Мощный линейный стабилизатор напряжения

Мощный стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения на ток 10А

Здравствуйте уважаемые читатели. Давно хотел опробовать схему мощного, регулируемого стабилизатора напряжения, схема которого представлена в книге «Микросхемы для линейных источников питания и их применение» издательство Додэка 1998г. Схема изображена на рисунке 1.

На рисунке2 изображена схема, которую собрал я. В ней отсутствуют диод, резистор 2 и конденсатор 2. Резистор R2 необходим для замыкания токов утечки мощных транзисторов. Об установке дополнительных элементов можно подробно ознакомиться в вышеупомянутой книге. Вот небольшая выдержка из данной книги.

Данные испытуемого стабилизатора

Напряжение на входе………………………. 22В
Напряжение на выходе……………………. 14,15В
Ток ……………………………………………………. 0. 5А
Провал напряжения на выходе………. 0,05В

Напряжение пульсаций не мерил, так как запитывал стабилизатор от БП постоянного тока.
И так на вход подал 22В, резистором R5 установил напряжение на выходе 14В – точнее было 14,15. При увеличении тока нагрузки до 5А напряжение на выходе уменьшилось до 14,1В, что соответствует провалу напряжения в 50млВ, что довольно не плохо.

При падении напряжения на самом стабилизаторе 10В и токе через мощные транзисторы 5А т.е. мощности, выделяемой на них в виде тепла в 50Вт, радиатор данных размеров нагревается до температуры 80 (на фото 1 правда 75 – потом температура поднялась) градусов.

Для кремния это, «как с добрым утром». Но после прогонки стабилизатора при этой температуре в течении примерно часа, скоропостижно умер один из КТ829А (пробой к-э, но при снижении температуры все свойства транзистора восстанавливались, для меня это совсем не единичный случай в моей практике, именно поэтому я всегда испытываю свои поделки при повышенной и пониженной температуре, если предполагается, что они будут работать с возможным изменением климатики), пришлось заменить. Транзисторы у меня все бу, выпаяны из старых телевизоров. Резисторы, стоящие в эмиттерах мощных транзисторов, больше нужны для контроля коллекторных токов данных транзисторов, чем для их выравнивания. У меня разброс этих токов от транзистора к транзистору изменялся в разы, что потребовало подбора транзисторов. Например ток одного транзистора был 1,64А, а другого – 0,63А. Так, что эти яко бы уравнивающие резисторы в эмиттерных цепях можно после подборки транзисторов спокойно убрать. Стабилизатор собран навесным способом прямо на радиаторе (см. фото 2). При монтаже стабилизатора надо соблюдать некоторые условия.


1. Провод идущий от резистора R5 на землю, необходимо припаять непосредственно к выходной клемме блока.
2. Конденсаторы С1 и С2 устанавливаются в непосредственной близости с микросхемой стабилизатора.
3. Резистор R4 лучше всего припаивать непосредственно на соответствующие выводы микросхемы.
4. С1 и С2 лучше танталовые.

После сборки стабилизатора обязательно проверьте осциллографом выходное напряжение стабилизатора – возможно самовозбуждение оного. Если возникнет возбуд, то возможен сильный разогрев С1 и С2 вплоть до взрыва. При первом включении всегда быстренько пальчиками пощупайте электролиты на предмет повышения их температуры. Стабилизатор нормально работает при входном напряжении 34В, при этом выходное напряжение должно быть не более 24В (зависит от номинала резистора R5 и высчитывается с помощью формулы).

Ток может достигать 10А при условии использования двух вентиляторов для принудительного обдува. В общем я уже подумываю на базе этого стабилизатора сделать себе лабораторный БП, дополнив его системами защиты и индикации, ну и естественно вольтметром и амперметром. Успехов всем. До свидания К.В.Ю.

Мощный линейный стабилизатор напряжения

Микросхемы (далее ИМС) линейных стабилизаторов напряжения очень удобны для применения в различных схемотехнических проектах, не требующих высоких КПД и больших мощностей. При использовании правильных схемотехнических решений, они обеспечивают более высокую надёжность (за счёт меньшего числа компонентов, даже с учётом интегральных) и меньший уровень шумов, кроме того такие источники питания проще в проектировании и реализации. Дополнительным плюсом также являтся то, что многие ИМС стабилизаторов обеспечивают встроенную защиту от перенапряжения, от превышения тока и от переполюсовки входного напряжения – всё это позволяет в большинстве случаев обойтись без дополнительных элементов в схеме.

Из недостатков данных решений следует отметить два основных:

  • Низкий КПД – “лишнее” напряжение такие схемы фактически сбрасывают в тепло, что, соответственно, в большинстве случаев требует применения дополнительного охлаждения.
  • Необходимость положительной разницы напряжений между входом и выходом – даже самые лучшие модели линейных стабилизаторов имеют падение напряжения около 0.4В, а большинство перестаёт работать уже при разнице 0.5В.

Несмотря на все недостатки, такие схемы часто вполне уместно использовать в своих проектах. В данной статье пойдёт речь о различных схемотехнических особенностях применения данных микросхем.

Стабилизаторы с фиксированным напряжением

Интегральные линейные стабилизаторы могут иметь фиксированное выходное напряжение, либо же иметь возможность выбора выходного напряжения. Начнём с рассмотрения базовых схем включения большинства фиксированных интегральных стабилиазторов напряжения:

Конденсатор C1 рекомендуется ставить для предотвращения возникновения “генерации на входе”, если микросхема стабилизатора находится дальше 10 см от источника напряжения – по сути это просто фильтрующий конденсатор. Мы в своих проектах ставим на вход конденсатор в любом случае. Рекомендуется использовать керамику или тантал, ёмкостью не менее 0.1 мкФ. При выборе номинала ёмкости керамики помните, что при повышении температуры у большинства керамических кондёров сильно падает ёмкость.

Назначение конденсатора C2 различается в зависимости от внутренней схемы стабилизатора. Например в микросхемах серии КР1158ЕН, данный элемент обеспечивает отсутствие возбуждения выходного напряжения. А производитель LM317 отмечает, что выходной конденсатор служит лишь для улучшения переходной характеристики и на стабильность не влияет. Так или иначе, при использовании конденсатора малой ёмкости (1-2 мкФ) на выходе многих линейных стабилизаторов наблюдаются небольшие колебания выходного напряжения с частотой несколько кГц и амплитудой порядка 0.2-0.4 вольт. Увеличение выходного конденсатора до 10 мкФ полностью данные колебания убирает.

Оба конденсатора необходимо размещать как можно ближе к корпусу микросхемы.

Диод Д1 ставить не обязательно, в большинстве типовых схем его не используют, но если вы используете конденсатор C2 или выходные напряжения превышают 25 В, диод Д1 рекомендуется всё-таки оставлять, поэтому я оставил его на схемах. Также, данный диод рекомендуется использовать если нагрузка носит индуктивный характер. Он обеспечивает путь для разрядки C2, а в случае индуктивной нагрузки ограничивает броски тока через стабилизатор.

Стабилизаторы с регулируемым напряжением

В схемах с регулируемым выходным напряжением добавляются дополнительные элементы:

Конденсатор C3 уменьшает пульсации выходного напряжения. Рекомендуемый номинал C3 – от 1 до 10 мкФ, большее значение ёмкости значимых улучшений не даёт.

Диод Д2 нужен при использовании C3 – он обеспечивает его разрядку при выключении питания. При отсутствии C3 достаточно диода Д1.

Резисторы R1 и R2 используются для задания выходного напряжения. Регулируемый стабилизатор стремится поддерживать опорное напряжение (Vref) между выводом подстройки и выходом. Поскольку значение опорного напряжения является постоянным, величина тока, протекающего через делитель R1 и R2 определяется только резистором R2. Величина опорного напряжения может меняться от экземпляра к экземпляру от 1.2 до 1.3 В, и в среднем составляет 1.25 В. Напряжение на выходе фактически является суммой падения напряжения на R1 и Vref, т.о., чем больше будет падение напряжения на R1, тем больше будет напряжения на выходе.

Рекомендуемый номинал резистора R2 240 Ом, но допустимо его варьировать в пределах 100-1000 Ом. Выходное напряжение рассчитывается по следующей формуле:

Согласно спецификации значение Iadj лежит в диапазоне 50-100 мкА, поэтому при малых R1 им можно пренебречь.

Повышение напряжения стабилизации регуляторов с фиксированным выходным напряжением

Выходное напряжение фиксированных линейных регуляторов можно повысить, включив в цепь подстройки стабилитрон:

В этой схеме выходное напряжение повысится на величину напряжения стабилизации Vстаб стабилитрона Д2. Резистор R служит для установки тока через стабилитрон и выбирается исходя из параметров стабилитрона. Для большинства стабилитронов подходит R = 200 Ом.

Если поднять напряжение нужно на небольшую величину (0.5 – 1.5 В) вместо стабилитрона Д2 можно использовать практически любой диод в прямом включении (катод на землю). Тогда выходное напряжение будет увеличено на величину падения напряжения на диоде, а резистор R нужно исключить, потому что колебания тока из вывода подстройки невелики и падение напряжения на диоде будет практически постоянным.

Ограничитель тока на линейном стабилизаторе

На микросхемах линейных стабилизаторов типа LM317 или КР142ЕН5 (и им подобных) удобно собирать схему ограничителя тока, для этого требуется всего один дополнительный резистор.

Читайте также:  Стенд для паяльника

Выходное напряжение зависит от типа стабилизатора. Для регулируемых стабилизаторов, выходной ток определяется соотношением:

Для ИМС с фиксированным напряжением ток зависит от номинального выходного напряжения микросхемы – в формуле выше Vref заменяется на Vном..

Рассеиваемая резистором мощность вычисляется по формуле:

Данная схема должна работать также на всей серии LM340, 7805 и аналогичных ИМС.

Увеличение максимального тока ИМС линейных регуляторов

Есть способ увеличить максимальный ток линейного линейного стабилизатора тока.

В данной схеме R1 определяет напряжение открытия транзистора T1:

Здесь Vоткр. – напряжение открытия T1, а Iстаб.max максимальный ток протекающий через стабилизатор (ток, при котором откроется T1). Рекомендуется выбирать Iстаб.max меньше максимального тока микросхемы по спецификации, чтобы был некоторый запас.

Микросхема поддерживает падение напряжения между выходом и выводом подстройки и в случае превышения тока через R2 уменьшает ток через себя, что вызывает уменьшение падения напряжения на R1 и последующее закрытие транзистора. Таким образом, максимальный выходной ток определяется резистором R2 и опорным напряжением микросхемы:

Следует помнить, что при быстрых бросках тока T1 может не успеть закрыться, что вызовет повреждения элементов, поэтому следует использовать дополнительные компоненты для защиты транзистора (здесь не показаны).

Повысить ток можно и для стабилизатора напряжения, включив его по аналогичной схеме (но без R2), однако следует помнить, что в этом случае схема лишится автоматического ограничения по току и превышение максимального значения повлечёт за собой повреждение элементов.

Стабилизатор с плавным нарастанием выходного напряжения

При включении питания напряжение на конденсаторе C2 начинает возрастать, вместе с ним возрастает и выходное напряжение. PNP транзистор выключается когда выходное напряжение достигает значения, определяемого резисторами R1 и R2 (как в обычной схеме регулируемого стабилизатора). Начальное выходное напряжение складывается из начального напряжения на конденсаторе, падения на база-эммитерном переходе и опорного напряжения микросхемы. Скорость нарастания напряжения можно регулировать изменяя номиналы R3 и C2.

Управляемый стабилизатор напряжения с дискретными уровнями выходного напряжения

На регулируемом стабилизаторе можно собрать простой управляемый стабилизатор напряжения, добавивь несколько резисторов и транзисторов. Данное решение удобно, если требуется собрать простой регулируемый стабилизатор с несколькими фиксированными уровнями напряжения.

Резистор R2 рассчитывается на максимальное требуемое напряжение. Включение транзистора будет добавлять в параллель к проводимости резистора R2 дополнительную проводимость и напряжение на выходе будет снижаться. Не забывайте подтягивать базы транзисторов через высокоомные резисторы к питанию, либо к земле (в зависимости о того закрыт или открыт должен быть транзистор без управляющего сигнала).

Конденсатор C2 в данной схеме допустимо не использовать, так как транзисторы обладают некоторой собственной ёмкостью.

Линейный стабилизатор напряжения с регулировкой на LM317 и PNP транзисторе

В прошлой статье я рассказал о похожем линейном стабилизаторе напряжения на TL431 и NPN транзисторах.

Данная схема в отличие от вышеупомянутой содержит немного меньше деталей, и способна выдерживать более высокие токи, благодаря более мощному транзистору.

Основные характеристики:
• Входное напряжение до 30В (в моем варианте т.к. конденсатор на входе на 35В)
• Выходное напряжение 3-25В (зависит от тока, чем больше ток, тем меньше максимальное выходное напряжение)
• Ток до 9А (с транзистором TIP36C при входном напряжении 18В и выходном 12В, а вообще зависит от выбранного транзистора и рассеиваемой мощности )
• Стабилизация выходного напряжения при изменении входного
• Стабилизация выходного напряжения при изменении тока нагрузки
• Отсутствие защиты от КЗ
• Отсутствие защиты по току

Модуль собран по следующей схеме:

Пояснения по схеме:
Микросхема LM317 куплена на АлиЭкспресс (скорее всего не оригинальная) имеет 3 вывода. Выводы обозначены на схеме и картинке в нижнем правом углу.

Микросхема управляет мощным биполярным PNP транзистором VT1. Я для этой цели использовал TIP36С. Основные характеристики транзистора: напряжение – 100В, ток коллектора – 25А (на самом деле 8-9А, т.к. транзистор не оригинальный и куплен на АлиЭкспресс), статический коэффициент передачи тока от 10.

Очень важно следить за мощностью, которую рассеивает транзистор, чтобы она не превышала 50-55 Ватт (для транзистора в корпусе ТО-247 или похожих по габаритам, а для транзисторов в корпусе ТО-220 – не более 25-30 Ватт) . Рассчитать можно по формуле:

P = (U выход -U вход)*I коллектора

Например входное напряжение – 18 В, мы выставили выходное напряжение – 12 В, ток у нас 9 А:
Р = (18В-12В) *9А = 54 Ватт

Резисторы R1, R2, R3 задают напряжение, которое наша схема будет стабилизировать. Резистор R1 берется стандартно на 240 Ом (мощность любая). Резистор R2 переменный, лучше брать в районе 2-3к Ом. Изначально я поставил на 4,7к Ом, в результате где-то в середине диапазона вращения ручки напряжение достигает максимального значения и дальше не меняется. Я припаял параллельно потенциометру резистор на 3,9к Ом, регулировка стала более плавной и стал использоваться весь диапазон вращения ручки. Резистор R3 дополнительный, служит для того, чтобы немного сдвинуть нижнюю и верхнюю границы диапазона регулировки в сторону увеличения. Общее правило: чем больше суммарное сопротивление резисторов R2 и R3, тем выше выходное напряжение. Это подтверждает формула из Даташита:

Резистор R4 служит для небольшого ограничения тока на вход микросхемы LM317. Сопротивление 10 Ом. LM317 максимально может через себя пропустить около 1А ( до 1,5А, если оригинальная). На первый взгляд мощность резистора R4 должна быть:

P= I^2*R = 1*1*10 = 10 Ватт

Но т.к. ток проходит ещё и через базу транзистора VT1, в обход резистора, можно взять резистор R4 и на 5Ватт.

Указанные выше компоненты составляют ядро схемы, всё остальное – дополнительные элементы для улучшения стабильности и обеспечения некоторых защит.

Конденсатор C2 (керамический 1-10 мкФ) – припаивается параллельно переменному резистору и улучшает стабильность регулировки.Чтобы при разряде конденсатора C2 защитить микросхему LM317 ставится диод D2. Они вместе с диодом D1 защищают микросхему и транзистор от обратного тока. Диод D3 служит для защиты схемы от ЭДС самоиндукции при питании электродвигателей. Конденсаторы C4 (электролитический 35В 470-1000 мкФ) и C5 (керамический 1-10 мкФ) образуют входной фильтр, а конденсаторы C1 (электролитический 35В 1000-3300 мкФ) и C3 (керамический 1-10 мкФ) образуют выходной фильтр. Резистор R5 на 10к Ом (мощность любая) создает небольшую нагрузку для стабильности работы схемы на холостом ходу и помогает быстрее разрядить конденсаторы в случае отключения питания схемы.

Процесс сборки:
Сначала всё собрал навесным монтажом и протестировал.

LM317 и транзистор можно крепить на радиатор без изолирующих прокладок, т.к. по схеме эти выводы (выход LM317 и коллектор транзистора) соединены.

Протестировал готовый модуль и проверил характеристики.

В целом схема мне понравилась: довольно простая и ток можно получить приличный. Не хватает только защит от КЗ и по току. Ну и кончено КПД не высокий и тепла выделяет не мало. Но это особенность всех подобных линейных схем, которая лично меня не очень беспокоит.

Всем спасибо за внимание! Надеюсь, статья была для Вас полезной.

HAMforum.ru

Форум радиолюбителей конструкторов

  • Темы без ответов
  • Активные темы
  • Поиск

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение AZM.SU » 19 окт 2019, 16:25

в контексте приведённой им публикации:
“Блок питания 13,8В. 20А.” ( http://ua3vfs.narod.ru/BP13.JPG ).

Собственно приступим к обсуждению.
Как я уже и писал – схема UA3VFS не содержит никаких цепей для плавного старта блока питания, а подключение в сеть трансформатора с накоротко замкнутой вторичной обмоткой, а именно через диоды выпрямителя и ёмкость в 100 тысяч микрофарад (0,1 фарады) не лучшая идея.
С другой стороны, если из моей схемы “вытрясти” все цепи плавного старта, то по сложности они будут соизмеримы, но не в этом суть, а суть вот в чём:
регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?

Основные достоинства современных мощных MOSFET транзисторов:
+ Большая крутизна характеристики.
+ Большие допустимые токи.
+ Это современная элементная база.
+ Стоимость.

Для начала сравним “в лоб” характеристики двух транзисторов КТ819ГМ и IRFP044N:
максимальное напряжение коммутации* 100 против 55 вольт,
максимальный постоянный ток коммутации 15 против 53 ампер,
максимальная рассеиваемая мощность 100 против 120 ватт,
цена в розничных магазинах (взят чип и дип) 110 против 76 рублей.
* Под словом “коммутация” для упрощения сравнения я понимаю напряжение в закрытом состоянии (К-Э или С-И), которое не приводит к пробою.

Читайте также:  Установка и модернизация датчика движения

Преимущество IRFP044N для низковольтных блоков питания уже очевидно, но это ещё не всё.
Как известно биполярные транзисторы управляются током, в то время как полевые с изолированным затвором напряжением. Преимущество управления напряжением может быть не таким очевидным, до тех пор, пока не будет рассмотрены потери на управление.
Транзистор КТ819ГМ имеет коэффициент передачи от 12 до 225, возьмём округлённое в большую сторону среднее, 120, тогда для управления током в 20 ампер, ток базы должен быть около 0,17 ампера, что при напряжении 14,3 вольта (не забываем про 0.5 вольта необходимые чтобы транзистор открылся), получаем “локальный кипятильник” по цепи базы с мощностью 2,4 ватта. Кажется 2,4 ватта не много, но это лишняя греющаяся деталь, лишний источник тепла, причём не рядом с мощным элементом, который на радиаторе, а на плате управления, где как правило установлен и источник опорного напряжения блока питания.
В свою очередь так как MOSFET управляется напряжением, то ток необходимый ему для коммутации никак не будет зависеть от коммутируемого тока, а будет зависеть лишь от переменной составляющей (которую и будет подавлять стабилизатор) и ёмкости его затвора. Даже в худшем случае, если напряжение на затворе потребуется менять на 10 вольт, то есть практически полностью закрывая ключевой элемент и полностью его открывая и этот процесс будет происходить с частотой 1000Гц, энергия для этого (для перезарядки ёмкости затвора) и транзистора IRFP044N с его полной ёмкостью затвора 2110 пикофарад потребуется 0,0001055 ватта.

Что же выбрать?
Для себя, в своём блоке питания я выбрал IRFP044N.

Обсуждение мощных линейных стабилизаторов (регулирующий элемент на биполярных транзисторах или на MOSFET?)

Сообщение R2AON » 19 окт 2019, 16:38

Хорошо что пошли на диалог а не перешли на личности как это часто на форумах бывает, нам такое не надо.
По теме – зачем такой огромный запас? Я считаю что и 819 ГМ достаточно, ибо транзисторы как никак советские, а если и 2Т, то запаса в них еще дофигища. Да и какая разница, если они работают в номинальном режиме без превышения токов?
В вашей схеме – 4 полевика. Если пробьет один – трансиверу будет очень больно, и пофигу что там еще 3 живых есть.
В той схеме что я кидал – 2 транзистора.

На счет цен – советские транзисторы я в чипдипе лично не покупал (сочувствую тем, кто это делает), они мне достаются бесплатно с каких-то разборок либо совсем за копейки покупаются на всяких барахолках типа Новоподрезково (вблизи МСК) в комплекте с радиатором.

По плавному пуску – интереса ради может даже попробую сделать на реле у себя, без дополнительных транзисторов вообще, поиграв резистором R1.

Меньше элементов – меньше шанс выхода схемы из сроя. Хотя, надежность ирфов относительно 2т819гм мы не знаем, но все же.

Почему кстати не добавили на выходе тиристорную защиту на случай пробоя?

Линейные стабилизаторы напряжения – назначение, основные параметры и схемы включения

Пожалуй ни одна электронная плата не обходится сегодня хотя бы без одного источника стабильного постоянного напряжения. И очень часто именно линейные стабилизаторы напряжения в виде микросхем служат в качестве таких источников. В отличие от выпрямителя с трансформатором, у которого напряжение так или иначе зависит от тока нагрузки и может немного колебаться по разным причинам, интегральная микросхема – стабилизатор (регулятор) способна дать постоянное напряжение в точно определенном диапазоне токов нагрузки.

Данные микросхемы строятся на основе полевых или биполярных транзисторов, непрерывно работающих в активном режиме. Кроме регулирующего транзистора, на кристалле микросхемы линейного стабилизатора установлена еще и схема управления им.

Исторически, прежде чем появилась возможность изготавливать такие стабилизаторы в виде микросхем, стоял вопрос о решении проблемы температурной стабильности параметров, ведь с нагревом в процессе работы, параметры узлов микросхемы изменялись бы.

Решение пришло в 1967 году, когда американский инженер-электронщик Роберт Видлар предложил такую схему стабилизатора, в которой регулировочный транзистор включался бы между источником нестабилизированного входного напряжения и нагрузкой, а в схеме управления присутствовал бы усилитель ошибки с термокомпенсированным источником опорного напряжения. В итоге популярность линейных интегральных стабилизаторов на рынке электронных компонентов взлетела до небес.

Взгляните на рисунок ниже. Здесь изображена упрощенная схема линейного стабилизатора напряжения (такого как например LM310 или 142ЕНхх). В данной схеме неинвертирующий операционный усилитель с отрицательной обратной связью по напряжению, с помощью своего выходного тока управляет степенью отпирания регулирующего транзистора VT1, включенного по схеме с общим коллектором — эмиттерный повторитель.

Сам операционный усилитель получает питание от входного источника в форме однополярного положительного напряжения. И хотя отрицательное напряжение здесь для питания не подойдет, напряжение питания ОУ можно без проблем удвоить, не опасаясь перегрузки или пробоя.

Суть в том, что глубокая отрицательная обратная связь нивелирует нестабильность входного напряжения, величина которого в данной схеме может достигать 30 вольт. Так, фиксированные выходные напряжения варьируются от 1,2 до 27 вольт, в зависимости от модели микросхемы.

Микросхема стабилизатора традиционно имеет три вывода: вход, общий и выход. На рисунке приведена типичная схема дифференциального усилителя в составе микросхемы, где для получения опорного напряжения применен стабилитрон.

В низковольтных стабилизаторах опорное напряжение получают на ширине запрещенной зоны, как это и предложил впервые Видлар в своем первом линейном интегральном стабилизаторе LM109. В цепи отрицательной обратной связи установлен делитель на резисторах R1 и R2, посредством действия которого выходное напряжение оказывается как раз пропорциональным опорному в соответствии с формулой Uвых= Uvd(1 + R2/R1).

Встроенные в стабилизатор резистор R3 и транзистор VT2 служат для ограничения выходного тока, так что если напряжение на токоограничительном резисторе превысит 0,6 вольт, то транзистор VT2 мгновенно откроется, чем вызовет ограничение тока базы главного регулировочного транзистора VT1. Получается, что выходной ток в нормальном рабочем режиме стабилизатора ограничен величиной 0,6/R3. А рассеиваемая регулировочным транзистором мощность будет зависеть от входного напряжения, и окажется равна 0,6(Uвх — Uвых)/R3.

Если по какой-то причине на выходе интегрального стабилизатора случится короткое замыкание, то нельзя допустить, чтобы рассеиваемая на кристалле мощность оставалась бы как прежде пропорциональной разности напряжений и обратно пропорциональной сопротивлению резистора R3. Поэтому в схеме присутствуют защитные элементы – стабилитрон VD2 и резистор R5, работа которых ставит уровень защиты по току в зависимость от разности напряжений Uвх-Uвых.

На приведенном графике можно видеть, что максимальный выходной ток зависит от напряжения выхода, таким образом микросхема линейного стабилизатора надежно защищена от перегрузки. Когда разность напряжений Uвх-Uвых превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD2, делитель на резисторах R4 и R5 создаст в базе транзистора VT2 достаточный ток для его отпирания, что в свою очередь приведет к усилению ограничения тока базы регулировочного транзистора VT1.

Самые новые модели линейных стабилизаторов, такие как ADP3303, оснащены тепловой защитой от перегрузок, когда при нагреве кристалла до 165°С выходной ток резко снижается. Конденсатор на приведенной выше схеме необходим для частотной коррекции.

Кстати, о конденсаторах. Ко входу и выходу интегральных стабилизаторов принято подключать конденсаторы минимальной емкости 100нф, чтобы избежать ложного срабатывания внутренних цепей микросхемы. Между тем, существуют так называемые бесконденсаторные стабилизаторы (cap-free), наподобие REG103, для которых нет необходимости в установке стабилизирующих конденсаторов на входе и выходе.

Помимо линейных стабилизаторов с фиксированным напряжением выхода, встречаются и стабилизаторы с регулируемым выходным напряжением стабилизации. В них делитель на резисторах R1 и R2 отсутствует, а база транзистора VT4 выведена на отдельную ножку микросхемы для присоединения внешнего делителя, как например у микросхемы 142ЕН4.

Более совершенные стабилизаторы, у которых ток потребления схемы управления снижен до нескольких десятков микроампер, такие как LM317, имеют всего три вывода. Справедливости ради отметим, что встречаются сегодня и высокоточные регуляторы напряжения вроде TPS70151, которые благодаря наличию нескольких дополнительных выводов позволяют реализовать защиту от падения напряжения на соединительных проводах, управление отключением нагрузки и т. д.

Читайте также:  Бесконтактный детектор высокого напряжения своими руками

Выше мы поговорили о стабилизаторах положительного, относительно общего провода, напряжения. Подобные схемы используются и для стабилизации отрицательных напряжений, достаточно лишь изолировать гальванически вывод входного напряжения от общей точки. Вывод выхода соединяется тогда с общей точкой выхода, а точка отрицательного выхода будет точкой минуса входа, соединенной с общей точкой микросхемы стабилизатора. Весьма удобны стабилизаторы напряжения отрицательной полярности наподобие 1168ЕНхх.

Если необходимо получить сразу два напряжения (положительной и отрицательной полярности), то и для этой цели существуют специальные стабилизаторы, дающие симметричные стабилизированные положительное и отрицательное напряжения одновременно, достаточно лишь подать на входы положительное и отрицательное входные напряжения. Примером такого двухполярного стабилизатора может служить КР142ЕН6.

На рисунке выше приведена его упрощенная схема. Здесь дифференциальный усилитель №2 управляет транзистором VT2 так, чтобы соблюдалось равенство -UвыхR1/(R1 + R3)=-Uоп. А усилитель №1 управляет транзистором VT1 так, чтобы потенциал в точке соединения резисторов R2 и R4 оставался нулевым. Если при этом резисторы R2 и R4 равны, то и выходные напряжения (положительное и отрицательное) останутся симметричными.

Для независимой регулировки баланса между двумя (положительным и отрицательным) выходными напряжениями, можно подключить к специальным выводам микросхемы дополнительные подстроечные резисторы.

Наименьшее падение напряжения, характерное для приведенных выше схем линейных стабилизаторов, составляет 3 вольта. Это достаточно много для устройств, питаемых от аккумуляторов или батареек, и желательно вообще падение напряжения минимизировать. Для данной цели выходной транзистор делается pnp-типа, чтобы ток коллектора дифференциального каскада был бы одновременно базовым током регулирующего транзистора VT1. Минимальное падение напряжения теперь составит порядка 1 вольта.

Аналогичным образом работают стабилизаторы отрицательного напряжения с минимальным падением. К примеру, стабилизаторы серии 1170ЕНхх имеют на себе падение напряжения около 0,6 вольт, и не перегреваются будучи выполнены в корпусе ТО-92 при токах нагрузки до 100 мА. Сам стабилизатор расходует при этом не более 1,2 мА.

Подобные стабилизаторы относятся к категории low-drop. Еще меньшее падение напряжения достигнуто на стабилизаторах на базе МОП-транзисторов (порядка 55 мВ при токе потребления микросхемы 1 мА) вроде микросхемы MAX8865.

Некоторые модели стабилизаторов с целью снижения энергопотребления устройств в режиме ожидания оснащены выводами Shutdown – при подаче на этот вывод логического уровня — потребление стабилизатора снижается практически до нуля (линейка LT176x).

Говоря об интегральных линейных стабилизаторах, отмечают их эксплуатационные характеристики, а также динамические и точностные параметры.

Параметры точности — это коэффициент стабилизации, точность установления выходного напряжения, выходное сопротивление и температурный коэффициент напряжения. Каждый из этих параметров указан в документации, с ними связана точность выходного напряжения в зависимости от входного напряжения и от текущей температуры кристалла.

Динамические параметры, такие как коэффициент подавления пульсаций и полное выходное сопротивление задаются для различных частот изменения тока нагрузки и входного напряжения.

Эксплуатационные характеристики, такие как диапазон входных напряжений, номинальное выходное напряжение, максимальный ток нагрузки, максимальная мощность рассеяния, максимальная разность напряжений входа и выхода при максимальном токе нагрузки, ток холостого хода, диапазон рабочих температур, – все эти параметры влияют на выбор того или иного стабилизатора для той или иной схемы.

Вот типовые и наиболее популярные схемы включения линейных стабилизаторов:

Если необходимо повысить выходное напряжение линейного стабилизатора с фиксированным выходным напряжением, к общему выводу добавляют последовательно стабилитрон:

Для повышения максимально допустимого выходного тока, параллельно стабилизатору включают более мощный транзистор, превращая регулировочный транзистор внутри микросхемы в часть составного транзистора:

При необходимости стабилизировать ток, стабилизатор напряжения включают по следующей схеме.

В этом случае падение напряжения на резисторе окажется равным напряжению стабилизации, что приведет к значительным потерям если напряжение стабилизации велико. В связи с этим более целесообразным станет выбор в пользу стабилизатора на возможно меньшее выходное напряжение, как КР142ЕН12 на 1,2 вольта.

Линейный стабилизатор напряжения или тока LM317

  • Цена: $1.81 за 10 шт.
  • Перейти в магазин

Здравствуйте. Предлагаю вниманию обзор интегрального линейного регулируемого стабилизатора напряжения (или тока) LM317 по цене 18 центов за штуку. В местном магазине такой стабилизатор стоит на порядок больше, поэтому меня и заинтересовал этот лот. Решил проверить, что продаётся по такой цене и оказалось, что стабилизатор вполне качественный, но об этом ниже.
В обзоре тестирование в режиме стабилизатора напряжения и тока, а также проверка защиты от перегрева.
Заинтересовавшихся прошу…

Немного теории:

Стабилизаторы бывают линейные и импульсные.
Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади.
Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.
Недостаток — низкий КПД, большое тепловыделение.
Импульсный стабилизатор напряжения — это стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент работает в ключевом режиме, то есть бо́льшую часть времени он находится либо в режиме отсечки, когда его сопротивление максимально, либо в режиме насыщения — с минимальным сопротивлением, а значит, может рассматриваться как ключ. Плавное изменение напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента: напряжение повышается по мере накопления им энергии и снижается по мере отдачи её в нагрузку. Такой режим работы позволяет значительно снизить потери энергии, а также улучшить массогабаритные показатели, однако имеет свои особенности.
Преимущество импульсного стабилизатора — высокий КПД, низкое тепловыделение.
Недостаток — бОльшее количество элементов, наличие помех.

Герой обзора:

Лот состоит из 10 микросхем в корпусе ТО-220. Стабилизаторы пришли в полиэтиленовом пакете, обмотанным вспененным полиэтиленом.
Сравнение с наверно самым известным линейным стабилизатором 7805 на 5 вольт в таком же корпусе.

Тестирование:
Подобные стабилизаторы выпускаются многими производителями, вот ссылка на руководство от Texas Instruments.
Расположение ножек следующее:1 — регулировка;
2 — выход;
3 — вход.
Собираем простейший стабилизатор напряжения по схеме из руководства:Вот что удалось получить при 3 положениях переменного резистора:Результаты, прямо скажем так, не очень. Стабилизатором это назвать язык не поворачивается.
Далее я нагрузил стабилизатор 25 Омным резистором и картина полностью преобразилась:
Далее я решил проверить зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, для чего задал входное напряжения 15В, подстроечным резистором выставил выходное напряжение около 5В, и выход нагрузил переменным 100 Омным проволочным резистором. Вот что получилось:Ток более 0,8А получить не удалось, т.к. начало падать входное напряжение (БП слабый). В результате этого тестирования, стабилизатор с радиатором нагрелся до 65 градусов:
Для проверки работы стабилизатора тока, была собрана следующая схема:Вместо переменного резистора я использовал постоянный, вот результаты тестирования:Стабилизация по току тоже хорошая.
Ну и как обзор может быть без сжигания героя? Для этого я собрал снова стабилизатор напряжения, на вход подал 15В, выход настроил на 5В, т.е. на стабилизаторе упало 10В, и нагрузил на 0,8А, т.е. на стабилизаторе выделялось 8Вт мощности. Радиатор убрал.
Результат продемонстрировал на следующем видео:

Да, защита от перегрева тоже работает, сжечь стабилизатор не удалось.

Стабилизатор вполне работоспособен и может быть использован как стабилизатор напряжения (при условии наличия нагрузки), так и стабилизатор тока. Также есть множество различных схем применения для увеличения выходной мощности, использования в качестве зарядного устройства для аккумуляторов и др. Стоимость сабжа вполне приемлемая, учитывая, что в оффлайне я могу купить такой минимум за 30 рублей, а в известном российском интернет магазине за 19 рублей, что существенно дороже обозреваемого.

На сём разрешите откланяться, удачи!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Ссылка на основную публикацию