с минимальной просадкой напряжения

               Стабилизатор тока с минимальной просадкой напряжения.

С необходимым девайсом столкнулся когда захотел сделать ходовые огни для авто. В магазине из того что было, выбрал самы подходящие по цене и качеству светодиоды LEMWS68T80FZ10. ниже фото зависимости светимости от напряжения на светодиоде.

 

Из таблицы видно что при 150 ма светодиод будет требовать 3 вольта, следовательно соединив 4 штучки последовательно я получу 12 вольт. Но не все так просто, собрав цепь из 4 светодиодов я подключил к лабораторному блоку питания, задал 12 вольт и смотрел. Сначала было как в таблице 150 ма, но потом ток начал расти, и причем cильно, не дожидаясь когда светодиоды сгорят я выключил ток. Проблема в том что при нагревании светодиоды начинают больше потреблять тока, в результате сильнее греться и еще больше потреблять и т д. Так у этих светодиодов очень сильно меняется яркость от напряжения, достаточно увеличить напругу на 0.1 вольт и уже отчетливо видно что светимость изменилась, а это всего 0.1 вольта из 12. Так же следует помнить что в машине не всегда 12 вольт, когда она заведена там уже 14, пробовал ставить постоянный резистор и смотреть как будет меняться светимость при изменение напряжения от 12 до 14, сильно меняется, нужен стабилизатор тока, но очень простой с минимумом обвязки. И вот что я придумал

полевик подойдет любой, единственное на что надо обращать внимание это его рабочие напряжение, прямой он или обратный, сопротивление при 5 вольт на затворе. я выбрал вот такой

резистор на 130 кОм на затворе нужен что бы не возникал резонанс, без него полевик слишком быстро открывается и закрывается и схема не может поймать нужный ток. Ток смотрится путем падения напряжения на резисторе 0.5 Ом. Если нужно держать ток в 100 ма, то напряжение на 0.5 Ом резисторе будет 50 мв, следовательно на 1 ножке микросхемы надо создать с помощью резисторного делителя те же 50 мв. в моем случае их создают резистор на 10 Ком и переменник на 500 Ом. 

Вот и вся схема. Микросхема имеет опорное напряжение 5 вольт на 14 ножке, на 3 ножке напряжение будет меняться от 0 до 5 вольт, тем самым будет осуществляться регулирование тока. Остальная   часть микрухи не задействована. Можно было бы использовать обычный операционный усилитель, но тогда еще стабилитрон с резистором мострячить бы пришлось, да и данная микросхема у меня была под рукой) Схема работает от 12 до 15 вольт, минимальная просадка на стабилизаторе 0.1 вольта при токе 100 ма, и 0.2 вольта при токе 200 ма.

 

 

На достигнутом я не смог остановиться и решил усилить светимость добавив еще 2 ряда светодиодов. Немного поэксперементировав получил такую схему

Настроил на ток 300 ма. по 100 ма на каждый ряд светодиодов, дело в том что при токе 100 ма КПД светодиодов больше и срок службы дольше. Из за неравномерного нагрева возможен перекос, то есть горячие светодиоды буду потреблять тока больше холодных, поэтому на каждую ветку добавил по 5 Ом ресзистору, так же это позволило разгузить полевик, в этой схеме он работает на пределе.  Повысилась минимальная просадка, с 0.1 вольта до 1 вольта. то есть такая схема работает от 13 до 15 вольт. Я решил сделать что бы ходовые огни включались сами при повороте ключа, для этого достаточно в машине найти нужный провод на котором напряжение будет появляться только при повороте ключа и   присоедениться к нему. Так как схема будет практически всегда работать при заведенном двигателе, а это значит напряжение падать если и будет то не существенно, поэтому и сделал рабочий режим от 13 до 15 вольт.

Паралельное соеденение мощных светодиодов как бы не желательно, причина неравномерный нагрев, в этой схеме я так сделал ради эксперемента, хотя можно было просто поднять ток в схеме с одним рядом светодиодов. Если же другого выхода нет и все же светодиоды нужно запаралелить, то нужно добиться что бы их температура по возможности была у всех одинакова.

Далее я сталкнулся с самой очевидной проблемой — нагрев. Вся платка сильно раскалялась, а это снижает срок службы светодиодов. Тем не менее для того что бы отвести тепло не надо мострячить радиатор к каждому светодиоду, оказалось достаточно просто хорошо охолождать плату. Сделал я это так

Полоска меди припаяна к обратно стороне платы, и прикручина к корпусу противотуманки.

естественно вместо переменника я подобрал постоянный резистор.

А вот так оно светиться. Жаль на фото это выглядит не так ярко как когда сам смотришь.


Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

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.

ПараметрЗначение
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
IрегДо 100 мкА
ПульсацииНе более 65 дБ
Тип корпусаТО-220
Предел рабочих температурОт 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 выводаНазвание выводаЗначение
1AdjРегулировка
2OutВыход
3InВход

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!

В этой статье, входящей в коллекцию аналоговых схем AAC, показано, как линейные регуляторы напряжения также могут быть полезны в приложениях с постоянным током.

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

Схема взята из таблицы данных 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 стабилизатор напряжения, такой как LT3085, для генерации постоянного тока.

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

Линейный регулятор и операционный усилитель

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 функцию регулирования напряжения LT3085.Эта информация поможет нам понять реализацию с текущим исходным кодом.

Вот типичная конфигурация регулятора напряжения:

Схема взята из таблицы данных 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, и транзистор, подключенный к выходу 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 (потому что напряжение на нагрузке не меняется).

Что же произойдет, если мы дадим идеальному регулятору напряжения фиксированное сопротивление нагрузки? Если напряжение нагрузки не меняется и сопротивление нагрузки не меняется, 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, связанных с управлением светодиодами.

Схема взята из таблицы данных 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 создавать 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, и, таким образом, 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 и защитой от перегрева, который может 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 микросхеме стабилизатора напряжения от Linear Tech.Я предполагаю, что аналогичные топологии регуляторов доступны и у других производителей.

Мне нравится всегда включать моделирование SPICE в статьи из Сборника аналоговых схем, но в данном случае это казалось действительно ненужным. Однако перед написанием статьи 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.

регуляторы напряжения и тока

регуляторы напряжения и тока
Elliott Sound Products Регуляторы напряжения и тока
© 20013, Род Эллиотт Вершина
Указатель статей
Главный указатель

Содержание
Введение

Потребность в регулировании источника питания является общим требованием, но не все знают, почему необходимо регулировать источник питания или когда цепь может безопасно работать от нерегулируемого источника питания. Существует много неправильных представлений о регулирующих органах в целом и много дезинформации о том, что необходимо, а что просто чрезмерно. К сверхстабильным регулируемым источникам питания предъявляются некоторые требования, но в подавляющем большинстве приложений это бывает редко.

Необходимость регулирования часто понимается неправильно, утверждая, что основные схемы операционных усилителей в аудио (например) должны работать от строго регулируемых источников питания, иначе звуковая сцена пострадает, или будет потеряна «авторитетность» низких частот (что бы это ни было может означать), или, возможно, высокие частоты будут «завуалированы», а средние частоты будут «загромождены».По большей части это ерунда, но эти мифы широко распространяются до тех пор, пока они каким-то образом не становятся «самоочевидными» из-за количества ссылок, перекрестных ссылок и людей, ссылающихся на сайты, на которых есть информация, которая, по их мнению, «подтверждает» их точку зрения.

Регуляторы напряжения можно найти почти в каждом элементе электронного оборудования и варьируются от типов с очень низким напряжением (например, 3,3 В для многих микропроцессоров) до сотен вольт, используемых в некоторых ламповых усилителях и другом оборудовании, которое работает с высоким напряжением.

Не каждое напряжение нужно регулировать. Обычно операционные усилители, используемые в аудио, поставляются с регулируемыми источниками (обычно ± 15 В), но это в первую очередь делается для обеспечения низких пульсаций (100 или 120 Гц) и шума. Операционные усилители не заботятся о том, есть ли шум в источнике питания, и они совершенно счастливы, даже если напряжения питания немного изменяются во время работы. При условии, что их максимальное рабочее напряжение не превышается, а источники питания остаются достаточно высокими, чтобы пропускать сигнал без искажений, колебания напряжения питания не приведут к значительным изменениям выходного сигнала.

Однако обычно это считается неприемлемым. Подача на операционные усилители должна регулироваться , потому что ни один операционный усилитель не имеет бесконечного PSRR , и он ухудшается на высоких частотах, поскольку коэффициент усиления разомкнутого контура падает из-за внутренней (или внешней) частотной компенсации. Во многих случаях может быть достаточно простого стабилизатора на стабилитроне, но он неэффективен и по современным стандартам считается очень «низкотехнологичным».

Регуляторы напряжения

IC очень недорогие и дают отличные результаты.Конечно, есть ограничения. Дифференциальное напряжение входа-выхода никогда не должно превышаться, некоторые из них сравнительно шумны, и необходим радиатор, если они используются для передачи выходного тока от умеренного до высокого. До регуляторов IC люди обычно использовали дискретные версии, и их можно было заставить работать очень хорошо. Естественно, высокая производительность требует большей сложности схемы, и в наши дни мало случаев, когда дискретный стабилизатор является лучшим предложением, чем версия IC.

Эту статью следует читать вместе с блоками питания малой мощности.Эти две статьи охватывают схожие области, но эта версия больше нацелена на полное понимание концепции , а не на предоставление идей для конструкторов.

Стабилитроны тоже имеют свою страничку. Примечание по применению AN008 — Как использовать стабилитроны описывает многие из основных характеристик стабилитронов, а также некоторые основные характеристики и другую полезную информацию. Особый интерес представляет динамическое сопротивление, которое представляет собой спецификацию, которая показывает, насколько хорошо стабилитрон может уменьшить пульсации и шум.Чем ниже динамическое сопротивление, тем лучше стабилитрон будет регулировать и подавлять шум.

Существует ряд терминов, которые используются для описания работы любого регулятора. Приведенная ниже таблица взята из статьи «Источники питания малой мощности» и включает краткие пояснения.

Параметр Пояснение
Регулировка нагрузки Процент, представляющий собой изменение напряжения при заданном изменении выходного тока
Линейное положение Процент. являющееся изменением выходного напряжения для данного изменения входного напряжения
Падение напряжения Минимальный перепад напряжения между входом и выходом, прежде чем регулятор перестанет поддерживать приемлемую производительность
Максимальное входное напряжение Абсолютное максимальное напряжение, которое может быть приложено к входной клемме регулятора относительно земли
Подавление пульсаций Выражается в дБ, отношение пульсаций на входе (от нерегулируемого источника постоянного тока) к пульсации на выходе
Шум Где указано, количество случайных (тепловых) шумов, присутствующих в регулируемом выходном напряжении постоянного тока.
Переходная характеристика Обычно отображается графически, показывает мгновенную производительность при изменении линейного напряжения или тока нагрузки

Не все из вышеперечисленных спецификаций будут даны, и не все они важны для многих приложений. Переходный отклик важен для любого регулятора, который подает быстро меняющуюся нагрузку, например логику TTL. Пульсации и шум важны для низкоуровневых аудиоприложений, особенно тех, которые используют дискретные транзисторы, где схема может иметь относительно низкое подавление шума источника питания.

Иногда думают, что простого резистивного делителя напряжения достаточно, чтобы обеспечить «регулируемое» напряжение. Если выход не буферизован с помощью повторителя (интегрированного или дискретного), он не регулируется .Делитель напряжения чувствителен к нагрузке, поэтому он может выдавать номинальное напряжение только в разомкнутой цепи (без нагрузки). Как только вы потребляете ток, напряжение упадет. Кроме того, любой шум (гудение, гудение и т. Д.) На питающем делитель источнике также будет попадать на выход. Простые делители были обычным явлением в ламповых усилителях, где основной источник питания может проходить через несколько резисторов с конденсаторами для заземления на каждом переходе и каскады клапанов, образующие нагрузку. Это не «регулирование» ни в каком виде, это просто фильтрация, и здесь не рассматривается, кроме как часть надлежащего регулятора (где такие схемы фильтрации также довольно распространены).


Зачем регулировать?

Итак, зачем нам стабилизированное напряжение?

При большом количестве источников напряжения и во множестве схемных топологий мы этого не делаем. Однако теперь это так просто сделать и дает столько преимуществ, что было бы почти глупо не сделать этого. Основным преимуществом является то, что пульсации источника питания (при 100 или 120 Гц) почти полностью устраняются, и мы можем работать с операционными усилителями при напряжении, близком к их максимальному напряжению, не беспокоясь о низком сетевом напряжении, вызывающем преждевременное ограничение, или о высоком сетевом напряжении, вызывающем сбои.Нерегулируемый источник питания будет изменять свое напряжение при изменении напряжения сети (что обычно изменяется на величину от + 10% до -15%). Многие люди живут в районах, где напряжение изменяется сильнее, и если подача не регулируется, оно будет колебаться примерно на тот же процент, что и входящая сеть.

