Site Loader
Posted on 03.11.1984

Содержание

Микросхема TL431 (стабилитрон TL-431): параметры и характеристики микросхемы

Содержание

  • Схемы включения TL431
  • Работа TL431 совместно с датчиками
  • Технические характеристики
  • TL431 в схеме со звуковой индикацией
  • Светодиодная лампа на 220 вольт GL5.5 с импульсным драйвером на микросхеме BP3122

Схемы включения TL431

Рабочие характеристики стабилизатора задаются двумя резисторами. Варианты использования данной микросхемы могут быть различные, но максимальное распространение она получила в блоках питания с регулируемым и фиксированным напряжением. Часто применяется в  стабилизаторах тока в зарядных USB устройствах, промышленные блоки питания,  принтеров  и другой бытовой техники.

TL431 есть практически в любом блоке питания ATX от компьютера, позаимствовать можно из него. Силовые элементы с радиаторами, диодными мостами тоже там есть.

На данной микросхеме реализовано множество схем зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Выпускаются радиоконструкторы для самостоятельной сборки своими руками. Количество вариантов применение очень большое, хорошие схемы можно найти на зарубежных сайтах.

Работа TL431 совместно с датчиками

Если необходимо отслеживать
 изменение какого-нибудь физического процесса, то в этом случае
сопротивление R2 необходимо поменять на датчик, характеризующейся
изменением сопротивления вследствие внешнего воздействия.

Пример  такого модуля приведен
ниже. Для обобщения принципа работы на данной схеме отображены различные
датчики. К примеру, если в качестве датчика применить
фототранзистор, то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на
степень освещенности. До тех пор пока освещение велико,
сопротивление фототранзистора мало.

Вследствие этого напряжение на
управляющем контакте TL431 ниже заданного уровня, из-за этого светодиод
не горит. При уменьшении освещенности увеличивается сопротивление
фототранзистора. По этой причине увеличивается потенциал на контакте

управления стабилитрона TL431. При превышении порога срабатывания (2,5В)
HL1 загорается.

Данную схему можно использовать как
датчик влажности почвы. В этом случае вместо фототранзистора нужно
подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на
небольшом расстоянии друг от друга. После высыхания почвы, сопротивление
между электродами возрастает и это приводит к срабатыванию микросхемы
TL431, светодиод загорается.

Если же  в качестве датчика
применить терморезистор, то можно сделать из данной схемы термостат.
Уровень срабатывания схемы во всех случаях устанавливается посредством
резистора R1.

Технические характеристики

Вид корпусов ТЛ431

Широкое применение  получила благодаря  крутости своих технических характеристик и стабильностью параметров при разных температурах. Частично функционал похож на известную LM317, только она работает на малой силе тока и предназначена для регулировки.

Все особенности и типовые схемы включения указаны в datasheet на русском языке. Аналог TL431 будет отечественная КР142ЕН19 и импортная К1156ЕР5, их параметры очень похожи. Других аналогов особо не встречал.

Основные характеристики:

  1. ток на выходе до 100мА;
  2. напряжение на выходе от 2,5 до 36V;
  3. мощность 0,2W;
  4. температурный диапазон TL431C от 0° до 70°;
  5. для TL431A от -40° до +85°;
  6. цена от 28руб за 1 штуку.

Подробные характеристики и режимы работы указаны  в даташите на русском в конце этой страницы или можно скачать tl431-datasheet-russian.pdf

Пример использования на плате

Стабильность параметров зависит от температуры окружающей среды, она очень стабильная, шумов на выходе мало и напряжение плавает +/- 0,005В по даташиту. Кроме бытовой модификации TL431C от 0° до 70°  выпускается вариант с более широким температурным диапазоном TL431A от -40° до 85°. Выбранный вариант зависит от назначения устройства. Аналоги имеют совершенно другие температурные параметры.

Проверить исправность микросхемы мультиметром нельзя, так как она состоит из 10 транзисторов. Для этого необходимо собрать тестовую схему включения, по которой можно определить степень исправности, не всегда элемент полностью выходит из строя, может просто подгореть.

TL431 в схеме со звуковой индикацией

Помимо приведенных световых устройств,
на микросхеме TL431 можно смастерить и звуковой индикатор. Схема
подобного устройства приведена ниже.

Данный звуковой сигнализатор можно
применить в качестве контроля за уровнем воды в какой-либо емкости.
Датчик представляет собой два нержавеющих электрода расположенных друг

от друга на расстоянии 2-3 мм.

Как только вода коснется датчика,
сопротивление его понизится, и микросхема TL431 войдет в линейный режим
работы через сопротивления R1 и R2. В связи с этим  появляется
автогенерация на резонансной частоте излучателя и раздастся звуковой
сигнал.

Светодиодная лампа на 220 вольт GL5.

5 с импульсным драйвером на микросхеме BP3122

Сначала о драйвере. Микросхема BP3122 специально разработана для светодиодного освещения и является высокоэффективной микросхемой импульсного источника питания с встроенными полевыми транзисторами (650V), что сводит к минимуму количество внешних элементов, позволяет уменьшить размеры платы и, соответственно, стоимость драйвера.

Стабилизация тока через светодиоды реализована без оптопары, цепи обратной связи на TL431 и вспомогательной обмотки трансформатора. Вместе с тем минимизировано количество внешних компонентов. Пусковой ток составляет 60 мкА . Конденсатор в цепи питания VCC заряжается через

пусковой резистор при включении. Как только напряжение VCC достигнет пускового порога,
BP3122 начнет вырабатывать импульсы. Напряжение питания микросхемы стабилизирует внутренний стабилизатор на 15V. Сверхнизкий ток потребления микросхемы не требует наличия вспомогательной обмотки на трансформаторе для питания микросхемы.

Для стабилизации выходного тока через светодиоды к выводу SC подключается внешний резистор, через который протекает ток выходного полевого транзистора.

Падение напряжения на резисторе сравнивается на компараторе с внутренним источником опорного напряжения 500 мВ

Таким образом изменяется скважность импульсов и поддерживается постоянный ток через светодиоды с точностью плюс/минус 5%

Рекомендуемая выходная мощность микросхемы не более 5 Вт, а стабилизация выходного тока поддерживается в диапазоне входных напряжений переменного тока от 85 до 265 вольт. Максимальная частота переключения при нормальной работе составляет 65 — 70 кГц. В микросхеме реализованы: защита от короткого замыкания, защита от перенапряжения, защита от перегрева (порог 150 ℃ с гистерезисом 25 ℃) и другие. Если неисправность устранена, система восстановится и начнет нормально работать.

Внимание! Соблюдайте правила электробезопасности. Электротравмы, могут быть смертельными, а неправильный ремонт пожароопасным

Теперь, собственно, о лампе GL5.5 – E27. Срок службы, продекларированный производителем, 50 000 часов. Гарантию в магазине дали на пол года. А на традиционные энергосберегающие дают год.

Китайские производители не оговаривают снижение яркости в процессе эксплуатации, а оно может достигать 50% и более в течение 1-2 лет и зависит от степени превышения номинальных режимов светодиодов. А цена у таких ламп пока-что, как у «вечных», хотя качественные диодные лампы стоят в разы дороже. Лампа будет светить, возможно, и 20 лет, но вы ее замените гораздо раньше, т.к. свет этот будет со временем все тусклее и тусклее. А причина простая, чтобы получить хорошую яркость дешевые светодиоды загоняют в жесткий режим. Нагрев таких светодиодов более 50 градусов даже на радиаторе, то есть они подвержены ускоренной деградации.

На выходе драйвера лампы GL5.5 установлены две параллельные цепочки из трех последовательно включенных светодиодов. Вместо предохранителя установлен резистор 2,2 Ом. При входном напряжении сети переменного тока 236 вольт напряжение на светодиодах составило 9,37 вольта постоянного тока. Ток через диоды – 250 мА.

Получаем мощность около 2,5 Вт, до 50% которой уходит на нагрев светодиодов.

Все шесть светодиодов установлены на очень тонкой плате, приклеенной к алюминиевой пластине, которая крепится к алюминиевому радиатору с помощью двух винтов. В пластмассовой части лампы имеются вентиляционные отверстия.

Схема драйвера собрана на печатной плате с двухсторонним монтажом элементов. При включении лампы наблюдается задержка 0.5-1 сек до начала свечения. Стеклянный плафон рассеивает свет, а без плафона свет направленный и более яркий. Исходя из этого сравнение диодных ламп и ламп накаливания очень условно, но данную лампу можно приравнять к 40 ваттной лампе накаливания по силе света. Количество светодиодов и их размеры как в светильнике на 3 Вт, но они более мощные.

Напряжение на светодиоде
Схема светодиодной лампы на 220в
Лампа ЭРА А65 13Вт
Как паять светодиодную ленту
Светодиодная лента на 220 в
Простое зарядное устройство
Разрядное устройство для автомобильного аккумулятора
Схема драйвера светодиодов на 220
Подсветка для кухни из ленты
Подсветка рабочей зоны кухни
LED лампа Selecta g9 220v 5w
Светодиодная лампа ASD LED-A60
Схема светодиодной ленты
Простой цифровой термометр своими руками с датчиком на LM35

Общедомовой учет тепла

Tags: бра, внутренний, гистерезис, дом, е, как, компьютер, кт, монтаж, мощность, мультиметр, напряжение, номинал, освещение, постоянный, потенциал, принцип, пуск, р, работа, размер, резистор, резонанс, реле, ремонт, ряд, свет, светильник, светодиод, система, сопротивление, средство, стабилизатор, стабилитрон, схема, тен, тип, ток, транзистор, трансформатор, ук, фото, щит, эффект

Индикатор разряда аккумулятора на светодиодах.

Индикатор разряда аккумулятора шуруповерта на TL431

Очередная поделка выходного дня – индикатор разряда для аккумуляторной батареи.
Батарея боится переразряда, от этого зависит срок её службы и надо контролировать её напряжение, чтоб вовремя ставить на зарядку; а мамка в ближайшее время денег на новые «батарейки» не даст.

Собираем индикатор разряда АКБ, специально для начинающих: простой, из «мусора». Вариантов в интернете миллион, я выбрал вот такую схему. Собрал на макетке, поэкспериментировал с ней – работает. Может, кому пригодится. А вот собственно и схемка:

При таких номиналах деталей я настраивал подстроечником R2 (нашел в хламе многооборотный ELECTRON на 10кОм) порог срабатывания на 8 и на 5 вольт. Гистерезис в первом случае составляет 0,4 В, во втором – 0,15 В. Кстати, подстроечник действительно лучше взять многооборотный, но только килоома на 3, ибо при уставке 8В его сопротивление равно примерно 1,6кОм, а для 5В — примерно 2,6кОм.

Изменить гистерезис можно подбором резистора R4, но если его сопротивление будет слишком малым, страдает пороговость включения: светодиод будет загораться плавно, что не есть гут; а если большим (десятки Ом) – гистерезис будет огромным, до нескольких вольт, что тоже паршиво. Ещё у меня есть сомнения по поводу термостабильности данной схемы, но в условиях комнаты работает неплохо. На схеме обозначен ток потребления при погасшем/зажженном светодиоде и напряжении на входе 5 В.
«Отака, малята, фигня…»

Ниже на фото на Макетной плате собрана и показана работа этой схемки. Итак, при напряжении 8,25 Вольт у нас светодиод не загорается.

Но как только напряжение упало до 8 Вольт, то у нас светодиод сразу же сигнализирует о малом напряжении.

Применение этой схемы можно найти в различной радиоаппаратуре, которая питается электрохимическими элементами. Можно также доработать этот каскад и вместо светодиода поставить другую цепь, которая бы включала или выключала резервное питание или зарядку на АКБ.

Решил сегодня выложить еще одну статью. Опять таки не претендую на «открытие», поскольку все велосипеды изобретены уже давно! Просто однажды мы собирались на полёты, индикаторов разряда батерей в наличии не было вообще никаких, поэтому пришлось срочно придумывать и срочно делать девайсы, чтобы не загубить аккумуляторы. Да, устройства простенькие, в нех нет пищалки. Но супер яркие светодиоды хорошо видны даже в солнечный день и поэтому за сохранность аккумуляторов мы были спокойны. Я согласен, что девайсы получились простейшие, на уровне 80х годов. Тем не менее
с поставленой задачей они успешно справляются! Глядишь, кому то пригодятся!

Индикатор разряда Li Po аккумуляторов.

Известно, что Li Po аккумуляторам противопоказан разряд ниже 3,2 Вольт на банку. Разряд ниже этой величины приводит к скорому выходу аккумулятора из строя. Поэтому контроль напряжения предельного разряда каждой банки аккумулятора крайне желателен. Отсечка
двигателя регулятором скорости не может гарантировать своевременное отключение
аккумулятора. Поэтому имеет смысл применить дополнительную защиту, в качестве которой может использоваться светодиодный индикатор разряда аккумулятора.

В данной схеме в качестве компаратора применен прецизионный регулируемый стабилитрон TL431. Порог выставляется делителем напряжения в цепи УЭ (управляющего электрода) 15 ком (нижний по схеме резистор) и 4,3 ком (верхний резистор).
При этом соотношении резисторов срабатывание стабилитрона TL431 происходит при напря
жении банки 3,2 Вольт. Когда напряжение на аккумуляторе находится в пределах 3,2….4,2 В,
стабилитрон TL431 открыт, падения напряжения на нем недостаточно для работы светодиода и он погашен. Когда напряжение аккумулятора достигает 3,2 В, стабилитрон закрывается, а светодиод загорается от тока, протекающего через резистор 2 ком.

Индикатор состоит из трех одинаковых ячеек, что позволяет побаночно контролировать 1S, 2S и 3S аккумуляторы. При добавлении еще одной — двух ячеек, можно контролировать 4S и 5S
аккумуляторы. Светодиоды я использовал синие суперяркие, они, как мне кажется, наиболее
заметны днем. От звуковой сигнализации я отказался, поскольку звук слышно сравнительно недалеко, а увеличивать габариты и вес не хотел. Вполне достаточно светодиодов, тем более,
что после посадки модель все равно берешь в руки и незаметить включение светодиода просто
невозможно!

Штырьковые контакты я взял от негодной платы электроники винчестера с IDE интерфейсом.
Вставляются они, конечно, в балансирный разъем аккумулятора. Балансирные разъемы я
вывожу наружу из корпуса модели для зарядки аккумулятора без его извлечения из модели.
Закрепляю платку Индикатора на корпусе модели скотчем. Потом можно легко переставить
на другую модель.

Настройка. Настройку делаем каждой ячейки по очереди! Для настройки нужно три обычные батарейки по 1,5 Вольта, соединенные последовательно, переменный резистор 470 Ом и цифровой мультиметр. Переменный резистор 470 Ом включаем реостатом последовательно с плюсовым проводом батарейки. Таким образом получим источник напряжения 4,5 В.
Берем 2х контактный подходящий по шагу разъем и припаиваем к нему только два провода
от батарейки “ — ” и “ + ” . Как говорилось выше, “ + ” проходит через переменный резистор. Переменный резистор ставим в положение, соответствующее минимальному сопротивлению и подключаем разъем к соответствующим контактам нижней (или верхней) ячейки. Поскольку резистор установлен в положении минимального сопротивления, к ячейке приложено полное напряжение 4,5 В и светодиод гореть не должен. Затем разъем по очереди подключаем к двум другим ячейкам и убеждаемся, что все светодиоды погашены.
Затем плавно увеличиваем сопротивления переменного резистора, контролируя при этом
мультиметром напряжение на выходе резистора относительно минусового провода. При увеличении сопротивления резистора напряжение, подводимое к ячейке, начнет плавно уменьшаться и при достижении 3,18…..3,2 Вольт должен загореться светодиод. При уменьшении сопротивления резистора, т. е. при возрастании подводимого к ячейке напряжения выше 3,2 В, светодиод снова погаснет. Таким образом, переставляя разъем по очереди на соответствующие контакты, проверяем все ячейки. Порог включения можно изменять
подбором резистора 4,3 ком. При этом его можно составить из 2х резисторов, например

если поставить 2 ком + 2 ком = 4 ком (порог включения 3,14 В) , а 3,3 ком + 1 ком = 4,3 ком
(порог включения 3,18 В) У меня резистор 4,3 ком составлен из двух (3,3 ком + 1 ком) , что видно на фотографиях. Размеры печатной платы 3х ячеечного Индикатора 30 х 30 мм.
Регулируемый стабилитрон TL431 — широко распространенная деталь и продается в радиомагазинах. Кроме того, они используются практически в любом импульсном блоке питания (адаптере) для управления оптроном защиты.
Сделал несколько штук, работают нормально, обеспечивают своевременную индикацию.
Поэтому рекомендую для повторения авиамоделистами — радиолюбителями!

Общий вид.


Принципиальная схема.

Монтажка


Вид со стороны деталей. Размер платы 30 х 30 мм.

Вид со стороны дорожек. Размер платы 30 х 30 мм.

Светодиоды любые супер яркие, синего свечения. Синие лучше всего заметны в солнечный день.

В литературе часто публикуются описания устройств, оповещающих о разряде аккумуляторной батареи. Строятся они как на дискретных элементах, так и на микросхемах. Но для этих целей выпускаются и специализированные микросхемы, которые называются супервизорами (детектор понижения напряжения). Основой индикатора разряда АКБ является специализированная микросхема серии КР1171.

Эти микросхемы специально разработаны для контроля о снижении напряжения питания в микропроцессорной технике. В состав микросхемы входит источник опорного напряжения, компаратор, сравнивающий опорное и питающее напряжения, и транзисторный ключ, выполненный по схеме с открытым коллектором (Рис.1).

Для реализации простейшего индикатора достаточно подключить к микросхеме светодиод и токоограничительный резистор. При этом габариты устройства практически равны габаритам микросхемы и светодиода (резистор можно взять самый миниатюрный). Единственным недостатком данного индикатора можно считать жестко фиксированный ряд изготавливаемых микросхем в этой серии, каждая из которых рассчитана на конкретное пороговое напряжение. Пороговое напряжение для каждой микросхемы в серии указывается непосредственно в ее наименовании после букв СП. Основные характеристики приведены в табл.1.

Фиксированные пороговые напряжения хотя и создают некоторые трудности, но все же позволяют создавать индикаторы для разных аккумуляторов. Так на микросхеме КР1171СП20 (Uпор = 2 В) можно создать очень компактный индикатор для использования в устройствах, питаемых от двух никель-кадмиевых аккумуляторов — игрушках, фототехнике, плеерах, приемниках, фонарях и др. Малые габариты и минимальный ток потребления позволяют встроить индикатор в любое готовое устройство. Дальнейшим развитием индикатора может служить добавление звукового сигнализатора. Схема его может быть любой, но потребляемый ток в режиме «Выключено» должен быть как можно меньше, и сигнализатор должен сохранять работоспособность при необходимом пороговом напряжении. Для свинцовой герметичной аккумуляторной батареи на номинальное напряжение 12В был собран индикатор, схема которого приведена на рис.2.


Малый потребляемый ток в режиме «Вык.» позволяет встраивать данный индикатор в устройства с непрерывным контролем напряжения аккумуляторной батареи. При этом индикатор можно подключить до выключателя питания устройства, непосредственно на клеммы аккумулятора. Для переработки данного индикатора на другое напряжение достаточно поставить соответствующую микросхему серии КР1171 и рассчитать резистор R1 для нового напряжения. Исключение составляет КР1171СП20, т. к. при пороговом напряжении в 2В генератор на микросхеме К561ЛА7 отказывается работать.
Для достижения минимальных габаритов вместо динамика Ls1 желательно применить наиболее миниатюрный излучатель с приемлемой громкостью звучания. C помощью резистора R6 можно менять громкость звука. Резисторы — типа МЛТ, ОМЛТ и т.п. мощностью 0,125Вт. Конденсатор СЗ-любой с минимальным током утечки, остальные К10-7, К10-17 или КМ. Светодиод — любой с номинальным током не более 10 мА. Цвет, яркость и габариты выбираются исходя из конкретных условий. Настройка индикатора сводится к подбору резистора R6 для обеспечения максимальной громкости примененной модели пьезоизлучателя.

Самая распространённая проблема водителей – это отсутствие в автомобиле на панели с приборами. Такая проблема создаёт некоторый дискомфорт, в связи с тем, что водитель поздно замечает, разряженный аккумулятор, особенно если большой показатель . Стоит обратить внимание, что собирается такой прибор для индикации довольно легко.

Измерять заряд аккумулятора можно и самому с помощью вольтметра. На сегодняшний день вольтметры очень дорогие, а так, как он не сильно то и обходим, потому что для нас важно лишь значение, до которого может доходить заряд.

Стоит обратить внимание на то, что прибор, с помощью которого будет измеряться заряд аккумулятора можно сделать своими руками и без вольтметра.

Ниже приведена система для создания , в качестве индикатора взята светодиодная лампа. Когда напряжение падает и заряд аккумулятора низкий, загорается светодиодная лампа, что и служит индикатором к подзарядке.

Глядя на схему, можно убедиться в том, что собрать её будет несложно. Любой элемент системы легко купить. Как транзисторы можно использовать:

  • КТ 315Б
  • КТ 3102
  • S 9012
  • S 9014
  • S 9016

В качестве светодиодной лампы, можно приобрести любую, главное, чтобы её рабочее напряжение было в пределах 15–20 В.

Главный и незаменимый элемент системы – это переменный резистор R2, с его помощью устанавливается предел, при котором срабатывает индикатор, несмотря на то, что в схеме написано взять его с 1,5 кОм, необходимо брать более мощный в пределах 20 кОм. Потому что если брать R1= 20 кОм, то такого сопротивления будет мало, для того чтобы открыть ключ VT1.

Если брать аккумулятор с обыкновенным зарядом в 12 В и больше, то транзистор VT1 будет открывать и шунтировать индикаторную светодиодную лампу HL1. Когда напряжение аккумулятора падает, то VT1 будет со временем уменьшаться, пока не закроется, после его отключения, откроется VT2 и загорится светодиодная лампа HL1, это и служит сигналом о том, что заряд аккумулятора низкий. Для такой схемы, возможно, подключить любой порог сигнализирования.

В качестве платы можно использовать материал с ПК или старого телевизора. По размерам такая система маленькая и удобная.

Чтобы настроить систему, необходим прибор для питания с , с помощью которого будет регулироваться резистор, и выставляться пределы для срабатывания сигнализации.

В случае необходимости можно сделать несколько таких схем с разными порогами чувствительности, для более точного измерения.

Простой автоусилитель моноблок на TDA1560Q Внешний USB-разъем в автомагнитоле

Успешный пуск автомобильного двигателя во многом зависит от состояния заряда аккумулятора. Регулярно проверять напряжение на клеммах с помощью мультиметра – неудобно. Гораздо практичнее воспользоваться цифровым или аналоговым индикатором, расположенным рядом с приборной панелью. Простейший индикатор заряда аккумулятора можно сделать своими руками, в котором пять светодиодов помогают отслеживать постепенный разряд либо заряд батареи.

Принципиальная схема

Рассматриваемая принципиальная схема индикатора уровня заряда представляет собой простейшее устройство, отображающее уровень заряда аккумулятора (АКБ) на 12 вольт. Её ключевым элементом является микросхема LM339, в корпусе которой собрано 4 однотипных операционных усилителя (компаратора). Общий вид LM339 и назначение выводов показан на рисунке. Прямые и инверсные входы компараторов подключены через резистивные делители. В качестве нагрузки используются индикаторные светодиоды 5 мм.

Диод VD1 служит защитой микросхемы от случайной смены полярности. Стабилитрон VD2 задаёт опорное напряжение, которое является эталоном для будущих измерений. Резисторы R1-R4 ограничивают ток через светодиоды.

Принцип работы

Работает схема индикатора заряда аккумулятора на светодиодах следующим образом. Застабилизированное с помощью резистора R7 и стабилитрона VD2 напряжение 6,2 вольт поступает на резистивный делитель, собранный из R8-R12. Как видно из схемы между каждой парой этих резисторов формируются опорные напряжения разного уровня, которые поступают на прямые входы компараторов. В свою очередь, инверсные входы объединены между собой и через резисторы R5 и R6 подключены к клеммам аккумуляторной батарее (АКБ).

В процессе заряда (разряда) аккумулятора постепенно изменяется напряжение на инверсных входах, что приводит к поочередному переключению компараторов. Рассмотрим работу операционного усилителя OP1, который отвечает за индикацию максимального уровня заряда АКБ. Зададим условие, если заряженный аккумулятор имеет напряжение 13,5 В, то последний светодиод начинает гореть. Пороговое напряжение на его прямом входе, при котором засветится этот светодиод, рассчитаем по формуле:
U OP1+ = U СТ VD2 – U R8 ,
U СТ VD2 =U R8 + U R9 + U R10 + U R11 + U R12 = I*(R8+R9+R10+R11+R12)
I= U СТ VD2 /(R8+R9+R10+R11+R12) = 6,2/(5100+1000+1000+1000+10000) = 0,34 мА,
U R8 = I*R8=0,34 мА*5,1 кОм=1,7 В
U OP1+ = 6,2-1,7 = 4,5 В

Это означает, что при достижении на инверсном входе потенциала величиной более 4,5 вольт компаратор OP1 переключится и на его выходе появится низкий уровень напряжения, а светодиод засветится. По указанным формулам можно рассчитать потенциал на прямых входах каждого операционного усилителя. Потенциал на инверсных входах находят из равенства: U OP1- = I*R5 = U БАТ – I*R6.

Печатная плата и детали сборки

Печатная плата изготавливается из одностороннего фольгированного текстолита размером 40 на 37 мм, которую можно скачать . Она предназначена для монтажа DIP элементов следующего типа:

  • резисторы МЛТ-0,125 Вт с точностью не менее 5% (ряд Е24)
    R1, R2, R3, R4, R7, R9, R10, R11– 1 кОм,
    R5, R8 – 5,1 кОм,
    R6, R12 – 10 кОм;
  • диод VD1 любой маломощный с обратным напряжением не ниже 30 В, например, 1N4148;
  • стабилитрон VD2 маломощный с напряжением стабилизации 6,2 В. Например, КС162А, BZX55C6V2;
  • светодиоды LED1-LED5 – индикаторные типа

Интегральные источники опорного напряжения — Компоненты и технологии

С появлением интегральных ИОН ситуация коренным образом изменилась. Особо следует отметить, что отличные характеристики обеспечиваются при низких значениях выходного напряжения, что дает интегральным ИОН абсолютное преимущество в современной аппаратуре, имеющей, как правило, низкие напряжения питания. По схемотехническому построению распространенные ИОН делятся на три группы: на стабилитронах, на ширине запрещенной зоны и на XFET-ячейке. Подробнее о вариантах исполнения ИОН можно узнать из специальной литературы [1, 2].

По способу включения в схему ИОН делятся на две группы: параллельные и последовательные.

 

Параллельные ИОН

Схема включения двухвыводного параллельного ИОН аналогична схеме включения стабилитрона. Наряду с двухвыводными имеется ряд микросхем так называемых «регулируемых стабилитронов», в том числе и популярнейшая разработка Texas Instruments — TL431. Наличие вывода регулировки позволяет с помощью двух резисторов получить ИОН с произвольным напряжением стабилизации в диапазоне напряжений от опорного до максимально допустимого рабочего напряжения микросхемы. В некоторых трехвыводных параллельных ИОН, таких как ADR512, LT1009, третий вывод предназначен для подстройки выходного напряжения в пределах от долей процента до единиц процентов.

Опорное напряжение в микросхеме TL431 и ее многочисленных версиях измеряется между выводом Ref и анодом, а в микросхемах AMS3100, LM185(285, 385), LM4041, LM4051 — между выводом Ref и катодом. Структурные схемы этих двух вариантов «регулируемых стабилитронов» показаны на рис. 1, 2 соответственно. Такое разнообразие дает разработчику дополнительные возможности при использовании трехвыводных ИОН в качестве элемента обратной связи.

Рис. 1

Рис. 2

Микросхема TL431 чаще всего используется в качестве элемента обратной связи, управляющего светодиодом оптрона в импульсных источниках питания, но ее использование затруднительно уже в источнике питания с выходным напряжением 5 В и менее. Это затруднение можно преодолеть с помощью микросхем LT1431 (Linear Technology), MIC4043 (Micrel), TS4431, TS4436 (STMicroelectronics), имеющих выход с открытым коллектором, и микросхемы NCP100 (ONSemiconductor) с минимальным напряжением стабилизации всего 0,9 В.

Параллельные ИОН перечислены в таблице 1, а их характеристики приведены в таблице 3.

Таблица 1. Параллельные ИОН

Таблица 3. Характеристики параллельных ИОН (полная версия таблицы на сайте http://www.finestreet.ru/magazine/compitech/specification.xls)

Последовательные ИОН

В таблице 2 перечислены микросхемы последовательных ИОН, а в таблице 4 приведены их характеристики.

Таблица 2. Последовательные ИОН

Таблица 4. Характеристики последовательных ИОН (полная версия таблицы на сайте http://www.finestreet.ru/magazine/compitech/specification.xls)

Последовательные ИОН включаются аналогично последовательным стабилизаторам напряжения. Существенным отличием для большинства микросхем последовательных ИОН является работоспособность не только при вытекающем, но и при втекающем токе нагрузки, что очень важно при совместной работе с ЦАП на переключаемых конденсаторах и в некоторых других приложениях.

Последовательные ИОН существенно экономичнее параллельных при большой разнице между напряжением питания и выходным напряжением, что дает преимущества при их использовании в аппаратуре с батарейным питанием. Дополнительные возможности по снижению энергопотребления дает наличие в ИОН (ADR318, LT1461) вывода отключения.

Как и стабилизаторы напряжения, большинство последовательных ИОН с малым падением напряжения на регулирующем элементе, так называемые LDO, чувствительны к выбору выходного конденсатора.

Некоторые ИОН подключением соответствующих резисторов к выводу регулировки позволяют изменять выходное напряжение от опорного напряжения (LM4121-ADJ, MAX6160) почти до напряжения питания. Выходное напряжение ИОН X60250, DS4303, DS4305 сигналами на выводах программирования устанавливается от нуля и почти до напряжения источника питания. Часть прецизионных ИОН (LT1236, MAX6143, REF02) имеет вывод подстройки для подключения потенциометра, который обеспечивает изменение выходного напряжения в небольших пределах.

Последовательные ИОН ADR121, LT1019, REF02 и некоторые другие имеют встроенный датчик температуры, сигнал с которого может использоваться для коррекции температурного дрейфа выходного напряжения.

Выходное напряжение (напряжение стабилизации)

Подавляющее большинство ИОН имеет выходное напряжение из ряда 1,2–1,25; 2,048; 2,5; 3; 3,3; 4,096; 5 В. Нижняя граница этого ряда близка к ширине запрещенной зоны кремния, другие значения получены соответствующим усилением.

Исключения представлены ADR510 с напряжением стабилизации 1 В, ADR130 с переключаемым выходным напряжением 0,5 или 1 В, ADR318 с выходным напряжением 1,8 В.

Отклонение выходного напряжения от номинального значения

Это одна из важнейших характеристик ИОН, которая определяет необходимость калибровки и пределы регулировки в собранном устройстве. Если первые микросхемы имели отклонение выходного напряжения от номинального значения до ±4% (TL431), то в последних разработках лазерной подгонкой значение этого параметра доведено до ±0,02% (MAX6126). Как уже было показано ранее, некоторые из ИОН имеют вывод подстройки, к которому подключается потенциометр, позволяющий подстроить выходное напряжение к необходимому пользователю значению без ухудшения других характеристик.

Температурный коэффициент выходного напряжения (температурный дрейф)

Не менее важной характеристикой ИОН, а для применения в высокоточной измерительной аппаратуре — зачастую и определяющей, является зависимость выходного напряжения с изменением температуры окружающей среды. Обычным является измерение температурного коэффициента напряжения (ТКН) в млн–1/°C. Такой способ описания температурного дрейфа вполне корректен для стабилитронов, у которых напряжение стабилизации изменяется практически линейно с изменением температуры. Для интегральных ИОН характерна существенно нелинейная зависимость выходного напряжения от температуры. Существует несколько методик измерения ТКН [3]. Для многих параллельных ИОН температурный дрейф нормируется в абсолютных единицах. Часто температурный дрейф ИОН нормируется в нескольких диапазонах температур, что позволяет вполне объективно оценить качество ИОН применительно к конкретным условиям эксплуатации и точностным характеристикам аппаратуры. К примеру, для MAX6035A максимальное значение ТКН составляет 20, 25 и 30 млн–1/°C для температурных диапазонов 0…+70 °C, –40…+85 °C и –40…+125 °C соответственно.

LM4132 температурный дрейф корректируется с использованием таблицы коэффициентов, записанных во встроенную EEPROM, чем достигнуто значение ТКН менее 20 млн–1/°C в температурном диапазоне от –40 до +125 °С.

Температурный гистерезис

После нагрева или охлаждения ИОН и возвращения его к первоначальной температуре выходное напряжение возвращается к исходному значению с некоторой погрешностью, называемой температурным гистерезисом. Для прецизионных ИОН последних разработок эта характеристика обязательно приводится в справочных данных. Устранить влияние температурного гистерезиса в высокоточной аппаратуре можно термостатированием ИОН при температуре, заведомо большей максимально возможной температуры эксплуатации устройства, вплоть до термостатирования при транспортировке.

Зависимость выходного напряжения от тока нагрузки

Зависимость выходного напряжения от тока нагрузки нормируется обычно для всего диапазона рабочих токов (для микромощных ИОН нередко диапазон рабочих токов разбивается на два поддиапазона с отдельным нормированием параметра в каждом поддиапазоне). Для последовательных ИОН параметр измеряется в мкВ/мА, %/мА, млн–1/мА, а для параллельных ИОН — в мВ.

Зависимость выходного напряжения от напряжения питания

Для последовательных ИОН нормируется зависимость выходного напряжения от напряжения питания в мкВ/В, %/В, либо в абсолютных единицах при изменении напряжения питания в допустимых пределах. Для получения максимальной точности аппаратуры рекомендуется питать ИОН стабилизированным напряжением.

Долговременная стабильность

Выходное напряжение ИОН изменяется со временем. Это изменение характеризуется параметром «долговременная стабильность», обычно нормируемым в млн–1/1000 ч при фиксированной, обычно повышенной, температуре. Изменение выходного напряжения со временем имеет нелинейный характер, и вовсе не значит, что через две тысячи часов работы оно будет в два раза больше, чем через 1000 часов. Многократными опытами установлено, что временной дрейф выходного напряжения практически прекращается задолго до достижения 1000-часовой наработки [4]. Улучшить долговременную стабильность можно искусственным старением ИОН, предпочтительно в составе устройства, что позволит стабилизировать характеристики и других компонентов.

Шумы

Шумовые характеристики ИОН нормируются в виде напряжения шумов от пика до пика в частотном диапазоне от 0,1 до 10 Гц, либо в виде среднеквадратичного напряжения шумов в частотном диапазоне от 10 Гц до 10 кГц. Для большинства качественных ИОН в справочных данных приводятся обе величины. Для уменьшения уровня шумов некоторые последовательные ИОН (MAX6126) имеют специальный вывод для подключения корректирующей емкости.

Ток потребления

Большое собственное энергопотребление характерно для ИОН на стабилитронах, особенно для микросхем первых разработок (до 12 мА для AD688). Минимальным энергопотреблением отличаются ИОН, изготовленные по КМОП-технологии (0,9 мкА для ISL60002). Минимальный рабочий ток параллельных ИОН находится в пределах от 0,6 мкА (LT1389-1.2) до 1 мА (TL431).

Конструктивное исполнение и монтаж

ИОН выпускаются в различных металлостеклянных, металлокерамических и пластмассовых корпусах для монтажа в отверстия и поверхностного монтажа с количеством выводов от двух до двадцати. Механические напряжения в кристалле, вызванные различиями температурных коэффициентов расширения (ТКР) кремния и материалов корпуса и печатной платы, изменяют геометрические размеры кристалла и электрические характеристики элементов интегральной схемы. Это сказывается на ТКН и долговременной стабильности. Наиболее стабильны ИОН в металлостеклянных коваровых корпусах, у которых ТКР кристалла и корпуса имеют близкие значения, а проволочные выводы практически устраняют влияние деформации печатной платы.

В справочных данных на VRE41xx рекомендуется устанавливать микросхему на краю печатной платы, где минимальны механические напряжения и перегрев. Дополнительно уменьшить воздействия можно, сделав вокруг микросхемы U-образный вырез.

Области применения

Основные области применения ИОН — источники питания, зарядные устройства, измерительная техника. Если в источниках питания зачастую можно обойтись компонентами с не слишком высокими характеристиками, то в измерительной технике характеристики ИОН могут иметь определяющее значение. Особенно важны температурный дрейф и уровень шумов, значение которых возрастает с повышением точности измерительного устройства. Для обеспечения дополнительной температурной погрешности в схеме с 14-разрядным АЦП, равной 0,5 МЗР в диапазоне температур от –40 до +85 °С, ТКН ИОН должен быть не более 0,5 млн–1/°С [2]. На рис. 3 показана схема линейного стабилизатора напряжения с использованием NCP100. В [4] приведен пример использования микросхемы VRE3050 в качестве ИОН для 16-разрядного АЦП.

Рис. 3

Ранее речь шла об интегральных ИОН, вся схема которых выполнена в одном кристалле. Фирмой Thaler по технологии гибридных интегральных схем выпускаются ИОН с исключительно высокими характеристиками. В качестве примера в таблицу 4 включены характеристики микросхемы VRE3025.

Кроме отдельных ИОН производится ряд комбинированных микросхем, сочетающих в себе ИОН с операционными усилителями или компараторами.

Литература

  1. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. М.: Издательский дом «Додека-XXI». 2005.
  2. Miller P., Moore D. Precision Voltage Reference. SLYT183. Texas Instruments Inc.
  3. Шитиков А. Выбор источника опорного напряжения // Электронные компоненты. 2002. № 3.
  4. The Effect of Long-Term Drift on Voltage Reference. Application Notes AN-713. Analog Devices Inc.
  5. Miller P., Moore D. The Design and Performance of a Precision Voltage Reference Circuit for 14-bit and 16-bit A-to-D and D-to-A Converters. SLYT168. Texas Instruments Inc.

Поэкспериментируйте со схемами TL431 в качестве шунтирующих регуляторов и т. д.

Давайте поэкспериментируем со схемой TL431 вместо стабилизатора на стабилитроне. Вы использовали стабилитрон раньше? Эта ИС работает так же, но более эффективно, проста в использовании и недорога. Таким образом, мы часто находим его в различных общих схемах.

Краткое техническое описание TL341

Что такое шунтовой регулятор TL431?

TL431 ХАРАКТЕРИСТИКИ

Для чего его можно использовать?

TL431 распиновка

Эксперимент со схемой TL431

Принцип работы TL431 в качестве стационарного стабилизатора на стабилитроне

Режим стабилитрона с переменным напряжением

Шунтовой стабилизатор 5 В с использованием TL431 схема с использованием TL431

Схема детектора напряжения Logic

Related Posts

Краткое описание TL341

Прежде чем что-либо использовать, мы должны сначала изучить его основы, TL431 не является исключением.

Что такое шунтирующий регулятор TL431?

Это трехконтактный программируемый прецизионный шунтовой регулятор IC

TL431A имеет программируемое значение Vref (опорное напряжение) от 2,5 В до 36 В только с двумя внешними резисторами. Эти компоненты регулируют рабочий ток в широком диапазоне от 1,0 мА до 100 мА с типичным динамическим сопротивлением 0,22 Ом.

Указана термическая стабильность при применимой температуре, опорном входном напряжении 2,520 В, выходном напряжении до 40 В и допуске 1%.

Когда Vref получает напряжение 2,5 В, его выходная цепь дает резкое включение, что делает его отличным выбором вместо Стабилитронов во многих случаях.

TL431 Особенности
  • Программируемое выходное напряжение до 40 В
  • Гарантировано 0,5%. Температурный коэффициент полного диапазона
  • 50 PPM/°C
  • Температурная компенсация для работы свыше
  • Полный диапазон рабочих температур
  • Низкое выходное шумовое напряжение
  • Быстрое срабатывание при включении
  • TO-92, SOT-89 или SOT-23 61 3L Package

    9

    Для чего его можно использовать?
    • Шунтовой регулятор
    • Прецизионный сильноточный серийный регулятор
    • Сильноточный шунтирующий регулятор
    • Цепь ломика
    • ШИМ-преобразователь с эталоном
    • Монитор напряжения
    • Прецизионный ограничитель тока

    Узнать другие спецификации ЗДЕСЬ

    Мы часто встречали TL431 в импульсных источниках питания, зарядных устройствах, цифровых устройствах напряжения и т. д. В этом эксперименте мы взяли его из цифрового телевизора. верхняя коробка, в секции блока питания 5В. К счастью, TL431 все еще работает.

    Распиновка TL431

    Посмотрим на форму пакета TO-92. Благодаря простоте использования, форма аналогична 2Н39.04, распиновка TL431 смотрите ниже.

    Когда мы смотрим на переднюю часть и выводы TL431:

    • Центр Анод, он представлен буквой A.
    • Слева Справочник, он представлен буквой R
    • Справа Катод , он представлен буквой K.

    Далее мы будем называть его в кратких формах R, K и A.

    Затем посмотрите на упрощенную блок-схему. Похоже, что внутри TL431 находится много компонентов, включая компараторный операционный усилитель, опорное напряжение, транзисторы и многое другое. Таким образом, он имеет более высокий КПД, чем стабилитрон.

    Эксперимент со схемой TL431

    Мы считаем, что обучение с помощью экспериментов приводит к большему пониманию.

    Мы можем использовать его в качестве линейного стабилизатора разными способами, например:

    Как TL431 работает в качестве стабилизатора с фиксированным стабилитроном

    Во-первых, попробуйте базовую схему шунтирующего стабилизатора напряжения. Смотрите в схеме.

    Принцип работы TL431 в качестве стационарного стабилизатора на стабилитроне

    Похоже на стабилизатор на стабилитроне, R подключен к K.

    Обладает большей температурной стабильностью, чем диод Зенера. Мы должны выбрать значения резистора R1, чтобы ограничить Ik между 20 мА и 40 мА.

    Электрический ток течет через резисторы R1 и IC1 на землю. TL431 будет поддерживать фиксированное напряжение на уровне 2,5 В.

    Моя дочь измеряет выходное напряжение (Vout) около 2,5 В, как описано выше. Итак, опорное напряжение составляет 2,5 В.

    Выходной ток почти IR1 (ток через R1). Потому что IK (ток через IC) очень мал.

    Мы можем легко найти I R1 или I из .

    I R1 = (V в — V OUT ) R1

    I R1 = (12 В — 2,5 В) 330 Ом

    = 0,0287A

    . , он показывает 0,029А, в соответствии с принципом.

    Режим стабилитрона с переменным напряжением

    Если нам нужен выход 3 В, мы используем делитель напряжения с R1 и R2, чтобы сравнить напряжение между опорным и выходным напряжением.

    Выходное напряжение можно найти из:

    Vout = (1 + R1/R2) * Vref

    = {1+(10K/39K)} * 2,5 В

    = 3,141 В

    Установите выходное напряжение TL431 с резистор делителя R1 и R2

    Но мы измеряем выходное напряжение 3,06В. Это работает.

    Шунтовой регулятор 5В с использованием TL431

    Также, если мы хотим выход 5В. Меняем R1 и R2 на 10К. См. схему ниже.

    Выходное напряжение 5В. Выходной ток зависит от Vin. Вин от 11В до 18В. Например, Вин это 12В, Iвых = (Вин – ВК) R1

    = (12-5В) * 330 = 21мА. Если Vin равно 18 В, Iout увеличится до 39 мА.

    Если нам нужны другие напряжения, можно изменить R2 и R3 по формуле выше. C1, C2 и C3 используются для фильтрации напряжения постоянного тока и поддержания низкого уровня шума и пульсаций.

    Схема регулируемого регулятора с использованием TL431

    Для некоторых уровней выходного напряжения мы с трудом находим правильные значения для R1 и R2. Итак, мы должны использовать потенциометр, чтобы помочь.

    В приведенной ниже схеме мы используем потенциометр 100K для регулировки опорного напряжения. Если вам нужен выход 5 В, отрегулируйте VR1 примерно по центру. Таким образом, эта ИС лучше, чем стабилитрон для стабильного переменного опорного напряжения.

    Серийный регулятор на транзисторе

    Обычно ток TL431 не превышает 100 мА. но если нам нужен более высокий ток, например 500 мА, 1 А, 3 А и т. д., мы можем использовать транзистор с последовательным проходом для увеличения тока, тем самым превратив наш шунтирующий регулятор в последовательный регулятор.

    В приведенной ниже схеме выходное напряжение составляет 5 В при токе около 0,5 А.

    Теперь давайте посчитаем простое значение компонентов.

    Q1:

    Выбираем BD139, 1.5A 80V NPN транзистор. В этом случае он может управлять током. Его коэффициент усиления hFE составляет 100 мин.

    Из-за потери напряжения на B-E транзистора Q1 около 0,6В. Напряжение на B (VB) транзистора должно быть смещено примерно до 0,6 В.

    Например, если на выходе 5 В, напряжение на B должно быть 5,6 В.

    R3:

    Ток, протекающий через R3, является базовым током (IB) транзистора Q1.

    Поскольку ток, протекающий через K-A микросхемы IC1, очень мал. Мы так считаем только ИБ.

    Но ИБ должен быть не более 40мА.

    IB = IC/hFE

    Известно IC = Iвых = 0,5 А, hFE = 100

    Итак, IB = 0,5 А / 100

    = 5 мА

    R3 = (Vin-VB)/IB

    2 Известно Vin = 12 В, VB = 5,6 В, IB = 5 мА

    Итак, R3 = (12 В-5,6 В)/5 мА

    = 1,28 К

    Но вместо этого мы выбираем резистор 1 кОм. Итак, ток ИБ увеличился примерно до 7мА

    R1, R2

    Подбираем резисторы R1=12К и R2=10К. Затем вычисляем выходное напряжение.

    Vвых = 1+ (R1/R2) * Vref

    Откуда: R1, R2 = 10K, Vref = 2,5В

    Таким образом, Vвых = 1 + (12K/10K) * 2,5В

    Vвых = 5,5В

    Затем проверьте эту схему на макетной плате и измерьте напряжение, оно около 5В. Затем подключите резистор 10 Ом 10 Вт в качестве нагрузки, измерьте его ток, он должен использовать ток около 0,5 А.

    Если вам нужен выходной ток 1А. Вы можете изменить R3 на более низкое сопротивление, например, 470 Ом, 330 Ом и т. д. Но оно не должно быть ниже 330 Ом, иначе ток, протекающий через TL431, будет слишком большим.

    Если вам нужно больше 1А, но должно быть в пределах 2А. Вы можете заменить транзистор Q1 на TIP41 или 2N3055.

    Но если вам нужен ток более 3А, вы можете вместо него использовать транзистор Дарлингтона.
    Мы хотели бы показать вам, как это работает, во всех подробностях, но это должно быть в следующий раз.

    Цепь детектора напряжения 2,5 В с использованием TL431

    Проверить, исправен он или нет

    Мы вытащили эту микросхему из старой печатной платы. Но мы не уверены, работает ли он до сих пор или нет. Его нельзя проверить обычным мультиметром. Но мы можем использовать его для создания простейшей схемы, чтобы определить, будет ли она работать.

    Эта «простейшая схема» представляет собой схему детектора напряжения 2,5 В.
    Его основной принцип состоял только в том, что напряжение на R превышало 2,5 В, вызывая протекание тока от K к A этой ИС, что аналогично тому, как работает обычный стабилитрон.

    Попробуем создать эту схему.

    Ток течет через R1 и VR1 на землю, они являются цепями делителя напряжения. Мы измеряем напряжение между резистором R и землей.

    Сначала VR1 устанавливается на самое низкое значение, что означает, что напряжение также является самым низким. При этом светодиод гаснет.

    Затем регулируем VR1, напряжение выше до 2,5В. Ток может течь через K к A, вызывая свечение LED1.

    R2 ограничивает ток для LED1.

    Существует более простая версия.

    Схема детектора напряжения Logic

    Эта схема используется для обнаружения логики в цифровой схеме с несколькими компонентами, состоящей всего из 2 частей. Для него требуется блок питания 5В.

    Когда входная логика «Низкая», на выходе получается 5 В.
    С другой стороны, если входная логика «высокая», на выходе получается 1,8 В.

    Спасибо за полезную информацию:

    • TL431 Регулятор напряжения IC подробнее в техническом плане.
    • Эксперименты с шунтирующим регулятором TL431A. Читать дальше

    Заключение

    Из всех наших экспериментов выше мы выяснили, что TL431 обладает высокой эффективностью. Мы планируем интегрировать его в другие типы схем/мини-проектов, такие как зарядные устройства, таймеры, импульсные источники питания и многое другое. Если мы закончим тщательное тестирование, мы сообщим вам по электронной почте, поэтому, пожалуйста, следите за обновлениями.

    Апичет Гарайпум

    Я люблю электронику. Я изучил их, создавая проекты «Электронные схемы» и «Простые», чтобы учить своих детей. Самое главное, я надеюсь, что наш опыт на этом сайте будет вам полезен.

    Спасибо за поддержку. 🙂

    Похожие посты

    ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

    Я всегда стараюсь делать электронику Обучение легким .

    Переключатель шунтирующего регулятора TL431. Дизайнерский трюк 4 — Блог Мохана по электронике

    Д. Моханкумар


    Одним из простых способов защиты цепей от перенапряжения является использование микросхемы шунтирующего регулятора TL431 для отключения нагрузки, если напряжение превысит заданный уровень. В нерегулируемом источнике питания, если напряжение в первичной обмотке понижающего трансформатора увеличивается, соответствующее увеличение напряжения возникает и во вторичной обмотке. Это может серьезно повлиять на схему, если в ней используются полупроводники, чувствительные к напряжению.0033 регулируемый прецизионный стабилитрон , а его выходное напряжение можно установить в диапазоне от 2,5 до 36 вольт с помощью делителя напряжения. Он может функционировать как стабилитрон , но с точностью.

    Делитель напряжения состоит из переменного резистора 22К и двух резисторов 1,5К. Напряжение на контакте регулировки шунтового регулятора можно регулировать с помощью переменного резистора . Нагрузка подключена через Общий и НЗ контакты реле, чтобы нагрузка получала питание от источника питания при выключенном шунтирующем регуляторе. Если входное напряжение возрастает выше заданного уровня (установленного на 22К), регулятор закрытия срабатывает на срабатывание PNP-транзистора (BC557). Реле подает питание и отключает питание нагрузки. Поскольку зуммер подключен к нормально разомкнутому контакту реле, он звучит при включении реле и указывает на перенапряжение.

    Используйте регулируемый источник питания для установки точки срабатывания. Подайте на 14 вольт (10 В в источнике питания 9 вольт) и регулируйте переменный резистор 22 кОм до тех пор, пока реле не сработает и не подаст звуковой сигнал. После настройки подключите цепь к источнику питания и нагрузке, как показано на схеме.

    Штырьковое соединение TL431

    Примечание: Фактический символ шунтового регулятора не используется на схеме из-за его отсутствия в программе рисования. Фактический символ показан выше.
    TL431 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

    Нравится:

    Нравится Загрузка…

    Опубликовано в Статьи, Схема, Компоненты, Дизайн, Электроника, Теория электроники, Домашние схемы, Как работают компоненты, Источник питания, Методы, Утилиты, Теги: Регулируемый шунтовой регулятор, Шунтовой регулятор, Шунтовой регулятор IC, TL431, Регулятор напряжения

    • 2 725 939
    Ищи:
    facebook.com/Hobby-Kits-1678829222332062/»> Наборы для хобби на Facebook
    • Монитор заряда литиевой батареи
    • Беспроводной генератор электроэнергии
    • Сенсорный активированный переключатель
    • Датчик движения
    • Солнечный уличный фонарь
    • Компьютер SMPS Как это работает
    Вход в электронную библиотеку Выбрать месяц Август 2021 Июль 2021 Июнь 2021 Май 2021 Январь 2021 Сентябрь 2020 Июнь 2020 Апрель 2020 Июль 2019Май 2019 Январь 2019 г. июль 2018 г. июнь 2018 г. Октябрь 2017 г. Сентябрь 2017 г. Март 2017 г. Октябрь 2016 август 2016 г., июль 2016 г., июнь 2016 г., май 2016 г., апрель 2016 г., февраль 2016 г. 2016 г., ноябрь 2015 г. Октябрь 2015 г. Сентябрь 2015 г. Август 2015 г., июнь 2015 г. Ноябрь 2014 г., июнь 2014 г., май 2014 г. Январь 2014 г. Декабрь 2013 г. Октябрь 2013 г. Сентябрь 2013 г. Февраль 2013 г. Январь 2013 г. Декабрь 2012 г., ноябрь 2012 г., октябрь 2012 г., сентябрь 2012 г., август 2012 г. , июль 2012 г., май 2012 г., апрель 2012 г. Март 2012 г., февраль 2012 г., январь 2011 г., декабрь 2011 г., ноябрь 2011 г., 2011 г., август 2011 г. 2011 г. 2011 Июль 2011 г. Июнь 2011 г. Май 2011 г. Апрель 2011 г. Март 2011 г. Февраль 2011 г. Январь 2011 г. Декабрь 2010 г. Ноябрь 2010 г. Октябрь 2010 г. Сентябрь 2010 г.0002 Для этого слайд-шоу требуется JavaScript.

    Введите адрес электронной почты, чтобы получать обновления

    Адрес электронной почты:

    Присоединяйтесь к 2195 другим подписчикам

    Получить схему
    Спроси что-нибудь. Мы ответим
    Учись, пиши, впечатляй
    Сконструируй схему, Интересно

    • Компьютер SMPS Принцип работы

    • 10 Недостатки разрешения детям иметь сотовые телефоны в школах

    • Электронный счетчик электроэнергии

    © Д. Моханкумар – dmohankumar.wordpress.com. 2021

    Несанкционированное использование и/или копирование этого материала без письменного разрешения автора и/или владельца этого блога строго запрещено. Выдержки и ссылки могут быть использованы при условии полного и четкого указания авторства D.Mohankumar и dmohankumar.wordpress. com с соответствующим и конкретным направлением к исходному контенту.

    Нет предстоящих событий

    • Угол проекта
    • О
    • Колонка для начинающих
    • Биология
    • Расчеты
    • Схемотехника
      • Как определить номинал пронумерованного конденсатора
    • Схемы
    • Компьютер и Интернет
    • Контакт
    • CSIR — страница экзамена UGC
    • Экзаменационный лист CSIR-UGC NET 1
    • Спецификации
    • Легкая электроника
    • Электроника
      • Вива Пейдж
    • Теория электроники
    • Факты по биологии
    • Факты об электронике
    • Факты, которые нужно знать
    • Обратная связь
    • Обсуждение форума
    • Схемы для хобби
    • Домашние цепи
    • Как это работает
    • Изображения компонентов
    • Инвертор, аккумулятор и зарядное устройство
    • Лабораторное руководство
    • Науки о жизни
    • Мини-проекты
    • ПРОЕКТ МОБИЛЬНОЙ ЖУКИ
    • Ссылки Мохана
    • Самые популярные посты
    • Наиболее часто используемые схемы
    • Онлайн-поддержка
    • Презентация Power Point
    • Быстрые ссылки
    • Быстрые ссылки
    • Рефереры
    • Краткие заметки по биологии
    • Страница студента
    • Советы и рекомендации
    • Верхние цепи
    • Советы по устранению неполадок
    • УГ Стрим
    • Полезные ссылки
    • RT @coastal8049: Ну вот, ребята, сигнал орбитального аппарата #Chandrayaan2 теперь громкий и четкий. #Queqiao виден прямо над ним. DSN24 разогревает с… 3 года назад
    • RT @narendramodi: Большое спасибо @hhshkmohd за его любезное предложение поддержать жителей Кералы в это трудное время. Его озабоченность исх… 4 года назад
    Follow @dmohankumar3My TweetsMOBILE BUG
    • Монитор заряда литиевой батареи 3 августа 2021 г.
    • Беспроводной генератор электроэнергии 7 июля 2021 г.
    • Сенсорный активированный переключатель 3 июля 2021 г.
    • Датчик движения 3 июля 2021 г.
    • Солнечный уличный фонарь 27 июня 2021 г.
    • Датчик пламени 27 июня 2021 г.
    • Детектор тепла 27 июня 2021 г.
    • Автоматический уличный свет 25 июня 2021 г.
    • Зарядное устройство для ионно-литиевых аккумуляторов Cc Cv 29 мая 2021 г.
    • Как обслуживать трубчатую батарею 29 мая 2021 г.
    • Тестер непрерывности 29 января 2021 г.
    • Охранник шкафчика 28 января 2021 г.
    • Генератор мульти сирен 28 января 2021 г.
    • Индикатор зарядки аккумулятора 28 января 2021 г.
    • Звонок с датчиком движения 26 января 2021 г.
    • Сильноточный переменный источник питания 26 января 2021 г.
    • Тестер пульта дистанционного управления телевизором 26 января 2021 г.
    • Bluetooth-динамик 25 января 2021 г.
    • Мини аварийное освещение 25 января 2021 г.
    • Необычная светодиодная мигалка 24 января 2021 г.
    • Сигнализация о переполнении резервуара для воды 24 января 2021 г.
    • Солнечный садовый свет 21 января 2021 г.
    • Мигающая лампа переменного тока 20 января 2021 г.
    • Простая пожарная сигнализация 19 января 2021 г.
    • Автоматический ночной светодиод 19 января 2021 г.
    • Автоматическое наружное освещение 19 января 2021 г.
    • Мигающий индикатор питания 19 января 2021 г.
    • LM 317 Переменный источник питания 18 января 2021 г.
    • Индикатор уровня заряда батареи 3,7 В 17 января 2021 г.
    • Ночной светодиод с питанием от сети переменного тока 17 сен 2020
    • Точное значение резистора для светодиода мощностью 1 Вт 16 сен 2020
    • Усилитель постоянного тока постоянного тока с вольтамперметром 16 сен 2020
    • Простой сигнал тревоги при сбое питания 13 сен 2020
    • PIR-светильник с питанием от сети переменного тока 13 сен 2020
    • Цифровой вольтамперметр и его подключения 12 сен 2020
    • Зарядное устройство для свинцово-кислотных и трубчатых аккумуляторов 12 сен 2020
    • Простой тестер линии 11 сен 2020
    • Диспенсер для бесконтактного жидкого мыла 8 июня 2020 г.
    • Пятиступенчатый индикатор уровня воды – школьный проект 1 30 апр 2020
    • Чувствительная пожарная сигнализация 5 июля 2019 г.
    • Сигнал тревоги о переполнении резервуара для воды 4 июля 2019 г.
    • Свет датчика движения 28 мая 2019 г.
    • Триггер Шмитта операционного усилителя 27 мая 2019 г.
    • Компаратор напряжения 27 мая 2019 г.
    • Светодиод состояния питания 27 мая 2019 г.
    • светодиод в сети переменного тока 16 мая 2019 г.
    • Защита от перенапряжения 15 мая 2019 г.
    • Простой сигнал тревоги при сбое питания 14 мая 2019 г.
    • Система сигнализации об утечке газа 13 января 2019 г.
    • Система наблюдения за домом на основе ИК-датчика 13 января 2019 г.
    Светодиод 1 Вт Конденсатор переменного тока Автоматический свет зарядное устройство зарядка батареи Обслуживание батареи Монитор батареи до н.э.547 547 г. до н.э. до н.э.557 Двоичный счетчик Bluetooth конденсатор Конденсаторный блок питания CD4060 Сотовый телефон компьютер Аварийная лампа ЭДС Пожарная тревога флэш-память IC555 Инфракрасный Интегральная схема ИК-светодиод ИК-датчик ЖК ЛДР Свинцово-кислотный аккумулятор ВЕЛ Светодиодная лампа Светодиодный светодиодный резистор Светодиод Жидкокристаллический дисплей Литий-ионный аккумулятор ЛМ3914 Мобильный телефон Мобильный телефон Моностабильный МОП-транзистор комар Фотодиод Фототранзистор Пьезоэлектричество Пьезоэлемент ИК-датчик Пиксель Сила Источник питания Регулируемый источник питания Реле Резистор триггер Шмитта СКВ Интеллектуальная карточка SMPS солнечная батарея Солнечная батарея Солнечная энергия Солнечная панель Защита от шипов стресс термистер Бестрансформаторный блок питания симистор ТСОП 1738 трубчатая батарея УЗИ Видимый спектр Напряжение белый светодиод Белая светодиодная лампа X номинальный конденсатор Zener

    Смещение TL431 для улучшения выходного импеданса

    TL431 — хорошо известная интегральная схема опорного напряжения, используемая в контурах обратной связи импульсных источников питания (SMPS). Сочетая в себе опорное напряжение и усилитель ошибки с открытым коллектором, он предлагает такие преимущества, как простота реализации и низкая стоимость. Несмотря на его широкое применение в промышленности, некоторые разработчики до сих пор пренебрегают контролем тока смещения устройства с помощью внешнего резистора, тем самым ухудшая окончательные характеристики. На рис. 1 показана упрощенная схема TL431 с опорным напряжением и усилителем ошибки, управляющим транзистором NPN.

    Блок питания представляет собой закрытую систему, в которой часть выходного напряжения сравнивается с опорным значением, В REF в TL431. Упрощенная модель постоянного тока SMPS представляет собой топологию обратного хода, в которой V OUT сравнивается с V REF через резистивный делитель, на который влияет коэффициент передачи α (, рис. 2, ). Теоретическое напряжение, ожидаемое от такой конфигурации, равно V REF /α. К сожалению, вся цепочка усиления и различные импедансы будут влиять на это значение. Написание определения выходного напряжения, где каждая греческая буква соответствует коэффициенту усиления, а R SOL к выходному импедансу без обратной связи:

    V OUT = (V REF -αV OUT )(βG-R SOL )V 0 70153 OUT OUT 1

    В ВЫХ = В REF βG/(1+αβG+R SOL /RL) Экв. 2

    The static error is defined by ε, which is:

    ε = V REF /α-V OUT

    or

    ε = V REF (R SOL +RL )/α(R SOL +αβGRL+RL Экв. 3

    Согласно уравнению 3 увеличение коэффициента усиления β помогает уменьшить статическую ошибку, которая в конечном итоге влияет на точность выходного напряжения. Другим важным параметром, на который влияет контур усиления, является выходное сопротивление. Выходное сопротивление системы можно рассчитать разными способами. Любой генератор можно свести к его тевенинскому эквиваленту; то есть напряжение источника V ом (V OUT измерено без нагрузки — обрыв цепи — или R L = ∞ в уравнении. 2), за которым следует выходное сопротивление R ом , которое можно рассчитать. Один из вариантов состоит в расчете резистора R L , который после подключения между выходом и землей уменьшит V th до V th /2. Во-первых, определите резистивный делитель с R L , равным R th : R th — выходное сопротивление замкнутого контура, также называемое R SCL , которое необходимо найти. Это можно сделать быстро с помощью уравнения. 2, полагая RL = ∞:

    V th /2 = V OUT (R L ), т.е. какое значение R L будет делить напряжение Тевенина на 2?

    V REF βG/(1+αβG)/2 = V REF βG/(1+αβG+R SOL /RL)

    RL = R SCL = R SOL /(1+αβG) Ур. 4 и 5

    Уравнение 5 иллюстрирует следующее:

    • Если усиление усилителя ошибки по постоянному току, β dc высокое, то R SCL близко к нулю.

    • Поскольку обратный путь обратной связи β(p) компенсируется, когда усиление становится низким с увеличением частоты, R SCL начинает расти. Сопротивление, значение которого увеличивается с частотой, выглядит как индуктивность.

    • Когда коэффициент усиления β(p) упал до нуля, система демонстрирует тот же выходной импеданс (R SOL ), что и при отсутствии обратной связи (т. е. система работает без обратной связи).

    Вот почему большинство разработчиков SMPS используют большое усиление по постоянному току: во-первых, чтобы уменьшить статическую ошибку ε, а во-вторых, чтобы уменьшить динамическое выходное сопротивление преобразователя. Здесь усиление по постоянному току будет обеспечиваться TL431. Его можно подключить в конфигурации шунтового регулятора, используя оптопару NCP1200 между входным и выходным каскадами ( Рис. 3 ).

    Предположим, что резистор смещения R отсутствует. Сначала рассчитаем резисторы сети делителя R выше и R ниже . Для этого выберите ток моста I b больше, чем ток смещения опорного вывода TL431, равный 6,5 мкА (макс.), чтобы минимизировать ошибку, возникающую в R и из-за этого смещения. Выберите I b = 1 мА для выходного напряжения 12 В. Поскольку TL431 налагает 2,5 В на низкий уровень R , то при токе 1 мА, накладываемом R upp , R low становится 2,5 В/1 мА = 2,5 кОм. Тогда R upp просто равно 12 В — 2,5 В/1 мА = 9,5 кОм.

    Можно выбрать меньшие токи смещения, чтобы уменьшить мощность в режиме ожидания в условиях холостого хода. Как только значение моста выбрано, следующим является значение для R S . R S должен обеспечивать ток, достаточный для снижения напряжения на коллекторе оптопары (или на выводе обратной связи) ниже 1,2 В, чтобы инициировать цикл пропуска при работе без нагрузки. Внутри оптопары NCP1200 имеется подтягивающий резистор 8 кОм от контакта 2 к внутреннему опорному напряжению 5 В. Если ток обратной связи составляет 475 мкА, чтобы вывести на вывод 2 напряжение 1,2 В (V контакт 2 = 5 — (475 мкА × 8 кОм), то, учитывая наихудший коэффициент передачи тока (CTR) 50% для оптопары, Rs должно быть меньше, чем (V OUT — 2,5 В- 1 V)/950 мкА < 8,94 кОм: выберите значение 8,2 кОм. Значение 2,5 В связано с тем, что минимальное напряжение катод-анод не может быть ниже 2,5 В для TL431, а прямое падение напряжения на светодиоде составляет 1 В.

    При включении резистора 8,2 кОм последовательно с TL431 и наихудшем случае CTR 150 % (случай, противоположный предыдущему, означающий, что в светодиоде требуется меньший ток), могут возникнуть различные сценарии:

    • Условия легкой нагрузки: I FB = 475 мкА, затем I L = 475 мкА/1,5 = 316 мкА.

    • Условия умеренной нагрузки, В FB = 2,3 В, I FB = 337,5 мкА, затем I L = 337,5 мкА/1,5 = 225 мкА.

    • Условия большой нагрузки, В FB = 3 В, I FB = 250 мкА, затем I L = 250 мкА / 1,5 = 166 мкА.

    Это показывает, что ток смещения TL431 зависит не только от тока нагрузки, но и от CTR оптопары. И ничего не выиграешь, уменьшив R s , потому что важен ток внутри светодиода, чтобы зафиксировать правильное напряжение обратной связи на стороне контроллера. Проблема проектирования в этом случае исходит из технического описания TL431: вы должны подавать ток смещения более 1 мА, чтобы воспользоваться различными гарантированными характеристиками, среди которых коэффициент усиления TL431. Если TL431 не смещен должным образом, это ухудшит усиление разомкнутого контура β из предыдущих уравнений: ε увеличивается, а R SCL увеличивается.

    К счастью, ток смещения можно подать извне через резистор R смещение . Этот резистор будет рассчитан на худший случай; то есть при высокой нагрузке (и самом высоком CTR), как показано в сценарии 3, потому что недостаток тока там самый большой. В этой ситуации I L = 166 мкА. Следовательно, 166 мкА (8,2 кОм) = 1,36 В падает на R S .

    Если 1 В соответствует прямому падению напряжения на светодиоде, то напряжение на катоде будет: 12 — 1,36 — 1 = 9,64 В. Зная, что напряжение V OUT постоянно на уровне 12 В, можно подать ток 1 мА через смещение R . приведет к смещению R = (12 — 9,64) / 1 мА = 2,36 кОм или 2,2 кОм для нормированного значения.

    Следовательно, установите минимальный ток 1 мА + 166 мкА = 1,16 мА в TL431. В условиях холостого хода 316 мкА по сценарию 1 создают на катоде 12 — (8,2 кОм × 316 мкА) — 1 = 8,4 В, что приводит к общему току смещения, протекающему внутри TL431, равному (12 — 8,4)/ 2,2 к = 1,63 мА плюс фактический ток обратной связи 316 мкА, что составляет 1,95 мА. Это должно быть безопасное значение.

    Проведен эксперимент с блоком питания, построенным на NCP1200 с резистором смещения и без него (здесь 3,3 кОм). На рис. 4 показано влияние резистора.

    В первом случае, без элемента смещения, измеренное выходное сопротивление составило 57 мОм. При подключении резистора смещения это значение упало до 4 мОм.

    В заключение не забудьте правильно сместить TL431 через внешний резистор. Если дополнительный 1 мА на выходе слишком велик (поскольку мощность в режиме ожидания без нагрузки должна быть сведена к минимуму), выберите TLV431 (V REF = 1,24 В) или NCP100 (V REF = 0,7 В), так как они требуют только минимального тока смещения 100 мкА, но имеют более низкие напряжения пробоя. Кроме того, последовательный резистор R S номиналом 8,2 кОм встречается редко, потому что этот резистор в сочетании с нагрузочным резистором коллектора оптопары формирует коэффициент усиления по постоянному току. Значения около 1 кОм или немного выше являются более типичными значениями.

    Для получения дополнительной информации об этой статье, CIRCLE 339 на сервисной карте считывателя

    Примеры схем TL431 с фиксированным или переменным выходным напряжением

    Цепи TL431

    26. 09.2021 | Просмотров: 3162 | Схемы | автор: ELECTRONOOBS

    Доля

    Несколько недель назад мы сделали это зарядное устройство и схему защиты, которая отсекала напряжение, когда оно достигало 4,2 В. Чтобы сделать эту схему, я использовал диод Зенера, TL431, но я никогда не объяснял вам, как работает этот компонент и что еще он может сделать. На самом деле это диод Зенера с переменным эталоном.0034, и его можно использовать во многих цепях. Сегодня я покажу вам несколько примеров схем, которые вы можете сделать с помощью этого компонента, и вы увидите, насколько полезным он может быть для многих приложений. Ограничитель тока с фиксированным значением, опорное напряжение или опорное переменное напряжение, его можно использовать в качестве защиты от пониженного или повышенного напряжения, а также в качестве таймера задержки и многого другого. Так что оставайтесь до конца видео и узнайте все об этом компоненте и посмотрите все примеры, которые я вам покажу. Итак, приступим.

    Часть 1. Как работает обычный стабилитрон?

    Обычный диод ZENNER можно подключить, как показано ниже. Обычный диод ZENNER обычно имеет эталонное напряжение, которое мы можем найти в техническом описании. Если это опорное напряжение составляет, например, 5 В, то, что этот компонент будет делать в приведенной ниже конфигурации, будет позволять необходимому количеству тока проходить на землю таким образом, чтобы выходное напряжение регулировалось на уровне 5 В. Но если вы хотите другое напряжение на выходе, вам нужно заменить диод на тот, который имеет это опорное напряжение. Вот почему мы используем TL431, потому что у этого есть v переменное регулируемое напряжение , которое можно изменить на третьем выводе.


    Часть 2 — Фиксированный выход при 2,5 В

    Итак, давайте посмотрим на первую схему с этим компонентом. Как видите, в отличие от обычного диода с 2 контактами, у этого диода 3 контакта, анод, катод и опорное напряжение. Так что из предыдущей схемы мы можем сделать ту, что ниже. Проблема в том, что TL431 мог потреблять максимум всего 100мА , при большем — сгорит. И опорное напряжение могло быть от 2,5 В до 36 В . Так что с этой схемой прямо сейчас, так как ссылка подключена к выходу, значение будет минимальным напряжением TL431, которое составляет 2,5 В. Чтобы ограничить ток и не сжечь микросхему, у меня на входе стоит резистор 330 Ом. Таким образом, ток, проходящий через микросхему, составляет 29 мА при входном напряжении 12 В. Я смонтировал эту схему на макетной плате, и, как вы можете видеть, на вход подается 12 В. Но если я измеряю выход, он стабилен на уровне 2,5 В.

    Часть 3 — вывод любого значения Fexed

    Но теперь, что, если я хочу, чтобы выход отличался от 2,5 В. Давайте посмотрим второй пример. Ну и вместо подключения опорного вывода на выходе добавляем делитель напряжения . Теперь выходное значение будет равно 2,5 В, умноженным на 1 плюс отношение между этими двумя резисторами. Так, например, если оба резистора по 10 кОм, выходное значение будет 2,5, умноженное на 2, то есть будет 5 В. Изменяя значение этих резисторов, вы можете получить любое выходное напряжение от 2,5 до 36 В, но, очевидно, имейте в виду, что выходное напряжение не может быть выше входного. У меня такая же схема установлена ​​на моей макетной плате. Как видите, на этот раз выходное напряжение составляет 5 В, а входное — 12 В. Вы можете использовать эту микросхему в качестве опорного напряжения с фиксированным значением для аналогового считывания Arduino, если хотите. Если вам нужно, например, фиксированное значение 3 В, вы меняете сопротивления и подключаете этот выход к выводу Aref платы Arduino. Хорошо, что 5V 9Выход 0033 не изменится, если изменится вход , как вы можете видеть, я изменил вход на 25 В, а выход по-прежнему 5 В.


    Часть 4. Переменное выходное напряжение

    Но теперь, для третьего примера, вместо добавления резисторов с фиксированным номиналом давайте добавим потенциометр. Теперь мы можем изменить выходное значение, просто изменяя значение потенциометра. Здесь у меня есть эта простая схема, установленная на моей макетной плате. Как видите, с помощью потенциометра я могу изменить значение на выходе. Этот выход не зависит от входа. Как видите, я меняю вход, но выход остается стабильным при том же значении, поскольку ИС регулирует, потребляя больше или меньше тока.

    Часть 5 — Смотрите полное видео

    Как видите, вы можете использовать TL431 в качестве источника опорного напряжения, а также в качестве выходного сигнала переменного напряжения. Надеюсь, вам понравился этот урок, и, возможно, вы узнали что-то новое. Если мои видео помогут вам, поддержите мою работу на моем PATREON или сделайте пожертвование на моем PayPal. Еще раз спасибо и увидимся позже, ребята.

    26. 09.2021 | Просмотров: 3162 | Схемы | автор: ELECTRONOOBS

    Share



    Voltage Regulators II

    Voltage Regulators II
     Elliott Sound Products Regulators Part II 

    Copyright © December 2021, Rod Elliott

    Main Index Указатель статей
    Содержание
    • Часть 1 — Регуляторы напряжения и тока
    • Преамбула — Использование регулируемых источников питания
    • Introduction
    • 1 — Reference Voltage
    • 2 — Basic Regulators
    • 3 — Current Limiting
    • 4 — Feedback Regulators
    • 5 — Transformer And Capacitors
    • 6 — Increasing The Voltage
    • 7 — Increasing The Current
    • 8 — Слон в комнате
    • 9 — Усовершенствованные регуляторы
    • 10 — Источник и сток тока
    • 11 — Использование МОП-транзисторов
    • Выводы
    • Ссылки
    Преамбула. Использование регулируемых расходных материалов

    Помимо использования в оборудовании (что является основной темой здесь), регулируемые расходные материалы являются очень удобными элементами испытательного оборудования. В идеале тестовый источник питания должен иметь диапазон напряжений, достаточный для работы со всем, от логических схем до усилителей мощности, предусилителей и любых других электронных схем, которые либо неисправны, либо только что построены. Включение ограничения тока особенно удобно, так как вы можете установить достаточно низкий предел, чтобы он не причинил никакого вреда (предпочтительно менее 100 мА). При медленном увеличении напряжения любая неисправность вызовет очень быстрый рост тока после того, как вы достигнете напряжения, вызывающего проявление неисправности. Очень частым требованием к источникам питания является зарядка аккумуляторов, свинцово-кислотных, никель-кадмиевых, литиевых или металлогидридных элементов и аккумуляторов. Я предлагаю вам также прочитать Bench Supplies — Buy ​​Or Build?, так как есть некоторые важные моменты, а также некоторые дополнительные схемы для рассмотрения.

    Хороший источник питания идеально подходит для зарядки аккумуляторов, так как вы можете самостоятельно установить максимальное напряжение и силу тока. Если батарея (или элемент) полностью разряжена, вы ограничиваете ток заряда до безопасного значения, поэтому выходное напряжение источника питания будет падать, повышаясь по мере зарядки батареи. После зарядки до приемлемого уровня напряжение будет оставаться стабильным, а ток будет падать по мере того, как батарея приближается к полному заряду. Например, чтобы зарядить литий-ионный элемент, вы должны установить напряжение холостого хода на 4,2 В, а ток, возможно, на 1/10 C (т. ч ячейка).

    При тестировании аудиооборудования вы можете убедиться, что цепь потребляет надлежащее количество тока (это зависит от схемы) и не дает сбоев при достижении подходящего рабочего напряжения. Выходное напряжение (для цепей с двойным питанием) должно быть близким к нулю вольт, и если у вас есть хотя бы пара доступных ампер, даже тесты с небольшой громкостью могут быть выполнены с усилителями мощности, подключенными к фиктивной нагрузке или динамику. Вы также можете проверить блоки питания! Регулятор на 15 В должен показывать низкий выходной сигнал до тех пор, пока входное напряжение не достигнет 17 В, после чего выходное напряжение не должно превышать 15 В. Если это так, вы знаете, что сделали ошибку до имеет возможность повредить оборудование, с которым будет использоваться.

    У меня есть несколько разных источников питания, и один или несколько используются почти каждый раз, когда я тестирую новый проект или схемы, показанные в статьях. Они варьируются от фиксированного источника питания ± 12 В в режиме переключения (последовательно для 24 В), фиксированного источника питания в режиме переключения 5 В, переменного источника питания от 0 до ± 25 В с ограничением тока и регулируемого источника переменного тока, который может обеспечить изолированный переменный ток до 50 В и нерегулируемый постоянный ток до ±25В. Тот, который используется, зависит от того, что я тестирую. Когда ничего не помогает, у меня есть другой источник питания (с внешним управлением Variac), который может дать до ±90В при 10А и более. Ничто не будет привязано к этому, пока он не будет проверен как полностью функциональный с одним из других !

    Большинство людей предпочитают импульсный источник питания с высоким током, но они поставляются с ограниченными диапазонами напряжения (наиболее распространенными являются 5, 12, 24 и 48 В). У некоторых есть подстроечный резистор, позволяющий контролировать выходное напряжение в ограниченном диапазоне, у других его нет. Если требуется низкий уровень шума, вы можете использовать импульсный источник питания, за которым следует линейный регулятор, и все схемы, показанные в этой статье, могут быть снабжены входом постоянного тока от подходящего SMPS. Другое дело, сможете ли вы получить необходимое входное напряжение !

    Введение

    Блоки питания (также известные как блоки питания) можно найти повсюду, от больших и внушительных лабораторных блоков до «блоков розеток» (также известных как «настенные бородавки»). Они могут быть регулируемыми или нерегулируемыми, но большинство небольших типов переключателей регулируются, в то время как более старые (на основе трансформатора) источники обычно не регулируются. Когда измерения включены (с подключенным компьютером или без него), они также известны как SMU — исходные единицы измерения. Некоторые общие идеи для настольных блоков питания см. в разделе «Настольные блоки питания — купить или собрать?». Обратите внимание, что это статья, и схемы не являются частью строительного проекта.

    В большинстве случаев, когда кто-то упоминает стабилизаторы напряжения, мы имеем в виду решения на основе интегральных схем. Они были с нами в течение долгого времени, и они идеально подходят для большинства предусилителей и других приложений с относительно низким напряжением (5-15 В) и низким током (менее 1-2 А). Однако также необходимы регуляторы, которые могут обеспечить более высокий ток, более высокое напряжение или их комбинацию. Примером может служить Project 221, который предназначен для того, чтобы вы могли управлять маломощным усилителем твитера от основного источника питания более крупного усилителя.

    Схема, используемая в проекте, преднамеренно очень проста и имеет минимальную защиту, поскольку ее выход не подвергается воздействию внешнего мира (по своей сути враждебное место для электроники). Часто требуется стабилизатор, который может подавать напряжение в диапазоне от 50 до 100 В (иногда больше) и при относительно высоких токах. Даже с линейным стабилизатором нет установленного предела тока, который вы можете получить, но в конечном итоге все сводится к стоимости. У вас может быть подходящий трансформатор и другие детали, и вы по понятным причинам не хотите покупать (или пытаться построить) импульсный источник питания, который может обеспечить, скажем, 80 В при 10 А или более. Это серьезное мероприятие, но довольно простой линейный регулятор может быть возможен из уже имеющихся деталей.

    Эта статья основана на линейных стабилизаторах (без переключателей), которые имеют явное преимущество в том, что они (электрически) бесшумны, чего могут достичь только импульсные стабилизаторы очень сложной конструкции. Однако все линейные стабилизаторы неэффективны и рассеивают значительную мощность при высоком выходном токе. Я собираюсь показать только последовательные регуляторы (в отличие от шунтирующих), которые используют транзистор последовательно с входным питанием и выходом. Я также покажу только положительные стабилизаторы, так как отрицательные типы (при необходимости) просто используют PNP вместо транзисторов NPN (или отрицательные версии стабилизаторов IC, где это применимо), а входные напряжения, диоды и поляризованные конденсаторы меняются местами.

    Базовый регулятор предназначен для обеспечения номинального выходного напряжения 24 В при силе тока до 5 А или около того для большинства показанных дизайнерских идей, но некоторые из них являются переменными. Выходной ток можно увеличить, используя либо последовательно проходные транзисторы с более высоким током, либо используя два или более параллельных транзистора. Для целей описанных идей предполагается, что транзистор с последовательным проходом (TIP35) имеет коэффициент усиления (h FE ) 45, так как это число примерно равно обычному значению (в техническом описании указано, что оно может варьироваться от 15 до 75 с током коллектора 15А, а модель симулятора предполагает h FE на 55). Я также предположил, что транзистор драйвера (в основном BD139) имеет h FE , равный 75. нужен слишком большой ток. Если вы проектируете для «лучшего случая», конструкция может не обеспечить требуемый ток. Устройства TIP35/36 рассчитаны на 125 Вт при 25°C.

    В следующих примерах предполагается, что входное напряжение под нагрузкой составляет 30 В (которое обычно повышается до ~ 35 В без нагрузки), а выходное напряжение номинально составляет 24 В. В простых схемах оно будет ниже, потому что они не имеют обратной связи для корректировки выходного напряжения. Выходной ток может находиться в диапазоне от 1 А до 10 А с целью сохранения рассеиваемой мощности последовательного транзистора ниже 60 Вт, если это возможно.

    С небольшими изменениями любая из показанных схем может работать от входного напряжения до 100 В (с использованием TIP35C) и обеспечивать выходное напряжение от 5 В до 90 В. Выходной ток зависит от количества используемых выходных транзисторов и требуемого тока. Большинство показанных базовых схем рассчитаны на ток до 5 А с номинальным выходным напряжением 24 В, но это произвольный предел, который я установил, чтобы сделать схемы сопоставимыми друг с другом.

    Мало кто это скажет, но в большинстве приложений регулирование не требуется. Мы используем регулируемые источники питания для предусилителей, потому что они обеспечивают хорошее питание с низким уровнем пульсаций, которое никогда не подвергает операционные усилители напряжению выше максимально допустимого. Однако не имеет значения, составляет ли напряжение ± 12 В, ± 15 В или медленно колеблется между двумя !   Операционные усилители для звуковой схемы действительно не заботятся ни о фактическом напряжении, ни о том, отличается ли оно между положительным и отрицательным. Мы ожидаем, что будут такими же, но это не имеет значения. В некоторых случаях (особенно для блоков питания) напряжения питания ОУ могут кардинально отличаться. То же самое относится ко многим другим источникам питания, кроме тех, которые используются для прецизионных испытаний и измерительных цепей.

    Соответственно, вполне вероятно, что даже описанные простые схемы окажутся более чем удовлетворительными для многих приложений, где требуется достаточно высокое напряжение и больший ток, чем можно получить от микросхемы стабилизатора с 3 выводами. Ограничение тока может быть полезным, но оно не всегда необходимо, оно усложняет конструкцию и повышает вероятность неправильного поведения при некоторых условиях. Иногда все, что вам нужно, это отключение по перегрузке по току («электронный предохранитель»), реализация которого требует гораздо меньше усилий.

    Поскольку коэффициент усиления транзистора всегда немного похож на лотерею, я провел несколько тестов коэффициента усиления на нескольких транзисторах TIP35C. При токе коллектора 216 мА (в среднем) усиление составило 36. При увеличении тока до 400 мА среднее усиление составило 42, увеличившись до 46 при токе чуть менее 1 А. Наименьшее измеренное усиление составило 25 при 150 мА, а максимальное — 55 при 1,1 А. Это соответствует моим ожиданиям, поэтому смоделированные схемы, показанные ниже, будут работать так, как показано. Конечно, в любой партии транзисторов могут быть «выбросы», которые имеют более высокий или более низкий коэффициент усиления, чем ожидалось (один из них имел коэффициент усиления всего 30 при токе базы 20 мА), и окончательный проект должен это учитывать.

    Во всех показанных примерах резисторы с малым сопротивлением (< 1 Ом) представляют собой проволочные резисторы, обычно 5 Вт керамические. Все низкие значения показаны в мОм, например, 100 мОм равны 0,1 Ом. В большинстве схем вы увидите ссылку на «последовательный» транзистор. Это обеспечивает выходной ток, и (для регуляторов с обратной связью) его базовый ток постоянно контролируется, чтобы обеспечить подачу выбранного напряжения независимо от выходного тока (вплоть до максимально допустимого).

    1 — опорное напряжение

    В любом регуляторе (напряжения или тока) требуется стабильное опорное напряжение. Неважно, является ли выход фиксированным или переменным напряжением, ссылка все равно необходима. Для большинства простых источников питания стабилитрон является самым простым и дешевым, но он не самый точный. Напряжение стабилитрона зависит от его температуры, за исключением стабилитронов на 5,6 В. Есть два тепловых эффекта, которые компенсируют друг друга при использовании стабилитрона на 5,6 В, но это не работает с другими напряжениями. Если вам нужна высокая стабильность, напряжения стабилитрона между 5,1 В и 6,8 В довольно хороши, но такая степень точности не всегда нужна. См. AN008 — Как использовать стабилитроны в разделе «Примечания по применению ESP» для более подробного анализа. Регуляторы IC (включая регулируемые опорные «диоды») используют опорную ширину запрещенной зоны, обычно 1,25 В или 2,5 В.

    В показанных источниках питания используется стабилитрон, и его ток будет варьироваться от максимального значения без нагрузки до минимального значения при полной нагрузке, поскольку последовательному транзистору (транзисторам) требуется базовый ток опорного источника, стабилизированного стабилитроном. Иногда вам может понадобиться использовать (например) пару последовательно соединенных стабилитронов на 12 В, а не один стабилитрон на 24 В (то же самое относится и к другим напряжениям стабилитронов). Стабилитроны всегда должны работать с током от 10% до 50% от номинального (максимум от 4 мА до 20 мА для стабилитронов 24 В, 1 Вт). Работа при более чем 50% номинального тока приводит к тому, что стабилитроны нагреваются, и их трудно эффективно охлаждать.

    Это легко не заметить, особенно когда все кажется таким простым. Рассчитать максимальный ток для любого стабилитрона несложно, зная максимальное рассеивание и напряжение. Например, стабилитрон на 12 В, 1 Вт может выдержать максимальный ток 90 706 83,3 мА …

    I Z = P Z / V Z

    Используя это, вы можете определить, что 12 В, 1 Вт стабилитрон должен нести от 8 мА (10%) до 40 мА (50%) на холостом ходу и при полной нагрузке. Ток стабилитрона максимален без нагрузки, потому что последовательный транзистор (включая транзисторы Дарлингтона и/или параллельные транзисторы) не потребляет ток. Когда ток потребляется нагрузкой, ток базы последовательного транзистора увеличивается, оставляя меньший ток для стабилитрона. Если ток падает ниже 5%, регулирование может быть неблагоприятным.

    Если не обеспечить по крайней мере 5% номинального тока стабилитрона, напряжение может быть ниже ожидаемого. В большинстве спецификаций стабилитронов указывается испытательный ток, который обычно составляет от 5% до 20% от максимального. Точно так же во многих таблицах данных также указано, что максимальный ток примерно на 10% меньше, чем значение, указанное в приведенной выше формуле. Обычно указывается испытательный ток, и обычно это хорошее значение, к которому нужно стремиться. Однако, как уже отмечалось, ток варьируется, поэтому вам нужно найти «золотую середину» (в идеале от 10% до 50% от максимума). Это может быть увеличено до 5–50 %, если вам не удается поддерживать ток выше значения 10 %, не превышая максимум. Между тем, вы должны обеспечить достаточный ток для управления транзистором (транзисторами) последовательного прохода.

    Хотя возможно использовать стабилитрон с максимальной номинальной мощностью, это определенно не рекомендуется. Даже при 50% диод будет сильно нагреваться, поскольку единственный радиатор, к которому он имеет доступ, — это медная дорожка печатной платы или выводы других компонентов, когда печатная плата не используется. Мой тест всегда заключался в том, чтобы выяснить, могу ли я продолжать держать компонент, не выкрикивая «грубое слово» и не роняя его или не отпуская. Это относится практически ко всему, кроме керамических резисторов с проволочной обмоткой. Даже в этом случае избыточное тепло может привести к повреждению материалов печатной платы или других расположенных поблизости деталей (9).0695, особенно электролитические конденсаторы ). Нередко можно увидеть сгоревшие участки на печатной плате под резисторами с проволочной обмоткой, а иногда площадки для пайки и/или дорожки расслаиваются (отделяются от стекловолокна).

    Вместо стабилитрона можно использовать прецизионный источник опорного напряжения, например TL431. Их можно использовать с парой резисторов или резистором и подстроечным резистором, чтобы получить очень точный и стабильный опорный сигнал. Максимально допустимое напряжение 36 В, а максимальный ток 100 мА … но , а не одновременно. Для версии ТО-92 максимальное рассеивание составляет 770 мВт, но было бы неразумно эксплуатировать ИС более 500 мВт, а лучше меньше. Мое предложение было бы около 250 мВт, поэтому при (например) 24 В рабочий ток будет всего 10 мА. Для высокого выходного тока необходим выходной каскад с очень высоким коэффициентом усиления для последовательного проходного транзистора(ов) и их управляющего транзистора. МОП-транзисторы заманчивы, но есть оговорки — см. Раздел 12 — Использование МОП-транзисторов.

    2 — Основные регуляторы

    Общая идея простого регулятора показана на рис. 2.1. Хотя это будет работать, это далеко не идеально, поэтому нам нужно добавить несколько частей для повышения производительности. Если выходной ток не должен быть больше, чем примерно ампер или около того, он выполнит свою работу, но он быстро оказывается недостаточным, если вам нужно больше. Поскольку имеется только один транзистор, R1 должен обеспечить достаточный базовый ток для Q1 , а — для стабилитронов. Даже для выхода 1 А при 24 В (номинальное) с входом 30 В постоянного тока R1 должен обеспечить минимум 50 мА, 28 мА «резервный» ток для стабилитронов и 22 мА для базы Q1. Без нагрузки полный ток проходит через стабилитроны. Проблемы усугубляются, если требуется больший ток.

    Обратите внимание на диод, подключенный к последовательному транзистору. Это сделано для того, чтобы, если (когда) источник питания подключен к источнику напряжения (например, к батарее), но не включен, диод передает напряжение обратно на вход. Включив это, транзистор никогда не может быть смещен в обратном направлении, что может привести к отказу. Он также обходит скачки напряжения (от индуктивных нагрузок, двигателей и т. д.) вокруг транзистора. Это должно быть включено в любой блок питания, даже если он не подвергается воздействию внешнего мира.


    Рисунок 2.1. Базовая схема регулятора

    Как и следовало ожидать, показанная простая схема имеет недостатки. Ток стабилитрона выше, чем должен быть (поэтому используются последовательно два стабилитрона на 12 В) и слишком сильно колеблется в зависимости от нагрузки. Регулирование посредственное, защиты нет. Если выход закорочен, он будет подавать столько тока, сколько сможет, что приведет к почти мгновенному выходу из строя последовательного транзистора. Поскольку управляющий транзистор отсутствует, ток базы, который необходимо обеспечить, сильно различается. Мы должны обеспечить достаточный ток для размещения «типичного» h FE , который, как указано во введении, мы примем равным 45. Это означает, что вам нужен базовый ток 22 мА, поэтому R1 должен быть около 180 Ом (вход 30 В) и рассчитан на мощность не менее 1 Вт. Ток стабилитрона будет 61 мА без нагрузки (вход 35 В) и около 22 мА при полной нагрузке. Также необходимо учитывать более высокое, чем ожидалось, входное напряжение без нагрузки. Если оно исходит от трансформатора, мостового выпрямителя и крышки фильтра, оно поднимется примерно до 35 В, и это наиболее вероятный источник напряжения.


    Рисунок 2.2 – Усовершенствованная базовая схема регулятора

    Добавляя управляющий транзистор, мы немного теряем выходное напряжение (около 0,7 В), но в целом схема выглядит намного привлекательнее. Пара стабилитронов может быть заменена одним стабилитроном на 24 В, и, разделив сопротивление питания на два (2 x 470 Ом), мы можем добавить конденсатор на землю. Это ослабляет пульсации для более чистого выхода. Конденсатор большей емкости лучше снижает шум. Хотя это часто видно, добавление конденсатора параллельно стабилитрону почти бесполезно, потому что их динамическое сопротивление очень низкое, поэтому конденсатор не дает ничего полезного. На рис. 2.2 (D2, помечено как «необязательно») используется для смещения напряжения эмиттер-база на одном из транзисторов, или вы можете использовать два, чтобы приблизиться к выходному напряжению 24 В.

    Схема, показанная на рис. 2.2, легко выдает выходной ток 5 А при входном напряжении 30 В. Ток Зенера находится в пределах желаемого предела, и даже без обратной связи регулирование является приемлемым. Это не точность, как и большинство схем, показанных в этой статье. Их лучше всего охарактеризовать как «утилитарные», поскольку они будут выполнять работу «достаточно хорошо» для большинства приложений. Если вам нужна точность, вы не получите ее от простых дискретных схем.

    Пока два регулятора очень просты, не имеют защиты и возможности регулировать выходное напряжение, чтобы оно было ближе к желаемому 24 В. Это потому, что им не хватает обратной связи, которая необходима для разумной работы. Обратная связь также используется для обеспечения хорошей защиты от перегрузок, но это будет позже. Схема на рис. 2.2 обеспечивает достаточно хорошую стабилизацию, хотя выходное напряжение составляет всего около 22 В при нагрузке 5 А. Выходную мощность обоих этих простых регуляторов можно немного увеличить, добавив диод (или два) последовательно со стабилитроном. Прямое напряжение диода (диодов) помогает компенсировать напряжение база-эмиттер транзисторов.

    Обратите внимание, что для всех этих простых регуляторов я показал только один силовой транзистор TIP35. В большинстве случаев следует использовать по крайней мере два (параллельно, с эмиттерными резисторами), чтобы снизить температуру до чего-то «разумного». Резисторы эмиттера также можно использовать для измерения тока, и дополнительный резистор не требуется. Если есть два транзистора, включенных параллельно, сопротивление эмиттера должно быть в два раза больше указанного значения, а считывание брать с обоих резисторов , как показано далее.


    Рисунок 2.3 — Усовершенствованная базовая схема регулятора — параллельные выходные транзисторы

    Вышеописанное следует использовать в большинстве случаев, но для ясности в других схемах показан только один транзистор (и токоизмерительный резистор). Важно суммировать два падения напряжения на R4A и R4B, потому что транзисторы не будут согласованы, и один будет давать больший ток, чем другой. Эффективное сопротивление ограничения тока составляет 135 мОм, что обеспечивает смещение транзистора ограничения тока при общем выходном токе около 4,8–5,2 А.

    3 — Ограничение тока

    Одной из первых вещей, в которых нуждаются регуляторы, взаимодействующие с «внешним миром», является ограничение тока. Однако это связано с предостережениями, особенно если выход закорочен (что произойдет с по ). На рис. 3.1 показан общий принцип, который существует почти столько же, сколько и дискретные регуляторы. Это очень просто и просто использует диоды. Когда суммарное напряжение база-эмиттер и напряжение на чувствительном резисторе (R4) превышают падение напряжения на диодах (около 2,6 В), диоды шунтируют ток базы от Q2 (драйвера) к выходу. Как ограничитель тока его лучше всего описать как «лучше, чем ничего», так как он не претендует на точность. Однако это может просто спасти транзистор(ы) последовательного прохода от отказа, при условии, что отказ носит временный характер.

    На самом деле практически невозможно замкнуть что-либо напрямую, потому что всегда есть разъемы и проводка, являющиеся частью цепи. Общее сопротивление зависит от многих факторов, но «традиционно» всегда рассчитывать на худший случай. На самом деле, трансформатор, мостовой выпрямитель и внутренняя проводка также добавляют к общему последовательному сопротивлению, но в целом было бы неразумно предполагать, что внешнее сопротивление превышает 100 мОм (0,1 Ом).


    Рисунок 3.1. Усовершенствованный базовый регулятор с диодным ограничением тока

    Как показано, симулятор говорит мне, что ограничение тока начинается с 5 А, а с закороченным выходом ток составляет 6,5 А. Далее показана более совершенная схема. Резистор R4 является токоизмерительным резистором, и если напряжение на нем превышает 0,65 В, Q3 будет проводить, и он будет обходить базовый ток от Q2, чтобы поддерживать установленный ток. Преимущество в том, что ограничитель тока имеет коэффициент усиления, поэтому он более точен, чем схема на рис. 3.1. При 0,1 Ом (100 мОм) для R4 ограничение тока начинается примерно с 5,5 А, а окончательный ток короткого замыкания ограничивается примерно 6 А. Это все еще не прецизионный ограничитель, но это намного лучше, чем цепочка диодов.


    Рисунок 3.2 — Усовершенствованный базовый регулятор с переменным ограничением тока

    Простой транзисторный ограничитель тока часто зависит от номинала резистора (для R4), который недоступен. Решение состоит в том, чтобы добавить потенциометр с низким значением (VR1), чтобы можно было регулировать ток. Его можно использовать с любой из следующих схем, и он позволяет установить ток с достаточной точностью. Поскольку один транзистор с датчиком тока имеет ограниченный коэффициент усиления, ожидайте, что ток будет варьироваться до 300 мА или более от начала ограничения до короткого замыкания на выходе. Это не проблема, поскольку ограничение предназначено только для обеспечения некоторой защиты транзисторов последовательного прохода и не предназначено для точной схемы.

    Одна вещь, которая может показаться странной, это использование транзистора NPN для ограничения. Не похоже, но и база, и коллектор положительны по отношению к эмиттеру, значит, это должен быть NPN. В некоторых других схемах, показанных ниже, транзистор — PNP, а база и коллектор — минус по отношению к эмиттеру. Это может сбивать с толку, но это зависит от того, как настроена схема ограничения тока. Убедитесь, что вы внимательно следите за рисунками, чтобы понять, когда (и почему) используется ограничительный транзистор NPN или PNP.

    Проблема со всеми простыми ограничителями заключается в том, что Q1 будет рассеивать до 175 Вт (35 В на транзисторе при 5 А), что намного больше, чем может выдержать TIP35 в условиях короткого замыкания. В действительности оно обычно будет меньше, потому что входящий источник постоянного тока никогда не будет иметь идеального регулирования, поскольку он имеет некоторое внутреннее сопротивление (обмотки трансформатора, сопротивление диода и сопротивление провода). Даже если в сумме они составят 0,5 Ом, Q1 все равно будет подвергаться рассеиванию почти 160 Вт и все равно выйдет из строя. Простые ограничители требуют, чтобы последовательные транзисторы могли рассеивать максимальную мощность, при этом особое внимание должно уделяться безопасной рабочей области. Подробнее см. «Слон в комнате».


    Рис. 3.3. Усовершенствованный базовый регулятор с обратным ограничением тока

    Ответом на этот вопрос является метод, известный как обратное ограничение тока. По мере увеличения напряжения на последовательном транзисторе допустимый ток уменьшается. При расположении, показанном выше, схема может обеспечить только 1,6 А при коротком замыкании, но при этом может обеспечить 5 А при полном напряжении. Добавление всего одного резистора (R6) означает, что при падении выходного напряжения Q3 получает дополнительный базовый ток через R6, сильнее включив его и уменьшив доступный выходной ток.

    Наибольшая мощность Q1 составляет 60Вт при выходном токе около 3А и выходном напряжении 9В. Общие характеристики ограничения фолда показаны на следующем графике. Это для схемы, показанной выше, и тенденции аналогичны для большинства регуляторов с обратной связью. Ток короткого замыкания определяется R4, R5 и R6, и они взаимодействуют. При изменении любого из этих резисторов ограничивающая характеристика изменяется. Есть некоторая свобода действий с R6, не сильно влияющая на максимальный ток, но не очень сильно.


    Рисунок 3.4. Напряжение, ток и мощность ограничения тока в обратном направлении

    Как видите, по мере увеличения тока напряжение остается стабильным до тех пор, пока не будет достигнут максимум (4,8 А). Это приводит к падению выходного напряжения, что позволяет большему току проходить через резистор R6, что приводит к более сильному включению транзистора Q3. При закороченном выходе максимальный ток составляет 1,6 А, а рассеивание Q1 составляет 46 Вт. В худшем случае рассеяние составляет 61 Вт при выходном напряжении 9,3 В и токе 3 А. Все ограничители foldback имеют скрытый «подводный камень», заключающийся в том, что схема может не включаться нормально при нагрузке, близкой к полной. Ограничение фолдбэка — это форма с положительной обратной связью , и, как и все системы с положительной обратной связью, она может быть нестабильной при некоторых условиях.


    Рис. 3.5. Ограничение тока с обратной связью (традиционный вид)

    На рис. 3.4 показан «традиционный» способ ограничения тока с обратной связью, показанный на графике. «Обычный» ограничитель тока просто обеспечивает постоянный ток при любом напряжении, когда он активен, но ограничитель с обратной связью уменьшает ток по мере падения импеданса нагрузки. При простом ограничении, если входное напряжение регулятора составляет 30 В, а выход закорочен, он будет выдавать 5 А, в результате чего рассеиваемая мощность регулятора составит 150 Вт. С ограничителем foldback максимальный ток при закороченном выходе составляет 1,5А, поэтому регулятор рассеивает всего 45Вт. Чем ниже выходное напряжение (при промежуточных токах нагрузки), тем ниже выходной ток. Как видите, при выходном напряжении 10 В базовый ограничитель по-прежнему обеспечивает выходной ток 5 А, тогда как ограничитель с обратным выходом снижает его примерно до 3,1 А. Вы можете легко рассчитать рассеивание для каждого типа лимитера, а лимитер foldback всегда имеет меньшую рассеиваемую мощность в устройствах последовательного прохода.

    Хотя на рисунке показан резкий переход от регулирования напряжения к регулированию тока, это не относится к простым схемам ограничения. В большинстве случаев вы увидите заметное падение напряжения по мере приближения к максимальному заданному току, и для ограничителя на 2,5 А это может начать измеряться, возможно, с 2,3 А и выше. Помимо заданного предела тока, простые ограничители также позволяют увеличивать ток при уменьшении сопротивления нагрузки. Точное ограничение тока обычно не требуется, и даже самого базового устройства будет достаточно для предотвращения катастроф, если все рассчитано на наихудший случай.


    Рисунок 3.6. Базовый регулятор с защитой E-Fuse

    Существует еще один способ обеспечения защиты, и этот способ (почти) пуленепробиваемый. SCR (T1 для «тиристора 1») срабатывает, если ток превышает заданный максимум. После срабатывания SCR закорачивает стабилитрон и снижает выходное напряжение и ток до нуля. Он сбрасывается путем выключения и повторного включения питания, или вы можете использовать кнопку параллельно с SCR. Он прекратит проводимость при коротком замыкании, потому что нет тока удержания. Хорошая часть этого заключается в том, что если неисправность все еще присутствует, SCR снова сработает, как только вы отпустите кнопку, и нет никакого способа заставить регулятор подавать больше, чем около 6,4 А. Дополнительный конденсатор (C3) необходим для того, чтобы регулятор мог заряжать конденсатор C2. Обратите внимание, что R1 и R2 должны быть 1 Вт, если вы используете эту схему, так как они будут рассеивать чуть менее 0,5 Вт при срабатывании T1.

    Обратите внимание на подключение переключателя «Сброс». Я видел похожие схемы, где переключатель включен последовательно с SCR, но это означает, что если переключатель разомкнут , то нет защиты !   При параллельном включении переключателя, если неисправность устранена, выходное напряжение восстанавливается при отпускании переключателя. Если неисправность все еще присутствует, SCR будет повторно запущен в момент размыкания переключателя, поэтому защита никогда не будет скомпрометирована. Есть много вещей, которые нужно правильно продумать со схемой, и просто установка переключателя в неправильном месте может привести к сбою.

    Для многих регуляторов такая компоновка может быть спасителем последовательного транзистора. В то время как R4 уменьшает стабилизацию (выходное напряжение будет падать на 0,5 В от холостого хода до полной нагрузки), это редко проблема с простой конструкцией. R4 можно переставить так, чтобы он (и Q3 с соответствующими резисторами) был перед самим регулятором. Положение не имеет значения, так как дополнительный ток для регулятора минимален (всего около 10 мА при входе 30 В). На все есть решение, даже если оно не очевидно сразу. Есть и другой способ (как всегда), и он далеко не очевиден. 9Рис. 3.7. Детектор тока без потерь это (очень) небольшая задержка, потому что это механический контакт. С переключателем, который я тестировал, для работы требуется 32 ампер-витка (2,3 А, 14 витков), и его можно настроить практически на любой ток, который вам нравится. Однако все, что превышает 32А, будет проблемой, так как это означает менее одного витка. Расположение катушки вдоль корпуса переключателя обеспечивает некоторый незначительный контроль над током срабатывания. Также интересно, насколько быстро работает геркон. Только с небольшим перегрузочным током (около 2,5 А) он работает за 250 мкс — и да, вы правильно прочитали. С более высоким током он просто становится быстрее, и я измерил 200 мкс при 3 А. Это не так быстро, как вы обычно ожидаете от полупроводниковой схемы, но все же достаточно быстро, чтобы защитить транзистор с последовательным проходом.


    Рисунок 3.8 – Базовый регулятор с защитой от геркона E-Fuse

    Реализация показана на рисунке 3.7, а ток срабатывания задается количеством витков. Поскольку все герконы будут немного отличаться, вам нужно будет проверить комбинацию катушки и переключателя, чтобы определить количество витков для заданного тока. Мой тестовый переключатель, изображенный выше, имеет 14 витков и надежно срабатывает при токе 2,3 А. Если обмотку уменьшить до 7 витков, ток срабатывания составит 4,6А. Если выход закорочен, мгновенный ток от C2 будет очень высоким, поэтому срабатывание должно быть близким к мгновенному. Если он используется только в качестве электронного предохранителя, точный ток, вероятно, не имеет большого значения, поскольку он предназначен для защиты, а не для точного ограничения тока.

    4 — Регуляторы обратной связи

    Когда у вас есть регуляторы напряжения и регуляторы тока (любая форма ограничения тока), обычно регулятор тока является «доминирующим». Другими словами, когда ограничитель тока активен, он управляет выходным напряжением и отменяет настройку напряжения. Это обычно (но далеко не всегда) приводит к стабильной схеме, потому что два регулятора не могут бороться за управление. Сделав управление током доминирующим, заданный ток будет подаваться всякий раз, когда нагрузка требует большего, независимо от настройки напряжения. Последний автоматически изменяется для поддержания заданного тока, если только ток нагрузки не меньше предельного значения. Тогда (и только тогда) активируется контроль напряжения .

    На следующем наборе рисунков показаны регуляторы с обратной связью, которые лучше регулируются, чем простые версии, показанные выше. Обратная связь используется для компенсации любого изменения выходного напряжения с помощью усилителя ошибки. Этот термин объясняет, что он делает — если есть ошибка, усилитель ошибки делает необходимую компенсацию, чтобы восстановить напряжение до его заданного значения. Все регуляторы IC содержат усилитель ошибки, а также комплексные схемы защиты. К ним относятся ограничение тока и тепловая защита, которая отключает регулятор IC, если температура поднимается выше заданного предела (обычно температура кристалла составляет около 125 ° C).


    Рисунок 4.1. Базовый регулятор с обратной связью

    Приведенная выше схема была основой регуляторов до появления версий на базе ИС. Я использовал его в качестве источника фантомного питания 48 В в Проекте 93, но настроил его на гораздо меньший ток. Обратная связь осуществляется через R5 и R6 на базу Q3. Если выходное напряжение падает, транзистор Q3 отключается ровно настолько, чтобы восстановить равновесие, а резистор R4 (который можно установить для измерения тока) не влияет на выходное напряжение, поскольку обратная связь берется после резистора. Его можно использовать с ограничением откидывания (рис. 3.2) или с электронным предохранителем, как показано на рис. 3.4. Ограничение возврата должно быть тщательно настроено, потому что есть две цепи обратной связи, одна отрицательная (для поддержания заданного напряжения) и одна положительная (для обеспечения возврата). Эти двое будут сражаться друг с другом за контроль.

    R7 может показаться неуместным, но он предназначен для стабилизации тока через стабилитрон, обеспечивая лучшую стабилизацию. Взяв его после регулятора, нет инжектированного шума (в основном пульсаций). Даже при выходном токе 5А пульсации ослабляются более чем на 40 дБ. Выходное напряжение остается в пределах 100 мВ от целевого значения от холостого хода до 5 А. Если вам нужна более точная настройка напряжения, R5 или R6 можно заменить подстроечным резистором, включенным последовательно с постоянным резистором, что позволяет точно установить напряжение.

    Значительно лучшую производительность можно получить, используя операционный усилитель вместо Q3, но это имеет ограничения. Большинство из них рассчитаны на напряжение питания не более 36 В, поэтому стабилизаторы высокого напряжения не могут быть реализованы с помощью легкодоступных операционных усилителей. Несмотря на количество так называемых «супер» регуляторов, используемых для питания предусилителей и т.п., схема, подобная показанной, вполне приемлема в большинстве случаев. Схема также может использоваться в качестве «предварительного регулятора», позволяя питать схемы предусилителя от основного источника питания усилителя мощности, с дискретным регулятором, за которым следует версия с ИС. Это обеспечит почти бесконечное подавление пульсаций источника питания. 9Рис. 4.2. Регулятор обратной связи на основе операционных усилителей Ограничитель тока составляет 2,6 А и снижает опорное напряжение для поддержания заданного тока. Для истинной точности схема ограничения тока также должна использовать операционный усилитель, так как он обеспечивает гораздо более высокий коэффициент усиления, чем два транзистора, и, следовательно, обеспечивает гораздо лучший контроль выходного тока. Поскольку эта статья в основном посвящена «простым» регуляторам, добавление еще одного операционного усилителя выходит за рамки. Имейте в виду, что когда вы включаете операционный усилитель или дополнительные каскады усиления, всегда существует вероятность того, что схема станет нестабильной, и необходимо включить компенсационные конденсаторы для снижения усиления на высоких частотах, где вероятны колебания. Имейте в виду, что «идеальный» операционный усилитель может обеспечить столько тока базы, сколько необходимо для устройств с последовательным проходом, тогда как реальный может быть не в состоянии этого сделать.

    Простой ответ на головоломку с операционным усилителем (для высоких напряжений) состоит в том, чтобы сделать его также дискретным, но схема становится намного более сложной. В большинстве случаев, когда вы используете дискретный регулятор, в этом просто нет необходимости, но вы можете экспериментировать, если хотите. Это улучшит регулирование напряжения, но проблемы со стабильностью всегда ждут своего часа. Вы сможете снизить изменение напряжения (от холостого хода до полной нагрузки) менее чем до 1 мВ с помощью подходящего операционного усилителя, но это редко бывает важно. Другое дело, если это лабораторный источник питания, где очень важны очень точные напряжения, но регуляторы «общего назначения» не должны быть такими точными.

    5 — Трансформатор и конденсаторы

    Для любого регулятора важно обеспечить достаточную разность между входом и выходом, чтобы исключить «прорыв» пульсаций. Все регуляторы требуют некоторого «запаса», т. е. разницы между входным и выходным напряжением. Я использовал пример 5 В в примерах, но это часто нормально, особенно если на входе есть пульсации. Здесь очень важен выбор емкости трансформатора, мостового выпрямителя и фильтра. Если вы ошибетесь, регулятор не будет работать должным образом.

    В основе любого источника питания лежит трансформатор. Чтобы гарантировать, что его регулирование является адекватным и гарантировать, что он не будет перегреваться, он должен иметь более высокий рейтинг, чем вы можете ожидать. Конденсаторные входные фильтры создают большую нагрузку на трансформатор, поэтому при среднем выходном напряжении 30 В и токе 5 А это 150 Вт. Тем не менее, трансформаторы рассчитаны на ВА (вольт-ампер), и номинальная мощность ВА должна быть не менее (примерно) 1,7-кратной мощности постоянного тока. Это означает трансформатор на 225 ВА. Источники питания используются не так, как (например) аудиоусилители, и часто ожидается, что они будут обеспечивать полный ток в течение длительных периодов времени. Чтобы получить надежное среднее постоянное напряжение 30 В, трансформатор обычно должен иметь вторичную обмотку не менее 25 В. Напряжение будет близко к 35 В без нагрузки, а переменный ток в два раза больше постоянного. Трансформатор 25 В, выдающий 5 А постоянного тока после выпрямления и фильтрации, должен обеспечивать 10 А переменного тока (среднеквадратичное значение), что составляет 250 ВА. Обратите внимание, что не имеет значения, составляет ли выходное напряжение постоянного тока 5 В или 25 В, если на выходе 5 А, трансформатор по-прежнему выдает 250 ВА. В целях безопасности вы должны использовать трансформатор на 300 ВА, так как это стандартный размер.

    Показанные до сих пор схемы могут работать с разницей между входом и выходом менее 3 В, при условии, что среднее напряжение остается на уровне 30 В или выше. Это означает, что отрицательное напряжение пульсаций может достигать 27 В (всего ~8 В пик-пик при среднем 30 В), и схема будет поддерживать стабилизацию без прорыва пульсаций. Следующее, что нужно сделать, это разработать источник постоянного тока для регулятора, который часто вызывает несколько психических ударных волн, когда вы начинаете складывать части. Для этого я предполагаю, что пульсация при полной нагрузке составляет 4 В размах-размах …

    Требуемая емкость при заданном токе нагрузки и пульсирующем напряжении определяется (приблизительно) по формуле …

    С = ( I L / ΔV ) × k × 1000 мкФ … где

    I L = ток нагрузки
    ΔV = пиковое напряжение пульсаций
    k = 6 для частоты пульсаций 120 Гц или 7 для частоты пульсаций 100 Гц

    Поскольку я всегда буду использовать частоту пульсаций 100 Гц (сеть 50 Гц), это можно легко проверить, поэтому . ..

    I L = 5 А, пульсации = 4 В размах, следовательно, C = 8 750 мкФ (используйте 10 000 мкФ)

    Это вполне соответствует ожиданиям, и с трансформатором на 25 В среднее напряжение (моделированное) составляет чуть менее 30 В с пульсациями 2,9 В от пика до пика. Однако мы еще не рассматривали регулировку трансформатора, а она оказывает большое влияние на конечный результат. Трансформаторы никогда не обеспечивают такое же регулирование с выпрямителем и конденсаторной нагрузкой, как и с резистивной нагрузкой (дополнительную информацию по этой теме см. в разделе «Проектирование линейного источника питания»). Чтобы иметь возможность получить выходное напряжение 24 В при 5 А, трансформатор должен обеспечивать выходной ток, близкий к пиковому значению 22 А, или чуть более 9 А.РУКИ. Мы знаем, что напряжение будет падать под нагрузкой, поэтому нам, вероятно, потребуется выходное среднеквадратичное значение 30 В, чтобы напряжение не падало слишком сильно. Это означает трансформатор на 300 ВА. Он только достаточно большой, но он будет работать при полной нагрузке. Обратите внимание, что среднеквадратический ток от трансформатора почти вдвое превышает постоянный ток, что не всегда оценивается или учитывается.

    Конечно, вам может не понадобиться полный выходной ток 5 А постоянно, поэтому используйте трансформатор меньшего размера (меньший номинал ВА) может подойдёт . Это полностью зависит от приложения, чего я не могу предсказать. Все это часть процесса проектирования, и вам нужна вся информация. Многие люди задают на форумах вопросы с минимальными вопросами (а часто даже не с этим) и ожидают, что другие помогут им с решением. Это невозможно сделать — вся информация должна быть доступна, и требуется немало проектной работы только для того, чтобы определить требования к трансформатору и фильтрующему конденсатору.

    6 — Увеличение напряжения

    Если вам нужно более высокое напряжение, это просто вопрос увеличения напряжения стабилитрона для простых регуляторов или замены резисторов обратной связи для схемы, показанной на рис. 4.1. В идеале напряжение стабилитрона для этого должно составлять примерно половину желаемого выходного напряжения, поэтому вы должны использовать стабилитрон на 24 В для источника питания 48 В. Последовательный транзистор (Q1) будет работать при входном напряжении до 100 В, если вы используете TIP35C. Однако, если вы увеличиваете напряжение, вы также увеличиваете вероятность отказа, если используется только один транзистор. Моя рекомендация заключалась бы в том, что если вы удвоите напряжение (с 24 В до 48 В), выходной ток должен быть уменьшен вдвое (с 5 А до 2,5 А). Важно всегда помнить о SOA — см. № 8.

    Будьте особенно осторожны, если входное напряжение намного превышает выходное напряжение. Хотя, конечно, возможно, чтобы имел вход 100 В и выход 5 В, но это было бы неразумно. Даже при выходном токе 1 А Q1 будет рассеивать 95 Вт (пока он не выйдет из строя, что произойдет), и трудно отвести столько тепла от транзистора к радиатору. Радиатор, который может рассеивать 95 Вт и оставаться при разумной температуре, будет очень прочным куском алюминия — вы ищете радиатор с тепловым сопротивлением 0,27°C/Вт при повышении температуры на 25°C (50 °C температура радиатора). Максимально допустимый постоянный ток через TIP35C при 95В на нем всего 100мА, ограничен секундным пробоем. Никто из и не сказал, что это было легко, кроме тех, кто никогда этого не делал.

    Вы можете использовать транзисторы более высокого напряжения, если вам действительно нужно уменьшить высокое напряжение до требуемого напряжения, но вы должны учитывать безопасную рабочую зону (см. ниже). Есть много соображений, и речь идет не только о номинальном напряжении транзистора. Все резисторы также будут рассеивать большую мощность, и в целом регулирование высоких напряжений может быть особенно сложной задачей.


    Рис. 6.1. Регулятор обратной связи 48 В

    В качестве примера рис. 4.1 можно легко изменить, чтобы обеспечить выходное напряжение 48 В при токе 2 А. Схема может выдавать больше, но в интересах минимального изменения реалистично 2А. Заменено несколько резисторов, а Q3 заменен на версию с более высоким напряжением (BC546 рассчитан на 80 В), а напряжение стабилитрона увеличено до 24 В. Даже без каких-либо регулировок выходное напряжение (моделированное) составляет 46 В, что вполне соответствует ограничениям, установленным, например, для фантомного питания микрофона.

    Для других напряжений (и токов) необходимо выбрать значения компонентов, чтобы обеспечить достаточный базовый ток для устройств с последовательным проходом, стабильный ток стабилитрона и транзисторы, которые всегда находятся в пределах их безопасной рабочей зоны. Я не включил ограничение тока, но схема электронного предохранителя была бы полезна, если есть вероятность короткого замыкания на выходе. Как видите, топология совсем не изменилась, и при наличии подходящих высоковольтных транзисторов подобная схема может регулировать практически любое желаемое напряжение.

    Регуляторы высокого напряжения очень редко встречались с ламповыми (ламповыми) усилителями, но есть некоторые лампы, которые особенно требовательны к экранному напряжению. Передающие лампы (для работы с радиочастотами) использовались для звука, один из них, который мне знаком, это 6146B. При питании от пластин 750 В отказ был гарантирован, если экран работал при напряжении более 200 В, и единственным способом обеспечить надежность был регулятор. Когда они были построены, не было доступных транзисторов, которые могли бы работать с напряжением, поэтому в нем использовался клапан-регулятор с стабилитроном. Это работало достаточно хорошо, но сегодня есть много транзисторов, которые были бы намного лучше.

    7 — Увеличение тока

    Часто единственное, что вам нужно сделать, чтобы получить больше тока, — это использовать параллельно включенные транзисторы с последовательным проходом, и вам также может потребоваться модернизация управляющего транзистора. Ток до 20 А или около того, как правило, не особенно сложен, но силовой трансформатор, мостовой выпрямитель и фильтрующие крышки становятся серьезной (финансовой) проблемой, если 20 А или более требуются на постоянной основе. Вы также будете искать довольно серьезный радиатор, в зависимости от рабочего цикла нагрузки. Для мгновенного тока до 20 А (менее ~ 100 мс) вам часто не нужно делать очень много, но если ток требуется в течение более нескольких секунд, вам, вероятно, лучше использовать импульсный источник питания. Опять же, важно знать о SOA — см. № 8.

    Если вам нужен большой ток при относительно низком напряжении, импульсный источник питания, за которым следует линейный стабилизатор, обычно будет работать хорошо. SMPS будет регулироваться, поэтому вам не нужно учитывать регулирование трансформатора или другие потери в «линейном» источнике питания. Дифференциала напряжения в 5В обычно вполне достаточно, а регулятор сильно упрощен.


    Рис. 7.1. Регулятор 24 В при 10 А

    Принципы не изменились ни на йоту. Нам нужен дополнительный выходной транзистор для управления током, а для этого, в свою очередь, требуются драйверный транзистор большего размера (Q2) и усилитель ошибки (Q3). Из-за более высокого тока в цепи мы должны убедиться, что все в пределах своих возможностей для долгой и счастливой жизни. Каждый выходной транзистор имеет собственный эмиттерный резистор для разделения тока, но если требуется ограничение тока или электронный предохранитель, следует контролировать все три, используя суммирующие резисторы, как показано на рис. 2.3. Чем выше значение резистора, тем лучше, но нам все равно нужно поддерживать падение напряжения на уровне менее 0,5 В, поэтому предпочтительнее резисторы 100 мОм.

    Поскольку два резистора подачи тока базы (R1 и R2) имеют более низкое значение, необходимо увеличить шунтирующий конденсатор, чтобы обеспечить хорошее подавление пульсаций. 220 мкФ — это идеальный вариант, и он поддерживает практически ту же производительность, что и версия с меньшим током. Хотя схема была смоделирована с фиксированным входным напряжением 30 В, в реальности оно, скорее всего, будет 35 В без нагрузки, и для поддержания напряжения на входе не менее 30 В (включая пульсации) потребуется трансформатор на 500 ВА. Добавьте к этому необходимость в колпачках фильтра емкостью не менее 20 000 мкФ, очень хороший радиатор , плюс комплектующие. Добавление ограничения тока, конечно, сделало бы его более сложным.

    8 — Слон в комнате

    В данном случае «слон» — это SOA — безопасная рабочая зона. В графе SOA есть три разных части: ограничение соединительного провода (до того, как оно станет плавким предохранителем), тепловое ограничение (сколько тепла может быть отведено от соединения) и второй пробой. С температурными ограничениями и ограничениями соединительных проводов легко справиться, но, как показано ниже, второй (или вторичный) пробой становится проблемой, когда напряжение коллектор-эмиттер превышает 30 В. Хотя вы можете подумать, что SOA применима только к силовым транзисторам, она применима к 9 транзисторам.0695 каждый транзистор в схеме. Транзистор драйвера является следующим по степени риска, но необычно видеть кривую SOA в спецификациях для небольших устройств (BD139/140 рассчитаны на максимальный ток 1,5 А при рассеиваемой мощности 8 Вт). Всегда лучше ошибиться, сделав транзистор драйвера больше (например, TIP41), чем меньше, но вам также необходимо учитывать h FE при ожидаемом токе коллектора.

    Я показал только графики TIP35/36C, так как версии «A» и «B» идентичны, за исключением более низкого максимального напряжения (некоторые поставщики продают только версии «C»). Одна из причин, по которой я рекомендую эти транзисторы, заключается в том, что они очень прочные и недорогие. Приведенный ниже график был адаптирован из таблицы данных Motorola, но он применим к тому, кто производит транзисторы. Суть графика не изменилась, но я сделал моды на график, чтобы его было удобнее читать.


    Рис. 8.1. Зона безопасной работы TIP35C, 36C

    Во второй области поломки ситуация может очень быстро выйти из-под контроля. Явление вызвано «горячими точками» на кремниевой матрице. Если есть какая-либо разница между температурой одной секции по сравнению с другой (что будет всегда ), одна маленькая секция будет немного горячее, чем остальные. Это увеличивает усиление в этой области, а также снижает прямое напряжение база-эмиттер. Затем горячая секция становится более горячей, поскольку по ней протекает больший ток. Этот цикл продолжается до тех пор, пока транзистор не выйдет из строя, что может произойти очень быстро. Вы можете видеть, что SOA меняется со временем, поэтому для постоянного тока это означает более низкое напряжение и/или ток, чем для мгновенных импульсов. Самый короткий показанный импульс составляет 300 мкс. Для регулятора нас в первую очередь интересуют условия постоянного тока, если только мы не знаем (наверняка), что короткие импульсы являются нормальной нагрузкой для используемого регулятора.

    Например, при напряжении коллектора 30А максимальный ток 4А, рассеиваемая мощность 125Вт (полный номинал для транзистора). Увеличьте напряжение до 40 В, а ток составит всего 2 А (80 Вт). Дальнейшее увеличение до 50В, а ток всего 1А (50Вт). При 100 В ток снижается до 100 мА (всего 10 Вт). Вы игнорируете SOA любого транзистора на свой страх и риск, потому что отказ никогда не зависит от «если», а от «когда» 9.0677 !   Переходные характеристики означают, что вы можете получить больший ток при более высоком напряжении, если время короткое. С коллектором-эмиттером 40 В вы можете получить 4,5 А, если «событие» закончилось через 300 мкс, поэтому зарядка выходного конденсатора (например) обычно не убивает транзистор — при условии, что ток ограничен, чтобы оставаться в пределах SOA . Тема SOA подробно обсуждается в статье Область безопасности полупроводников, но с акцентом на конструкции усилителей мощности.

    Во всем этом есть еще еще одна «попалась»! Обратите внимание, что все приведенные цифры относятся к температуре корпуса 25°C. Поддерживать это при использовании, как правило, невозможно, поэтому все максимальные значения должны снижаться при повышенных температурах. Для устройств TIP3x рассеиваемая мощность снижается на 1 Вт/°C (от общепринятых 25°C), поэтому при температуре корпуса 50°C максимальная мощность снижается на 25 Вт (таким образом, максимально допустимое рассеивание составляет 100 Вт, т.е. , а не 125 Вт). При температуре корпуса 150°С мощность вообще не может рассеиваться . Кристалл (или переход) также будет иметь температуру 150°C, и любая дополнительная мощность повысит температуру перехода до точки отказа (150°C является максимально допустимой). Большинство биполярных транзисторов в этом отношении одинаковы, но некоторые МОП-транзисторы могут выдерживать температуру перехода до 175°C.

    Неспособность согласовать кривые зависимости SOA от температуры является основной причиной отказа, и мало кто принимает во внимание тепловое сопротивление между корпусом и радиатором. Транзистор с рассеиваемой мощностью 50 Вт легко может иметь температуру корпуса на целых 50°C выше температуры радиатора (1°C/Вт). См. «Проектирование радиаторов» для очень подробного обсуждения того, как применять радиатор, зная рассеиваемую мощность, характеристики транзистора и т. д. Только радиаторы кажется простым, но нужно многое сделать, чтобы сделать это правильно. Использование правильного материала термоинтерфейса (также известного как «TIM») необходимо для минимизации теплового сопротивления, что может означать успех или неудачу конечного результата.

    В Сети есть бесчисленное множество схем блоков питания, и большинство из них недооценивают рассеиваемую мощность и не думают о SOA. Удивительно, но многие из этих схем будут работать с наиболее типичными нагрузками, но, к сожалению, если у вас есть источник питания, на каком-то этапе он будет использоваться «не по назначению». Такова природа источника питания, вы никогда не знаете заранее, что от него можно ожидать, и только когда он у вас есть, вы не сможете придумать «захватывающие» способы его использования. Да, я говорю из личного опыта, по крайней мере, 40 лет использования блоков питания способами, которые я не предполагал, когда собирал свой первый блок. Фиксированные (внутренние) поставки имеют одно важное преимущество — знаете, 9.0695 именно то, что им надо гонять, и они вообще в одном шасси.

    9 — Усовершенствованные регуляторы

    Можно разработать полудискретную схему, обеспечивающую превосходную производительность, пример которой показан ниже. Усилитель ошибки теперь представляет собой операционный усилитель, управляющий транзистором, поэтому он имеет большой коэффициент усиления для высокой точности и очень хорошего подавления пульсаций. Дополнительные усложнения не особенно удобны для самостоятельного изготовления, так как есть много дополнительных деталей. Больше беспокоит стабильность. Никому не нужен источник питания, который думает, что это радиочастотный передатчик с некоторыми нагрузками, и стабильность необходимо проверять при каждой возможной комбинации выходного напряжения и тока. В любой схеме с высоким коэффициентом усиления обеспечить полную свободу от колебаний может быть удивительно сложно, и источники питания не являются исключением.


    Рисунок 9.1 — Полудискретный регулятор

    Как видите, операционный усилитель нуждается в собственном источнике питания (±12 В), а для обеспечения стабильности имеются два конденсатора. Вы можете задаться вопросом, где находится опорное напряжение, поскольку оно показано с использованием стабилитрона для других конструкций. Эталоном является источник питания -12 В !  Эта схема адаптирована из книги «Настольные источники питания — купить или построить?», в которой обсуждалось, следует ли рассматривать возможность создания регулируемого настольного источника питания или нет. Он был изменен таким образом, что включен только самый высокий диапазон тока, а регулировка напряжения была настроена так, чтобы его можно было обрезать с помощью предустановки. Схема была первоначально разработана Джоном Линсли-Худом и опубликована в 1975. Хотя схема довольно устарела, она все равно будет работать очень хорошо. C3 и C4 включены для замедления цепи и предотвращения колебаний. Их включение также означает, что при подключении или отключении нагрузки возникают перегрузки и недогрузки, что может быть нежелательно для некоторых чувствительных цепей. Q3 должен монтироваться на радиатор, так как его рассеивание может достигать 2 Вт.

    Если вам нужно только фиксированное напряжение, и ваши требования довольно мягкие, это , а не , тип схемы, которую вы обычно используете. В статье есть еще несколько схем, на которые стоит обратить внимание, но сложность их во всех случаях довольно высока. Обратите внимание, что схема на рис. 9.1 рассчитана на подачу полного тока на закороченный выход, поэтому в ней используются два силовых транзистора TIP36. Они всегда находятся в пределах кривой SOA, но радиатор с принудительной вентиляцией необходим. Сомневаюсь, что многим читателям это предложение покажется привлекательным.

    Если представить, что нужна еще лучшая производительность (особенно точное ограничение тока), то боль соответственно увеличивается. Когда у вас есть две системы обратной связи (одна по напряжению, другая по току), всегда есть точка, в которой обе активны, и если они не работают должным образом, они могут бороться друг с другом за контроль. Это приведет к нестабильности (колебаниям), которые обычно очень трудно успешно подавить, поэтому могут существовать некоторые комбинации выходного напряжения и тока, которые нельзя использовать без колебаний источника питания. Вряд ли это будет высоко в чьем-то списке пожеланий. 9Рис. 9.2. Регулятор на основе LM317 Без внешнего ограничения тока, обеспечиваемого Q3 и Q4, защита вообще отсутствует, поэтому кратковременная или сильная перегрузка на выходе приведет к выходу из строя транзисторов бустера. Когда ограничение тока применяется на стороне входа, как показано, на выходе могут быть некоторые пульсации, когда активна схема ограничения тока. Единственный способ устранить эту проблему — установить на выходе отдельный чувствительный резистор, но это влияет на регулирование. Обратите внимание, что контролируются оба эмиттерных резистора для Q1 и Q2, так как коэффициент усиления транзисторов будет разным (независимо от эмиттерных резисторов). Микросхемы имеют собственный внутренний эталон ширины запрещенной зоны, использующий 1,25 В.

    Здесь показано, что для установки выходного напряжения используется только потенциометр 10 кОм, а подстроечный потенциометр (VR2) позволяет использовать линейный потенциометр стандартного значения для установки напряжения для переменного источника питания. Как показано, выходное напряжение регулируется от 0 до 25 В. Требование чистого отрицательного источника питания для ограничителя тока и регулятора напряжения является неприятностью, но это может быть обеспечено с помощью слаботочного регулятора. Существуют бесконечные возможности для регулирования напряжения, и схему нужно выбирать исходя из ваших потребностей. Усиленный 3-контактный регулятор является хорошим решением, когда вам нужно особенно хорошее регулирование, но без защиты он уязвим к повреждению при перегрузке. Выход с нулевым напряжением возможен при использовании низковольтного отрицательного источника питания (как можно ближе к -1,25 В). Это используется для VR1, R2 и эмиттера Q4. Три диода важны. Без D2, если выход закорочен, микросхема будет повреждена. Два других защищают питание от внешнего напряжения (любой полярности).

    Сделать блок питания на базе LM317 максимально просто. Если вам нужны альтернативные ограничения тока, проще всего использовать еще один чувствительный резистор последовательно с входом (но, конечно, после C1). Это может использовать переключаемые значения или напряжение на нем может быть усилено. Последнее является более сложным решением и здесь не показано. Некоторые примеры схем показаны в разделе «Настольные источники питания — купить или собрать?». Ограничитель тока должен быть достаточно быстрым, чтобы обеспечить полную защиту транзисторов усиления тока.

    Хотя в техническом описании LM317 есть несколько хороших примеров, большинство из них не имеют объяснений, а некоторые кажутся довольно подозрительными. Я не могу ручаться ни за одну из схем, описанных в техпаспорте, так как многие из них не будут симулироваться должным образом (если вообще будут), а другие являются просто базовыми модификациями общепринятых схем. Я предлагаю, если вы решите использовать какую-либо из демонстрационных схем, делать это с осторожностью и быть готовыми столкнуться с трудностями (особенно неприятными могут быть колебания).

    Примечание Внимательно:   В документации на различные регуляторы указывается дифференциальное напряжение входа-выхода. Это 40 В для LM317, и многие люди, кажется, думают, что нормально иметь вход, скажем, 60 В, при условии, что выходное напряжение установлено как минимум на 20 В. Этот миф поддерживается повсеместно, но не учитывает реальность. При подаче питания и выходном конденсаторе приличного размера он разряжается при включении питания, поэтому полный 60В через регулятор. Если на выходе происходит короткое замыкание, полные 60 В подаются на регулятор.

    Таким образом, несмотря на то, что утверждает , что входное напряжение может быть больше, чем дифференциальное напряжение входа-выхода, полагаясь на это, можно привести к отказу. Возможно, вы сможете обойти микросхему с помощью 36-вольтового стабилитрона, который может справиться с током заряда выходного конденсатора, но даже кратковременное короткое замыкание, вероятно, уничтожит стабилитрон, и на выходе будет полное нерегулируемое напряжение. Вы не найдете много людей, говорящих об этом, но это очень реально. Я бы никому никогда не посоветовал использовать какую-либо микросхему регулятора с напряжением на входе, превышающим его максимальное значение.

    10 — Ток источника и стока

    Все показанные цепи питания рассчитаны только на источник тока . Это означает, что они могут подавать питание на нагрузку, но не могут потреблять ток от другого источника . Есть лабораторные блоки питания, которые могут делать либо, а именно обеспечивать или принимать ток. Для большинства испытаний в этом нет необходимости, но источник с такой возможностью известен как «2-квадрантный» источник, если он может подавать или потреблять ток одной полярности, или «4-квадрантный» источник может подавать или потреблять ток. той или иной полярности.

    Базовая «электронная нагрузка» представляет собой (обычно) приемник тока в одном квадранте. Он может поглощать ток, но не может подавать что-либо во внешнюю нагрузку. Они специализированы и обычно используются для тестирования источников питания. Маловероятно, что он вам когда-нибудь понадобится, так как в большинстве случаев проще всего использовать подходящий блок резисторов (и он у вас уже может быть в качестве фиктивной нагрузки для усилителей). Если вам действительно нужна настоящая электронная нагрузка, некоторые современные типы переключателей используют «регенеративные» возможности и могут возвращать поглощенную мощность обратно в сеть, сводя к минимуму потери мощности. Там много всего, и их определенно , а не проект «сделай сам».

    Блок питания, который может как отдавать (подавать), так и потреблять (поглощать) энергию, требует набора транзисторов для каждой функции. Он требует обратной связи, чтобы гарантировать, что его выходное напряжение остается фиксированным независимо от того, является ли он источником или стоком тока, и двухполярным ограничением тока, чтобы чрезмерная мощность не вызывала повреждений. Рассмотрим блок питания на 6В, но подключенный к автомобильному аккумулятору на 12В. Аккумулятор может подавать ток в сотни ампер (по крайней мере, достаточно долго, чтобы взорвать блок питания), поэтому источник питания должен быть рассчитан на ограничение максимального потребляемого тока до безопасного значения. Как вы можете себе представить, это требует большого количества схем, и большинству людей они никогда не понадобятся. У меня есть приемник тока — он называется фиктивной нагрузкой и может быть установлен на 4, 8, 12 или 16 Ом. У меня никогда не было потребности в чем-то более продвинутом в моей мастерской, но я разработал его для компании, в которой я работал, потому что был один тип источника питания, который требовал «тестирования на выдержку», чтобы убедиться, что напряжение ни разу не упал ниже критического уровня напряжения.

    Это специализированные источники питания, для которых требуется значительно больше электроники, чем для «простого» источника питания. Аудиоусилитель мощности является 4-квадрантным источником питания, если он может усиливать постоянный ток, но обычное количество транзисторов далеко не достаточно, чтобы его можно было использовать в качестве источника питания. Поскольку они настолько специализированы, они упоминаются вскользь, и подробности здесь не приводятся.

    Однако есть один простой источник, который может подавать и потреблять ток — шунтирующий регулятор (часто не более чем резистор и стабилитрон). Обратите внимание, что я упоминаю об этом для полноты картины, хотя в 99% случаев. Более подробная информация доступна в разделе Регуляторы напряжения и тока и способы их использования.

    Если вы думаете, что вам действительно нужен 2-квадрантный или 4-квадрантный источник питания, вы можете обратить внимание на OPA549, но он довольно ограничен, так как это одна микросхема и имеет довольно низкое рассеивание мощности. Это также дорого, но включает программируемое ограничение тока (устанавливается с помощью резистора или потенциометра). Вы также можете использовать усилитель мощности LM3886 IC, но доступный ток еще более ограничен, и отвод тепла от любой IC всегда будет проблемой. Есть еще несколько подобных вариантов, но ни один из них я бы не рекомендовал. Это просто потому, что в большинстве случаев в этом нет необходимости.

    11 — Использование МОП-транзисторов

    Принято считать, что МОП-транзисторы не подвержены вторичному пробою и поэтому должны быть «лучше». Однако подавляющее большинство доступных полевых МОП-транзисторов предназначены для коммутации, а не для линейной работы. Они также страдают от механизма сбоя, который удивительно похож на второй сбой, но обычно о нем говорят приглушенно, чтобы никто не узнал об этом. Хорошо, это может быть преувеличением, но почти во всех случаях полевые МОП-транзисторы оптимизированы для низкого R 9.0153 DS-On (на сопротивление) и высокие скорости переключения. Единственными полевыми МОП-транзисторами , специально разработанными для линейной работы , являются поперечные типы, которые используются в проекте 101. Они имеют набор выходных характеристик, сильно отличающийся от «вертикальных» МОП-транзисторов (например, МОП-транзисторов и им подобных), с высоким R DS. -На и крутизне меньше (примерно эквивалентно усилению).

    Многие люди (включая меня) использовали переключающие полевые МОП-транзисторы в линейных схемах, и с осторожностью они будут работать. Некоторые из ранних типов были почти подходит из-за сравнительно высокого R DS-On по сравнению с последними и лучшими. Однако конструкция полевых МОП-транзисторов изменилась, и линейная работа больше не является чем-то, на что можно положиться. Часто они будут работать достаточно хорошо (я тестировал и проверял это), но в целом их просто не рекомендуют (и это рекомендация производителя по , а не только моя).

    Когда вы посмотрите на кривые SOA для полевых МОП-транзисторов, вы увидите кривые для различных ограниченных по времени операций, но ничего для постоянного тока. Разница между допустимым напряжением и током в низком IRF540N показывает кривые 10 мс, 1 мс и 100 мкс, но ничего для постоянного тока. Большинство из них одинаковы, и только некоторые из них демонстрируют характеристики постоянного тока (в основном старые устройства, которые могут быть доступны или недоступны). Возможно, вы сможете использовать полевой МОП-транзистор, если он значительно ухудшится, но вам потребуется провести обширные (и, вероятно, разрушительные) тесты, чтобы определить, выживет ли он в вашем приложении.

    Часто по базовым спецификациям можно понять, может ли полевой МОП-транзистор работать в линейном режиме. Первым признаком является высокое значение R DS-On , обычно превышающее 0,5 Ом. Примером может служить IRF840, рассчитанный на 500 В при 8 А. Однако корпус ТО-220 ужасен для рассеивания тепла, потому что выступ маленький. При напряжении сток-исток 30 В доступно только 4 А или 8 А при 15 В. Они такие же, как TIP35/36, но последние имеют более крупный корпус и лучшее рассеивание тепла. ты никогда не будешь получают 120 Вт тепла в корпусе TO-220, поэтому полевой МОП-транзистор должен работать с более низким током (или использовать несколько устройств параллельно). При напряжении 100 В на устройстве IRF840 может выдавать до 1,25 А, и хотя это значительно лучше, чем у TIP35/36, вы все равно не сможете получить тепло (125 Вт) от корпуса TO-220, если мощность является чем-либо иным, чем преходящим событием.

    МОП-транзисторы также не могут использоваться в качестве стабилизаторов «с разомкнутым контуром» (без обратной связи), поскольку напряжение затвор-исток сильно варьируется (от одного устройства к другому).0695 и с температурой). Тем не менее, IRF840 может быть хорошим выбором, если вам нужен стабилизированный выход 400 В при относительно низком токе (предпочтительно менее 100 мА). Ему потребуется обширная защита, как для ограничения рассеиваемой мощности, так и для обеспечения невозможности повреждения изоляции затвор-исток (для этого требуется стабилитрон на 12-15 В).

    R DS-On МОП-транзистора, работающего в линейном режиме, не имеет значения. Рассеиваемая мощность является произведением напряжения сток-исток и тока. Если представить, что низкий R DS-On имеет значение, тогда вы не понимаете, как работают линейные схемы (и да, я видел это заявленное, отсюда и комментарий).

    Выводы

    Легко понять, почему импульсные источники питания взяли верх над сильноточными выходами. Весь SMPS будет меньше, чем просто трансформатор, а также будет стоить намного дешевле. Во время написания я бегло просмотрел eBay и нашел (например) 24V, 10A SMPS чуть более 23,00 австралийских долларов до примерно 30,00 австралийских долларов или около того. С такой ценой невозможно конкурировать, и даже если они стоят в два раза дороже, они все равно намного дешевле, чем те, которые вы могли бы построить с помощью линейных методов. Это относится ко многим различным напряжениям и токам, но выбор ограничен. Вы можете получить 5В, 12В, 24В и 48В SMPS с различными токами. «Традиционные» поставщики, конечно, дороже, но вам все равно будет сложно построить линейный источник питания дешевле, чем даже самый дорогой SMPS.

    Ничто из этого не делает схемы здесь излишними или бесполезными, так как все дело в принципах. Расходные материалы, подобные показанному выше, использовались регулярно до появления недорогих импульсных расходных материалов. Ранние SMPS были и сложными, и дорогими, и, работая с ними много лет назад, я имею непосредственный опыт работы с ними. В отличие от сегодняшних, их всегда ремонтировали после поломки (что было довольно часто), и даже процесс ремонта был сложным. Как и все ИИП, все должен быть полностью исправен, иначе при тестировании снова взорвется источник питания. До того, как я разработал несколько специализированных испытательных приспособлений, технические специалисты включали «отремонтированный» источник питания с помощью рукоятки метлы, чтобы SMPS не взорвался у них перед носом. Это не выдумка — это 100% правда.

    Одна вещь, которую может обеспечить построение предложения, — это гибкость. Если вам нужно (скажем) 13,8 В с предустановленным ограничением по току, вы, вероятно, дорого заплатите за это (это описывает требования к зарядному устройству для свинцово-кислотных аккумуляторов). Есть много других мест, где ваши потребности не предусмотрены COTS , и если вы не являетесь опытным разработчиком SMPS, у вас не так много вариантов. В этих условиях вам в конечном итоге придется использовать линейные источники питания, и даже больше, если проблемой является высокочастотный шум. В некоторых случаях вы можете использовать источник питания COTS, за которым следует линейный регулятор, что уменьшает размер, вес и стоимость, и вы получаете лучшее из обоих миров.

    Регуляторы напряжения на самом деле несложно спроектировать, но важно учитывать все факторов. Это не просто поиск транзистора, который может пропускать нужный вам ток, но поиск одного (или нескольких), который может выдержать мощность, не будет подвергаться вторичному пробою и имеет тепловые характеристики, необходимые для обеспечения его сохранения. до разумной температуры. Термическое ухудшение характеристик должно учитываться при проектировании наряду с изменением входного напряжения. Хотя в этом нет ничего сложного, в головоломке много кусочков, и все они должны сочетаться друг с другом.

    Вам также необходимо учитывать коэффициент усиления транзистора по току, который он должен нести, так как большинство транзисторов меняют свой коэффициент усиления в зависимости от диапазона тока. Выбор подходящего радиатора также может быть проблемой, и если вы не понимаете, как все сочетается друг с другом, то конечный результат — лотерея. Неспособность удержать транзисторы в пределах их безопасной рабочей области означает, что регулятор выйдет из строя, когда вы доведете его до предела, высвобождая полный входящий постоянный ток на вашу схему.

    Получение очень хорошего регулирования (как входного, так и «линейного» и ) требует более сложной схемы, поэтому его необходимо тщательно протестировать, чтобы убедиться, что регулятор не колеблется ни при какой нагрузке. Это может быть сложно, если вы используете усилитель ошибки с высоким коэффициентом усиления, и это усугубляется, когда включено ограничение тока. Ограничение Foldback может быть особенно трудным для правильного выполнения, поскольку кривые напряжения и тока должны всегда оставаться в пределах безопасной рабочей области, конечно, с компенсацией повышенных температур радиатора.

    Последнее, что я хочу сделать, это заставить людей отказаться от создания собственных регуляторов, так как вы многому научитесь. Что я действительно хочу сделать, так это предоставить достаточно информации, чтобы у вашего проекта был шанс работать без сбоев, поэтому подробности представлены здесь. Особенно важно знать, что очень хорошее регулирование не часто требуется. Вы должны быть в состоянии обеспечить напряжение, близкое к желаемому значению, но если вы не работаете с прецизионным испытательным оборудованием, вам редко требуется идеальное регулирование.

    То, что вам нужно для , это низкие пульсации и некоторый контроль над максимально допустимым выходным током. Как только вы поймете, что исключительная стабильность напряжения требуется редко, ваша работа станет намного проще. Большинству схем все равно, если напряжение упадет на пару сотен милливольт от холостого хода до полной нагрузки, так как это все же намного лучше, чем вы получите от трансформатора, моста и фильтрующего конденсатора. Тем не менее, некоторые схемы заботятся о , поэтому всегда необходим тщательный анализ требований регулятора.

    References
    • Voltage & Current Regulators And How To Use Them (ESP)
    • AN-103 LM340 Series Three Terminal Positive Regulators (TI)
    • OPA549 Datasheet
     
    Main Index Articles Index
    Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2021. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, будь то электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

    Журнал изменений: Страница опубликована и © декабрь 2021 г.


    Стабилизатор напряжения на 431. Проверка источника опорного напряжения tl431. ТТХ tl431

    Добрый день друзья!

    Сегодня мы познакомимся с еще одной железкой, которая используется в компьютерной технике. Используется не так часто, как, скажем, или , но тоже заслуживает внимания .

    Что это за источник опорного напряжения TL431?

    В блоках питания для персональных компьютеров можно встретить микросхему источника опорного напряжения (ИОН) TL431.

    Вы можете думать об этом как о регулируемом стабилитроне.

    Но это именно микросхема, так как в ней размещено более десятка транзисторов, не считая других элементов.

    Стабилитрон — это такая штука, которая поддерживает (стремится поддерживать) постоянное напряжение на нагрузке. «Почему это необходимо?» — ты спрашиваешь.

    Дело в том, что микросхемы, из которых состоит компьютер — и большие, и малые — могут работать только в определенном (не очень большом) диапазоне питающих напряжений. Если диапазон превышен, их выход из строя весьма вероятен.

    Поэтому в (не только компьютерных) схемах и компонентах используются схемы стабилизации напряжения.

    При определенном диапазоне напряжений между анодом и катодом (и определенном диапазоне катодных токов) микросхема обеспечивает на своем выходе ref опорное напряжение 2,5 В относительно анода.

    С помощью внешних цепей (резисторов) можно варьировать напряжение между анодом и катодом в достаточно широком диапазоне — от 2,5 до 36 В.

    Таким образом, нам не нужно искать стабилитроны на определенное напряжение! Можно просто изменить номиналы резисторов и получить нужный нам уровень напряжения.

    В компьютерных блоках питания присутствует дежурный источник напряжения +5VSB.

    Если вилка блока питания включена в сеть, она присутствует на одном из контактов основного разъема питания — даже если компьютер не включен.

    При этом часть компонентов материнской платы компьютера находится под этим напряжением. .

    Именно с его помощью запускается основная часть питания — по сигналу с материнской платы. Микросхема TL431 также часто участвует в формировании этого напряжения.

    При выходе из строя значение дежурного напряжения может отличаться — и довольно сильно — от номинального значения.

    Чем это может нам угрожать?

    Если напряжение +5VSB больше необходимого, компьютер может «зависнуть», так как часть чипсета материнской платы питается от повышенного напряжения.

    Иногда такое поведение компьютера вводит в заблуждение неопытного ремонтника. Ведь измерил основные питающие напряжения блока питания +3,3 В, +5 В, +12 В — и увидел, что они в пределах допуска.

    Он начинает копать в другом месте и тратит много времени на устранение неполадок. А надо было просто измерить напряжение дежурного источника!

    Напомним, что напряжение +5VSB должно быть в пределах 5% допуска, т.е. лежать в пределах 4,75 — 5,25 В. .

    Как проверить TL431?

    Эту микросхему нельзя «прозвонить» как обычный стабилитрон.

    Чтобы убедиться, что он работает, вам нужно собрать небольшую схему для тестирования.

    В этом случае выходное напряжение в первом приближении описывается формулой

    Vo = (1 + R2/R3) * Vref (см. техпаспорт*), где Vref — опорное напряжение 2,5 В.

    При замыкании кнопки S1 выходное напряжение будет иметь значение 2,5 В (опорное напряжение), при отпускании – 5 В.

    Таким образом, нажатием и удержанием кнопки S1 и измерением по сигналу на выходе схемы можно убедиться в исправности (или неисправности) микросхемы.

    Тестовая схема может быть выполнена в виде отдельного модуля с использованием 16-контактного разъема DIP с шагом 2,5 мм. К выходным клеммам модуля подключаются щупы питания и тестера.

    Для проверки микросхемы нужно вставить ее в разъем, нажать кнопку и посмотреть на дисплей тестера.

    Если микросхема не вставлена ​​в гнездо, выходное напряжение будет примерно 10 В.

    Вот и все! Просто, не так ли?

    *Технические данные являются справочными данными (техническими данными) для электронных компонентов. Их можно найти с помощью поисковой системы в Интернете.

    С вами был Виктор Геронда. До встречи на блоге!

    Производство интегральных схем началось в далеком 1978 году и продолжается по сей день. Микросхема позволяет изготавливать различные типы сигнализаций и зарядных устройств для повседневного использования. Микросхема tl431 нашла широкое применение в бытовой технике: мониторах, магнитофонах, планшетах. TL431 — это разновидность программируемого регулятора напряжения.

    Схема включения и принцип действия

    Принцип действия достаточно прост. Стабилизатор имеет постоянное значение опорного напряжения , и если подаваемое напряжение будет меньше этого значения, то транзистор будет закрыт и не будет пропускать ток. Это хорошо видно на следующей диаграмме.

    При превышении этого значения регулируемый стабилитрон откроет P-N переход транзистора, и ток пойдет дальше на диод, от плюса к минусу. Выходное напряжение будет постоянным. Соответственно, если ток упадет ниже значения опорного напряжения, управляемый операционный усилитель закроется.

    Распиновка и технические параметры

    Операционный усилитель доступен в различных упаковках. Изначально это был корпус ТО-92, но со временем он был заменен более новой версией СОТ-23. Распиновка и типы корпусов показаны ниже, начиная с самого «древнего» и заканчивая обновленной версией.

    На рисунке видно, что у tl431 распиновка меняется в зависимости от типа корпуса. tl431 имеет отечественные аналоги КР142ЕН19А, КР142ЕН19О. Существуют и зарубежные аналоги tl431: КА431АЗ, КИА431, ЛМ431ВСМ, АС431, 3с1265р, которые ничем не уступают отечественному варианту.

    Характеристика TL431

    Этот операционный усилитель работает с напряжением от 2,5 В до 36 В. Ток усилителя колеблется от 1А до 100 мА, но есть один важный нюанс: если требуется стабильность в работе стабилизатора, то сила тока на входе не должна опускаться ниже 5 мА. TL431 имеет эталонное значение напряжения, которое определяется 6-й буквой в маркировке:

    • Если буквы нет, то точность — 2%.
    • Буква А в маркировке означает — точность 1%.
    • Буква В говорит о — точности 0,5%.

    Более подробная техническая характеристика представлена ​​на рис. 4

    В описании tl431A видно, что величина тока достаточно мала и составляет заявленные 100мА, а величина мощности, которую эти корпуса рассеивают, не превышает сотни милливатт. Этого недостаточно. Если приходится работать с более серьезными токами, то правильнее будет использовать мощные транзисторы с улучшенными параметрами.

    Проверка стабилизатора

    Сразу возникает уместный вопрос как проверить tl431 мультиметром . Как показывает практика, одним мультиметром проверить не получится. Для проверки tl431 мультиметром нужно собрать схему. Для этого вам потребуются: три резистора (один из них подстроечный), светодиод или лампочка, источник постоянного тока 5В.

    Резистор R3 должен быть подобран таким образом, чтобы он ограничивал ток до 20 мА в цепи питания. Его значение составляет примерно 100 Ом. Резисторы R2 и R3 выполняют роль балансира. Как только на управляющем электроде появится напряжение 2,5 В, переход светодиода разомкнется и через него потечет напряжение. Эта схема хороша тем, что светодиод выполняет роль индикатора.

    Источник постоянного тока — 5В фиксированный, а микросхемой tl431 можно управлять с помощью переменного резистора R2. Когда питание на микросхему не подается, диод выключен. После изменения сопротивления подстроечным резистором загорается светодиод. После этого мультиметр необходимо включить в режим измерения постоянного тока и измерить напряжение на управляющем выходе, которое должно быть 2,5. Если напряжение присутствует и светодиод горит, то элемент можно считать исправным.

    На базе операционного усилителя тока tl431 можно создать простейший стабилизатор. Для создания нужного значения U потребуются три резистора. Необходимо рассчитать значение запрограммированного напряжения стабилизатора. Расчет можно произвести по формуле: Uвых = Vref (1 + R1/R2). По формуле U на выходе зависит от величины R1 и R2. Чем больше сопротивление R1 и R2, тем ниже напряжение выходного каскада. Получив значение R2, значение R1 можно рассчитать следующим образом: R1 = R2 (Uвых/Vref — 1). Регулируемый стабилизатор можно включить тремя способами.

    Необходимо учитывать важный нюанс: сопротивление R3 можно рассчитать по формуле, по которой вычислялось значение R2 и R2. Не устанавливайте полярный или неполярный электролит в выходной каскад, во избежание помех на выходе.

    Зарядное устройство для мобильного телефона

    Стабилизатор можно использовать как своего рода ограничитель тока. Это свойство будет полезно в устройствах для зарядки мобильного телефона.

    Если напряжение в выходном каскаде не достигает 4,2 В, в цепях питания имеется ограничение по току. После достижения заявленных 4,2 В стабилизатор снижает значение напряжения — следовательно, падает и значение тока. Элементы схемы VT1, VT2 и R1-R3 отвечают за ограничение тока в цепи. Сопротивление R1 шунтирует VT1. После превышения показателя 0,6 В элемент VT1 открывается и постепенно ограничивает подачу напряжения на биполярный транзистор VT2.

    На базе транзистора VT3 резко снижается ток. Происходит постепенное закрытие переходов. Напряжение падает, что приводит к падению тока. Как только U приближается к 4,2 В, стабилизатор tl431 начинает снижать свое значение в выходных каскадах устройства, и заряд прекращается. Для изготовления устройства необходимо использовать следующий набор элементов:

    Необходимо обратить особое внимание на транзистор az431 . Для равномерного снижения напряжения в выходных каскадах транзистор желательно ставить именно az431, даташит биполярного транзистора можно увидеть в таблице.

    Именно этот транзистор плавно снижает напряжение и силу тока. Вольт-амперные характеристики этого элемента хорошо подходят для решения поставленной задачи.

    Операционный усилитель TL431 является многофункциональным элементом и позволяет проектировать различные устройства: зарядные устройства для мобильных телефонов, системы сигнализации и многое другое. Как показывает практика, операционный усилитель имеет хорошие характеристики и не уступает зарубежным аналогам.

    Мне нужен был недорогой источник опорного напряжения. Просмотрев каталоги, остановил свой выбор на микросхеме TL431 за 20 руб. Сейчас я вам расскажу, что это за насекомое и как его использовать.

    TL431 — это так называемый программируемый стабилитрон. Используется в качестве источника опорного напряжения и источника питания маломощных цепей. Он выпускается несколькими производителями и в разных корпусах мне достался от Texas Instruments в корпусе SOT23.

    Технические характеристики:

    Выходное напряжение от 2,5 до 36 В
    — рабочий ток от 1 до 100 мА
    — выходное сопротивление 0,2 Ом
    — точность 0,5%, 1% и 2%

    Имеет три выхода. Два как у стандартного стабилитрона — анод и катод. И выход опорного напряжения, который подключен к катоду или средней точке делителя напряжения. На зарубежных схемах обозначается так:



    Минимальная схема включения требует одного резистора и позволяет получить опорное напряжение 2,5 В. ток TL431, а Il — ток нагрузки. Входной ток опорного вывода не учитывается, так как он составляет ~2 мкА.

    В полной схеме включения на TL431 добавлено еще два резистора, но в этом случае можно получить произвольное выходное напряжение.



    Номиналы резисторов делителя напряжения и выходного напряжения TL431 связаны следующим образом:


    , где Uref = 2,5 В, Iref = 2 мкА. Это типовые значения и они имеют определенный разброс (см. даташит).

    Зная значение одного из резисторов и выходное напряжение, можно рассчитать значение второго резистора.


    А зная выходное напряжение и входной ток можно рассчитать номинал резистора R1:


    , где Iвх — входной ток цепи, представляющий собой сумму рабочего тока TL431, тока делителя напряжения и тока нагрузки.

    Если для получения опорного напряжения используется TL431, то резисторы R2 и R3 нужно брать с точностью до 1% из серии Е96.

    Исходные данные

    Входное напряжение Uвх = 9 В
    Требуемое выходное напряжение Uвых = 5 В
    Ток нагрузки Il = 10 мА

    Данные паспорта:

    Ist = 1. .100 мА
    Iref = 2 мкА
    Uref = 2,495 В

    Плата

    Устанавливаем номинал резистора R2. Максимальное значение этого резистора ограничено током Iref = 2 мкА. Если взять номинал резистора R2 равным единицам/десяткам кОм, то так и пойдет. Пусть R2 = 10 кОм.

    Поскольку в качестве источника питания используется TL431, высокая точность здесь не требуется и слагаемым Iref*R2 можно пренебречь.


    Округленное значение R3 будет равно 10 кОм.

    Ток делителя напряжения равен Uвых/(R1+R2) = 5/20000 = 250 мкА.

    Ток TL431 может составлять от 1 до 100 мА. Если принять ток Ist > 2 мА, то током делителя можно пренебречь.

    Тогда входной ток будет равен Iвх = Iст + Iл = 2 + 10 = 12 мА.

    А значение R1 = (Uвх — Uвых) / Iвх = (9 — 5) / 0,012 = 333 Ом. Округлим до 300.

    Мощность, рассеиваемая резистором R1, равна (9 — 5) * 0,012 = 0,05 Вт. На остальных резисторах она будет еще меньше.

    R1 = 300 Ом
    R2 = 10 кОм
    R3 = 10 кОм

    Примерно так, без учета нюансов.

    Если использовать TL431 и повесить конденсатор на выходе, то микросхема может «загудеть». Вместо снижения выходного шума на катоде появится периодический пилообразный сигнал в несколько милливольт.


    Емкость нагрузки, при которой TL431 ведет себя стабильно, зависит от катодного тока и выходного напряжения. Возможные значения емкости показаны на картинке из даташита. Стабильные области находятся за пределами графиков.

    О светодиодах уже много написано, теперь читатели не знают, как их правильно запитать, чтобы они не сгорели раньше времени. Сейчас продолжаю активно пополнять раздел блоков питания, стабилизаторов напряжения и преобразователей тока.

    В десятку популярных электронных компонентов входят регулируемый стабилизатор TL431 и его собрат, ШИМ-контроллер TL494. В блоках питания он выступает в роли «программируемого источника опорного напряжения, схема включения очень проста. В импульсных блоках питания на TL431 иногда реализована обратная связь и опорное напряжение.

    Ознакомьтесь с характеристиками и паспортами других ИС, используемых для питания.


    • 1. Технические характеристики
    • 2. Схемы подключения TL431
    • 3. Распиновка TL431
    • 4. Даташит на русском языке
    • 5. Графики электрических характеристик

    Технические характеристики

    Получил широкое применение благодаря крутости своих технических характеристик и стабильности параметров при различных температурах. Частично функционал аналогичен известному, только работает при малой силе тока и предназначен для регулировки. Все особенности и типовые схемы включения указаны в даташите на русском языке. Аналогом ТЛ431 будет отечественная КР142ЕН19и импортный К1156ЭП5, их параметры очень похожи. Других аналогов не встречал.

    Основные характеристики:

    1. выходной ток до 100 мА;
    2. выходное напряжение от 2,5 до 36В;
    3. мощность 0,2 Вт;
    4. диапазон температур TL431C от 0° до 70°;
    5. для TL431A от -40° до +85°;
    6. цена от 28 руб за 1 шт.

    Подробные характеристики и режимы работы указаны в техпаспорте на русском языке в конце этой страницы или вы можете скачать

    Пример использования на плате

    Стабильность параметров зависит от температуры окружающей среды, очень стабильна, на выходе мало шума и напряжение плавает +/- 0,005В по даташиту. Помимо бытовой модификации TL431C от 0° до 70° доступна версия с более широким диапазоном температур TL431A от -40° до 85°. Выбор варианта зависит от назначения устройства. Аналоги имеют совершенно другие температурные параметры.

    Проверить исправность микросхемы мультиметром невозможно, так как она состоит из 10 транзисторов. Для этого необходимо собрать тестовую схему включения, по которой можно определить степень исправности, элемент не всегда полностью выходит из строя, он может просто сгореть.

    Схемы подключения TL431

    Рабочие характеристики стабилизатора задаются двумя резисторами. Варианты использования этой микросхемы могут быть разными, но максимальное распространение она получила в блоках питания с регулируемым и фиксированным напряжением. Он часто используется в стабилизаторах тока в зарядных устройствах USB, промышленных блоках питания, принтерах и другой бытовой технике.

    TL431 есть практически в любом блоке питания ATX от компа, можно у него позаимствовать. Силовые элементы с радиаторами, диодные мосты тоже есть.

    На этой микросхеме реализовано множество схем зарядного устройства для литиевых аккумуляторов. Выпускаются радиоконструкторы для самостоятельной сборки своими руками. Количество вариантов применения очень велико, хорошие схемы можно найти на зарубежных сайтах.

    Распиновка TL431

    Как показывает практика, распиновка TL431 может быть разной, и зависит от производителя. На изображении показана распиновка из таблицы данных Texas Instruments. Если его снять с какой-нибудь готовой платы, то распиновку ножек видно на самой плате.

    Даташит на русском языке

    ..

    Многие радиолюбители плохо знают английский и технические термины. Я достаточно хорошо владею языком предполагаемого врага, но при разработке меня все равно раздражает постоянное запоминание перевода электрических терминов на русский язык. Перевод даташита TL431 на русский язык сделал наш коллега, которому мы благодарны.

    Николай Петрушов

    Рис. один TL431.

    TL431 был создан в конце 70-х годов и в настоящее время широко используется в промышленности и в радиолюбительской деятельности.
    Но, несмотря на солидный возраст, далеко не все радиолюбители близко знакомы с этим замечательным органом и его возможностями.
    В предлагаемой статье я постараюсь познакомить радиолюбителей с этой микросхемой.

    Для начала посмотрим что у нее внутри и обратимся к документации на микросхему, «даташит» (кстати аналоги этой микросхемы КА431, а наши микросхемы КР142ЕН19А, К1156ЭП5х).
    А внутри у него с десяток транзисторов и всего три выхода, так что это?


    Рис. 2 Устройство TL431.

    Оказывается все очень просто. Внутри обычный операционный усилитель (треугольник на блок-схеме) с выходным транзистором и источником опорного напряжения.
    Только здесь эта схема играет немного другую роль, а именно роль стабилитрона. Его также называют «управляемым стабилитроном».
    Как он работает?
    Смотрим на блок-схему TL431 на рисунке 2. Из схемы видно, что ОУ имеет (очень стабильное) встроенное опорное напряжение 2,5 вольта (маленький квадрат), подключенное к инвертированному входу, один прямой вход (R), транзистор на выходе ОУ, коллектор (К) и эмиттер (А), который совмещен с выводами питания усилителя и защитный диод от переполюсовки. Максимальный ток нагрузки этого транзистора до 100 мА, максимальное напряжение до 36 вольт.


    Рис. 3 Цоколь TL431.

    Теперь на примере простой схемы, показанной на рисунке 4, разберем, как все это работает.
    Мы уже знаем, что внутри микросхемы есть встроенный источник опорного напряжения — 2,5 вольта. В первых выпусках микросхем, которые назывались TL430, напряжение встроенного источника составляло 3 вольта, в более поздних выпусках оно достигает 1,5 вольта.
    Это означает, что для того, чтобы выходной транзистор открылся, необходимо подать на вход (R) операционного усилителя напряжение чуть выше опорных 2,5 вольта (приставку «слегка» можно опустить, т.к. разница составляет несколько милливольт и в дальнейшем будем считать, что на вход необходимо подать напряжение, равное эталонному), тогда на выходе операционного усилителя появится напряжение и выходной транзистор откроется.
    Проще говоря, TL431 представляет собой что-то вроде полевого транзистора (или просто транзистора), открывающегося при подаче на его вход напряжения 2,5 вольта (и более). Порог открытия-закрытия выходного транзистора здесь очень стабилен благодаря наличию встроенного стабильного источника опорного напряжения.


    Рис. 4 Схема на TL431.

    Из схемы (рис. 4) видно, что на вход R микросхемы TL431 подключен делитель напряжения из резисторов R2 и R3, резистор R1 ограничивает ток светодиода.
    Так как резисторы делителя одинаковые (напряжение питания делится пополам), то выходной транзистор усилителя (ТЛ-ки) откроется при напряжении питания 5 вольт и более (5/2=2,5). В этом случае на вход R будет подаваться 2,5 вольта с делителя R2-R3.
    То есть наш светодиод загорится (откроется выходной транзистор) при напряжении питания 5 вольт и более. Соответственно погаснет при напряжении источника менее 5 вольт.
    Если увеличить сопротивление резистора R3 в плече делителя, то потребуется увеличить напряжение источника питания более чем на 5 вольт, чтобы напряжение на входе R микросхемы, питаемой от делителя R2-R3 снова достигает 2,5 вольта и выходной транзистор TL открывается -ки.

    Получается, что если этот делитель напряжения (R2-R3) подключить к выходу БП, а катод ТЛ к базе или затвору управляющего транзистора БП, то сменой плеч делителя, например, изменением значением R3 можно будет изменять выходное напряжение этого БП, т.к. в этом случае изменится и напряжение стабилизации ТЛ-ки (напряжение открытия выходного транзистора) — то есть мы получим управляемое стабилитрон.
    Или, если выбрать делитель, не меняя его в дальнейшем, можно сделать выходное напряжение БП строго фиксированным на определенном значении.

    Выход; — если микросхема используется как стабилитрон (его основное назначение), то подбором сопротивлений делителя R2-R3 можно сделать стабилитрон с любым напряжением стабилизации в диапазоне 2,5 — 36 вольт (максимальное ограничение по «техпаспорту»).
    Напряжение стабилизации 2,5 вольта — получается без делителя, если вход ТЛ-ки соединить с ее катодом, то есть замкнуть выводы 1 и 3.

    Тогда возникает больше вопросов. Можно ли, например, заменить TL431 на обычный ОУ?
    — Можно, только при наличии желания сконструировать, но надо будет собрать свой источник опорного напряжения 2,5 вольта и подать питание на ОУ отдельно от выходного транзистора, так как ток его потребления может открыть привод. В этом случае опорное напряжение можно сделать каким угодно (не обязательно 2,5 вольта), тогда придется пересчитывать сопротивление делителя, используемого совместно с TL431, чтобы при заданном выходном напряжении БП подаваемое напряжение на вход микросхемы равно опорному.

    Еще вопрос — можно ли использовать TL431 как обычный компаратор и собрать на нем, скажем, термостат или что-то в этом роде?

    Можно, но так как он отличается от обычного компаратора наличием встроенного источника опорного напряжения, то схема будет намного проще. Например это;


    Рис. пять Термостат на TL431.

    Здесь терморезистор (термистор) является датчиком температуры, и он уменьшает свое сопротивление при повышении температуры, т.е. имеет отрицательный ТКС (Температурный коэффициент сопротивления). Термисторы с положительным температурным коэффициентом, т.е. сопротивление которых увеличивается с ростом температуры, называются позисторами.
    В этом термостате при превышении температуры установленного уровня (регулируется переменным резистором) сработает реле или какой-либо исполнительный механизм, и контакты отключат нагрузку (нагреватели), или, например, включат вентиляторы, в зависимости от задачи.
    Данная схема имеет небольшой гистерезис, и для его увеличения необходимо ввести ООС между выводами 1-3, например, подстроечный резистор номиналом 1,0 — 0,5 мОм и подобрать его значение экспериментально, в зависимости от требуемого гистерезиса.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *