Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как стабилизатор стабилизирует ток

Как стабилизатор стабилизирует ток

Для того, чтобы стабилизатор служил вам долго, его мощность нужно выбрать правильно.
С номинальной потребляемой мощностью бытовых приборов, как правило, никаких сложностей нет — она указана на бирке заводом-изготовителем. Однако, при включении многих устройств они потребляют повышенную мощность — так называемый пусковой ток.

В этой статье мы разберемся с пусковыми токами и том, как их нужно правильно учитывать при выборе стабилизатора. Что же такое пусковой ток, как он возникает, и как же определить каким он может быть и как он повлияет на работу стабилизатора?

Можно провести аналогию пускового тока и езды на велосипеде.
Когда вы сели на велосипед и трогаетесь с места, для того чтобы разогнаться до нормальной скорости требуется крутить педали гораздо сильнее, чем когда велосипед разгонится.
Аналогично, при включении электрического прибора до его выхода на нормальный режим работы происходят различные переходные процессы.

Например, сопротивление холодной нити накаливания в несколько раз меньше горячей, соответственно при ее включении протекает ток больше номинального.
При включении люминесцентной лампы за счет низкого индуктивного сопротивления катушки и поджига разряда с помощью стартера возникают броски тока.
Пусковой ток электродвигателей также связан с индуктивностями и переходными процессами при его пуске.

Наиболее просто проходит включение лампочки накаливания. При включении происходит кратковременный девятикратный бросок тока, через 1 сотую секунды ток всего лишь вдвое больше номинального, и еще через 5 сотых секунды ток нормализуется. Лампочки разной мощности ведут себя по разному, но в целом, их поведение очень похоже — пусковой ток, связанный с изменением температуры нити накала, имеет крайне малую продолжительность.

Понятно, что принимать во внимание столь непродолжительный пусковой ток одной лампочки при выборе стабилизатора нецелесообразно. Однако, если мы имеем дело с цехом, в котором установлены сотни ламп, их пусковой ток обязательно нужно учесть.

Для того, чтобы определить пусковые токи электродвигателей, мы проэкспериментировали с циркуляционным насосом для системы отопления и компрессором системы водоснабжения.

В отличие от ламп накаливания, пусковой ток электродвигателей имеет существенно большую длительность и может повлиять на работу других устройств. В случае, если мощность стабилизатора напряжения меньше, чем мощность, потребляемая прибором во время пуска, стабилизатор будет испытывать перегрузку. Более того, если при запуске двигателя напряжение существенно просаживается и стабилизатор корректирует напряжение, через реле при переключении будет протекает ток больше номинального.
Все эти факторы негативно скажутся на продолжительности работы стабилизатора напряжения.
К счастью, на электродвигателях и компрессорах и в паспортах к ним зачастую указывается как номинальная мощность, так и пусковой ток, что позволяет подобрать стабилизатор напряжения правильно. В среднем, пусковой ток двигателей в 3-5 больше номинальной мощности.

Более интересная ситуация с холодильниками.
Дело в том, что для них указывается средняя потребляемая мощность за продолжительный период — месяц или год. Поскольку холодильники периодически включают и отключают компрессор, рассчитать или определить пусковую мощность по паспорту Вам не удастся.
Однако, продавцы в магазинах и службы поддержки производителей холодильников, как правило, могут ориентировочно сообщить номинальную потребляемую мощность.
Мы получили следующие графики пусковой мощности холодильников:

Как видите, у различных моделей холодильников пуск и потребление электроэнергии происходит по разному. Поэтому, приобретая отдельный стабилизатор для холодильника, обязательно выбирайте его с достаточным запасом мощности.

Выбирая стабилизатор для группы приборов, тоже учтите пусковые токи. В зависимости от того, что именно будет подключено к стабилизатору, пусковые токи могут совпадать по времени, а могут и не совпадать.
Однако, важно учитывать то, что после отключения электричества стабилизатор подаст напряжение на все подключенные к нему потребители одновременно. В этом случае все устройства также будут запускаться одновременно, поэтому может понадобиться запас по мощности.

В случае, если Вы сомневаетесь в правильности выбора мощности стабилизатора, вам сможет помочь квалифицированный электрик. С помощью специальных приборов пусковые токи могут быть измерены, что позволит уточнить выбор.
Мы также будем рады порекомендовать оптимальное решение по защите Ваших бытовых приборов.

О стабилизаторах напряжения и стабилизаторах тока «Крен» привет

В обсуждениях электрических схем часто встречаются термины «стабилизатор напряжения» и «стабилизатор тока». Но какая между ними разница? Как работают эти стабилизаторы? В какой схеме нужен дорогой стабилизатор напряжения, а где достаточно простого регулятора? Ответы на данные вопросы вы найдёте в этой статье.

