Sfera-perm.ru

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

Защита по току в интегральных стабилизаторах

Защита по току в интегральных стабилизаторах

Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Архив статей и поиск
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте

Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио
▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать — советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(500000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Викторина онлайн
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Голосования
▪ Карта сайта

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua


сделано в Украине

Применение интегральных стабилизаторов напряжения КР142

Микросхемы серии КР142 нашли широкое применение в радиолюбительских конструкциях. Все они практически идентичны по схеме, содержат встроенное устройство защиты от замыкания цепи нагрузки. Различаются они только максимальным выходным током и номинальным выходным напряжением, которое имеет одно из следующих значений: 5, 6, 9, 12, 15, 20, 24 и 27 В.

Вашему вниманию предлагается подборка схем разнообразных стабилизаторов напряжения, выполненная с использованием этих микросхем.

Стабилизатор напряжения, защищенный от повреждения разрядным током конденсаторов

При наличии в выходной цепи СН конденсатора большой емкости иногда необходимо принимать меры по защите микросхемы, то есть по предотвращению разрядки конденсатора через ее цепи. Дело в том, что обычно используемые в цепях питания устройств конденсаторы емкостью до 10 мкФ и более обладают малым внутренним сопротивлением, поэтому при аварийном замыкании той или иной цепи устройства возникает импульс тока, значение которого может достигать десятков ампер. И хотя этот импульс очень кратковременен, его энергии может оказаться достаточно для разрушения микросхемы. Энергия импульса зависит от емкости конденсатора, выходного напряжения и скорости его уменьшения. Для защиты микросхемы от повреждения в подобных случаях используют диоды. В устройстве, выполненном по приводимой на рис. 2.10 схеме, диод VD1 защищает микросхему DA1 от разрядного тока конденсатора С2, а диод VD2 — от разрядного тока конденсатора С3 при замыкании на входе СН.

Наиболее подходят для использования в стабилизаторах танталовые оксидные конденсаторы, обладающие (конечно, при необходимой емкости) малым полным сопротивлением даже на высоких частотах: здесь танталовый конденсатор емкостью 1 мкФ эквивалентен алюминиевому оксидному конденсатору емкостью примерно 25 мкФ.

СН со ступенчатым включением

Функции «коммутирующего» элемента в этом устройстве выполняет транзистор VT1 (рис. 2.11). В момент включения питания начинает заряжаться конденсатор С3, поэтому транзистор открыт и шунтирует нижнее плечо делителя R1, R2. По мере зарядки конденсатора через резистор R3 транзистор закрывается, напряжение на выводе 8 DA1, а следовательно, и на выходе устройства возрастает, и спустя некоторое время выходное напряжение достигает заданного уровня. Длительность установления выходного напряжения зависит от постоянной времени цепи R3, С3.

СН с выходным напряжением повышенной стабильности

Как видно из схемы на рис 2.12, отличие этого СН от ранее рассмотренных (кроме отсутствия защитных диодов и конденсатора С3) заключается в замене резистора R2 стабилитроном VD1. Последний поддерживает более стабильное напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 и тем самым дополнительно уменьшает колебания напряжения на нагрузке. Недостаток устройства — невозможность плавной регулировки выходного напряжения (его можно изменять только подбором стабилитрона VD1).

СН с выходным напряжением, регулируемым от 0 до 10 В

На рис. 2.13 изображена схема устройства, выходное напряжение которого можно регулировать от 0 до 10 В. Требуемое значение устанавливают переменным резистором R2 При установке его движка в нижнее (по схеме) положение (резистор полностью выведен из цепи) напряжение на выводе 8 DA1 имеет отрицательную полярность, поэтому выходное напряжение СН равно 0.

По мере перемещения движка этого резистора вверх отрицательное напряжение на выводе 8 ИМС уменьшается и при некотором его сопротивлении становится равным выходному напряжению микросхемы. При дальнейшем увеличении сопротивления резистора выходное напряжение СН возрастает от 0 до максимального значения. Недостаток схемы — необходимость внешнего источника напряжения -10 В.

СН с внешними регулирующими транзисторами

Микросхемы 142ЕН5, 142ЕН8, 142ЕН9 в зависимости от типа могут отдавать в нагрузку ток до 1,5. 3 А. Однако эксплуатация их с предельным током нагрузки нежелательна, так как требует применения эффективных теплоотводов (допустимая рабочая температура кристалла ниже, чем у большинства мощных транзисторов). Облегчить режим работы микросхемы в подобных случаях можно, подключив к ней внешний регулирующий транзистор.

Принципиальная схема базового варианта СН с внешним регулирующим транзистором показана на рис. 2.14. При токе нагрузки до 180. 190 мА падение напряжения на резисторе R1 невелико, и устройство работает так же, как и без транзистора. При большем токе это падение напряжения достигает 0,6. 0,7 В, и транзистор VT1 начинает открываться, ограничивая тем самым дальнейшее увеличение тока через микросхему DA1. Она поддерживает выходное напряжение на заданном уровне, как и в типовом включении: при повышении входного напряжения снижается входной ток, а следовательно, и напряжение управляющего сигнала на эмиттерном переходе транзистора VT1, и наоборот.