Нерегулируемый источник питания также изменяет свое выходное напряжение с нагрузкой, поэтому по мере того, как схема потребляет энергию, напряжение падает. Точно так же, когда нагрузка уменьшается, напряжение возрастает. Это называется регулированием нагрузки, и при нерегулируемом питании включает отклонений от сети.Небольшая нагрузка при максимальном напряжении сети означает, что питаемые цепи будут получать максимально возможное напряжение, которое может превышать абсолютное максимальное значение, указанное производителем ИС. Логические ИС TTL имеют очень ограниченную устойчивость к перенапряжению, и они откажутся от , если будет превышено максимальное значение. Рекомендуемое напряжение — 5 В, допустимый диапазон — от 4,5 до 5,5 вольт. Каждый использует регулируемое питание для ИС TTL просто потому, что было бы глупо (и рискованно) поступать иначе.КМОП-логика обычно будет вполне довольна очень простым стабилитронным шунтирующим стабилизатором, потому что потребление тока очень мало. Источник питания должен быть правильно обведен с соответствующей емкостью.

Во многих ранних транзисторных усилителях мощности использовались стабилизированные источники питания, поскольку они использовали один источник питания, а колебания напряжения могли создавать дозвуковой выходной сигнал. Кроме того, во многих из этих ранних усилителей использовались транзисторы, которые работали при напряжении, близком к предельному, и если бы напряжение увеличивалось слишком сильно, они выходили из строя.В наши дни почти никто не использует регулируемые источники питания для усилителей мощности, потому что это увеличивает стоимость и значительную тепловую нагрузку и, как правило, бесполезно. В некоторых ламповых усилителях используются регулируемые напряжения экранной сетки для получения максимальной мощности без нагрузки на клапаны. Другие просто подчеркнули клапаны (и даже во многих последних разработках это делается до сих пор).

Очень редко можно увидеть предусилитель, использующий операционные усилители или дискретные транзисторы, в котором и не используют стабилизированные источники питания. Большинство людей используют регуляторы IC, но есть и те, кто считает, что дискретный регулятор даст лучшую производительность.Я не буду вступать в дебаты о предполагаемой «слышимости» регулятора и «звуке постоянного тока», потому что, насколько я понимаю, это в основном принятие желаемого за действительное, без научных оснований или подтверждения правильным проведением слепого AB-тестирования. По определению, постоянный ток — это постоянный ток, поэтому его не слышно. В некоторых случаях может быть слышен шум , наложенный на DC .

Большинство импульсных источников питания (SMPS) регулируются и могут использоваться напрямую, без дополнительных действий.Однако они почти всегда относительно зашумлены, имея в виду частоту коммутации (и ее гармоники) в источнике постоянного тока. Хотя эти артефакты переключения почти всегда неслышны, они сбивают с толку и могут сильно затруднить разумные измерения в цепи.

Далее, зачем нам стабилизированный ток?

Помимо источников тока, раковин и зеркал (см. Статью), регуляторы тока раньше были более диковинкой, чем что-либо еще.Они использовались во многих областях в течение многих лет, но только недавно стали повсеместными — светодиодное освещение. Подавляющее большинство из них работают в импульсном режиме, поскольку в противном случае потери энергии будут чрезмерными, что снижает общую эффективность светодиодного источника света. Тем не менее, все еще есть примеры, когда линейный регулятор имеет больше смысла.

В частности, простой линейный стабилизатор тока легко подключить к плате Veroboard, что нелегко сделать с любой схемой переключения.Требования к линейным регуляторам тока незначительны по сравнению с регуляторами напряжения, но вы никогда не узнаете, когда он вам понадобится. В некоторых случаях вам понадобится регулировка напряжения и тока , и зарядка аккумулятора — один из наиболее очевидных случаев, когда они будут совмещены.

В целом потребность в прецизионном регуляторе тока (в отличие от источника тока в составе, например, схемы усилителя) очень ограничена, но поскольку принципы и результаты во многом одинаковы для регулирования как напряжения, так и тока, они того стоят. покрытие.


1 — Базовый дискретный регулятор напряжения

Первыми использованными регуляторами были газоразрядные трубки [1] . Питание трубки осуществлялось через резистор, и напряжение разряда было достаточно стабильным при условии, что ток не слишком сильно менялся. Если требовался большой ток, то для его подачи в качестве катодного повторителя использовался традиционный мощный вентиль (вакуумная трубка). Добавление дополнительных клапанов позволило получить хорошо регулируемое питание, на которое не повлияли изменения тока нагрузки или колебания входного напряжения.

Современный эквивалент газоразрядной трубки — стабилитрон. Они по-прежнему очень часто используются для регулирования либо в качестве простого шунтирующего регулятора (например, газоразрядная трубка), либо с дополнительными частями для формирования дискретного регулятора. Поскольку основной шунтирующий регулятор является самым простым, на него стоит обратить внимание в первую очередь. Более подробная информация об использовании стабилитронов представлена ​​на странице Application Note 008 на веб-сайте ESP.


Рисунок 1 — Шунтирующий стабилизатор на базовом стабилитроне

Одним из основных недостатков простого шунтирующего стабилитрона является то, что он постоянно потребляет максимально допустимый ток от источника питания.Как показано выше, напряжение питания составляет 15 В, и это только один источник питания. Я буду использовать эту же общую компоновку для большинства диаграмм, потому что это делает их менее загроможденными и более легкими для понимания. Если необходим отрицательный источник питания, обычно это просто обратное значение, показанное для положительного напряжения. Сам источник питания (трансформатор и конденсатор фильтра) используется в большинстве примеров, но не будет показан, если только понимание схемы не является важным.

В вышеупомянутом источнике питания R1 должен обеспечивать достаточный ток, чтобы всегда оставаться в оптимальном диапазоне стабилитрона, а также обеспечивать нагрузку. Стабилизаторы на стабилитронах не рекомендуются для любых схем, в которых ток изменяется более чем на несколько процентов. Ток стабилитрона должен составлять (примерно) от 10% до 50% максимального тока стабилитрона, который очень просто получается из напряжения и номинальной мощности. Стабилитрон 15 В 1 Вт может выдерживать максимальный ток …

I = P / V
I = 1/15 = 66,7 мА

Ток стабилитрона не должен превышать 50% от максимального, чтобы поддерживать повышение температуры стабилитрона до разумного значения. Кроме того, при таком токе он будет довольно горячим, и на напряжение не будет сильно влиять температура окружающей среды.Таким образом, мы должны стремиться к 33 мА и не менее 7 мА, чтобы гарантировать, что динамическое сопротивление стабилитрона достаточно низкое, чтобы быть полезным. Поскольку номинальное входное напряжение составляет около 21 В, это означает, что сопротивление резистора должно быть около 180 Ом (R = V / I). 180 Ом дает ток стабилитрона 33 мА, но только когда ток нагрузки равен нулю, а напряжение в сети равно 230 В (или 120 В), и при условии, что выходное напряжение трансформатора равно 15 В RMS.

На самом деле все вышеперечисленное обычно неверно. Нет смысла иметь стабилизированное напряжение, но без нагрузки, поэтому нам нужно знать, какой ток потребляет цепь с питанием.Это может быть доступно в таблицах данных (для операционных усилителей), или вам, возможно, придется либо рассчитать, либо измерить фактический потребляемый ток. Для этих упражнений мы предполагаем, что ток нагрузки составляет 20 мА.

Теперь, если нагрузка потребляет 20 мА, это означает, что ток стабилитрона теперь снижен до 13 мА (33–20 мА), что находится в желаемом диапазоне. Чтобы сохранить значение 33 мА, которое мы рассмотрели вначале, общий ток , потребляемый от источника питания, будет равен требуемому току стабилитрона (33 мА) плюс ток нагрузки (20 мА), всего 53 мА.R1 теперь нужно пересчитать, и он станет 113 Ом. 120 Ом в этом случае вполне нормально. Поскольку общий потребляемый ток выше ожидаемого, на конденсаторе фильтра будет больше пульсаций, чем мы ожидали. Из-за дополнительного тока напряжение будет меньше запланированного нами 21 В (нерегулируемого), но, к счастью, эти ошибки обычно не настолько велики, чтобы вызвать катастрофу. Если нагрузка отключена, теоретический ток стабилитрона будет 33 мА (нормальный ток стабилитрона) плюс 20 мА, которые потребляла бы нагрузка — всего 53 мА.Стабилитрон нагревается до , и этот тип простого шунтирующего регулятора обычно не следует использовать без нагрузки.

Показанные характеристики питания должны быть разумными. Симулятор сообщает мне, что при входном среднеквадратичном напряжении 15 В мы получаем 19,4 В постоянного тока после выпрямителя и фильтра с пульсацией 94 мВ RMS (300 мВ P-P) на частоте 100 Гц. Регулируемое напряжение составляет 15,1 В с пульсацией 4,9 мВ RMS (16 мВ P-P). Ток нагрузки составляет 20 мА, но ток стабилитрона намного ниже запланированного, всего 15.7 мА. Хотя R1 можно уменьшить, чтобы обеспечить больший ток в стабилитрон, это также вызовет повышение напряжения пульсаций и немного снизит исходное напряжение постоянного тока. Суммарный ток от выпрямителя и фильтра составляет 35,7 мА … 20 мА на нагрузку и 15,7 мА на стабилитрон. R1 рассеивает 152,7 мВт, а рассеивание стабилитрона составляет 235,5 мВт (15 В x 15,7 мА). Как выяснилось, это безопасная общая конфигурация, и стабилитрон выживет, даже если входное напряжение сети повысится до максимально возможного.

Ток трансформатора составляет немногим более 113 мА (среднеквадратичное значение), состоящий из резких пиков ± 480 мА. Обратите внимание, что ток трансформатора с мостовым выпрямителем более чем в 3 раза превышает постоянный ток в этом примере, но он может быть выше или ниже в зависимости от выходного импеданса трансформатора (я использовал значение 0,2 Ом для моделирования). Если импеданс увеличивается, среднеквадратичное значение и пиковый ток снижаются, но вместе с тем уменьшается и напряжение постоянного тока.

Как видно из вышеизложенного, необходимо учитывать несколько взаимосвязанных факторов.Когда также принимаются во внимание обычные колебания напряжения в сети, количество возможностей резко возрастает. К счастью, ошибки и отклонения от теоретических значений всегда будут, но пока проектировщик делает поправки, конечный результат все равно будет удовлетворительным. Важно знать, что почти никогда все не будет так просто, как кажется на первый взгляд.

Если R1 разделен на два резистора равного номинала (2 x 56 Ом будет работать), то второй конденсатор от центрального отвода до земли уменьшит пульсации напряжения.При всего лишь 220 мкФ пульсации сокращаются до менее четверти (около 1,2 мВ RMS). Два резистора необходимы для отделения дополнительной емкости от основной крышки фильтра и стабилитрона, оба из которых имеют очень низкий импеданс (вы также увидите, как этот трюк используется ниже). Возможно, неожиданно, пульсации напряжения немного больше при подключенной нагрузке. Это связано с тем, что стабилитрон пропускает меньший ток, и его динамическое сопротивление немного увеличивается.

Обратите внимание, что на Рисунке 1 показан конденсатор оконечного фильтра, и это очень важно в большинстве случаев.Он не так эффективен, как можно было бы надеяться, потому что он подключен параллельно стабилитрону с низким сопротивлением, но он немного снижает шум и (что более важно) обеспечивает мгновенный пиковый ток, который может потребоваться некоторым схемам. Фактически, очень и очень мало регуляторов любого типа следует использовать без разумной емкости на выходе. 10 мкФ часто бывает достаточно, но более высокие значения в большинстве случаев не вызовут никаких проблем.


2 — Следующий шаг к регулированию напряжения

Шунтирующее регулирование, описанное выше, по-прежнему является очень полезным инструментом, и во многих случаях это, безусловно, самый простой и дешевый способ получить, например, слаботочный стабилизированный источник питания для вспомогательных цифровых схем.Однако регулирование линии и нагрузки не является прекрасным, поэтому этот метод не подходит для нагрузок, которые имеют быстрые (или большие) изменения тока. Следующая разработка — это простой последовательный транзистор, добавляемый к стабилитрону, и это описано в статье о малых источниках питания. Здесь это повторяться не будет. Когда ток нагрузки регулятора проходит через транзистор, схема называется «последовательным» регулятором, потому что активное выходное устройство включено последовательно с током нагрузки.

Ниже показан базовый дискретный регулятор.Раньше это была очень распространенная схема до появления 3-контактных IC-регуляторов. Производительность может быть неплохой, но это ни в коем случае не точный регулятор. В основную форму схемы внесено несколько хитрых дополнений, которые описаны ниже. Трансформатор и мостовой выпрямитель точно такие же, как на рис. 1. C4 часто требуется для предотвращения высокочастотных колебаний, и его значение обычно находится где-то между 47 пФ и 1 нФ. Более высокие значения замедлят схему, и она не сможет достаточно быстро отреагировать на быстрые изменения нагрузки (плохая переходная характеристика).


Рисунок 2 — Простой дискретный регулятор серии

Хотя показанная схема имеет (почти) такое же выходное напряжение, что и шунтирующий стабилизатор, показанный выше, она потребляет меньше тока от выпрямителя. При той же подключенной нагрузке 20 мА (750 Ом) он потребляет 29,8 мА (а не постоянные 35,7 мА, независимо от того, подключена нагрузка или нет). Уменьшение тока означает, что входная пульсация уменьшается, а обратная связь, используемая в цепи, помогает еще больше.

В частности, обратите внимание, что есть два резистора (R1 и R2) для обеспечения тока базы для последовательного каскада Дарлингтона.Центральный отвод подключается к C2, и это снижает пульсации напряжения с ~ 78 мВ RMS на C1 до примерно 500 мкВ на C2 и менее 100 мкВ на базе Q1. Пульсации на выходе составляют всего 28 мкВ — на 70 дБ меньше пульсаций на C1. Сравните это с рисунком 1, который позволяет подавить пульсацию только около 25 дБ.

