|
Выходное напряжение блока питания от 2 до 30 вольт с максимальным выходным током 20 ампер.
Известные схемы автомобильных повышающих преобразователей напряжения питания для них построены по принципу повышающего импульсного преобразователя с использованием силового трансформатора или накопительного дросселя.
В качестве примера для рассмотрения выбран блок питания для ноутбука с питанием 20 вольт 3 ампер. При необходимости можно получить несколько напряжений, независимых или связанных.Лабораторный блок питания на транзисторах
Лабораторный блок питания БП является важным устройством в радиолюбительской практике наряду с паяльным оборудованием и измерительным (тестером). Схема блока питания (БП) на транзисторах, приведëнная на рисунке 1, является, по сути, модернизированной версией схемы, предложенной Борисовым В. в книге «Юный радиолюбитель» [1]. Она собой представляет двухполупериодный выпрямитель со стабилизатором и регулятором выпрямленного напряжения, с узлом защиты от короткого замыкания.
Трансформатор питания Tr1 обмоткой I подключается к электрической сети напряжением 220 В.Обмотка II трансформатора и диоды диодной сборки VD1 образуют двухполупериодный выпрямитель.
К выпрямителю подключается электролитический конденсатор C1, частично сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения. С него выпрямленное напряжение подается к нагрузке R5 через стабилизатор напряжения, выполняющий роль фильтра питания. Ток в цепи, а значит, напряжение на нагрузке зависит от состояния транзистора VT2, включенного в эту цепь. Состоянием же этого транзистора управляет транзистор VT1, который в свою очередь управляется напряжением, подаваемым на его базу с движка переменного резистора R2. Управляющую цепь стабилизатора образуют резистор R1, стабилитрон VD2 и подключенный к нему переменный резистор R2. Благодаря стабилитрону и конденсатору С2 на переменном резисторе R2 действует постоянное напряжение, равное напряжению стабилизации Uст используемого в блоке стабилитрона. В описываемом блоке это напряжение равно 15 В. Когда движок переменного резистора находится в крайнем нижнем (по схеме) положении, транзистор VT1 закрыт, так как напряжение на его базе (относительно эмиттера) равно нулю.
Транзистор VD2 в это время тоже закрыт. По мере перемещения движка переменного резистора вверх на базу транзистора VT1 подается открывающее отрицательное напряжение и в его эмиттерной цепи появляется ток. Одновременно отрицательным напряжением, падающим на эмиттерном резисторе R3 транзистора VT1, открывается транзистор VT2, и во внешней цепи блока питания появляется ток. Чем больше отрицательное напряжение на базе транзистора VD1, тем больше открываются транзисторы, тем больше напряжение на выходе блока питания и ток в его нагрузке.
Наибольшее напряжение на выходе блока равно напряжению стабилизации стабилитрона. При изменении тока в нагрузке от нескольких миллиампер до 250 – 280 напряжение на нагрузке остается постоянным.
Рис. 1. Схема электрическая принципиальная
Резистор R2 должен быть группы А, т. е. резистор, у которого сопротивление между выводом движка и любым из крайних выводов прямо пропорционально углу поворота оси. Важно, чтобы резистор был с выключателем.
Это предохранит подключенное к выходу БП устройство от случайной подачи на него напряжения выше требуемого. Коэффициент h31э транзисторов может быть небольшим – 15-20. Электролитические конденсаторы могут быть номиналом больше, указанного на схеме, что лучше скажется на сглаживании выпрямленного тока, с рабочим напряжением не менее 25 В. Стабилитрон – с напряжением стабилизации 15 В.
Роль трансформатора питания Tr1выполняет трансформатор ТПП-252-50 [2]. В трансформаторах ТПП252 возможно последовательное и параллельное согласное соединение вторичных обмоток. Последовательное включение различных вторичных обмоток позволяет подобрать необходимое выходное напряжение, параллельное — повысить мощность на выходных обмотках. При последовательном включении обмоток с разными допустимыми токами ток через обмотки не должен превышать минимально допустимого. Параллельное соединение допускается только для тех обмоток, напряжение на зажимах которых одинаковы. В нашем случае все обмотки соединены последовательно и объединены в одну обмотку с выводом от средины.
Напряжение обоих половин обмотки должно быть одинаковым. Допустимый ток в таком подключении вторичных обмоток трансформатора будет равным – 1,94 А. Выпрямленное напряжение составит 16 В. Наибольший прямой ток диодов сборки S20420C – 20А, а транзистора КТ819Г – 15 А. Наибольший ток, потребляемый нагрузкой на выходе БП равно току вторичной обмотки трансформатора. Схема позволяет использовать трансформатор и большей мощности, исходя из характеристик выпрямительных диодов и транзистора VT2.
Монтируя детали БП, особое внимание уделяют правильной полярности включения диодов, электрических конденсаторов и выводов транзисторов. Закончив монтаж, проверяют по схеме на отсутствие ошибок. После этого устройство подключают к сети. В положении движка переменного резистора R2 в крайнем верхнем (по схеме) положении оно должно соответствовать номинальному напряжению стабилитрона (в нашем случае 15 В) и плавно уменьшаться до нуля при вращении оси переменного резистора против направления движения часовой стрелки.
Если, наоборот, при таком вращении оси резистора напряжение увеличивается, то меняют местами проводники, идущие к крайним выводам этого регулятора выходного напряжения БП.
Затем в разрыв цепи стабилитрона, отмеченный на схеме крестиком, включают миллиамперметр и, подбирая резистор R1, устанавливают в этой цепи ток, равный 12 – 15 мA. При подключении к выходу выпрямителя нагрузки (резистор 100 – 200 Ом) ток через стабилитрон должен уменьшаться до 8 – 10 мA, а выходное напряжение оставаться практически неизменным.
В стабилизаторе БП работают транзисторы, а они не выдерживают перегрузок. Наиболее опасно короткое замыкание между выходными зажимами или токонесущими проводниками конструкции, подключенной к блоку. Поэтому, схему целесообразно дополнить узлом защиты на VT3, R4, C3 (на схеме выделено красным цветом).
Элементы монтируют на печатной плате размерами 70Х35 мм – рис. 2. Транзистор VT2 и диодную сборку S20C40C крепят к плате, подставив под них алюминиевый уголок, который соединяют с металлической частью корпуса БП для отвода тепла.
Транзистор КТ819Г и диодную сборку S20C49C изолируют с помощью слюдяных прокладок.
а)
б)
в)
Рис. 2. Печатная плата блока питания: а – топология проводников; б – расположение элементов; в – плата в собранном виде
Возможная конструкция блока питания показана на рис. 3.
Рис. 3. Лабораторный блок питания
Печатную плату в расширении .lay можно скачать здесь
Литература
1.Борисов В. Юный радиолюбитель. – М. «Энергия», 1979 г.
2.https://www.radiolibrary.ru/reference/transformers-tpp/tpp252.html
Автор: Владимир Марченко, г. Умань, Украина
ДЕЛАЕМ БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ НАПРЯЖЕНИЯ
При занятиях каким-либо делом регулярно, люди стремятся облегчить себе труд, путем создания различных приспособлений и устройств.
Важными характеристиками блока питания, являются его мощность, стабилизация напряжения на выходе, отсутствие пульсаций, что может проявиться, например, при сборке и запитывании усилителя, от этого блока питания в виде фона или гула. И наконец, нам важно, чтобы блок питания был универсальным, чтобы его можно было применить для питания множества устройств. А для этого необходимо, чтобы он мог выдавать различное напряжение на выходе.
Частичным решением проблемы, может стать китайский адаптер с переключением напряжения на выходе. Но такой блок питания не имеет возможности плавной регулировки и в нем отсутствует стабилизация напряжения. Иными словами напряжение на его выходе “скачет” в зависимости от величины питающего напряжения 220 вольт, которое часто проседает по вечерам, особенно если вы живете в частном доме.
Это может пригодиться не раз, например, при проверке светодиодов, которые, как известно не любят, когда на них подают завышенное, по сравнению с номинальным напряжение. От этого их срок службы может резко сократиться, а в особо тяжелых случаях светодиод может сразу же сгореть. Ниже приведена схема этого блока питания:
Схема данного РБП является стандартной и не претерпела существенных изменений с 70-х годов прошлого века. Первые варианты схем были с применением германиевых транзисторов, более поздние варианты были с применением современной элементной базы.
Данный блок питания способен выдавать мощность до 800 – 900 миллиампер, при наличии трансформатора обеспечивающего нужную мощность.
Ограничение в схеме по применяемому диодному мосту, который допускает токи максимум до 1 ампера. Если потребуется увеличить мощность данного блока питания, нужно взять боле мощный трансформатор, диодный мост и увеличить площадь радиатора, либо если размеры корпуса не позволяют это сделать, можно применить активное охлаждение (кулер). Ниже приведен на рисунке список деталей необходимых для сборки:
В данном блоке питания применен отечественный мощный транзистор КТ805АМ. На фото ниже можно ознакомиться с его внешним видом. На соседнем рисунке приведена его цоколевка:
Данный транзистор необходимо будет прикрепить на радиатор. В случае крепления радиатора к металлическому корпусу блока питания, например как это сделано у меня, нужно будет поставить слюдяную прокладку между радиатором и металлической пластиной транзистора, к которой должен прилегать радиатор.
Для улучшения теплоотдачи от транзистора к радиатору, нужно применить термопасту. Подойдет в принципе любая, применяемая для нанесения на процессор ПК, например та же КПТ–8.
Трансформатор должен выдавать на вторичной обмотке напряжение 13 вольт, но в принципе допустимо напряжение в пределах 12-14 вольт. В блоке питания установлен фильтрующий электролитический конденсатор, ёмкостью 2200 мкф, (можно больше, меньше нежелательно), на напряжение 25 вольт. Можно взять конденсатор, рассчитанный на большее напряжение, но следует помнить, что у таких конденсаторов обычно и размеры больше. На рисунке ниже приведена печатная плата для программы sprint-layout, которую можно скачать в общем архиве, прикрепленном архиве.
Я собрал блок питания не совсем по этой плате, так как у меня трансформатор с диодным мостом и фильтрующим конденсатором шли на отдельной плате, но сути это не меняет.
Переменный резистор и мощный транзистор, в моем варианте подключены навесным монтажом, на проводках.
Питание подается на блок питания через родной разъем блока питания АТХ компьютера, с помощью стандартного отсоединяемого кабеля. Такое решение позволяет избежать путаницы проводов, которая часто возникает на столе у радиолюбителя.