Применяя такой СН, следует иметь в виду, что минимальная разность входного и выходного напряжений должна быть равна сумме минимального падения напряжения на используемой микросхеме и напряжения иэб регулирующего транзистора. Необходимо также позаботиться об ограничении тока через этот транзистор, так как при замыкании в нагрузке он может превысить ток через микросхему в число раз, равное статическому коэффициенту передачи тока транзистора, и достичь 20 А и даже более. Такого тока в большинстве случаев достаточно дня вывода из строя не только регулирующего транзистора, но и нагрузки.

Читайте так же:
Что такое стабилизатор тока с ттл модуляцией

Схемы возможных вариантов СН с ограничением тока через регулирующий транзистор показаны на рис. 2.15, 2.16, 2.17. В первом из них эта задача решается включением параллельно эмиттерному переходу транзистора VT1 двух соединенных последовательно диодов VD1, VD2, которые открываются, если ток нагрузки превышает 7 А. Стабилизатор продолжает работать и при некотором дальнейшем увеличении тока, но как только он достигает 8 А, срабатывает система защиты микросхемы от перегрузки. Недостаток рассмотренного варианта — сильная зависимость тока срабатывания системы защиты от параметров транзистора и диодов (ее можно значительно ослабить, если обеспечить тепловой контакт между корпусами этих элементов).

Значительно меньше этот недостаток проявляется в другом стабилизаторе (рис. 2.16). Если исходить из того, что напряжение на эмиттером переходе транзистора VT1 и прямое напряжение диода VD1 примерно одинаковы, то распределение тока между микросхемой DA1 и регулирующим транзистором зависит от отношения значений сопротивления резисторов R2 и R1. При малом выходном токе падение напряжения на резисторе R2 и диоде VD1 мало, поэтому транзистор VT1 закрыт и работает только микросхема.

По мере увеличения выходного тока это падение напряжения возрастает, и когда оно достигает 0,6. 0,7 В, транзистор начинает открываться, и все большая часть тока начинает течь через него. При этом микросхема поддерживает выходное напряжение на уровне, определяемом ее типом: при увеличении напряжения ее регулирующий элемент закрывается, снижая тем самым протекающий через нее ток, и падение напряжения на цепи R2, VD1 уменьшается. В результате падение напряжения на регулирующем транзисторе VT1 возрастает и выходное напряжение понижается.


(нажмите для увеличения)

Если же напряжение на выходе СН уменьшается, процесс регулирования протекает в противоположном направлении. Введение в эмиттерную цепь транзистора VT1 резистора R1, повышающего устойчивость работы СН (он предотвращает его самовозбуждение), требует увеличения входного напряжения. В то же время, чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток срабатывания по перегрузке зависит от параметров транзистора VT1 и диода VD1. Однако с увеличением сопротивления резистора возрастает рассеиваемая на нем мощность, в результате чего снижается КПД и ухудшается тепловой режим устройства.

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Регулируемый стабилизатор тока на LM317 для светодиодов

Спрос на системы, стабилизирующие напряжение, значительно вырос за последние годы. Особенный интерес проявляется к приборам, работающим с искусственными источниками освещения и в частности со светодиодами. Стабилизатор тока на lm317 – это простое, недорогое, но надежное устройство, которое можно приобрести или собрать самостоятельно. В последнем случае необходимо знать основные правила приборостроения, требования безопасности при работе с электричеством и подготовить стандартный набор элементов.

  1. Для чего необходима стабилизация тока и напряжения
  2. Виды стабилизирующих устройств
  3. Релейные
  4. Электронные
  5. Электромеханические
  6. Феррорезонансные
  7. Инверторные
  8. Схемы линейных устройств
  9. Основные характеристики
  10. Мощность и входное напряжение
  11. Конструкция устройства
  12. Импульсные драйверы
  13. Схемы включения
  14. Простейший стабилизированный блок питания
  15. Блок питания на интегральном стабилизаторе
  16. Схема стабилизатора с регулируемым блоком питания
  17. Область применения

Для чего необходима стабилизация тока и напряжения

Стабилизатор тока на LM317 для светодиодов

Количество электрических устройств в домах постоянно растет. За последние годы число электроприборов увеличилось в несколько раз. Как результат – возросла потребность в уровне напряжения в электрических сетях. При этом большая часть зданий (жилых и производственных) и электростанций построена более 30-40 лет назад.

Некоторые современные приборы производят со встроенными стабилизаторами – небольшими схемами для предотвращения поломок от скачков напряжения. Но большая часть не содержит дополнительных устройств и даже малый перепад в сети грозит перегоранием. В группе повышенного риска крупная бытовая техника (не цифровая). В частности бойлеры и стиральные машины.

Чтобы избежать повреждений и обеспечить стабильное напряжение в сети, устанавливают стабилизаторы. В каждом доме это делать необязательно. Если в здании постоянная подача тока без серьезных перепадов (в пределах 220 Вольт с максимальной погрешностью 10%), в дополнительных устройства нет смысла. Но когда скачки постоянны, установка стабилизатора позволит сберечь технику и обеспечит электричеством.

Виды стабилизирующих устройств

Перед покупкой прибора следует ознакомиться с основными типами и особенностями. Каждый имеет преимущества и недостатки, предназначены для разного уровня напряжения и количества приборов. Отличаются и принципы работы.

