Стабилизатор тока на полевом транзисторе для светодиода: Стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе

Содержание

Стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе

Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет. В этом, и не только, случае помогут специальные схемотехнические решения ограничивающие, регулирующие и стабилизирующие ток. Далее подробно рассмотрены схемы стабилизаторов и регуляторов тока. Источники тока, в отличие от источников напряжения, стабилизируют выходной ток, изменяя выходное напряжение так, чтобы ток через нагрузку всегда оставался одинаковым. Таким образом, источник тока отличается от источника напряжения, как вода отличается от суши. Типичное применение источников тока — питание светодиодов, зарядка аккумуляторов и т.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Плавное включение светодиодов на одном транзисторе.

Стабилизатор тока для светодиодов, схемы


Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания.

Но пульсации — это не страшно, гораздо хуже то, что малейшее повышение питающего напряжения может привести к настолько сильному увеличению тока через светодиоды, что они просто выгорят. Чтобы этого не допустить, светодиоды особенно мощные обычно запитывают через специальные схемы — драйверы, которые по сути своей являются стабилизаторами тока.

В этой статье будут рассмотрены схемы простых стабилизаторов тока для светодиодов на транзисторах или распространенных микросхемах. Для стабилизации тока через светодиоды можно применить хорошо известные решения:. На рисунке 1 представлена схема, работа которой основана на т. Транзистор, включенный таким образом, стремится поддерживать напряжение на эмиттере в точности таким же, как и на базе разница будет только в падении напряжения на переходе база-эмиттер.

Таким образом, зафиксировав напряжение базы с помощью стабилитрона, мы получаем фиксированное напряжение на R1. Ток эмиттера практически совпадает с током коллектора, а значит и с током через светодиоды. Обычные диоды имеют очень слабую зависимость прямого напряжения от тока, поэтому возможно их применение вместо труднодоступных низковольтных стабилитронов.

Вот два варианта схем для транзисторов разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD Ток через светодиоды задается подбором резистора R2. Резистор R1 выбирают таким образом, чтобы выйти на линейный участок ВАХ диодов с учетом тока базы транзистора.

Напряжение питания всей схемы должно быть не меньше, чем суммарное напряжение всех светодиодов плюс около Например, если нужно получить ток 30 мА через 3 последовательно включенных светодиодов с прямым напряжением 3. При этом сопротивление резистора должно быть около 20 Ом, мощность рассеивания — 18 мВт. Транзистор следует подобрать с максимальным напряжением Uкэ не ниже напряжения питания, например, распространенный S n-p-n.

Сопротивление R1 будет зависеть от коэфф. Для S и диодов 1N достаточно будет 10 кОм. Применим описанный стабилизатор для совершенствования одного из светодиодных светильников, описанного в этой статье. Улучшенная схема будет выглядеть так:. Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения.

Это приводит к существенному продлению срока службы светодиодной лампы. Из осциллограмм видно, что добавив в схему стабилизатор тока для светодиода на транзисторе и стабилитроне, мы тут же уменьшили амплитуду пульсаций в несколько раз:. При указанных на схеме номиналах, на транзисторе рассеивается мощность чуть больше 0. Если емкость балластного конденсатора увеличить до 1. В этом случае без радиатора не обойтись, но зато пульсации понизятся чуть ли не до нуля.

Вместо указанного на схеме транзистора 2CS, можно взять 2SC или аналогичный с током коллектора больше мА и допустимым напряжением Uкэ не менее В подойдут, например, старые советские КТ, КТ Стабилитрон рассчитан на напряжение 5. В качестве светодиодов применены распространенные smd-светодиоды из китайской лампочки а еще лучше взять готовую лампу и добавить в нее недостающие компоненты.

Теперь рассмотрим схему, представленную на рисунке 2. Вот она отдельно:. Токовым датчиком здесь является резистор, сопротивление которого рассчитывается по формуле 0.

При увеличении тока через светодиоды, транзистор VT2 начинает открываться сильнее, что приводит к более сильному запиранию транзистора VT1. Ток уменьшается. Таким образом происходит стабилизация выходного тока. Достоинства схемы — ее простота. К недостатку можно записать довольно большое падение напряжения а следовательно и мощности на транзисторе VT1. Это не критично при небольших токах десятки и сотни миллиампер , однако дальнейшее увеличение тока через светодиоды потребует установки этого транзистора на радиатор.

От этого недостатка можно избавиться, применив вместо биполярного транзистора p-канальный MOSFET с низким сопротивлением сток-исток:. Нужный ток, как и прежде, задается подбором резистора R1. VT1 — любой маломощный. Смотрите сами, какие токи вам нужны. Простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов на полевом транзисторе состоит всего лишь из одного транзистора с закороченным накоротко затвором и истоком:. Принцип действия схож со схемой на рисунке 1, только в качестве эталонного напряжения используется потенциал «земли».

Величина выходного тока определяется исключительно начальным током стока берется из даташита и практически не зависит от напряжения сток-исток Uси.

Это хорошо видно из графика выходной характеристики:. На схеме на рисунке 3 в цепь истока добавлен резистор R1, задающий некоторое обратное смещение затвора и позволяющий таким образом изменить ток стока а значит и ток нагрузки.

Пример самого простого драйвера тока для светодиода представлен ниже:. Здесь применен полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом n-типа BSS Точное значение выходного тока будет зависеть от характеристик конкретного экземпляра и сопротивления R1.

Это, в общем-то, все способы превратить транзистор в стабилизатор тока. Есть еще так называемое токовое зеркало, но применительно к светодиодным светильникам оно не подходит. Поэтому перейдем к микросхемам. Микросхемы позволяют добиться гораздо более высоких характеристик, чем транзисторы. Чаще всего для сборки стабилизатор тока для светодиодов своими руками используют прецизионные термостабильные источники опорного напряжения TL, LM и другие.

Типовая схема стабилизатора тока для светодиодов на TL выглядит так:. Так как микросхема ведет себя так, чтобы поддерживать на резисторе R2 фиксированное напряжение 2.

И чем выше будет коэффициент усиления транзистора hfe, тем больше эти токи будут совпадать. А вот пример практического применения TL в светодиодной лампе:. На транзисторе падает около В, рассеиваемая мощность составляет менее 1. Транзисторы в корпусе TO не требуют установки на радиатор до мощностей 1.

Резистор R3 служит для ограничения импульса зарядки конденсатора при включении питания. Ток через нагрузку задается резистором R2. В качестве нагрузки Rн здесь выступают 90 белых чип-светодиодов LED Максимальная мощность при токе 60 мА составляет 0. С учетом допустимого разброса напряжения Вольт см. ГОСТ , выпрямленное напряжение на конденсаторе C1 будет находиться в диапазоне от до В, поэтому он должен быть рассчитан на напряжение не менее В.

Например, резистор, задающий рабочий режим микросхемы DA1 должен обеспечивать ток не менее 0. Любой интегральный стабилизатор напряжения можно превратить в стабилизатор тока, добавив всего один резистор в соответствии со схемой:. Только надо учитывать, что, при таком включении, входное напряжение должно быть больше, чем напряжение стабилизации микросхемы на некоторую величину падение напряжение на самом стабилизаторе. Обычно это где-то Ну и, само собой, добавить напряжение на нагрузке.

Вот, например, конкретный пример стабилизатора тока для светодиодов на ЛМ Параметры схемы рассчитаны на 10 smd-диодов с прямым напряжением 3. Потребляемый ток ток через светодиоды — мА. Рассчитать сопротивление и мощность резистора под другие значения тока можно с помощью простенькой программки Regulator Design скачать. Очевидно, что чем выше выходное напряжение стабилизатора, тем больше тепла будет выделяться на токозадающем резисторе и, следовательно, тем хуже КПД.

Поэтому для наших целей лучше подойдет LM, чем LM Но я бы порекомендовал использовать для сборки своими руками драйвер для светодиода на lm см. Не менее эффективным получается линейный стабилизатор тока для светодиодов на LM Типовая схема включения:.

Простейшая схема включения LM для светодиодов, позволяющая собрать мощный светильник, состоит из выпрямителя с емкостным фильтром, стабилизатора тока и 93 светодиодов SMD Если такая большая гирлянда из светодиодов не нужна, то к драйверу на LM для питания светодиодов придется добавить балластный резистор или конденсатор чтобы загасить лишнее напряжение.

Как это сделать мы очень подробно рассматривали в этой статье. Поэтому использовать такой светильник нужно там, где напряжение более менее стабильно. И на емкости этого конденсатора не стоит экономить. К недостаткам приведенных в статье схем следует отнести низкий КПД за счет бесполезной траты мощности на регулирующих элементах.

Впрочем, это свойственно всем линейным стабилизаторам тока. Низкий коэффициент полезного действия неприемлем для устройств, питающихся от автономных источников тока светильники, фонарики и т. Когда собирается первый блок питания, схема берётся самая простая — чтобы всё получилось наверняка.

Только счастье это длиться не очень долго и вскоре становиться совершенно очевидным, что в БП обязательно должна быть возможность регулирования силы тока на выходе. Есть интересный вариант. К маломощному блоку питания можно изготовить приставку для регулировки тока в интервале от 20 mA и до максимума того, что он способен дать, вот по этой схеме:. Токовый стабилизатор действительно нужная вещица. Например, поможет зарядить любой аккумулятор, рассчитанный на напряжение до 9 вольт включительно, причём замечу, зарядить качественно.


Подключение светодиодов через стабилизатор тока

Светодиоды для своего питания требуют применения устройств, которые будут стабилизировать ток, проходящий через них. В случае индикаторных и других маломощных светодиодов можно обойтись резисторами. Их несложный расчет можно еще упростить, воспользовавшись «Калькулятором светодиодов». Для использования мощных светодиодов не обойтись без использования токостабилизирующих устройств — драйверов. Кроме того, они обеспечивают стабильный ток и при изменении напряжения источника питания. А это может быть актуально, если светодиод питается, например, от аккумуляторов. Самые простые ограничители тока — резисторы — обеспечить это не могут по своей природе.

Принцип работы стабилизатора тока, теория токовой стабилизации, Схемы на схемы, основной элемент которой мощный биполярный или полевой транзистор. Транзисторный стабилизатор тока для светодиодов.

Простейший стабилизатор постоянного тока

Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет. В этом, и не только, случае помогут специальные схемотехнические решения ограничивающие, регулирующие и стабилизирующие ток. Далее подробно рассмотрены схемы стабилизаторов и регуляторов тока. Источники тока, в отличие от источников напряжения, стабилизируют выходной ток, изменяя выходное напряжение так, чтобы ток через нагрузку всегда оставался одинаковым. Таким образом, источник тока отличается от источника напряжения, как вода отличается от суши. Типичное применение источников тока — питание светодиодов, зарядка аккумуляторов и т. Не путайте стабилизатор тока со стабилизатором напряжения! Это регулируемые стабилизаторы напряжения способные работать с токами до 1,5А, входными напряжениями до 40В и рассеивают мощность до 10Вт при соблюдении теплового режима. Схема и применение показаны на рисунках ниже. Стабилизатор тока на КРЕН в качестве зярядного устройства.

Стабилизатор тока для светодиода

Мы рассмотрим действительно простой и недорогой мощный светодиодный драйвер. Схема представляет собой источник постоянного тока, что означает, что он сохраняет яркость LED постоянной независимо от того, какое питание вы используете. Ели при ограничении тока небольших сверхярких светодиодов достаточно резистора, то для мощностей свыше 1-го ватта нужна специальная схема. В общем так питать светодиод лучше, чем с помощью резистора.

Полупроводниковый прибор, о котором пойдет речь, предназначен для стабилизации тока на требуемом уровне, обладает низкой стоимостью и дает возможность упростить разработку схем многих электронных приборов.

ИсточНик тока для светодиодов

Светодиодные светильники выполняют свои функции полноценно при качественном питании. Даже незначительные колебания силы тока в цепи провоцируют видимые пульсации, ухудшают долговечность. Аналогичные задачи решают в процессе зарядки аккумуляторных батарей. Для корректного решения обозначенных и других проблем подойдет стабилизатор тока на транзисторе. Самостоятельная сборка поможет обеспечить рабочие параметры устройства в точном соответствии с техническим заданием. Представленные ниже сведения пригодятся для выбора оптимальной электрической схемы.

Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение

Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания. Но пульсации — это не страшно, гораздо хуже то, что малейшее повышение питающего напряжения может привести к настолько сильному увеличению тока через светодиоды, что они просто выгорят. Чтобы этого не допустить, светодиоды особенно мощные обычно запитывают через специальные схемы — драйверы, которые по сути своей являются стабилизаторами тока. В этой статье будут рассмотрены схемы простых стабилизаторов тока для светодиодов на транзисторах или распространенных микросхемах.

Не хотелось бы использовать линейные стабилизаторы тока из-за . я предположил, что закорачивающик полевой транзистор имеет.

Стабилизатор тока на транзисторе

Главным электрическим параметром светодиодов LED является их рабочий ток. Когда в таблице характеристик светодиода мы встречаем рабочее напряжение, то нужно понимать, что речь идет о падении напряжения на светодиоде при протекании рабочего тока. То есть рабочий ток определяет рабочее напряжение LED.

Стабилизатор тока на транзисторе. Стабилизаторы тока схемы

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Простой источник тока на полевом транзисторе

Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания. Но пульсации — это не страшно, гораздо хуже то, что малейшее повышение питающего напряжения может привести к настолько сильному увеличению тока через светодиоды, что они просто выгорят. Чтобы этого не допустить, светодиоды особенно мощные обычно запитывают через специальные схемы — драйверы, которые по сути своей являются стабилизаторами тока. В этой статье будут рассмотрены схемы простых стабилизаторов тока для светодиодов на транзисторах или распространенных микросхемах.

Импульсные регулируемые постоянного тока.

Яркость светодиодных источников зависит от протекающего тока, а он в свою очередь — от напряжения питания. В условиях колебания нагрузки возникает пульсация светильников. Для ее предотвращения используется специальный драйвер — стабилизатор тока. При поломках элемент можно сделать самостоятельно. Стабилизатор обеспечивает постоянство показателей рабочего тока LED-диодов при его отклонении от нормы. Он предотвращает перегрев и выгорание светодиодов, поддерживает постоянство потока при перепадах напряжения или разрядке АКБ.

Я уже публиковал в своем журнале схему контроллера DRL. Переношу ее сюда. Также предусмотрел стабилизатор тока для светодиодов на LM


Стабилизатор тока для светодиодов схема — Самоделки

Стабилизатор тока для светодиодов

 

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

 

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

Простой стабилизатор тока на КРЕНке

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

 

Стабилизатор тока на КР142ЕН12 (LM317)

 

 

Стабилизатор тока на КРЕН в качестве зярядного устройства

 

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

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

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

Простой стабилизатор тока на двух транзисторах

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

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

 

Стабилизатор тока на транзисторах

 

Зарядка аккумуляторов

 

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

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

 

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

 

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

 

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

 

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

Стабилизатор тока на операционном усилителе (на ОУ)

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

 

Стабилизатор тока на операционном усилителе

 

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

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

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

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

 

Осциллограмма стабилизатора тока на ОУ

 

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

Стабилизатор тока на микросхеме импульсного стабилизатора напряжения

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

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

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

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

 

MAX771 включен как повышающий стабилизатор напряжения

 

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

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

Схема стабилизатора тока на MAX771
Нагрузка для стабилизатора тока

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

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

Заключение

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

Пробник для проверки светодиодов и не только

Не секрет, что радиолюбители в своих конструкциях зачастую применяют радиоэлементы не только приобретённые в магазине или по Интернету, но и полученные в результате разборки различной радиоэлектронной аппаратуры. В связи с этим возникает проблема проверки исправности этих радиоэлементов и их идентификации хотя бы по принципу функционального назначения. Это относится и к светодиодам, излучающим ИК-диодам, стабилитронам и т. п. Например, светодиод в белом прозрачном корпусе может быть любого цвета свечения, в том числе мигающим, а также оказаться излучающим ИК-диодом или фотодиодом. Светодиоды для поверхностного монтажа, применяемые в осветительных лампах или лентах, могут содержать несколько последовательно соединённых кристаллов. В этом случае их номинальное напряжение может превышать 10 В и даже 20 В.

Частично решить такие задачи можно с помощью цифрового мультиметра, работающего в режиме прозвонки или омметра. Но лучшие результаты можно получить, используя пробник, описание которого приводится ниже. С его помощью можно проверить, рассортировать или подобрать близкие по параметрам светодиоды и другие полупроводниковые радиоэлементы. Можно проверить как светодиоды с проволочными выводами, так и в корпусе для поверхностного монтажа. Этот пробник можно использовать и для проверки обычных выпрямительных или импульсных диодов и стабилитронов, а также других приборов на основе р-n переходов, например, транзисторов, фотодиодов и т. д.

Схема устройства показана на рис. 1 . Оно содержит стабилизатор тока на полевом транзисторе. Значение тока задают резисторы R2-R5. Выводные элементы подключают к гнёздам XS2.1 и XS2.2, а бескорпусные — к контактам ХТ1-ХТ10 на печатной плате. В зависимости от того, к каким контактам подключён проверяемый элемент, ток будет протекать через один или несколько токозадающих резисторов и будет стабильным при изменении напряжения питания. Светодиод HL1 служит для индикации протекания тока через проверяемый элемент. Напряжение на этом элементе можно проконтролировать, подключив к гнёздам XS3 и XS4 вольтметр. Он должен быть с входным сопротивлением не менее 1 МОм.

Рис. 1. Схема пробника

 

Питается пробник от внешнего блока питания, который удобно использовать в лабораторных условиях. Пробник рассчитан и на автономное питание, для этого применена батарея LR23A напряжением 12 В (типоразмер 2/3 ААА). При подключении внешнего источника питания батарея отключается. Без подключённых проверяемых элементов устройство не потребляет тока, поэтому выключателя питания нет.

При подключении проверяемого светодиода к гнёздам «10 мА» ток будет протекать напрямую через транзистор, и его значение определяется его начальным током. При подключении к гнёздам «0,1 мА» ток будет протекать через все токозадающие резисторы. Если через проверяемый элемент потечёт ток, на полевом транзисторе появится напряжение и включится светодиод HL1, сигнализируя об этом.

Применены резисторы МЛТ, С2-23, Р1-4. Светодиод должен быть обязательно сверхъярким красного свечения, поскольку у него меньше номинальное напряжение. Можно применить полевой транзистор КП303Е, КП302В, КП307Б и аналогичный с начальным током стока 10…20 мА. Если окажется, что начальный ток стока имеющегося транзистора не превышает 10 мА, предел измерения «10 мА» можно исключить и сделать другой, с меньшим значением. Для батареи гальванических элементов применён держатель.

Гнездо XS1 можно применить любое подходящее, гнёзда XS3 и XS4 должны быть рассчитаны на подключение щупов вольтметра. Гнездо XS2 — двухрядное многоконтактное. В авторском варианте применено гнездо PBD-36 (DS1023-2×18), но подойдёт и другое двухрядное, с гнёздами, удобными для подключения выводов контролируемых элементов. Выводы одного ряда соединяют между собой и минусовой линией питания. Часть контактов второго ряда образуют гнёзда от «10 мА» до «0,1 мА». Часть гнёзд второго ряда между ними заглушены термоклеем, чтобы упростить их идентификацию.

В качестве корпуса устройства был применён пластмассовый контейнер размерами 15x21x149 мм от авторучки. Сверху на крышку контейнера приклеена односторонняя печатная плата, на которой сформированы контакты XT1 — XT10. Чертёж платы показан на рис. 2. Чётные контакты образованы отдельными контактными площадками, нечётные образуют сплошную печатную площадку. В плате сделаны прямоугольное отверстие для гнезда XS2, круглое отверстие диаметром 3 мм для светодиода HL1 и переходные отверстия для подключения контактов XT 1 -XT 10.

Рис. 2. Чертёж платы устройства

 

Применён навесной монтаж, и большинство элементов смонтированы на выводах гнёзд XS1-XS4, светодиода HL1 и держателя батареи. Все элементы внутри корпуса закреплены с помощью термоклея. Внешний вид устройства показан на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид устройства

 

Налаживание сводится к установке требуемых значений тока подборкой резисторов R2-R5. Эти значения могут быть, конечно, любыми в пределах начального тока транзистора. Начинают налаживание с подборки резистора R2, а затем подбирают остальные. Для повышения удобства токозадающие резисторы могут быть маломощными построечными, например СП3-19.

При проверке диодов и p-n переходов транзисторов, если они исправны, индикаторный светодиод HL1 будет светить, если анод или соответствующий вывод транзистора подключён к контактам «+», а катод — к контактам «-«. При проверке стабилитронов можно определить назначение их выводов и оценить внутреннее сопротивление, измерив напряжение на них при разном токе. Излучающий ИК-диод можно определить по значению прямого напряжения, обычно оно находится в интервале 1…1,2 В.

При проверке светодиода его свечение должно сопровождаться свечением индикаторного светодиода HL1. Если одновременно подключить параллельно два однотипных светодиода, по яркости их свечения можно судить об идентичности их параметров.

Фотодиод можно проверить следующим образом. Его надо подключить к гнёздам пробника с наименьшим током и в противоположной полярности, т. е. на анод подать минусовое напряжение. Контролируя напряжение на нём, следует осветить его сильным источником света и затем затенить. У фотодиода эти два напряжения должны существенно отличаться друг от друга.

Конечно, возможности предложенного устройства упомянутыми типами радиоэлементов не ограничиваются.

Чертёж печатной платы в формате Sprint-Layout имеется здесь.

Автор: И. Нечаев, г. Москва

Высоковольтный стабилизатор напряжения постоянного тока » S-Led.Ru


При построении высококачественных высоковольтных стабилизаторов напряжения, например, для питания ламповых каскадов, приходиться применять специальные схемы включения регулировочных элементов, что усложняет схемотехнику таких стабилизаторов.

Между тем, существуют интегральные микросхемы, применяя которые можно создавать простые высоковольтные стабилизаторы напряжения компенсационного типа на выходное напряжение от 70 до 140 В. Это микросхемы типов SE070N, SE080N, SE090N, SE105N, SE110N, SE120N, SE125N, SE130N, SE135N, SE140N. Эти микросхемы предназначены для контроля и регулировки напряжения постоянного тока. Как нетрудно догадаться, цифровое обозначение в маркировке микросхемы будет соответствовать рабочему напряжению микросхемы в вольтах.

На рисунке выше показан один из возможных вариантов линейного стабилизатора на выходное напряжение 115 В постоянного тока. Источником напряжения для стабилизатора служит сеть переменного тока 220 В. В других конструкциях источником напряжения может быть, например, вторичная обмотка силового трансформатора, выход выпрямителя преобразователя напряжения. Стабилизатор выполнен на интегральной микросхеме SE115N, представляющей собой детектор напряжения на 115 В.

Контролируемое напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход DA1 — вывод 1. Если напряжение на выходе стабилизатора стремится увеличиться свыше рабочего напряжения DA1, то открывается выходной n-р-n транзистор микросхемы, коллектор которого выведен на вывод 2 DA1. Это приводит к тому, что понижается напряжение затвор-исток VT1, что приводит к понижению выходного напряжения стабилизатора. На мощном высоковольтном полевом n-канальном транзисторе VT1 выполнен истоковый повторитель напряжения.

Сетевое напряжение переменного тока поступает на мостовой диодный выпрямитель VD1 — VD4. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Резистор R1 уменьшает бросок тока через выпрямительные диоды и разряженный конденсатор С1, возникающий при включении устройства в сеть. Стабилитрон VD5 защищает полевой транзистор от пробоя высоким напряжением затвор-исток. Светящийся светодиод HL1 сигнализирует о наличии выходного напряжения, кроме того, цепь R3HL1 разряжает оксидные конденсаторы при отключенной нагрузке.

Светлый угол — светодиоды • Драйвер 100 Вт на UC3842

Re: Драйвер 100 Вт на UC3842

Alikas » 14 авг 2015, 23:22

Я почти всю эту ветку прочитал. У меня есть одна вешь. Один товарищь пишет, что при статическом положении полевой транзистор с сопротивлением около ома будет иметь 9 ватт потерть. Каким образом он высчитал 9 ватт?
Если мощьность входная 100 ватт. Напряжение 220 вольт, чопротивление транзистора 0,8 ома. То ток будет 100 делить на 220 =0,4545454545454545 ампер. Теперь напряжение на сопротивлении канала транзистора. 0,46 умножить на 0,8=0,368. Значит в статическом режиме бы выделалось 0,368 ватт на транзисторе. Но самые большие потери на транзисторе происходят во время его особенно закрытия, поэтому транзистор грееться не как на 0,37 ватт, а гораздо сильне. При открытии транзистора, ток начинает вырастать линейно, поэтому он в начале мал и быстрое открытие не так уж много сэкономит энергии на нагрев транзистора. А в самом конце, при закрытии ,ток максимальный, поэтому тут нужно бороться за каждую наносекунду закрытия быстроты транзистора, чтоб транзистор как меньше был в полуоткрытом состоянии и на нём выделялось тепло. Ещё из этого как можно было понять, что при ниже частоте можно с выше КПД построить преобразователь, так как транзистор будет реже пребывать в полуоткрытом состоянии, когда он закрываеться особенно, потому что быстрота закрытия при разных частотах останеться всегда одинаковой.
Ещё могу сказать, что я сделал обратоходовик на УЦ3842, на феритовых длинных колцах,которые раньше были фильтры. Из трёх сложил, обизолировал и потом начал мотать первичную обмотку. То есть первичная не внуть проходит, а как на стержне мотаеться. Я даже думал вообще на воздухемотать, то есть тогда не будет потерть в сердечнике и частоту можно любую выбрать. Единственный недостаток малое сцепление будет магнитного потока и поэтому первичка к вториной обмотке должны быть как можно ближе. Нопока оставим воздушный сердечник и вернусь к феритовому сердечнику из этих длинных колец. Так вот, пока как мне показалось, получился хороший результат. Я на IRF840 выжал где-то 60 ватт. И транзистор не особо и грелся при недолгих нагрузках Резистор датчика тока у меня 5 ватт, 0,5 ом. На частоте 60 килогерц. Первичная обмотка имела около 64 витка. То есть тут какбы на стержне намотанно, поэтому эти зазоры можно забыть, не нужно их подбирать. Но есть другая сложность, что нужно стараться, чтоб вторичная обмотка покрывала первичную всю. Вторичную я мотал в два провода, 0,75 мм2, каждый провод. Провод в резиновой изоляции не толстой. Я хочу сделать преобразователь и получить 120 ватт желательно на выходе. 24 вольта и 5 ампер чтоб долго держало без вентиляторов желательно.
И думаю вставить транзистор IRF740. Может два в паралель. Его сопротивление 0,55 ома и напряжение 400 вольт. Кто что думает про это, получиться на нём это сделать?

Белый светодиод в модернизированной схеме драйвера

Белый светодиод на полевом транзисторе в усовершенствованной схеме драйвера


Белый светодиод и драйвер управления. Соединив светодиод и MOSFET обедненного типа, можно создать эффективный управляемый драйвер на основе источника тока.

Ярким светодиодам видимого диапазона нужен источник постоянного тока. В описанной ниже простой схеме такого источника, не создающей радиопомех, используются преимущества, предоставляемые новыми нормально открытыми мощными MOSFET обедненного типа.

Исторически простейшим способом управления такой нагрузкой, как белый светодиод, является использование постоянного или переменного сопротивления между источником питания и нагрузкой (Рисунок 1).

Достоинством этой схемы является только низкая стоимость, поскольку ток не остается постоянным, а зависит от напряжения питания и изменяется с повышением температуры при увеличении токовой нагрузки. Низкий КПД можно улучшить, заменив пассивный резистор активным компонентом или схемой, сопротивление которой автоматически регулируется, чтобы поддерживать определенное значение тока, даже при изменениях напряжения питания и/или нагрузки.

Возможности источников постоянного тока, построенных с использованием нормально открытых полевых транзисторов с управляющим р-n переходом или обедненных MOSFET, ограничены очень низкими уровнями мощности. Эти устройства управляются напряжением, а не током, как в старых транзисторах с биполярным переходом. Если малосигнальные полевые транзисторы с р-n переходом доступны с каналами как р, так и n типов, то новые обедненные MOSFET, способные управлять большими токами, необходимыми для синих и белых светодиодов, в настоящее время ограничены n-типами.

В традиционных схемах источников тока на обедненных MOSFET (Рисунок 2) используются только МОП-транзистор и резистор (постоянный или переменный). Ток, проходящий через МОП-транзистор, создает падение напряжения на резисторе, сопротивление которого подобрано таким, чтобы это напряжение превышало напряжение отсечки на величину, необходимую для обеспечения требуемого постоянного тока IO. Двухвыводной источник постоянного тока позволяет произвольно подключать нагрузку либо к стоку, либо, чаще всего, как показано на рисунке, к выводу затвора.

MOSFET обедненного типа IXTP3N50D2, выпускаемый компанией IXYS, управляет 5-ваттным светодиодом LZI-00NW05 компании LEDengin (190 лм при токе 1 А). Для схемы требуется резистор (Rcc) от 2 до 10 Ом мощностью от 1 до 2 Вт. Для достижения максимального КПД напряжение питания должно быть как можно ближе к прямому напряжению светодиода VF.

Хотя традиционный источник постоянного тока компактен и эффективен, он обеспечивает лишь ограниченный диапазон управления током с помощью переменного резистора RCC и обычно требует мощного постоянного резистора, индивидуально подобранного для каждого МОП-транзистора. Это связано с тем, что напряжение отсечки (VGS(OFF)), необходимое для управления МОП-транзистором, имеет большой разброс от устройства к устройству, как и прямое напряжение VF светодиода. Это делает схему непрактичной для массового производства.

Новая схема позволяет управлять напряжением отсечки (VGS(OFF)) MOSFET обедненного типа. В ней мощный последовательный реостат Rcc стандартной схемы заменен светодиодом, а высокоомный потенциометр (делитель напряжения) включен параллельно светодиоду (Рисунок 3).

В представленной на этой схеме комбинации обедненного MOSFET и светодиода полевой транзистор генерирует ток, управляемый напряжением, в то время как светодиод, подключенный непосредственно к стоку Q1, генерирует напряжение, зависящее от тока. Таким образом, максимальный ток проходит через белый светодиод тогда, когда движок потенциометра находится возле вывода Rcc, подключенного к истоку транзистора, и достигает минимального значения, определяемого прямым напряжением светодиода и напряжением VGS(OFF) транзистора, когда движок перемещается к заземленному выводу потенциометра.

Чтобы при крайнем положении движка потенциометра исключить возможность протекания через светодиод слишком большого тока, способного вывести схему из строя, может потребоваться дополнительное небольшое сопротивление, включенное между затвором и Rcc поскольку прямое соединение истока и затвора полностью откроет MOSFET. Прямое напряжение VF одиночного белого светодиода находится в диапазоне от 3.6 до 3.8 В, а напряжение отсечки VGS(OFF) транзистора IXTP3N50D2 имеет разброс от -2 до -4 В.

Эта схема обеспечивает удобный способ регулирования в широком диапазоне яркости свечения светодиода любого цвета без необходимости учета характеристик конкретного МОП-транзистора или светодиода. Значения напряжений также показывают, что величины VF одного белого светодиода недостаточно для того, чтобы в крайнем положении движка потенциометра управляющий МОП-транзистор был полностью закрыт (Рисунок4).

Если же требуется диапазон управления транзистором от полного его включения до полного выключения, простое решение заключается в последовательном соединении двух светодиодов. Такая схема работает в устройстве автора при напряжениях питания в диапазоне от 2.8 до 12 В, и будет работать также до максимально допустимого напряжения полевого транзистора, однако для этого потребуется радиатор.

Лучшим подходом было бы увеличить количество последовательных светодиодов, чтобы суммарное напряжение на них соответствовало напряжению питания с точки зрения рассеиваемого тепла и КПД. Например, 500-вольтовый 3-амперный MOSFET IXTP3N50D2 может в автономном приложении управлять тремя параллельными цепочками из ста 5-ваттных белых светодиодов.

Для установки напряжения на затворе обедненного MOSFET имеет значение не полное сопротивление потенциометра, а только отношение сопротивлений выше и ниже движка, умноженное на VF белого светодиода. Полное сопротивление потенциометра определяет лишь потребляемый им ток и равно произведению n на прямое напряжение светодиода, деленному на сопротивление резистора Rcc включенного параллельно белому светодиоду (где n — количество светодиодов в цепочке).

Для одиночного светодиода ток, идущий через 100-килоомный потенциометр, включенный параллельно светодиоду, составляет всего 0.037 мА (0.14 мВт), поэтому подойдет любой подстроечный резистор, что на порядки лучше, чем использование последовательного реостата. Кроме того, поскольку MOSFET управляется напряжением, сопротивление потенциометра может в разы превышать это значение и при этом соответствовать характеристикам транзистора, что позволяет дополнительно снизить потери мощности в цепи управления до ничтожных значений.

При последовательном соединении двух и более светодиодов сопротивление потенциометра может быть пропорционально увеличено до 200 кОм (или более), чтобы сохранить тот же уровень энергопотребления.

Кроме того, поскольку схема не содержит реактивных или переключающих компонентов, она имеет коэффициент мощности, равный единице. Она также не создает электромагнитных помех, и поэтому не попадает в сферу регулирования Части 15 правил FCC, регламентирующих уровни ЭМИ.

npn — Цепь светодиодов постоянного тока

Да, будет работать — это переключаемый ( не переключающий) грубый линейный регулятор, но Q2 работает в обратном режиме и будет регулировать несколько хуже. Было бы хуже, если бы ток вашего светодиода был меньше, так как он должен потреблять около 3 мА, чтобы дросселировать базовый ток Q1, поэтому он будет потреблять около 1 мА базового тока в обратном активном режиме.

Транзистор Q1 падает примерно на 17,2 В при 18,2 мА, поэтому он будет рассеивать (без учета рассеяния тока базы, которым можно пренебречь) 313 мВт, что довольно много для транзистора TO-92.Предполагая максимальную температуру окружающей среды 50°C и тепловое сопротивление J-A 200°C/Вт, температура соединения будет составлять 112°C, что является приемлемым, но недостаточным для хорошей надежности. Если бы «20В» на самом деле было 30В, то, конечно, было бы намного хуже.

Вы можете уменьшить рассеяние в транзисторе, добавив резистор последовательно со светодиодом (исходя из того, что минимальное напряжение питания 20 В может быть таким, что вы хотите сохранить стабилизацию). Например, если он должен регулироваться от 15 В до 20 В, вы можете добавить резистор, снижающий напряжение примерно на 5 В, то есть 5/18.2 = 270\$\Омега\$.

Если 20 В не сильно изменятся, вам вряд ли вообще понадобится регулятор , и простое переключение резистора с одним транзистором (который затем остынет) было бы лучше и проще (и надежнее). Например, резистор 1K 1/2 Вт.

Это не очень хороший регулятор, потому что «опорным» является Vbe Q2, и он будет меняться в зависимости от температуры. В некоторых случаях это можно считать особенностью, но я оставлю это обсуждение на другой раз.

Это симуляция LTspice, однако температурные кривые относятся к температуре перехода транзистора. Как видите, температура оказывает гораздо большее влияние, чем напряжение (без учета самонагрева).

На самом деле произойдет некоторый самонагрев, поэтому ток сначала будет выше, а затем снизится по мере того, как Q1 нагревает Q2.

Если Q2 подключен правильно, ток светодиода будет немного ниже, потому что базе не нужен такой большой ток.Моя симуляция (с использованием моделей LTspice) показывает немного меньший ток, чем ваша, поэтому рассеяние пропорционально меньше. Основным фактором может быть то, насколько оптимистично их количество для обратной бета-версии.


Для небольшого редактирования после приема пищи я добавил графики рассеяния Q1 в зависимости от питания и температуры светодиода (синие линии).