Напряжение на выходе блока питания снимается с лабораторных зажимов, под которые можно зажать любой провод. Также в эти зажимы, можно подключить, воткнув сверху, стандартные щупы от мультиметра с крокодилами на концах, для более удобной подачи напряжения на собранную схему.
Хотя при желании сэкономить, можно ограничиться простыми проводками на концах с крокодилами, зажимаемыми с помощью лабораторных зажимов. В случае использования металлического корпуса, наденьте кембрик подходящего размера на винт крепления зажима, во избежание замыкания зажима на корпус. Подобный блок питания трудится у меня уже не меньше 6 лет, и доказал оправданность его сборки, и удобство применения в повседневной практике радиолюбителя. Всем удачной сборки! Специально для сайта «Электронные схемы» AKV.
Стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах: схема включения и регулировки
Этот стабилизатор обладает неплохими характеристиками, имеет плавную регулировку тока и напряжения, хорошую стабилизацию, без проблем терпит короткие замыкания, относительно простой и не требует больших финансовых затрат.
Он обладает высоким кпд за счет импульсного принципа работы, выходной ток может доходить до 15 ампер, что позволит построить мощное зарядное устройство и блок питания с регулировкой тока и напряжения.
При желании можно увеличить выходной ток до 20-и и более ампер.
В интернете подобных устройств, каждое имеет свои достоинства и недостатки, но принцип работы у них одинаковый. Предлагаемый вариант — это попытка создания простого и достаточно мощного стабилизатора.
За счет применения полевых ключей удалось значительно увеличить нагрузочную способность источника и снизить нагрев на силовых ключах. При выходном токе до 4-х ампер транзисторы и силовой диод можно не устанавливать на радиаторы.
Номиналы некоторых компонентов на схеме могут отличаться от номиналов на плате, т.к. плату разрабатывал для своих нужд.
Диапазон регулировки выходного напряжения от 2-х до 28 вольт, в моем случае максимальное напряжение 22 вольта, т.к.
я использовал низковольтные ключи и поднять напряжение выше этого значения было рискованно, а так при входном напряжении около 30 Вольт, на выходе спокойно можно получить до 28-и Вольт.
Диапазон регулировки выходного тока от 60mA до 15A Ампер, зависит от сопротивления датчика тока и силовых элементов схемы.
- Устройство не боится коротких замыканий, просто сработает ограничение тока.
- Собран источник на базе ШИМ контроллера TL494, выход микросхемы дополнен драйвером для управления силовыми ключами.
Хочу обратить ваше внимание на батарею конденсаторов установленных на выходе. Следует использовать конденсаторы с низким внутренним сопротивлением на 40-50 вольт, с суммарной емкостью от 3000 до 5000мкФ.
Нагрузочный резистор на выходе применен для быстрого разряда выходных конденсаторов, без него измерительный вольтметр на выходе будет работать с запаздыванием, т.к.
при уменьшении выходного напряжения конденсаторам нужно время, для разрядки, а этот резистор быстро их разрядит. Сопротивление этого резистора нужно пересчитать, если на вход схемы подается напряжение больше 24-х вольт.
Резистор двух ваттный, рассчитан с запасом по мощности, в ходе работы может греться, это нормально.
Как это работает:
ШИМ контроллер формирует управляющие импульсы для силовых ключей.
При наличии управляющего импульса транзистор, и питание по открытому каналу транзистора через дроссель поступает на накопительный конденсатор. Не забываем, что дроссель является индуктивной нагрузкой, которым свойственно накапливание энергии и отдача за счет самоиндукции.
Когда транзистор закрывается накопленный в дросселе заряд через диод шоттки продолжит подпитывать нагрузку. Диод в данном случае откроется, т.к. напряжение с дросселя имеет обратную полярность. Этот процесс будет повторяться десятки тысяч раз в секунду, в зависимости от рабочей частоты микросхемы ШИМ.
По факту ШИМ контроллер всегда отслеживает напряжение на выходном конденсаторе.
Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. На неинвертирующий вход первого усилителя ошибки микросхемы (вывод 1) поступает выходное напряжение стабилизатора, где оно сравнивается с опорным напряжением, которое присутствует на инверсном входе усилителя ошибки.
При снижении выходного напряжения будет снижаться и напряжение на выводе 1, и если оно будет меньше опорного напряжения, ШИМ контроллер будет увеличивать длительности импульсов, следовательно транзисторы больше времени будут находиться в открытом состоянии и больше тока будет накачиваться в дроссель, если же выходное напряжение больше опорного, произойдет обратное — микросхема уменьшит длительность управляющих импульсов.
Указанным делителем можно принудительно менять напряжение на неинвертирующщем входе усилителя ошибки, этим увеличивая или уменьшая выходное напряжение стабилизатора в целом. Для наиболее точной регулировки напряжения применён подстроечный многооборотный резистор, хотя можно использовать обычный.
Минимальное выходное напряжение составляет порядка 2 вольт, задается указанным делителем, при желании можно поиграться с сопротивлением резисторов для получения приемлемых для вас значений, не советуется снижать минимальное напряжение ниже 1 вольта.
Для отслеживания потребляемого нагрузкой тока установлен шунт. Для организации функции ограничения тока задействован второй усилитель ошибки в составе ШИМ контроллера тл494.
Падение напряжения на шунте поступает на неинвертирующий вход второго усилителя ошибки, опять сравнивается с опорным, а дальше происходит точно тоже самое, что и в случае стабилизации напряжения.
Указанным резистором можно регулировать выходной ток.
- Токовый шунт изготовлен из двух параллельно соединённых низкоомных резисторов с сопротивлением 0,05Ом.
- Накопительный дроссель намотан на желто белом кольце от фильтра групповой стабилизации компьютерного блока питания.
Так как схема планировалась на довольно большой входной ток, целесообразно использовать два сложенных вместе кольца. Обмотка дросселя содержит 20 витков намотанных двумя жилами провода диаметром 1,25мм в лаковой изоляции, индуктивность около 80-90 микрогенри.
- Диод желательно использовать с барьером Шоттки и обратным напряжением 100-200 вольт, в моем случае применена мощная диодная сборка MBR4060 на 60 вольт 40 Ампер.
Силовые ключи вместе с диодом устанавливают на общий радиатор, притом изолировать подложки компонентов от радиатора не нужно, т.к. они общие.
- Подробное описание и испытания блока можно посмотреть в видео
Печатная плата тут
Источник: https://www.
vip-cxema.org/index.php/home/bloki-pitaniya/422-impulsnyj-stabilizator-toka-i-napryazheniya
MOSFET: простые конструкции
ПРОЕКТ №33: Простые конструкции на MOSFET-транзисторах
- 1. Регулятор напряжения
- 2. Симметричный мультивибратор
- 3. Стабилизатор напряжения
- 4. Усилитель НЧ
Возникла идея выполнить несколько опытов по реализации простых конструкций на MOSFET-транзисторах с индуцированным каналом N-типа. Попробую. Возможно, что-то станет основой для будущих проектов моих студентов.
- 1. Регулятор напряжения
- или
на биполярном транзисторе:
Средний угол поворота:
Максимальный угол поворота: Регулятор работает вполне нормально. Правда, никакого выигрыша по сравнению с регулятором на биполярном транзисторе, не получится. Закон Ома никто не отменил и на кривой кобыле не объехал. Закон Джоуля-Ленца – аналогично.
Поэтому нагрев будет тем больше, чем больше разница между Uвх и Uвых, и чем больше ток.
Величина тока зависит от мощности трансформатора и параметров вторичной обмотки.
Короче: детка за репку, бабка за детку и далее по тексту (в том смысле, что одно цепляется за друное).
- 2. Симметричный мультивибратор
Когда-то я посвятил небольшой цикл мультивибратору на биполярных транзисторах (см. «Мультивибратор» в разделе РАДИОбиблиотека). Напомню стандартную схему симметричного мультивибратора:
Там же приводится пример мультивибратора на ПОЛЕВЫХ транзисторах: ВНИМАНИЕ! В данном случае НЕТ ПРЯМОЙ ЗАМЕНЫ биполярных транзисторов полевыми. Частотозадающие цепочки и нагрузка ВКЛЮЧАЮТСЯ ИНАЧЕ!
- Далее цитата:
- Конец цитаты.
В данном мультивибраторе использованы отечественные полевые n-канальные транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом. Внутри корпуса между выводами затвора и истока стоит защитный стабилитрон, который защищает транзистор при неумелом обращении.
Конечно, не на 100%. Частота переключения мультивибратора 2 Гц. Она задаётся, как обычно, С1, С2, R1, R2. Нагрузка — лампы накаливания EL1, EL2. Резисторы, включенные между стоком и затвором транзисторов, обеспечивают «мягкий» пуск мультивибратора, но, одновременно, несколько «затягивают» выключение транзисторов. Вместо ламп накаливания нагрузкой в цепях стоков могут служить светодиоды с дополнительными резисторами или телефоны типа ТК-47. В этом случае, разумеется, мультивибратор должен работать в области звуковых частот. Если используется один капсюль, то в цепь стока другого транзистора надо включить резистор сопротивлением 100-200 Ом. Резисторы R1 и R2 можно составить из нескольких, соединённых последовательно, или, если таковых не найдётся, использовать конденсаторы большей ёмкости. Конденсаторы могут быть неполярные керамические, либо плёночные, например, серий КМ-5, КМ-6, К73-17. Лампы накаливания на напряжение 6В и ток до 100 мА. Вместо транзисторов указанной серии, которые рассчитаны на постоянный ток до 180 мА, можно применить более мощные ключи КР1064КТ1 или КР1014КТ1.
В случае использования более мощной нагрузки, например, автомобильных ламп, следует применить другие транзисторы, например, КП744Г, рассчитанные на ток до 9А. В этом случае между затвором и истоком следует установить защитные стабилитроны на напряжение 8-10В (катодом — к затвору) — КС191Ж или аналогичные. При больших токах стока транзисторы придётся установить на теплоотводы. Налаживание мультивибратора сводится к подбору конденсаторов для получения желаемой частоты. Для работы на звуковых частотах ёмкости должны быть в пределах 300-600 пФ. Если же оставить конденсаторы указанной на схеме ёмкости, то сопротивление резисторов придётся значительно уменьшить, вплоть до 40-50 кОм. При использовании мультивибратора в качестве узла в разрабатываемой конструкции, между проводами питания следует включить блокировочный конденсатор 0,1-100 мкФ. Мультивибратор работоспособен при напряжении питания 3-10В (с соответствующей нагрузкой). У меня нет отечественных полевых КП501А, в которых имеется встроенный стабилитрон между Истоком и Затвором.