Следующий хитрый трюк использует R6. Если бы этого не было, ток стабилитрона был бы максимум ~ 630 мкА, что слишком мало для обеспечения стабильной работы. R1 и R2 можно было бы уменьшить, но тогда C2 нужно было бы больше.Таким образом, регулируемое и сглаженное выходное напряжение используется для подачи тока, достаточного для правильной работы стабилитрона. Он добавляет немного более 8,7 мА стабилитрона (в моделировании общее значение составляет 9,4 мА). Это превышает минимум 5%, необходимый для стабильности (стабилитрон 6,2 В 1 Вт может потреблять до 161 мА при 25 ° C).

Чтобы учесть допуск стабилитрона (до ± 10%), было принято делать R5 переменной. В показанном примере вы можете использовать банк в 20k (что было бы довольно грубо) или R5 можно было бы уменьшить до 8.2к с банком 5к последовательно. Эта схема имеет обратную связь, а коэффициент усиления регулятора устанавливается R4 и R5. Стабилитрон является опорным напряжением. Этот регулятор представляет собой ту же базовую схему, которую я использовал для Project 96, источника фантомного питания 48 В для микрофонов.

Опорное напряжение (стабилитрон) должна быть близка к 1/2 выходного напряжения, если это возможно, но может быть всего лишь 1/4. Так что, если вам нужен выход 100 В, вы можете использовать стабилитрон на 24 В.

R4 и R5 образуют цепь обратной связи и определяют коэффициент усиления схемы.Если они равны, то схема имеет коэффициент усиления 2. Напряжение база-эмиттер из Q3 добавляется к опорному напряжению, так что это на самом деле не 6.2V, но 6.85V для схемы, показанной на рисунке 2. Это также добавляет ошибку из-за до температуры перехода Q3, которая обычно принимается равной -2 мВ / ° C. При условии, что температура Q3 не сильно изменится, ошибка не имеет большого значения.

Выходное напряжение можно определить следующим образом …

Усиление = (R4 / R5) + 1
Усиление = (12/10) + 1 = 2.2
В ВЫХ = В REF × усиление
В ВЫХ = 6,85 × 2,2 = 15,07 В постоянного тока

Для разработки дискретного регулятора, такого как показанный на рисунке 2, есть несколько общих рекомендаций. R1 + R2 должны обеспечивать достаточный базовый ток для последовательной комбинации Q1 и Q2. Необходимый базовый ток определяется коэффициентом усиления пары (предположим, 1000 для типичной комбинации), и должен быть абсолютным минимумом double , необходимым при максимальном выходном токе. Если оно меньше этого, Q3 (усилитель ошибки) не будет иметь достаточного тока для работы, и вы потеряете регулирование. Согласно общепринятому практическому правилу, базовый ток последовательного транзистора (транзисторов) должен быть в 5-10 раз больше наихудшего. Однако это можно смягчить, если вам не нужна идеальная регулировка.

Итак, для приведенной выше схемы мы можем использовать следующие основные уравнения для R1 и R2 …

R1 + R2 = V IN — V OUT / I B × 10 — где I B определяется…
I B = I OUT / h FE (Q1 × Q2) … (предположим, что усиление равно 1000), поэтому …
I OUT = 20 мА
I B = 20 мкА × 10 = 200 мкА
В IN — V OUT = 19,4 — 15 = 4,4 В
R1 + R2 = 4,4 В / 200 мкА = 22 кОм, поэтому R1 = R2 = 11 кОм

Хотя это можно было бы заставить работать, это было бы довольно глупо, потому что регулятор мог бы выдавать только 20 мА, если вы придерживаетесь рекомендаций по проектированию. Уменьшив значения R1 и R2 до 2.2k, схема будет отлично работать с выходным током не менее 100 мА. При 100 мА выходное напряжение упадет до 14,99 В, а пульсации увеличатся до 115 мкВ. Учитывая относительную простоту схемы, производительность неплохая!

Обратите внимание, что устройство последовательного прохода показано как пара транзисторов, соединенных в конфигурации Дарлингтона, но транзистор Дарлингтона и N-канальный MOSFET также будут работать. Между затвором и истоком полевого МОП-транзистора должен быть подключен стабилитрон — a 4.Стабилитрон 7 В обеспечит более чем достаточный ток при использовании МОП-транзистора IRF540 (или аналогичного), а также обеспечит базовое ограничение тока или . Поскольку коэффициент усиления у полевого МОП-транзистора не такой высокий, как у пары Дарлингтона, регулирование и характеристики пульсации не так хороши. Однако затвор не потребляет ток, поэтому значения R1 и R2 могут быть выше, чем это необходимо для биполярных транзисторов.

Добавив некоторую сложность, схему можно заставить работать еще лучше, но для 99% приложений в этом нет никакого смысла.Единственное, чего нет у , так это защиты от короткого замыкания. Если выход закорочен, последовательные транзисторы (Q1 и Q2) выйдут из строя. Если мы просто ограничим ток до заранее установленного максимума, мы можем обнаружить, что рассеивание Q2 находится за пределами допустимой безопасной области. При 20 В на входе (достаточно близко) и (скажем) на выходе 100 мА и закороченном выходе рассеивание в Q2 будет 20 * 0,1 = 2 Вт. Очевидно, это не проблема при низком входном напряжении и малом токе регулятора, но становится серьезной проблемой при увеличении напряжения или тока.


Рисунок 3 — Простой дискретный серийный регулятор с ограничением тока

Добавляя Q4 и R7, мы можем применить базовую защиту от короткого замыкания с помощью простого ограничения тока. Когда напряжение на R7 достигает 0,6–0,7 В, Q4 будет проводить и «красть» ток из последовательно проходящих транзисторов. Это только самая простая форма защиты, и хотя она работает, это определенно не высокотехнологичное решение проблемы. Как показано, ток ограничен примерно 130 мА, а рассеивание в Q2 составляет примерно 2.4 Вт (радиатор будет обязательно). Показанная компоновка ни в коем случае не единственный метод, но он работает достаточно хорошо. Дополнительное сопротивление снижает характеристики регулирования, и при приближении к пределу тока наблюдается заметный провал напряжения.

Более продвинутое ограничение тока включает в себя так называемое ограничение «фолдбэк», когда доступный ток постепенно уменьшается по мере падения выходного напряжения. Например, пока выход близок к 15 В, предел может быть установлен на (скажем) 1 А, но если выход закорочен, максимальный доступный ток может быть уменьшен до 100 мА.Ограничение обратного тока является более сложным и в некоторых случаях может привести к отказу источника питания от запуска — например, если схема с питанием потребляет ток, превышающий нормальный, при низких входных напряжениях. Поскольку эта статья посвящена общим принципам, ограничение тока обратной связи не будет включено.


2.1 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

Дискретная схема по-прежнему имеет преимущества, когда вам нужен источник питания с более высокими требованиями к напряжению, чем могут удовлетворить стандартные 3-контактные ИС.Хотя доступны высоковольтные версии, их бывает трудно получить, и они все еще имеют ограниченный перепад входного-выходного напряжения. Вы можете представить, что LM317HV (например) подойдет, так как он имеет максимальное дифференциальное напряжение на входе-выходе 60 В.

Легко упустить из виду тот факт, что максимальное входное напряжение действительно составляет всего 60 В с LM317HV, потому что при первом включении выходной конденсатор разряжен и близок к короткому замыканию. Точно так же регуляторы серии 317/337 имеют защиту от короткого замыкания, но если входное напряжение превышает максимальное дифференциальное напряжение на входе-выходе, то есть большая вероятность того, что ИС выйдет из строя.

Можно сделать дискретную схему с любым входным напряжением, которое вам нравится, ограниченное только выбором последовательно проходных транзисторов и других необходимых компонентов. Если вам нужен стабилизированный источник питания на 250 В, то вам просто не повезло, если вы попытаетесь использовать любой доступный стабилизатор IC. Если вы знаете, как построить дискретный регулятор, то (почти) нет ограничений на входное или выходное напряжение.

При разработке регуляторов высокого напряжения необходимо учитывать множество факторов, особенно защиту от короткого замыкания.Если у вас есть нерегулируемое напряжение (скажем) 500 В и вам нужно регулируемое 400 В, представьте мгновенное рассеивание мощности в устройстве последовательного прохода, если выход закорочен! Без продуманных мер защиты короткое замыкание приведет к мгновенному отказу устройства последовательного прохода, и чрезвычайно сложно обеспечить какую-либо достаточно быструю схему защиты. Это можно сделать, но здесь мы не будем рассматривать, поскольку для этого потребуется обширное тестирование, чтобы убедиться, что схема защиты будет работать должным образом (это не конструкторская статья — она ​​предназначена только для объяснения принципов).


Рисунок 4 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

Схема слева на Рисунке 4 (A) выглядит безопасной, но в момент включения выходная крышка разряжается и представляет собой кратковременное короткое замыкание. Колпачок большего размера может некоторое время казаться очень низким импедансом, как показано справа (B). Таким образом, дифференциальное напряжение представляет собой полное входное напряжение (45 В), которое может значительно превышать номинальные значения для регулятора и вызвать отказ. Если выход закорочен (возможно, в оборудовании есть танталовые конденсаторы для развязки источника питания ¹), регулятор будет иметь полное входное напряжение на нем до тех пор, пока не будет отключено питание или он не выйдет из строя!

Примечание 1: Танталовые конденсаторы (и всегда были) самые ненадежные конденсаторы из когда-либо созданных.Они совершенно не переносят сильные импульсные токи, и уникальны тем, что их режим отказа — короткое замыкание (которое может быть прерывистым). Как известно постоянным читателям, я никогда не рекомендую танталовые крышки для чего-либо.

Очень важно, чтобы входное и выходное дифференциальное напряжение не превышалось, и для IC-регуляторов это значение указано в спецификации (обычно как абсолютное максимальное значение). Для дискретного регулятора это максимальное напряжение на последовательном и других транзисторах, которое ограничивается напряжением пробоя коллектор-эмиттер или напряжением сток-исток для полевого МОП-транзистора.

Вы вполне можете спросить, а зачем на регуляторе диод. В некоторых случаях общая емкость на выходе регулятора может быть такой, что он сохраняет заряд дольше, чем крышка основного фильтра (C1). Это особенно верно, если перед регулятором берется дополнительная нерегулируемая нагрузка. Если регулятор должен иметь обратное смещение, он почти наверняка выйдет из строя, поэтому вы не сможете подключить стендовый источник питания непосредственно к цепи, не повредив регулятор. Добавление диода означает, что любое напряжение на выходе передается на вход регулятора, что предотвращает возможное повреждение внутренней цепи. Диод также следует добавить к дискретным регуляторам, если есть вероятность, что на выходе может быть напряжение, но не на входе.


2.2 — Требования к дифференциальному напряжению ввода-вывода

Несмотря на то, что важно гарантировать, что максимальный дифференциал ввода-вывода никогда не будет превышен, также важно убедиться, что имеется достаточно дифференциала для предотвращения проблем.Минимум обычно указывается в даташите, и это не относится к среднему значению! Мгновенное входное напряжение никогда не должно падать настолько (из-за пульсаций напряжения), чтобы регулятор больше не мог поддерживать выходное напряжение. Например, если регулятору требуется минимум 2 В дифференциала для поддержания регулирования, мгновенное входное напряжение всегда должно быть более чем на 2 В выше выходного напряжения.

Это включает пульсации напряжения и любое снижение сетевого напряжения, которое находится в пределах обычно ожидаемого диапазона для входящего источника переменного тока. Некоторые люди спрашивали, почему я рекомендую трансформатор 15–0–15 В для источников постоянного тока ± 15 В, когда я знаю, что напряжение трансформатора обычно будет выше, чем указано при небольшой нагрузке. В общем, вы можете ожидать около 25 В постоянного тока на входе регулятора, что может показаться чрезмерным. Тем не менее, это включает в себя значительную поправку на низкое напряжение в сети, пульсации и дополнительное сглаживание.


Рисунок 5 — Пульсация входного напряжения относительно напряжения. Регулируемая мощность

На рисунке 5 вы можете увидеть, что произойдет, если входящий постоянный ток упадет ниже минимума, необходимого для поддержания регулирования.Поскольку крышка входного фильтра слишком мала, пульсации позволяют входному напряжению упасть ниже предела, при котором регулятор может поддерживать выходное напряжение на уровне 15 В. В результате пульсация передается от входа к выходу.

В случае, показанном выше, очевидным ответом является увеличение емкости фильтрующего конденсатора, чтобы пульсации уменьшились до разумного значения, и проблема была решена. Однако вам все же нужно рассмотреть случай, когда напряжение в сети падает — это может иметь точно такой же эффект.Если напряжение сети упадет на 20% (с 230 В до 184 В или с 120 до 96 В), то же самое произойдет и с выходом трансформатора. Это означает, что вместо номинальных 15 В переменного тока выходная мощность будет снижена до 12 В переменного тока, и этого недостаточно, чтобы позволить ИС поддерживать регулирование — даже при условии ноль пульсационного напряжения!

Неважно, является ли регулятор дискретным или основанным на ИС — результаты будут одинаковыми. Единственным решением было бы либо использовать трансформатор с более высоким напряжением (например, 18 В RMS), либо использовать конструкцию стабилизатора с малым падением напряжения (LDO), либо в виде интегральной схемы, либо в виде дискретного.У регуляторов LDO могут быть проблемы со стабильностью из-за их конструкции, и, как правило, их следует избегать, если нет другого варианта. См. Регуляторы LDO, если вы хотите узнать о них больше.


3 — Регуляторы IC Регуляторы

IC (3-полюсные) в настоящее время являются наиболее распространенными из всех аналоговых / линейных типов. В течение многих лет у нас были регуляторы 78xx (положительный) и 79xx (отрицательный), а также множество аналогичных устройств с разными номерами деталей, и было доступно несколько стандартных напряжений.Были доступны версии на 5, 8, 12, 15, 18 и 24 В, но они (в основном) рационализированы до 3–5 В, 12 В и 15 В. Некоторые из странных напряжений все еще могут быть доступны, если вы внимательно присмотритесь. Регулируемые регуляторы (LM317 / 337) позволяют людям создавать источники питания практически для любого напряжения, которое им нравится, от 1,25 В до 50 В, если вы используете версии с высоким напряжением.

Они удобны, фиксированные регуляторы также доступны в маломощных версиях в корпусе TO-92. 78L05 особенно распространен, поскольку он может обеспечивать регулируемое питание для небольших микроконтроллеров, проектов на основе PIC и других логических схем с низким энергопотреблением. Внутренняя схема этих микросхем в настоящее время довольно развита, и они обладают очень хорошими характеристиками. Все они имеют защиту от короткого замыкания и включают внутренние предохранители от перегрева, поэтому они практически неразрушимы … почти!

Многие энтузиасты аудио часто считают обычные регуляторы серий 78xx / 79xx «низшими», но это неоправданно. Да, они несколько шумные, но типичный выходной шум низкий и очень редко вызывает проблемы со схемами операционных усилителей, но это может быть проблема с простыми схемами с плохим отклонением источника питания.Стоит отметить, что выходной конденсатор нужен в первую очередь для стабильности, и без него регулятор наверняка будет колебаться. Неважно, 10 мкФ или 1000 мкФ, пульсация на выходе не изменится.

Это явно странное поведение связано с выходным сопротивлением регулятора. Согласно таблице данных на 7815, он имеет выходное сопротивление 0,008 Ом (8 миллиом) на частотах до 1 кГц, после чего оно возрастает до 6 дБ / октаву. На частоте 100 Гц конденсатор 1 мФ (1000 мкФ) имеет реактивное сопротивление 1.59 Ом, и это абсолютно не влияет на 8 миллиомов регулятора. Выходное сопротивление остается ниже 1 Ом на любой частоте до 1 МГц, и на крайних частотах конденсатор будет иметь некоторое влияние.

Подавление пульсаций заявлено как минимум 54 дБ (7815) при типичном значении 70 дБ. Типичный выходной шум составляет 90 мкВ. Простой способ уменьшить шум и пульсации напряжения — это добавить простой резистивно-конденсаторный фильтр на выходе регулятора. Для выходных токов 100 мА или менее резистор 10 Ом и конденсатор на 1000 мкФ уменьшат выходное напряжение на 1 В при 100 мА, но уменьшат пульсации 100 Гц еще на 16 дБ (минимум).Это также уменьшит широкополосный шум. На частоте 1 кГц любой шум регулятора уменьшается на 36 дБ, а на частоте 10 кГц — на 56 дБ. В сочетании с уже и без того низким уровнем шума и пульсации остаточная величина незначительна. Как и ожидалось, эту технику можно успешно использовать только при сравнительно небольших токах.

Также можно использовать фильтр, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, но необходимо очень внимательно следить за тем, чтобы частота -3 дБ была значительно ниже частоты пульсаций, иначе вы можете легко получить больше пульсаций вместо меньших! Например, LC-фильтр, состоящий из катушки индуктивности 1 мГн и конденсатора 1 мФ (1000 мкФ), имеет частоту 159 Гц и увеличит пульсацию на 4 дБ.Увеличение индуктивности до 10 мГн приводит к уменьшению пульсации на 10 дБ, а также к быстрому ослаблению всех частот выше 50 Гц. В идеале катушка индуктивности (или конденсатор) должна быть больше, а любой LC-фильтр чувствителен к импедансу нагрузки и может вызывать переходные колебания при изменении нагрузки — рекомендуется соблюдать особую осторожность!

Многие люди также думают, что добавление большого конденсатора к выходу уменьшит шум и пульсации. Как отмечалось выше, это не работает. Очевидно, что параллельное включение емкостного реактивного сопротивления более 1 Ом и менее 20 мОм не даст многого. На более высоких частотах выходное сопротивление регулятора будет расти, поэтому емкость от 10 мкФ до 100 мкФ имеет смысл для ограничения ВЧ-шума и обеспечения стабильности регулятора.

Обратите внимание, что LDO (регуляторы с низким падением напряжения) часто имеют строгие критерии стабильности, поэтому я предлагаю вам прочитать статью, в которой рассматриваются эти потенциально сварливые ИС. В основном они ведут себя прилично, но это не гарантируется, если вы не сделаете все правильно.


3.1 — Регулируемые IC-регуляторы

LM317 / 337 рекомендуются для замены фиксированных регуляторов и обеспечивают гораздо большую гибкость.Они стабильны и хорошо работают. Самое главное, у них нет вредных привычек, и это важный фактор для любого дизайна. Project 05 — это пример двойного регулятора, использующего эти универсальные ИС. При использовании, как показано в проекте, производительность примерно такая же, как у фиксированного регулятора. Это можно улучшить, но для этого потребуется несколько дополнительных деталей. Дополнительные конденсаторы включены в плату Project 05.

Выходное напряжение устанавливается с помощью пары резисторов. Нормальный ток от вывода «Adj» (регулировка) может варьироваться от ~ 50 до 100 мкА, и необходимо обеспечить больший постоянный ток, который, по крайней мере, на порядок больше, чем нормальный ток от этого вывода.Обычно это делается путем добавления резистора между выходом и регулировочным контактом, обычно 100 или 120 Ом. Опорное напряжение номинально 1.25V, но она может варьироваться от 1.2В и 1.3В от одного к другому IC. Предполагая, что 1,25 В, ток через внешний резистор на 100 Ом составляет 12,5 мА, что значительно превышает ток регулировочного штыря. Полная схема подключения показана ниже.


Рисунок 6 — Регулируемый регулятор, показан LM317

Как было отмечено выше, внутреннее опорное напряжение равно 1.25 В, поэтому через R1 проходит 12,5 мА. Мы не можем игнорировать регулировочный штырь ток, так как это будет не более 0,1 м, и, хотя это делает причину небольшой ошибки, это меньше, чем изменение опорного напряжения. Значение R1 довольно важно. Если он слишком велик, внутренний рабочий ток ИС приведет к увеличению выходного напряжения без нагрузки. Максимальное значение зависит от устройства — отрицательная версия требует меньшего сопротивления. Большинство дизайнеров используют значения от 100 до 220 Ом.Минимальный выходной ток для LM317 составляет около 5 мА или 10 мА для LM337. Использование резисторов 100 Ом гарантирует стабильный выходной сигнал как для положительных, так и для отрицательных регуляторов.

Значение для R2 вычислить легко, потому что мы знаем, что он передает 12,5 мА и всегда будет на 1,25 В меньше выходного напряжения. Следовательно, на выходе 15В получаем …

I R2 = 12,5 мА
В R2 = В ВЫХ — 1,25 = 13,75
R2 = V / I = 13,75 / 12.5 = 1,1 тыс.

Это сильно отличается от формулы, представленной в таблице данных, и хотя процесс немного дольше, по крайней мере, вы можете вспомнить, как это делать, потому что он основан на простой математике (закон Ома), который гораздо легче запомнить, чем формула. Из-за допуск опорного напряжения (1.2 — 1.3V), выходное напряжение фактических может изменяться от 14,4 до 15.6V (± 1%), хотя большинство ИС будут ближе к расчетному значению. Разница напряжений не имеет значения для схем операционных усилителей.Формула, представленная в таблицах данных: …

V ВЫХ = 1,25 × (1 + R2 / R1) + I ADJ × R2

Это учитывает ток регулировочного штыря (обычно 50 мкА), который прибавит около 55 мВ при использовании резисторов 1,1 кОм. В общем, нет смысла стремиться к такому уровню точности, потому что IC представляет собой регулятор напряжения , а не прецизионный эталон. Если вам нужна точность, то вы бы использовать ссылку точности напряжения, такие как TL431, LM336, LT1009 или раствора, как описано в SLYT183 — Ссылки Точность напряжения от Texas Instruments.

Назначение D1 такое же, как описано выше — он предотвращает повреждение, подаваемое на выход регулятора. D2 должен разрядить C2. Если этот диод не установлен, регулировочный штифт может на мгновение стать больше, чем выходное значение (например, если выход закорочен), что приведет к повреждению ИС. D3 немного сложнее.

Если вы построите один регулятор, D3 можно не устанавливать. Однако, если вы собираете источник питания с двойной полярностью (например, ± 15 В), D3 должен быть включен (на оба источника).Это защитный диод, который не позволяет стабилизатору получить отрицательный выход, что может привести к отключению ИС … , и она не восстановится! Но как это может случиться? Когда используются два источника питания, неизбежно, что один будет немного быстрее другого. Нагрузки (или другая операционные усилители схема), как правило, использует только соединение заземления (заземление) в качестве эталона, так что мощность обращаются между поставками, а не от каждого источника к земле. Тот, который появляется первым, может принудить выход более медленного регулятора к противоположной полярности, и это может привести к фиксации ИС в состоянии неисправности, из которого она не может восстановиться.

Это реальная проблема, и диоды (D3 и его противоположный номер на отрицательном питании) должны быть включены. Это можно увидеть на принципиальной схеме Project 05. Что может еще больше усугубить, так это то, что проблема может быть периодической, и ее трудно отследить, если вы не знаете, что искать.


4 — Повышение тока от регуляторов IC

Совсем не редкость, что вам может потребоваться намного больший выходной ток, чем вы можете получить от микросхемы трехконтактного стабилизатора.Существуют версии TO-3, которые имеют более высокий ток, но этого может быть недостаточно, например, если вы запитываете большой микшерный пульт. Существует очень распространенный трюк, который используется для увеличения выходной мощности, а для положительного регулятора просто требуется добавить один резистор и силовой транзистор PNP. Если вы используете TIP36C (самый доступный и дешевый силовой транзистор, который вы можете получить), его легко получить до 10 А, хотя вам необходимо установить очень хороший радиатор и тщательно управлять входным напряжением, чтобы обеспечить безопасную рабочую зону. не превышено.


Рисунок 7 — Регулируемый регулятор с усилением, использующий LM317 и TIP36C

ИС регулятора будет обеспечивать ток до предела, определенного R3. Как только напряжение на R3 превысит 0,7 В, Q1 и Q2 включатся и подадут столько тока, сколько потребует нагрузка. Входное напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить правильное регулирование при более высоком токе, и крышка основного фильтра также должна иметь соответствующий размер, чтобы минимизировать входные пульсации. Вышеупомянутая схема обычно требует обмотки на трансформаторе 20 В RMS, а диоды также должны выдерживать максимальный непрерывный ток.

Будьте осторожны — здесь нет защиты от короткого замыкания, потому что регулятор не сможет отключить добавленные транзисторы в случае неисправности. Вы, , могли бы спасти транзисторы, включив предохранитель, как показано, но не рассчитывайте на это. Несмотря на очевидные ограничения, это очень полезная схема, и ее часто рекомендуют в технических описаниях и примечаниях к применению. В показанной конфигурации и при условии, что на входе 25 В постоянного тока, стабилизатор будет обеспечивать максимум около 320 мА плюс базовый ток транзисторов, а два TIP36C обеспечивают остальное.Рассеивание на Q1 и Q2 будет почти 50 Вт при выходном токе 5 А, поэтому радиатор и монтаж должны быть отличными. Тепловое сопротивление между корпусом и радиатором всего 0,5 ° C / Вт вызовет повышение температуры каждого транзистора на 12,5 ° C, поэтому использование транзисторов с параллельным проходом абсолютно необходимо.

В некоторых примечаниях к применению предлагается использовать транзистор драйвера и транзисторы с параллельным проходом, но это необходимо только в том случае, если регулятор не может обеспечить ток, достаточный для обеспечения необходимого тока базы.Если учесть в техническом описании TIP35C / 36C h FE 25, стабилизатор на 1 А может запитать достаточно транзисторов, чтобы получить выходной ток 25 А. У кого-нибудь есть схема, на которую нужно 10 000 операционных усилителей?


5 — Базовый регулятор тока

«Самый простой» регулятор тока — это просто высоковольтный источник питания и резистор. Например, если у вас есть источник питания постоянного тока 1 кВ и резистор 1 кОм, это даст вам 1 А при нагрузке от нуля до примерно 20 Ом (при регулировке 2%). Хотя концепция проста, реализация совсем не похожа — источник питания 1 кВ при 1 А — действительно серьезная проблема, и для резистора потребуется номинальная мощность 1000 Вт (1 А при 1 кВ — это 1 кВт).Итак, хотя концепция проста, реализация трудна, дорога и опасна.

В отличие от регулирования напряжения не существует простого диода, который мог бы регулировать ток. «Диоды» регулятора тока существуют, но на самом деле это не диоды — это микросхемы (обычно содержащие полевой транзистор и резистор). Номинальная мощность обычно очень ограничена, и они подходят только для работы с довольно низким током. Любой полевой транзистор с режимом истощения (JFET) можно использовать в качестве простого регулятора тока, но доступный ток будет довольно низким, как и максимальное напряжение.В отличие от стабилитронов, стабильность невелика, и они действительно полезны только там, где точность не требуется. Большинство из них ограничены величиной ~ 20 мА или около того и при относительно низких напряжениях (<100 В). Рассеиваемая мощность обычно не превышает 500 мВт.

Однако можно использовать пару транзисторов для получения очень точного регулирования тока, а приложенное напряжение ограничивается только напряжением пробоя транзисторов. Максимальный доступный ток в основном определяется безопасной рабочей зоной проходного транзистора.Как и в случае с регулятором напряжения, вам необходимо знать требования перед тем, как начать. Как и во всем электронном, необходимо идти на компромиссы, и вам нужно знать основные параметры, прежде чем переходить к кремнию.


6 — Более продвинутый регулятор тока

Не существует по-настоящему простого регулятора тока, который можно было бы использовать при токе, который может потребоваться для светодиодов — наиболее распространенной нагрузки, которую вы можете найти на данный момент. Ток, необходимый для типичных мощных светодиодов, составляет от 350 мА до 700 мА с прямым напряжением ~ 3.5В для каждого серийного белого светодиода. Если у нас есть 5 светодиодов по 1 Вт последовательно, нам потребуется минимальное напряжение 17,5 В (мы будем использовать источник постоянного тока 22 В) при токе 300 мА.

Схема на дискретных транзисторах, использующая дешевый полевой МОП-транзистор, будет работать на удивление хорошо, и ее довольно просто реализовать. У него есть небольшая проблема с термической стабильностью, но мы можем использовать это в наших интересах. Схема показана ниже, и это просто мощная версия очень распространенного источника тока. MOSFET рассеивает чуть больше 1.2 Вт, и эта мощность полностью тратится (радиатор для полевого МОП-транзистора необходим). Однако это не намного больше, чем мы ожидаем в потерях от импульсного регулятора тока, работающего при том же напряжении и токе, а в некоторых случаях могут быть даже меньше.

D5 (стабилитрон 12 В) не является обязательным и защищает затвор от перенапряжения. Схема регулирования достаточно быстрая, чтобы гарантировать, что напряжение на затворе никогда не будет превышать примерно 6 В, даже если повышение напряжения питания происходит мгновенно.Однако включение стабилитрона обеспечивает защиту затвора, если нагрузка отключена (или становится разомкнутой), или если цепь подключена неправильно (если вы ее построите).


Рисунок 8 — Источник дискретного тока на основе полевого МОП-транзистора

Почему я решил использовать MOSFET, а не биполярный транзистор для Q2? В этом случае все сводится к минимизации потерь тока в базе проходного транзистора, а MOSFET не требует тока затвора. Резистор 10 кОм подает ток коллектора ~ 2 мА на Q1, и это необходимо, чтобы транзистор мог функционировать и обеспечивать напряжение затвора.Ток контролируется Q1, который включается, когда напряжение на R2 достигает ~ 0,7 В. Когда Q1 включается, Q2 выключается (частично), потому что напряжение затвора уменьшается. Состояние равновесия наступает за микросекунды, и система устойчива. При изменении импеданса нагрузки или входящего напряжения схема будет компенсировать. Если бы компенсация была идеальной, не было бы пульсаций тока через нагрузку — это был бы чистый постоянный ток. Показанная схема генерирует пульсацию на нагрузке примерно 380 мкА (117 мкА, среднеквадратичное значение) со средним током 308 мА.

Q1 имеет нормальный отрицательный температурный коэффициент 2 мВ / ° C любого кремниевого транзистора, поэтому, если он нагревается, ток будет падать. Мы можем использовать это, чтобы определить, нагреваются ли светодиоды, и уменьшить ток для компенсации. Если Q1 имеет температуру 50 ° C, ток снижается до 290 мА. Хотя это нельзя считать полным уровнем компенсации, это все же лучше, чем вообще ничего. Эта общая форма линейного регулятора тока может использоваться везде, где вам нужно, чтобы ток оставался постоянным независимо от изменений нагрузки.Вы должны знать о температурной зависимости Q1, потому что она есть, полезна она или нет.

Схема регулятора тока не будет иметь значительных отклонений между нагрузкой с нулевым сопротивлением и максимальной нагрузкой (16,7 В, что при 300 мА эквивалентно 55,5 Ом). Его можно использовать с любыми светодиодами мощностью от 1 до 5 1 Вт без изменения тока, хотя рассеиваемая мощность полевого МОП-транзистора, естественно, увеличится при использовании менее 5 светодиодов. На самом деле, это настолько хорошо, что даже измерить текущее изменение в симуляторе сложно.Однако, если объединенное напряжение на полевом МОП-транзисторе и R2 меньше ~ 1,5 В, он больше не сможет обеспечивать номинальный ток.

У схемы на Рисунке 8 есть одна проблема, заключающаяся в том, что выходной ток зависит от напряжения питания. Это связано с переменным током через Q1 (через R1). Однако изменение невелико и становится довольно линейным, когда напряжение превышает необходимое для регулирования. Ток варьируется от 308 мА (вход 19 В) до 312 мА (вход 30 В). Это более чем приемлемо, но это можно улучшить, запитав Q1 от источника тока.Это добавляет сложности, которую трудно оправдать, но для некоторых других приложений это может быть требованием.

В схеме, показанной, то «опорное напряжение» является 0.7V, и это просто база-эмиттер напряжение Q1. Чтобы сделать источник тока, который не меняется в зависимости от температуры, необходимо использовать прецизионный эталон с температурной компенсацией. Само собой разумеется, что это добавляет сложности с небольшой выгодой в реальном выражении.


6.1 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

Регулятор тока ничем не отличается от регулятора напряжения в том, что он должен иметь достаточно «запасного» напряжения, чтобы он мог нормально функционировать.В случае схемы, показанной выше, полевой МОП-транзистор почти ничего не требует (около 200 милливольт), а на R2 должно быть напряжение — 650-700 мВ. Как только входное напряжение падает ниже этих комбинированных напряжений (около 1 В), либо из-за низкого сетевого напряжения, либо из-за слишком высокого напряжения пульсаций, схема больше не может регулироваться. Ток через нагрузку никогда не может быть выше, чем предполагалось, но он может быть намного ниже при слабом питании или высокой пульсации.

Необходимое дополнительное напряжение зависит от схемы, но неразумно ожидать, что схема будет регулировать ток в узких пределах, если запас по напряжению недостаточен.Если напряжение слишком велико, рассеивание в устройстве последовательного прохода увеличивается, и энергия расходуется в виде тепла. Если предполагается, что нагрузка представляет собой резистор, который потребляет тот же ток, что и нормальная нагрузка, закон Ома гласит, что доступное напряжение должно быть на выше, чем необходимое для проталкивания желаемого тока через резистор.

Например, как указано выше, для 5 светодиодов мощностью 1 Вт при 300 мА потребуется напряжение ~ 16,7 В, что эквивалентно резистору на 55,5 Ом. Мгновенное напряжение питания всегда должно быть не менее 17.7 В, чтобы полевой МОП-транзистор мог снова регулировать ток до 300 мА. Стоит отметить, что со стандартным импульсным источником питания с регулируемым током ситуация не отличается — входное напряжение всегда должно быть больше, чем максимальное напряжение на нагрузке в худшем случае. Пониженно-повышающие импульсные регуляторы могут изменять свой режим работы в зависимости от входного напряжения.

Импульсный стабилизатор выигрывает, когда входное напряжение намного больше, чем требуется для нагрузки, так как эффективность будет намного выше.При том же токе нагрузки ток от источника с импульсным стабилизатором фактически уменьшается с увеличением напряжения питания. С линейным регулятором ток остается прежним, а потери мощности (в виде тепла) увеличиваются. Однако регуляторы переключения выходят за рамки этой статьи.


7 — IC Регулятор тока

ИС общего регулируемого регулятора также могут использоваться в качестве регуляторов тока. В таблицах данных (и ниже) показаны примеры, и они работают достаточно хорошо.Эти схемы опираются на опорном 1.25V напряжения, так что ток чувствительный резистор должен упасть, что напряжение во время нормальной работы ограничителя тока. В отличие от версии, показанной выше, в которой используется чувствительный резистор 2,2 Ом на 300 мА (резистор рассеивает ~ 200 мВт), если вы, например, используете LM317, чувствительный резистор должен быть около 4,2 Ом и рассеивать ближе к 400 мВт. Конечно, в этом нет ничего страшного, но это также означает, что на регуляторе требуется немного более высокий перепад напряжения.

Стандартный LM317, используемый в качестве регулятора тока, имеет отличные характеристики.Вниз сторона в том, что опорное напряжение 1.25V, в то время как «опорный» напряжение для дискретной версии, показанной выше, является только 0.7V. Это означает, что LM317 требует большего запаса по напряжению. Моделирование показывает, что показанная ниже схема не будет регулировать ток должным образом, пока входное напряжение не превысит 19,8 В, включая минимальный уровень пульсаций напряжения. C2 используется, чтобы гарантировать, что цепь не колеблется.


Рисунок 9 — LM317 как источник тока

Разницы в опорном напряжении легко видеть, глядя на текущем резисторе — R1 на рисунке 9, и R2 на рисунке 8.В то время как 2,2 Ом достаточно для схемы на Рисунке 8, для LM317 требуется резистор 4,15 Ом, который должен быть рассчитан на 1 Вт. LM317 интересует только одно — напряжение на R1. При условии, это напряжение может поддерживаться на уровне внутреннего опорного напряжения (1.25V), выходной ток фиксируется на 300 мА. Ток равен …

I = V REF / R1
I = 1,25 / 4,15 = 301,2 мА

Если у вас есть запасное напряжение, R1 может быть 4,7 Ом, с резистором и подстроечным резистором, включенными параллельно, как показано на рисунке 10.Стеклоочиститель подключается к регулировочной клемме LM317, позволяя изменять ток. Показанная схема позволяет изменять ток от 267 мА до 340 мА с помощью VR1.


Рисунок 10 — LM317 как регулируемый источник тока

Вы можете использовать LM317 в качестве регулируемого регулятора тока до максимально допустимого тока и рассеиваемой мощности. Он далеко не так эффективен, как импульсный стабилизатор тока, но легко собирается на макетной плате или даже на бирках.Его можно использовать для создания прототипов и проверки концепции или даже в качестве автономного тестового источника для управления мощными светодиодами при тестировании радиаторов и схем освещения (например). Как и в схеме на Рисунке 8, ток будет практически одинаковым независимо от количества используемых светодиодов мощностью 1 Вт. Это предполагает, что прямое напряжение светодиодов примерно на 4-5 В меньше, чем напряжение питания.


8 — Отрицательные регуляторы

В этой статье рассматриваются только положительные регуляторы, но отрицательные регуляторы легко сделать с использованием тех же основных схем, но с частями противоположной полярности (обратные стабилитроны, PNP вместо транзисторов NPN и наоборот и т. Д.)). Таким образом, негативные регуляторы не рассматриваются сами по себе. Отрицательным эквивалентом регуляторов 78xx является серия 79xx, а LM317 соответствует LM337.

Однако есть одна конфигурация, которая на первый взгляд не выглядит так, как будто она будет работать, но она настолько полезна, что показана здесь. Требуется немного нестандартного мышления, чтобы понять, что если одна сторона источника питания регулируется (например, положительная), то по определению другая сторона (отрицательная) должна также регулироваться.Если бы было иначе, электроника в целом просто не имела бы смысла и не работала бы.


Рисунок 11 — Положительное и отрицательное напряжение с использованием только положительных регуляторов

Фактически, источники питания могут быть полностью раздельными и просто подключаться к минусу верхнего регулятора / источника питания, соединенному с плюсом нижнего. Таким образом могут быть подключены два отдельных импульсных источника питания, и он работает с любым типом источника питания, при условии, что между их вторичными источниками нет другого соединения, кроме того, которое вы делаете сами.Вы даже можете иметь разные напряжения для источников питания + ve и -ve, если хотите (но это не всегда полезно).


9 — опорное напряжение Techniques

Всех напряжения и тока регуляторы требуют опорного напряжения, так как он используется в качестве фиксированной точки, против которого можно сравнить выходное напряжение или ток. Опорное напряжение идеального будет полностью нечувствительны к связанному с возрастом дрейфа, температура и входное напряжением колебаний, так что он будет оставаться в точно таком же напряжении в любое время.Излишне говорить, что идеального эталона не существует, но некоторые хитрости схемы действительно подходят.

Как отмечалось во введении, в схеме клапана используются газоразрядные трубки, и они не являются ни особенно точными, ни стабильными. С появлением кремниевых полупроводников ситуация значительно улучшилась, и стабилитроны стали предпочтительным выбором. Стабилитрон 6,2 В имеет дополнительный положительный и отрицательный температурный коэффициент (tempco) и довольно стабилен в разумном диапазоне температур.Однако напряжение делает изменения по сравнению с током, так что просто резистор не будет обеспечивать опорное напряжение с желаемой стабильностью. Это препятствие обычно преодолевается путем питания стабилитрона от источника постоянного тока — обычно два, причем один обеспечивает эталонный ток для второго.

Если бы можно было построить источник тока, который был нечувствителен к как приложенному напряжению и температурам, то проще опорного напряжения известный является резистором. Если определенный (и идеально регулируемый) ток проходит через резистор с очень низкой температурой, то напряжение на этом резисторе должно быть постоянным.Конечно, вы не можете делать какой-либо ток нагрузки, и сделать прецизионный источник тока вы нуждаетесь ссылкой точного напряжения. Совершив полный круг, очевидно, что нужно что-то более практичное.

Стабилитроны с напряжением пробоя около 6,2 В могут работать при определенном токе и будут показывать очень близкую к нулю температуру, если ток правильный. К сожалению, это не указано в технических данных, и оптимальный ток варьируется от одного диода к другому.Точный необходимый ток можно найти экспериментально, но этот метод требует много времени, и мало кто будет так склонен (в том числе и я). Это особенно верно, когда прецизионные эталонные диоды можно получить легко и дешево.

В µA723 (и LM723) используется стабилитрон 5,7 В с низкой температурой. Еще лучше — стабилитрон 5,6 В с температурой + 2 мВ / ° C (типовая), включенный последовательно с диодом, смещенным в прямом направлении, с температурой -2 мВ / ° C — результат равен нулю. Никогда не получится добиться идеального результата, и прямой ток по-прежнему должен строго контролироваться, чтобы получить стабильное напряжение.

В современных ИС наиболее распространенным эталоном является запрещенная схема. Обратите внимание, что хотя схема называется шириной запрещенной зоны, на самом деле она не зависит от ширины запрещенной зоны кремния (около 1,205 эВ — электрон-вольт), а просто имеет примерно такое же эффективное напряжение. Да, я знаю, что это не имеет особого смысла и сбивает с толку, но так оно и есть. Существует много различных версий, которые широко используются, и большинство из них в значительной степени зависят от методов обработки IC. Если бы вы построили его из отдельных частей, его почти наверняка нельзя было бы использовать.Находясь на едином куске кремния и все части находятся в непосредственной близости, означает, что все соединения имеют одинаковую температуру. В эталонных значениях ширины запрещенной зоны используются схемы с равными, но противоположными температурными коэффициентами — точно так же, как стабилитрон и диод, описанные выше, но с более низким и более полезным напряжением. «Стандарт» (если есть такая вещь) зонного опорного имеет напряжение между 1,2 и 1,5 В — например номинальное опорное напряжение для LM317 является 1.25V.

Если вы хотите точно знать, как делается ссылка на запрещенную зону, в сети есть много информации.Однако большая часть из них не особенно полезна, потому что она очень техническая, и большинство статей посвящено методам изготовления ИС. Конечно, в этом есть смысл, потому что для создания работоспособного эталона запрещенной зоны необходимо изготовить ИС. Однако для полноты картины ниже показана типовая схема. Идея состоит в том, что есть две взаимодополняющие части схемы с равными, но противоположными температурными коэффициентами. В настоящее время часто жестко регулируются, и это не редкость для запрещенной зоны схем в ИСАХ использовать зонные опорное напряжение для стабилизации тока питания, который питает цепь опорного напряжения!


Рисунок 12 — Концептуальная схема эталонной ширины запрещенной зоны

Некоторые примеры опорного напряжения точности включают LM113 (первый, начиная с 1971 года и разработанный Видлар), TL431 и LM336 (как регулируемый), а также многое другое.Концептуальная схема LM113 показана выше. Обратите внимание, что физическая площадь Q2 сделана в 16 раз больше, чем Q1, и это один из нескольких факторов, которые заставляют схему работать. Большинство используют похожую технику.

Интересно отметить, что если вам случится нужен источник тока точности, вам нужна ссылка точность напряжения. В идеале, и в особенности, если входное напряжение может изменяться более чем на небольшом количестве, наилучшим образом к мощности опорного напряжения точность с помощью источника тока.Однако это не должно создавать головоломки, потому что эталонный источник тока должен быть только хорошим, а не идеальным. Мир прецизионных источников (будь то напряжение или ток) требует большого внимания к деталям, и необходимо минимизировать колебания входного напряжения, тока нагрузки и температуры. Операционные усилители часто необходимы, потому что они имеют близко согласованные входные транзисторы, которые будут оставаться при практически одинаковых температурах.

Там, где требуется максимальная точность , всегда было обычной практикой использовать духовку с электронным управлением для повышения температуры окружающей среды схемы, чтобы гарантировать, что изменения температуры окружающей среды будут иметь минимальное влияние на температуру схемы или вообще не повлиять на нее.Излишне говорить, что это необходимо только тогда, когда выполняются измерения с гораздо более высокой точностью, чем обычно — такие методы были обычными для счетчиков с очень высокой точностью, но не являются необходимыми для большинства повседневных приложений. Современный эталон ширины запрещенной зоны часто обеспечивает точность, необходимую для большинства измерений.


10 — Змеиное масло

Прискорбно, но неизбежно, что некоторые люди будут ассоциировать регуляторы напряжения с «магическими» свойствами, способными каким-то образом влиять на «темп, ритм, время и пространство» (и нет, я тоже не знаю, что это должно означать). как звуковая сцена, басовый «авторитет», высокие «воздух» и, в более широком смысле, вкус и ощущение во рту хлопьев для завтрака.Это последнее утверждение (к сожалению) не глупее всех остальных. Почти все без исключения, это вопиющая чушь, и никогда не будет подкреплен результатами двойного слепого теста.

Есть несколько «особых» дизайнов, которые, кажется, привлекли внимание, но я не собираюсь придавать им какое-либо значение, называя имена. Есть несколько (очень мало!) Конструкций, которые требуют лучшего, чем обычно, регулирования, обычно требующего более низкого уровня шума, чем можно достичь с помощью стандартных ИС регуляторов.Часто это происходит из-за того, что конструкция схемы также сильно пропитана змеиным маслом и может иметь особенно плохое отклонение от источника питания или быть чрезмерно чувствительной к сопротивлению источника питания.

Нет сомнений в том, что некоторые из «специальных» регуляторов могут иметь превосходные характеристики с гораздо более низким уровнем шума, чем обычные типы ИС. Если вы хотите поэкспериментировать, они могут быть очень образовательными и доставить массу удовольствия, пока вы с ними экспериментируете. Тем не менее, они , а не , заставят любой грамотный звуковой дизайн звучать «лучше» или даже «иначе» — особенно те, которые используют операционные усилители.

Ничто из того, что я скажу или другие здравомыслящие дизайнеры, конечно, никого не изменит. Если люди склонны верить в «волшебный» аспект звука, они почти наверняка услышат разницу, и это мнение не будет оспорено двойным слепым тестированием, что укрепляет веру в то, что мы можем слышать вещи, которые нельзя измерить или количественно оценить наука или физика.


Выводы

Регулируемые источники питания используются повсеместно и во многих случаях считаются необходимыми, даже если схемы могут работать достаточно хорошо без регулирования.Простой факт заключается в том, что регулировка источников питания дает нам свободу использовать схемы, которые в противном случае вносили бы в схемы большое количество шума. Обычно дешевле (и конечный результат меньше) использовать регулятор, чем пытаться использовать более продвинутые фильтры для удаления гула и шума 100/120 Гц из источника питания.

В первые дни, когда вентили (вакуумные лампы) были единственными доступными усилителями, регулирование было трудным и дорогостоящим. Клапанные регуляторы использовались только в случае крайней необходимости из-за соображений стоимости и дополнительной надежности.По сегодняшним меркам стабильность регулирования была довольно обычной, но ее было достаточно для приложений того времени. В большинстве случаев дизайнеры пошли на все, чтобы использовать фильтрацию для удаления гула (100 Гц или 120 Гц) от источников питания. В фильтрах использовались катушки индуктивности, резисторы и конденсаторы для удаления шума из наиболее чувствительных частей цепи, а регулируемые источники питания были практически неслыханными для потребительского оборудования.

Сегодня у нас есть широкий спектр регуляторов ИС, точность опорного напряжения ИС и доступ к схеме, которые были бы удивительно дорого, чтобы попытаться достичь всего 50 лет назад.Одной из первых микросхем регуляторов была почтенная микросхема µA723, которая была произведена рядом компаний после ее появления. Впервые он был выпущен Fairchild в 1967 году и сохранился до сих пор. Сомнительно, что многие люди потрудились бы использовать его больше, чем для ремонта существующего продукта, и поэтому я не включил схему, использующую его. Несмотря на свой возраст, это все еще очень хорошая ИС, и ее часто используют, например, в настольных источниках питания.

Для повышения точности в некоторых случаях вы найдете один регулятор, обеспечивающий напряжение для второго регулятора — это схема с двойным регулированием, иногда известная как «суперрегулятор».Это только изолирует второй регулятор от колебаний входного напряжения, но если шум, регулировка нагрузки или температурная стабильность второго регулятора не идеальны, конечный результат, вероятно, не стоит затраченных усилий. Вы, вероятно, получите очень хорошее неприятие гула, но этого в любом случае легко добиться. Имейте в виду, что один немного сбитый провод или заземление шасси в источнике питания может легко нейтрализовать влияние регуляторов с точки зрения уменьшения шума / гудения.

Существует множество различных ИС регуляторов напряжения от разных производителей, и было бы сложно попытаться включить их все.Прецизионные эталоны также используются в АЦП и ЦАП , особенно в тех, которые предназначены для точных функций измерения. Вы также должны включить микросхемы импульсных регуляторов как напряжения, так и тока — некоторые из них оптимизированы для одного или другого. Количество устройств огромно, особенно с коммутационными типами. Каждый год в каталоги поставщиков добавляется больше, и большая часть спроса на новые устройства обусловлена ​​требованиями к «твердотельному» (светодиодному) освещению.

Линейные регуляторы намного проще спроектировать и построить, чем любые регуляторы импульсного режима, потому что здесь не используются высокие частоты и нет магнитных компонентов, о которых следует беспокоиться.Это делает линейный вариант разумным выбором для тестирования конструкции, даже если заранее известно, что конечный источник питания будет переключателем. Необходимо завершить проектирование и в первую очередь установить требуемые требования к напряжению, току и температуре. Когда все они известны, пора работать над окончательной конструкцией режима переключения.


Список литературы
  1. Трубки газоразрядного регулятора — Википедия
  2. ,
  3. , спецификации 78xx и 79xx (включая версии с низким энергопотреблением)
  4. LM317 / 337 Лист данных
  5. Диод постоянного тока — Википедия
  6. Регулятор тока (регулятор [sic]) диоды — Semitec
  7. Искусство электроники, Пол Горовиц, Cambridge University Press (© 1989)
  8. Опорные значения ширины запрещенной зоны — Аналоговые инновации
  9. Дизайн ссылок на запрещенную зону: испытания и невзгоды — Боб Пиз


Основной индекс
Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2012. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница опубликована и защищена авторскими правами © Род Эллиотт, июнь 2013 г.


Регуляторы тока

Регуляторы тока

Теперь вы должны знать, как работают регуляторы напряжения для обеспечения постоянного выходного напряжения. В в некоторых цепях может потребоваться регулировка токового выхода. Схема, которая обеспечивает постоянный ток на выходе, называется регулятором постоянного тока или просто ТОК РЕГУЛЯТОР.Схема, показанная на рисунке 4-40, представляет собой упрощенную схему для тока. регулятор. Переменный резистор, показанный на схеме, используется для иллюстрации концепции. действующего регулирования. Изучая регуляторы напряжения, вы должны знать, что переменный резистор не реагирует достаточно быстро, чтобы компенсировать изменения. Уведомление что в эту цепь включен амперметр, чтобы указать, что показанная цепь что из текущего регулятора. Когда схема работает правильно, текущее показание амперметр остается постоянным.В этом случае переменный резистор (R V ) компенсирует изменения нагрузки или входного постоянного напряжения. Адекватное текущее регулирование приводит к потере регулирования напряжения. Изучая показанную схему, следует вспомнить что любое увеличение сопротивления нагрузки вызывает падение тока. Чтобы поддерживать постоянный тока, сопротивление R V должно быть уменьшено всякий раз, когда сопротивление нагрузки увеличивается. Это приводит к тому, что общее сопротивление остается постоянным.Увеличение входное напряжение необходимо компенсировать увеличением сопротивления R В , тем самым поддерживая постоянный ток. Работа регулятора тока аналогичен регулятору напряжения. Основное отличие состоит в том, что регулируется ток. а другой регулирует напряжение.

Рисунок 4-40. — Регулятор тока (упрощенно).

Поскольку использование переменного резистора не является практичным способом контроля колебаний тока или вариант, используются транзистор и стабилитрон вместе с необходимыми резисторами.Напомним, что диод Зенера обеспечивает постоянное опорное напряжение. Схема показана на Рисунок 4-41 — это схема регулятора тока. За исключением добавления R1, Схема, показанная на рисунке, аналогична схеме последовательного регулятора напряжения. Резистор подключается последовательно с нагрузкой и определяет любые изменения тока нагрузки. Уведомление падение напряжения на R1 и отрицательная полярность напряжения, приложенного к эмиттеру Q1. Полярность напряжения является результатом тока, протекающего через R1, и это отрицательное напряжение выступает против смещения вперед для Q1.Однако, поскольку регулируемое напряжение на CR1 имеет противоположной полярности, фактическое смещение транзистора — это разница между двумя напряжения. Вы должны увидеть, что цель R2 — функционировать как ограничивающий ток. резистор для стабилитрона.

Рисунок 4-41. — Регулятор тока.