AL9910A-5 (высоковольтные автономные драйверы светодиодов)

Описание

ШИМ-драйвер-контроллер высоковольтных светодиодов AL9910/A представляет собой эффективное решение для автономных светодиодных ламп высокой яркости с выпрямленным сетевым напряжением в диапазоне от 85 В до 277 В переменного тока.AL9910 управляет внешними МОП-транзисторами с частотой переключения до 300 кГц, при этом частота переключения определяется одним резистором. Топология AL9910 создает постоянный ток через светодиоды, обеспечивая постоянный световой поток. Выходной ток программируется одним внешним резистором и, в конечном счете, определяется выбранным внешним полевым МОП-транзистором, что позволяет управлять многими слаботочными светодиодами, а также несколькими сильноточными светодиодами.

Яркость светодиода можно изменять как линейным, так и ШИМ-регулированием с помощью выводов LD и PWM_D AL9910 соответственно.Вход PWM_D работает со скважностью 0-100% и частотой до нескольких кГц.

AL9910 может выдерживать входное напряжение до 500 В, что делает его очень устойчивым к переходным процессам при стандартных напряжениях сети. Помимо стандартного корпуса SO-8, AL9910 доступен в корпусе SO-8EP с улучшенными тепловыми свойствами.

Особенности

  • Эффективность >90%
  • Универсальный выпрямитель, диапазон входного напряжения от 85 до 277 В переменного тока 
  • Входное напряжение до 500 В
  • Внутренний регулятор напряжения удаляет пусковой резистор
    • ƒ 7.МОП-транзистор 5 В — AL9910
    • ƒ Привод МОП-транзистора 10 В — AL9910A
  • Более жесткий допуск по измерению тока: 5 % AL9910-5, AL9910A-5 
  • Управляет светодиодными лампами с сильно- и слаботочными светодиодами 
  • Управление яркостью светодиодов с линейным и ШИМ-управлением яркостью
  • Внутренняя тепловая защита (OTP)
  • Доступен в пакетах SO-8 и SO-8EP
  • Полностью не содержит свинца и полностью соответствует требованиям RoHS
  • Без галогенов и сурьмы.«Зеленое» устройство

Приложение(я)

  • Автономные светодиодные лампы 
  • Высоковольтный драйвер светодиодов постоянного тока
  • Вывески и декоративное светодиодное освещение 
  • Задняя подсветка плоскопанельных дисплеев 
  • Источник постоянного тока общего назначения

Управление сильноточными светодиодами с помощью силового транзистора TIP3055 | Блог

Создано: 3 августа 2018 г.
Обновлено: 25 сентября 2020 г.

Одной из профессиональных опасностей работы аппаратурой является растущий размер живота, пропорциональный возрасту.Вот почему я стараюсь держать себя в форме с помощью регулярных тренировок в тренажерном зале. Силовые батончики незаменимы, помогая мне выполнять мои тренировки, поддерживая высокий уровень энергии в течение всего сеанса.

В электронике силовой транзистор эквивалентен линейке мощности. Он работает с сильноточными компонентами, такими как сотни светодиодов, потребляющих более 10 А от источника питания. Выбор неправильного транзистора или ошибка в конструкции печатной платы серьезно повредят оборудование.

Проблемы управления сильноточными светодиодами

Включение одного светодиода — простой процесс.Все, что требуется, чтобы зажечь светодиод, — это один ограничительный резистор, подключенный к источнику питания и светодиоду. Светодиод может без проблем управляться напрямую от вывода микроконтроллера. В принципе, можно не беспокоиться о нагреве резистора или обрыве дорожки печатной платы из-за чрезмерного нагрева.

Совсем другая история, когда вы пытаетесь управлять сотнями или тысячами светодиодов с одного вывода микроконтроллера. Если предположить, что один светодиод потребляет 10 мА, то сто одинаковых светодиодов дают общий ток до 1 А, что довольно много для встраиваемой системы.смысл говорит, что попытка включить светодиод, потребляя ток, приведет к немедленному и непоправимому повреждению микроконтроллера.

Еще более сложной задачей является одновременное включение нескольких сотен светодиодов с помощью микроконтроллера. Это часто происходит при освещении архитектурных моделей, когда отдельные зоны могут освещаться группой светодиодов. Разумным решением в этих случаях является использование мощных транзисторов для управления группой светодиодов.

Что такое силовой транзистор?

Силовой транзистор, как правило, аналогичен сигнальному транзистору, за исключением того, что он может направлять более значительную величину тока, когда он переведен в состояние «Включено».Кроме того, силовые транзисторы обычно доступны в корпусе, который может легко и эффективно рассеивать тепло.

Как обычно выглядят силовые транзисторы.

Вы найдете силовые транзисторы в виде биполярного переходного транзистора (BJT) и полевого транзистора металл-оксид-полупроводник (MOSFET). Транзисторы BJT далее делятся на NPN и PNP, а nMOS и pMOS образуют семейство MOSFET. Как правило, биполярный транзистор включается при наличии тока на базе, а полевой МОП-транзистор управляется напряжением на затворе.

Когда дело доходит до управления сильноточными светодиодами, важны три критических параметра: максимальный ток нагрузки; минимальный ток или напряжение, необходимые для включения силового транзистора; и термическое сопротивление.

Проектирование с использованием силового транзистора TIP3055

TIP3055 — это силовой транзистор NPN, способный выдерживать непрерывный ток нагрузки 15 А. Для включения транзистора необходимо приложить прямое напряжение смещения к переходу база-эмиттер. При протекании тока базы коллектор-эмиттер будет проводящим.TIP3055 доступен в корпусах TO-218 и TO-247, оба с металлическим покрытием для отвода чрезмерного тепла.

Правильная установка необходимой схемы — это только первый шаг в разработке силового транзистора TIP3055. Поскольку он используется для управления сильноточными компонентами, мощность, рассеиваемая транзистором, может привести к высоким температурам. Радиатор, добавленный физически или встроенный в саму печатную плату, помогает предотвратить чрезмерное накопление тепла.

Радиаторы помогают поддерживать температуру под контролем .

Еще одна ошибка при проектировании с силовым транзистором заключается в недостаточной ширине дорожки для работы с большим током. И коллектор, и эмиттер должны быть соединены толстыми дорожками печатной платы, ширина которых рассчитывается в зависимости от тока, температуры и толщины меди.

При любой силе тока очень важно отслеживать выходное напряжение и падение напряжения, чтобы гарантировать, что ваше устройство работает правильно и без каких-либо ненужных рисков. Цепь вашего источника питания должна быть легко просматриваемой на вашей принципиальной схеме.Регулятор напряжения и радиатор могут быть хорошими вариантами для ваших проектов.

Если вам нужен простой в использовании инструмент для компоновки печатных плат, который включает в себя все необходимое для создания высококачественных печатных плат, не ищите ничего, кроме CircuitMaker. В дополнение к простому в использовании программному обеспечению для проектирования печатных плат все пользователи CircuitMaker имеют доступ к личному рабочему пространству на платформе Altium 365. Вы можете загружать и хранить свои проектные данные в облаке, а также легко просматривать свои проекты через веб-браузер на защищенной платформе.

Начните использовать CircuitMaker сегодня и следите за новостями о новом CircuitMaker Pro от Altium.

Драйвер светодиодов

имеет встроенный N-канальный полевой транзистор 3,5 А / 80 В и ШИМ-генератор

LT3955, преобразователь постоянного тока, предназначенный для работы в качестве источника постоянного тока и регулятора постоянного напряжения с внутренним переключателем на 3,5 А, теперь доступен в Linear Technology Corp. он подходит для управления сильноточными светодиодами, а также имеет функции, подходящие для зарядки аккумуляторов и суперконденсаторов.Диапазон входного напряжения LT3955 от 4,5 В до 60 В подходит для широкого спектра приложений, включая автомобильное, промышленное и архитектурное освещение.

LT3955 использует внутренний N-канальный полевой МОП-транзистор 3,5 А, 80 В и может управлять двенадцатью белыми светодиодами 300 мА при номинальном входном напряжении 12 В, обеспечивая мощность более 20 Вт. Он включает датчик тока на стороне высокого напряжения, что позволяет использовать его в режимах повышения, понижения, повышающе-понижающего режима или в топологиях SEPIC. LT3955 может обеспечить КПД более 94% в топологии Boost, сводя к минимуму или устраняя необходимость во внешнем радиаторе.Штифт для регулировки частоты позволяет пользователю программировать частоту в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц, оптимизируя эффективность при минимальных размерах и стоимости внешних компонентов. В сочетании с корпусом QFN размером 5 мм x 6 мм LT3955 представляет собой компактное решение для драйвера светодиодов высокой мощности.

LT3955 имеет внутренний ШИМ-генератор, обеспечивающий коэффициент диммирования до 25:1, или может использовать внешний ШИМ-сигнал, обеспечивающий коэффициент диммирования до 3000:1. Для менее требовательных требований к диммированию можно использовать вывод CTRL, чтобы обеспечить аналоговый диапазон диммирования 10:1.Его архитектура токового режима с фиксированной частотой обеспечивает стабильную работу в широком диапазоне питающих и выходных напряжений. Защита от короткого замыкания на выходе и защита от обрыва светодиода повышают надежность системы. Вывод FB LT3955 с опорным напряжением на землю служит в качестве входа для нескольких функций защиты светодиодов и позволяет преобразователю работать в качестве источника постоянного напряжения для зарядных устройств.

LT3955EUHE доступен в корпусе QFN с 36 выводами 5 мм x 6 мм. Цена начинается от 3 долларов.75 каждый. Также доступна версия с расширенным температурным диапазоном, или класс I, LT3955IUHE, по цене от 4,41 доллара за штуку. Все цены основаны на количестве 1000 штук, и обе версии доступны со склада.

5 В с линейным регулятором от динамо-втулки

Электронные проекты Марко Мякеля: 5 В с линейным регулятором от динамо-втулки

Уменьшение падения напряжения ток всегда протекает через два диода.Будет напряжение потеря около 0,7 В на каждом диоде. Есть возможность заменить четыре диода выпрямительного моста с МОП-транзисторами, сопротивление во включенном состоянии которых составляет всего несколько миллиомов.

Аналогично потеря напряжения на LM7805 может составлять 2 В, четыре раз больше, чем у специальных регуляторов с малым падением напряжения, таких как LM2940T-5.0. Потери напряжения в схеме простого выпрямителя и LM7805 должны быть 3,4 В, в то время как представленная здесь схема должна терять всего около 1 В.

Принципиальная схема

Принципиальная схема диаграмма и макеты плат на этой странице были созданы с CadSoft EAGLE 4.16.

Если бы эта схема производилась серийно, она, вероятно, смысл интегрировать его в светодиодную фару. В простейшей форме светодиод питания и его выключатель питания будет подключен между +UB (анод D3) и земля.

Принцип действия

Синхронный выпрямитель

Jürgen Heidbreder, также известный как JuergenH on Немецкий форум MTB-News.de Elektronik rund ums Bike построил гениальную схему питания светодиодов для велосипедные динамо-машины.Первоначальная схема состояла из выпрямительного моста MOSFET и силового светодиода, который может поглотить все ток, который может обеспечить динамо-машина. Позже два стабилитрона диоды были добавлены для защиты МОП-транзисторов от скачков напряжения. левая часть нашей принципиальной схемы до анод D3 является копией этой схемы. В фаре светодиод будет подключен между +UB и GND .

В представленном синхронном выпрямительном мосту, если выпрямленный напряжение (на +UB) превышало абсолютное значение входного напряжения, ток будет течь в обратном направлении от цепи к катушке динамо.Это означает, что мы не можем подключить конденсатор напрямую между +UB и землей. Диод Шоттки D3 предотвращает нежелательные протекание тока, но это также приводит к потере примерно 0,5 В.

Можно исключить D3, построив активный синхронный выпрямитель, который включал бы полевые МОП-транзисторы только тогда, когда входное напряжение превышает выпуск. Такая схема была представлена ​​Вольфгангом Шубертом в Elektor 6-7/2006: Power-MOSFET-Gleichrichter (Power MOSFET Bridge Rectifier). Схема добавляет счетверенный операционный усилитель и 14 резисторов, некоторые из которые требуют очень малых допусков.Это сделало бы схему намного больше и дороже.

Регулятор с малым падением напряжения

Выпрямленное напряжение подается на конденсатор C1 емкостью 1 мФ. Благодаря стабилитроны D1 и D2, фиксирующие напряжение до 7,5 В, и Диод Шоттки D3, который падает на 0,5 В, напряжение на C1 никогда не должно превышать 7,0 В. Регулятор (IC1) выдерживает напряжение до 26 В, а максимальное напряжение затвор-исток IRF7319 (T1 и T2) составляет 20 В. Однако были выбраны стабилитроны с более низким напряжением фиксации, поэтому что C1 можно сделать меньше из-за более низкого номинального напряжения (10 В) и у диодов будет больше времени для рассеивания избыточных пиков переменное входное напряжение.В первом прототипе использовались стабилитроны на 18 В. (1N5355B) и конденсатор на 25 В.

Для LM2940T-5.0 требуется довольно стабильное входное напряжение и выход с низким ESR конденсатор. Поскольку максимальное напряжение снижается в высоких температуры, выходной конденсатор С2 был выбран на 10 В, хотя его максимальное напряжение должно быть 5 В. Схема должна работать от -40°C до 85°C, но это не тестировалось.

Спецификация

D1, D2
Стабилитрон 1N5343B, 5 Вт, 7.5 В
Д3
10MQ040N или B140 Диод Шоттки, 1 А, обратное напряжение 40 В, SMA
Т1, Т2
IRF7319 двойной МОП-транзистор, SO-8
С1
Миниатюрный электролитический конденсатор 1000 мкФ 10 В
С2
47 мкФ 10 В с низким ESR танталовый чип-конденсатор
IC1
стабилизатор напряжения с малым падением напряжения LM2940T-5.0 (TO-220) или LM2940IMP-5.0 (SOT-223)
прочее
некоторые разъемы, провод и термоусадочная трубка для подключения и защита цепи

Схема печатной платы

Существует две схемы печатной платы для корпуса TO-220 ЛМ2940Т-5.0 регулятор напряжения: с тепловым соединением и без него. Регулятор IC1 и его входной конденсатор C1 находятся на верхней стороне, а все остальные компоненты находятся на нижней стороне.

Регулятор напряжения IC1 также доступен в компактном корпусе. пакет СОТ-223, LM2940IMP-5.0. В верхних углах этой крошечной доски есть два монтажных отверстия для стабилитронов D1 и D2 от перенапряжения защита. Катоды диодов должны быть соединены вместе вне печатной платы. Аноды крепятся к плате. углы.На фото собранной схемы анодные выводы не обрезаны, а просто согнуты вниз параллельно доске. Вход переменного напряжения могут быть подключены к этим проводам. Отверстия для выхода напряжения выводы находятся на нижнем краю, чередуясь с монтажными отверстиями C1, большой входной конденсатор регулятора напряжения.

Корпус С1 желательно согнуть параллельно плате. В фото платы в собранном виде, С1 загнут с верхней стороны печатной платы над двумя двойными МОП-транзисторами IRF7319 T1 и Т2.Таким образом, собранная схема поместится внутри круглой трубки. внутренний диаметр которого составляет около 16 мм, а длина около 27 мм, не считая неразрезанные выводы стабилитронов D1 и D2. Если C1 изогнут с другой стороны, рядом с печатной платой, схема, скорее всего, поместилась бы внутри трубки диаметром 11 мм и длиной 52 мм.

Большинство компонентов монтируются на поверхности. Выпрямительный мост состоящий из Т1 и Т2, находится на верхней стороне. Регулятор напряжения IC1 а его опорные компоненты D3 и C2 находятся на нижней стороне.

Крошечная печатная плата также может использоваться в качестве выпрямителя для самодельный светодиод передняя фара. В этом случае все впаиваемые компоненты и все компоненты поверхностного монтажа на нижней стороне могут быть исключены. Так как динамо — источник постоянного тока, а светодиод питания — постоянный потребляющий ток, максимальный рабочий ток которого превышает ток динамо, стабилитроны для защиты от перенапряжения могут быть меньше: 500 мВт в корпусе для поверхностного монтажа СОД-80 (Мини-МЭЛФ). Монтаж площадки для таких диодов находятся у верхнего края платы, на обоих стороны.Токовый выход +UB для анода светодиода находится прямо под верхнем левом углу, а катод светодиода будет подключен к земле, на нижний край доски. Также возможно подключение питания Светодиод и переключатель на полную цепь.

Если размер и долговечность цепи не важны, можно было подключить аккумуляторную батарею на 5-6 вольт параллельно до C1, похожего на некоторые коммерческие товары.

Производительность

Зарядный ток мобильных телефонов Nokia пропорционален входное напряжение и состояние батареи.Минимальное напряжение около 4 В, как и у многих USB-устройств, оснащенных перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор . зарядный ток колеблется от менее 100 мА до более 500 мА в диапазон напряжения от 4 В до 5 В, в зависимости от устройства и состояния батарея.

На практике процесс зарядки старого мобильного телефона Nokia серии DCT-3 телефоны будут продолжать работать даже на скорости 5 км/ч. Однако зарядка прекратится при медленной езде с включенными фарами. С пробной нагрузкой который включается, когда выходное напряжение превышает 4.2 В, у меня получилось 370 мА при 15 км/ч, 420 мА при 20 км/ч и 440 мА при 30 км/ч.

Максимальное напряжение, определенное в USB-IF Battery Спецификация зарядки, редакция 1.1, 15 th апреля 2009 г. 5,25 В, что находится в пределах допуска 5,00±0,25 В ЛМ2940-5.0.

Навигатор Garmin GPSMap 60CSx оснащен аккумулятором отсек для двух батареек АА. Он работает как с перезаряжаемыми элементами NiMH , так и с одноразовыми клетки. Рабочий ток при минимальной яркости дисплея составляет около 120 мА.Когда устройство подключено к хосту USB, ток на батарея падает примерно до 200 мкА. Другими словами, время автономной работы продлится от менее чем одного дня до нескольких лет. Нет зарядки цепь внутри устройства, и пока не установлено, является ли это устройству требуется некоторая идентификация USB-хоста перед подачей питания.

Навигатор Garmin Edge 705 оснащен внутренней батареей. Устройство потребляет до 500 мА при зарядке аккумулятора и менее 80 мА при полностью заряженном аккумуляторе, независимо от того, как отображается дисплей. настроена яркость.ток не смог измерить на аккумуляторе пока. За 3 года использования аккумулятор разрядился. всегда был почти полностью заряжен после поездки, даже с фарами включено.

Основными преимуществами этой схемы являются небольшие размеры, низкая стоимость и низкий уровень электромагнитных помех. Недостатки средние производительность (импульсный регулятор может работать лучше) и отработанное тепло производство при низкой или нулевой нагрузке. МОП-транзисторы не терпят большого напряжения. Следовательно, стабилитрон диоды для защиты от перенапряжения должны срабатывать при небольшом напряжении, обогрев окружающего пространства, когда фары выключены и нет устройства заряжаются.

Повышающий преобразователь постоянного тока, часть 2. Учебное пособие по проектированию источника питания, раздел 5-2

Это продолжение раздела 5-1, и я рекомендую прочитать раздел 5-1 перед этим. Также может быть полезно прочитать раздел 2 о понижающем преобразователе для получения некоторой справочной информации, которую я не повторяю здесь для повышения.

Раздел 5-2 повестки дня

  • Выходные конденсаторы – для установившегося состояния и переходных процессов нагрузки
  • Выходные конденсаторы: среднеквадратичные токи
  • Нижняя сторона (управление) MOSFET выбор – три типа потери мощности
  • Выбор выходного диода – упаковка и потеря мощности

Раздел 5-2 продолжает обсуждение компонентов силовой передачи для повышающего преобразователя.Мы начнем с большого количества деталей для выходных конденсаторов, рассмотрев уравнения, основанные на пульсациях напряжения в установившемся режиме, а затем на основе реакции на переходные процессы нагрузки. Затем также подробно обсуждаются расчеты среднеквадратичного тока, поскольку эти элементы подвержены большому количеству злоупотреблений среднеквадратичным током.

Раздел 5-2 затем переходит к управляющему МОП-транзистору и его различным типам потерь и упаковки. Последняя часть силовой передачи, выходной диод, исследуется, исследуются варианты компоновки и потери мощности.


Выходные конденсаторы

Выходные конденсаторы в повышающем стабилизаторе подвержены высокому среднеквадратичному току, подобно входным конденсаторам понижающего преобразователя или входным и выходным конденсаторам обратноходового регулятора. Таким образом, несмотря на то, что пульсации напряжения являются важной характеристикой, точный расчет среднеквадратичного значения тока не менее важен, особенно когда используются алюминиевые, танталовые или другие технологии, которые имеют более низкие значения среднеквадратичного значения тока.

  • Как и входные конденсаторы, это обычно более одного отдельного конденсатора
  • Высокие среднеквадратичные токи означают, что можно использовать алюминиевые или танталовые колпачки, но для этого потребуются параллельные MLCC
  • Чистых выходных конденсаторов MLCC часто достаточно, когда нет переходных процессов нагрузки

Имеются два варианта выходных конденсаторов в повышающем стабилизаторе современной конструкции.Эта батарея конденсаторов либо состоит только из многослойной керамики или MLCC, либо представляет собой смесь MLCC и других технологий, которые обеспечивают большую емкость, но имеют другие недостатки. Я называю их понижающими конденсаторами.

Алюминиевые электролиты

, сухой тантал, полимерный алюминий и полимерный тантал являются четырьмя наиболее распространенными понижающими конденсаторами. Вместе эта смесь обеспечивает низкий импеданс в широком диапазоне частот.


Измерение тока выходного диода в лаборатории

Чтобы рассчитать среднеквадратичное значение тока в выходных конденсаторах, нам необходимо измерить или рассчитать ток в выходном диоде, который представляет собой трапециевидную волну с очень большим среднеквадратичным значением.Как и в случае с другими силовыми ключами и входными конденсаторами, попытка измерить фактический ток диода вызывает много проблем.

Во-первых, проволочная петля для датчика тока добавит большую индуктивность и изменит работу схемы. Во-вторых, большинство современных корпусов предназначены для поверхностного монтажа, как этот здесь, и снятие его с печатной платы увеличит тепловое сопротивление настолько, что диод почти наверняка перегреется, и выйдет больше этого волшебного дыма.


Измерение выходного тока MOSFET в лаборатории

Здесь я показываю синхронное усиление с моим текущим любимым пакетом MOSFET, Thermal Enhanced SO-8.Нет никакого реального способа снять этот пакет с печатной платы и получить петлю из проводов последовательно. Установка резистора датчика тока тоже не поможет. Это по-прежнему будет отделять сток, эту большую область, соединенную с термоконтактом, от печатной платы. Печатная плата, конечно, является тепловым синхронизатором, и полевой МОП-транзистор наверняка сгорит.

Хорошей новостью здесь является то, что ток выходного ключа такой же, как ток повышающей катушки индуктивности, когда ключ находится в состоянии проводимости. Это означает, что мы можем видеть и пик, и впадину на реальном осциллографе.Мы просто должны представить, что ток равен нулю, пока переключатель управления включен.


Определение тока каждой выходной крышки

Текущий закон Кирхгофа гласит, что если мы знаем два из трех токов, входящих в узел, мы можем вычислить третий. Подробно рассмотрев соединение выходного диода или полевого транзистора, объединенной группы выходных конденсаторов и нагрузки, мы можем либо смоделировать ID, либо измерить ток дросселя и сделать вывод о его форме волны. Мы знаем ток нагрузки из основных характеристик преобразователя.С этими значениями мы можем рассчитать ICO, общий ток, протекающий через батарею выходных конденсаторов.


Определение токов выходных диодов

Вы могли заметить, что величина, которую я называю ID-AVG, также является средним током катушки индуктивности. Это также средний входной ток. Отсюда следует, что ID-PK также является пиковым током проводника.

Следует также отметить, что величина T-OFF, относящаяся к тому факту, что управляющий полевой МОП-транзистор выключен, равна TSW, периоду переключения, умноженному на величину 1-D, где D — рабочий цикл.


Расчет полного среднеквадратичного значения выходной емкости

Зная пик, впадину и рабочий цикл трапециевидной волны, легко вычислить среднеквадратичное значение. Мне нравится использовать Mathcad для своих электронных таблиц, но Excel работает так же хорошо, как и почти любой другой инструмент расчета, который вам нравится. Расчет среднеквадратичного тока выходного диода — это не просто шаг на пути к расчету среднеквадратичного тока выходного конденсатора. Мы также будем использовать ток диода, чтобы рассчитать, насколько сильно он нагревается.

В моем выражении для полного среднеквадратичного значения тока и блока выходных конденсаторов предполагается, что выходной ток является чисто постоянным, а это неверно. Вернитесь к четвертому слайду, и вы увидите, что там также есть часть AC. Причина, по которой я делаю это предположение, заключается в том, что может быть довольно сложно предсказать форму волны выходного тока. Часто вы просто не знаете импеданс нагрузки. Результатом этого является то, что мое выражение для ICO-RMS получается выше, чем в реальной жизни, потому что среднеквадратичное значение выходного тока выше, чем его среднее значение.Я совершенно согласен с этим, так как это приводит к небольшому избыточному дизайну, и я называю это инженерным запасом.  


Выходные конденсаторы Разделение среднеквадратичного тока

Эти уравнения первого порядка не очень точны. Для меня это означает, что они обычно отличаются более чем на 10%. Как и в случае входных конденсаторов и понижающих преобразователей, различные типы импеданса между конденсаторами, где преобладают ESR и ESL, и MLCC, где преобладают реагенты, означают, что моделирование намного лучше.Тем не менее, симуляция не всегда доступна или ее создание может занять слишком много времени. Хорошо иметь хотя бы несколько основных математических выражений.


Моделирование + сравнение с лабораторией

Вспомните, что правильно спроектированная батарея конденсаторов, будь то входные или выходные конденсаторы, независимо от топологии, должна подавать или отводить как можно больше части переменного тока. Здесь, на этом графике, разница между током выходного диода, показанным синим, и общим током батареи конденсаторов, показанным красным, равна выходному току.Вот почему две формы волны имеют почти одинаковую форму волны.

Симуляторы позволяют вычислять среднеквадратичные значения, что отлично подходит для проверки уравнений. В этой симуляции диод должен выдерживать 3,6 ампер среднеквадратичного тока, что совсем немного. В реальной жизни потребуется хороший пакет с хорошей синхронизацией тепла.

Я создал этот график в LTspice, чтобы еще раз подчеркнуть, что ток катушки индуктивности (зеленый) равен току диода (синий), когда диод включен.Если у вас есть токовый пробник, а я очень на это надеюсь, вы можете измерить ток индуктивности и убедиться, что ток диода может быть правильно выведен из него. На самом деле, вы также можете вывести управляющий ток MOSFET из тока диода, и это тоже очень полезно.


Выходная емкость 1: Установившееся состояние Δ В O

Итак, мы тщательно рассчитали и проверили среднеквадратичные токи, которые должны выдерживать комбинированный набор выходных конденсаторов.Теперь пришло время посмотреть, какая реальная емкость необходима. Опять же, мы используем максимально допустимую дельту напряжения, чтобы определить минимальную выходную емкость и установившееся состояние. Это уравнение для емкости представляет собой просто старое I равно C dv dt, переставленное.

Думайте об этом как о нагрузке, разряжающей выходные конденсаторы в течение периода времени, равного DMAX, умноженному на период переключения. Этот коэффициент двойки является так называемым коэффициентом выдумки и является моим собственным изобретением. Многие различные факторы в реальных цепях способствуют тому, что пульсации напряжения превышают расчетные значения.Среди них паразитная проводимость и так далее, я удваиваю расчетную цифру для некоторого запаса.

То же самое относится и к максимальному ESR. Я уменьшаю его вдвое, потому что опыт научил меня, что это полезно.


Расчет пульсаций выходного напряжения

Это уравнение не очень точное. В импедансе MLCC преобладают реагенты, тогда как в импедансе бак-кепки преобладает ESR. На самом деле, вы, вероятно, заметили тенденцию. Каждый раз, когда для расчета требуется импеданс конденсатора, расчеты становятся неточными.Это одна из причин того, что на входах и выходах импульсных стабилизаторов часто можно увидеть запасные места для конденсаторов. Расчеты великолепны, симуляция прекрасна, но, в конце концов, вам нужно провести лабораторные испытания, чтобы узнать истинные пульсации напряжения. Во многих проектах есть несколько запасных посадочных мест, и если они не нужны, они просто не заполняются.

Сказав, что мои уравнения не очень точны, я должен сказать, что даже компьютерное моделирование не очень точно, если они не учитывают потери емкости MLCC в зависимости от напряжения постоянного тока, потери емкости в зависимости от различных конденсаторов в зависимости от частоты и включают оценки для ESL.

В этом разделе моделирования LTspice показано ESR, но, как я уже отмечал, я не знаю ESL ни для MLCC, ни для вольтовых конденсаторов. Одна вещь, которую я мог бы сделать, это поместить обе батареи конденсаторов, по одной, в мой анализатор цепей, который также является измерителем LCR, который выводит график импеданса в зависимости от частоты. Из этого графика я мог бы интерполировать ESL. За это же время я просто собрал настоящую схему и измерил ее с помощью осциллографа.  


Имитация пульсаций выходного напряжения

Чтобы привести пример моделирования и реальной жизни, вот график пульсаций выходного напряжения. 72 милливольта от пика до пика — это хорошо и мало для выходного напряжения 34 вольта. Это 0,2% от пика к пику. На самом деле, поскольку это драйвер светодиода, именно пульсации выходного тока имеют большую ценность для нашего клиента. Однако в стандартах кондуктивных электромагнитных помех для драйверов светодиодов указаны пределы шума выходных портов.Эта пульсация напряжения имеет некоторое значение.


Измерение пульсаций выходного напряжения

Вот схема реальной цепи в лаборатории. Выходная дельта выделена синим цветом и составляет 20 мВ на деление по вертикали и составляет около 80 мВ от пика к пику. Не слишком далеко от предсказания LTspice, но посмотрите на форму волны. Это совсем другое. Вопрос к вам, почему пульсации на выходе улучшились всего на 20 милливольт от пика к пику, если выходная емкость была увеличена почти в 100 раз? Ответ, потому что при частоте 370 кГц у алюминиевой электролитической крышки почти не осталось емкости, а ESR и ESL больше, чем у MLCC.


Выходная емкость: для переходных процессов нагрузки

Существует второй критерий выбора выходной емкости, который следует оценивать при наличии динамической нагрузки. Примеры динамических нагрузок включают практически любые цифровые устройства, особенно если они имеют активные режимы, режимы сна или отключения или режимы низкого энергопотребления. Другим примером являются светодиодные драйверы, которые уменьшают яркость путем включения и выключения выхода из-за ШИМ-сигнала. Большую часть времени ваш микроконтроллер или микропроцессор очень точно скажет вам, какое напряжение [неразборчиво 00:09:00] они выдержат при переходе тока нагрузки от низкого к высокому, или какое превышение напряжения они выдержат, когда переходы тока нагрузки от высокого к низкому.Это deltaIload и deltaVo-tran.

Эта дельта напряжения обычно больше, чем пульсации выходного напряжения в установившемся режиме. Этот буст-регулятор имеет единственный конденсатор конденсатора на 100 нФ — «медленный, но стабильный» — это объясняет низкий запас по фазе и медленную реакцию. Это объясняет низкий запас по фазе и медленный отклик.

Любой импульсный преобразователь, который подает питание на выход, когда переключатель управления выключен, имеет неприятный аспект, называемый нулевой плоскостью правой половины при анализе слабого сигнала.Бусты попадают в эту категорию. Напомним, что катушка индуктивности заряжается, когда переключатель управления включен, а затем подает ток на выход, когда переключатель управления выключен. Вы можете найти много литературы о нулях правой половины плоскости в области малых сигналов, так что здесь. Я просто скажу, что они затрудняют увеличение изгиба контроллера после определенного момента. Мы можем использовать это ограничение для оценки отклика повышающего преобразователя во временной области, сначала рассчитав минимальную нулевую частоту правой половины плоскости.

Предполагая, что даже у гуру контуров управления возникнут проблемы с получением общей полосы пропускания за пределами одной четверти нулевой частоты RHP, давайте просто рассчитаем минимальную емкость для переходного режима нагрузки, как показано в верхнем уравнении. Для большей точности включен второй расчет максимальной СОЭ. По моему опыту, расчет максимального ESR для установившихся пульсаций почти всегда имеет приоритет. Это означает, что он дает более низкое максимальное значение ESR.

После оценки двух выражений CO-MIN и двух выражений ESR-MAX выберите большее из двух для CO-MIN и меньшее из двух для ESR-MAX.


Переходная нагрузка: от DCM к CCM

В разделе 5-1 я говорил о выборе индуктивности, чтобы поддерживать повышающий преобразователь в CCM, и о том, что обычно нет смысла пытаться удерживать преобразователь в CCM до очень низких выходных токов. Вам потребуются очень высокие значения индуктивности. Тем не менее, есть причины, по которым ваш источник питания в CCM должен быть на достаточно низком токе, и одна из них — это переходная характеристика.

Сравните этот слайд, который переходит от DCM к CCM и обратно, с ответом на три слайда назад, который все время остается в CCM.Дельта тока примерно такая же, один ампер, но недобросовестность и переброска напряжения больше и время восстановления здесь больше. Мне нравится рассматривать аспект временной области этого. В DCM ток катушки индуктивности сбрасывается до нуля. Магнитное поле также уменьшилось до нуля. Когда система внезапно запрашивает больший выходной ток, требуется конечное количество времени для резервного заряда катушки индуктивности.  


МОП-транзистор нижнего плеча

Уравновешивание потерь проводимости и коммутационных потерь

Все еще существует несколько монолитных деталей с внутренним питанием NPN BJT, а в некоторых повышающих преобразователях очень высокой мощности используются IGBT.В большинстве внешних переключающих усилителей используются N-MOSFET.

Основной силовой МОП-транзистор, управляющий МОП-транзистор или МОП-транзистор нижнего плеча должен быть самой горячей частью вашего преобразователя. Если это не так, дизайн, вероятно, нуждается в пересмотре. В повышающих преобразователях преобладают коммутационные потери, потому что напряжение колеблется от нуля до V-OUT, а ток колеблется от нуля до I-IN.

Чтобы получить представление о токе и МОП-транзисторах для этого снимка прицела, я воспользовался резистором датчика тока, включенным последовательно с источником.Не принимая во внимание этот большой начальный пик, который игнорирует управляющая ИС, вы можете увидеть типичную форму трапеции. Здесь не просто увидеть, но короткие периоды, когда ток и напряжение перекрываются, являются моментами, когда возникают потери при переключении.


Принципы проектирования полевых транзисторов нижнего плеча

Для выбора фактического устройства, сначала давайте выполним простую часть, напряжение стока к источнику. Максимально применимый V-OUT, поэтому добавьте около 20% для запаса прочности. Ток стока — это совсем другая проблема.Я никогда не обращаю особого внимания на характеристики максимального тока стока. Они протестированы при температуре 25 °C, что означает идеальную бесконечную синхронизацию тепла. Поверьте мне, ваша печатная плата не является бесконечной тепловой синхронизацией. Максимальный ток стока, конечно, должен быть выше, чем пиковый ток проводника, рассчитанный нами в части 5-1. В каждом дизайне, который я когда-либо делал, технические характеристики были в пять, десять или двадцать раз выше.

Ключевым моментом для меня является выбор упаковки и управление температурным режимом. Я перестал использовать ТО-220 в своих конструкциях выше 300 килогерц из-за индуктивности в выводах.Вместо этого моими фаворитами на данный момент являются Power SO-8 и Power 3×3. Это корпуса в стиле QFN с низкой индуктивностью выводов и хорошими тепловыми путями с большими контактными площадками.  


Полевой транзистор управления: потери проводимости

Мне нравится разделять потери и управляющий полевой транзистор на три основные части. Из них потери проводимости легче всего рассчитать. Это было бы точно, если бы не было так сложно определить истинный RDSON полевого транзистора. Проблема с RDSON связана со многими причинами, но основная из них заключается в том, что RDSON изменяется при изменении напряжения затвора на исток.Это очень важно при подключении управляющей ИС к внешнему МОП-транзистору. Большинство современных микросхем контроллеров практически для любой коммутационной топологии включают драйверы затворов MOSFET. В большинстве случаев напряжение управления затвором фиксировано.

Крайне важно использовать полевой МОП-транзистор с характеристиками RDSON и другими характеристиками, указанными для напряжения привода затвора. Это нормально иметь более высокое напряжение затвора, например, 6-вольтовый драйвер затвора для полевого МОП-транзистора с логическим уровнем, указанный на 4,5 вольт, вполне подойдет. Если вы соедините стандартный драйвер MOSFET, которому требуется 10 вольт от затвора до истока, всего с 6 вольтами привода затвора, канал не будет включаться полностью.RDSON будет намного выше, чем ожидалось, и полевой МОП-транзистор, скорее всего, сгорит.

Во-вторых, RDSON изменяется пропорционально температуре. Если максимальное значение превышения температуры не указано в техпаспорте, вы можете оценить его, умножив типичное значение при 25°C примерно на 1,3.


Полевой транзистор управления: потери переключения

Потеря переключения происходит по двум основным причинам:

  1. Время нарастания и спада напряжения и тока не является мгновенным.Хороший компромисс между эффективностью и электромагнитной совместимостью обычно находится в диапазоне от 20 до 50 наносекунд. Во время перекрытия по каналу течет ток, а по нему — напряжение. Напряжение, умноженное на ток, равно мощности.
  2. Паразитные емкости MOSFET должны заряжаться и разряжаться каждый раз, когда они включаются или выключаются. Это требует энергии. Энергия, разделенная на время, — это, опять же, сила.

Это уравнение не является точным для фактических потерь при переключении, но оно служит для составления электронной таблицы и сравнения относительных потерь полевых МОП-транзисторов одного и того же производителя.Причина, по которой я говорю это, заключается в том, что разные производители указывают свои устройства с разными условиями, поэтому довольно сложно сказать, что два устройства от двух разных поставщиков с одинаковыми характеристиками на бумаге действительно одинаковы. Лабораторные испытания по-прежнему являются лучшим способом найти лучшие силовые МОП-транзисторы.

Обратите внимание, что потери при переключении пропорциональны частоте переключения. Более высокая частота означает большее перекрытие тока и напряжения и большее количество паразитных зарядов и разрядов емкости в единицу времени.Это основная причина того, что низкочастотные схемы более эффективны.


Потеря зарядки затвора

Потери при зарядке затвора

, как правило, довольно малы по сравнению с потерями проводимости и потерями переключения, но есть ключевое отличие. Это происходит не в MOSFET, а в драйвере затвора, и это обычно управляющая ИС. Все больше и больше управляющих ИС доступны в корпусах с открытыми выводами питания или контактными площадками, но есть много старых контроллеров, которые по-прежнему являются отличными деталями.Их корпуса SOIC или TSSOP имеют тепловое сопротивление порядка 100°C/Вт.

Казалось бы, небольшое рассеяние приводит в действие затворы больших полевых транзисторов. Это может привести к перегреву контроллера. Я не показываю это здесь, но фактическое рассеивание в большинстве управляющих СК фактически равно входному напряжению, умноженному на общий заряд затвора, а затем умноженному на частоту переключения. Это связано с тем, что большинство контроллеров имеют внутренний линейный регулятор для генерации VCC из V-IN. Тот же самый ток, необходимый для управления полевыми транзисторами или полевыми транзисторами, также сжигает падение мощности от V-IN до VCC.В заключение, когда вы проводите температурные испытания, обязательно следите за своей управляющей ИС, а также за переключателями питания.


Суммирование потерь на полевых транзисторах и проверка T J

В современной упаковке MOSFET больше не всегда значит лучше. Когда в корпусе есть тепловой вывод, больше медной площади и больше тепловых отверстий — это здорово. Оба имеют обратный экспоненциальный спад, а это означает, что удвоение медного провода или удвоение числа переходных отверстий намного лучше, чем просто одно, но 20-кратное увеличение площади меди или 20-кратное увеличение числа переходных отверстий обеспечивает убывающую отдачу.

Тепловые переходы должны находиться непосредственно под термопрокладкой для отвода полевого МОП-транзистора, чтобы работать лучше. Это означает, что вы должны поговорить с вашим производителем печатных плат и вашим контрактным производителем, чтобы найти наилучший компромисс между стоимостью и возможностями производителя. Мой личный любимый размер — это отверстие размером 250 микрон, или четверть миллиметра, с внешним диаметром 500 микрон. Это ½ мм. Мне нравится размещать их на расстоянии не менее 1 мм друг от друга.

Отверстия размером 250 микрон или меньше менее подвержены затеканию, что означает вытекание припоя на термоплощадку во время сборки.Это важно, поскольку любые пустоты, то есть воздушные зазоры между термопрокладкой и печатной платой, часто приводят к резкому увеличению теплового сопротивления полевого МОП-транзистора.  


Выходной диод/МОП-транзистор

Всего пять лет назад эта часть презентации была посвящена исключительно диодам. Улучшения плотности мощности изменили ситуацию, и все больше и больше управляющих ИС и монолитных деталей используют полевые МОП-транзисторы для выходного ключа.  

Как правило, я использую диоды для выходных токов до двух ампер или около того.В диапазоне от двух до четырех ампер возможны как МОП-транзисторы, так и диоды с большими тепловыми синхронизациями. Выше четырех или пяти ампер я бы использовал диод только в том случае, если синхронный драйвер не был доступен.

Средний ток диода равен выходному току. Максимальное обратное напряжение равно выходному напряжению. При обратном блокировании до 100 вольт постоянного тока я всегда выбираю диоды Шоттки из-за их низкого прямого падения напряжения и практически нулевых потерь при обратном восстановлении. Schottkys доступны до 200 вольт постоянного тока, но с гораздо меньшим выбором.Они также оценивают сверхбыстрые выпрямители на напряжение выше 100 вольт. Выше 200 вольт вы можете использовать либо сверхбыстрые выпрямители, либо, возможно, даже карбидокремниевые выпрямители Шоттки, но это обычно для приложений переменного тока в постоянный.

Номинальные значения напряжения и тока для диодов просты и понятны. Что касается номинального напряжения, как и в случае с полевым МОП-транзистором, я добавляю 20% к максимальному выходному напряжению, что дает мне некоторый запас для кратковременных всплесков и т. д. В отличие от полевых МОП-транзисторов, номинальные значения постоянного тока для диодов заслуживают доверия.Я выбираю диод, номинальный ток которого превышает максимальный верхний ток постоянного тока не менее чем на 20%.  

Потери на диоде считаются всеми потерями при прямой проводимости с использованием приведенного здесь простого выражения. Как обычно, сложной частью управления температурным режимом является выбор подходящего корпуса, который основывается на тепловом сопротивлении и конструкции печатной платы. Некоторые из более новых предложений, такие как eSMP и PowerDI5, не только имеют лучшее тепловое сопротивление и занимаемую площадь, аналогичную SOD-123 или SMV соответственно, но также имеют меньшую индуктивность.Вы видели трапециевидную форму тока с острыми краями, поэтому более низкая индуктивность прекрасно подходит для ЭМС. Минимизация индуктивности является причиной того, что я не предлагаю на этом слайде корпуса со сквозными выводами.


Далее: Раздел 5-3: Компоновка печатной платы повышающего преобразователя постоянного тока

В следующем и последнем разделе, посвященном повышающему преобразователю, мы проложим печатную плату для синхронного повышающего преобразователя мощностью 30 Вт. На самом деле передняя часть моего светового меча. Если вы не видели разделы с 3-1 по 3-2, то они посвящены теории разводки печатных плат.Они создают хороший фон для пошагового процесса, которому следует следовать в разделе 5-3.

Ссылка на следующий раздел:  5-3  Повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный, часть 3

Ссылка на предыдущий раздел:  5-1 Повышающий преобразователь постоянного тока

Руководство по использованию полевых транзисторов в схемах, управляемых напряжением, часть 1

Примечание редактора: Я так счастлив, что все еще есть компании, которые создают прецизионные дискретные транзисторы в нашей отрасли; Линейные интегрированные системы — одни из лучших, с которыми мне приходилось сталкиваться.Существует так много приложений для разработки схем с использованием качественных дискретных компонентов вместо интегральных схем. В этой статье, состоящей из нескольких частей, будут показаны многие преимущества создания таких типов конструкций.
Стив Таранович

Linear Integrated Systems производит различные полевые транзисторы. В частности, у них есть множество согласованных двойных продуктов. Есть преимущества в наличии согласованных устройств. Например, если вы создаете двухканальный стереофонический аудиопродукт, наличие двух или четырех устройств в одном корпусе позволяет более точно согласовать два аудиоканала.

В этой статье рассматривается использование полевых транзисторов в схемах, управляемых напряжением.

Будут показаны несколько подходов:

  1. Использование полевых транзисторов в качестве резисторов, управляемых напряжением.
  2. Использование полевых транзисторов в качестве управляемых напряжением усилителей и активных смесителей.
  3. Использование полевых транзисторов в качестве фазовращателей, управляемых напряжением, для обработки музыки.
  4. Использование полевых транзисторов в качестве полосовых фильтров, управляемых напряжением.

[Подробнее о схемах с использованием дискретных полевых транзисторов см. здесь: Создание генератора моста Вина, настраиваемого по напряжению, на полевых транзисторах JFET.]

Мы также рассмотрим способы уменьшения нелинейности или искажений и автоматического смещения полевых транзисторов.

Резисторы на полевых транзисторах, управляемые напряжением

На рис. 1 показано типичное соотношение ток-напряжение N-канального полевого транзистора.


Рис. 1
Типичная вольт-амперная характеристика N-канального полевого транзистора для различных напряжений затвор-исток, VGS1, VGS2 и VGS3.

Полевой транзистор имеет в основном две области:

Область насыщения , которая включает в себя каждую из горизонтально плоских частей, где полевой транзистор действует как источник тока, управляемый напряжением, а другая область, которая включает наклонные «изогнутые части», представляет собой триод или омическую область , где полевой транзистор может работать как резистор, управляемый напряжением.Если мы посмотрим внимательно, то заметим, что область триода на рисунке 1 показана для неотрицательных напряжений сток-исток (VDS).

Примечание. Триодную или омическую область полевого транзистора иногда называют линейной областью. В этой области работает полевой транзистор, работающий как резистор, управляемый напряжением (VCR). Предпочтительно, чтобы на клеммах стока и истока полевого транзистора в режиме видеомагнитофона не было напряжения постоянного тока.

Если мы расширим диапазон напряжений VDS, включив в него слегка отрицательные напряжения для определенного напряжения затвор-исток, мы увидим, что резистивный эффект все еще присутствует ( рис. 2 ).

Рисунок 2 Триодная область полевого транзистора расширена до отрицательного напряжения VDS, – VDS1, которое все еще показывает эффект сопротивления.

Наклон определяется как:

Наклон = ΔID/ΔVDS = g ds = проводимость между стоком и истоком.

А сопротивление на стоке и истоке обратно обратно проводимости,

R ds = 1 / г ds = ΔVDS/ΔID

Если мы посмотрим на два наклона, которые обозначают g ds , S1 и S2, мы увидим, что они примерно одинаковы.Но если мы посмотрим очень внимательно, они на самом деле немного отличаются: наклон S2 круче, чем наклон S1. Более крутой наклон дает более высокую проводимость, что приводит к более низкому сопротивлению. Например, сопротивление вокруг области с большим наклоном вокруг S2 или – VDS1 ниже, чем сопротивление вокруг S1 или + VDS1. Постепенное изменение сопротивления от +VDS1 до – VDS1 приводит к искажению. К счастью, искажение можно сохранить небольшим.

Например, при слабых сигналах переменного тока (т.g., < 500 мВ от пика до пика) между стоком и истоком, гармонические искажения могут быть «достаточно» низкими. Например, если напряжение сигнала переменного тока на стоке и истоке находится в диапазоне от –250 мВ до +250 мВ, то гармонические искажения будут «небольшими», обычно <3%.

В этот момент можно спросить, существуют ли специальные полевые транзисторы, сделанные только для приложений с резисторами, управляемыми напряжением? Ответ положительный (например, VCR11), но оказывается, что практически любой другой полевой транзистор (например, JFET и MOSFET) можно использовать в качестве резистора, управляемого напряжением.

Базовые цепи резисторов, управляемых напряжением (VCR)

Одним из самых простых применений резистора, управляемого напряжением, является аттенюатор с электронным управлением или «регулятор громкости». Базовая схема образует делитель напряжения, как показано на рисунках 3, 4, 5 и 6 .

В каждой из этих цепей выводы стока и истока полевых транзисторов (Q1, Q2, Q3 и Q4) обеспечивают сопротивление, управляемое напряжением. Для частот выше 20 Гц импеданс C1 можно рассматривать как короткое замыкание по переменному току.Давайте посмотрим на Рисунок 3 ниже:

Рис. 3 Цепь аттенюатора N-канального JFET.

В Рисунок 3 максимальное затухание достигается установкой напряжения затвора Q1 на 0 вольт или на землю. R2 должен установить путь постоянного тока к земле для стока Q1. Его можно не использовать, если C1 заменен проводом, а источник входного сигнала не имеет заметного напряжения смещения постоянного тока (например, < 10 мВ постоянного тока), а источник входного сигнала имеет путь постоянного тока к земле.

Минимальное затухание (т.например, «сквозной») происходит, когда отрицательное напряжение на затворе Q1 приводит к тому, что Q1 находится в отсечке (например, напряжение затвора → 90 119 В 90 393 p 90 394 90 122, напряжение отсечки).

Тогда передаточная функция аттенюатора:

V из /V из = [R ds || R2] / [R1 + ( R ds || R2 )]

Обратите внимание, что R ds представляет собой сопротивление сток-исток для заданного напряжения затвор-исток.

Если R ds << R2, то

V вне /V в = [ R ds ] / [R1 + Rds ]

Например, если Rds = 10 кОм, то

В вых. / В вх. = [10 кОм] / [47 кОм + 10 кОм] = 10 кОм/57 кОм = 10/57 = 0.1754

Ток стока для «режим истощения» N-канальный JFET задается через «Microelectronic Circuits» Sedra and Smith:

I DSS = ток стока, когда В gs = 0. Этот «максимальный» ток стока указан в спецификации.

В gs = напряжение затвор-исток, которое является неположительным напряжением для N-канального устройства.

В p = напряжение отсечки или напряжение отсечки.Это напряжение, подаваемое на затвор и исток для обеспечения нулевого тока стока. Напряжение отсечки, В p ≤ 0 В для N-канального JFET, указано в листе технических характеристик. Кроме того, тогда Вг = Вп , сопротивление стока к истоку бесконечно, потому что в сток полевого транзистора ток не течет.

В ds = напряжение сток-исток. Это может быть напряжение переменного тока на стоке и истоке, такое как Vout на рисунках 3, 4, 5 и 6.

Уравнения (1) через (5) действительны только тогда, когда V P V GS ≤ 0 Volt для NANKEN JFET in TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI, TRI. или линейной области.

Проводимость, g ds , определяется производной от I d относительно V ds .

Сопротивление, R ds тогда обратно пропорционально проводимости, g ds


Уравнение 4 показывает, что R ds является нелинейным резистором на основе фиксированных параметров I DSS , V p и фиксированного напряжения от затвора до источника Vgs с зависимостью от (сигнала переменного тока) напряжение на стоке и истоке, В ds .

В первом приближении для слабых сигналов на стоке и истоке, где В ds  → 0


Уравнение (5) тогда является функцией фиксированных параметров I DSS , Vp и фиксированного напряжения затвор-исток В gs . Затем управляемое напряжением «линейное» сопротивление устанавливается напряжением В gs .

Например, если Вп = -1,5 вольта, В gs = – 1.0 вольт, и I DSS = 0,005 А = 5 мА, тогда


Если из уравнения (5) установить В gs = Вп , то сопротивление сток-исток будет бесконечным (например, разомкнутая цепь):

Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда мы хотим получить минимальное сопротивление, установив В gs = 0 вольт для N-канального JFET.

Или еще лучше для Vgs = 0 вольт, это приводит к более простой форме:

R ds = Vp /[-2I DSS ]

Например, если снова Vp = -1.5 вольт и I DSS = 0,005 А = 5 мА, с В gs = 0 вольт

R ds = -1,5 В/[-2(0,005 А)] = -1,5 В/[-0,01 А] = 1,5 В/0,01 А = 150 Ом

R ds = 150 Ом

На рис. 4 показана схема аттенюатора на полевых транзисторах с каналом P. Он работает аналогично рис. 3 , за исключением того, что управляющее напряжение затвора положительное, чтобы отсечь Q2 для минимального затухания. Опять же, мы получаем максимальное затухание, когда напряжение затвора равно нулю или заземлено.

Рис. 4 Цепь аттенюатора P-канала JFET.

В модели Рисунок 5 МОП-транзисторы также использовались в качестве резисторов, управляемых напряжением. Поскольку большинство полевых МОП-транзисторов сегодня, как правило, работают в «режиме улучшения » , это означает, что требуемое смещение на затворе представляет собой положительное напряжение, чтобы включить ток стока и снизить его R ds . Таким образом, если напряжение на затворе равно 0 вольт, полевой МОП-транзистор выключен.

Рисунок 5 Цепь аттенюатора канала N MOSFET

В устройстве с режимом расширения N-канала, Q3, при нулевом напряжении аттенюатор передает входной сигнал на Vout с минимальным ослаблением.Если VR1 настроен на положительное напряжение, превышающее пороговое напряжение , V th , сопротивление сток-исток транзистора Q3 начнет падать. Обратите внимание, что пороговое напряжение V th > 0 вольт для N-канального МОП-транзистора

.

Согласно «Анализу и проектированию аналоговых интегральных схем» Грея и Мейера, ток стока N-канального МОП-транзистора характеризуется уравнением (6):

Где:

Следует отметить, что большинство дискретного МОП-транзистора спецификации листов не будет список к» = μ л С вола , С вола = ε вола / T вола Вт и л .Вместо этого они дадут график типичных кривых ВАХ и диапазонов порогового напряжения.

Если мы посмотрим на уравнение (1) для N-канального JFET, мы увидим, что уравнение (6) очень похоже. Обратите внимание, что они оба включают термин «- ( Vds )( Vds )», что приводит к нелинейному сопротивлению.

Повторим, уравнение N-канального JFET:

На Рисунке 6 показана схема резистора, управляемого напряжением, на МОП-транзисторе с каналом P.

Рисунок 6 Схема аттенюатора P-канального МОП-транзистора.

В устройстве с режимом расширения P-канала, Q4, при нулевом напряжении аттенюатор передает входной сигнал на Vout с минимальным затуханием. Если VR1 настроен на более отрицательное напряжение, чем пороговое напряжение, V th , сопротивление стока Q4 к истоку начнет падать. Обратите внимание, что пороговое напряжение для полевого МОП-транзистора с каналом P является отрицательным (например, V th < 0 вольт).

Как правило, схемы аттенюатора , показанные на рисунках 5 и 6 , обеспечивают достаточно малые гармонические искажения для слабых сигналов, < 500 мВ от пика до пика при Vвых.При наличии искажений преобладающими будут гармонические искажения второго порядка.

Балансная или двухтактная схема видеомагнитофона

Мы можем дополнительно линеаризовать или значительно уменьшить искажения второго порядка, создав двухтактную схему, как показано на рис. 7 . В частности, наличие двойного согласованного полевого транзистора (например, VCR11N, LSK489, LSK389 и т. д.) позволяет компенсировать искажения четного порядка.

Рисунок 7 Пример сбалансированной конфигурации канала N для снижения искажений с использованием двойного согласованного полевого транзистора, LSK489, Q1A и Q1B.

Двухтактный или симметричный аттенюатор видеомагнитофона компенсирует или уменьшает искажения второго порядка. В (рис. 7 ) U1B буферизует входной сигнал Vin и управляет первой схемой аттенюатора, управляемого напряжением, с помощью транзистора Q1A (одна половина двойного корпуса полевых транзисторов). Vbias, который показан как переменное отрицательное напряжение постоянного тока, изменяет сопротивление стока Q1A по отношению к сопротивлению истока, чтобы обеспечить схему делителя напряжения, управляемую напряжением, через последовательный резистор R2. Усилитель повторителя напряжения U1A буферизует ослабленный сигнал с клеммы стока Q1A, управляемый напряжением.Обратите внимание, что входные операционные усилители на полевых транзисторах, такие как TL082, TL062, LF353, AD712 и т. д., обычно используются с входными резисторами с высоким импедансом, такими как R3 и R9.

Цепь операционного усилителя R12, R11 и U2B образуют инвертирующий усилитель, который посылает противофазный сигнал во вторую цепь аттенюатора, управляемого напряжением, через R10. Затвор Q1B имеет одинаковый сигнал Vbias, что позволяет согласовать характеристики затухания на стоках и истоках Q1A и Q1B. Повторитель напряжения U3A буферизует управляемый напряжением ослабленный противофазный сигнал через сток Q1B.Дифференциальный усилитель, образованный U2A, R4, R5, R7 и R8, вычитает выходные сигналы U1A и U3A, чтобы компенсировать искажения второго порядка через Vout. Подробности смотрите ниже.

В этот момент имеются искажения второго порядка на стоках Q1A и Q1B, которые находятся в фазе. Причина в том, что искажение второго порядка подразумевает функцию x 2 .

Но обратите внимание, что возведение в квадрат отрицательного сигнала и возведение в квадрат положительного сигнала дает один и тот же результат. это

(- х) 2 = (+ х) 2

Выходные сигналы можно охарактеризовать следующим образом:

a 1 = линейный делитель напряжения коэффициент

a 2 = коэффициент искажения второго порядка

Для неинвертирующего сигнала, контакт 1 U1A = a 1 Vin + a 2 (Vin) 2

Для инвертирующего сигнала, контакт 1 U3A = a 1 (- Vin) + a 2 (- Vin) 2

Обратите внимание, что: (Vin) 2 = (- Vin) 2

Итак, для инвертирующего сигнала имеем

U3A контакт 1 = – a 1 Vin + a 2 (Vin) 2

Дифференциальный усилитель U2A выполняет вычитание неинвертирующего и инвертирующего сигналов с контакта 1 U1A и контакта 1 U3A, имеем:

a 1 Vin + a 2 (Vin) 2 – [ – a 1 Vin + a 2 (Vin) 2 ] = a 39 904 Vin 3 1 ) 2 + а 1 Вин – а 2 (Вин) 2 =

A 1 VIN + A 1 VIN + A 2 (VIN) 2 — A 2 (VIN) 2 = 2A 1 VIN + 0255. 1 Вин

Обратите внимание, что a 2 (Vin) 2 – a 2 (Vin) 2 = 0

Таким образом, выход схемы дифференциального усилителя U2A контакт 1 = 2a 1 Vin, и обратите внимание на отсутствие искажения второго порядка.Это означает, что мы получаем управляемый напряжением ослабленный сигнал, усиленный в 2 раза и без искажений второго порядка.

Обратите внимание, что На Рисунке 7 показан пример N-канального JFET, но основной принцип двухтактной или симметричной работы может быть применен к P-канальным JFET, N-канальному MOSFET и P-канальному MOSFET схемам аттенюатора, управляемым напряжением, показанным на рисунках 4, 5. и 6 соответственно.

В качестве альтернативы мы можем применить обратную связь к базовой цепи резистора, управляемого напряжением, чтобы существенно устранить искажения второго порядка.Когда мы применяем эту обратную связь, выходной сигнал искажается симметрично .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.