Да и нагрузкой моего мультивибратора будут автомобильные лампы. В следующей схеме применены буржуйские МДП-транзисторы:
При указанных номиналах С и R частота мультивибратора около 1 Гц. При использовании переменных резисторов (нужен ОДИН сдвоенный!) частота регулируется в широких пределах.
Если лампы заменить динамиками, а ёмкости С1 и С2 уменьшить в десятки раз, то можно получить колебания звуковой частоты. Стабилитроны (любые на 8-10 В) служат для предотвращения пробоя транзисторов.
Если нужна только одна нагрузка, то лампу EL1, например, нужно заменить резистором на 100-500 Ом. Транзисторы – любые аналогичные. При мощной нагрузке их надо ставить на радиаторы.
Я применю МОП-транзисторы FS10UM-5: .
Тип транзистора: MOSFET с индуцированным каналом N-типа Максимальная рассеиваемая мощность (Pd): 90 W Предельно допустимое напряжение сток-исток (Uds): 250 V Предельно допустимое напряжение затвор-исток (Ugs): 30 V Максимально допустимый постоянный ток стока (Id): 10 A Сопротивление сток-исток открытого транзистора (Rds): 0.
4 Ohm Тип корпуса: TO-220 Как видно из фрагмента Datasheet’а, этот транзистор не имеет встроенного стабилитрона.
- Мои детальки: лампочки 12В х 5Вт, конденсаторы 1мкФ, резисторы 820к, стабилитроны Д814В:
- Мультивибратор спаян «IN STEREO»:
Подал напряжение непосредственно с диодного моста – загорелась EL1 и всё. Никаких пульсаций. Схема спаяна верно, обрывов, замыканий нет, все детали исправны.
В чём дело? Я даже хотел заменить FS10UM-5 на К1808 и отсоединил радиаторы, но возникли мысли: 1) ежели сгладить пульсации после моста? 2) так ли уж нужны стабилитроны при напряжении питания около ±14В? Я удалил стабилитроны и подключил параллельно ± диодного моста электролит 1000мк Х 40В:
- Включил трансформатор в сеть и мультивибратор тут же заработал:
Пульсации действительно происходят с частотой ≈1 Гц. Чтобы прояснить ситуацию, решил вернуть стабилитроны на место и тут обнаружил, что один из них был Д818В (это хорошо видно на 2-м фото), а у них, по сравнению с Д814В, анод и катод – наоборот.
Надо быть внимательнее! Я впаял ОБА стабилитрона Д814Б:
Без сглаживающего конденсатора в момент включения может быть: или т.е. один транзистор открывается, и лампа EL2 светится ярко, а второй – частично, нить накала EL1 еле тлеет; или наоборот, это уж как повезёт. Но мультивибратор НЕ ЗАПУСКАЕТСЯ.
Вывод: питать мультивибратор на MOSFET’ах надо от батареек, аккумуляторов или от блока питания с простейшим сглаживающим фильтром. И тут я подумал: а может и на биролярных будет то же самое?! Но проверять не стал.
К сожалению, я не нашёл у себя сдвоенного переменника даже на 100 кОм, поэтому оперативно порегулировать частоту не получилось. Но цель опыта достигнута: мультивибратор на MOSFET’ах с индуцированным каналом N-типа РАБОТАЕТ.
Кстати, 40-минутное «моргание» лампочек никак не сказалось на температуре транзисторов, хотя они без радиаторов. Значит 5 Вт для этих транзисторов – мелочь. И ещё одно. Я не применял никаких особых мер при пайке полевых транзисторов, но, не смотря на это, ни один из них статикой пробит не был.
- 3. Стабилизатор напряжения
- Начало цитаты:
Сначала процитирую источник, слегка подкорректировав текст (ПТ – полевой транзистор, БП – блок питания). В литературе неоднократно описывались различные схемы стабилизаторов к БП. В этой статье автор приводит описание аналогового стабилизатора напряжения для БП повышенной мощности. В схеме стабилизатора напряжения удалось значительно улучшить параметры, применив в качестве силового элемента мощный переключающий ПТ. В основном, при построении сильноточных стабилизаторов напряжения, радиолюбители используют специализированные микросхемы серии 142 и аналогичные, «усиленные» одним или несколькими биполярными транзисторами. Если для этих целей применить мощный переключающий ПТ, то удастся собрать более простой сильноточный стабилизатор. Схема одного из вариантов такого стабилизатора: В нём применен мощный ПТ IRLR2905. Хотя он и предназначен для работы в ключевом режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном.
Транзистор имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,027 Ом), обеспечивает ток до 30А при температуре корпуса до 100°С, обладает высокой крутизной и требует для управления напряжения на затворе всего 2,5…3 В. Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт. Микросхема параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (TL431) управляет ПТ. Работает стабилизатор следующим образом. При подключении сетевого трансформатора Т1 к сети на его вторичной обмотке появляется переменное напряжение около 13 В (эффективное значение). Оно выпрямляется диодным мостом VD1, и на сглаживающем конденсаторе С1 большой емкости (обычно несколько десятков тысяч мкФ) выделяется постоянное напряжение около 16 В. Оно поступает на сток мощного транзистора VT1 и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор. Часть выходного напряжения через делитель R2R3 подается на вход микросхемы DA1, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления «ву» микросхемы DA1 не достигнет порогового – около 2,5 В.
В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, т. е. частично закрывая его, и устройство входит в режим стабилизации. Конденсатор СЗ ускоряет выход стабилизатора на рабочий режим. Значение выходного напряжения можно установить в пределах от 2,5 до 30 В подбором резистора R2, значение которого может изменяться в широких пределах. Конденсаторы С1, С2 и С4 обеспечивают устойчивую работу стабилизатора. Для описанного варианта стабилизатора минимальное падение напряжения на регулирующем мощном транзисторе VT1 составляет 2,5…3 В, хотя потенциально этот транзистор может работать при напряжении сток-исток, близком к нулю. Обусловлен данный недостаток тем, что управляющее напряжение на затвор поступает из цепи стока, поэтому при меньшем значении падения напряжения на нём транзистор открываться не будет, ведь на затворе открытого транзистора должно быть положительное напряжение относительно истока. Чтобы уменьшить падение напряжения на регулирующем транзисторе, цепь его затвора целесообразно питать от отдельного выпрямителя с напряжением на 5… 7 В больше, чем выходное напряжение стабилизатора.
Если нет возможности сделать дополнительный выпрямитель, то в устройство можно ввести дополнительный диод и конденсатор:
Эффект от такой простой доработки может быть большим. Дело в том, что напряжение, поступающее на сток транзистора, является пульсирующим, имеет значительную переменную составляющую, которая увеличивается при увеличении потребляемого тока.
Благодаря диоду VD2 и конденсатору С5 напряжение на затворе будет примерно равно пиковому значению пульсирующего, т.е. может быть на несколько вольт больше, чем среднее или минимальное. Поэтому стабилизатор оказывается работоспособным при меньшем среднем напряжении сток-исток.
Лучшие результаты удастся получить, если диод VD2 подключить к выпрямительному мосту:
В этом случае напряжение на конденсаторе С5 увеличится, поскольку падение напряжения на диоде VD2 будет меньше, чем падение напряжения на диодах моста, особенно при максимальном токе. При необходимости плавной регулировки выходного напряжения постоянный резистор R2 следует заменить переменным или подстроечным.
Значение выходного напряжения можно определить по формуле: Uвых=2,5(1+R2/R3). Детали В устройстве допустимо применитьлюбой подходящий транзистор. Если использовать, к примеру, IRF840, то минимальное значение управляющего напряжения на затворе будет составлять 4,5… 5В.
Конденсаторы — малогабаритные танталовые, резисторы — МЛТ, С2-33, Р1-4. Диод VD2 — выпрямительный с малым падением напряжения (германиевый, диод Шоттки). Параметры трансформатора, диодного моста и конденсатора С1 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения и тока.
Хотя транзистор и рассчитан на большие токи и большую рассеиваемую мощность, для реализации всех его возможностей необходимо обеспечить эффективный теплоотвод. Примененный транзистор предназначен для установки на радиатор с помощью пайки.
В этом случае целесообразно использовать промежуточную медную пластину толщиной несколько миллиметров, к которой припаивают транзистор и на которой можно установить остальные детали.
Затем, после окончания монтажа, пластину можно разместить на радиаторе.
Затем, после окончания монтажа, пластину можно разместить на радиаторе.Пайки при этом уже не требуется, поскольку пластина будет иметь большую площадь теплового контакта с радиатором. Если применить для поверхностного монтажа микросхему DA1 типа TL431С, резисторы типа Р1-12 и соответствующие чип-конденсаторы, то их можно разместить на печатной плате:
- Настройка
- Конец цитаты.
из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Плату припаивают к выводам транзистора и приклеивают к упомянутой медной пластине клеем. В качестве такой пластины можно использовать, например, корпус с фланцем от испорченного мощного биполярного транзистора, скажем, КТ827, применив при этом навесной монтаж. Налаживание стабилизатора сводится к установке требуемого значения выходного напряжения. Надо обязательно проверить устройство на отсутствие самовозбуждения во всем диапазоне рабочих токов. Для этого напряжения в различных точках устройства контролируют с помощью осциллографа.
Если самовозбуждение возникает, то параллельно конденсаторам С1, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с выводами минимальной длины. Размещаются эти конденсаторы как можно ближе к транзистору VT1 и микросхеме DA1. И. Нечаев Литература: 1. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы InternationalRectifier. — Радио, 2001, №5, с. 45. 2.И. Нечаев. Необычное применение микросхемы КР142ЕН19А. — Радио, 2003, № 5, с. 53,54. Я буду делать стабилизатор по схеме: Поставлю мост VD1 D5SBA60 600В/6А; диод VD2 RGP15J; транзистор VT1 K1531; DA1 (регулируемый стабилитрон) TL431C; конденсаторы С1 1000мк Х 50В, С2 здесь совершенно ни к чему, С3 4,7мк Х 50В, С4 680мк Х 35В, С5 100мк Х 30В; резисторы R1 470 Ом, R2 переменный 20к, R3 3,6к.
Детали: Стабилизатор буду делать на плате (без макетирования) старым способом – прорезыванием изолирующих дорожек между полигонами. Преимущество этого способа при изготовлении простых плат – быстрота. И экологичность:-)) разумеется.
Эскиз платы:
- Кстати нашёлся подходящий кусок двухстороннего фольгированного текстолита:
- С одной стороны фольгу пришлось просто содрать:
- Дорожки прорезаны:
- Плата залужена:
- Детали распаяны:
- В качестве нагрузки использую мультивибратор. Напряжение на выходе стабилизатора минимально:
- Среднее:
- Максимальное:
Стабилизатор на MOSFET-транзисторе работает, причём я не подбирал транзистор по каким-то параметрам.
При переменном напряжении на выходе трансформатора около 13 В диапазон регулировки Uвых стабилизатора составляет 2,6…12,5 В. Это нормально.
Мой транзистор не установлен на радиатор, но это весьма желательно, поскольку пальцем ощутим его нагрев. После установки на теплоотвод транзистор стал чувствовать себя гораздо комфортнее:
- 4. Усилитель НЧ
- 1-ый по адресу: http://amplif.ru/publ/usilitel_na_polevom_tranzistore_klass_a/1-1-0-119
На вход моста я подал ~30 В, что позволило повысить Uвых и регулировать его в более широком диапазоне.
Следуя принципу «от простого», я не буду пытаться собрать УНЧ на MOSFET’ах мощностью в десятки и сотни Ватт. В сети я быстро нашёл два, подходящих для моих опытов, варианта:
2-ой по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=nhTzc8eSNRY
IRF511 у меня нет, зато в достаточном количестве имеются IRF630, и я решил попробовать 2-й вариант. Хотя, вполне возможно, что и в 1-м варианте IRF630 тоже будет работать. Однако я не провожу тут научное исследование, а просто пробую МОСФЕТы в несложных конструкциях. Детальки:
Транзистор IRFS630; резисторы МЛТ-1 Вт: 1,3к+1к=2,3к; 470 Ом; 1 Ом; конденсаторы 100мк Х25В, 2200мк Х 35В, 470мк Х 25В. УНЧ распаян в пространстве (в 3D, в STEREO):
Подан ВХОДной сигнал с нетбука, ВЫХОД на отечественный динамик 10ГДШ-2 4 Ом, питание от стабилизатора на МОСФЕТе: Усилитель работает.
Звук не очень громкий (на слух 300-400 мВт), но особых искажений не слышно. Опыт успешно завершён. Итак, простые конструкции на MOSFET’ах оказались вполне рабочими.
Возможно, что несколько позже я сделаю кое-что не совсем простое, но это будет другой проект и другая история.
©SEkorp, 20 октябрь 2017
Источник: http://radiomurlo.narod.ru/HTMLs_3/PROJECT_33.html
Три простые схемы регулятора тока для зарядных устройств
- Мы уже рассматривали много схем регуляторов напряжения для самых разных целей, сегодня же я вам покажу три простые схемы регуляторов постоянного тока, которые стоит взять на вооружение, так как они универсальны и могут быть использованы не только в зарядных устройствах, но и во многих самодельных конструкциях, включая и лабораторные блоки питания.
- Регулятор тока по идее не многим отличается от регулятора напряжения, стоит заметить, что есть понятие стабилизатор тока.
- В отличие от регулятора он поддерживает стабильный выходной ток независимо от напряжения на входе и выходной нагрузки.
- Сегодня мы рассмотрим пару вариантов стабилизатора и один регулятор общего применения, стабилизатор тока неотъемлемая часть любого нормального лабораторного блока питания или зарядного устройства, предназначен он для ограничения тока подаваемого в нагрузку.
- Важный момент… во всех трех вариантах в качестве датчика тока использованны шунты, по сути это низкоомные резисторы, для увеличения выходного тока любой из перечисленных схем нужно будет снизить сопротивление шунта экспериментальным образом.
Кстати ссылки на все печатные платы найдёте в конце статьи. Нужное значение тока выставляют вручную, как правило вращением переменного резистора.
Все три варианта которые мы сегодня рассмотрим работают в линейном режиме, а значит силовой элемент — транзистор. При больших нагрузках будет нагреваться и нуждается в охлаждении.
Постараюсь пояснить принцип работы схем максимально простыми словами…
Первая схема отличается максимальной простотой и доступностью компонентов, всего два транзистора, один из них управляющий, второй же является силовым, по которому протекает основной ток.Датчик тока или шунт представляет из себя низкоомный проволочный резистор, при подключении выходной нагрузки на этом резисторе образуется некоторое падение напряжения, чем мощнее нагрузка, тем больше падение.
Такого падения напряжения достаточно для срабатывания управляющего транзистора, чем больше падение, тем больше приоткрыт этот транзистор.
Резистор R1 задаёт напряжение смещения для силового транзистора, именно благодаря ему основной транзистор находится в открытом состоянии.
Ограничение тока происходит за счет того, что напряжение на базе силового транзистора, которое было образовано резистором R1, грубо говоря затухается или замыкается на плюс питания через открытый переход маломощного транзистора. Этим силовой транзистор будет закрываться, следовательно ток протекающий по нему уменьшается вплоть до полного нуля.
Резистор R2 по сути обычный делитель напряжения, которым мы можем задать как бы степень приоткрытости управляющего транзистора, а следовательно управлять и силовым транзистором, ограничивая ток протекающий по нему.Увеличить общий ток коммутации этой схемы, можно дополнительными силовыми транзисторами, подключенных параллельно. Так как характеристики даже одинаковых транзисторов будут отличаться, в их коллекторную цепь добавлены резисторы, они предназначены для выравнивания токов через транзисторы, чтобы последние были нагружены равномерно.
Вторая схема построена на базе операционного усилителя, её неоднократно использовал в зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, в отличие от первого варианта эта схема является именно стабилизатором тока.Как и в первой схеме, тут также имеется датчик тока или шунт, операционный усилитель фиксирует падение напряжения на этом шунте, всё по уже знакомой нам схеме.
Усилитель сравнивает напряжение на шунте с опорным, которое задается стабилитроном. Переменным резистором мы искусственно меняем опорное напряжение, операционный усилитель в свою очередь постарается сбалансировать напряжение на входах, путём изменения выходного напряжения.
- Выход операционного усилителя управляется мощным полевым транзистором.
- То есть, принцип работы мало, чем отличается от первой схемы за исключением того, что тут имеется источник опорного напряжения в лице стабилитрона.
- Эта схема также работает в линейном режиме и силовой транзистор при больших нагрузках будет сильно нагреваться и ему необходим радиатор, кстати возможно применение биполярных транзисторов.
Последняя схема построена на базе популярной интегральной микросхемы стабилизатора LM317, это линейный стабилизатор напряжения но имеется возможность использовать микросхему в качестве стабилизатора тока.
Нужный ток задается переменным резистором. Недостатком схемы является то, что основной ток протекает именно по ранее указанному резистору и естественно тот нужен мощный, очень желательно использование проволочных резисторов.
Введите электронную почту и получайте письма с новыми поделками.
- Максимально допустимый ток для микросхема LM317 составляет около полтора ампера, увеличить его можно дополнительным силовым транзистором, в этом случае микросхема уже будет в качестве управляющей, следовательно нагреваться она не будет.
- Взамен будет нагреваться транзистор и от этого никуда не денешься.
- Архив к статье; скачать…
- Автор; АКА Касьян
Источник: https://xn--100—j4dau4ec0ao.xn--p1ai/tri-prostye-sxemy-regulyatora-toka-dlya-zaryadnyx-ustrojstv/
Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе
В статье описан аналоговый стабилизатор напряжения для блока питания повышенной мощности.
Автору удалось значительно улучшить параметры стабилизатора, применив в качестве силового элемента мощный переключательный полевой транзистор.
При построении сильноточных стабилизаторов напряжения радиолюбители обычно используют специализированные микросхемы серии 142 и аналогичные, «усиленные» одним или несколькими, включенными параллельно, биполярными транзисторами.
Если для этих целей применить мощный переключательный полевой транзистор, то удастся собрать более простой сильноточный стабилизатор.
Схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рис.1. В нем в качестве силового применен мощный полевой транзистор IRLR2905. Хотя он и предназначен для работы в ключевом (переключательном) режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном режиме.
Транзистор имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,027 Ом), обеспечиваетток до 30 А при температуре корпуса до 100 °С, обладает высокой крутизной и требует для управления напряжения на затворе всего 2,5…3 В [1].
Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт.
Полевым транзистором управляет микросхема параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (TL431). Ее назначение, устройство и параметры подробно описаны в статье [2]. Работает стабилизатор (рис. 1) следующим образом.
При подключении сетевого трансформатора Т1 к сети на его вторичной обмотке появляется переменное напряжение около 13 В (эффективное значение).
Оно выпрямляется диодным мостом VD1, и на сглаживающем конденсаторе большой емкости (обычно несколько десятков тысяч микрофарад) выделяется постоянное напряжение около 16 В.
Оно поступает на сток мощного транзистора VT1 и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор. Часть выходного напряжения через делитель R2R3 подается на вход микросхемы DA1, замыкая цепь ООС.
Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления ву микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В.
В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, т. е.
частично закрывая его, и устройство входит в режим стабилизации. Конденсатор СЗ ускоряет выход стабилизатора на рабочий режим.
Значение выходного напряжения можно установить в пределах от 2,5 до 30 В подбором резистора R2, его значение может изменяться в широких пределах. Конденсаторы С1, С2 и С4 обеспечивают устойчивую работу стабилизатора.
Для описанного варианта стабилизатора минимальное падение напряжения на регулирующем мощном транзисторе VT1 составляет 2,5…3 В, хотя потенциально этот транзистор может работать при напряжении сток-исток, близком к нулю.
Обусловлен данный недостаток тем, что управляющее напряжение на затвор поступает из цепи стока, поэтому при меньшем значении падения напряжения на нем транзистор открываться не будет, ведь на затворе открытого транзистора должно быть положительное напряжение относительно истока.
Чтобы уменьшить падение напряжения на регулирующем транзисторе, цепь его затвора целесообразно питать от отдельного выпрямителя с напряжением на 5…7 В больше, чем выходное напряжение стабилизатора.
Если нет возможности сделать дополнительный выпрямитель, то в устройство можно ввести дополнительный диод и конденсатор (рис. 2). Эффект от такой простой доработки может быть большим.
Дело в том, что напряжение, поступающее на сток транзистора, является пульсирующим, имеет значительную переменную составляющую, которая увеличивается при увеличении потребляемого тока.
Благодаря диоду VD2 и конденсатору С5 напряжение на затворе будет примерно равно пиковому значению пульсирующего, т.е. может быть на несколько вольт больше, чем среднее или минимальное. Поэтому стабилизатор оказывается работоспособным при меньшем среднем напряжении сток-исток.
Лучшие результаты удастся получить, если диод VD2 подключить к выпрямительному мосту (рис. 3). В этом случае напряжение на конденсаторе С5 увеличится, поскольку падение напряжения на диоде VD2 будет меньше, чем падение напряжения на диодах моста, особенно при максимальном токе.
При необходимости плавной регулировки выходного напряжения постоянный резистор R2 следует заменить переменным или подстроечным резистором. Значение выходного напряжения можно определить по формуле Uвых = 2,5(1+R2/R3).
В устройстве допустимо применить подходящий транзистор из списка в вышеприведенном справочном листке, желательно выделенный желтым цветом. Если использовать, к примеру, IRF840, то минимальное значение управляющего напряжения на затворе будет составлять 4,5…5 В. Конденсаторы — малогабаритные танталовые, резисторы — МЛТ, С2-33, Р1-4.
Диод VD2 — выпрямительный с малым падением напряжения (германиевый, диод Шоттки). Параметры трансформатора, диодного моста и конденсатора С1 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения и тока.
Хотя транзистор и рассчитан на большие токи и большую рассеиваемую мощность, для реализации всех его возможностей необходимо обеспечить эффективный теплоотвод. Примененный транзистор предназначен для установки на радиатор с помощью пайки.
В этом случае целесообразно использовать промежуточную медную пластину толщиной несколько миллиметров, к которой припаивают транзистор и на которой можно установить остальные детали (рис. 4). Затем, после окончания монтажа, пластину можно разместить на радиаторе.
Пайки при этом уже не требуется, поскольку пластина будет иметь большую площадь теплового контакта с радиатором.
Если применить для поверхностного монтажа микросхему DA1 типа~П_431С, резисторы типа Р1 -12 и соответствующие чип-конденсаторы, то их можно разместить на печатной плате (рис. 5) из односторонне фольгированного стеклотекстолита.
Плату припаивают к выводам транзистора и приклеивают к упомянутой медной пластине клеем.
В качестве такой пластины можно использовать, например, корпус с фланцем от испорченного мощного биполярного транзистора, скажем, КТ827, применив при этом навесной монтаж.
Налаживание стабилизатора сводится к установке требуемого значения выходного напряжения.
Надо обязательно проверить устройство на отсутствие самовозбуждения во всем диапазоне рабочих токов.
Для этого напряжения в различных точках устройства контролируют с помощью осциллографа. Если самовозбуждение возникает, то параллельно конденсаторам С1, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с выводами минимальной длины.
Размещаются эти конденсаторы как можно ближе к транзистору VT1 и микросхеме DA1.
ЛИТЕРАТУРА
- Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, № 5, с. 45.
- И. Нечаев. Необычное применение микросхемы КР142ЕН19А. — Радио, 2003, № 5, с. 53,54.
Источник: https://www.radio-schemy.ru/supply/common-supply/515-stabilizator-napryajeniya-na-mownom-polevom-tranzistore.html
Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе 13В (IRLR2905)
При построении сильноточных стабилизаторов напряжения радиолюбители обычно используют специализированные микросхемы серии 142 и аналогичные, «усиленные» одним или несколькими, включенными параллельно, биполярными транзисторами.
Если для этих целей применить мощный переключательный полевой транзистор, то удастся собрать более простой сильноточный стабилизатор,
Схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рис. 3.28.0. Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение около 13 В (эффективное значение) поступает на выпрямитель и сглаживающий фильтр. На конденсаторах фильтра оно равно 16 В. Это напряжение поступает на сток мощного транзистора VT1 и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор.
Часть выходного напряжения через делитель R2, R3 подается на вход микросхемы DA1, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В. В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, т.е.
частично закрывая его, и, таким образом, устройство входит в режим стабилизации. Лучшие результаты удастся получить, если диод VD2 подключить к выпрямительному мосту (рис.
3.28.6).
В этом случае напряжение на конденсаторе С5 увеличится, поскольку падение напряжения на диоде VD2 будет меньше, чем падение напряжения на диодах моста, особенно при максимальном токе.
При необходимости плавной регулировки выходного напряжения постоянный резистор R2 следует заменить переменным или подстроенным резистором.
В стабилизаторе в качестве регулирующего элемента применен мощный полевой транзистор IRLR2905. Хотя он и предназначен для работы в ключевом (переключательном) режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном режиме.
Транзистор имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,027 Ом), обеспечивает ток до 30 А при температуре корпуса до 100°С, обладает высокой крутизной и требует для управления напряжения на затворе всего 2,5…3 В.
Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт.
Полевым транзистором управляет микросхема параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (импортный аналог TL431).
Конденсаторы — малогабаритные танталовые, резисторы — MJ1T, С2-33, диод VD2 — выпрямительный с малым падением напряжения (германиевый, диод Шоттки).
Параметры трансформатора, диодного моста и конденсатора С1 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения и тока.
Хотя транзистор и рассчитан на большие токи и большую рассеиваемую мощность, для реализации всех его возможностей необходимо обеспечить эффективный теплоотвод.
Налаживание стабилизатора сводится к установке требуемого значения выходного напряжения. Надо обязательно проверить устройство на отсутствие самовозбуждения во всем диапазоне рабочих токов. Для этого напряжения в различных точках устройства контролируют с помощью осциллографа. Если самовоз
буждение возникает, то параллельно конденсаторам CI, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с выводами минимальной длины. Размещаются эти конденсаторы как можно ближе к транзистору VT1 и микросхеме DA1.
Печатная плата устройства приведена на рис. 3.29. Эта плата рассчитана на установку малогабаритных деталей в корпусах для поверхностного монтажа, в том чис
ле и микросхема КР142ЕН19 требует замены на импортный аналог в корпусе SO-8.
В случае, если полевой транзистор найти не удалось, стабилизатор можно выполнить по другой схеме (рис. 3.30), на мощных биполярных транзисторах, с использованием той же микросхемы. Правда, максимальный ток нагрузки у этого варианта стабилизатора не более 3…4 А.
Для повышения коэффициента стабилизации применен стабилизатор тока на полевом транзисторе, в качестве регулирующего элемента применен мощный составной транзистор.
Трансформатор должен обеспечивать на вторичной обмотке напряжение не менее 15 В при максимальном токе нагрузки.
Источник: http://nauchebe.net/2010/10/stabilizator-napryazheniya-na-moshhnom-polevom-tranzistore-13v-irlr2905/
Мощный стабилизатор двухполярного напряжения для УМЗЧ
Электропитание
Главная Радиолюбителю Электропитание
Автор предлагает двухполярныи стабилизатор напряжения питания, пригодный для усилителей мощностью до 50- 100 Вт на канал.
Устройство выполнено на мощных полевых транзисторах, способных работать при многократных кратковременных перегрузках по току.
Применение таких стабилизаторов в значительной степени оправдано в усилителях с высокой чувствительностью к изменению и пульсациям питающего напряжения, что особенно присуще несложным усилителям без общей обратной связи.
Как известно, для питания мощного выходного каскада УМЗЧ в ряде конструкций используется отдельный источник питания, а остальная часть усилителя питается от стабилизатора напряжения.
Большинство таких источников питания — нестабилизированные и представляют собой два двухполупе-риодных выпрямителя (на напряжения положительной и отрицательной полярности) со средней точкой со сглаживающими конденсаторами.
Это нестабили-зированное напряжение не используется остальной частью усилителя, если в нём есть дополнительные узлы и коммутатор источников сигнала (полный, «интегральный» усилитель).
Кроме того, общая обратная связь, применяемая в большинстве УМЗЧ, существенно снижает чувствительность к пульсациям напряжения питания.
А если глубина общей ООС невелика или её совсем нет, пульсации питающего напряжения могут прослушиваться через акустические системы.
Кардинальным способом подавления пульсации и нестабильности является питание выходных каскадов усилителя стабилизированным напряжением, однако применение интегральных стабилизаторов тоже наталкивается на ряд проблем. Дело в том, что такие стабилизаторы имеют относительно большое падение напряжения.
Кроме того, в них, как правило, встроены ограничители по току и мощности, которые вообще могут свести на нет достоинства стабилизатора. Можно, конечно, применить интегральный стабилизатор большой мощности (например, с выходным током в 10 А), однако его стоимость, на мой взгляд, неприемлема.
Альтернативой при решении этой задачи может быть использование в стабилизаторе напряжения питания мощных полевых транзисторов. Эти транзисторы, кстати, недороги и имеют малое сопротивление открытого канала (сотые доли ома) и максимальный ток до 70…
100 А, что позволяет конструировать стабилизаторы с очень малым падением напряжения (не более 0,25 В) при токе до 20 А.
Параметры описываемого стабилизатора следующие. При выходном напряжении в 27 В его максимальный ток достигает 4,5 А. При таком токе нагрузки минимальное рабочее напряжение между входом и выходом не превышает 0,25 В.Разница между выходным напряжением стабилизатора без нагрузки и напряжением при токе нагрузки в 4,5 А составляет не более 0,15 В, при токе в 6 А эта разница не превышает 0,16 В.
Такие параметры стабилизатора обеспечивают применённые в нём мощные полевые транзисторы — IRF4905 (р-канальный) с максимальным током стока 74 А и сопротивлением открытого канала в 0,02 Ом и IRL2505 (п-канальный), с соответствующими током 104 А и сопротивлением 0,008 Ом.
Рис. 1
Источник: http://www.radioradar.net/radiofan/power_supply/powerful_regulator_bipolar_voltage.html
Блок питания на полевых транзисторах IRF3205 » Сервер радіоаматорів Прикарпаття
Для питания различных транзисторных конструкций решил собрать блок питания (далее – БП) со стабилизатором на полевых транзисторах, так как они имеют малое падение напряжения при больших токах в нагрузку.
Собрал и проверил схему стабилизатора RK9UC [1], показанную на Рис. 1. Эта схема выбрана из-за того, что имеет узел стабилизации (ограничения) тока в нагрузку (за это отвечают элементы = R6 R7 и VT5, выделенные на схеме красным цветом). Узел ограничения тока в нагрузку позволяет уменьшить последствия после аварийных ситуаций, а надеяться только на один предохранитель не очень разумно. Правда, мне не понравилось место установки «датчика тока» R7 в схеме. Перед сборкой стабилизатора, показалось, что из-за него возможна просадка выходного напряжения. Так как из-за падения напряжения на «датчике тока» R7 «регулируемый стабилитрон» DA1 будет неправильно корректировать выходное напряжение. Все-таки, мне не повезло. При испытании БП, уже при токе нагрузки всего 4 А напряжение на нагрузке проседало с 14,56 до 13,72 В. При закорачивании «датчика тока» R7 «просадка» значительно уменьшалась.
Чтобы спасти изготовленный БП от капитальных переделок, было принято решение, перенести детали R6 R7 VT5 в плюсовую цепь, и поставить их перед стабилизатором, между плюсом выпрямителя и стоками полевых транзисторов, так как сделал RA3WDK [2].
Схема доработанного БП показана на Рис. 2. Он обеспечивает выходное напряжение в пределах 9…17 В, при токе в нагрузку до 14 А, это значение тока ограничено мощностью примененного трансформатора Тр1 типа ТС-180. Если применить трансформатор типа ТС-270, максимальный ток можно ограничить на уровне 20 А. При этом придется добавить еще один транзистор IRF3205, включенный параллельно транзисторам VT3 и VT4.
Для работы стабилизатора на полевых транзисторах VT3 и VT4 необходимо, чтобы напряжение на входе выпрямителя было на 2…3 В больше чем на выходе.
Но для нормальной работы полевых транзисторов VT3 и VT4 типа IRF3205 напряжение на их затворах должно быть на 5…7 В больше чем на истоках. Для этого нужно либо поднять выпрямленное напряжение на входе всего стабилизатора или использовать дополнительный удвоитель напряжения на элементах C3 VD5 VD6 C6 для питания цепи затворов транзисторов VT3 и VT4.
При увеличении тока нагрузки свыше расчетного, падение напряжения на резисторе R2 превысит значение 0,7 В. Это напряжение, через резистор R3 будет приложено к переходу база–эмиттер транзистора VT1, открывая его. Ток через открытый переход коллектор–эмиттер транзистора VT1 и резисторы R4 и R5, создает падение напряжения на резисторе R5. Это напряжение, приложенное к переходу база–эмиттер транзистора VT2, открывает его. Открытый переход коллектор–эмиттер транзистора VT1 шунтирует «регулируемый стабилитрон» DA1, вследствие чего выходное напряжение уменьшается на столько, на сколько это необходимо для ограничения тока в нагрузку, согласно выбранного уровня.
Резисторы R7 и R9 предназначены для равномерного распределения тока между полевыми транзисторами VT3 и VT4.
Стабилитрон VD8 служить для защиты цепи стоков полевых транзисторов VT3 и VT4.
Конденсатор С7 служит для повышения помехоустойчивости узла стабилизации (ограничения) тока в нагрузку.
Микроамперметр РА1 на 150 – 200 мкА от кассетных магнитофонов, например М68501, М476/1. Родная шкала снята, вместо нее установлена самодельная шкала, изготовленная с помощью программы FrontDesigner_3.0, файлы шкал можно скачать с сайта журнала [3].
Правильно собранный, без ошибок, БП запускается сразу.
Все малогабаритные детали собраны на односторонней печатной плате (Рис. 3).
Монтаж БП показан на Рис. 4.
Изменяя сопротивление резисторов R11 и R13, устанавливаем пределы регулировки выходного напряжения. При указанных сопротивлениях резисторов R11 – R13 выходное напряжение регулируется в пределах 9…17 В.
Нагружаем БП на эквивалент нагрузки, мощный резистор, сопротивлением 1…1,5 Ом. Последовательно с эквивалентом подключаем образцовый амперметр. Подбором сопротивления резистора R1 устанавливаем предел измерения для амперметра РА1. Движком резистора R12 увеличиваем напряжение на выходе, тем самым увеличиваем ток в нагрузку сверх расчетного уровня. Смотрим, есть ли ограничение тока, работает ли стабилизация тока?
Результаты посте переделки: напряжение Uхх = 14,64 В, при токе нагрузки = 12 А напряжение на нагрузке Uн =14,52 В.
Теперь можно закрывать крышку. БП собран в корпусе размерами 150х120х260 мм, внешний вид показан на Рис. 5.
Изготовленный БП также часто используется для питания транзисторного КВ усилителя мощности и шуруповерта, у которого вышла из строя аккумуляторная батарея.
Скачать схему в формате splan: power_source_irf3205_scheme.spl [33.23 Kb] (скачувань: 1296)
Скачать разводку печатной платы: power_source_ft.lay [90.94 Kb] (скачувань: 1126)
Мельничук Василий Васильевич (UR5YW),
г. Черновцы, Украина.
E-mail: [email protected]
Использованная литература:
- Стабилизатор RK9UC http://vprl.ru/publ/tekhnologii/nachinajushhim/tl431_chto_ehto_za_quot_zver_quot_takoj/9-1-0-17 , http://vprl.ru/staty/nachinayushi/tl/bp13v22a.gif
- Блок питания Power supply «POWER ICE 30A v.3 http://ra3wdk.qrz.ru/tech.htm.
- Шкалы РА1 для амперметра БП.rar
Регулируемые блоки питания
- Изучив этот раздел, вы сможете:
- Разберитесь в работе последовательных регуляторов напряжения.
- • Регулятор простой серии.
- • Обратная связь и усиление ошибок.
- • Защита от сверхтока (ограничение тока).
- • Защита от перенапряжения.
Регуляторы напряжения серии Simple
Рис.2.2.1 Регулятор простой серии
На рис. 2.2.1 R S и D Z образуют простой регулятор SHUNT, как описано в модуле источника питания 2.1. В этой схеме однако, они используются для обеспечения стабильного опорного напряжения V Z в основе TR1. Напряжение эмиттера Tr1 обычно будет примерно на 0,7 В ниже, чем напряжение базы, и поэтому V OUT будет при более низком напряжении, чем напряжение базы.
V OUT = V Z — V BE
Если выходное напряжение V OUT падает из-за повышенного потребления тока нагрузкой, это приведет к увеличению V BE и, как следствие, ток через транзистор (от коллектора к эмиттеру) увеличится.Это обеспечит дополнительный ток, необходимый для нагрузки, и, таким образом, регулирует выходное напряжение V OUT .
Если V OUT имеет тенденцию к увеличению из-за уменьшения потребности в токе со стороны нагрузки, то это уменьшит V BE , поскольку напряжение эмиттера растет, а базовое напряжение остается стабильным благодаря D Z . Это уменьшение V BE приведет к выключению транзистора, уменьшению протекания тока и повторному регулированию выходного напряжения V OUT .
Этот регулирующий эффект обусловлен тем, что базовый потенциал Tr1 поддерживается стабильным посредством D Z , так что любое изменение напряжения эмиттера, вызванное изменяющимся током, вызывает изменение V BE , изменяя проводимость транзистора Tr1, что обычно будет силовым транзистором.Это действие противодействует изменению тока нагрузки. Однако с помощью этой простой схемы регулирование не является идеальным, и изменения в выходной мощности действительно происходят по следующим причинам.
Рис. 2.2.2 Рабочая область стабилитрона
1. Любое увеличение тока нагрузки (I L ) вызывает небольшое увеличение тока базы на соотношение I L / hfe. Это, в свою очередь, вызывает увеличение V BE , и поскольку выходное напряжение V OUT = V Z — V BE , любое увеличение V BE имеет тенденцию к снижению выходного напряжения.Величина этого падения составляет около 0,25 В для изменения выходного тока с 10 мА до 1 А.
2. Так как ток базы увеличивается с нагрузкой, ток через стабилитрон D Z будет уменьшаться по мере увеличения тока, потребляемого базой Tr1. Поскольку характеристика диода имеет наклон во всем рабочем диапазоне, как показано на рис. 2.2.2, большое изменение тока стабилитрона (ΔI) вызовет очень небольшое изменение напряжения стабилитрона (δV). Это, в свою очередь, немного повлияет на V BE и выходное напряжение.
3. По причинам 1 и 2, указанным выше, любое изменение нагрузки приведет к неидеальному регулированию, поэтому любое изменение на выходе немного изменит нагрузку на входной цепи. По мере того как вход обычно берут из источника ун-регулируемых, входное напряжение будет легко влиять небольшие изменения в токе нагрузки, в качестве входного напряжения также питания для опорного напряжения V Z любое изменение в выходном токе, с помощью влияя на входное напряжение, может оказывать заметное влияние на выходное напряжение, немного снижая эффективность регулирования.
Каждый из вышеперечисленных эффектов невелик, но в сумме они дают общий эффект, заметный, когда предложение работает в сложных условиях. Тем не менее, эта недорогая схема достаточно эффективна для многих приложений и более эффективна, чем шунтирующий стабилизатор. Кроме того, при использовании подходящего силового транзистора последовательный стабилизатор можно использовать для более высоких токов нагрузки, чем шунтирующая конструкция.
Рис. 2.2.3 Регулятор серии с усилителем обратной связи и ошибки
Обратная связь и усиление ошибок.
Для улучшения простого последовательного регулятора к базовой последовательной схеме можно добавить цепь обратной связи и усилитель ошибки.
На рис. 2.2.3 представлена структурная схема последовательного регулятора с усилением погрешности. В этой системе опорного напряжения V Z сравнивается с напряжением обратной связи V F , который представляет собой часть фактического выходного напряжения. Разница между двумя входами создает напряжение ошибки, которое используется для изменения проводимости элемента управления, исправляя любую ошибку в выходном напряжении.
Принципиальная схема.
Принципиальная схема этой системы показана на рис. 2.2.4. Tr1 — это последовательный элемент управления. Обычно это силовой транзистор, установленный на массивном радиаторе, чтобы обеспечить необходимое рассеивание мощности.
Стабильная опорное напряжение обеспечивается R4 и D1 от ООН регулируемого входного напряжения. Tr2 — это усилитель ошибки, и его коэффициент усиления устанавливается величиной резистора нагрузки R3. Tr2 сравнивает долю выходного напряжения V F , подаваемого обратно от делителя выходного потенциала R1 / R2, со стабильным опорным напряжением V Z на стабилитроне D Z .
Рис. 2.2.4 Принципиальная схема для Рис. 2.2.3
Выходное напряжение V OUT на рис. 2.2.4 можно выразить как:
V OUT = (V Z + V BE2 ) + (V OUT — V F )
Где:
V Z — напряжение на D Z
В BE2 — напряжение база / эмиттер Tr2
В F — напряжение обратной связи, полученное от ползунка VR1
Следовательно:
(V Z + V BE2 ) — напряжение на R2 и нижней части VRI
и
(V OUT — V F ) — напряжение на R1 и верхней части VRI
Если напряжение обратной связи V F изменить регулировкой потенциометра VR1, разница между V F и V Z изменится.Это вызовет изменение ошибки управления напряжением Tr1 и изменение выходного напряжения V OUT . Таким образом, VR1 обеспечивает переменное выходное напряжение, которое после установки остается стабильным при этой настройке.
Регулирующее действие схемы определяется напряжением на переходе база / эмиттер Tr2, то есть разницей между V F и V Z .
Если V OUT имеет тенденцию к увеличению, то V F — V Z также увеличивается.Это увеличивает ток коллектора Tr2 и, следовательно, увеличивает п.д. через R3, уменьшая базовое напряжение и, следовательно, напряжение база / эмиттер Tr1, уменьшая проводимость Tr1, таким образом уменьшая ток, протекающий к нагрузке.
Выходное напряжение V OUT уменьшается таким образом до тех пор, пока не будет достигнут баланс, поскольку часть обратной связи (V F ) V OUT также уменьшается. Общий эффект заключается в том, что выходной сигнал поддерживается на уровне, который зависит от пропорции обратной связи, установленной переменным резистором (частью R1 / R2).
Если выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, то V F тоже. Напряжение база / эмиттер Tr2 уменьшается из-за стабильного V Z на эмиттере. Tr2 проводит меньше, и ток через R3 падает, уменьшая p.d. через это. Напряжение базы Tr1 повышается, и увеличивается проводимость управляющего транзистора. Это увеличивает выходной ток и V OUT до тех пор, пока V F снова не будет на правильном уровне.
Цепи защиты
Защита от перегрузки по току (ограничение тока)
Рис.2.2.5 Регулятор серии
с защитой от сверхтокаНа рис. 2.2.5 показано, как можно защитить последовательный стабилизатор от чрезмерного тока, потребляемого нагрузкой. Это предотвратит повреждение источника питания в случае слишком большого тока, потребляемого на выходе, или даже полного короткого замыкания на выходных клеммах.
Добавлены два компонента: Tr3 и R5. Резистор R5 имеет очень низкое значение (обычно менее 1 Ом).
Когда ток нагрузки поднимается выше заданного значения, небольшое напряжение, развиваемое на R5, станет достаточным (около 0.7v), чтобы включить Tr3. Поскольку Tr3 подключен к переходу база / эмиттер основного управляющего транзистора Tr1, действие включения Tr3 будет уменьшать напряжение база / эмиттер Tr1 на величину, зависящую от величины избыточного тока. Выходному току не позволено превысить заданное значение, даже если на выходных клеммах произойдет полное короткое замыкание. В этом случае напряжение базы / эмиттера Tr1 будет снижено практически до нуля вольт, предотвращая ток Tr1. В этих условиях выходное напряжение будет падать до нуля, пока сохраняется состояние перегрузки по току, но питание не будет повреждено.
Рис. 2.2.6 Регулятор серии с защитой от перегрузки по току и перенапряжения
Защита от перенапряжения.
Если используются стабилизированные источники питания, входное напряжение постоянного тока регулятора часто значительно превышает требуемое выходное напряжение. Поэтому в случае отказа блока питания стабилизированное выходное напряжение может внезапно подняться до уровня, который может повредить другие компоненты. По этой причине в стабилизированные источники питания часто входит защита от перенапряжения.Цепь, показанная на рис. 2.2.6, иногда называют «ломовой» цепью, потому что, когда она работает, она вызывает полное короткое замыкание на выходе, аналогичный эффекту падения металлического лома на положительный вывод и вывод заземления!
Работа цепи лома.
На рис. 2.2.6 стабилитрон D Z 2 имеет напряжение пробоя немного меньше максимально допустимого значения для V OUT . Остальная часть V OUT разработана для R6, VR2 и R7.
VR2 — это потенциометр, так что напряжение может сниматься с цепи резисторов для правильного смещения диода D1. У этого диода катод удерживается на 0 В с помощью R8, а VR2 настроен так, чтобы D1 был просто вне проводимости, то есть его анодное напряжение примерно на 0,5 В выше, чем его катодное напряжение.
Теперь, если V OUT увеличивается, напряжение на R6, VR2 и R7 вырастет на ту же величину, поскольку напряжение на D Z 2 останется прежним. Следовательно, будет существенное повышение напряжения на ползунке R7, которое заставит D1 проводить ток, подавая импульс тока на затвор тиристора Th2, заставляя его «загораться» и сильно проводить, пока V OUT не упадет практически до 0v.R9 включен для ограничения результирующего тока, протекающего через тиристор, до безопасного уровня.
Большой ток, протекающий при возгорании Th2, теперь приведет к срабатыванию схемы ограничителя тока, как описано ранее. Это безопасно отключит питание до тех пор, пока сверхток, вызванный Th2, не исчезнет, что, конечно же, произойдет, как только V OUT достигнет 0 В, но если перенапряжение все еще будет присутствовать, когда Th2 выключится и V OUT повысится опять же, схема повторно запустится, в результате чего напряжение на нагрузке будет неоднократно меняться от нормального значения до нуля; безобидный, но явный симптом проблемы перенапряжения.
Регулируемые блоки питания
- Изучив этот раздел, вы сможете:
- Разберитесь в принципах работы шунтирующих регуляторов.
- • Регулирующее действие стабилитрона.
- • Работа основной схемы шунтирующего регулятора.
- • Рассчитайте значения компонентов для основной цепи шунтирующего регулятора.
- Признайте ограничения базового регулятора шунта.
- Узнайте о методах увеличения номинального тока.
- Распознавать каскадные методы для улучшения регулирования линии.
Базовые схемы шунтирующего регулятора
Рис. 2.1.1 Базовый шунтирующий регулятор
Шунтирующие регуляторышироко используются, потому что они дешевы, эффективны и просты. Однако необычно найти шунтирующий стабилизатор, используемый в качестве основной регулирующей цепи в большом источнике питания.Шунтирующее регулирование действительно подходит, по разумной цене, только для относительно небольших токов и диапазона фиксированных, обычно довольно низких напряжений. Это происходит из-за недостатка шунтирующего регулирования, заключающегося в том, что в дополнение к току нагрузки всегда должен протекать регулирующий ток (протекающий через стабилитрон). При больших токах это расточительное использование энергии.
Базовая схема шунтирующего регулятора показана на рис. 2.1.1 и состоит всего из двух компонентов; последовательный резистор R S , подающий ток на стабилитрон, который подключен с обратной полярностью) через нагрузку.
Стабилитрон.
Рис. 2.1.2 Характеристическая кривая стабилитрона
Основным свойством стабилитрона является то, что напряжение на диоде (V Z ) будет оставаться практически постоянным в широком диапазоне тока (I Z ), когда диод работает в режиме обратного смещения, как показано на Рис. 2.0.1.
Рис. 2.1.2 иллюстрирует характеристическую кривую стабилитрона, где рабочая область (показанная зеленым) стабилитрона представляет собой диапазон тока на почти вертикальной области пробоя кривой.
При условии, что обратный ток поддерживается на уровне выше примерно 1–2 мА (избегая «излома» обратной характеристики) и не превышает безопасный рабочий ток для этого конкретного типа диода, происходит очень небольшое изменение обратного напряжения. Именно этот эффект используется для получения необходимого регулирующего эффекта.
Во время работы источника питания могут возникнуть два условия для изменения выходного напряжения;
а. Ток нагрузки может отличаться.
г.Напряжение питания может отличаться.
Схема устроена так, что полный ток питания I S складывается из выходного тока нагрузки I OUT плюс тока стабилитрона I Z :
I S = I Z + I ВЫХ
При условии, что стабилитрон работает в допустимом диапазоне тока, напряжение V Z будет оставаться практически постоянным, отклоняясь лишь на очень небольшую величину (δV).
Регуляторы точки нагрузки
Рис. 2.1.3 Регуляторы точки нагрузки
Самый распространенный метод использования этих базовых стабилитронов с шунтирующими диодами — это система регулирования «точки нагрузки». В этом методе используется ряд стабилизаторов с фиксированным напряжением и относительно низким током в различных точках питаемой цепи. В этом случае в блоке питания можно использовать относительно неэффективный главный регулятор, поскольку каждая секция схемы имеет свой собственный регулятор. Например, для многих сложных схем требуются разные уровни напряжения для различных электрических и электромеханических частей.Каждый может иметь собственное регулируемое снабжение, например 9 В, 5 В или 3,3 В с использованием шунтирующих регуляторов «точка нагрузки», питаемых от единого общего источника питания, как показано на рис. 2.1.3. Каждый из стабилизаторов напряжения обычно размещается как можно ближе к питающей цепи, насколько это физически возможно, и имеет дополнительные разделительные конденсаторы для уменьшения любого шума или перекрестных помех между отдельными линиями питания.
Изменения тока нагрузки
Если ток в нагрузке Iout имеет тенденцию к падению, напряжение на нагрузке будет иметь тенденцию расти, но поскольку он подключен параллельно диоду, напряжение останется постоянным.Что изменится, так это ток (I Z ) через диод. Это повысится на величину, равную падению тока в нагрузке. Общий ток питания I S всегда равен I Z + I OUT . Увеличение тока нагрузки I OUT также вызовет падение тока стабилитрона I Z , снова поддерживая постоянство V Z и выходного напряжения.
Колебания входного напряжения
Если входное напряжение возрастает, в цепь будет протекать больший ток питания I S .Без стабилитронного шунтирующего регулятора это привело бы к увеличению выходного напряжения Vout, но любая тенденция к повышению V OUT просто приведет к тому, что диод будет проводить более сильную проводимость, поглощая дополнительный ток питания без какого-либо увеличения V . Z поддерживает постоянное выходное напряжение. Падение входного напряжения также вызовет уменьшение тока стабилитрона, снова поддерживая постоянное напряжение V OUT .
Ограничения
Этот простой шунтирующий регулятор подходит только для относительно небольших токов и фиксированного диапазона напряжений.Существует ряд ограничений на использование этой схемы:
Выходное напряжение:
Выходное напряжение равно напряжению стабилитрона диода и поэтому фиксируется на одном из доступных уровней напряжения.
Выходной ток:
Если выходной ток по какой-либо причине упадет до нуля (нагрузка может разомкнуться из-за неисправности или отключиться от источника питания), весь ток нагрузки должен пройти через стабилитрон. Поэтому максимальный ток, доступный для нагрузки, не должен быть больше, чем максимальный безопасный ток для одного стабилитрона.
Входное напряжение:
Входное напряжение должно быть выше (обычно примерно на 30%), чем выходное напряжение, чтобы можно было регулировать. Однако он не должен быть слишком высоким, так как это приведет к увеличению мощности, рассеиваемой диодом.
Рассеиваемая мощность:
Мощность, рассеиваемая диодом, должна находиться в безопасных рабочих пределах для выбранного устройства. Максимальная мощность будет рассеиваться, если позволить нагрузке разомкнуться, когда входное напряжение находится на максимальном значении.Этот «наихудший случай» не должен превышать максимальную номинальную мощность диода.
Вышеуказанные ограничения контролируются подходящим выбором стабилитрона и последовательного резистора R S . Конструкция простых схем регулятора довольно проста, если выполнить несколько простых шагов:
1. Определитесь с стабилитроном необходимого напряжения.
2. Выберите диод, максимальный ток которого по крайней мере соответствует, а предпочтительно превышает максимальный ток, необходимый для нагрузки.
Примечание. Номинальные значения стабилитронов обычно указывают максимальную рассеиваемую мощность, а не ток, поэтому вам нужно будет рассчитать номинальный ток на основе мощности и напряжения, указанных для устройства.
3. Определите наивысшее возможное напряжение на входе питания. (V IN макс )
4. Рассчитайте номинал подходящего последовательного резистора R S по формуле:
Где:
V IN max = наиболее вероятное входное напряжение.
В Z = напряжение стабилитрона
I OUT max = максимальный выходной ток.
I Z min = минимальный ток, при котором стабилитрон будет работать (скажем, от 1 до 2 мА).
5. Рассчитайте мощность, рассеиваемую в последовательном резисторе (R S ) по формуле:
Мощность, рассеиваемая R S = V R x I IN
Примечание. При расчете номинальной мощности и сопротивления ваши ответы, вероятно, не будут точно соответствовать коммерчески доступным предпочтительным значениям.Поэтому выберите ближайшее предпочтительное значение, а затем введите это значение в свои расчеты, чтобы убедиться, что схема будет правильно работать с предпочтительным значением. Тогда вы сможете процитировать:
Подходящее номинал резистора и его номинальная мощность, а также подходящий номер типа стабилитрона.
Пример:
Рис. 2.1.4 Пример
Спроектируйте простой стабилитрон (см. Рис. 2.1.4) шунтирующего стабилизатора со следующими характеристиками:
Требуемый максимальный ток нагрузки.100 мА
Выходное напряжение. 12В
Входное напряжение. 15 В номинальное, 16 В макс.
При минимальном токе стабилитрона 1 мА
Проблема решается за 4 шага.
1. Найдите значение для R S
R S должен обеспечивать ток, достаточный для поддержания I Z на уровне или чуть выше 1 мА, когда стабилитрон пропускает свой минимальный ток.
Как полный ток цепи I IN = I OUT + I Z
Минимальный ток стабилитрона будет иметь место, когда входное напряжение (V IN ) имеет минимальное значение, а ток нагрузки (I OUT ) — максимальное значение.
В этих условиях ток (I IN ), протекающий через R S , будет I OUT max + I Z min
Что составляет 100 мА + 1 мА = 101 мА
As R = V / I и напряжение на R S = V IN min — V Z
Тогда R S = (V IN мин — V Z ) / I IN = (15-12) / 101exp -3 = 29,7 Ом
Следовательно, практическое значение для R S будет следующим наименьшим предпочтительным значением 27 Ом)
2.Рассчитайте максимальный ток (I IN max ), который пройдет через R S .
Максимальный ток (I IN max ) будет иметь место, когда V IN находится на максимальном значении нит, то есть 16V
I IN макс. = (V IN макс. — V Z ) / R S = (16 — 12) / 27 = 4/27 = 148 мА
3. Рассчитайте максимальную требуемую мощность для R S
Это произойдет, когда V IN имеет максимальное значение).
(V IN макс. — V Z ) x I IN макс. = (16 — 12) x 148exp -3 = 0,592 Вт
Практическая номинальная мощность для R S , следовательно, будет следующей по величине доступной номинальной мощностью = 1 Вт)
4. Рассчитайте максимальную мощность (P Z max ), которую должен рассеивать стабилитрон.
Это будет мощность, которую стабилитрон должен рассеять, если нагрузка была отключена при максимальном входном напряжении, в результате чего через диод Венера протекает максимальный ток (I IN max ) в 148 мА.
As Power P = I x V, затем P Z max = I IN max x V Z = 148exp -3 x 12 = 1,776 = прибл. 1,8 Вт
Следовательно, подходящий шунтирующий стабилизатор будет состоять из резистора 27 Ом 1 Вт и стабилитрона 12 В с номинальной мощностью не менее 2 Вт.
Однако интересно сравнить мощность, подаваемую на нагрузку, (12 В x 100 мА) = 1,2 Вт с мощностью, рассеиваемой в шунтирующем стабилизаторе (0,592 Вт в резисторе + 1.776Вт в диоде = 2.368Вт.
Только около 33% общей мощности приходится на нагрузку, причем около 66% рассеивается шунтирующим регулятором!
Поэтому простой шунтирующий стабилизатор на стабилитроне не очень эффективен при работе даже с такими значениями тока. Лучшим вариантом может быть добавление в схему транзистора для обработки больших токов.
Рис. 2.1.5 Транзисторный шунтирующий стабилизатор
Шунтирующие регуляторы тока большой мощности
Ток, который может обрабатывать простой стабилитрон / резистивный шунтирующий стабилизатор, ограничен максимальным номинальным током стабилитрона, но есть способы увеличения максимальной токовой нагрузки шунтирующих стабилизаторов.Один типичный метод показан на рис. 2.1.5, где используется силовой транзистор, способный пропускать эмиттерный ток, намного больший, чем стабилитрон.
Стабилитрон теперь обрабатывает только ток базы транзистора, а основной ток стабилизации I E приблизительно равен току базы транзистора, умноженному на hfe транзистора:
I E = I B (1 + hfe)
Таким образом, регулятор может работать с током I Z (1 + hfe), что позволяет регулятору обеспечивать гораздо большие токи нагрузки.
Обратите внимание, что выходное напряжение больше не равно V Z , а равно V Z + V BE . Транзистор будет иметь напряжение V BE , как правило, 0,7 В, поэтому для создания регулятора на 5 В будет выбран стабилитрон на 4,3 В.
Операция
Если ток в нагрузке, подключенной к выходу регулятора, уменьшается, напряжение на правом конце последовательного резистора (R) будет увеличиваться. Когда это происходит, напряжение база-эмиттер транзистора увеличится на аналогичную величину, поскольку напряжение на стабилитроне постоянно.
Это увеличение напряжения база-эмиттер приведет к тому, что транзистор (Tr1) будет проводить более интенсивную проводку до тех пор, пока дополнительный ток, потребляемый транзистором, не уравновесит уменьшение тока, потребляемого нагрузкой, поэтому выходное напряжение регулятора возвращается к своему прежнему значению. нормальное значение.
Если ток нагрузки увеличивается, происходит аналогичное действие, но на этот раз будет снижение базового напряжения Tr1. Это снизит ток через транзистор, тем самым уравновесив увеличение тока нагрузки.Опять же, выходное напряжение регулятора остается относительно постоянным.
Регламент улучшения линейки
Рис. 2.1.6 Каскадные шунтирующие регуляторы
Эффективная схема регулятора должна компенсировать колебания входного напряжения, а также изменения выходного напряжения (выходная стабилизация). Эти изменения входного сигнала могут быть вызваны изменениями в питающей сети переменного тока (отсюда и название линейное регулирование) или изменениями на входе выпрямленного постоянного тока в схему регулятора, вызванными изменениями тока, потребляемого другими частями электронной системы, совместно использующими те же поставка.Насколько хорошо работает линейное регулирование, можно определить, сравнив любое изменение выходного напряжения регулятора с изменением входного напряжения регулятора (при условии постоянного тока нагрузки). Это можно выразить как коэффициент регулирования линии и указать в процентах. Например, если входное напряжение регулятора изменяется на ± 2 В, а выходное напряжение изменяется только на ± 0,2 В, коэффициент регулирования линии составляет ± 10%.
На рис. 2.1.6 показано, как можно улучшить линейное регулирование, используя ряд стабилизаторов стабилитрона, соединенных каскадом, каждый из которых будет иметь более низкое напряжение, чем предыдущий, но при каскадном подключении регуляторов общий коэффициент регулирования составляет произведение факторов отдельных цепей.Следовательно, два регулятора, каждый из которых имеет коэффициент регулирования 10% или 0,1, дадут общий коэффициент 0,1 x 0,1 = 0,01 или 1%.
Полевой транзистор
- Ресурс исследования
- Исследовать
- Искусство и гуманитарные науки
- Бизнес
- Инженерная технология
- Иностранный язык
- История
- Математика
- Наука
- Социальная наука
Лучшие подкатегории
- Продвинутая математика
- Алгебра
- Базовая математика
- Исчисление
- Геометрия
- Линейная алгебра
- Предалгебра
- Предварительный расчет
- Статистика и вероятность
- Тригонометрия
- другое →
Лучшие подкатегории
- Астрономия
- Астрофизика
- Биология
- Химия
- Науки о Земле
- Наука об окружающей среде
- Науки о здоровье
- Физика
- другое →
Лучшие подкатегории
- Антропология
- Закон
- Политология
- Психология
- Социология
- другое →
Лучшие подкатегории
- Бухгалтерский учет
- Экономика
- Финансы
- Менеджмент
- другое →
Лучшие подкатегории
- Аэрокосмическая техника
- Биоинженерия
- Химическая инженерия
- Гражданское строительство
- Компьютерные науки
- Электротехника
- Промышленное проектирование
- Машиностроение
- Веб-дизайн
- другое →
Лучшие подкатегории
- Архитектура
- Связь
- Английский
- Гендерные исследования
- Музыка
- Исполнительское искусство
- Философия
- Религиоведение
- Письмо
- другое →
Лучшие подкатегории
- Древняя история