Назначение регулятора тока — обеспечить постоянный ток независимо от изменения входного напряжения или тока нагрузки.Схема, показанная на рисунке 4-42, показывает, что цепи, рассчитанной на постоянный ток 400 миллиампер. Вольтметры бывают показано на схеме, чтобы подчеркнуть падение напряжения на определенных компонентах. Эти напряжения помогут понять, как работает регулятор тока. Падение напряжения через переход база-эмиттер Q1 составляет 0,6 В. Это напряжение — разница между напряжение стабилитрона и падение напряжения на R1. Прямое смещение 0,6 В Q1 позволяет правильная работа транзистора.Выходное напряжение на R L составляет 6 вольт как показывает вольтметр. При регулируемом выходном токе 400 мА сопротивление транзистора (R Q1 ) — 9 Ом. Это можно доказать с помощью закона Ома. и значения, показанные на схеме. В этом случае ток (I) равен напряжению падение (E) деленное на сопротивление (R). Следовательно:

12 вольт, разделенное на 30 Ом, равняется 0,4 ампера или 400 миллиампер.

Рисунок 4-42.- Регулятор тока (со схемными значениями).

Поскольку вы знакомы с базовой схемой регулирования тока, давайте рассмотрим подробно описать, как различные компоненты работают для поддержания постоянного выходного сигнала 400 мА. См. Схему, показанную на рисунке 4-43. Помните, что уменьшение сопротивления нагрузки вызывает соответствующее увеличение тока. В показанном примере сопротивление нагрузки R L упало с 15 Ом до 10 Ом.Это приводит к большему падению напряжения на R1. из-за повышенного тока. Падение напряжения увеличилось с 2,4 вольт до 2,5 вольта. Конечно, падение напряжения на CR1 остается постоянным на уровне 9 вольт из-за его регулирующая способность. Из-за повышенного падения напряжения на R1 прямое смещение на Q1 теперь 0,5 вольт. Поскольку прямое смещение Q1 уменьшилось, сопротивление транзистор увеличивается с 9 Ом до 14 Ом. Обратите внимание, что увеличение сопротивления на 5 Ом на транзисторе соответствует уменьшению сопротивления нагрузки на 5 Ом.Таким образом общее сопротивление вокруг внешнего контура цепи остается постоянным. Поскольку схема представляет собой регулятор тока, вы знаете, что выходное напряжение будет изменяться в зависимости от регулятора поддерживает постоянный выходной ток. На рисунке выходное напряжение уменьшено до 4 вольт, которое вычисляется умножением силы тока (I) на сопротивление (R) (400 мА X 10 Ом = 4 вольта).

Рисунок 4-43. — Регулятор тока (с уменьшением R L ).

Q.36 На рисунке 4-40 при увеличении сопротивления нагрузки (R L ), сопротивление R V увеличивается / уменьшается (какой именно) для компенсации перемена.
Q.37 На рис. 4-43 любое уменьшение прямого смещения база-эмиттер в Q1 приводит к отклонениям. увеличение / уменьшение (какой именно) сопротивления транзистора.

Цепи ограничителя тока источника питания

»Электроника

Методы и схемы ограничителей тока с использованием диодов и транзисторов для обеспечения функции ограничения тока для источников питания и других цепей.


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


Цепи ограничителя тока являются ключевыми для источников питания, защищая их в случае короткого замыкания или других условий перегрузки.

Ввиду возможного повреждения источника питания в случае перегрузки почти всегда устанавливаются ограничители тока, и они являются стандартной функцией, встроенной в ИС регулируемых источников питания.

Как следует из названия, схема ограничения тока ограничивает ток от регулируемого источника питания до максимальной величины, определяемой цепью, и таким образом можно избежать серьезного повреждения цепей, как источника питания, так и цепи, на которую подается питание. .

Эти схемы больше подходят для линейных источников питания, хотя аналогичные методы измерения могут использоваться в импульсных источниках питания.

Виды ограничения тока

Как и в случае с любой технологией и типом электронной схемы, есть несколько вариантов, из которых можно выбрать. То же самое и с ограничителями тока, используемыми в регулируемых источниках питания.

Существует два основных типа цепи ограничителя тока:

  • Ограничение постоянного тока: Используя ограничение постоянного тока, выходное напряжение поддерживается по мере роста тока до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой достигается максимум.В этот момент ток поддерживается на этом уровне, в то время как напряжение падает с увеличением нагрузки.

    Это основная форма ограничения тока, используемая в регулируемых источниках питания. Схема проста и использует всего несколько электронных компонентов, но не снижает ток в случае короткого замыкания — он поддерживается на максимальном уровне, и это может привести к повреждению схемы.

    Один из недостатков заключается в том, что при запуске ограничения тока потребляется максимальный ток, но в этот момент выходное напряжение падает, а это означает, что на последовательном транзисторе в регулируемом источнике питания повышается напряжение на нем.Это увеличивает рассеиваемую мощность внутри устройства.

    В точке, где выходное напряжение почти равно нулю, протекает максимальный ток, в то время как напряжение на нем — это полное входное напряжение от схем сглаживания и выпрямителя. Это не идеально, потому что на этапе проектирования электронной схемы необходимо сделать поправку на это, что потребует, возможно, большего последовательного транзистора, а также дополнительных возможностей теплоотвода, увеличивая стоимость и размер регулируемого источника питания.

  • Обратное ограничение тока: В этом типе ограничения тока, используемом в регулируемых источниках питания, выходное напряжение поддерживается до момента, когда ограничение тока начинает действовать. В этот момент, вместо того, чтобы просто ограничивать ток, он фактически начинает уменьшаться. Таким образом, ток уменьшается по мере увеличения перегрузки, и тем самым снижается риск повреждения.

    Ограничение тока обратной связи в регуляторе напряжения снижает потребление энергии, потому что по мере увеличения перегрузки ток сокращается и общая потребляемая мощность падает, сохраняя тепловыделение последовательного транзистора в более разумных пределах.

    Ограничение тока обратной связи, хотя и немного более сложное, может быть реализовано с использованием относительно небольшого количества электронных компонентов. Поскольку эта функция обычно встроена в интегральные схемы регулируемого источника питания, дополнительные затраты на использование ограничения обратного хода по сравнению с ограничением постоянного тока не заметны. Соответственно, в этих ИС практически всегда используется ограничение тока обратной связи.

    Ограничитель обратной связи усложняет линейный источник питания, поскольку требует большего количества электронных компонентов, чем простой ограничитель постоянного тока.Также существует возможность состояния, известного как «блокировка», с неомическими устройствами, потребляющими постоянный ток независимо от напряжения питания. Ограничитель тока с обратной связью может также включать временную задержку, чтобы помочь избежать проблемы с блокировкой.

Две разные формы линейного ограничения тока источника питания, как правило, используются в разных областях, фактический тип, используемый для любого конкретного приложения, выбирается на этапе проектирования электронной схемы проекта.

Основная схема ограничения постоянного тока

Существует ряд схем, которые можно использовать для ограничения постоянного тока для защиты источника питания, но в одной из простейших схем используются всего три электронных компонента: два диода и резистор.

Простой регулируемый источник питания с ограничением тока

В цепи ограничителя тока источника питания используется считывающий резистор, включенный последовательно с эмиттером выходного проходного транзистора. Два диода, помещенные между выходом схемы и базой проходного транзистора, обеспечивают действие по ограничению тока.

Когда схема работает в нормальном рабочем диапазоне, на последовательном резисторе присутствует небольшое напряжение. Это напряжение плюс напряжение база-эмиттер транзистора меньше, чем падение на двух диодных переходах, необходимое для включения двух диодов, чтобы они могли проводить ток.Однако с увеличением тока увеличивается и напряжение на резисторе.

Когда оно равно напряжению включения диода, напряжение на резисторе плюс падение на переходе база-эмиттер транзистора равняется двум падениям на диоде, и в результате это напряжение появляется на двух диодах, которые начинают проводить. Это начинает понижать напряжение на базе транзистора, тем самым ограничивая потребляемый ток.

Схема этого диодного ограничителя тока для линейного источника питания особенно проста, и, соответственно, конструкция электронной схемы также очень проста.

Значение последовательного резистора можно рассчитать так, чтобы напряжение на нем возрастало до 0,6 В (напряжение включения кремниевого диода) при достижении максимального тока. Однако всегда лучше убедиться, что есть некоторый запас, ограничивая ток от простого регулятора источника питания до того, как будет достигнут абсолютный максимальный уровень.

Двухтранзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока

Такая же простая диодная форма ограничения тока может быть включена в схемы линейного источника питания, которые используют обратную связь для определения фактического выходного напряжения и обеспечения более точно регулируемого выходного сигнала.Если точка измерения выходного напряжения берется после резистора измерения последовательного тока, то падение напряжения на нем можно скорректировать на выходе.

Схема линейного источника питания с обратной связью и ограничением тока

Схема ограничения тока обратной связи транзистора

Схема ограничения тока обратной связи дает гораздо лучшие характеристики, чем обычная схема ограничения постоянного тока, используемая в более простых источниках питания.

Транзисторный линейный стабилизатор источника питания с ограничением тока обратной связи

В схеме обратной связи используется еще несколько электронных компонентов, в том числе транзистор и несколько резисторов, но она обеспечивает гораздо лучшую защиту источника питания и схемы, на которую подается питание.

Схема работает, потому что по мере увеличения нагрузки возрастающая пропорция напряжения между эмиттером и землей падает на резисторе R3 — по мере уменьшения нагрузки эффект делителя потенциала означает, что большее напряжение падает на R3.

Достигнута точка, когда транзистор Tr3 начинает включаться. Когда это происходит, он начинает ограничивать ток.

Если сопротивление нагрузки становится меньше, тогда напряжение на R3 увеличивается, включает Tr3 больше, и это дополнительно снижает ток, уменьшая уровень подаваемого тока.

Существует несколько уравнений, которые можно использовать для определения ключевых значений схемы, чтобы обеспечить требуемый максимальный ток для линейного регулятора напряжения, а также уровень обратного тока при коротком замыкании.

Для максимального тока от линейного регулятора напряжения:

Imax = 1R3 ((1 + R1R2) VBE + R1R2Vreg)

Для тока короткого замыкания линейного регулятора напряжения:

Отношение максимального тока к току короткого замыкания:

ImaxISC = 1 + (R1R1 + R2) VregVBE

Где:
I max = максимальный ток регулятора напряжения до ограничения тока
В BE = напряжение, при котором транзистор начинает включаться — обычно 0.6V
V reg = выходное регулируемое напряжение
I SC = ток, обеспечиваемый при коротком замыкании.

Ввиду того, что точка считывания регулятора находится после резистора считывания тока, любое падение напряжения на резисторе не повлияет на выходное напряжение схемы, так как оно будет компенсироваться регулятором. (Это предполагает, что на последовательном транзисторе имеется достаточное напряжение для его правильной регулировки.) Таким образом, резистор измерения тока не вызовет никакого снижения выходного напряжения схемы регулятора источника питания.

Схема ограничителя тока источника питания может быть включена в различные схемы с использованием транзисторов и полевых транзисторов в качестве элемента последовательного прохода. Операционные усилители могут быть использованы в качестве дифференциальных усилителей с получением требуемого напряжения опорного диска для выходных устройств.

Основная проблема с обратным ограничением тока заключается в том, что оно не всегда хорошо работает с нелинейными нагрузками. Например, если бы он управлял лампой накаливания, где сопротивление в холодном состоянии намного ниже, чем в горячем, регулятор напряжения с ограничителем тока обнаружит очень низкое сопротивление и войдет в откидную панель, не допуская лампа для нагрева и запуска.Индуктивные нагрузки могут столкнуться с аналогичными проблемами — двигатели и т. Д. Имеют большой пусковой ток. Это означает, что базовое ограничение тока обратной связи в большинстве случаев не подходит для этих типов нагрузки.

Ограничение тока — ключевая особенность всех источников питания. Поскольку электронные устройства остаются включенными почти постоянно и часто остаются без присмотра, функции безопасности, такие как ограничение тока, имеют важное значение в линейных источниках питания, а также в импульсных источниках питания.

К счастью, ограничение тока легко реализовать, оно не требует включения многих дополнительных электронных компонентов, а если оно содержится в интегральной схеме, дополнительные затраты не заметны.

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». . .

Регулятор напряжения для линейного постоянного тока (1,5 А) светодиодного драйвера?

Я подумываю создать свой собственный драйвер для ~ 1.5А светодиод для питания микроскопа для моих исследований.

Для этого приложения эффективность не критична, но поскольку время экспозиции камеры может быть коротким (~ 1 мс), важна стабильность / отсутствие пульсации. Таким образом, здесь обычно избегают понижающих / повышающих или других импульсных регуляторов, а также ШИМ. (Возможно, подходящая выходная фильтрация решит эту проблему, но время включения / выключения <500 нс [редактировать: <500 микросекунд] также очень желательно.)

Какой регулятор тока лучше всего подходит для этой установки? (Я буду использовать приличный импульсный источник постоянного напряжения, чтобы обеспечить входную мощность для любого источника постоянного тока, который я выберу.)

Одним из вариантов может быть использование регулируемого стабилизатора напряжения, такого как LM317 (но способного обрабатывать больший ток, поэтому, возможно, LT1764, который также имеет полезный вывод отключения), настроенный в стандартном режиме постоянного тока, где ток определяется резистор между выводами Vout и Vadj. (Напряжение между этими контактами поддерживается на уровне ~ 1,21 В для LT1764, поэтому для 1 А вам понадобится резистор на 1,2 Ом, а для 1,5 А — резистор на 0,8 Ом.)


(источник: diyaudioprojects.com)

Другой вариант может заключаться в использовании нового регулятора напряжения «с одним резистором», такого как LT3083, где напряжение регулируется сопротивлением заземления с одного контакта (через который проталкивается 50 микроампер путем изменения напряжения: так, например, резистор 20 кОм индуцирует выход 1 В, а резистор сопротивлением 1 Ом на этом выходе, следовательно, вызовет ток 1 А).

Вот две «рекомендуемые» схемы постоянного тока из таблицы: Источник постоянного тока:

Или драйвер светодиода с меньшим падением напряжения

Хорошая особенность LT3083 заключается в том, что для регулировки тока можно использовать потенциометр 20 кОм, в отличие от LT1674, где вам понадобится потенциометр на 20 Ом (гораздо труднее найти источник) для регулировки между ~.1А и 1,5А. Но я не уверен, какая из двух предложенных схем драйвера для LT3083 будет более устойчивой к пульсации от источника входного напряжения, если таковая имеется. И я не знаю, плохая ли это идея по другим причинам по сравнению с более стандартными регуляторами. (например, если контакт adj оставлен плавающим, похоже, что LT3083, вероятно, повысит напряжение и зажжет светодиод. Так что, если горшок выходит из строя или разрывается соединение, это может быть плохой новостью.)

Итак, у кого-нибудь есть предложения по лучшему варианту?

LM317 / LM338 / LM350 Калькулятор и схемы регулятора тока


Калькулятор регулятора тока LM317 / LM338 / LM350

Вы можете использовать этот калькулятор регулятора тока, чтобы изменить значение программного резистора (R 1 ) и рассчитать выходной ток из семейства LM317 / LM338 / LM350, состоящего из трех оконечных регулируемых регуляторов.Этот калькулятор регулятора тока будет работать со всеми регулируемыми стабилизаторами интегральных схем с опорным напряжением (В REF ) 1,25. Дополнительные сведения об этих регуляторах напряжения см. На странице «Калькулятор регуляторов напряжения LM317 / LM338 / LM350», «Информация и схемы».

Рисунок 2: Схема калькулятора регулятора тока LM317 / LM338 / LM350

Калькулятор регулятора тока LM317 / LM338 / LM350

Чтобы определить выходной ток регулятора, введите значение программного резистора (R 1 ) в омах и нажмите кнопку «Рассчитать».Это позволит рассчитать выходной ток в амперах и количество рассеиваемой мощности через R 1 в ваттах.

ПРИМЕЧАНИЕ: для этого онлайн-калькулятора текущего регулятора требуется, чтобы в вашем браузере был включен JavaScript.

Калькулятор регулятора тока LM317 / LM338 / LM350

ОБНОВЛЕНИЕ — Калькулятор регулятора напряжения LM317 / LM338 / LM350 перемещен на свою страницу, Калькулятор регулятора напряжения LM317 / LM338 / LM350. Пожалуйста, обновите свои закладки.


Листы данных — 3-контактный регулируемый регулятор LM317 / LM338 / LM350


Цепи регулятора тока LM317 / LM338 / LM350

Следующие схемы показывают некоторые из основных применений регуляторов напряжения серии LM317 / LM338 / LM350, когда они сконфигурированы как регулятор тока или источник постоянного тока (CCS).

Рисунок 2: Схема регулятора тока 1 А для LM317 / LM338 / LM350

Рисунок 3: Схема прецизионного ограничителя тока для LM317 / LM338 / LM350

Рисунок 4: Схема зарядного устройства постоянного тока 50 мА для LM317


Тяги регулятора напряжения

Simple Power LED Linear Current Regulator, исправленный и уточненный: 3 шага

Эта инструкция по сути является повторением схемы линейного регулятора тока Дэна.Его версия, конечно, очень хороша, но чего-то не хватает ясности. Это моя попытка решить эту проблему. Если вы понимаете и можете создать версию Дэна, моя версия, вероятно, не скажет вам ничего ужасно нового. Однако …

… Собирая свой собственный регулятор на основе регулятора Дэна, я все время смотрел на его фотографии компонентов и щурился — , какой контакт с каким другим? Это связано с этим или нет? Конечно, это простая схема, но я не инженер-электрик и не хотел ошибаться… Потому что если что-то не так, даже немного, то иногда вещи становятся жертвой.

Я добавил компонент: переключатель между плюсовым выводом источника питания постоянного тока и остальной частью схемы, чтобы я мог включать и выключать его. Нет причин исключать это, и это очень удобно.

Я должен также отметить здесь в начале: какие бы утверждения «Дэна» ни были об обратном, эта схема НЕ подходит для питания светодиода от источника питания, который значительно превышает падение напряжения светодиода.Я пробовал управлять одним синим светодиодом 3,2 В на 140 мАч (проверенный ток был на самом деле 133 мАч — очень близко) от источника питания, рассчитанного на 9,5 В, и конечным результатом было то, что в течение 60 секунд светодиод начал мигать, а затем, в конце концов, отключение … Он делал это несколько раз с постоянно сокращающимися периодами времени между включением и отказом. Теперь вообще не включается. Сказав это, я также почти непрерывно управлял одним светодиодом высокой мощности RGB в течение месяца, используя другой источник питания, который более точно соответствует падению напряжения светодиода — так что эта схема может работать , как бы, но не всегда , конечно, не так, как было обещано изначально, и вполне может испортить ваш индикатор питания по пути.Голос опыта говорит, что он будет работать до тех пор, пока требования ваших светодиодов точно соответствуют мощности в вольтах, поступающей от вашего источника питания. Если вы заметили мерцание, это означает, что светодиод (ы) перегорел и уже необратимо поврежден. Мне потребовалось шесть разрушенных светодиодов питания, чтобы понять это. «Многие ботаны умерли, чтобы донести до нас эту информацию …»

Припасы:

Вот список поставки Дэна компонентов, слово в слово, но с поправкой на первый элемент (Дэн по ошибке назвал товарный номер Резистор 10 кОм, а не резистор 100 кОм — в списке теперь отображается номер правильного типа).Я также добавил ссылки на упомянутые продукты:
—-

R1: резистор приблизительно 100 кОм (например: Yageo FMP100JR-52-100K)
R3: резистор установки тока — см. Ниже
Q1: малый транзистор NPN ( например: Fairchild 2N5088BU)
Q2: большой N-канальный полевой транзистор (например, Fairchild FQP50N06L)
LED: светодиодный индикатор питания (например: Luxeon 1-ваттная белая звезда LXHL-MWEC)

——

Компонент переключателя S1 должен быть рассчитан на напряжение источника постоянного тока, который вы собираетесь использовать.Например, выключатель на 12 В не будет рассчитан на питание 18 В.

Обратите внимание, что Q2 также называется MOSFET, nMOSFET, NMOS, n-канальным MOSFET и n-канальным QFET MOSFET взаимозаменяемо, Q1 также называется биполярным переходным транзистором NPN или NPN BJT.

Дэн не углубляется в то, что означает «приблизительно», и не объясняет, как далеко вы можете зайти или на что это повлияет; он также не объясняет «малый» или «большой» и те эффекты, которые они могут иметь.К сожалению, я тоже не могу. Кажется, мы застряли в соблюдении этих конкретных компонентов, пока не получим степень в области электротехники. Строгое соблюдение режима кажется единственным разумным вариантом, особенно учитывая хрупкость светодиодов.

Относительно R3:

Согласно Дэну, значение R3 в омах должно быть связано с током, при котором вы хотите управлять своим светодиодом (пределы которого уже установлены производителем), чтобы желаемый ток в амперах = 0.5 / R3. В таком уравнении большее сопротивление в R3 приведет к меньшему току, протекающему через светодиод. Интуитивно это приводит к выводу, что идеальное сопротивление (то есть полное отсутствие резистора) будет означать, что светодиод не будет работать (0,5 / бесконечность = меньше нуля). На самом деле я вовсе не уверен, что это правда, и мои собственные эмпирические тесты этой схемы показывают, что это не так. Тем не менее, если мы будем действовать по плану Дэна, резистор R3 в 5 Ом будет производить постоянный ток 0.5/5 = 0,1 ампер или 100 миллиампер. Большая часть светодиодов питания, похоже, работает около 350 мАч, поэтому для них вам нужно установить значение R3 около 1,5 Ом. Для тех, кто менее знаком с резисторами, имейте в виду, что вы можете установить это 1,5 Ом, используя комбинацию разных резисторов, включенных параллельно, при условии, что ваш окончательный комбинированный результат будет составлять 1,5 Ом сопротивления. Например, если вы используете два резистора, ваше значение R3 будет равно значению резистора 1, умноженному на значение резистора 2, и произведению, разделенному на сумму R1 + R2.Другой пример: 1 резистор 5 Ом, соединенный параллельно с другим резистором, скажем, 3 Ом, дает (5×3) / (5 + 3) = 15/8 = 1,875 Ом, что затем приведет к постоянному току в этой цепи 0,5 / 1,875 = 0,226 ампер или 266 мАч.

Резисторы рассчитаны на разные способности рассеивать мощность. Маленькие резисторы могут рассеивать меньше энергии, чем большие, потому что более крупные не сгорают так быстро, если через них проходит слишком большой ток. В этой схеме нельзя использовать резистор поверхностного монтажа, потому что он не справляется с рассеиваемой мощностью.Кроме того, вы не сможете найти резистор «слишком большого размера». Большие / физически большие резисторы просто способны выдерживать большую мощность, чем меньшие. Более крупные могут стоить дороже и занимать больше места, но стоимость обычно незначительна (каждая сломанная стереосистема имеет в себе сотню резисторов с огромной номинальной мощностью), а разница в пространстве составляет порядка кубических миллиметров, поэтому не стесняйтесь ошибаться, проявляя осторожность и используйте самые большие резисторы подходящего сопротивления, какие только сможете найти.Вы можете выбрать один слишком маленький, но невозможно выбрать слишком большой.

Обратите внимание: если у вас есть под рукой нихромовый провод с высоким сопротивлением, вы, вероятно, можете отрезать его до длины, которая будет соответствовать вашим потребностям в сопротивлении, без необходимости использовать несколько резисторов. Вам понадобится омметр, чтобы проверить фактическое значение сопротивления, и имейте в виду, что, вероятно, существует некоторая степень сопротивления (возможно, до 1 Ом) между двумя проводами вашего омметра, как есть: сначала проверьте это с помощью прикоснувшись к ним вместе и посмотрите, что считывает устройство, затем учтите это, когда вы определите, сколько нихромовой проволоки вы собираетесь использовать (если вы обнаружите 0.Сопротивление 5 Ом, когда вы касаетесь проводов омметра вместе, и вам нужно получить, скажем, 1,5 Ом сопротивления на вашем нихромовом проводе, затем вам понадобится этот провод, чтобы «измерить» 2,0 Ом сопротивления для вас на Омметр).

В качестве альтернативы можно использовать кусочек нихромовой проволоки для замыкания этой цепи даже для светодиода, номинальный ток которого вам неизвестен! Как только ваша цепь будет завершена, но без R3, используйте длину нихромовой проволоки, которая определенно длиннее, чем необходимое вам сопротивление, по крайней мере, на дюйм или два (чем толще этот провод, тем длиннее кусок вам понадобится.Потом включите схему — ничего не произойдет. Теперь прикрепите электрическую дрель к середине U-образной части нихромовой проволоки так, чтобы по мере вращения сверла она начинала наматывать проволоку на сверло. МЕДЛЕННО включите дрель. Если все остальные части схемы подключены правильно, светодиод вскоре загорится очень тускло и станет ярче по мере того, как провод становится короче! Остановитесь, когда свет станет ярким — если провод станет слишком коротким, светодиод перегорит. Однако не всегда легко определить, когда наступил этот момент, поэтому вы рискуете, применив эту технику.

Относительно радиаторов:
Дэн также упоминает о возможной важности радиаторов для этого проекта и о необходимости внешнего источника питания постоянного тока от 4 до 18 вольт (очевидно, для этой мощности токи не имеют значения. поставка, хотя я этого доподлинно не знаю). Если вы работаете с мощным светодиодом, вам понадобится какой-то радиатор, прикрепленный к нему, и, вероятно, вам понадобится один, выходящий за рамки простой алюминиевой «звезды» в виде крыла летучей мыши, поставляемой со многими светодиодами Luxeon.Радиатор для Q2 понадобится только в том случае, если вы используете в цепи более 200 мАч энергии и / или разница напряжений между источником питания постоянного тока и совокупным «падением» напряжения ваших светодиодов является «большим» (если разница больше 2 вольт, я бы обязательно радиатор использовал). Для наиболее эффективного использования любого радиатора также требуется использование небольшого количества термопасты (Arctic Silver считается продуктом высшего качества): очистите радиатор и корпус полевого МОП-транзистора / светодиода спиртом, смажьте гладкий, ровный, ТОНКИЙ слой термопасты на каждой поверхности (я предпочитаю использовать лезвие ножа X-acto для получения абсолютно гладких, ровных и тончайших результатов), затем прижмите поверхности вместе и закрепите с помощью одного или нескольких винтов в подходящем место.В качестве альтернативы есть несколько видов термоленты, которые также могут служить той же цели.

Вот несколько подходящих вариантов радиатора и источника питания для типичной схемы с одним светодиодом (помните, во многих конфигурациях вам может понадобиться ДВА радиатора — один для светодиода и один для MOSFET):

Радиатор
Источник питания

Относительно источников питания:
Краткое примечание относительно источников питания: практически все блоки питания указывают где-то на упаковке, сколько вольт они будут и сколько ампер они могут дать .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.