Каталог радиолюбительских схем. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ .
Каталог радиолюбительских схем. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ .ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
При питании различных устройств от транзисторных стабилизированных источников напряжения последовательного типа (с включением регулирующего транзистора последовательно с нагрузкой часто встает вопрос о защите регулирующего транзистора от перегрузок. Этот вопрос легко разрешим при использовании параллельных стабилизаторов напряжения постоянного тока. Ни рисунке представлена схема параллельного стабилизатора напряжения, обеспечивающего ток в нагрузке до 0,5 А и напряжении до 110 В и колебаниях сетевого напряжения ± 10%(см таблицу).
| Ток нагрузки, Iнагр, А | Коэффициент стабилизации, Кстаб | Коэффициент сглаживания Ксгл. | Амплитуда пульсаций Uвых, мВ | КПД стабилизатора, % |
| 0,2 | 2250 | 5500 | 1,0 | 13—25 |
0. 35 | 1600 | 4500 | 1,2 | 25—40 |
| 0.5 | 1000 | 3500 | 1,3 | 30—56 |
Выходное сопротивление стабилизатора равно 0,05 Ом. регулирующим элементом два параллельно включенных мощных транзистора T1 и Т2. Схемы сравнения и усилитель постоянного тока собраны на транзисторах Т4-Т5 и диодах Д10—Д12.
Постоянное напряжение на выходе верхнего по схеме выпрямителя при изменении напряжения сети и тока нагрузки изменяется в пределах от 80 до 105 В. Регулирующие транзисторы Т1 и Т2 управляют током нижнего низковольтного выпрямителя, изменяя падение напряжения на баластном резисторе R1 таким образом, что суммарное выходное напряжение поддерживается стабильным и равным 110 В.
Источником опорного напряжения служит стабилитрон Д12 с номинальным напряжением стабилизации 8,2 В. Стабилитрон Д11 включен в прямом направлении для стабилизации температурного дрейфа опорного напряжения. Напряжение, сравниваемое с опорным, снимается с делителя R10—R12.
Конденсатор С3 предохраняет стабилизатор от самовозбуждения на высоких частотах.
Диод Д13 служит дли защиты перехода база-эмиттер транзистора T5 от пробоя обратным напряжением, возникающем 6на этом переходе, если выходное напряжение из-за резкой перегрузки уменьшится до уровня меньше опорного.
Силовой трансформатор применен унифицированный, типа TC-200K. Транзисторы Т1 в Т2 необходимо установить на медные или алюминиевые теплоотводящие пластины с поверхностью не менее 200 кв. см. Стабилитрон Д12 также следует установить на радиатор площадью около 25 кв. см.
Канд. техн. наук Н. ТОДОСНЕНКО,
инж. С.БАЛИЦКИЙ
г. Киев.
Радио № 11, 1972 г., с. 43.
| Содержание | © Каталог радиолюбительских схемВсе права защищены. Радиолюбительская страница. Перепечатка разрешается только с указанием ссылки на данный сайт. Пишите нам. E-mail: [email protected] или [email protected]. | Я радиолюбитель |
Классическая схема последовательного стабилизатора |
Самый кардинальный способ улучшить характеристики источника питания, это использовать стабилизатор напряжения. Стабилизатор
напряжения представляет peaлизованное на практике приближение к идеальной схеме источника напряжения Тевенина, то есть стабилизатор характеризуется
фиксированным значением выходного напряжения, а также значением выходного сопротивления, которое в идеале должно как можно
ближе приближаться к нулевому значению. Идеальный источник Тевенина имеет способность отдавать в нагрузку ток бесконечно
большой величины, тогда как источник питания, нагрузкой которого является стабилизатор, имеет в реальности ограничения по
величине своего тока. Принцип работы всех стабилизаторов напряжения базируется на свойствах схемы делителя напряжения. Если какое-нибудь из плеч делителя, неважно, будет ли это верхнее, либо нижнее плечо, сделано регулируемым тем или иным образом, то выходное напряжение может изменяться путем воздействия на регулируемое плечо (рис. 6.26). Рис. 6.26 Взаимосвязь между делителем напряжения и стабилизаторами напряжения Если верхний элемент делителя напряжения изготовлен таким образом, что можно изменять его характеристики, то такой стабилизатор
получил название последовательного стабилизатора (схемы последовательной стабилизации), так как регулирующий элемент включен
последовательно с нагрузкой. Классическая принципиальная схема последовательного стабилизатора напряжения приведена на рис. 6.27. Рис. 6.27 Схема последовательного стабилизатора напряжения В приведенной схеме использованы полупроводниковые элементы, однако, возможен и ламповый вариант реализации этой схемы,
обладающей аналогичными свойствами. Усилитель рассогласования (погрешностей) усиливает разностный сигнал между опорным напряжением
и частью выходного напряжения и управляет работой последовательно включенного проходного транзистора таким образом, что
выходное напряжение не изменяет своего значения. Работы схемы зависит от действия цепи отрицательной обратной связи. В заключительных разделах уже рассматривалась ситуация, что в условиях, когда действует обратная связь, входное и выходное сопротивления изменяются в соответствии с величиной коэффициента связи (1 + βA0). Работа стабилизатора напряжения строится на уменьшении выходного напряжения системы на величину, равную коэффициенту обратной связи. Первоначально следует предположить, что схема стабилизатора включена и на его выходе есть напряжение, для простоты анализа
его можно принять равным 10 В. В результате воздействия делителя напряжения, на инвертирующем входе операционного усилителя
должно быть напряжение, равное 5 В. Источник опорного напряжения поддерживает на неинвертирующем входе неизменное (за счет
свойств стабилитрона) напряжение 5 В. Последовательно включенный проходной транзистор представляет собой эмитерный повторитель,
отпираемый током от усилителя рассогласования. Напряжение на его эмиттере транзистора составляет 10 В, следовательно, на
базе отпертого кремниевого транзистора напряжение составит 10,7 В. Далее следует предположить, что по какой-нибудь причине выходное напряжение снизилось. Напряжение в средней точке делителя напряжения также уменьшается, однако, величина опорного напряжения остается без изменения и по-прежнему равняется 5 В. Напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя рассогласования будет больше по сравнению с величиной напряжения на инвертирующем входе, поэтому его выходное напряжение должно увеличиться. Однако, если напряжение на базе транзистора увеличивается, падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора уменьшится (в силу уменьшения сопротивления этого участка с ростом отпирающего базового напряжения), а следовательно, его эмитерное напряжение также должно возрасти. В результате, такая схема стабилизации препятствует уменьшению выходного напряжения. Так как совершенно аналогичные аргументы могут быть использованы для описания работы схемы при увеличении выходного напряжения,
то можно заключить, что работы схемы будет устойчивой, а величина выходного напряжения определяется параметрами схемы делителя
напряжения и источника опорного напряжения (стабилитрона). Рис. 6.28 Видоизмененная схема последовательного стабилизатора, призванная продемонстрировать его сходство с неинвертирующим усилителем После рассмотрения преобразованной схемы величину выходного напряжения можно представить в виде: Так как усилитель рассогласования в этой схеме просто усиливает опорное напряжение, то любая составляющая сигнала шума
в опорном напряжении также будет усиливаться, поэтому необходимым становится условие питания от настолько малошумящего источника,
насколько это возможным. Хотя приводимый аргумент и может быть уподоблен лисе, преследующей свой собственный хвост, но если
допустить, что напряжение питания на источник опорного напряжения подается с выхода этого же источника питания
(который не имеет шумов), то и опорное напряжение не будет иметь шумов. На первый взгляд могло бы показаться, что если опорное напряжение является частью выходного напряжения, то режим работы такой системы окажется, вероятнее всего, неустойчивым, однако на практике это все не так. Прежде всего, следует отметить, что во всех схемах стабилизаторов их входное напряжение превышает выходное. Минимально
допустимая разность между этими напряжениями, после ухода за которую стабилизатор перестает устойчиво работать, известна
под названием «напряжением выпадания» (так как стабилизатор как бы выпадает из режима стабилизации). Для приведенной конкретной
схемы эта величина составляет всего несколько вольт (минимальное остаточное падение напряжения между коллектором и эмиттером
управляющего транзистора), однако, напряжения выпадания для ламповой реализации стабилизатора может составлять порядка 40
В, либо принимать в некоторых случаях и еще большее значение. |
|
Однако в этом случае следует,
что выходное напряжение данного источника питания также не должно иметь шумов.
. Могу ли я использовать две микросхемы 7805 параллельно, чтобы получить двойную токовую мощность?
Параллельное соединение этих частей — немного глупая идея, но все, что на самом деле нужно, это питать их одинаковыми токами.
Однако это компромисс: когда токи равны, рассеяние на регуляторах не будет равным. Регулятор с самым низким выходным напряжением будет работать «близко к» входному напряжению, в то время как другие будут работать при более низком напряжении, необходимом только для того, чтобы управлять тем же током, что и другой регулятор.
В приведенном ниже примере один регулятор настроен на 4,75 В, другой на 5,25 В. Это крайние допустимые значения номинального напряжения для 7805/LM340-5.0.
Q1 и Q2 нуждаются в радиаторе и должны быть на одном радиаторе с U1 и U2, поскольку все эти устройства будут совместно использовать общую рассеиваемую мощность системы регулятора.
т.е. радиатор должен быть спроектирован так, как если бы один 7805 работал на полном токе, а затем к нему должны быть установлены Q1, Q2, U1, U2. Q1 и Q2 в идеале должны быть установлены «лицом» друг к другу на противоположных сторонах одной и той же «тонкой» секции радиатора, чтобы они были достаточно термически связаны, то же самое касается U1 и U2.
Таким же образом можно распараллелить больше устройств — это относительно дешево, если все, что вам нужно, — это решение грубой силы.
Если какой-либо из регуляторов выключится и перестанет потреблять входной ток, остальные также отключатся. Это желаемое поведение, когда необходимо сохранить полную мощность выходного тока и тепловой запас: это отказоустойчивость.
С другой стороны, если желательно иметь несколько регуляторов в качестве своего рода отказоустойчивого состояния регулятора в открытом состоянии, то этот подход не будет работать. Я считаю это справедливым компромиссом.
смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab
Доведя это до логического завершения, обратите внимание, что вам нужен только один регулятор напряжения и несколько источников тока, чтобы помочь ему:
схема
Токовое зеркало Q4-Q5 контролирует ток смещения силового токового зеркала Q1-Q3.
Для правильной работы необходимо, чтобы небольшой ток (пара микроампер) протекал от коллектора Q1 через Q4 к базе Q1. Когда токовое зеркало имеет недостаточное базовое смещение, контролируемый ток равен 0,9.0003
Ток контроля смещения затем вычитается из пускового тока I1 с помощью токового зеркала Q6-Q7. Когда смещения недостаточно, пара Дарлингтона Q8-Q9 имеет весь I1, протекающий в базу, и начинает смещать токовые зеркала базы Q1-Q3 в проводимость.
Как только зеркало силового тока начинает проводить, выходное напряжение возрастает до уставки регулятора. Одновременно источник тока D1-R1 подает дополнительный рабочий ток на базу Дарлингтона, гарантируя, что он может смещать базы силовых токовых зеркал во всем диапазоне рабочих токов.
Как только контрольный ток смещения, протекающий через транзистор Q4 и дублирующий транзистор Q6, становится достаточным, транзистор Q6 начинает отводить ток базы Дарлингтона, обеспечивая отрицательную обратную связь, необходимую для замыкания контура регулирования смещения зеркала силового тока.
При нормальном диапазоне нагрузок ток контроля смещения составляет пару микроампер, а через базы силовых зеркальных транзисторов протекает ток, достаточный для обеспечения зеркального действия.
Эта установка отводит токи базы силового зеркала тока от выхода токового зеркала и обеспечивает максимальную компенсацию тока базы: выход тока зеркала не несет никакого тока смещения, только небольшое смещение монитора в микроамперах.
Поскольку на выходе токового зеркала отсутствует базовая нагрузка, используемая точность сохраняется в пределах 2 порядков величины тока нагрузки, при условии наличия нескольких согласованных силовых транзисторов. Минимальная нагрузка для обеспечения регулирования составляет около 20 мА.
Дополнительное падение напряжения, вызванное зеркалом тока питания, составляет около 0,2 В при полной нагрузке 1 А на канал и меньше при меньшей нагрузке.
Токовое зеркало работает корректно, когда входное напряжение падает ниже уровня, необходимого 7805 для стабилизации.
Выходной сигнал плавно выходит из-под регулирования, следуя тому, что сделал бы единственный 7805 при 1/3 тока нагрузки.
Два регулятора напряжения, включенные последовательно или параллельно
спросил
Изменено 7 лет, 5 месяцев назад
Просмотрено 11 тысяч раз
\$\начало группы\$
Что лучше — соединить два регулятора напряжения последовательно или параллельно? Мне не нужен большой ток (максимум 300-400 мА). Мне нужны оба напряжения. Выход трансформатора около 9V. U2 дает макс. 1 А, а U3 макс. 800 мА.
- регулятор напряжения
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Важным отличием здесь является рассеивание мощности.
Для обеих схем легко вычислить:
- \$P_{U2}= (V_{IN} — V_{OUT}) × I_{OUT} = (9 — 5) × 1 = 4 \text{W} \$
- \$P_{U3}= (V_{IN} — V_{OUT}) × I_{OUT} = (9- 3,3 ) × 0,8А = 4,6 \text{Вт}\$
- Общая мощность = 8,6 Вт
- \$P_{U2} = (V_{IN} — V_{OUT}) × I_{OUT} = (9 — 5) × (1 + 0,8) = 7,2\text{W}\$
- \$P_{U3} = (V_{IN} — V_{OUT}) × I_{OUT} = (5 — 3,3) × 0,8A = 1,4 Вт\$
- Общая мощность = 8,6 Вт
Вопрос где можно наиболее комфортно рассеять эти количества энергии, какой регулятор. Чем выше рассеиваемая мощность, тем больший радиатор требуется. Для обоих решений общая рассеиваемая мощность одинакова.
Обратите внимание, что для последовательной конфигурации ваш регулятор на 5 В должен выдавать почти 2 А, тогда как в параллельной конфигурации оба регулятора должны выдерживать «всего» около 1 А.
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Если
- , регулятор 3,3 В может работать с минимальным выходом регулятора 5 В в качестве входа,
- И регулятор 5В может подавать сумму обоих токов, оба варианта открыты.
Обратите внимание, что в двух вариантах рассеяние будет распределяться по двум регуляторам по-разному.
При токах 1 А и 0,8 А вам потребуется некоторое охлаждение обоих стабилизаторов, которое вы должны рассчитать для максимального входного напряжения (максимально возможное линейное напряжение, минимально возможный коэффициент преобразования, минимально возможное падение напряжения на диодах) и минимально возможного выходного напряжения. Напряжение. (Расчеты Джиппи можно использовать в качестве отправной точки, но цифры в худшем случае будут еще хуже.)
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Предполагая, что второй регулятор может работать от самого низкого напряжения, которое вы получите от первого, тогда вы можете сделать это последовательно. Опять же, предполагая, что это линейные регуляторы, я думаю, что недостатком первого регулятора будет то, что он должен обеспечивать ток и рассеиваемую мощность, необходимые для поддержки второго регулятора.
Таким образом, вы можете использовать небольшую часть для второго парня, но в конечном итоге просто заплатите за нее на первом регуляторе. При наличии выбора я бы сделал это параллельно лично.
Теперь, если бы вы использовали импульсный регулятор для первого регулятора и линейный регулятор для второго, то вы могли бы получить некоторый выигрыш в эффективности, соединив их последовательно. Первый регулятор понижает напряжение для второго. Вам по-прежнему необходимо обеспечить достаточный ток от первого стабилизатора, но теперь мощность, которую должен рассеивать ваш второй стабилизатор в качестве линейного, намного ниже.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Действительно, для регуляторов напряжения lineair распределенная или централизованная конфигурация не влияет на эффективность. Однако обратите внимание, что это не относится к импульсным регуляторам.
Эффективность останется такой же централизованной, но будет ниже в распределенной конфигурации.
Допустим, импульсный регулятор с КПД 95%. Я также предполагаю, что каждый регулятор имеет отдельную доступную мощность в распределенной конфигурации (ваше изображение подразумевает, что доступный выход есть только у регулятора 3,3 В):
$$ Psource = \frac{Pu_2}{0,95} +\frac{Pu_3}{0,95*0,95} = 8,188 \\ $$
Нам нужно перепроектировать, какой должна быть общая требуемая мощность источника в распределенном случае. Для требуемой мощности на Pu2 мы должны компенсировать КПД 1 (на 5В) импульсного регулятора режима. Для требуемой мощности для Pu3 мы должны компенсировать эффективность обоих регуляторов режима переключения, поскольку эта часть Psource должна пройти через два режима переключения, чтобы достичь Pu3.
Эффективность
$$ \eta = \frac{Pu_2+Pu_3}{Psource} = \frac{5 + 2,64}{8,188} = 93,3\% $$
Конечно, в этом случае он не сильно ухудшается, но в более длинной цепи питания с большим количеством режимов переключения эффективность будет намного ниже, а более высокие мощности сделают это еще более значительным.