Релейные

Релейный стабилизатор напряжения

Оптимальный вариант для частных и дачных домов, квартир. На трансформаторе установлено несколько магнитных обмоток. В момент перепада напряжения между ними происходит переключение, что позволяет сохранить поток напряжения в прежнем режиме. К недостаткам относят:

  • изменение потока энергии в ступенчатом режиме (резко, прерывисто);
  • искривление синусоиды потока напряжения;
  • небольшая мощность на моменте отдачи.

Стоимость подобных устройств значительно ниже других моделей стабилизаторов. Отзывы владельцев хорошие, прибора оказывается достаточно для домашних сетей.

Электронные

Тиристорный регулятор напряжения РСТ

Различают два типа стабилизаторов электронного «наполнения» — симисторные и тиристорные. В первых переключение между обмотками в автоматическом режиме осуществляет небольшой механизм – симистор. КПД прибора высокое, срабатывает быстро. Существенный плюс для бытового использования – бесшумность работы. Второй вид не так эффективен, обычно используется для стабилизации домашних сетей без большого напряжения. Наиболее заметный недостаток – стоимость.

Электромеханические

Другие названия – сервомоторные, сервоприводные. Принцип работы – с помощью электропривода угольный электрод перемещается по обмоткам, создавая бесперебойное напряжение. Часто покупается для бытовых нужд и небольших помещений (дом, дача, офис). Плюсы – цена, компактность, плавное переключение. Минусы – шум, малая скорость переключения.

Феррорезонансные

В последние годы редко используется из-за появления более современных устройств. Эффект феррорезонанса возникает в системе взаимодействия трансформатора и конденсатора. Устройства крупногабаритные, шумные, не работают при резких и значительных перегрузках. Преимущества – длительный срок эксплуатации, возможность использования в помещениях с высокой влажностью.

Инверторные

Устройства данного типа являются мощными и дорогостоящими. Используются в быту и крупных производственных помещениях. Основное отличие – кварцевый генератор и контроллер, которые преобразуют напряжение на входе в постоянный ток, а на выходе – в переменный. Одновременное двойное формирование позволяет работать с различным уровнем тока – от 115 до 300 Вольт. Преимущества – отсутствие шума, малый размер, быстрое переключение и регулирование, другие дополнительные возможности (например, защита бытовой техники от чрезмерного напряжения).

Читайте так же:
Микросхема импульсного стабилизатор напряжения тока

Схемы линейных устройств

Стабилизатор тока на lm317 – это прибор, работающий по линейной схеме переключения напряжения. Подобные микросхемы используются для сетей, где не требуется высокий КПД и чрезмерная мощность. В частности – для поддержки работы светодиодов. Преимущества:

  • защита от резких скачков, чрезмерного уровня электроэнергии;
  • переполюсовка тока на входном элементе;
  • отсутствие дополнительных деталей и устройств.

К недостаткам относят меньший КПД – напряжение, полученное сверх необходимого, перерабатывается в нагревание, поэтому дополнительное охлаждение обязательно.

Для стабильной работы требуется плюсовая разница токов на входе и выходе – линейные стабилизаторы перестают функционировать при падении в 0,4В (даже при 0,5В). Поэтому схема бп на lm317 с регулировкой тока и напряжения не применяется для крупногабаритных устройств и «тяжелых» сетей.

Основные характеристики

Подключение схемы к батарее на 9V типа Крона

Стабилизатор напряжения на lm317 работает в определенном диапазоне подачи электроэнергии. Пределы – минимум 1,25В, максимум 37В. На выходе мощность напряжения не превышает 1,5 Ампер, погрешность при нестабильном подключении составляет до 0,1%.

Регулятор напряжения на микросхеме lm317 имеет системы дополнительной внутренней защиты: от коротких сетевых замыканий, от теплового перенапряжения, от чрезмерного рассеивания «лишнего» напряжения.

Тепловое ограничение обеспечивают специальные микродатчики, которые гарантируют защиту техники от превышения рассеиваемой мощности – если подобное произойдет, устройство просто отключится и не пострадает.

Мощность и входное напряжение

Для работы регулятора тока на схеме lm317 напряжение на входной части не должно быть выше 40 Вольт. При этом минимальная разница тока на входах и выходах должна превышать 2 Вольта.

Чтобы работал регулятор напряжения на lm317, схема не должна получать нагрузку больше 1,5А. Если не будет дополнительного охлаждения, уровень снизится. Примерную мощность вычисляют, умножая два показателя – мощность электроэнергии на выходе и разница потенциалов входа и выхода.

При температуре окружающей среды до 30° по Цельсию допускается рассеивание мощности до 1,5Вт (если нет теплоотвода). При нормальном уровне теплоотведения допускается рассеивание до 20Вт.

Конструкция устройства

Стабилизатор с двумя резисторами

Схема блока питания стабилизатора на lm317 с регулировкой тока и напряжения при минимальном обустройстве имеет два резистора, разница в сопротивлении которых регулирует напряжение на выходе и конденсаторах. Среднее значение тока на опорных элементах составляет 1,25 В. Сопротивление не должно превышать 240 Ом.

Корпус стабилизатора на схеме lm317 изготавливается из пластмассы. Возможные варианты: ТО 220 и 220FP, SOT23 и D2PAK. Системы внутренней защиты позволяют устройству работать в случае отключения входа регулировки.

Импульсные драйверы

Драйверы с импульсной системой – это те же стабилизаторы напряжения. Напряжение переменного типа позволяет регулировать работу устройства. Если уровень составляет меньше 2-3 Ампер, не требуется дополнительное теплоотведение.

Импульсные приборы «нарезают» входящий ток, чтобы на выходе получить нужный уровень напряжения. Может работать с сетями высоких нагрузок. Минусы – необходим отдельный источник питания, стоимость, внешнее «лишнее» электромагнитное поле. Сложно собрать в домашних условиях.

Схемы включения

Схема включения блока питания на lm317 с регулировкой тока и напряжения позволяет использовать стабилизатор в сетях с нестандартным напряжением. Чтобы устройство работало, необходимо минимум два резистора. Наиболее важные показатели – напряжение опорного пункта, уровень тока на выходе.

Простейший стабилизированный блок питания

Схема простого блока питания

Стабилизаторы напряжения необходимы не только для защиты бытовой и производственной техники. В лабораторных условиях устройства помогают избежать чрезмерных потоков электроэнергии и перегорания сетей. Поэтому начинающие и профессиональные техники стремятся использовать хотя бы простые стабилизирующие блоки.

  • несложная сборка;
  • надежная работа;
  • недорогие и доступные детали.

Самодельный регулируемый блок питания

К недостаткам относят низкий выходящий КПД, использование радиаторов крупных размеров, крупногабаритность устройства.

Для стандартного прибора потребуется несколько элементов:

  • схема lm317;
  • транзистор с пластиковым корпусом;
  • диод;
  • два резистора;
  • два конденсатора;
  • диодный мост.

Показатели элементов не имеют критического значения. Например, резисторы на R1 могут иметь значения от 30 до 50 Ом, а диод не устанавливать.

Блок питания на интегральном стабилизаторе

Интегральные стабилизаторы положительного напряжения

Устройства с интегральной системой работы используют в стабилизаторах напряжения, аудиосистемах, усилителях, блоках питания и других. Все детали конструкции соединены посредством кремниевого кристалла так, чтобы их последовательность составляла стабилизатор. В электротехнике используют два типа:

  • с использованием полупроводника;
  • с применением пленочных элементов (гибридный).

Стандартная схема включает несколько типичных деталей: опорного источника, усилителя, регулирующего элемента, защитный механизм для отключения и предотвращения замыканий.

Микросхемы интегрального типа являются устройствами с завершенным функциональным циклом. Каждая имеет пути входа, выхода и заземления.

Использовать подобные схемы можно только с определенными показателями напряжения. Допустимые пределы – от 5 до 24В, для тока – меньше 1А.

Интегральные схемы имеют ограничитель напряжения на выходе. Также устанавливается дополнительная защита от перегрева.

Схема стабилизатора с регулируемым блоком питания

Мост-выпрямитель в подобных устройствах позволяет преобразовать переменный поток тока в постоянный. Один из конденсаторов фильтрует энергию с пульсирующими характеристиками, другой – делает переход напряжения более плавным. Такой тип дает возможность стабилизатору работать на уровне низких частот постоянного тока.

Выбор резистора осуществляется по значению номинала, допустимого для стабилизатора. Погрешность должна быть минимальной. Оптимальный вариант – точный расчет.

Область применения

Стабилизаторы на основе микросхемы LM317 используются, чтобы стабилизировать основные показатели технических приборов. Такое устройство легко собрать самостоятельно, а прибор заводского изготовления стоит недорого. Для данного класса имеет отличные эксплуатационные данные и срок эксплуатации, если не будет чрезмерно сильных перепадов электроэнергии.

Недостатком является предел напряжения – не больше 3В. Стабилизатор на основе корпуса ТО 220 – самая доступная модель, которую используют в нескольких областях:

  • бытовые (домашние) сети;
  • лабораторные условия;
  • LED-освещение (светодиоды).

Системы стабилизации напряжения на базе микросхемы LM317 – это надежные, простые и удобные устройства. Стоимость небольшая, но характеристики положительные. Подобные стабилизаторы часто используют для светодиодов в автомобилях.

Узел защиты интегрального стабилизатора напряжения

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры . Целью изобретения .является повышение надежности стабилизатора путем предотвращения перегрузки по мощности. При изменении тока нагрузки ток коллектора 13 транзистора 1 превьшает ток коллектора 14 транзистора 2, токи стоков транзисторов 15 и 16 равны и взаимно компенсируются . Падение напряжения сток-исток транзистора 4 меньше порогового напряжения затвор-исток транзистора 6. Транзистор 6 находится в обесточенном состоянии и не влияет на работу схемы. Дальнейшее увеличение тока приводит к переходу транзистора 4 в режим насыщения стока. Транзистор 6 переходит в активный режим, воздействует на вход усилителя 7, ограничивая тем самым входной ток стабилизатора . При коротком замыкании токи стоков транзисторов 15 и 16 перераспределяются пропорционально разности напряжений вход-выход. Это сдвигает порог срабатывания узла защиты в сторону меньших токов нагрузки , чем обеспечивается защита от перегрузки по рассеиваемой мощности . 1 ил.9 i : X

Читайте так же:
Стабилизатор тока до 200 а

союз СОвЕтсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИН (19) (И) (59 4 G 05 F i 569

ГосудАРстВекнь1Й номитет сссР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3981994/24-07 (22) 02.12.85 (46) 15.06.87. Бюл. № 22 (71) Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (72) В.И.Анисимов, А.Б.Исаков, M.В.Капитонов, l0.M,Ñoêîëî8 и Н.И.Ясюкевич (53) 621.3 16.722, 1(088.8) (56) Патент США Ф 4 180768, кл. С 05 F 1/569, 1979.

Патент США № 4319181, кл. G 05 F 1/569, 1982. (54) УЗЕЛ ЗАЩИТЫ ИНТЕГРАЛЬНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения. является повышение надежности стабилизатора путем предотвращения перегрузки по мощности. При изменении тока нагрузки ток коллектора 13 транзистора 1 превышает ток коллектора 14 транзистора 2, токи стоков транзисторов 15 и 16 равны и взаимно компенсируются. Падение напряжения сток-исток транзистора 4 меньше порогового напряжения затвор-исток транзистора 6.

Транзистор 6 находится в обесточенном состоянии и не влияет на работу схемы. Дальнейшее увеличение тока приводит к переходу транзистора 4 . в режим насыщения стока. Транзистор 6 переходит в активный режим, воздействует на вход усилителя 7, ограничивая тем самым входной ток стабилизатора. При коротком замыкании токи стоков транзисторов 15 и 16 перераспределяются пропорционально разности напряжений вход-выход. Это сдвигает порог срабатывания узла защиты в сторону меньших токов нагрузки, чем обеспечивается защита от герегрузки по рассеиваемой мощности, 1 ил, У

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в устройствах вторичного электропитания микромощной радиоэлектронной аппаратуры. 5

Целью изобретения является повышение надежности стабилизатора путем предотвращения перегрузки по рассеиваемой мощности.

На чертеже представлена принципи- 10 альная электрическая схема предлагаемого устройства.

Узел защиты интегрального стабилизатора напряжения содержит первый

1 двухколлекторный 1 и второй трех- 15 оллекторный 2 биполярные р-п-р-транзисторы, третий 3, четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 MOII-транзисторы, причем транзистор 1 выполняет роль последовательно регулирующего элемен- 20 та стабилизатора, при этом его база и база транзистора 2 соединены с выходом усилителя 7 сигнала рассогласования, эмиттер транзистора 1 через первый резистор 8 подключен к входнои шине 9, с которой также соединен эмиттер транзистора 2, первый коллектор 10 транзистора 1 и первый коллектор 11 транзистора 2 объединены и подключены к выходной шине 12. 13то- ЗО рой коллектор 13 транзистора 1 подключен к соединенным затвору и стоку транзистора 3 и затвору транзистора 4, сток которого соединен с вторым коллектором 14 транзистора 2, с затвсром и стоком транзистора 5 и с затвором транзистора 6. Истоки транзисторов 3-6 подключены к общей шине. Предлагаемое устройство содержит также седьмой 15, восьмой 16 и 40 девятый 17 МОП-транзисторы., первый 18 и второй 19 стабилитроны, второй 20 и третий 21 резисторы, причем истоки транзисторов 15 и 16 объединены и подключены к третьему дополнитель- 45 ному 22 коллектору транзистора 1.

Сток транзистора 15 соединен со,стоком транзистора 4, затвор транзистора 15 соединен с общей шиной и через резистор 20 с затвором транзисто- ig ра 17,затвор которого связан с выходной шиной 12, а исток через последовательно соединенные стабипитроны 18 и 19 и резистор 20 подключен к входной шине 9. Сток транзистора 16 соеди-.55 нен со стоком транзистора 3.

Устройство работает следующим образом.

При изменейии тока нагрузки в диапазоне 0 (Х„ I„ крутизна проходкой характеристики транзистора 1

1 токи эмиттеров транзисторов 1 и 2 соответственно, отношение площадей эмиттеров транзисторов 1 и 2, температурный потенIlH BJI °

Техред А.Кравчук Корректор И..Пожо

Тираж Зб3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,.ул, Проектная, 4

3 13174 должна быть меньше крутизны транзистора 2, что достигаетея включением резистора 8 в эмиттерную цепь транзистора 1. При этом отношение токов эмиттеров транзисторов 1 и 2 изменяется при изменении напряжения эмиттер-база транзистора, в соответствии с формулой

Таким .образом, предлагаемый узел защиты позволяет предотвратить выход из строя интегрального стабилизатора напряжения не только в слу— чае перегрузки по выходному току, но и при перегрузке по рассеиваемой мощности.

Узел защиты интегрального стабилизатора напряжения, выполненного на. первом многоколлекторном биполярном транзисторе р-и-р-типа в качестве последовательного регулирующего эле- 35 мента и усилителя сигнала рассогласования, содержащий второй многоколлекторный биполярный транзистор р-п-р-типа, а также третий, четвертый, пятый и шестой МЭП-транзисто- 40 ры, при этом базы первого и второго

18 4 транзисторов соединены с выходом усилителя сигнала рассогласования, эмит4тер первого транзистора через первый резистор подключен к входной шине, к эмиттеру второго транзистора, пер-. вые коллекторы первого и второго транзисторов подключены к выходной шине; второй коллектор первого транзистора подключен к соединенным затвору и стоку третьего тран=»è.ñòîðà и к затвору четвертого транзистора, сток которого соединен с вторым коллектором второго транзистора, с затвором н стоком пятого транзистора и

/ с затвором шестого транзистора, истоки третьего, четвертого, пятого и шестого транзисторов подключены к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности стабилизатора путем предотвращения перегрузки по мощности, введены седьмой, восьмой и девятый NOII-транзисторы, .первый и второй стабилитроны, второй и третий резисторы, причем первый транзистор выполнен трехколлекторным, истоки седьмого и восьмого транзисторов объединены и подключены к третьему коллектору первого транзистора, сток седьмого транзистора соединен с стоком четвертого транзистора, затвор седьмого транзистора соединен с общей шиной и через второй резистор — с затвором восьмого и стоком девятого транзисторов, затвор которого связан с выходной шиной, а сток через последовательно соединенные первый и второй стабилитроны и третий резистор подключен к входной шине, сток восьмого транзистора соединен с стоком третьего транзистора.

Защита по току в интегральных стабилизаторах

Основные технические характеристики:
Выходное напряжение блока А1,В __________________________________ 1,25. 27
Максимальный ток нагрузки (ток ограничения) блока А1,А ______________ 3
Выходное двуполярное напряжение блока А2, В ______________________ 0. ±24
Максимальный ток нагрузки (ток ограничения) блока А2, А _____________ 0,6

В устройстве применен общий для обоих источников сетевой трансформатор Т1. Выходное напряжение и ток нагрузки более мощного источника А1 можно контролировать с помощью вольтметра и амперметра, которые выполнены на основе стрелочного прибора М2001. В авторском варианте выходное напряжение источника А2 измеряют два одинаковых цифровых вольтметра, собранных на основе АЦП КР572ПВ2А. Схемы подобных устройств неоднократно публиковались на страницах «Радио», например, в статье [1], поэтому здесь останавливаться на них подробно не будем.

Читайте так же:
Стабилизатор для усиления тока

Блок А1 представляет собой стабилизатор, который описан в [2], выполненный на отечественных элементах и доработанный автором. Доработка заключается в возможности ступенчатого регулирования интервалов выходного напряжения с целью уменьшения потерь на регулирующем транзисторе. Этот блок можно использовать для питания различной аппаратуры и при ремонтных работах, а также как зарядное устройство.

Источник питания А1 обеспечивает стабилизированное напряжение на выходе в интервалах 1,25. 6,5; 1,25. 13 и 1,25. 27 В с возможностью его плавной регулировки. Максимальный ток нагрузки (уровень срабатывания защиты по току) может быть установлен в пределах 0,05. 3 А. В случае превышения установленного уровня устройство автоматически переходит в режим стабилизации тока, а после устранения перегрузки — возвращается а режим стабилизации напряжения.

Схема блока А1 показана на рис. 2. Устройство состоит из следующих функциональных частей: мощного выпрямителя VD1—VD4 с фильтром С1—С3; стабилизатора напряжения на микросхеме DA1 и транзисторе VT1; узла защиты по току на ОУ DA2; двух вспомогательных источников стабильного напряжения VD5VD6C4R1 и VT2VD7—VD9 для питания ОУ DA2. Переключателем SA2 устанавливают требуемый интервал регулирования выходного напряжения.

Если ток нагрузки не превышает 50 мА, устройство работает как стабилизатор, включенный по типовой схеме [3]. Когда ток нагрузки превысит это значение, падение напряжения на резисторе R2 открывает транзистор VT1, тем самым ограничивая ток через микросхему DA1 на уровне 50 мА. Регулируют выходное напряжение переменным резистором R8.

Узел защиты по току работает следующим образом. Стабильное выходное напряжение подают на неинвертирующий вход ОУ DA2. На его инвертирующий вход через регулируемый делитель R3R6 поступает сумма выходного напряжения и падения напряжения на токоизмерительном резисторе R4.

ОУ DA2 сравнивает выходное стабилизированное напряжение с напряжением, поступающим с делителя, которое зависит от тока нагрузки. Пока напряжение на неинвертирующем входе больше, чем на инвертирующем, на выходе ОУ устанавливается высокий уровень, близкий к выходному напряжению. Диод VD10 и светодиод HL1 закрыты. Устройство работает в режиме стабилизатора напряжения. Если ток нагрузки увеличивается, падение напряжения на токоизмерительном резисторе R4 возрастает и в некоторый момент напряжения на входах ОУ становятся равными. После этого дальнейшего увеличения тока нагрузки не происходит, поскольку выход ОУ шунтирует цепь регулировки стабилизатора DA1 через открытые диод VD10 и светодиод HL1. Резистор R5 ограничивает ток через светодиод HL1 и ОУ на допустимом уровне. При этом падение напряжения на резисторе R4 поддерживается постоянным за счет изменения выходного напряжения на нагрузке. Устройство переходит в режим стабилизации тока, о чем свидетельствует включенный светодиод HL1. Уровень ограничения тока нагрузки устанавливают переменным резистором R3.

Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы минимальная разность напряжения на входе (плюсовой вывод конденсатора СЗ) и выходе стабилизатора (вывод 8 микросхемы DA1) была не меньше суммы минимального падения напряжения на микросхеме 0А1 и напряжения открывания змиттерного перехода транзистора VT1 (в нашем случае — 3,8 В).

Схема двуполярного стабилизатора напряжения А2 показана на рис. 3. Штрихпунктирной линией выделены узлы А1.1 и А2.1, совпадающие по схеме с А 1.1 рис. 2. Узел А2.1 отличается от А1.1 тем, что вместо КР142ЕН12А применен стабилизатор напряжения отрицательной полярности КР142ЕН18А [3](у него вывод 8 — вход, 2 — выход, 17 — управляющий вывод), а диод VD26, светодиод HL3 и оксидный конденсатор С22 включены в обратной полярности.

Принцип работы устройства А2 аналогичен блоку А1 (см. рис. 2). Отличие заключается в том, что отсутствует мощный регулирующий транзистор, нет переключателя пределов выходного напряжения, а регулировка тока срабатывания защиты — ступенчатая, с помощью переключателя SA5 и резисторов R13—R16 и R25—R28. Уровни тока срабатывания защиты — 0,6 А, 0,25 А, 80 мА и 30 мА — устанавливают в обоих каналах одновременно. Выходное напряжение регулируют от нуля вследствие подачи напряжения смещения в цепи регулировки стабилизаторов DA3 и DA5 раздельно в обоих каналах. Регулируют напряжение переменными резисторами R20 и R32 от 0 до +24 В и от 0 до -24 В соответственно. Напряжение смещения снимают со вспомогательного источника стабилизированного напряжения R22R23C19C20VD22—VD25.

Транзистор КТ825А (VT1) допустимо заменить любым из этой серии. Транзистор VT2 необходимо подобрать с начальным током стока около 10 мА. Регулирующий транзистор (КТ825А) и интегральные стабилизаторы устанавливают на отдельные теплоотводы или на металлическую заднюю стенку корпуса. В последнем случае их следует надежно заизолировать от корпуса слюдяными прокладками. На переднюю панель вынесены измерительные приборы, светодиодные индикаторы, органы управления, выходные клеммы.

Габариты устройства зависят в основном от размеров сетевого трансформатора, мощность которого должна быть не менее 180 Вт. В авторском варианте сетевой трансформатор — самодельный, выполнен на ленточном тороидальном магнитопроводе 120x60x32 мм от стабилизатора напряжения для ламповых телевизоров. Первичная (сетевая) обмотка содержит 990 витков провода ПЭЛ 0,4. Обмотка II (силовая для блока А1) содержит 145 витков с отводами от 50-го и 82-го витков провода ПЭЛ диаметром 1 мм. Напряжение на выводах зтой обмотки —11, 18 и 32 В при токе не менее 3,2 А. Обмотка III (вспомогательная для блока А1) состоит из 45 витков провода ПЭЛ 0,25. Напряжение на обмотке — 10 В при токе 20 мА. Обмотка IV (силовая для блока А2) содержит 256 витков провода ПЭЛ 0,56 с отводом от середины. Напряжение на ней — 2×28 В при токе не менее 1 А. Обмотка V (вспомогательная для блока А2) состоит из 110 витков провода ПЭЛ 0,4 с отводом от середины. Напряжение на обмотке — 2×12 В при токе 50 мА.

Правильно собранное устройство в налаживании не нуждается. Возможно, потребуется подбор отдельных экземпляров ОУ. При желании можно увеличить выходной ток источников параллельным подключением необходимого числа регулирующих элементов — транзисторов параллельно VT1 в блоке А1 (в цепи эмиттеров транзисторов следует включить токовыравнивающие резисторы сопротивлением 0,1 Ом) и стабилизаторов параллельно микросхемам DA3, DA5 в блоке А2 (как подключить стабилизаторы параллельно, можно прочитать в статье [4]). В этом случае необходимо соответствующим образом изменить сопротивление токоизмерительных резисторов и, естественно, использовать более мощный сетевой трансформатор.

Читайте так же:
Стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием

Лабораторный источник питания, кроме своего прямого назначения, может выполнять еще и дополнительные функции. Блок А1 можно использовать в качестве зарядного устройства. Ток зарядки устанавливают резистором R3 при замкнутых выходных клеммах. Напряжение на аккумуляторе (или батарее) и зарядный ток контролируют с помощью вольтметра PV1 и амперметра РА1 соответственно.

С помощью блока А2 можно проверять р-n переходы маломощных полупроводниковых приборов, конденсаторы емкостью от 0,1 мкФ и измерять напряжение.

Чтобы проверить р-n переходы, переключателем SA5 выбирают минимально допустимый ток. Резистором R20 (R32) устанавливают нулевое напряжение на выходе. К выходным клеммам «+» («-») и «Общ.» подключают, например, диод и плавно увеличивают напряжение. Если диод включен в прямом направлении, загорится индикатор перегрузки по току HL2 (HL3). При этом вольтметр покажет значение прямого падения напряжения на диоде. Если же диод включен в обратном направлении, режим работы блока питания не изменится. В случае проверки стабилитрона при обратном включении вольтметр покажет его напряжение стабилизации.

При проверке конденсаторов переключателем SA5 также выбирают минимальный ток нагрузки. Резистором R20 (R32) устанавливают максимальное, но не больше номинального для конкретного конденсатора, напряжение на выходе. К выходным клеммам (соблюдая полярность для оксидных конденсаторов) подключают конденсатор и включают выключатель SA4. По длительности вспышки индикатора перегрузки можно косвенно оценить емкость конденсатора или обнаружить его утечку.

Для измерения напряжения при проведении различных экспериментов и ремонтных работах можно использовать вольтметры блока. Перед работой следует отключить прибор от блока питания, разомкнув контакты выключателя SA4. Напряжение питания на исследуемое устройство удобно подавать с блока А1.

ЛИТЕРАТУРА
1. Ануфриев Л. Мультиметр на БИС. — Радио, 1986, № 4, с. 34—39.
2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. — М.: Мир, 1983.
3. Бирюков С. Микросхемные стабилизаторы напряжения широкого применения. — Радио, 1999. № 2, с. 69—71.
4. Щербинв А., Блвгий С, Иванов В. Применение микросхемных стабилизаторов серий 142, К142 и КР142. — Радио, 1991, № 3, с. 47—51; № 5, с. 68—70.
А. МУРАВЬЕВ, пос. Лесной, Рязанской обл.
Радио 12-2003

Проблемы стабилизаторов напряжений

Содержание

Для начала разберёмся с теорией, а потом перейдём к практике 🙂

Итак, стабилизаторы. На данный момент на материнских платах и видекартах можно встретить как линейные так и импульсные стабилизаторы напряжения. Рассмотрим сначала их принцип действия и особенности.

Представляют собой активный элемент (обычно биполярный, составной биполярный или полевой транзистор), который управляется операционным усилителем.

Имеет невысокий КПД, так-как Iнагр.= Iпотр., соответственно для обеспечения приемлеемого КПД, надо чтобы Uвых. было меньше Uвх. на величину падения напряжения на активном элементе + запас на регулировку. НО! в таком случае ,при низком входном напряжении. может не хватить напряжения открывания транзистора.

Компромисным вариантом при высоком Uвх. является включение перед стабилизатором гасящего резистора соотв. мощности или одного-двух диодов.

Рассмотрим пример с интегральным стабилизатором LM1085:

Это был рассмотрен стабилизатор с изменяемым выходным напряжением (маркируются как Adj), но. если его вывод Adj заземлить, то напряжение на выходе будет равно V ref, т.е. 1.24 Вольта. Соответственно, если взять стабилизатор с фиксированным напряжением, допустим на 3.3 Вольта и включить по схеме подстраиваемого, (пересчитав делитель с учётом V Ref = 3.3B) то получим тот-же регулируемый 🙂

Связка TL431 + транзистор

Другим распространённым вариантом линейного стабилизатора является связка TL431 и её клонов + транзистор:

Что-же такое TL431?

Из рисунка видно, что это стабилитрон с каким-то средним выводом 🙂 Так оно и есть: это управляемый стабилитрон:

Выпускаются модели со встроеным опорным источником как на 2,5, так и на 1,25..так что проверяйте что покупаете или сдуваете с платы 🙂

В случае , когда активным элементом служит полевой транзистор может возникнуть необходимость в подаче отдельного напряжения смещения на затвор.

Повторение интегрального варианта на дискретных элементах (при нынешних ценах, ОУ — это дискретный элемент :))

Всё тоже самое, только опорное напряжение внешнее, и обычно формируется или внешним комбинированным контроллером, или TL431 в стабилитронном включении.

Здесь будут рассмотрены понижающие стабилизаторы, т.к. на материнских платах повышающих я не видел (за исключением, пожалуй, ABIT с его ламповым предусилителем 🙂 )

Понижаюший DC-DC преобразователь

В импульсных стабилизаторах регулируемое сопротивление заменяется ключом. В качестве ключа обычно применяют транзистор (биполярный или полевой), который периодически переходит из закрытого состояния в открытое и наоборот, то подсоединяя, то отсоединяя нагрузку, и тем самым регулируя среднюю мощность, забираемую ею от источника. Величина Uвых. зависит от соотношения длительности открытого и закрытого состояний ключа. Частота переключений регулирующего элемента от единиц до сотен кГц, поэтому сглаживание пульсаций достигается малогабаритным фильтром, включенным после регулирующего элемента. Так как потери мощности в ключе малы, КПД достигает 0.85 0.95 при относительной нестабильности 0.1%.

СУ — сравнивающее устройство, включающее ИОН. ИУ — импульсное устройство.

Регулирующий транзистор VT работает в режиме переключений и соединен последовательно с сопротивлением нагрузки Rн. Дроссель и конденсатор образуют сглаживающий фильтр для сглаживания пульсаций Uвых. Диод VD включен в обратном направлении.

Сигнал ошибки, возникший из-за дестабилизирующих факторов, подается со схемы сравнения, которая содержит ИОН, на вход ИУ. В ИУ происходит преобразование медленно меняющегося постоянного напряжения в последовательность импульсов. Если ИУ создает на своем выходе импульсную последовательность с постоянным периодом повторения и с меняющейся в зависимости от сигнала ошибки длительностью импульса tи, то схему называют стабилизатором с широтно — импульсной модуляцией (ШИМ), если tи=const, а меняется частота, то это стабилизатор с частотно — импульсной модуляцией (ЧИМ).

В-основном используются ШИМ стабилизаторы, хотя встречаются и ЧИМ стабилизаторов на базеMC34063A, причём на некоторых платах под Pentium || даже в питании процессора.

Понижаюший синхронный DC-DC преобразователь

Этот тип преобразователей, ввиду бОльшего КПД, применяется в самых сильноточных цепях материнских плат: преобразователях питания ядра процессора. Всё отличие от простого понижающего DC-DC преобразователя в том, что диод заменён на второй ключ. В первом случае диод «открывается » самостоятельно, после того как напряжение на диоде станет больше напряжения отпирания. Поэтому, чем ниже выходное напряжение, тем больше потери на диоде. Рассмотрим устройство ШИМ контроллера SC1164

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector