Простой регулятор напряжения: Супер-простой регулятор напряжения! Всего три детали! — YouTube

Простой регулятор напряжения 220В — Radio это просто

от Foxiss

 

Простой регулятор напряжения 220В, основная функция предлагаемой схемы состоит в регулировании яркости ламп, питаемых от сети 220В. Печатная плата была разработана таким образом, что она располагается в электрической монтажную коробке, заменяя стандартный выключатель освещения.

Без дополнительного радиатора простой регулятор напряжения 220В может управлять нагрузками примерно до 200 Вт, в то время как в случае использования дополнительного охлаждения мощность нагрузки зависит в основном только от допустимого тока используемого симистора. Регулировка интенсивности освещения лампочек — не единственное применение устройства. Его также можно использовать для плавного регулирования мощности других потребителей переменного тока, а также для регулирования мощности коммутаторных двигателей (например, дрели). Регулятор может способствовать значительной экономии потребления электроэнергии. Во многих случаях нам не нужно использовать полную мощность освещения, установленного в комнате (например, при просмотре телевизионной программы), а лампы накаливания, работающие в полную мощность, только чрезмерно расходуют электричество.

Краткие технические характеристики простой регулятор напряжения 220 В

Регулировка мощности нагрузки переменного тока не является простой. Самый простой, но и наименее совершенный метод — это использовать сопротивления, соединенное последовательно с нагрузкой. Однако плавное регулирование мощности в этом случае практически невозможно, и мы не получаем никакой экономии энергии. Особый случай такого типа управления заключался в последовательном включении термистора с лампой малой мощности, например, от ночника.

 

После включения питания термистор постепенно нагревался, уменьшая его сопротивление и постепенно увеличивая силу света.

В этом случае использовались термисторы большой мощности, от ламповых телевизоров для защиты накала радиоламп от перегорания при включении питания. Это было довольно эффективно, но в настоящее время это не актуально. Другой, вероятно, лучший способ регулирования мощности сетевых нагрузок — это использование автотрансформатора. Их применение практически лишено недостатков, за исключением нескольких это высокая стоимость автотрансформатора и его большие габариты.

Тем не менее, большое преимущество их использования — это неискаженный синусоидальный выход и возможность увеличения напряжения. Автотрансформатор, схему которого мы видим на рисунке, является бесценным инструментом. Он позволяет тестировать различные устройства, питающиеся от сети, и их устойчивость к падениям и повышению напряжения выше номинального. Простой регулятор напряжения 220В, представленный на схеме очень дешевый и простой, работающий по принципу фазового регулирования.

Электрическая схема диммера показана на рисунке. Как видите, схема чрезвычайно проста и состоит из нескольких элементов. Самый интересный из них — динистор. Использование этого элемента позволило выполнить такую ​​простую схему. Принцип работы динистора заключается в следующем он не проводит ток ниже порогового напряжения, обычно около 12 … 20 В. Однако, если это напряжение превышено, динистор начинает открываться и, в отличие от стабилитронов, проводит ток, пока напряжение не упадет почти до нуля.

Вторая, чрезвычайно важная особенность динисторов — это тот факт, что поляризация напряжения ему совершенно безразлична, что предрасполагает этот элемент к использованию в цепях переменного тока. Работа этого элемента лучше всего проиллюстрирована на рисунке.

Это, вероятно, самая простая (но с ужасными параметрами) диаграмма пилообразных сигналов. Давайте теперь обсудим работу нашего диммера. Мы начнем анализировать его работу, когда сетевое напряжение пройдет через ноль, когда напряжение на конденсаторе C1 также близко к нулю.

Напряжение в сети начинает увеличиваться, и конденсатор C1 заряжается через резистор R1 и потенциометр P1.

Очевидно, что скорость этого заряда зависит от значений последовательно соединенных сопротивлений R1 и P1, поэтому может изменяться потенциометром в широких пределах. В какой-то момент напряжение на конденсаторе C1 достигает значения включения диакон. Динистор начинает проводить разрядку конденсатора через затвор симистора Q1. Симистор включается для питания нагрузки, и замыкание цепи зарядки конденсатора С1 предотвращает его перезарядку.

При следующем пересечении нуля сетевого напряжения симистор выключается, конденсатор C1 начинает заряжаться, и весь цикл повторяется сто раз в секунду. Очевидно, что чем позже конденсатор C1 заряжается и симистор начинает проводить, тем меньше энергии будет передано текущей нагрузке. Таким образом, простым способом мы получаем плавное регулирование мощности примерно от 99% до нуля. На этом все. Всем всего доброго.

Рубрики Разное

© 2022 Radio это просто • Создано с помощью GeneratePress

Простой регулятор напряжения — RadioRadar

Большинство описанных любительских регуляторов напряжения для автомобиля, а также промышленные регуляторы, которыми комплектуют серийно выпускаемые машины, предназначены для поддержания неизменяемого стабильного напряжения на выводах генератора. При повышении нагрузки (включении фар, вентилятора и других потребителей) падение напряжения на проводах увеличивается, а напряжение бортсети соответственно уменьшается, уменьшается и ток зарядки аккумуляторной батареи.

Для стабилизации напряжения на зажимах батареи вход регулятора подключают непосредственно к батарее. Как известно [Л], для нормальной подзарядки аккумуляторной батареи напряжение на ее зажимах следует увеличивать при уменьшении температуры. Поэтому независимость стабилизируемого регулятором напряжения от температуры следует считать большим недостатком. Даже если регулятор способен корректировать напряжение в зависимости от температуры подкапотного пространства, то этого недостаточно. Настроенный на оптимальный режим летом, регулятор ставит батарею в тяжелое положение зимой, когда воздух под капотом прогревается быстро, а сама батарея — лишь после нескольких часов езды. В результате батарея остается недозаряженной, и в холодное время года приходится ее подзаряжать.

Если же регулятор настроить на оптимальную работу в холодную погоду, летом батарею он будет перезаряжать, и придется периодически доливать в нее дистиллированную воду. Наилучшим решением является контролирование регулятором температуры самой батареи и напряжения на ее зажимах. Именно такой регулятор описан в [Л], но он довольно сложен, содержит электромагнитное реле и дефицитные стабисторы в датчике температуры. Описываемый здесь регулятор напряжения не содержит реле, в качестве датчика использованы маломощные кремниевые диоды. Кроме того, он существенно проще по схеме. Согласно [Л], необходимый абсолютный температурный коэффициент напряжения (ТКН), который должен обеспечивать регулятор, равен -40,5 мВ/°С или в относительных единицах -0,298 %/°С.

Примерно такой же относительный температурный коэффициент напряжения имеют моломощные кремниевые диоды при прямом токе в несколько миллиампер, атакжестабисторы, представляющие собой несколько включенных последовательно диодов. Абсолютный ТКН одного диода — около -2 мВ/°С, что при падении напряжения на нем 650 мВ дает относительное значение -2/650= -0,307%/°С. Отметим, что относительное значение ТКН цепи из нескольких диодов или стабисторов не зависит от их числа. Схема регулятора изображена на рис.1.

Вывод Б регулятора подключают отдельным проводом к плюсовому зажиму батареи, выводы Я и Ш — к выходу выпрямительного моста генератора и к его обмотке возбуждения соответственно. Общий провод регулятора соединен с корпусом автомобиля в месте установки регулятора. Цепь из восьми диодов VD4-VD 11 прикреплена к корпусу батареи и имеет тепловой контакт с ним. Эта цепь служит термозависимым источником образцового напряжения с необходимым ТКН. При выключенном зажигании автомобиля напряжение на выводе Я отсутствует, транзисторы VT1-VT3 закрыты, напряжение питания на операционный усилитель DA1 не поступает, транзисторы VT4-VT6 также закрыты, от батареи потребляется лишь начальный ток коллектора транзисторов VT1 и VT2, который неизмеримо меньше тока саморазрядки батареи. При включении зажигания открываются транзисторы VT1-VT3, через транзистор VT3 напряжение питания поступает на ОУ DA1. Напряжение с плюсового зажима батареи через транзистор VT2 подведено к делителю R5R6R7, а с движка резистора R6 — на инвертирующий вход ОУ DA1. На неинвертирующий вход ОУ напряжение подано с цепи диодов VD4-VD11. Пока двигатель выключен, напряжение, снимаемое с движка резистора R6, меньше падения напряжения на диодах VD4-VD11, на выходе ОУ напряжение близко к напряжению аккумуляторной батареи и транзисторы VT4-VT6 открыты, через обмотку возбуждения генератора течет ток. После запуска двигателя генератор начинает вырабатывать ток, напряжение на батарее увеличивается, операционный усилитель DA1 переключается, транзисторы VT4-VT6 закрываются, ток. вырабатываемый генератором, спадает, в результате чего снова происходит переключение ОУ и увеличение тока через обмотку возбуждения генератора. Открывание и закрывание транзисторов VT4-VT6 происходит с частотой несколько десятков или сотен герц, поддерживая необходимое напряжение на зажимах аккумуляторной батареи. Положительная обратная связь через резистор R12 обеспечивает гистерезис ОУ и превращает ОУ в триггер Шмитта. Стабилитрон VD2 согласует выходное напряжение ОУ с порогом переключения транзистора VT4. Особо следует отметить роль стабилитрона VD1, закрытого в нормальном режиме работы регулятора. Если бы его не было, то при обрыве проводов, идущих к датчику температуры VD4-VD11, ток через обмотку возбуждения генератора протекал бы непрерывно, напряжение бортовой сети сильно увеличилось, что опасно как для батареи, так и для других потребителей электроэнергии. Стабилитрон VD1 при отключении датчика температуры открывается и начинает работать источником образцового напряжения. Напряжение в бортовой сети хоть и увеличивается, но не так значительно, как при его отсутствии.

Конструкция. Все элементы регулятора, кроме диодов VD4-VD11, размещены на печатной плате размерами 93х60 мм из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм — Чертеж платы показан на рис.2.

Транзистор VT6 установлен на плате без теплоотвода на двух латунных втулках, выводы базы и эмиттера впаяны непосредственно в плату. Плата рассчитана на установку в корпус электромеханического реле-регулятора РР-24 на трех латунных стойках с резьбой. Выводами служат соответствующие выводы на корпусе. Датчик температуры состоит из сложенных в пакет трех пластин размерами 80х30х2 мм, одной латунной и двух стеклотекстолитовых. В средней стеклотекстолитовой пластине примерно в ее середине прорезано окно размерами 50х8 мм. В это пространство уложены восемь соединенных последовательно диодов. Выводы из провода МГТФ-0,14 помещены в ПВХ трубку, уложенную в узкий паз, пропиленный в средней пластине. Вся конструкция склеена в единое целое эпоксидной шпаклевкой, ею же заполнена внутренняя полость средней нластины. Латунную пластину передсклеиванием необходимо залудить, все детали датчика — тщательно обезжирить. Выводы датчика припаяны непосредственно к соответствующим точкам печатной платы. Выводы желательно для надежности дополнительно прикрепить к корпусу регулятора небольшим хомутом. Латунной пластиной датчик слегка вдавлен в разогретую мастику заливки батареи. Если она не имеет мастичной заливки, латунную пластину следует прижать к ровному участку боковой поверхности корпуса батареи резиновым кольцом, вырезанным из колесной камеры. Вывод Б регулятора удобнее, подключить не к плюсовому выводу батареи, а к плюсовому токовому зажиму стартера.

Детали. В регуляторе вместо КТ3102А (VT1, VT3, VT4) и КТ208К (VT2) могут быть использованы практически любые маломощные кремниевые транзисторы соответствующей структуры. Транзистор VT5 должен допускать ток коллектора не менее 150 мА; здесь можно использовать транзисторы из серий КТ208, КТ209, КТ313, КТ3108, КТ814, КТ816 с любым буквенным индексом. Предпочтение следует отдать транзисторам в металлическом корпусе. Стабилитрон VD2 — любой на напряжение 3,3…7 В.

Диод VD3 может быть любым на прямой ток не менее ЗА. Диоды серии КД206 удобно монтировать на плате, так как на их корпус выведен анод. Конденсаторы С1, С2, С4 — КМ5 или КМ6, СЗ -К53-1 или К53-4. Применение конденсаторов серии К50 или К52 нежелательно. Дроссель L1 — ДМ-0,1; постоянные резисторы — МТ или МЛТ, подстроечньгй R6 — СПЗ-19а. Налаживать устройство следует в определенном порядке. Сначала к выводу Б регулятора и к корпусу подключают регулируемый источник постоянного напряжения до 16,5 В и измеряют потребляемый от него ток. Стрелка микроамперметра на 100 мкА не должна заметно отклоняться. Далее между выводом Ш и общим проводом подключают резистор сопротивлением 120 Ом мощностью 2 Вт с параллельно включенным вольтметром (или маломощную лампу накаливания на напряжение 18…24 В). Вывод Я подключают к тому же источнику, установив его напряженке равным 13,6 В, и резистором R6 устанавливают такой порог переключения, при котором выходное напряжение на выводе Ш близко к нулю при увеличении напряжения источника сверх 13,6 В и близко к напряжению питания при уменьшении напряжения ниже этого значения. Затем отключают цепь диодов VD4-VD11 и подбирают стабилитрон VD1, добиваясь аналогичного переключения регулятора при напряжении источника питания 16. ..16,5 В. При подборке, если окажется необходимым, можно последовательно со стабилитроном VD1 включить один-два маломощных кремниевых диода в прямом направлении. Более точную регулировку проводят на автомобиле. Полностью зарядив батарею аккумуляторов, вольтметром (лучше цифровым) измеряют напряжение на его выводах без нагрузки. Запускают двигатель без стартера и резистором R6 устанавливают измеренное значение напряжения на зажимах батареи. При наличии амперметра на автомобиле критерием правильной регулировки устройства может служить значение зарядного тока спустя 5…10 мин после запуска двигателя при средней частоте вращения коленчатого вала и заряженной батарее. Ток должен быть в пределах 2…3 А независимо от мощности включенной нагрузки.

Описанный выше регулятор с традиционным термокомпенсированным стабилитроном Д818Е вместо диодов VD1 и VD4-VD11 несколько лет работал на автомобиле ГАЗ-24. В летнее время приходилось доливать в батарею воду, весной и осенью — подзаряжать ее. После установки датчика VD4-VD11 необходимость в указанных операциях отпала. Вместе с использованием тиристорно-транзисторного блока электронного зажигания с удлиненной искрой, обеспечивающим быстрый запускдвигателя в самых различных условиях эксплуатации, описанный регулятор напряжения позволил довести срок службы аккумуляторной батареи до девяти лет.

 Автор: С.БИРЮКОВ, РАДИО 1, 1994г.

ЛИТЕРАТУРА

Ломанович В.А. Термокомпенсированный регулятор напряжения. — Радио, 1985, № 5, с. 24—27.

Рассмотрены простые схемы регуляторов напряжения и тока

В этой статье мы анализируем некоторые важные схемы регуляторов напряжения с использованием дискретных компонентов, таких как транзисторы, стабилитроны, резисторы и т. д. Эти регуляторы очень гибки благодаря своим конструктивным характеристикам и могут быть настроены для создания любых уровень постоянного напряжения и постоянного тока, по желанию.

Что такое регулятор

Основная функция схемы регулятора постоянного тока — генерировать фиксированное и постоянное напряжение и ток на определенных заданных уровнях. Таким образом, регулятор используется в источнике питания для поддержания выходного напряжения или тока в определенных фиксированных пределах.


Также рекомендуется для вас: Схемы регулятора напряжения с использованием транзистора и стабилитрона выходное напряжение или ток не зависят от нагрузки. Эти источники должны были бы быть в состоянии производить бесконечное количество энергии, и они, очевидно, просто существовали бы только в теории.

Когда требуется действительно чистый источник постоянного тока, часто становятся полезными линейные стабилизаторы, поскольку они производят меньший шум, пульсации и лучшее управление. Эти стабилизаторы, как правило, представляют собой устройства с тремя клеммами (вход, общая земля и выход), поэтому требуется лишь несколько внешних компонентов (для популярных микросхем регуляторов серий 7800 и 7900 требуется всего пара конденсаторов емкостью от 0,01 мкФ до 1 мкФ, и только при определенных условиях. )

Эти регуляторы могут буквально демонстрировать регулирование намного ниже 1%, а также обеспечивать значительное ограничение тока и встроенную функцию предотвращения отказов. Существуют также импульсные стабилизаторы и микросхемы преобразователей напряжения, которым действительно требуется очень мало внешних конденсаторов и ничего больше. Эти недорогие регуляторы и преобразователи делают возможным и простым обеспечение дискретных цепей напряжениями, которые не могут быть поданы через основной источник питания системы. Такие конфигурации часто позволяют избежать ограничений по питанию, предоставляя большую свободу проектирования.

Простейший регулятор

В простейшем регуляторе используется устройство с двумя выводами, такое как стабилитрон, с характеристикой поддержания постоянного напряжения на нем. На рисунке 1 ниже показана базовая схема.

Зенеровские диоды могут быть соединены последовательно в любой конфигурации для получения еще более высоких напряжений. Должен быть встроен токоограничивающий (балластный) резистор, поскольку эти устройства будут пытаться поддерживать постоянное напряжение на клеммах, вытягивая любой ток, доступный от источника питания.

Эффективность важна.

Полное сопротивление регулирующего устройства может быть очень низким, и оно может быстро потреблять катастрофические количества тока при отсутствии ограничительного резистора и выйти из строя.

Поэтому для стабилитрона необходим ограничительный резистор. Поскольку регулирующий компонент шунтирован поперек нагрузки, этот тип схемы стабилитрона (рис. 1) часто называют стабилизатором шунтирующего типа.

Этот метод очень хорошо работает для приложений с низким энергопотреблением, когда требуется ток всего в несколько миллиампер, а регулирования (% изменения напряжения или тока при различных нагрузках) достаточно всего на несколько процентов.

Поскольку весь ток, протекающий через ограничительный резистор, представляет собой сумму тока нагрузки и тока регулятора, необходимого для поддержания напряжения, эффективность часто бывает низкой, особенно при малых нагрузках.

Большой ток может проходить через регулятор при отключении или изменении нагрузки. Хотя это не проблема для крошечных схем, таких как схема генератора , которая потребляет всего несколько миллиампер, это может быть проблемой в схеме, такой как крошечное цифровое устройство, для которого может потребоваться около 1 ампера при 5 вольтах.

В некоторых случаях (светодиодные индикаторы, выключатели) система может потреблять менее 50 миллиампер в режиме ожидания и 1 ампер в активном режиме. В таких случаях стабилизатор на стабилитроне будет крайне неэффективен, так как ему придется пропускать примерно 1 А через стабилитрон, пока система простаивает и, следовательно, не потребляет свой рабочий ток.

В таком сценарии, если входное напряжение составляло 12 вольт, эффективность стабилизатора 12 В на 5 В могла бы быть крайне низкой из-за наличия постоянной нагрузки более 1 ампера на источнике 12 вольт, даже если нагрузка на 5 сторона питания вольта была маленькой.

Это эквивалентно 12 Вт или даже больше выделению тепла, что является крайне неэффективным условием.

Простым решением является использование активного регулятора, который может не потреблять столько тока для работы.

Следует, однако, отметить, что всегда будет некоторая потеря напряжения на регуляторе. Поскольку схема регулятора представляет собой усилитель, для ее работы требуется некоторое напряжение.

Напряжение база-эмиттер проходного транзистора составляет от 0,6 до 0,7 вольт, и в резисторах смещения будут некоторые потери напряжения. Входное напряжение должно быть постоянно как минимум на 2–5 вольт выше максимального ожидаемого выходного напряжения; он никогда не должен опускаться ниже этого уровня, иначе это повлияет на управление выходом.

Это минимальное напряжение должно всегда поддерживаться при минимальном входном линейном напряжении при полной нагрузке. Ниже этого порога мгновенные изменения из-за пульсаций входного питания, переходных процессов нагрузки и т. д. приведут к потере регулирования («пропаданию»).

Регулятор с использованием транзисторного эмиттерного повторителя

На рис. 2 ниже транзистор эмиттерного повторителя используется для минимизации тока, потребляемого устройством регулятора. На стабилитрон поступает 10 или 20 мА. Это напряжение подается на базу транзистора, который называется «проходным» транзистором, поскольку он предназначен для прохождения тока нагрузки.

Это может быть мощный транзистор, рассчитанный на многоамперный ток.

Ток нагрузки состоит из тока коллектора, составляющего основную часть тока, и тока базы. Ток базы равен току коллектора, деленному на коэффициент усиления транзистора по постоянному току (или бета, которая обычно равна 50).

Предполагая, что транзистор имеет усиление по току β, равное 50, и ток нагрузки 1 ампер, ток коллектора можно рассчитать, как указано ниже

Ток коллектора = β/(β+1) = 1 ампер или 50/51 ампер.

Базовый ток можно рассчитать по следующей формуле:

Базовый ток = 1/(β +1) или 1/51 ампер.

Это несколько меньше 20 миллиампер. На рис. 2 выше показана базовая конструкция регулятора.

Использование транзистора Дарлингтона с проходным транзистором

На рисунке 3 ниже показано, как вспомогательный транзистор можно использовать в качестве промежуточного каскада, если проходной транзистор является устройством с очень высоким током и низким значением hFE.

Промежуточный транзистор сконфигурирован как пара Дарлингтона с проходным транзистором, что значительно увеличивает коэффициент усиления по току, а также повышает его способность передавать ток.

Следует отметить, что при отсутствии нагрузки единственным током, потребляемым схемой, является ток только стабилитрона.

Создание регулируемого регулятора

Также можно присоединить переменный резистор или потенциометр к стабилитрону, и если вы подсоедините движок потенциометра к базе транзистора, вы можете получить переменное выходное напряжение, как показано на рис. Рис. 4 ниже.

Проблема с этой схемой в том, что она не лучше (на самом деле, несколько хуже), чем стабилитрон в качестве регулятора. Не существует системы, гарантирующей, что выходное напряжение на нагрузке остается постоянным.

Кроме того, падение напряжения между базой и эмиттером проходного транзистора приводит к небольшому снижению выходного напряжения (обычно от 0,6 до 0,7 В на транзистор). Если потенциометр используется для изменения выходного напряжения, вы можете обнаружить дополнительные потери из-за сопротивления потенциометра.

Это сопротивление приводит к снижению регулирования. Регулятор не может узнать, упало ли выходное напряжение. Что действительно необходимо, так это средство для измерения выходного напряжения, сравнения его с установленным эталоном и автоматического изменения выходного напряжения на соответствующее значение.

Это требует использования механизма обратной связи для регулирования выходного напряжения. С еще несколькими элементами мы покажем вам действительно простой способ добиться этого.

Регулятор с обратной связью для повышения точности выходного сигнала

На рис. 5 ниже показан очень простой регулятор с обратной связью, в котором выходное напряжение имеет некоторый контроль над своим точным уровнем. R1 и R2 образуют делитель напряжения, который измеряет выходное напряжение и посылает его на базу транзистора Q1.

Падение напряжения на стабилитроне D1 удерживает на эмиттере транзистора Q1 заданное и регулируемое напряжение. Ток смещения от R3 и ток эмиттера от Q1 вызывают этот провал.

Это падение создается током смещения R3 и током эмиттера Q1.

Если выходное напряжение падает, транзистор Q1 отключается, позволяя меньшему току течь через резистор смещения R4. Напряжение на коллекторе увеличится, увеличивая напряжение на базе проходного транзистора Q2 и, следовательно, на эмиттере Q2, который, как правило, является выходным выводом регулятора питания.

Это увеличение напряжения будет отправлено на базу Q1, компенсируя первоначальный провал. Общее воздействие приведет к повышению стабильности выходного напряжения.

100% Совершенство невозможно

Эта настройка, однако, не идеальна. Схема регулятора представляет собой усилитель с обратной связью с ограниченным коэффициентом усиления. Поскольку усиление по напряжению в основном обеспечивается Q1, схема может иметь чистое усиление по напряжению без обратной связи, которое может составлять около 20-100, в зависимости от усиления Q1, нагрузки источника питания, импеданса стабилитрона и других параметров. Усиление контура можно определить как произведение общего усиления на коэффициент обратной связи.

В этой ситуации коэффициентом обратной связи является отношение R2 /(R1 + R2). При прочих равных, чем больше коэффициент усиления контура, тем лучше регулирование. На самом деле эта схема будет предлагать улучшение регулирования в 10 или более раз по сравнению с более ранними схемами. Однако эта схема имеет определенные ограничения, некоторые из которых следующие:

  • В Q1 выходное напряжение не может быть ниже, чем напряжение стабилитрона + потери база-эмиттер.
  • Нет ограничения тока или защиты от короткого замыкания. Поскольку на резисторе R4 всегда будет потеря напряжения, максимальное регулируемое выходное напряжение ограничено.
  • Поскольку коэффициент обратной связи R2 /(R1 + R2) снижается с увеличением выходного напряжения, регулирование постепенно ухудшается.
  • Поскольку часть токов смещения (через R3 и R4) возникает с нерегулируемой стороны, на выход будут влиять колебания входного напряжения, что ухудшит регулирование.

Эти проблемы могут быть решены путем настройки схемы и установки нескольких дополнительных компонентов. Первую проблему можно решить с помощью низковольтного стабилитрона, хотя самые надежные стабилитроны рассчитаны примерно на 5–8 вольт.

Можно использовать вторичную плавающую цепь источника питания для подачи напряжения ниже (отрицательного) заземления и переключения R2 на отрицательное напряжение, а не на землю.

Подключите сопротивление к входу, и падение напряжения на нем может работать как функция тока нагрузки, которая может влиять на выход регулятора. Дополнительный коэффициент усиления без обратной связи можно получить, используя дополнительные транзисторы или операционный усилитель.

Ограничение тока

На рис. 6 ниже показан один из способов включения ограничения тока. Резистор R4 соединен последовательно с PNP-транзистором Q1, который служит источником тока.

Этот резистор необходим для ограничения тока, подаваемого на D1. На базе транзистора Q1 диоды D2 и D3 генерируют очень постоянное напряжение, которое на 1,4 В ниже входного напряжения регулятора.

Q1 проводит ток до тех пор, пока падение напряжения, вызванное током коллектора проходного транзистора, составляет менее 0,7 В на выборочном резисторе R5. По мере нарастания тока нагрузки падение на резисторе R5 возрастает до такой степени, что оно начинает отключать транзистор Q1.

Резистор R4 теперь может вызывать падение базового напряжения проходного транзистора Q2, вызывая уменьшение выходного напряжения регулятора. Поскольку этот ток также смещает эталонный стабилитрон D1, опорное напряжение падает, снижая выходное напряжение. Таким образом, ток, отбираемый от регулятора, может быть ограничен таким образом.

Падение на 0,7 В на резисторе R5 инициирует ограничение тока, поэтому сопротивление резистора R5 должно быть равно 0,7/(Предел тока) или около 0,7 Ом для 1 ампера, 0,35 Ом для 2 ампер и т. д.

Использование операционного усилителя

На рис. 7 ниже показано, как можно использовать операционный усилитель для улучшения управления. Обратите внимание, что прирост теперь резко увеличится. Тем не менее, в определенных обстоятельствах почти наверняка потребуется частотная коррекция, поскольку фазовый сдвиг контура может вызывать колебания на некоторых или всех стадиях нагрузки.

Хотя напряжение смещения для операционного усилителя может подаваться напрямую от стабилизатора, обычно желателен дополнительный вспомогательный источник малой мощности.

Для операционного усилителя может потребоваться отрицательный источник, особенно в том случае, если регулятор предназначен для регулировки или понижения выходного напряжения до нуля вольт, как в лабораторном источнике питания.

На этом мы завершаем нашу статью о простых схемах стабилизаторов напряжения. Если у вас есть какие-либо вопросы или изменения, связанные с вышеуказанными концепциями, пожалуйста, не стесняйтесь комментировать ниже для быстрого ответа.

Простая схема переключаемого регулятора напряжения

Ссылаясь на рисунок выше, можно построить трехступенчатый источник питания, управляемый напряжением, путем последовательного соединения трех стабилитронов с переключателем и несколькими другими легкодоступными компонентами.

Источник питания может быть 12 В или 15 В постоянного тока.

Когда переключатель S1 установлен в режим 6 В, 6 В постоянного тока от источника питания, проходящего через резистор R1, смещает входной транзистор T1. Те же 6В воспроизводятся на выходе схемы.

Поскольку T1 сконфигурирован как эмиттерный повторитель, прямое напряжение выводов база/эмиттер транзистора, равное 0,6 В, будет вычтено из 6 В, а окончательный выходной сигнал будет равен 6 — 0,6 = 5,4 В.

Выходной сигнал увеличивается на 3 вольта, когда в цепь вводится 3-вольтовый стабилитрон (D2), когда переключатель S1 перемещается в положение 9 вольт. При включении второго 3-вольтового стабилитрона транзистор будет смещен на 12 вольт, когда переключатель будет переведен в положение 12 вольт. Выход схемы фильтруется конденсатором C1.

Базовые знания регулятора напряжения (1/4)

История линейных регуляторов CMOS относительно нова. Они разработаны с использованием портативных электронных устройств с батарейным питанием. Поскольку КМОП-процессы использовались в крупномасштабных интегральных схемах, таких как БИС и микропроцессоры, они постоянно миниатюризировались. В полной мере используя преимущества технологии миниатюризации, линейные стабилизаторы CMOS стали ИС управления питанием, которые широко используются в продуктах портативной электроники для реализации низкого профиля, низкого падения и низкого тока питания.

Чем они отличаются от биполярных линейных регуляторов?

Как правило, линейный стабилизатор на КМОП обеспечивает меньший ток питания по сравнению с биполярным линейным стабилизатором. Это связано с тем, что биполярный процесс управляется током, а процесс CMOS управляется напряжением. [См. рис. 1]

[Рис. 1] Устройство, управляемое током, и устройство, управляемое напряжением

Биполярный транзистор

Ток проходит между эмиттером и коллектором, когда ток базы включен. Базовый ток должен быть включен, чтобы получить выходной ток.

МОП-транзистор

Ток протекает между истоком и стоком, когда на затвор подается напряжение. Когда электрический заряд заряжен, для включения не требуется ток.

Линейные стабилизаторы, не требующие тактовой синхронизации, особенно подходят для достижения низкого тока питания, поскольку рабочий ток регуляторов может быть почти нулевым в цепях, отличных от аналоговых рабочих цепей.

Одним из примеров биполярных линейных регуляторов является серия 78, многоцелевые 3-контактные регуляторы. Поскольку диапазон входного напряжения серии достигает 30–40 В, а серия может потреблять более 1 А тока, серия используется в различных бытовых приборах и промышленном оборудовании. Тем не менее, серия не имеет низкого отсева, поскольку структура вывода серии представляет собой NPN-выход Дарлингтона. В таблице 1 показаны некоторые основные характеристики серии.

[Таблица 1] Основные характеристики многоцелевых регуляторов серии 78
Серия продуктов Максимум
Выходной ток
Номинальная входная мощность
Напряжение
Рабочий
Текущий
Падение напряжения
78хх 35В, 40В 4~8 мА 2В@1А
78Мхх 500 мА 35В, 40В 6~7 мА 2 В при 350 мА
78Nxx 300 мА 35В, 40В 5~6 мА 1,7 В при 200 мА
2В@300мА
78Lxx 100 мА 30В, 35В, 40В 6~6,5 мА 1,7 В при 40 мА

Тем не менее, количество процессов, необходимых для биполярных линейных стабилизаторов, составляет около половины или двух третей КМОП-технологий, и поэтому биполярный линейный стабилизатор более экономичен, чем стабилизатор КМОП, даже если размер его кристалла больше. Таким образом, биполярный линейный регулятор лучше подходит для использования с большим током или высоким напряжением. С другой стороны, технологии миниатюризации процесса CMOS хорошо развиты и имеют такие преимущества, как низкое напряжение, низкое падение напряжения, небольшой размер и низкое энергопотребление.

Где и как используется CMOS?

Линейные стабилизаторы

CMOS широко используются в портативных электронных устройствах с батарейным питанием из-за их характеристик низкого падения и низкого тока питания. Регуляторы LDO (Low Dropout) позволяют использовать батарею до предела, и поэтому регуляторы теперь являются важными ИС управления питанием для таких устройств, как мобильные телефоны, цифровые камеры и портативные ПК, для обеспечения длительного времени автономной работы. Поскольку LDO-регуляторы способны потреблять большой ток с небольшим перепадом входного и выходного напряжения при минимальных тепловых потерях, они могут удовлетворить широкий диапазон требований к току каждого устройства.

Некоторые типы регуляторов с малым током питания используют менее 1 мкА тока собственного питания. Благодаря этой функции эти типы регуляторов могут поддерживать ток питания электронных устройств и беспроводных приложений, таких как мобильные телефоны, на минимально возможном уровне, когда эти устройства находятся в спящем режиме. Поскольку эти регуляторы также могут обеспечить преимущества технологии миниатюризации CMOS, они предлагают большой потенциал для устройств мобильной электроники, которые требуют низкого профиля и высокой точности.

Пакеты

Стандартные пакеты, используемые для линейных регуляторов CMOS: SOT-23 и SOT-89. В последнее время также стали доступны сверхмалые пакеты, такие как CSP (упаковка в масштабе чипа). Поскольку разработка интегральных схем управления питанием обусловлена ​​развитием мобильных устройств, они, как правило, герметизируются в небольших корпусах для поверхностного монтажа. На рисунке 1 показаны репрезентативные упаковки.

[Рисунок 1] Примеры комплектов регуляторов CMOS

СОТ-89: Стандартная мини-форма Power Mold

SOT-23: стандартная мини-форма

USP-6C: Стандартный пакет типа USP

USPQ-4B04: Стандартный пакет типа USP

USP-6B06: Стандартный пакет типа USP

WLP-5-02: Стандартный пакет типа WLP

Особенности: Что может CMOS?

Суть линейных стабилизаторов в качестве ИС управления питанием заключается в том, что они напрямую подключены к аккумулятору или адаптеру переменного тока, поэтому необходимо обращать внимание на максимальное входное напряжение. Правила проектирования ИС для процессов CMOS варьируются в зависимости от максимального входного напряжения, а максимальное входное напряжение и технология микроминиатюризации находятся в обратной зависимости; они не действуют взаимно, как «большее служит меньшему». Если вы выберете высокое входное напряжение, размер ИС будет больше, а ее производительность уменьшится, а если вы выберете ИС малого размера, вам нужно быть осторожным с максимальным входным напряжением. Существуют различные КМОП-регуляторы с различными максимальными входными напряжениями для различных приложений. Вы должны выбрать наиболее подходящие, внимательно изучив типы источников питания и желаемые характеристики вашего устройства [см. Таблицу 2].

[Таблица 2] Категории продукции по рабочему напряжению (трехполюсные регуляторы напряжения)
Рабочее напряжение Серия продуктов Пакет
УСП-3 СОТ-23 СОТ-89 СОТ-223 ТО-252
1,5 В ~ 6 В КС6218        
1,8 В~6 В КС6206      
2 В ~ 10 В КС6201        
2 В ~ 20 В КС6202    
2В~28В КС6216    

Линейные стабилизаторы

CMOS можно разделить на категории с низким током питания, большим током, высоким напряжением, высокой скоростью, LDO и так далее. Для этих категорий нет строгого определения, но обычно «низкий ток питания» — это те, у которых ток питания составляет несколько мкА, «большой ток» — это те, которые могут тянуть 500 мА и более, «высокое напряжение» — это те, у которых ток питания составляет несколько мкА. напряжением от 15 В до 20 В и более, а «высокоскоростными» являются те, у которых коэффициент подавления пульсаций составляет примерно 60 дБ при 1 кГц. «LDO» также не имеет точного определения. Первоначально это относилось к выходу с малым падением напряжения на выходе PNP и выходе P-ch MOSFET по сравнению с падением напряжения на выходе эмиттерного повторителя NPN и на выходе NPN Дарлингтона биполярного линейного регулятора. На рис. 2 показаны типы выходных транзисторов. В наши дни значение менее 2 Ом при 3,3 В при преобразовании сопротивления во включенном состоянии становится одним из стандартов определения.

[Рисунок 2] Модели выходного драйвера

NPN Выход эмиттерного повторителя

Цепь управления должна быть выше на 0,6 В (базовое напряжение), чем выходной контакт, чтобы протекал базовый ток. Цепь управления работает от входного источника питания, поэтому необходимо падение напряжения 0,6 В.

NPN Выход Дарлингтона

Необходимо падение напряжения 1,2 В или более, поскольку схема состоит из 2 цепей эмиттерного повторителя. Схема может выдавать большой ток, потому что ток базы нагрузочного транзистора может быть усилен предварительным драйвером.

Транзисторный выход PNP

Транзисторный выход PMOS

Транзистор включается, когда входное напряжение ниже базового напряжения и/или приложено напряжение затвора. Нет ограничений на входное напряжение источника питания по отношению к напряжению на выходных контактах. Падение напряжения невелико, потому что схема работает, если есть базовое напряжение или напряжение затвора, а также входное напряжение питания, которое может управлять схемой управления.

Помимо вышеперечисленных типов регуляторов, существуют регуляторы с функцией ВКЛ/ВЫКЛ с помощью контакта Chip Enable в зависимости от необходимости, составные регуляторы с 2 или 3 каналами, регуляторы со встроенным детектором напряжения и т. д. Такое широкое разнообразие является еще одной особенностью CMOS. Это связано с тем, что процесс КМОП может легко масштабировать схемы и снижать ток питания, поскольку он может полностью отключать определенные блоки ИС, когда схемы отключаются по отдельности. На рис. 3 показана блок-схема двухканальных выходных регуляторов серии XC6415. Этот продукт может независимо включать и выключать VR1 и VR2.

[Рис. 3] Блок-схема 2-канального регулятора (серия XC6415)

Внутренняя схема и базовая структура

Внутренняя схема состоит из источника опорного напряжения, усилителя ошибки, резистора предварительной настройки выходного напряжения и выходного P-ch MOSFET транзистора. Некоторые схемы также имеют ограничитель постоянного тока, схему обратного хода и функцию отключения при перегреве в целях защиты. Поскольку сложно построить опорные цепи с запрещенной зоной, которые используются для биполярных процессов в качестве источника опорного напряжения, обычно используемые источники опорного напряжения уникальны для процесса CMOS. По этой причине температурные характеристики выходного напряжения несколько уступают биполярным линейным стабилизаторам.

Кроме того, внутренняя фазовая компенсация и электрические схемы различаются в зависимости от типа регулятора, например, с малым током питания, высокоскоростным и совместимым с конденсатором с низким ESR. Например, в то время как стабилизатор с малым током питания обычно использует два усилителя, быстродействующий стабилизатор иногда содержит три усилителя. На рис. 4 показана принципиальная блок-схема высокоскоростного регулятора.

Путем добавления буферного усилителя между предусилителем и выходным P-ch MOSFET-транзистором буферный усилитель может управлять нагрузкой P-ch MOSFET-транзистора с более высокой скоростью, несмотря на большую емкость затвора. Выходное напряжение может быть определено номиналами разделенных резисторов R1 и R2, а предельное значение тока определяется номиналами разделенных резисторов R3 и R4. Каждое значение точно устанавливается обрезкой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *