Как повысить точность встроенных стабилизаторов напряжения. Какие компоненты можно добавить для улучшения стабильности выходного напряжения. Какие преимущества имеет микросхема LM2941CT по сравнению с LM317T. Как реализовать источник питания 12 В / 1 А с высокой точностью.
Преимущества встроенных стабилизаторов напряжения
Внедрение встроенных стабилизаторов напряжения значительно упростило разработку регулируемых источников питания для инженеров-электронщиков. До их появления создание стабилизированных источников питания, особенно с защитой от короткого замыкания, было довольно сложной задачей.
Основные преимущества встроенных стабилизаторов напряжения:
- Низкая стоимость
- Компактные размеры
- Встроенная защита от короткого замыкания
- Ограничение выходного тока
- Тепловая защита от перегрева
Недостатки встроенных стабилизаторов напряжения
Несмотря на все преимущества, встроенные стабилизаторы напряжения имеют один существенный недостаток — невысокую точность стабилизации выходного напряжения.
В этой статье будет показано, как можно улучшить точность стабилизации путем добавления нескольких внешних компонентов к подходящему встроенному стабилизатору.
Выбор базового стабилизатора напряжения
В качестве примера рассмотрим реализацию источника питания с выходным напряжением 12 В и током до 1 А. В качестве базового стабилизатора выбрана микросхема LM2941CT, которая имеет ряд преимуществ по сравнению с популярной LM317T:
- Малое падение напряжения между входом и выходом — всего 0.7 В во всем температурном диапазоне
- Высокий КПД за счет низкого падения напряжения
- Возможность использования радиаторов меньшего размера
- Работа при более высокой температуре окружающей среды
- Пренебрежимо малый ток регулировки
- Наличие вывода включения/выключения
- Защита от обратной полярности входного напряжения
- Встроенный защитный диод между входом и выходом
Схема высокоточного стабилизатора напряжения
На рисунке 2 представлена принципиальная схема высокоточного стабилизатора напряжения на основе LM2941CT:
«` «`Основные компоненты схемы:
- IC1 — стабилизатор напряжения LM2941CT
- C1 — выходной конденсатор 22 мкФ
- C2 — входной конденсатор 10 мкФ
- R1, R2 — резисторы цепи обратной связи
Принцип работы схемы
Стабилизатор LM2941CT поддерживает постоянное напряжение 1.275 В между выводами Output и Adjust. Это напряжение падает на резисторе R2. Ток через R2 также протекает через R1, создавая на нем дополнительное падение напряжения. Таким образом, выходное напряжение определяется соотношением:
Vout = 1.275 * (1 + R1/R2)
Для получения выходного напряжения 12 В сопротивления резисторов должны быть в соотношении:
R1/R2 = (12/1.275) — 1 = 8.41
Повышение точности стабилизации
Для повышения точности стабилизации выходного напряжения можно применить следующие меры:
- Использовать прецизионные резисторы R1 и R2 с допуском 0.1% или лучше
- Применить термокомпенсированный стабилитрон вместо внутреннего источника опорного напряжения
- Добавить операционный усилитель для компенсации падения напряжения на выходном транзисторе стабилизатора
Выбор компонентов
При выборе компонентов для высокоточного стабилизатора напряжения следует обратить внимание на следующие моменты:
- Резисторы R1 и R2 должны иметь низкий температурный коэффициент сопротивления
- Конденсаторы C1 и C2 должны быть качественными с низким ESR
- Для повышения стабильности можно использовать металлопленочные резисторы
- При больших токах нагрузки необходимо обеспечить хороший теплоотвод от микросхемы стабилизатора
Измерение параметров стабилизатора
Для оценки качества работы высокоточного стабилизатора напряжения необходимо измерить следующие параметры:
- Точность установки выходного напряжения
- Нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения
- Нестабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки
- Уровень пульсаций выходного напряжения
- Температурный дрейф выходного напряжения
Измерения следует проводить прецизионным вольтметром с высоким входным сопротивлением.
Заключение
Применение описанных методов позволяет значительно повысить точность стабилизации напряжения встроенных стабилизаторов. При правильном выборе компонентов можно добиться нестабильности выходного напряжения менее 0.1% во всем диапазоне входных напряжений и токов нагрузки.
xx — низковольтные интегральные стабилизаторы напряжения, справочник
Микросхемы серий AMS1117, LD1117A, IL1117A (аналог К1254ЕНхх, завод «Транзистор», Минск) представляют собой линейные стабилизаторы напряжения положительной полярности с низким напряжением насыщения, производятся в корпусах SOT-223 и D-Раск.
Обзор микросхем
Выпускаются на фиксированные напряжения:
- 1,2,
- 1,5,
- 1,8,
- 2,5,
- 2,85,
- 3,3,
- 5,0 вольт
- и 1,25 В регулируемый.
Выходной ток микросхем до 1 А, максимальная рассеиваемая мощность 0,8 Вт для микросхем в корпусе SOT-223 и 1,5 Вт выполненных в корпусе D-Pack.
В микросхемы встроена система защиты по температуре и рассеиваемой мощности. Встроенная система защиты от перегрева снижает выходное напряжение и ток, не позволяя повысится температуре кристал-ла выше 150°C.
Система температурной защиты не заменяет теплоотвод. В его качестве может быть полоска медной фольги печатной платы, небольшая медная, латунная пластинка, теплопроводящая керамика.
Микросхема крепится к теплоотводу пайкой теплопроводящего фланца или приклеивается корпусом и фланцем с помощью теплопроводного клея.
Применение микросхем этих серий обеспечивает повышенную стабильность выходного напряжения (до 1%), низкие коэффициенты нестабильности по току и напряжению (менее 10мВ), более высокий КПД, что позволяет снизить входные напряжения питания.
Микросхемы серии 1117 широко используются в компьютерной технике: в составе схем системных плат, видео, звуковых картах, ТВ-тюнерах, разнообразных контроллерах.
Принципиальная схема
На рис. 1 приводится схема блока питания — стабилизатора напряжения положительной полярности на фиксированное выходное напряжение 3,3 В. Входное напряжение стабилизатора может быть в пределах 4,6..12 В.
Рис. 1. Схема блока питания и стабилизатора напряжения положительной полярности на 3,3 В.
Этот стабилизатор идеально подходит для питания различных мобильных карманных устройств с автономным питанием 3 В.
На нём можно построить как миниатюрный блок питания, так и использовать как подключаемый стабилизатор к сетевым адаптерам — традиционным трансформаторным и современным импульсным, например, используемым для зарядки сотовых телефонов.
Этот стабилизатор также можно подключать к бортовой сети автомобиля +12 В через LC помехоподавляющий фильтр. Диод VD2 предназначен для того, чтобы защитить стабилизатор от неправильного подключения.
Дроссель L1 и конденсаторы С1-C3 предназначены для подавления сетевых помех.
Умощнение схемы
Если вам требуется более мощный стабилизатор, то его схему нужно немного усложнить, добавив в неё один транзистор VT1 и резистор R1, рис. 2.
Транзистор серии КТ818 в пластмассовом корпусе может рассеивать до 1 Вт мощности, в металлическом корпусе до 2,5…3 Вт. Если требуется большая мощность, то транзистор следует установить на теплоотвод. Лучшим решением будет то, если и транзистор, и микросхема будут установлены на общий теплоотвод, максимально близко один корпус к другому.
Рис. 2. Схема усиленного стабилизатора напряжения на микросхеме AMS1117-3,3 и транзисторе КТ818Б.
Поскольку, при такой схеме включения защита микросхемы от перегрузки по току не будет работать, чтобы ощутимо не усложнять схему устройства, питать стабилизатор можно через самовосстанавливающийся предохранитель.
Если использован транзистор в пластмассовом корпусе, например, КГ818А, то максимальный ток нагрузки может быть до 8А, если в металлическом, например, КТ818БМ, то 12 А.
Технические характеристики
Если вы хотите построить собственный вариант стабилизатора на микросхеме серии 1117, можете воспользоваться данными из табл. 1.
Таблица 1.
| Наименование параметра | Режим измерения | He менее | Тип | Не более |
| Выходное напряжение, В | ||||
| IL1117А —Adj (Регулируемый) | Ін = 10 мА. .. 1 А, Ubx -UH = 1,5…13,75 В |
1.238 | 1,250 | 1,262 |
| IL1117A-1.8 | Ін = 0…1 А, Ubx = 3,3. .12 В | 1.773 | 1,800 | 1,827 |
| IL1117A-2.5 | Ін = 0…1 А, Ubx = 4,0… 12 В | 2462 | 2,500 | 2,538 |
| ІИ117А-2.85 | Ін = 0…1 А, Ubx = 4,4…12 В | 2.807 | 2,850 | 2,893 |
| ІИ117А-З.3 | Ін = 0…1 А, Ubx = 4,8. ..12 В | 3.250 | 3,300 | 3,350 |
| IL1117А—5.0 | Ін = 0…1А, Ubx = 6,5 В…15 В | 4.925 | 5,000 | 5,075 |
| Выходное напряжение, В | ||||
| IL1117A (Регулируемый) | Tj = 0°C…+125°C. Ін = 10 МА…1 А, Ubx -Uh = 1,5…13,75 В | 1,225 | 1,250 | 1,280 |
IL1117A-1. 8 |
Ін = 0…1 А, Ubx = 3,3…12 В | 1,764 | 1,800 | 1,836 |
| IL1117А—2.5 | Ін = 0…1 А, Ubx = 4,0…12 В | 2,450 | 2,500 | 2,550 |
| IL.1117А—2.85 | Ін = 0…1 А, Ubx = 4,4…12 В | 2,790 | 2,850 | 2,910 |
| IL1117A-3.3 | Ін = 0…1 А, Ubx = 4,8…12 В | 3,240 | 3,300 | 3,360 |
| IL1117A-5.0 | Ін = 0…1 А,Ubx = 6,5…15 В | 4,900 | 5,000 | 5,100 |
| Коэффициент нестабильности по току | ||||
| IL1117A—Adj (Регулируемый) | Ін = 10 мА, Ubx-U0= 1.5 …13,75 В | 0,1 % | 0,2 % | |
| IL1117A -1.8 | Ін = 0, Ubx = 3,3 …12 В | 2 мВ | 7 мВ | |
IL1117A-2. 5 |
Ін = 0, Ubx = 4,0…12 В | 2 мВ | 7 мВ | |
| IL1117A-2.85 | Ін = 0, Ubx = 4,4 …12 В | 2 мВ | 7 мВ | |
| IL1117A -3.3 | Ін = 0, Ubx = 4,8 …12 В | 3 мВ | 7 мВ | |
| IL1117A -5.0 | Ін = 0, Ubx = 6,5 …15 В | 4 мВ | 10 мВ | |
| Коэффициент нестабильности по напряжению | ||||
| IL1117А-Adj (Регулируемый) | Ін = 10 мА… 1 А, Ubx — Uh = 2 В | 0.2 % | 0.4 % | |
| IL1117A-1.8 | Ін = 0…1 А, Ubx = 3,8 В | 3 мВ | 10 мВ | |
| IL1117A-2.5 | Ін = 0…1 А, Ubx = 4,5 В | 3 мВ | 10 мВ | |
IL1117A-2. 85 |
Ін = 0…1 А, Ubx = 4,85 В | 3 мВ | 10 мВ | |
| IL1117A-3.3 | Ін = 0…1 А, Ubx = 5,3 В | 4 мВ | 12 мВ | |
| Ток потребления | Ubx-Uh = 5B | 5,2 мА | 10мА | |
| Ток по управляющему выводу | Ін = ЮмА, Ubx — Uh = 1,4…10 В | 50 мкА | 120 мкА | |
| Температурный дрейф | Tj= 0°C… + 125°C | 0.5 % | ||
| IL1117A-5.0 | Ін = 0…1 A, Ubx = 7,0 В | 5 мВ | 15 мВ | |
| Напряжение насыщения, для всех типов, В | ||||
| Ін = 800 мА І н = 1 A | 1,10 1,20 | 1,20 1,30 | ||
Ін = 1 A (Tj = 0°C. ..+125°C) |
1,20 | 1,48 | ||
| Ограничение по выходному току, мА | ||||
| I | Ubx — Uh = 5 В | | 1000 | 1250 | 1600 |
| Входной ток для регулируемого варианта | ||||
| Ubx- Uh = 13.75 В | | 5 мА | |||
Цоколёвка микросхемы показана на рис. 1. Теплоотводящий фланец соединён с выходом микросхемы. Если необходимо увеличить выходное напряжение стабилизатора, например, на 0,3…0,7 В, то в разрыв цепи питания и общего вывода микросхемы можно установить соответствующий маломощный кремниевый диод, например, КД521А, анодом к микросхеме, зашунтированный оксидным конденсатором на 47 мкФ 3,3… 10 В.
При этом, нестабильность выходного напряжения микросхемы заметно возрастёт, но, всё же останется вполне допустимой для большинства применений.
Бутов А. Л. РК-06-08.
Литература: beacomponent.ru
Интегральные стабилизаторы напряжения из серии 142 не всегда имеют полную маркировку типа. В этом случае на корпусе стоит условный код обозначения (см. табл. 8.8) который и позволяет определить тип микросхемы. Примеры расшифровки кодовой маркировки на корпусе
микросхем: Микросхемы стабилизаторов с приставкой КР вместо К имеют те же параметры и отличаются только конструкцией корпуса, см. рисунки. При маркировке этих микросхем часто используют укороченное обозначение, например вместо КР142ЕН5А наносят КРЕН5А. Таблица 8.8
142ЕН3,К142ЕН3 142ЕН4,К142ЕН4 142ЕН6,К142ЕН6 142ЕН10.К142ЕН10 142ЕН5,К142ЕН5 U2EH8,К142ЕН8 142ЕН9,К142ЕН9
142ЕН11.К142ЕН11 142ЕН12,К142ЕН12. КР142ЕН5, КР142ЕН8, КР142ЕН11.КР142ЕН12, К142ЕН1А.Б КР142ЕН15А.Б стабилизатор отрицательного напряжения CD В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ ВЫП. N1 | Архив статей СИ-БИ техника
КВ техника
УКВ техника
Радиоизмерения
Защита от TVI
Источники питания
правочники
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, В
2
..26,5
..37Как использовать источник опорного напряжения в качестве регулятора напряжения — Управление питанием — Технические статьи
Другие детали, обсуждаемые в посте: LM4040, ATL431, LM4040-N
Версия этого поста также была опубликована в Electronic Design.
Вам когда-нибудь приходилось смещать слаботочные нагрузки, и вы просто не хотели добавлять еще один регулятор напряжения? Или были в ситуации, когда вам нужен разумный уровень точности напряжения, поэтому простого делителя напряжения недостаточно?
В течение многих лет конструкторы использовали стабилитроны в качестве простого шунтирующего регулятора напряжения, как показано на рис. 1. С одним резистором устройство будет поддерживать фиксированное напряжение, определенное в процессе производства.
Рис. 1. Одиночный резистор и стабилитрон создают простую шину напряжения несколько миллиампер, чтобы реализовать точное напряжение Зенера (Vz). Чтобы сохранить точность, вы должны выбрать достаточно низкое значение последовательного резистора, чтобы гарантировать, что ток обратного смещения Зенера (Iz) находится в допустимом диапазоне. Как показано на рис. 2, этот диапазон может достигать 5 мА, особенно при использовании недорогих диодов без температурной компенсации.
Рис. 2. Стабилитронам обычно требуется более нескольких миллиампер для достижения Vz
Закон Ома и закон Джоуля определяют потери мощности на шунтирующем резисторе, что влияет на общие потери в системе и температуру. Например, при входном напряжении 12 В при использовании стабилитрона на 2,5 В потребуется последовательный резистор 1,9 кОм, чтобы поддерживать 5 мА (при условии отсутствия тока нагрузки). Резистор 1,9 кОм с током 5 мА приводит к потерям на резисторе более 47 мВт. При напряжении 24 В потери превышают 100 мВт.
Опорное напряжение (также называемое эталоном ширины запрещенной зоны) обеспечивает те же функции, что и стабилитрон, но требует гораздо меньшего тока для поддержания более точного напряжения. В то время как стабилитрон использует один p-n переход со специальным легированием для создания напряжения пробоя Зенера, источник опорного напряжения использует комбинацию транзисторов и использует p-n переход с положительным температурным коэффициентом совместно с транзисторами с отрицательным температурным коэффициентом для создания нулевого напряжения.
— эталон температурного коэффициента.
Концепция и дизайн эталона ширины запрещенной зоны были представлены еще в 1970-х годах Бобом Видларом, когда он был разработчиком силовых интегральных схем (ИС). Хотя опорные напряжения часто используются из-за их точности напряжения (значительно менее 1%) в зависимости от температуры и времени, достижения в области полупроводниковых схем, процессов и корпусов привели к их новым приложениям.
Более дешевые опорные напряжения с более широким допуском (1% и 2%) открывают возможность их использования в приложениях, где они никогда ранее не рассматривались, приложениях, где вы можете использовать стабилитрон или регулятор напряжения. Использование источника опорного напряжения вместо стабилитрона связано с эффективностью и простотой.
Как показано на рисунке 3, напряжение на источнике опорного напряжения становится хорошо регулируемым, когда Iz составляет всего 50 мкА. На рис. 3 показаны характеристики LM4040 от Texas Instruments (TI) при 25°C, однако в техническом описании показана превосходная точность напряжения при смещении значительно ниже 100 мкА при температуре окружающей среды от -40°C до +125°C (это расширенная Q- температурная версия; нормальный диапазон промышленных температур составляет от -40°C до +85°C).
Некоторые источники опорного напряжения работают при еще более низком токе, например, ATL431 и LM385.
Рис. 3. Эталонное напряжение 2,5 В TI LM4040
Используя тот же пример 12 В, что и выше, с 75 мкА для Iz вместо 5 мА, вы можете использовать резистор 126 кОм и поддерживать более точное напряжение. Использование резистора 126 кОм также позволяет реализовать потери мощности в резисторе менее 1 мВт, что значительно ниже потерь 47 мВт при использовании стабилитрона. Конечно, при подаче тока на нагрузку вам нужно будет выбрать резистор с меньшим сопротивлением, чтобы обеспечить ток нагрузки при сохранении необходимого Iz для регулирования изменений нагрузки. Как показано на рисунке 4, просто рассчитайте ток через шунтирующий резистор (Rs), где Ir = Iz + Iload, а затем определите размер шунтирующего резистора (Rs), используя закон Ома, R = (Vs-Vz)/Ir. Обязательно используйте наихудший ток нагрузки и примите во внимание допуски при выборе этого резистора.
Рисунок 4: Расчет Rs для учета тока нагрузки в наихудшем случае при сохранении минимального Iz
большинство регуляторов напряжения по цене ниже, чем у типичного регулятора напряжения, и на уровне стабилитрона. Эти устройства также доступны в небольших корпусах SC70. Преимуществом использования источников опорного напряжения для приложений регулирования напряжения является их способность работать в очень больших диапазонах напряжения; опорное напряжение не заботится о напряжении, только о токе. Выбрав правильное значение шунтирующего резистора в зависимости от диапазона входного напряжения и выходного тока, вы можете поддерживать очень широкий диапазон с помощью простого решения.
На рис. 5 показан пример использования LM4040 для разработки слаботочной шины 5 В от входа 22–25 В для смещения входа 5 В на микросхему контроллера USB, для которой в худшем случае требуется всего 100 мкА. Выбранное значение резистора учитывает дополнительный ток смещения для нагрузки, которая не показана.
Это приложение может использовать более дешевую версию 2% E устройства LM4040-N. Как видите, схема очень проста и мала при использовании пассивов 0402.
Рис. 5: Опорное напряжение LM4040, используемое для получения 5 В
Поскольку вам нужен более высокий ток, шунтирующий резистор должен быть больше, чтобы рассеять тепловые потери, вызванные падением напряжения. Максимальный ток через большинство эталонов напряжения находится в пределах от 10 мА до 30 мА, что ограничивает области применения.
Для более высоких токов можно использовать то же опорное напряжение с резистором смещения вместе с дополнительным транзистором, чтобы обеспечить необходимое падение напряжения между входом и выходом. Транзистор полевого транзистора с p-каналом, смещенный непосредственно от источника опорного напряжения, может обеспечивать гораздо более высокий ток, однако выходное напряжение (Vout) будет меняться в зависимости от тока нагрузки в зависимости от R 9 полевого транзистора.
0063 DS(on) характеристики. При добавлении усилителя ошибки (хорошо работает один операционный усилитель «от сети к шине») схема, показанная на рис. 6, измеряет Vout и сравнивает его с опорным напряжением, чтобы обеспечить хорошо стабилизированное напряжение при различных изменениях тока нагрузки и температуры.
Рисунок 6: Источник опорного напряжения лежит в основе всех цепей регулятора напряжения опорное напряжение. Делители напряжения R1 и R2 позволяют настроить выход на любое напряжение, большее или равное опорному напряжению.
Источник опорного напряжения лежит в основе почти всех встроенных регуляторов напряжения. Вы можете спросить, если это так просто, зачем вообще использовать встроенный регулятор напряжения? Одна из причин заключается в том, что регулятор напряжения также включает в себя схему для контроля и ограничения тока нагрузки, а также контролирует температуру для защиты устройства и нагрузки в условиях отказа.
Хотя разработчики могут проектировать и разрабатывают дискретные стабилизаторы опорного напряжения, зачастую более практично и экономично использовать один из многих доступных сегодня интегральных стабилизаторов напряжения.
Так что в следующий раз, когда вам понадобится слаботочное напряжение на шине, рассмотрите возможность использования опорного напряжения.
Между прочим, значительные технические усовершенствования были достигнуты как в линейных, так и в импульсных регуляторах напряжения. При попытке разработать низковольтное напряжение от шины 5 В (или выше) Texas Instruments недавно выпустила большое семейство оптимизированных по стоимости и малых линейных регуляторов. Новый стабилизатор TLV702, показанный на рис. 7, поддерживает входное напряжение до 5,5 В и предлагает широкий диапазон вариантов напряжения, вывод отключения, и семейство доступно в очень маленьких корпусах.
Рис. 7. Семейство регуляторов TLV70 представляет собой еще одну экономичную альтернативу шунтирующим стабилизаторам на основе Зенера .
Большой прогресс был достигнут благодаря автономным переключающим модулям, которые включают в себя все необходимые магнитные элементы и очень удобны для создания шин низкого напряжения. Эти небольшие модули также имеют преимущество в более низком уровне электромагнитных помех по сравнению с традиционными дискретными решениями, в основном основанными на соединениях с более низким импедансом между автономными высокоскоростными коммутационными узлами. В последнее время они стали очень популярными для производства местных железных дорог из-за простоты их использования и снижения стоимости за счет эффекта масштаба.
Семейство понижающих стабилизаторов TPS8208x имеет очень малые размеры (3,0 мм X 2,8 мм) и обеспечивает жестко регулируемое напряжение с выходным током до 3 А. Для входных напряжений до 36 В пост. тока рассмотрите LMZM23601. Этот небольшой модуль размером 3,8 мм X 3,0 мм может производить шины низкого напряжения с током до 1 А, а также доступны версии с более высоким током.
Выбор наилучшего решения по регулированию мощности для конкретного приложения всегда требует времени и усилий, и сегодня доступно больше решений, чем когда-либо. Здесь мы описали некоторые очевидные и некоторые не столь очевидные варианты дизайна, каждый из которых имеет свои тонкие, но часто критические преимущества, которые сильно различаются в зависимости от системного приложения.
Дополнительные ресурсы:
- Попробуйте средство быстрого поиска опорного напряжения.
- Экономьте время при поиске и анализе решений регуляторов с помощью WEBENCH® Power Designer от TI.
Точные источники питания со встроенными стабилизаторами напряжения
Лен Стеллема, Leonard Electronics Pty Ltd.
Четверг, 03 декабря 2009 г.
Внедрение встроенных регуляторов напряжения стало благом для инженеров-электронщиков. До этого регулируемые источники питания были довольно сложными, особенно если такой источник питания должен был быть защищен от короткого замыкания.
Регулятор напряжения на интегральной схеме, однако, очень недорог, занимает очень мало места и защищен от короткого замыкания. Его выходной ток ограничен, и когда температура становится слишком высокой, срабатывает схема теплового отключения, чтобы предотвратить перегрев ИС.
К сожалению, IC регуляторы напряжения не очень точны.
В этой статье будет показано, что можно добавить компоненты к подходящему регулятору, чтобы получить устройство, выходное напряжение которого очень стабильно. В качестве примера будет использован регулятор, выдающий +12 В при 1 А.
Используется микросхема типа LM2941CT, которая во многом похожа на LM317T, но имеет некоторые преимущества:
LM2942CT представляет собой так называемый регулятор напряжения с малым входное и выходное напряжение составляет всего 0,7 В в диапазоне температур от -40 до +120 °C.
Поскольку падение напряжения очень низкое, источник питания на основе LM2941CT может быть очень эффективным.
Поскольку падение напряжения намного ниже, чем у LM317T, можно использовать радиаторы меньшего размера, или ИС может работать при более низкой температуре, или температура окружающей среды может быть выше.
Ток регулировки настолько мал, что его можно не учитывать при расчетах.
Контакт включения/выключения может использоваться для выключения микросхемы. Если он не используется, этот контакт подключается к земле.
Микросхема защищена от обратного подключения входного напряжения.
Встроенный диод между входом и выходом предотвращает превышение выходным напряжением входного напряжения, что предотвращает повреждение микросхемы.
|
На рис. 2 показана принципиальная схема, в которой используется ИС. Напряжение на клемме регулировки обычно составляет 1,275 В, но может варьироваться от устройства к устройству и находиться в диапазоне от -40 до +120 °C, от 1,211 до 1,339 В.
|
В идеале подстроечный потенциометр должен быть установлен на 12 В для среднего входного напряжения и среднего выходного тока после прогрева регулятора.
Выходное напряжение В или =V b (R+R2+P1)/R1. Когда он установлен на 12 В, с выходным током 0,5 А и входным напряжением 14,5 В, он обычно никогда не будет отклоняться более чем на 1%, когда входное напряжение колеблется между 12,7 или 16 В и выходной ток до 5 мА или 1 A.
В этой и последующих схемах радиаторы имеют температурный коэффициент 10°/Вт, все резисторы имеют температурный коэффициент 50 ppm/°C, схема смонтирована на горизонтально расположенной плате и регуляторе напряжения IC1 устанавливается вертикально.
Если подстроечный резистор P1 и резистор R2 заменить источником постоянного напряжения 12-1,275=10,725 В, выходное напряжение изменится на ту же величину, что и напряжение на контакте регулировки, поэтому стабильность выходного сигнала будет иметь коэффициент 12/1,275= 9.4 или выше.
Небольшой шаг в этом направлении показан на рис. 3. Здесь резистор на 10 кОм заменен резистором на 3,3 кОм, последовательно соединенным со стабилитроном на 6,2 В и диодом.
|
Все диоды и переходы база-эмиттер транзисторов имеют температурный коэффициент, очень близкий к -2 мВ/°C, а стабилитроны на 6,2 В имеют положительный температурный коэффициент, который частично компенсирует отрицательный температурный коэффициент диода.
Измерен температурный коэффициент 10 комбинаций стабилитронов BZX79C6V2 и диодов 1N4148.
Напряжение на комбинациях варьировалось от 6,76 до 6,85, а температурный коэффициент от 0,08 до 0,41 мВ/°С при 1 мА.
Значения немного хуже при 2 мА. Динамическое сопротивление стабилитрона на 6,2 В резко возрастает, если ток падает ниже 1 мА, поэтому в качестве тока стабилитрона следует выбрать 1 мА.
Изменение выходного напряжения теперь в 4,1 раза больше, чем изменение напряжения настройки. Таким образом, выходная стабильность улучшилась в 2,3 раза за счет добавления двух очень недорогих компонентов.
Эта схема обеспечивает еще более стабильный выходной сигнал, если используется для получения 9 или 10 В.
Может показаться, что для выхода 12 В лучше использовать 9Стабилитрон на 0,1 В, но этот стабилитрон обычно имеет температурный коэффициент +6 мВ/°C.
За счет уменьшения значения сопротивления комбинации резистора R2 и подстроечного резистора P1 до 1,2 кОм и отвода избыточного тока на землю (см. рис. 4) точность повышается в 6,4 раза по сравнению со схемой на рис. 2.
|
Таким образом, выходное напряжение будет между 11,98 и 12,02 плюс максимум 0,5 мВ/°C.
В схеме, показанной на рис. 5, контакт регулировки подключен к выходу через шунтирующий регулятор, температурный коэффициент которого не превышает 100 ppm/°C.
|
Стабильность схемы в 9,4 раза выше, чем у схемы, показанной на рис.
2. Измеренный температурный коэффициент одной схемы со случайно выбранными компонентами составил 0,9 мВ/°C.
Схема, показанная на рис. 6, представляет собой большое усовершенствование, поскольку изменение выходного сигнала усиливается транзистором. Температурный коэффициент соединения база-эмиттер транзистора частично компенсируется коэффициентом стабилитрона.
|
В испытанной схеме использованный стабилитрон был наихудшим из 10 протестированных комбинаций диода и стабилитрона. Он был приклеен к плоской стороне транзистора для обеспечения равенства температур.
Расстояние между комбинацией стабилитрон-транзистор и радиатором 10 °C/Вт составляло 20 мм. При выходном токе 1 А и изменении входного напряжения с 12,7 до 16 В первоначально выходное напряжение не меняется, но через час выходное напряжение увеличивается менее чем на 3 мВ.
Когда входное напряжение равно 16, а выходной ток изменяется от 0 до 1 А, выходное напряжение увеличивается менее чем на 3 мВ через час.
Измеренный температурный коэффициент этого регулятора напряжения составляет 0,56 мВ/°C.
Во избежание ухудшения характеристик, вызванного сопротивлением проводов, входы датчиков напрямую подключены к нагрузке. Это называется четырехпроводной системой.
В схеме, показанной на рис. 7, используется операционный усилитель. Его высокий коэффициент усиления и очень низкий температурный коэффициент вместе с низким температурным коэффициентом опорного напряжения LT1029CZ (номинальное значение 20 ppm/°C или 0,014 мВ/°C) делает его регулируемым источником питания с очень высокими характеристиками.
|
Температурный коэффициент, измеренный на одном образце, составил около 0,025 мВ/°C. При изменении выходного тока от 0 до 1 А выходное напряжение вначале изменяется менее чем на 0,1 мВ, а при прогреве регулятора напряжения больше.
Наибольшее изменение происходит, когда входное напряжение и ток изменяются с 12,7 В/0 А до 17 В/1 А.
Через полчаса выходной сигнал снижается примерно на 0,4 мВ.
При размещении картонного экрана между источником опорного напряжения и стабилизатором напряжения изменение составляет около 0,3 мВ, а без экрана и с радиатором 6 °C/Вт вместо радиатора 10 °C/Вт также 0,3 мВ.
При подключении резисторов R4 и R5 (на рис. 9 R5 и R6) и источника опорного напряжения Z1 к плате тонкими проводами длиной 6 см изменение составляет всего около 0,1 мВ.
Это связано с тем, что регулятор напряжения нагревает печатную плату, которая, в свою очередь, нагревает компоненты.
Предлагается установить два резистора, источник опорного напряжения и, возможно, операционный усилитель, а также конденсатор C3 на отдельной плате или регулятор напряжения на отдельной плате.
Следует избегать теплопроводности и излучения между регулятором напряжения и компонентом.
Изменения выходного напряжения были измерены с помощью очень точного 4½-разрядного мультиметра, настроенного на 2 В постоянного тока, последовательно с очень точным опорным напряжением от 10 до 14.
Для повышения стабильности можно использовать источник опорного напряжения более высокого класса, например LT1029ACZ, и резисторы с температурным коэффициентом 20 или 10 ppm/°C для резисторов R4 и R5 (R5 и R6 на рис. 9). ).
Создан стабилизатор напряжения с защитой от короткого замыкания и очень стабильным выходным сигналом. Однако это не защищает груз.
Если, например, он подключен к печатной плате, которая имеет короткое замыкание между +12 В и общим проводом, ток, протекающий через это короткое замыкание, может быть значительно выше 2 А. В большинстве случаев это приведет к перегоранию дорожек .
Идеальным способом ограничения тока короткого замыкания является использование системы защиты от перегрузки с обратной связью, см. рис. 8. Пока сопротивление нагрузки выше 12 Ом , выходное напряжение равно 12, но если сопротивление уменьшается, выходной ток, а также выходное напряжение уменьшаются.
|
Если выход закорочен, ток составляет всего 150 мА.
К сожалению, напряжение регуляторов напряжения IC не может быть снижено до нескольких вольт. Вместо этого контакт включения / выключения регулятора используется для его отключения, когда выходной ток превышает допустимый уровень тока.
Подстроечный потенциометр P2 настроен на отключение питания, когда выходной ток превышает 1 А. Когда выходной ток превышает это значение, напряжение между точками A и B превышает 100 мВ.
Тогда напряжение на неинвестирующем входе усилителя A1B выше, чем напряжение на инвертирующем входе.
В этом случае выход операционного усилителя высокий, и, следовательно, высокое напряжение на клемме включения/выключения, отключающее регулятор. Тогда выходное напряжение станет равным нулю, как и напряжения в точках A и B.
Небольшой ток через резистор R10 делает неинвертирующий вход усилителя более положительным, чем инвертирующий вход, и, следовательно, выход операционного усилителя становится низким.
Затем конденсатор C6 будет медленно разряжаться, пока не включится регулятор.
Если выходной ток все еще слишком высок, конденсатор C6 зарядится за миллисекунды, а выходной транзистор T1 перейдет в высокий уровень, отключив регулятор.
Когда выходной ток падает ниже 1 А, выходной сигнал операционного усилителя A1B становится низким, диод D1 смещается в обратном направлении и конденсатор C6 разряжается.
Примерно через пять секунд регулятор снова включается. Но если выходной ток не уменьшается, регулятор будет включен примерно на 300 миллисекунд, каждые пять секунд, если перегрузка незначительна, и на 30 миллисекунд, если на выходе произойдет короткое замыкание.
Измеренная стабильность регуляторов, показанных на рисунках 7 и 9, идентична. В тестах использовалось одно и то же опорное напряжение.
Статьи по теме
Защита перовскитов в космосе
Тонкий, легкий слой был разработан для обеспечения радиационного барьера для перовскитов в.
