Параметрические и компенсационные стабилизаторы напряжения принцип работы, алгоритм поиска неисправностей
Рис. 1. Рис. 1. Параметрический стабилизатор напряжения а) и тока, б):
Uн — напряжение нестабилизированное; Uстаб — напряжение стабилизированное; Rн — сопротивление нагрузки; Iн — нестабилизированный ток; Iстаб — стабилизированный ток.
Стабилизированные источники питания применяются в аппаратуре в тех случаях, когда в условиях переменной нагрузки требуется повышенная стабильность напряжения или тока. Их разделяют на два типа: параметрические и компенсационные.
Параметрические стабилизаторы напряжения и тока
Параметрические стабилизаторы используют нелинейность вольт-амперной характеристики полупроводниковых диодов, варисторов, газонаполненных электровакуумных приборов. В современной аппаратуре, выполненной на транзисторах и интегральных микросхемах, функции стабилизатора напряжения выполняют специализированные диоды — стабилитроны или как их еще называют – диоды Зенера (zener diode, по имени первооткрывателя туннельного пробоя Кларенса Зенера).
На рис. 1, а приведена принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения. Резистор R1 определяет режим работы стабилитрона.
Параметрические стабилизаторы тока выполнялись преимущественно на бареттерах (электронные компоненты с нелинейными сопротивлениями). В современных схемных решениях используются полевые или биполярные транзисторы (рис. 1, б). Резистор R1 задает рабочую точку транзистора. В основном параметрические стабилизаторы применяют в качестве эталона напряжения или тока в других типах стабилизаторов.
Стабилизаторы напряжения и тока компенсационного типа
Рис. 2. Структурная схема стабилизатора компенсационного типа.
Более высокие параметры обеспечивают стабилизаторы компенсационного типа (рис. 2). Принцип работы такого стабилизатора состоит в автоматическом поддержании постоянного выходного напряжения с помощью регулирующего элемента, управляемого по цепи обратной связи.
Практические схемы стабилизированных источников питания различаются по способам включения регулирующего элемента и получения опорного напряжения Uоп, а также по схемному решению цепи обратной связи.
Типовая схема компенсационного стабилизатора напряжения с последовательным регулирующим транзистором и источником опорного напряжения на стабилитроне приведена на рис. 3, а. Здесь транзистор VT1 — регулирующий элемент, транзистор VT2 — усилитель постоянного тока (усилитель обратной связи). Схема сравнения выходного напряжения с опорным реализована на транзисторе VT3. Источник опорного напряжения собран на VD1 и R3.
Поиск неисправностей в схемах стабилизированных источников питания начинают с проверки выходного напряжения. При его отсутствии определяют напряжение на входе стабилизатора. Наличие напряжения свидетельствует о дефекте в стабилизаторе. При его отсутствии поиск неисправностей необходимо перенести на выпрямитель и трансформатор.
В стабилизаторе проверяют сначала регулирующий транзистор VT1 (см.
рис. 3.), затем управляющий VT2, транзистор схемы сравнения VT3 и источник опорного напряжения VD1. Один из возможных алгоритмов поиска неисправности стабилизатора напряжения показан на рис. 3, б. В основу алгоритма положен способ последовательных промежуточных измерений.
Зарубежная и отечественная промышленность выпускает интегральные микросхемы – например, стабилизаторы напряжения AN77L03 — AN8005, МС7705 — MC7924, LM7805 — LM7915, из отечественных можно выделить — К142ЕН1 — К142ЕН9.
Рис. 3. Принципиальная схема (а) и алгоритм диагностики (б) стабилизатора.
Диагностика электронных стабилизаторов на микросхемах сводится к проверке возможных замыканий в нагрузке и контролю напряжений на выводах. После сравнения измеренных величин с табличными или полученными на исправном блоке, делается вывод о состоянии стабилизатора.
Отметим, что в современных модификациях интегральных микросхем стабилизаторов напряжения не требует внешних дополнительных элементов (трехвыводные стабилизаторы).
Параметрические стабилизаторы напряжения и тока
Дата Автор ElectricianКомментироватьПросмотров: 13 687
Стабилизаторы бывают параметрическими и компенсационными. Принцип действия параметрических состоит в том, что в них используются особенные свойства элементов, параметры которых, а именно сопротивление, изменяются так, что стабилизация становится возможной.
Ниже приведены характеристики обыкновенного транзистора (а) и кремневого стабилитрона (б):
Стабилизатор тока
В первой из них сопротивление элемента изменяется так, что в значительных границах изменений напряжения на элементы ток в нем практически постоянный. В другой наоборот – при значительных изменениях тока почти постоянным является напряжение. Поэтому транзистор (или другие полупроводниковые приборы с подобной характеристикой) можно использовать для стабилизации тока, а стабилитрон – для стабилизационного напряжения. Ниже приведена схема для стабилизации тока:
Для ее расчета сначала выбирают стабилизирующий элемент СЕ с подходящей характеристикой и током Iст (смотри рисунок выше а).
Напряжение, которое будет приложено к этому элементу, определяется, как среднее напряжение между началом и концом стабилизации:
При этом на нагрузке будет напряжение IстRн. За этими данными подсчитывают значения Uвх , которое нужно приложить к стабилизатору:
На этом и завершается расчет стабилизатора тока.
Стабилизатор напряжения
Стабилизатор напряжения, показанный на схеме ниже, рассчитывается аналогично:
По заданному значению Uст подбирают подходящий стабилитрон и по его характеристике определяют Imin и Imax. По этим данным подсчитывают ток Iст = ( Imin + Imax)/2. Общий ток Iвх равен Iст + Uст/Rн. чтобы обеспечить поддержку на нагрузке Uст = Iст Rн при уменьшении напряжения в сети, поданное на входе Uвх выбирают процентов на 20 выше чем Uст.
Это превышение будет использоваться на балластном резисторе Rб, величину которого найдем по формуле:
Для определения качества стабилизатора введен коэффициент стабилизации, равный отношению относительных отклонений входного напряжения к относительным отклонениям напряжения на нагрузке:
При Kст = 1 стабилизация отсутствует. Чем больше Kст отличается от единицы, тем эффективнее стабилизация.
У параметрических стабилизаторов коэффициент стабилизации не очень большой. Для качественной стабилизации используются так называемые компенсационные стабилизаторы. Стабилизирующим элементом в них являются обычные транзисторы, которые автоматически управляются таким образом, чтобы их коллекторное напряжение изменялось и компенсировало отклонение входящего напряжения.
Posted in СхемотехникаТипы и функции интегральной схемы регулятора напряжения
Регулятор напряжения представляет собой электронную схему, обычно присутствующую в устройстве.
Это одна из наиболее часто используемых схем в устройстве. Кроме того, регулятор напряжения имеет решающее значение для работы некоторых цифровых электронных устройств. Примером устройств, в которых используется интегральная схема регулятора напряжения, является микроконтроллер.
Регуляторы напряжения доступны в различных типах. Однако мы сосредоточимся на интегральной схеме регулятора напряжения. Микросхема 7805 является хорошим примером стабилизатора напряжения на основе микросхемы. Этот стабилизатор напряжения на основе ИС регулирует напряжение на уровне 5 вольт.
Что такое интегральная схема регулятора напряжения? Интегральная схема регулятора напряжения представляет собой тип микросхемы, функция которой заключается в контроле и управлении нерегулируемым входным напряжением и обеспечении постоянного регулируемого выходного напряжения.
Кроме того, существуют различные способы классификации интегральных схем регулятора напряжения. Обычный тип классификации — регулятор напряжения с 3 клеммами и регулятор напряжения с несколькими клеммами.
Другой метод классификации состоит в том, чтобы идентифицировать их как импульсный регулятор напряжения и линейный регулятор напряжения. Кроме того, регуляторы напряжения можно разделить на регулируемые регуляторы напряжения, импульсные регуляторы и регуляторы фиксированного напряжения.
Кроме того, интегральная схема регулятора напряжения обеспечивает фиксированное выходное напряжение независимо от изменения входного напряжения или напряжения. Регуляторы напряжения на основе ИС обычно доступны в различных типах корпусов ИС, которые представляют собой четырехъядерные плоские корпуса (QFP) и двухрядные корпуса (DIP).
Типы интегральных схем регуляторов напряжения Интегральные схемы регуляторов напряжения доступны в трех типах.
Сюда входят импульсные регуляторы напряжения на ИС, микросхемы преобразователей постоянного тока и линейные регуляторы напряжения на ИС.
IC импульсный регулятор напряжения
Импульсный регулятор напряжения IC отличается конструкцией, принципом работы и конструкцией. Этот тип регулятора напряжения управляет временем переключения схемы обратной связи для регулирования выходного напряжения. Кроме того, импульсный стабилизатор напряжения на ИС может накапливать энергию в трансформаторе или катушке индуктивности. Затем этот регулятор использует накопительное устройство для передачи энергии от входа к выходу.
Кроме того, импульсный регулятор может быть повышающим преобразователем, понижающим преобразователем или комбинацией того и другого. Следовательно, это делает импульсный регулятор напряжения на ИС более универсальным, чем другие регуляторы напряжения. Интегральная схема импульсного регулятора напряжения имеет улучшенные тепловые характеристики и обладает высокой эффективностью.
Кроме того, этот регулятор может предложить поддержку более широких приложений VIN/VOUT.
Микросхемы DC/DC преобразователя
Это еще один тип интегральной схемы регулятора напряжения. Микросхемы преобразователя постоянного тока обеспечивают регулируемое выходное напряжение постоянного тока из нерегулируемого входного напряжения.
Линейный регулятор напряжения IC
Интегральная схема регулятора напряжения этого типа включает активный проходной элемент для минимизации выходного напряжения при регулируемом выходном напряжении. Кроме того, выходное напряжение линейного стабилизатора напряжения на ИС обычно меньше входного напряжения. Однако этот тип регулятора является экономичным и простым в проектировании.
Основные параметры интегральной схемы регулятора напряжения Существуют основные параметры, влияющие на работу регулятора напряжения. Параметры включают выходной ток, входное напряжение и выходное напряжение.
Также эти параметры определяют, соответствует ли топология VR IC пользователя.
Существуют и другие параметры, такие как частота коммутации, напряжение обратной связи и тепловое сопротивление. Эти параметры могут иметь значение в зависимости от приложения. Ток покоя имеет решающее значение, когда режимы ожидания имеют решающее значение.
Другим важным параметром, на который следует обратить внимание, является напряжение обратной связи. Это связано с тем, что этот параметр определяет наименьшее выходное напряжение, которое может поддерживать регулятор. Кроме того, идеально учитывать опорные параметры напряжения.
Как выбрать идеальный регулятор напряженияПри выборе разработчику необходимо понимать основные параметры надлежащего регулятора напряжения. Эти важные параметры включают системные приоритеты, VOUT и другие функции, такие как включение управления или индикация исправности питания.
Вы можете использовать таблицу параметрического поиска, чтобы выбрать лучшее устройство после того, как учтете эти параметры.
Кроме того, таблица параметрического поиска является важным инструментом, который предлагает различные пакеты и функции, которые могут соответствовать требуемым параметрам приложения.
Каждое устройство MPS поставляется с техническим описанием, в котором содержится подробная информация о необходимых внешних компонентах. Кроме того, в нем содержится подробная информация о том, как рассчитать значения необходимых внешних деталей для достижения высокоэффективной конструкции. Кроме того, таблица данных помогает рассчитать значения компонентов, таких как сопротивление обратной связи, выходная индуктивность и выходная емкость. Кроме того, могут помочь инструменты моделирования, такие как справочные заметки по применению и конструктор DC/DC.
Преимущества интегральной схемы регулятора напряженияИС регулятора напряжения имеет ряд преимуществ, которые делают его идеальным вариантом для некоторых приложений.
- Универсальный регулятор напряжения на ИС
- Кроме того, его можно легко изготовить с такими функциями, как повышение напряжения, встроенная защита, внутренняя защита и многое другое.
- Конструкция источника питания IC-регулятора напряжения проста и быстра
- Он очень прост в использовании и удобен для местного регулирования
- Кроме того, этот регулятор имеет компактные размеры
- Он легко доступен и очень экономичен
- IC регулятор напряжения отличается быстрой переходной характеристикой
Один из основных недостатков для линейных регуляторов IC заключается в том, что в некоторых случаях они рассеивают большую мощность. Крайне важно изучить расчетную рассеиваемую мощность этого регулятора при использовании в некоторых приложениях. Это связано с тем, что интегрирование больших входных напряжений может привести к рассеиванию высокой мощности, что может привести к перегреву компонентов.
Кроме того, линейные стабилизаторы напряжения на ИС могут выполнять только понижающее преобразование, в отличие от импульсных стабилизаторов на ИС, которые обеспечивают повышающе-понижающее и повышающее преобразование.
Кроме того, импульсные регуляторы очень эффективны. Однако эти регуляторы имеют некоторые недостатки. Они менее рентабельны и более сложны, чем линейные регуляторы IC. Кроме того, они создают больше шума, если внешние компоненты не выбраны тщательно. В некоторых приложениях шум может быть очень важным. Однако шум может повлиять на производительность и работу схемы в других приложениях.
Какова функция регулятора напряжения на ИС?
ИС регулятора напряжения поддерживает постоянное выходное напряжение постоянного тока независимо от изменений напряжения. Это означает, что регулятор напряжения на ИС генерировал контролируемое выходное напряжение постоянного тока.
Какой регулятор напряжения на ИС самый эффективный?
Наиболее эффективным стабилизатором напряжения на ИС является импульсный стабилизатор. Это связано с тем, что переключающие элементы разряжают достаточную мощность в выключенном или включенном состоянии.
Следовательно, он более эффективен, чем линейный регулятор.
Интегральная схема регулятора напряжения использует интегральные схемы для регулирования напряжения. Кроме того, этот регулятор предлагает отличные свойства, такие как защита от короткого замыкания, тепловая компенсация и защита от перенапряжения.
Важные параметры, которые следует учитывать при выборе регулятора напряжения для вашей конструкции
Регулятор напряжения представляет собой простое и экономичное устройство, которое может изменять входное напряжение на другом уровне на выходе и может поддерживать постоянное выходное напряжение даже при изменении условия нагрузки. Почти все электронные устройства, от зарядного устройства для сотового телефона до кондиционеров и сложных электромеханических устройств, используют регулятор напряжения для подачи различных напряжений постоянного тока на разные компоненты устройства. Кроме того, во всех схемах питания используются микросхемы стабилизатора напряжения.
Например, в вашем смартфоне регулятор напряжения используется для повышения или понижения напряжения батареи для компонентов (таких как светодиод подсветки, микрофон, SIM-карта и т. д.), которые требуют более высокого или более низкого напряжения, чем батарея. . Выбор неправильного регулятора напряжения может привести к снижению надежности, увеличению энергопотребления и даже к перегоранию компонентов.
Итак, в этой статье мы обсудим некоторые важные параметры, которые следует учитывать при выборе регулятора напряжения для вашего проекта .
Важные факторы для выбора регулятора напряжения1. Входное и выходное напряжение
Первым шагом к выбору регулятора напряжения является знание входного и выходного напряжения, с которыми вы будете работать. Линейным регуляторам напряжения требуется входное напряжение, превышающее номинальное выходное напряжение. Если входное напряжение меньше желаемого выходного напряжения, то это приводит к состоянию недостаточного напряжения, что приводит к тому, что регулятор отключается и обеспечивает нерегулируемый выходной сигнал.
Например, , если вы используете стабилизатор напряжения 5 В с падением напряжения 2 В, тогда входное напряжение должно быть как минимум равно 7 В
Существуют различные типы регуляторов напряжения для различных диапазонов входного и выходного напряжения. Например, вам понадобится регулятор напряжения 5 В для Arduino Uno и стабилизатор напряжения 3,3 В для ESP8266. Вы даже можете использовать регулятор переменного напряжения, который можно использовать для различных выходных приложений.
2. Падение напряжения
Падение напряжения – это разница между входным и выходным напряжением регулятора напряжения. Например, мин. Входное напряжение для 7805 составляет 7 В, а выходное напряжение составляет 5 В, поэтому падение напряжения составляет 2 В. Если входное напряжение упадет ниже, выходное напряжение (5 В) + падение напряжения (2 В) приведет к нерегулируемому выходному сигналу, который может повредить ваше устройство.
Напряжение отпускания зависит от регулятора напряжения; например, вы можете найти ряд 5-вольтовых регуляторов с различным падением напряжения. Линейные стабилизаторы могут быть чрезвычайно эффективными, когда они работают с очень низким падением входного напряжения. Поэтому, если вы используете батарею в качестве источника питания, вы можете использовать регуляторы LDO для большей эффективности.
3. Рассеиваемая мощность
Линейные стабилизаторы напряжения рассеивают больше энергии, чем импульсные регуляторы напряжения. Чрезмерное рассеивание мощности может привести к разрядке батареи, перегреву или повреждению изделия. Поэтому, если вы используете линейный стабилизатор напряжения, сначала рассчитайте рассеиваемую мощность. Для линейных регуляторов рассеиваемая мощность может быть рассчитана по:
Мощность = (Входное напряжение – Выходное напряжение) x Ток
Вы можете использовать импульсные стабилизаторы напряжения вместо линейных стабилизаторов напряжения, чтобы избежать проблемы рассеивания мощности.
4. КПД
КПД – это отношение выходной мощности к входной мощности, пропорциональное отношению выходного напряжения к входному напряжению. Таким образом, эффективность регуляторов напряжения напрямую ограничена падением напряжения и током покоя, поскольку чем выше падение напряжения, тем ниже эффективность.
Для повышения эффективности необходимо минимизировать падение напряжения и ток покоя, а также минимизировать разность напряжений между входом и выходом.
5. Точность напряжения
Общая точность регулятора напряжения зависит от регулирования сети, регулирования нагрузки, дрейфа опорного напряжения, дрейфа напряжения усилителя ошибки и температурного коэффициента. Типичные линейные регуляторы обычно имеют спецификацию выходного напряжения, которая гарантирует, что регулируемый выход будет в пределах 5% от номинального. Поэтому, если вы используете стабилизатор напряжения для питания цифровых ИС, допуск 5% не является большой проблемой.