Рассмотрим стабилизатор напряжения на примере устройства LM7805.В его характеристиках указано: 5В 1,5А. Это значит стабилизирует он именно напряжение и именно до 5В. 1,5А — это максимальный ток, который может проводить стабилизатор. Пиковая сила тока. То есть от может отдать и 3 миллиампера, и 0,5 ампер, и 1 ампер. Столько, сколько тока требует нагрузка. Но не больше полутора. Это главное отличие стабилизатора напряжения от стабилизатора тока.

Виды стабилизаторов напряжения

Различают всего 2 основных типа стабилизаторов напряжения:

  • линейные
  • импульсные

Линейные стабилизаторы напряжения

Например, микросхемы КРЕН или LM7805, LM1117, LM350.

Кстати, КРЕН — это не аббревиатура, как многие думают. Это сокращение. Советская микросхема-стабилизатор, аналогичная LM7805 имела обозначение КР142ЕН5А. Ну а ещё есть КР1157ЕН12В, КР1157ЕН502, КР1157ЕН24А и куча других. Для краткости всё семейство микросхем стали называть «КРЕН». КР142ЕН5А тогда превращается в КРЕН142.

Советский стабилизатор КР142ЕН5А. Аналог LM7805.

Наиболее распространенный вид. Недостаток их в том, что они не могут работать на напряжении ниже, чем заявленное выходное напряжение. Если LM7805 стабилизирует напряжение на 5 вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум на полтора вольта больше. Если подать меньше 6,5 В, то выходное напряжение «просядет», и мы уже не получим 5 В. Еще один минус линейных стабилизаторов — сильный нагрев при нагрузке. Собственно, в этом и заключается принцип их работы — всё, что выше стабилизируемого напряжения, просто превращается в тепло. Если мы на вход LM7805 подадим 12 В, то 7 потратятся на нагрев корпуса, а 5 пойдут потребителю. Корпус при этом нагреется настолько сильно, что без радиатора микросхема просто сгорит. Из всего этого вытекает ещё один серьёзный недостаток — линейный стабилизатор не стоит применять в устройствах с питанием от батареек. Энергия батареек будет тратиться на нагрев стабилизатора. Всех этих недостатков лишены импульсные стабилизаторы.

Читайте так же:
Стабилизатор тока с реле

Импульсные стабилизаторы напряжения

Импульсные стабилизаторы — лишены недостатков линейных, но и стоят дороже. Это уже не просто микросхема с тремя выводами. Выглядят они, как плата с детальками .

Один из вариантов исполнения импульсного стабилизатора.

Импульсные стабилизаторы бывают трех видов: понижающие, повышающие и всеядные. Наиболее интересные — всеядные. Независимо от напряжения на входе, на выходе будет именно то, которое нам нужно. Всеядному импульснику все равно, что на входе напряжение ниже или выше нужного. Он сам автоматом переключается в режим повышения или понижения напряжения и держит заданное на выходе. Если в характеристиках заявлено, что стабилизатору на вход можно подать от 1 до 15 вольт и на выходе будет стабильно 5, то так оно и будет. Кроме того, нагрев импульсных стабилизаторов настолько незначителен, что в большинстве случаев им можно пренебречь. Если ваша схема будет питаться от батареек или размещаться в закрытом корпусе, где сильный нагрев линейного стабилизатора недопустим — ставьте импульсный.

Купить — LM7805 10 штук на Алиєкспресс

Импульсный стабилизатор (повышайка) MT3608 2A на Алиєкспресс

Импульсный стабилизатор 5А (понижайка) XL4015на Алиэкспресс

Хорошо. А что со стабилизатором тока?

Не открою Америку, если скажу, что стабилизатор тока стабилизирует ток.
Токовые стабилизаторы ещё иногда называют светодиодным драйвером. Внешне они похожи на импульсные стабилизаторы напряжения. Хотя сам стабилизатор — маленькая микросхема, а всё остальное нужно для обеспечения правильного режима работы. Но обычно драйвером называют всю схему сразу.

Примерно так выглядит стабилизатор тока. Красным кружком обведена та самая схема, которая и является стабилизатором. Всё остальное на плате — обвязка.

Итак. Драйвер задаёт ток. Стабильно! Если написано, что на выходе будет ток в 350мА, то будет именно 350мА. А вот напряжение на выходе может меняется в зависимости от требуемого потребителем напряжения. Не будем пускаться в дебри теории о том. как всё это работает. Просто запомним, что вы напряжение не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из потребителя.

Ну так и зачем всё это нужно то?

Теперь вы знаете, чем стабилизатор напряжения отличается от стабилизатора тока и можете ориентироваться в их многообразии. Возможно, вам так и не стало понятно, зачем эти штуки нужны.

Пример: вы хотите запитать 3 светодиода от бортовой сети автомобиля. Главное для светодиода важно контролировать именно силу тока. Используем самый распространенный вариант соединения светодиодов: последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Напряжение питания — 12 вольт.

Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели. Падение напряжения на светодиоде пусть будет у нас 3.4 вольта.
После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт.
Нам пока хватает.
На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта.
И для третьего светодиода тоже хватит.
А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта.
При желании добавить четвёртый светодиод — уже не хватит.
Если напряжение питания поднять до 15В, то тогда хватит. Но тогда и резистор тоже надо будет пересчитать. Резистор — простейший стабилизатор (ограничитель) тока. Их часто ставят на те же ленты и модули. У него есть минус — чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде (закон Ома, с ним не поспоришь). Значит, если входное напряжение нестабильно (в автомобилях обычно так и есть), то предварительно нужно стабилизировать напряжение, а потом можно ограничить резистором ток до необходимых значений. Если используем резистор, как токовый ограничитель там, где напряжение не стабильно, нужно стабилизировать напряжение.

Стоит помнить, что резисторы имеет смысл ставить только до определенной силы тока. После некоторого порога резисторы начинают сильно греться и приходится ставить более мощные резисторы . Тепловыделение растёт, КПД падает.

Импульсный стабилизатор тока

Импульсный стабилизатор тока тоже называют светодиодным драйвером. Часто те, кто не сильно разбирается в этом, стабилизатор напряжения называют просто драйвером светодиодов, а импульсный стабилизатор тока — хорошим светодиодным драйвером. Он выдаёт сразу стабильное напряжение и ток. И почти не нагревается. Вот так он выглядит:

Тема: Стабилизированное питание УМЗЧ

Опции темы
  • Версия для печати
  • Подписаться на эту тему…

Стабилизированное питание УМЗЧ

Предлагаю к обсуждению тему «Стабилизированное питание УМЗЧ: плюсы и минусы, варианты реализации». Особо приветствуется мнение профессионалов-разработчиков, но с уважением выслушаю любые мнения.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Про стабилизированное питание выходного каскада здесь была ветка с месяц назад — общий смысл, что нужно стабилизировать питание вых.каскада, когда нет общей оос. А входные каскады лучше всегда стабилизировать, да это и не представляет особых сложностей.

[ADDED=Olegyurich]1111227615[/ADDED]
Да и про стабилизированные БП было несколько веток.

Читайте так же:
Регулируемый стабилизатор тока для зарядных устройств

Последний раз редактировалось Olegyurich; 19.03.2005 в 13:20 .

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Это дело (стабилизация) нужное, но неблагодарное. Например, мостовые (да и не только) микросхемки — в даташите указываются параметры при стабилизированном питании, а когда к плохому источнику подключают, удивляются, почему неискаженная мщность 3 Вт, а не 18.
Однако цена, габариты и КПД такого блока растут здОрово, поэтому стабилизаторы мало кто ставит, пытаются схемотехникой обойти.
ИМХО (как разработчика) — стабилизаторы ставим на действительно высококачественную систему, а в просто хороших не экономим на конденсаторах фильтра (емкость, количество, размещение, шунтирование керамикой).

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Тут еще мнения были, стабилизатор, по сути, тот же усилитель (усиливает опорное напряжение ) поэтому если решено его использовать — его качество должно быть как минимум не хуже качества запитываемого им девайса.

Есть и более простой и экономичный способ запитки выходного каскада для усей без ООС, транзисторный фильтр — пульсации недофильтрованные уберет, но напруга будет все равно будет плавать.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Разумеется, интересует прежде всего стаб. питание выходного каскада. По входным вопросов нет.

В том-то и парадокс, что стабилизатор на 5-7А сделать несложно, да и по стоимости он в некоторых случаях оказывается дешевле, чем куча сглаживающих емкостей. Все мои эксперименты в этой области однозначно говорят в пользу стабилизаторов. Но почему-то повсеместно преобладает нестабилизированное питание. Вот и хотелось бы узнать, может, есть какие-то глубинные, не лежащие на поверхности, аргументы против стабилизации.
Почему, например, даже очень именитые фирмы питают выходные каскады своих High-End УМЗЧ непосредственно с выпрямителей?

С другой стороны, наверняка есть отработанные и эффективные решения стабилизаторов на напряжение 30…50 Вольт с различными варантами защит, и т.п. Было бы интересно с ними ознакомиться.

Если нетрудно, ссылочку-другую бы, плиз, на ветки с обсуждением данной темы.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Эти слова наиболее точно обьясняют то, почему именитые
фирмы не применяют стабилизаторы для оконечных У.М.

Ведь стабилизатор это система авторегулирования с характеристиками по току и быстродейсвию подчас
превышающими само запитываемое устройство.

Со своей А.Ч.Х и Ф.ЧХ и это всё вплетается в А.Ч.Х самого У.М.Н.Ч.

Вот поэтому создание хорошего стабилизатора для хорошего У.С.
становится достаточно недешовой проблемой.
И технически непростой задачей.

А плохой стабилизатор только ухудшит характеристики самого У.С.

Самое простое решение это энергоёмкий фильтр состоящий
из быстродействующих диодов, электролитов зашунтированных
высокочастотной керамикой или пластиком.

Надо помнить что Усилитель звучит так как позволяет ему
блок питания.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Получается, что без стабилизатора лучше, чем с ним?
Значит, если на входе усила (по питанию) скачки напряжения нестабилизированного БП 30В — это высокий конец, а если 0.03 — это ширпотреб?
Кто мешает улучшить бп, просто подняв напряжение транса, потом установить кондеры (меньше, т.к. напруга возросла), потом обычный параметрический стаб, а в конце, на самой плате, еще кондеры небольшой емкости, которые будут уменьшать внутреннее сопротивление бп почти до нуля. В итоге имеем тот же принцип, что и в нестабилизированном но пульсации на 2-3 порядка меньше! Кроме того, это позволяет знчительно снизить емкость сглаживающих конденсаторов, т.к. она должна быть обратно пропорциональна квадрату напряжения, при том же уровне пульсаций. Тоесть поднять напругу в 2 раза и кондеры можно ставить в четыре раза меньшей емкости. А на самом деле еще на много меньше, т.к. допустимый уровень пульсаций (до параметрического стабилизатора) увеличивается в несколько раз. В сумме можно сократить емкости кондеров на порядок (ставить, допустим не по 2х20000, а по 2х2000 на канал). Особенно это подойдет для интегральных усилителей, т.к. у них допустимое напряжение питания жестко ограничено, к тому же приходится делать запас — на случай скачков в сети. У усей на дискретных элементах тоже этот параметр не бесконечный и приходится выбирать: транзистор с лучшими характеристиками или с большим Uec.

Последний раз редактировалось Fenyx; 20.03.2005 в 10:10 .

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

ИМХО, в вопросах питания УМЗЧ, как и везде, нужна разумная достаточность.
Да, система авторегулирования должна обладать высокими частотными свойствами.
Но нужна ли подобная система для питания выходного каскада? Представляется, что Fenyx в значительной степени прав. По-моему, тут достаточно параметрического стабилизатора с усилителем тока на эмиттерном повторителе. При Кст=50 колебания выходного напряжения составят около 160 мВ.
Кстати, вопросы теромстабилизации опорного напряжения, ИМХО, также не очень важны. Например, при использовании в параметрическом стабилизаторе 4 шт. Д818Е получим выходное напряжение около 35В с температурной нестабильностью в самом худшем случае +-0,004% на градус Цельсия. Т.е., при изменении температуры на 40 градусов выходное напряжение «уплывёт» максимум на 1,44мВ. Эти величины даже как-то неудобно сравнивать с пульсациями напряжения нестабилизированного БП.
И это при значительном уменьшении количества сглаживающих емкостей.

Впрочем, возможно, я где-то ошибаюсь. Поправьте меня, если это так.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Страшны то не пульсации, а нелинейность источника питания. В случае просто фильтра на кондюках — она одна, в случае стаба уже совсем другая. Электролит большой емкости в пике может выдать ток в десятки ампер, а какой тогда должен быть стаб, чтоб он не подавился?
Да еще и стаб будет выдавать постоянно некий меняющийся спектр гармоник в зависимости от токовых скачков при нелинейно потребляющей нагрузке в АБ — стаб же усилитель , да с обратной связью.
Так что уж лучше просто пульсации.
А если все же стаб, то сдается для усилка на LM3886 стаб придется делать по схеме мощника Lynx11

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Возможно, я слабо очертил границы темы. Давайте говорить о питании для УМЗЧ мощностью до 100-120Вт при нагрузке 4 Ом. Амплитудное значение потребляемого тока – 7…8 Ампер.

Читайте так же:
Что такое импульсный стабилизатор тока

Чем определяется нелинейность параметрического стабилизатора? Дифференциальным сопротивлением стабилитрона? Оно мало и практически постоянно. Нелинейностью передаточной характеристики эмиттерного повторителя? Она не так уж велика. Частотные свойства ЭП достаточны и лучше частотных свойств 99% УМЗЧ.

Вышеуказанные проблемы, согласен, свойственны компенсационным стабилизаторам при наличии каскадов с ОЭ.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Если на регулирующем транзисторе будет падать 20В при токе 5А, то куда лишние 100 Вт тепла денем ?
Вот стабилизатор переменного напряжения первички был бы эффективней. И там уж точно не выше 50 Гц.

ElectronicsBlog

Обучающие статьи по электронике

Генератор пилообразного напряжения.Часть 2.Стабилизаторы тока

Всем доброго времени суток. В предыдущей статье я описывал простейший генератор пилообразного напряжения и приводил его расчет. Данная статья продолжает первую часть, сегодня вы узнаете, как улучшить параметры генераторов и какие для этого применяются схемы.

Как известно из предыдущей статьи основными параметрами для оценки качества генератора пилообразного напряжения являются коэффициент нелинейности и коэффициент использования напряжения питания. Первый коэффициент характеризует нестабильность тока, который заряжает конденсатор, поэтому для обеспечения коэффициента нелинейности ξ

Простейшая схема стабилизатора тока.

Работает схема следующим образом. Делитель напряжения R1R2 создаёт на базе транзистора VT1 напряжение UB, которое может быть представлено, как сумма напряжений UBE (напряжение на переходе база-эмиттер) и UE – напряжение на эмиттере VT1, тогда

При этом напряжение на базе выбирается в пределах UB ≈ (0,3…0,5)* EПИТ

А ток эмиттера будет равен

Так как ток коллектора транзистора практически такой же, как и ток эмиттера, то, если ток эмиттера поддерживать постоянным, то ток коллектора также будет постоянным, несмотря на изменение напряжения на коллекторе. Данная схема является основой для различных источников постоянного тока. При расчёте данной схемы необходимо, чтобы ток делителя R1R2 был в 5…10 раз больше, чем базовый ток транзистора, то есть

Данная схема достаточно эффективна во многих случаях, но иногда возникают проблемы в связи с нестабильностью источника питания и по этой причине возможно изменение напряжения на базе транзистора UB, как следствие и тока эмиттера IE.

Расчёт простого стабилизатора тока

Необходимо рассчитать источник тока, обеспечивающий IС = 10 мА, напряжение источника питания ЕПИТ = 10 В.

  1. Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: UCEmax = 30 В, ICmax = 100 mA, ICBO = 1 mkA, fh21e = 250 МГц, h21e = 20…90 (примем h21e = 50).
  2. Рассчитаем сопротивление эмиттера R3

где UBE = 0,6 – 0,8 B,

Примем UB = 3 В, тогда

[math]R3 = frac<3 — 0,7> <0,01>= 230 Om[/math]

Расчитаем сопротивление резисторов R1 и R2.

Примем IR1R2 = 1 мА

[math]R1 + R2 = frac>> = frac<10> <0,001>= 10 kOm[/math]
[math]frac = frac>> = frac<3> <10>= 0,3[/math]
[math]R2 = 10 * 0,3 = 3 kOm[/math]
[math]R1 = 10 — 3 = 7 kOm[/math]

Примем R1 = 6,8 кОм, R2 = 3,3 кОм

Стабилизатор тока с диодным смещением

Как указывалось выше простой стабилизатор тока вследствие нестабильности напряжения питания, может иметь невысокую стабильность тока коллектора, кроме того через делитель напряжения R1R2 протекает достаточно большой ток, что приводит к потере мощности. Поэтому для уменьшения влияния этих факторов применяется диодная стабилизация (или диодное смещение) напряжения на базе. Схема, иллюстрирующая диодное смещение приведена ниже


Стабилизатор тока с диодным смещением.

Работает данная схема, как и предыдущая, но с учётом того, что напряжение на базе транзистора VT1 создается стабилитроном. Расчёт данной схемы выполняется также как и предыдущей, только с учётом параметров стабилитрона, то есть напряжения стабилизации UНОМ и ток стабилизации ICT. При выборе стабилитрона источника тока необходимо руководствоваться следующими ограничениями

  • максимальное напряжение стабилизации стабилитрона
    [math]U_ le /E_ — I * R_[/math]
    где EPIT – напряжение питания источника тока,
    I – расчётный ток источника тока
    RНmax – максимальное сопротивление коллекторной нагрузки.
  • минимальное напряжение стабилизации не должно быть меньше, чем напряжение насыщение база-эмиттер

В данной схеме по возможности необходимо использовать стабилитроны с небольшим значением напряжения стабилизации, потому что при напряжении стабилизации стабилитрона(UСТ.НОМ) близком к Ust уменьшается значение сопротивления резистора R1, что в свою очередь приводит к увеличению потребляемой мощности этим резистором.

Расчёт стабилизатора тока с диодным смещением

Необходимо рассчитать источник тока, обеспечивающий IС = 10 мА на нагрузке Rн = 150 Ом, напряжение источника питания ЕПИТ = 10 В.

  1. Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: UCEmax = 30 В, ICmax = 100 mA, ICBO = 1 mkA, fh21e = 250 МГц, h21e = 20…90 (примем h21e = 50).
  2. Выберем стабилитрон

[math]U_ le /E_ — I * R_ = 10 — 0,01 * 150 = 10 — 1,5 = 8,5 B[/math]
[math]U_ ge /U_[/math]

Выберем стабилитрон типа КС139Г со следующими параметрами Uст.ном. = 3,9 В, Iст.ном. = 5 мА.

Рассчитаем сопротивление резистора R1
[math]R1 = frac — U_>>[/math]

Примем R1 = 1,2 кОм

Рассчитаем сопротивление резистора R2
[math]R2 = frac>> = frac — U_>> = frac<3,9 — 0,7><0,01>= 320 Om[/math]

Выберем R2 = 330 Ом

Токовое зеркало (отражатель тока)

Как указывалось выше, уменьшение напряжения стабилизации стабилитрона приводит к уменьшению потребляемого тока. Как известно минимальное напряжение на базе транзистора для его работы в качестве усилителя составляет UBE = 0,7 В – падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер. Чтобы обеспечить такое напряжение достаточно между базой и эмиттером транзистора включить обычный диод, но лучше всего использовать транзистор с закороченным коллекторным переходом, причём необходимо стараться подобрать пару транзисторов с очень близкими параметрами (h21e, ICBO и т.д.). Такая схема, показанная ниже, называется токовым зеркалом или отражателем тока


Схема токового зеркала (отражатель тока)

Рассмотрим работу схемы, основными элементами которой являются резистор R1 и транзисторы VT1 и VT2. Коллектор и база транзистора VT1 соединены, и поэтому данный транзистор выполняет роль диода. Коллекторный ток VT1 ограничен резистором R1, а как известно напряжение UBE и ток эмиттера IE транзистора связывает логарифмическая зависимость

где UT – напряжение на p-n переходе зависящее от температуры,
IEO – обратный ток насыщения эмиттера.

Таким образом, если транзисторы VT1 и VT2 имеют одинаковые параметры, то падение напряжение UBE транзистора VT1 вызовет такое же падение напряжения UBE транзистора VT2, а следовательно и коллекторный ток транзистора VT2 будет примерно равным коллекторному току транзистора VT1. Таким образом, коллекторный ток VT2 с большой степенью точности задаётся («программируется») коллекторным током VT1.

Генератор пилообразного напряжения со стабилизатором тока

От схем стабилизаторов тока пора перейти к применению стабилизаторов в генераторах пилообразного напряжения. Тут всё достаточно просто, необходимо вместо зарядного (разрядного) резистора вставить в схему стабилизатор тока. Для примера возьмём стабилизатор тока с диодным смещением и добавим его в схему простого генератора пилообразного напряжения. Получившаяся схема изображена ниже


Схема генератора пилообразного (линейно растущего) напряжения со стабилизатором тока.

Данная схема состоит из стабилизатора тока на транзисторе VT1, стабилитроне VD1 и резисторах R1, R2, а также разрядного транзистора VT2 и конденсатора C1.
Схемы генераторов пилообразного напряжения позволяют получить коэффициент нелинейности ξ ≤ 10 %, а коэффициент использования напряжения ε ≈ 0,9. Как же работает такая схема? Как известно VT1. То есть дифференциальное сопротивление коллектора будет очень высоким

в случае стабилизатора тока rK ≈ 0,5…1 МОм.

После подачи питания Епит в схему, конденсатор C1 начинает заряжаться постоянным током IС ≈ IE = const, которой обеспечивается стабильным напряжением UST за счёт стабилитрона VD1

Таким образом, конденсатор зарядится до напряжения

[math]U_ <0>= U_ = E_ — R2 * I_[/math]

которое будет являться выходным напряжением данной схемы генератора. После того как на вход схемы (базовый вывод VT2) приходит положительный импульс (UBX > UBbIX) транзистор VT2 насыщается и конденсатор C1 разряжается

Амплитуду выходного напряжения можно определить по следующей формуле

Коэффициент нелинейности будет равен

Таким образом, исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что данный генератор при работе на высокоомную нагрузку обеспечивает небольшой коэффициент нелинейности и большой коэффициент использования напряжения, который растёт с уменьшением напряжения стабилизации стабилитрона, а также обеспечивает большой диапазон длительности рабочего хода и небольшое время обратного хода.

Одним из недостатков данного типа генератора является то, что необходимо иметь запускающий импульс со значительным уровнем напряжения (UBX > UBbIX), а также транзисторы с разными типами проводимости.

В отличии от генератора линейно растущего напряжения, генератор линейно падающего напряжения можно собрать на транзисторах одного типа проводимости, что иногда имеет некоторое преимущество.


Генератор пилообразного (линейно падающего) напряжения со стабилизатором тока.

Расчёт номиналов элементов данной схемы ведётся идентично генератору линейно растущего напряжения.

Расчёт генератора пилообразного напряжения с токовым стабилизирующим элементом

Рассчитать параметры элементов схемы генератора пилообразного напряжения со стабилизатором тока, который обеспечивает следующие характеристики выходного сигнала: длительность рабочего хода ТР = 500 мкс, амплитуда выходного напряжения Um = 5 В, напряжение питания схемы EK = 10 В коэффициент нелинейности ξ = 1 %.

    Определим ёмкость конденсатора С

где rK – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, rK = ΔUCB/ΔIC. Для простейших расчётов можно полагать, что rK = 0,5 … 1 Мом

Выберем С1 = 51 нФ.

  • Найдём величину тока необходимого для обеспечения заданной амплитуды выходного импульса
    [math]I_ = frac *C1>> = frac <5 * 51 * 10^<-9>><0,0005>= 0,51 mA[/math]
  • Выберем и рассчитаем стабилизатор тока:
    • Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: UCEmax = 30 В, ICmax = 100 mA, ICBO = 1 mkA, fh21e = 250 МГц, h21e = 20…90 (примем h21e = 50).
    • Выберем стабилитрон
      [math]U_ = E_ — U_ = 10 — 5 = 5 B[/math]
      [math]U_ ge /U_ = 0,7 B[/math]

    Выберем стабилитрон типа КС147 со следующими параметрами Uст.ном. = 4,7 В, Iст.ном. = 5 мА.

    Рассчитаем сопротивление резистора R1
    [math]R3 = frac — U_>> = frac<10 — 4,7><0,005>= 1060 Om[/math]

    Примем R1 = 1 кОм

    Рассчитаем сопротивление резистора R2
    [math]R2 = frac — U_>> = frac<4,7 — 0,7><0,00051>approx 7843 Om[/math]

    Выберем R2 = 8,2 кОм

    Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

    Как стабилизатор стабилизирует ток

    • Статьи
    • Усилители мощности
    • Светодиоды
    • Блоки питания
    • Начинающим
    • Радиопередатчики
    • Разное
    • Ремонт
    • Шокеры
    • Компьютер
    • Микроконтроллеры
    • Разработки
    • Обзоры и тесты
    • Обратная связь
  • Форум
    • Усилители мощности
    • Шокеры
    • Качеры, катушки Тэсла
    • Блоки питания
    • Светодиоды
    • Начинающим
    • Жучки
    • Микроконтроллеры
    • Устройства на ARDUINO
    • Программирование
    • Радиоприемники
    • Датчики и ИМ
    • Вопросы и ответы
  • Online расчёты
  • Умный дом
  • Видео
  • RSS
  • Приём статей
    • Статьи
    • Усилители мощности
    • Светодиоды
    • Блоки питания
    • Начинающим
    • Радиопередатчики
    • Разное
    • Ремонт
    • Шокеры
    • Компьютер
    • Микроконтроллеры
    • Разработки
    • Обзоры и тесты
    • Обратная связь
  • Форум
    • Усилители мощности
    • Шокеры
    • Качеры, катушки Тэсла
    • Блоки питания
    • Светодиоды
    • Начинающим
    • Жучки
    • Микроконтроллеры
    • Устройства на ARDUINO
    • Программирование
    • Радиоприемники
    • Датчики и ИМ
    • Вопросы и ответы
  • Online расчёты
  • Умный дом
  • Видео
  • RSS
  • Приём статей
  • Мощный стабилизатор тока и напряжения на TL494

    Этот стабилизатор обладает неплохими характеристиками, имеет плавную регулировку тока и напряжения, хорошую стабилизацию, без проблем терпит короткие замыкания, относительно простой и не требует больших финансовых затрат. Он обладает высоким кпд за счет импульсного принципа работы, выходной ток может доходить до 15 ампер, что позволит построить мощное зарядное устройство и блок питания с регулировкой тока и напряжения. При желании можно увеличить выходной ток до 20-и и более ампер.

    В интернете подобных устройств, каждое имеет свои достоинства и недостатки, но принцип работы у них одинаковый. Предлагаемый вариант — это попытка создания простого и достаточно мощного стабилизатора.

    За счет применения полевых ключей удалось значительно увеличить нагрузочную способность источника и снизить нагрев на силовых ключах. При выходном токе до 4-х ампер транзисторы и силовой диод можно не устанавливать на радиаторы.

    Номиналы некоторых компонентов на схеме могут отличаться от номиналов на плате, т.к. плату разрабатывал для своих нужд.

    Диапазон регулировки выходного напряжения от 2-х до 28 вольт, в моем случае максимальное напряжение 22 вольта, т.к. я использовал низковольтные ключи и поднять напряжение выше этого значения было рискованно, а так при входном напряжении около 30 Вольт, на выходе спокойно можно получить до 28-и Вольт. Диапазон регулировки выходного тока от 60mA до 15A Ампер, зависит от сопротивления датчика тока и силовых элементов схемы.

    Устройство не боится коротких замыканий, просто сработает ограничение тока.

    Собран источник на базе ШИМ контроллера TL494, выход микросхемы дополнен драйвером для управления силовыми ключами.

    Хочу обратить ваше внимание на батарею конденсаторов установленных на выходе. Следует использовать конденсаторы с низким внутренним сопротивлением на 40-50 вольт, с суммарной емкостью от 3000 до 5000мкФ.

    Нагрузочный резистор на выходе применен для быстрого разряда выходных конденсаторов, без него измерительный вольтметр на выходе будет работать с запаздыванием, т.к. при уменьшении выходного напряжения конденсаторам нужно время, для разрядки, а этот резистор быстро их разрядит. Сопротивление этого резистора нужно пересчитать, если на вход схемы подается напряжение больше 24-х вольт. Резистор двух ваттный, рассчитан с запасом по мощности, в ходе работы может греться, это нормально.

    Как это работает:

    ШИМ контроллер формирует управляющие импульсы для силовых ключей. При наличии управляющего импульса транзистор, и питание по открытому каналу транзистора через дроссель поступает на накопительный конденсатор. Не забываем, что дроссель является индуктивной нагрузкой, которым свойственно накапливание энергии и отдача за счет самоиндукции. Когда транзистор закрывается накопленный в дросселе заряд через диод шоттки продолжит подпитывать нагрузку. Диод в данном случае откроется, т.к. напряжение с дросселя имеет обратную полярность. Этот процесс будет повторяться десятки тысяч раз в секунду, в зависимости от рабочей частоты микросхемы ШИМ. По факту ШИМ контроллер всегда отслеживает напряжение на выходном конденсаторе.

    Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. На неинвертирующий вход первого усилителя ошибки микросхемы (вывод 1) поступает выходное напряжение стабилизатора, где оно сравнивается с опорным напряжением, которое присутствует на инверсном входе усилителя ошибки. При снижении выходного напряжения будет снижаться и напряжение на выводе 1, и если оно будет меньше опорного напряжения, ШИМ контроллер будет увеличивать длительности импульсов, следовательно транзисторы больше времени будут находиться в открытом состоянии и больше тока будет накачиваться в дроссель, если же выходное напряжение больше опорного, произойдет обратное — микросхема уменьшит длительность управляющих импульсов. Указанным делителем можно принудительно менять напряжение на неинвертирующщем входе усилителя ошибки, этим увеличивая или уменьшая выходное напряжение стабилизатора в целом. Для наиболее точной регулировки напряжения применён подстроечный многооборотный резистор, хотя можно использовать обычный.

    Минимальное выходное напряжение составляет порядка 2 вольт, задается указанным делителем, при желании можно поиграться с сопротивлением резисторов для получения приемлемых для вас значений, не советуется снижать минимальное напряжение ниже 1 вольта.

    Для отслеживания потребляемого нагрузкой тока установлен шунт. Для организации функции ограничения тока задействован второй усилитель ошибки в составе ШИМ контроллера тл494. Падение напряжения на шунте поступает на неинвертирующий вход второго усилителя ошибки, опять сравнивается с опорным, а дальше происходит точно тоже самое, что и в случае стабилизации напряжения. Указанным резистором можно регулировать выходной ток.

    Токовый шунт изготовлен из двух параллельно соединённых низкоомных резисторов с сопротивлением 0,05Ом.

    Накопительный дроссель намотан на желто белом кольце от фильтра групповой стабилизации компьютерного блока питания.

    Так как схема планировалась на довольно большой входной ток, целесообразно использовать два сложенных вместе кольца. Обмотка дросселя содержит 20 витков намотанных двумя жилами провода диаметром 1,25мм в лаковой изоляции, индуктивность около 80-90 микрогенри.

    Диод желательно использовать с барьером Шоттки и обратным напряжением 100-200 вольт, в моем случае применена мощная диодная сборка MBR4060 на 60 вольт 40 Ампер.

    Силовые ключи вместе с диодом устанавливают на общий радиатор, притом изолировать подложки компонентов от радиатора не нужно, т.к. они общие.

    Подробное описание и испытания блока можно посмотреть в видео

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию