LM317: Характеристики, виды и схемы

LM317 – это регулируемый стабилизатор напряжения. Он может служить для создания различных блоков питания. Он способен быть основой для стабилизатора тока, зарядного устройства, лабораторного блока питания и даже звукового усилителя. Для того, чтобы им воспользоваться, достаточно подключить его к одной их схем обвязки, обозначенных ниже.

Эта микросхема является одной из самых популярных в мире – все из-за простоты ее устройства и работы с ней, ее дешевизны и надежности. Последнее обеспечивается наличием защит короткого замыкания выводов и перегрева микросхемы. LM317 не требует множества компонентов в качестве обвязки. Наибольшую популярность микросхема приобрела в среде радиолюбителей.

LM317 регулирует напряжение линейно, что является ее преимуществом относительно импульсных преобразователей. Микросхема продается в нескольких вариантах корпуса, наибольшей популярностью пользуется версия LM317T в корпусе TO-220. Она была разработана Бобом Добкиным в 1976 году, когда он работал в National Semiconductor, и с тех пор является бессменным хитом в кругах радиолюбителей.

Схема LM317

Все внутреннее устройство стабилизатора можно видеть на его схеме, взятой в datasheet. На ней изображены три вывода схемы: вход (на этот вход подается питание), регулировка и выход. На пине регулировки вольтаж сигнала сначала понижается на одностороннем ограничителе до стабильных 1.25В и служит опорным источником, а ток, вместе с током питания идут на компаратор, основанный на операционном усилителе.

Также на схеме можно видеть выходной каскад на базе биполярного транзистора, который усиливает ток, и блок защиты от перегрева и превышения по току.

Справа от блока защиты находится датчик тока, падение на котором и отслеживается защитой с целью предупреждения повреждений от КЗ.

Характеристики LM317

• Максимальное входное напряжение LM317 – 40В
• Диапазон напряжений выхода LM317 – 1.2-37В
• Максимальный выходной ток для LM317 – 1.5А
• Опорное напряжение микросхемы – 0.1-1.3В
• Минимальный ток нагрузки – 3. 5mA
• Погрешность напряжения на выходе – 0.1%
• Рассеиваемая мощность – 20Вт
• Рабочий температурный диапазон – 0-125C
• Температурный диапазон хранения – -65-150C
• Температурный диапазон хранения – -65-150°C

Виды LM317

Микросхема продается в нескольких варианта корпуса, в зависимости от потребности в размерах, нагрузки и подключении, а также типу монтажа схемы — каждый может выбрать наиболее подходящий ему вариант.

Наиболее популярна LM317T в корпусе TO-220 на 1.5 Ампер. Это считается универсальным вариантом, так как может использоваться в навесном монтаже, а также поверхностном. Радиатор в таком корпусе позволяет отводить излишнее тепло и испытывать более серьезные нагрузки, чем его собратья, а при необходимости его можно прикрепить к большему радиатору.

Подключение LM317

LM317 имеет следующую конфигурацию выводов в разных корпусах:

Минимальная схема подключения представляет собой два резистора сопротивления и три конденсатора, подключенных согласно схеме. В соответствии с характеристиками сопротивления и будет определяться напряжение на выходе.

У LM317 два главных параметра: это его опорное напряжение, а также ток, истекающий на выводе подстройки. Опорное напряжение (Vref) — напряжение, которое стабилизатор поддерживает на сопротивлении R1. Оно нестабильно и разнится от партии к партии в среднем на 0.1В, поэтому для расчетов лучше держать в уме усредненное значение – 1.25В. Для серьезных же проектов стоит измерить его для каждого используемого экземпляра. Соответственно, следуя схеме, если замкнуть резистор R2, то на выходе мы получим опорное напряжение – 1.25В, а с увеличением вольтажа на R2 будет увеличиваться и выходное напряжение. Таким образом, LM317 постоянно сравнивает напряжение на выходе через резистивный делитель с опорным, поэтому, меняя сопротивление, мы меняем выходное напряжение.

Ток, утекающий на подстройке (Iadj) – паразитный. По заявлению производителей он составляет от 50 до 100 мкА, но на деле же может достигать и 500 мкА. Из-за этого для стабильности выходного напряжения сопротивление R1 не должно быть выше 240 Ом, чтобы через делитель не проходил ток менее 5 мА.

Все, что вам нужно – это подставить ваше значение R1 в это формулу R2=R1*((Uo/Uref)-1).

Кроме того, не забывайте об охлаждении. Чем больше разница входного и выходного тока, тем сильнее будет нагреваться стабилизатор, что приведет к проблемам с его работой. Параметров, описанных производителем, можно добиться, только используя дополнительное охлаждение в виде радиатора.

Типовые схемы LM317

Как было указано, в LM317 используется при создании регулируемых и нерегулируемых блоков питания, однако, также может быть использован в качестве основы стабилизатора тока при создании светодиодных драйверов, которые поддерживают ток в цепи вне зависимости от входного напряжения. Только описанных в datasheet применений хватит на отдельную книгу, поэтому разберем несколько самых популярных схем на этом стабилизаторе.

Регулируемый блок питания (1.

2-37В)

Все, что понадобится для его создания, это заменить R2 на переменный резистор, а также добавить трансформатор с диодным мостом на вход. При использовании стоит учитывать, что микросхема обладает опорным напряжением в 1.25В, поэтому оно и будет минимальным для данной схемы.

Регулируемый блок питания (0-37В)

Если вам необходима полная регулировка с 0В, то производители схем предлагают подключить к схеме источник отрицательного напряжения на 10В.

Вы можете намотать дополнительную катушку на трансформатор блока питания и подключить его выводы после диодного моста следующим образом:

Либо вы можете использовать источник отрицательного напряжения, который будет питаться от основной обмотки.

Таким образом, вы получите простейший лабораторный блок питания.

Светодиодный драйвер (Стабилизатор тока)

С помощью этой схемы вы можете запитывать достаточно мощные светодиоды и светодиодные ленты. Все, что нужно — это знать потребляемый ток и, исходя из него, подобрать сопротивление по формуле.

В нем используется тот же принцип, что и в самой простой схеме, но вместо резистивного делителя установлен датчик тока. Чем больший ток потребляет нагрузка на выходе, тем большее падение напряжения будет наблюдаться на датчике. Оно отслеживается микросхемой, и она увеличивает или уменьшает напряжение для поддержания стабильного тока. Даже при коротком замыкании ток будет держаться на стабильном уровне, который был выставлен.

Зарядное устройство

Схема данного зарядного устройства взята из datasheet и имеет напряжение на выходе 6В с ограничением 0.6А. С помощью изменения сопротивления резисторов R1 и R2 возможно регулировать напряжение под ваши нужды, а при помощи резистора R3 – ток. Оно подойдет для питания аккумуляторов телефонов, инструментов и бытовой техники.

Регулирование переменного напряжение

Так как два LM317 могут регулировать не только положительные, но и отрицательные колебания синусоиды, то с помощью них можно создать AC регулятор. Можно видеть, что схема довольно не сложная и не требует множества компонентов:

Как проверить LM317?

В отличие от транзисторов, данную микросхему невозможно проверить мультиметром. Такой способ никак не гарантирует правильную работу из-за большого количества внутренних элементов, не соединенных с выводами. Поэтому, если какой-то из них выйдет из строя, то проверить это мультиметром будет проблематично. Самый простой способ проверки работы LM317 — это создать простейший стенд на макетной плате, а запитать его можно будет всего лишь от батарейки.

Таким образом, вы сможете быстро убедиться в полностью рабочем состоянии элемента, даже если необходимо проверить несколько штук.

Применение LM317

Схемы, приведенные выше – лишь малая часть, основа, по сравнению с тем, что возможно сделать на этом стабилизаторе. Он может использоваться почти во всех схемах, которые требуют постоянного питания до 40 В. Вот некоторые сферы применения, описанные в официальном техническом документе данной микросхемы:

• Персональные компьютеры
• Цифровые камеры
• ЭКГ
• Интернет свитчи
• Биометрические датчики
• Драйверы электромоторов
• Портативные зарядки
• PoE
• RFID считыватели
• Бытовая техника
• Рентгеновские аппараты

Как можно видеть, даже сам производитель рассчитывает на максимально широкое использования данного элемента, что уж говорить о самодельщиках, готовых представить самые необычные схемы с использованием LM317.

Повышение максимального выходного тока

Существует два способа повышения максимального выходного тока. Если вам необходимо получить больше 1.5А, то вы можете либо подключить несколько микросхем параллельно, либо подключить силовой транзистор.

В первом случае достаточно подключить на выход стабилизаторов резисторы с низким сопротивлением. Они нужны для выравнивания токов.

Однако не всегда рационально использовать несколько микросхем. Поэтому нам на помощь приходит транзистор. В таком случае будет достаточно добавить его и резистор в качестве обвязки к нему.

Если нагрузка потребляет небольшой ток, то он будет проходить через микросхему, не затрагивая транзистор. А при повышении, почти весь ток будет проходить через транзистор, оставляя малую его часть стабилизатору. Но при использовании этой схемы внутренняя защита внутри LM317 от КЗ.

Аналоги LM317

Что делать, если нет возможности использовать LM317? Можно воспользоваться ее аналогами. Братьями-близнецами данного компонента являются UPC317, GL317, ECG1900 и SG317. Отечественный же аналог — это KP142Eh22A, а также существует KP142ЕН12 с фиксированным напряжением.

Если LM317 не хватает мощности для вашего проекта, то можно воспользоваться более мощными вариантами:

• LM350AT и LM350T – максимальный выходной ток 3А и мощность 25Вт
• LM350K – ток 3 А и мощность 30 Вт
• LM338T и LM338K – ток 5 А

Все эти микросхемы имеют одинаковые выводы, поэтому схемы не придется никак менять.

Безопасная эксплуатация LM317

Стоит помнить об эксплуатационных характеристиках радиокомпонента и не использовать его в критических условиях. Мощность рассеивания по официальной информации – 20 Вт, а разница входного и выходного напряжений не должна превышать 40 В. Во время пайки температура должна не превышать 260 C. Использовать можно при температуре от 0C до 125C, а хранить от -65C до 150C. Все это официально заявленные характеристики, в реальности они могут расходиться от экземпляра к экземпляру и быть заниженными.

Не стоит использовать элемент при максимальных и минимальных обозначенных значениях. При такой эксплуатации уровень стабильности и надежности значительно упадет. А также крайне желательно использовать радиатор для отвода тепла, так как иначе заявленные характеристики могут не совпадать с реальными.

Datasheet, даташит

Datasheet на данный стабилизатор проще всего найти на сайте производителя Texas Instruments. Или по ссылке.

В даташите вы сможете найти наиболее точные характеристики и спецификации, а также графики, отражающие работу микросхемы. Помимо этого, там описаны некоторые из типовых схем, использования и подробное описание их настройки под различные нужды. А также рекомендации по использованию.

Производители LM317

Так как LM317 является самым популярным стабилизатором напряжения, то ее выпускают крупнейшие предприятия по производству микросхем:

• Texas Instruments
• STMicroelectronics
• ONS
• UTC

Где купить LM317?

Стабилизатор применяется крайне широко, поэтому проблем с покупкой не возникает, он доступен почти во всех интернет-магазинах радиоэлектронных компонентов. Но к нам этот товар, как и другие радиоэлектронные компоненты, попадает по крайне завышенной цене, поэтому выгоднее всего купить его на AliExpress по этой ссылке.

Рекомендую к просмотру:

 

Преобразователи напряжения для систем PENTIUM/II/III

Преобразователи напряжения для систем PENTIUM/II/III

Зачем нужны преобразователи напряжения на плате.

Линейные стабилизаторы 3,3/2,5/1,5 вольт

Линейные стабилизаторы ядра процессора.

Импульсные стабилизаторы

Синхронные импульсные стабилизаторы

Комбинированные стабилизаторы

Производители компонентов для стабилизаторов

Зачем нужны преобразователи напряжения на плате.

&nbsp &nbspКак известно из древних манускриптов, первые процессоры (назовем первым i8080) изготавливались по NMOS технологии. В те времена довольно трудно было изготовить транзистор с точно заданым напряжением отсечки. Кроме этого при изготовлении микросхем образовывались диоды которые приходилось закрывать подачей на подложку минус 5 вольт.
&nbsp &nbsp Таким образом для питания собствено процессора (сейчас это называется ядро процессора) подавалось +12 вольт, на подложку -5 вольт, а для общения со стандартными ТТЛ микросхемами +5 вольт.

&nbsp &nbsp В современных системных платах -5 вольт не используется но практически во всех блоках питания присутствует. Правда нагрузочная способность обычно не превышает 0,05 Ампер.
&nbsp &nbsp Но технология совершенствовалась и появились микросхемы NMOS микросхемы требующие только +5 вольт (i8055 отечественный аналог 580ВВ55). А затем и CMOS(КМОП) процессоры. (i8085, Z80, Квазар выпустил 580ВМ1 ).
&nbsp &nbsp Как известно КМОП структуры потребляют мизерную энергию когда не переключаются.

Потребление происходит только при заряде/разряде емкости затворов. От положительного полюса происходит заряд емкостей при включении, а при выключении заряд стекает на землю.
&nbsp &nbsp Включение/выключение взаимно инверсны для N и P канального транзистора.

рис 1.Пример логического елемента КМОП структуры.

&nbsp &nbsp Кроме этого чем выше напряжение на затворе, тем меньше сопротивление канала открытого транзистора. Повышение температуры — повышает сопротивление канала. На быcтродействие влияют и физические размеры транзисторов на подложке.

&nbsp &nbsp Еще много параметров влияют на быстродействие транзисторов и соответсвенно процессоров. Производители ищут золотую середину, но тенденция снижения напряжения питания просматривается четко.

Линейные стабилизаторы 3,3/2,5/1,8/1,5 вольт

&nbsp &nbsp Первой серией процессоров Intel-архитектуры для настольных систем с напряжением питания меньше 5 вольт, стала 486 серия.

Процессоры тогда выпускали кроме Intel — AMD, IBM, Cyrix, UMC. Напряжение питания ядра и I/O (ввода/вывода) совпадали. Но для разных процессоров имели разное значение 3,3 3,45 3,52 вольт.
&nbsp &nbsp Так появились на плате первые стабилизаторы 3,3 вольта.

рис 2. Типичная структура линейного стабилизатора.

&nbsp &nbsp Принцип действия его довольно прост. Входное напряжение запитывает операционный усилитель и источник опорного напряжения.
&nbsp &nbsp В простейшем случае стабилитрон и токоограничивающий резистор. В начальный момент на выходе стабилизатора напряжения нет опорное напряжение на неинвертирующем больше чем на инвертирующем входе. По этому на выходе ОУ появляется напряжение открывающее силовой транзистор напряжение с эмитера транзистора напряжение попадает на делитель R1/R2.

С делителя поступает на инвертирующий вход ОУ и последний уменьшает выходное напряжение и силовой транзистор прикрывается.
Схема таким образом пытается сравнять напряжение на входах ОУ, и соответсвенно на выходе стабилизатора.
&nbsp &nbsp Для устойчивой работы данной схемы требуется конденсатор на выходе и минимальная нагрузка( обычно сотые доли Ампера).
&nbsp &nbsp Более подробно можно почитать здесь

По такой схеме собраны интегральные стабилизаторы LM317, LM1083/4/5, PQ30RV21, а также их аналоги.

рис 3. Интегральный линейный стабилизатор.

&nbsp &nbsp На системных платах я встречал LM1083/4/5, PQ30RV21. LM317 Имеет ток нагрузки 1,5A по этому возможно и не применялась.
LM1083/4/5 отдает в нагрузку 7,5/5/3 Ампера. Так как в Pentium системах питание 3,3 вольта может подаваться на DIMM, СASH, PCI то 5-ти амперные и менее мощные источники не применяются для питания ядра процессора.

Так мне встречалась плата на чипсете VIA MVP3 в которой стабилизатор 3,3 вольта запитывал все устройства (кроме ядра процессора). Он был собран на LT1083, радиатор размером 1 на 2 сантиметра. Вода, капнутая на радиатор, закипала :-(((.
&nbsp &nbsp На современных платах такие схемы применяются только для стабилизаторов 2,5 вольт генератора тактовых сигналов и 1,5 вольт для запитки терминаторов интерфейса между процессором и северным мостом.
&nbsp &nbsp На 486 возможно применялись 1083 и для запитки ядра процессора. Давно было не помню :-))). Pentium Pro платы живьем видел раз 10 не больше.

&nbsp &nbsp Так как резисторы обычно имеют номинал килоомы и не горят, то диагностировать отказ довольно просто :
1) Померять напряжение на входе и выходе.
2) Если не равно требуемому то подменить на заведомо рабочий.
&nbsp &nbsp Eсли нет чем подменить то можно собрать на весу схему из двух резисторов по 100 ом и конденсатора на выходе. При этом напряжение должно быть два опорных(типовое значение: 2*1,25=2,5 вольт).

&nbsp &nbsp Кроме этого дизайнеру платы не возбраняется разместить стабилизатор 3,3 вольта в SMD корпусе для питания Stand By логики в ATX платах.
Или 78L05, для питания звуковой платы на борту. Так как их выходное напряжение фиксировано то проверить еще проще.
&nbsp &nbsp А в чипсете i810 добавлен стабилизатор 1,8 вольт. Творчество не остановить :-)))

Линейные стабилизаторы ядра процессора.

&nbsp &nbsp Линейные стабилизаторы ядра перестали использоваться с появлением процессоров с двойным питанием.(Pentium MMX, AMD K6-2)

&nbsp &nbsp Так при напряжении ядра 3,3 вольта, КПД линейного стабилизатора в лучшем случае равнялся 66% то при 2,8 уже 56%, а для cовременных AMD K6-2+ при напряжении 2,0 всего 40%.
&nbsp &nbsp Таким образом с силового элемента нужно отводить можность равную или большую мощности потребляемой CPU. Для K6-2-400 ток потребления 11,25 Ампер при 2,2 вольта, при этом на силовом элементе выделиться (5-2,2)*11,25=31,5 ватт. Компактный недорогой паяльник :-))).

По этому производители начали переходить на импульсные стабилизаторы.

&nbsp &nbsp С линейных стабилизаторов мне встречались два схемных решения.

Схемы используемые для построения линейных стабилизаторов.

рис 4. Регулируемый стабилитрон	рис 5. Линейный стабилизатор на 100мА

Если посмотреть на первый рисунок, то видно что он имеет отличия от типовой схемы линейного стабилизатора но включает те же элементы. Этот регулируемый стабилитрон LM/TL431 с помощью трех резисторов и силового элемента легко превратить в мощный стабилизатор.

рис 5. Линейных стабилизатор на TL431.

&nbsp &nbsp Так как cиловой элемент внешний, то заменяя его можно собрать стабилизатор и на 10 и более Ампер.
&nbsp &nbsp Единственный вопрос: куда девать рассеиваемую мощность?

Принцип работы схемы отличается от указанной на рис 2.
Резистор Rb обеспечивать ток для питания собственно регулируемого стабилитрона и базовый ток силового транзистора.
&nbsp &nbsp Источник опорного напряжения подключен к инвертирующему входу, и по этому регулировка выходного напряжения происходит за счет понижения напряжения/повышения напряжения на базе.
То есть в первой схеме ОУ управлял напряжением на базе и задавал ток базы (соответственно и нагрузки), то в данной схеме только регулирует выходное напряжение.

&nbsp &nbsp Так как коэффициент усиления транзистора при больших токах низок то требуется большой базовый ток.
Так что данная типовая схема включения используется редко. Чаще устанавливается транзистор типа Дарлингтон.
Но данный тип транзисторов имеет обычно высокое значение напряжение насыщения коллектор эмиттер. Типично 2 вольта и выше.
&nbsp &nbsp Я встречал два решения:
1) Понадеятся что транзисторы имеют лучшее Uce(sat) чем обьявленый в паспорте и поcтавить Дарлингтон &nbspTIP102.
2) Подрассчитать резистор Rb и поставить &nbsp D45H&nbsp который имеет Uce(sat) не более 1,5 вольт и коэффициент усиления 40..60.

&nbsp &nbsp В данный момент наиболее распространена схема с заменой биполярного транзистора на полевой с изолированым N каналом.
Эта схема применяется для 1,5/1,8/2,5/3,3 вольт, но для питания ядра я не встречал. Как указывал выше, сейчас применяют импульсные стабилизаторы.

рис 6. Линейных стабилизатор на TL431 и N-канальном полевике.

&nbsp &nbsp Данная схема экономичней, проще в рассчете, но защиты по току нет :-(((.
&nbsp &nbsp Если паралельно R3 в схемах на рис. 5 и 6 поставить набор резисторов и перемычек, то можно регулировать выходное напряжение.
Теоретически нижный предел напряжения равен опорному (2,5 вольт). Но обычно при питании ядра ниже чем 2,8 происходит перегрев силового транзистора.

&nbsp &nbsp Стабилизатор на AS/LP2951 собирается по схеме аналогичной регулируемому стабилитрону:

Линейных стабилизатор на LP2951.

рис 7. С применением PNP транзистора.	рис 8. С применением P-канального транзистора

&nbsp &nbsp Эти схемы взяты с документации на AS2951.
Но если внимательно посмотреть на рис 2, прочитать документацию на микросхему, то можно прийти к такой схеме:

рис 9. Функциональная схема стабилизатора на LP2951.

&nbsp &nbsp С точки зрения производителя эта схема возможно эта схема никудышняя (прохождение тока через микросхему большое (0,0004 Ампера потребляет микросхема а через нее «валит» весь базовый ток, греет и провоцирует отказ).
Но вполне работоспособна.
&nbsp &nbsp Так как основное применение предполагалось в переносных/носимых устройствах, то и выходной ток микросхемы ток начинает ограничиваться около 0,15 Ампер и ток через силовой транзистор соответственно ограничивается.
&nbsp &nbsp Это cвойство опять ставит перед вибором Дарлингтон/обычный транзистор или полевой с отказом от защиты по току или усложнением схемы.
&nbsp &nbsp Чаще всего встречались схеми с D45h3.

&nbsp &nbsp Отказывает чаще всего в данной схеме, конечно же, силовой элемент.

Импульсные стабилизаторы

&nbsp &nbsp Ну наконец то добрались до основной темы данной краткой статьи.
Импульсные стабилизаторы намного выгоднее в использовании:
&nbsp &nbsp 1. Нагрев силовых элементов намного меньше.
&nbsp &nbsp 2. Не требуется мощные радиаторы/вентиляторы.
&nbsp &nbsp 3. Емкости фильтрующих конденсаторов меньше.

&nbsp &nbsp Сторонники линейных стабилизаторов выдвинут свои аргументы:
&nbsp &nbsp 1. В случае пробоя на схему пойдет напряжение в два и более раз выше номинального.
&nbsp &nbsp 2. Нужно мотать не стандартные узлы(индуктивность).
&nbsp &nbsp 3. Емкости фильтрующих конденсаторов меньше, но требуюся специализированые.

&nbsp &nbsp Решительно отметаем эти аргументы:
&nbsp &nbsp 1.Надежность импульсных стабилизаторов намного выше и вероятность отказа намного меньше. Для особо «трусливых» можно предложить варистор или резистор+стабилитрон+тиристор+предохранитель для защиты от перенапряжения.
&nbsp &nbsp 2. Сколько той катушки не более десяти витков.
&nbsp &nbsp 3. Да требуются специальные конденсаторы которые рассчитаны на высокочастотные пульсации.
Обычно такие конденсаторы упакованы в коричневый пластик. Но можно и черные, рассчитание на 105 градусов.
Зато какая экономия обьема и места на плате.

рис 10. Функциональная схема импульсного понижающего стабилизатора.

Данный рисунок я получил из &nbspуниверситетской статьи о преобразователях.
&nbsp &nbsp В статье обстоятельно описана теория выпрямления и преобразования c формулами и примерами. А также моделями PcSpice и MathCad.
&nbsp Здесь можно почитать на русском. Читать легче, но есть Ашипки и очепятки :-))), по английски читаю хуже и ошибок не вижу.
&nbsp &nbsp Принцип действия несколько похож на линейный стабилизатор.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp1) Схема управления при подаче входного напряжения открывает силовой электронный ключ и напряжение поступает на нагрузку через катушку индуктивности.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp2) Напряжение на на нагрузке начинает расти, и часть его через обратную связь поступает на схему управления.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp3) При превышении на нагрузке напряжения выше заданного, схема управления отключает силовой ключ.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp4) Так как катушка индуктивности накопила энергию, то она начинает отдавать ток в нагрузку. Напряжение на ней меняется на противоположное(слева минус) и диод открывается — цепь замыкается.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp5) По мере отдачи энергии напряжение на нагрузке падает и через обратную связь сравнивается с опорным.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp6) При падении напряжения ниже опорного, схема управления включает ключ и поступающее напряжение закрывает диод — «все возвращается на круги своя».

рис 11. Понижающий стабилизатор с N-канальным транзистором.

&nbsp &nbsp Это схема стабилизатора на 3,3 вольта с системной платы PC Chips.
Для открытия ключа контроллер MC34063 выдает на выходе напряжение несколько меньше 12 вольт. Это напряжение через диод D3 попадает на затвор Q1 и открывает его. Когда напряжение на выходе достигло заданного, контроллер снимает напряжение. Положительный заряд на затворе через эмиттер, базу R3 начинает стекать на землю. Как только в цепи базы появляется ток — переход коллектор эмиттер открывается и заряд полностью стекает на землю.
&nbsp &nbsp При напряжении отсечки (3..5 вольт для мощных полевиков) транзистор Q1 закрывается.

&nbsp &nbsp Похожая схема применялась в стабилизаторе блока питания компьютера. Только вместо D3, Q2 стояла пара транзисторов PNP и NPN (2N3906, 2N3904). Через один транзистор напряжение поступало на затвор, а через другой стекало на землю (типичная схема: базы вместе — вход, эмиттеры вместе — выход, колекторы — врозь, на землю и питание ).
&nbsp &nbsp Поскольку диод Шотки дорогой (центов 5 наверное), то китайские головы решили снять его, и вцепили RC цепочку в затвор.
&nbsp &nbsp При этом транзистор перешел в линейный режим. Позже догадались, что импульсный контроллер для линейного режима не нужен и переработали совсем схему.

&nbsp &nbsp В принципе ключевым элементом в схеме может быть и биполярный транзистор(PNP и NPN) а также P-канальный полевой.

рис 12.Импульсный стабилизатор c NPN транзистором.

&nbsp &nbsp Так как P-канальный транзистор дороже (правда позволяет работать только с одним питающим напряжением), а биполярные менее эффективны, то на системных платах используют в основном N-канальные.
&nbsp &nbsp Кроме этого импульсные стабилизаторы позволяют получить выходное напряжение выше входного, а также отрицательное напряжение.

&nbsp &nbsp По схеме с N-канальным транзистором я собирал стабилизатор на 10 ампер. На входе поставил обьемно-пористый танталовый конденсатор на 47 микрофарад.
&nbsp &nbsp При нагрузке в 5А и транзисторе IRL2203N( сопротивление в открытом состоянии 0.007 Ом!!!) транзистор не нагревался выше 30 градусов на печатной плате, с оставленной фольгой 2х2 сантиметра для охлаждения.
&nbsp &nbsp Но при нагрузке 10А в течении минуты, с конденсатора дым. Пришлось заменить на 1000 микрофарад. При этом чуствовался нагрев конденсатора. Транзистор работал (~70..80 градусов).
&nbsp &nbsp Максимальная рабочая тампература его по паспорту 175.

&nbsp &nbsp Эту информацию желательно учитывать при замене компонентов на системной плате.

&nbsp &nbsp По такой схеме построены многие интегральные стабилизаторы например: US3034 , RC5037.

рис 13. Блок схема RC5037.

&nbsp &nbsp Здесь явно видно частотозадающий конденсатор С1 , делитель обратной связи R2/R3 и датчик тока R1. Схема заряда и разряда емкости затвора находиться внутри микросхемы.
&nbsp &nbsp Такаие схемы применяются для стабилизаторов 3,3 вольт на AT/ATX платах, а также в дорогих платах для питания DIMM.
&nbsp &nbsp Обычно отказывает силовой транзистор. Для проверки нужно выпаять затвор (или весь транзистор) и прозвонить на сток/исток. При этом должен звониться обрыв. Если прозванивать цифровым тестером(плюс на затвор, минус на исток ) то на затворе образуется заряд, и переход сток исток звониться на 0 в обоих направлениях.

Микросхема при этом на выходе выдает 12 вольт, Его нет или не около 12 вольт то и микросхема сдохла тоже.
&nbsp &nbspПравда было пару случаев, умельцы пережигали дорожку подачи 12 вольт, подсоединяя кнопку Reset к питанию вентилятора. Так что перед тем как выбросить микросхему, желательно проверить наличие +5 и +12 вольт на ней.

&nbsp &nbsp Интересное решение: питание ядра процессора типа Pentium II/III разработанное PCChips с автонастройкой.

рис 14. Cхема питания ядра на MC34063..

&nbsp &nbsp У этой схемы есть недостаток — без процессора на выходе напряжение растет до 5 вольт.

&nbsp &nbsp Вот типовое включение микросхемы TL494 &nbsp в режиме понижающего импульсного преобразователя:

рис 15. Понижающий стабилизатор на TL494.

&nbsp &nbsp Мне встречались платы в которых биполярный транзистор (2N3906) работал на мощный N-канальный полевик в стабилизаторе 3.3 вольт.
В интернете достаточно информации о данной микросхеме, и на русском языке тоже. Так что подробно останавливаться не буду.

Синхронные импульсные стабилизаторы

&nbsp &nbsp Так как производители все повышают рабочую частоту процессоров, то растет и ток потребляемый ими и мощность рассеиваемая на стабилизаторах.
&nbsp &nbsp Но если на процессор ставят радиатор и вентилятор (у Athlona два вентилятора), то на системных платах для охлаждения силовых элементов стараются поставить радиатор поменьше, или использовать печатную плату для для охлаждения.
&nbsp &nbsp Так как рассеиваемая мощность на диоде например MBR2035CT&nbsp &nbsp равна при токе 10 Ампер — 10*0,57=5,7 Ватт (когда он открыт). А на указанном выше IRL2203N всего 10*0,007=0,07 Ватт.
&nbsp &nbsp Указанной цифре можно не верить. Мощность выделяемая на транзисторе в момент открывания/закрывания намного превышает 0,07 Ватт. Но все же схема с двумя транзисторами эффективнее комбинации транзистор плюс диод.
&nbsp &nbsp Схемы с использованием двух транзисторов называются синхронными. При определенных условиях КПД достигает 98% (по крайней мере в информационных листах производителей чипов :-))).

рис 16. Типовая схема синхронного стабилизатора

&nbsp &nbsp Транзистор Q1 закачивает ток в катушку, а Q2 принимает ток при закрытии Q1.
&nbsp &nbsp Для того чтобы предотвратить одновременное открытие обоих транзисторов, управляющая схема выдерживает паузу (dead time) после закрытия одного транзистора и открытием другого. Но так как ток не должен прерваться, то установлен маломощный диод D1.
&nbsp &nbsp Так как емкость фильтрующих конденсаторов обычно превосходит 8000 микрофарад, то используется конденсатор С1 для плавного пуска (soft star).
&nbsp &nbsp Защита от короткого замикания сделана «по хитрому». Когда открыт верхний транзистор, то на нем падает напряжение пропорционально току и сопротивлению канала.
&nbsp &nbsp Это напряжение вычитается из напряжением, которое задается сопротивлением R1 и внутренним источником тока (смотри рис. 16, 17) При превышении током заданного значения, происходит изменение знака выходного напряжения операционного усилителя и отключение верхнего транзистора Q1.
&nbsp &nbsp Выходное напряжение стабилизируется на уровне выбраном процессором с помощью входных сигналов VID0..VID4.
&nbsp &nbsp Подробнее можно почитать в технической документации на контроллер, например: HIP6004.

рис 17. Блок схема HIP6004

&nbsp &nbsp Так как верхний транзистор Q1 рассеивает большую мощность чем Q2, то и отказывает чаще. Пробивается изоляция затвора.
При отказе управляющей микросхемы, выбивает и верхний транзистор.

&nbsp &nbsp При отсутсвии процессора, на выходе стабилизатора может устанавливается минимально допустимое напряжение 1,3 вольта, около 0 вольт, кроме этого встречаются схемы включения стабилизирующие напряжение на уровне 2,0 вольт.
При отказе управляющей микросхемы и верхнего ключа, на затворе верхнего ключа появляется напряжение не равное плюс 12 вольт, а какое нибудь промежуточное, например: 7..8 вольт.
&nbsp &nbsp Это напряжение через пробитый затвор попадает на выход. И с помощью тестера или осцилографа можно проследить нарастание напряжения ядра до 6..7 вольт в течении 1..2 минут. Что может служить для диагностики отказа.
В некоторых платах может отсутствовать диод, заменяющий нижний транзистор до его открытия. При этом роль диода выполняет технологический диод в силовом транзисторе.

Комбинированые стабилизаторы

&nbsp &nbsp Дальнейшая интеграция преобразователей привела к обьединению в одной микросхеме нескольких стабилизаторов например HIP6019:

рис 18. Блок схема HIP6019

&nbsp &nbsp На рисунке явно видны: импульсный синхронный контроллер PWM1(целый чип HIP6004), классический импульсный контроллер PWM2, линейный контроллер с внешним силовым элементом, и полный регулятор (стабилизатор напряжения).

&nbsp &nbsp Вот и все.

Производители компонентов для стабилизаторов

Сссылки прямо на страницу с информацией о микросхемах.
Если ссылка не работает то укоротите ей «хвост».

Cherry Semiconductor, успешно проглочена OnSemi подразделение Motorola
&nbsp &nbsp Производит все.

Intersil подразделение Harris Semiconductor
&nbsp &nbsp Контроллеры серии HIP60xx, силовые транзисторы.

Ratheon подразделение Fairchild, которое в свою очередь является подразделением National Semiconductor
&nbsp &nbsp Контроллеры серии RC50xx,линейные стабилизаторы, силовые транзисторы.

Linear Tecnology
&nbsp &nbsp ШИМ Контроллеры ,линейные стабилизаторы.

MicroSemi она же Linfinity Microelectronics
&nbsp &nbsp Контроллеры серии LX16xx, линейные стабилизаторы, силовые элементы, и множество других полезностей.

National Semicondactor
&nbsp &nbsp Контроллеры серии LM26xx, линейные стабилизаторы, силовые элементы, и множество других полезностей.

Semtech
&nbsp &nbsp Контроллеры серии SC11xx, линейные стабилизаторы.

Unisem
&nbsp &nbsp Контроллеры серии US30xx, линейные стабилизаторы.

Analog Integration corp.
&nbsp &nbsp Контроллеры серии AIC15xx, линейные стабилизаторы, ключи .

[email protected]

Регулятор напряжения

— Конденсатор цепи LM317 вопрос

Я только что закончил два хороших месяца, пытаясь понять это. Вот что я знаю:

Объяснение вашего входного конденсатора 1 мкФ) Конденсатор большего размера на левой стороне LM317 или LM337 между входным напряжением и землей является фильтрующим конденсатором, который помогает удалить любое входное напряжение «пульсация», которое исходит от вашего источник питания (может быть сеть переменного тока или, в вашем случае, блок питания постоянного тока Wall-Wart или Variable Lab Bench PSU), чтобы вход и выход не колебались на уровне, который не может выдержать ваша нагрузка, или, скорее, выход не t пройти любые входные пульсации напряжения напряжения.

Конденсатор фильтра является фильтром нижних частот, и он должен быть довольно большим в зависимости от того, насколько велика пульсация на выходе ваших входных блоков питания (выпрямленная сеть переменного тока постоянно изменяет напряжение, поэтому наличие большой секции фильтра конденсатора поддерживает вход регулятора напряжения). постоянна, но в те периоды времени, когда форма волны переменного тока ниже напряжения, хранящегося на конденсаторах, нагрузка разряжает конденсатор, и это пульсации). Если вы получаете напряжение питания от трансформатора, то есть понижаете напряжение сети переменного тока, вам понадобится, вероятно, не менее 1000 мкФ (я обычно использую 2200 мкФ, поскольку они примерно одинакового размера, и чем больше фильтр, тем лучше, когда Выпрямление сети переменного тока до некоторого постоянного постоянного тока) вместо 1 мкФ (при номинальном напряжении, которое превышает ваши требования к напряжению; помните, что переменное напряжение V-max равно V-среднеквадратичному/0,707). Я думаю, что ваша схема предполагает, что входное напряжение питания уже является постоянным и не имеет большого напряжения пульсаций (из-за очень низкого значения крышки фильтра 1 мкФ), поэтому ей не нужно так сильно фильтровать, а крышка фильтра в вашем случай просто для пульсации, которая может возникнуть из-за переходных процессов или очень маленькой (но ненулевой) пульсации, исходящей от вашего блока питания постоянного тока.

Он в основном поддерживает постоянное значение входного напряжения, и вы можете рассчитать его, используя: C=I*dT/dV (от пика до пика пульсации) C=Емкость фильтра I = требуется выходной ток dT = разница во времени между максимальным напряжением и минимальным напряжением (для преобразования и выпрямления сети переменного тока эту величину можно рассчитать с помощью справочной таблицы, которую я поместил внизу этого поста, или использовать Excel для создания LUT Sin(2). *PI () * T) и сделайте T 1-360, чтобы вы могли видеть угол, под которым напряжение конденсаторов равняется нарастающему выпрямленному напряжению переменного тока после первой половины сети переменного тока 50 Гц — выпрямленная частота становится 100 Гц).

Это может быть танталовый конденсатор в вашей цепи или вы можете использовать электролитический конденсатор. Я никогда не использовал танталовый конденсатор, который не взрывался у меня перед носом, поэтому я бы не рекомендовал его, а алюминиевый электролит взрывается только в 0,5% случаев, поэтому я рекомендую его. По сути, он просто должен быть поляризован (и поляризованные конденсаторы обладают уникальным свойством взрываться при изменении полярности, за исключением того, что танталовые конденсаторы заряжаются и разряжаются почти мгновенно, в то время как электролитические конденсаторы этого не делают, поэтому взрыв конденсатора происходит с танталовыми конденсаторами чаще). Танталовые конденсаторы занимают примерно на 5% больше места, поэтому я рекомендую использовать тантал, если вы знаете, как не взорвать их, и у вас мало места на печатной плате. Тантал также является конфликтным материалом и, к сожалению, добывается в шахтах в Конго детьми-рабами, и из-за этого (и относительного дефицита тантала) они немного дороже (но вот ссылка на дешевый набор танталовых колпачков.

Пример: Если ваш регулятор понижает напряжение с 17 В до 15 В, а ваш % входного пульсирующего напряжения составляет 10 %, то минимальное входное напряжение, подверженное пульсациям, составляет 17–1,7 В (10 % от 17 В). Поэтому ваш выход должен быть без пульсаций c. Но в техническом описании LM317 говорится, что вы должны обеспечить запас по крайней мере 3 вольта между входным напряжением и выходным напряжением, потому что регулятор напряжения представляет собой просто операционный усилитель с выходной парой транзисторов Дарлингтона NPN и коллектором Дарлингтона, а также Опорное напряжение операционного усилителя и контакт операционного усилителя + Vsupply подключены к входу, и когда его пульсация составляет 10% при 17 вольтах, это означает, что его самое низкое значение Vin будет 15,3 вольта, а у Darlington будет НЕКОТОРОЕ. Vce и ​​опорное значение для операционного усилителя — это скрытое опорное напряжение запрещенной зоны, которое всегда на 1,25 В ниже V, поэтому при 15,3 В в качестве абсолютного минимума V у вас будет «некоторая» входная пульсация, проходящая через » через регулятор и появляется на выходе как выходная пульсация, потому что ваш внутренний операционный усилитель Vref (внутри LM317/337) теперь составляет 15,3-1,25 = 14,05. Следовательно, минимальное значение Vout составляет 14,05 В, что дает выходную пульсацию % ( 15-14.05)=.95В/15В=6,33%, возможно. Если у вашего Vsupply пульсации 5%, то Vref будет (17*(100%-5%)=16,15>>16,15-1,25=14,9; следовательно, выходная пульсация % при входной пульсации 5% при регулировании от 17 В до 15 В составляет (15 -14,9) = 0,1/15 = 0,6%, что, вероятно, допустимо.Кроме того,% пульсаций зависит от напряжения конденсатора, как это уравнение (Vmax-Vmin)/Vmax, но напряжение пульсаций не; если у вас есть Смещение постоянного тока 5 В, тогда напряжение пульсаций при 10 % по-прежнему составляет 1,7 В, но % пульсаций составляет 1,7/(17+5)=7,7 % вместо 10 %.0003

Вот несколько ссылок на различные комплекты Tantalum 100 PC; никогда не менее 0,47 мкФ или более 100 мкФ:

1. eBay

2. Амазонка

3. Амазонка

4. BanGGood самая дешевая и бесплатная доставка)

Электромобили с высокой стоимостью

5. eBay (1 доллар США за штуку)

6. eBay (3 доллара за 50 штук 100 мкФ, 220 мкФ, 330 мкФ, 470 мкФ, 1000 мкФ, 2200 мкФ)

7. eBay (3 доллара за 10×2200 мкФ при 25 В)

8. eBay (2 доллара за 10x 100 мкФ-680 мкФ, 5×1000 мкФ-3300 мкФ, 2x 4700 мкФ-6800 мкФ)

9. Mouser (Nichicon 6800uF 21@V)

10. Mouser (Высококачественные электролитические конденсаторы 1000–6800 мкФ, допускающие превышение допуска 16 В

Объяснение вашего выходного конденсатора 0,1 мкФ) Конденсатор с правой стороны регулятора напряжения или, точнее, на выходе, служит примерно той же цели, за исключением того, что он пытается поддерживать постоянное напряжение Vout. Он фильтрует: A> любое входное пульсирующее напряжение, которое могло пройти через регулятор напряжения и попасть в вашу нагрузку. B> любое напряжение от нагрузки, которое может течь обратно в регулятор, если у вас есть индуктивная нагрузка C> любые изменения напряжения из-за нагрузки с низким импедансом (поскольку выходной контакт ДОЛЖЕН подавать достаточный ток для протекания между резистором, соединяющим контакт Vout и контакт регулировки, чтобы на этом резисторе было 1,25 В; контакт регулировки потребляет пренебрежимо малы 0,5 мА, и поэтому способ работы LM317/337 обусловлен тем, что ток, создаваемый 1,25 Вольт на этом резисторе, должен протекать через ваш резистор Rset (если Radj составляет 125 Ом, а Rset составляет 1200 Ом, тогда 10 мА находится на выходе). узел между Rset и Radj и должен проходить через Rset к земле, создавая падение напряжения 10 В. Вот почему Vout = 1,25 (1 + Radj / Rset) [что является тем же уравнением, что и неинвертирующий операционный усилитель с 1,25 на его неинвертирующий вход и Radjust действуют как резистор обратной связи, а Rset действует как входной резистор (так его обычно называют из-за того, что топология неинвертирующего усилителя такая же, как топология инвертирующего усилителя, если бы инвертирующий усилитель имел отрицательный Смещение постоянного тока на его неинвертирующем выводе, создающее 0-Vo Подключенный к нему вход заземления (в неинвертирующем режиме) выглядит как вход положительного дифференциального напряжения для операционного усилителя. Вот почему он может регулировать любое напряжение до 1,25, но не ниже (по моему опыту, оно достигает только 1,28-9).).

Вернуться к Cout: Он подает ток на нагрузку, когда ваше входное напряжение колеблется (из-за кратковременной потери мощности на входе или если ветвь, подключенная к входу, временно отводит от него напряжение). Если Vin ниже Vout, то регулятор прекращает регулирование, так как Vin подает Vref, а контакт регулировки действует как резистор обратной связи в инвертирующем операционном усилителе, и когда Vin падает ниже Vout, тогда инвертирующий вход становится больше, чем неинвертирующий вход и он выводит напряжение ниже Vout. Vout — это эмиттер пары транзисторов Дарлингтона NPN, база которого подключена к входу операционных усилителей, и это означает, что Vbe Дарлингтона становится отрицательным, что отключает его. Таким образом, если Vin ниже вашего входного напряжения (Vmax на входном конденсаторе фильтра), то ток не течет «через» регулятор, и выходная крышка временно разряжается в нагрузку (до тех пор, пока Vout

Иногда должен быть диод, который смещен в прямом направлении, когда Vout больше, чем Vin, и он подключен к стабилизатору, так что, если Vin-1,25 В меньше, чем Vout, конденсатор не подает напряжение на резистор регулировки, что приведет к в Vout не колеблется, но это приведет к тому, что Vin станет ниже Vout, и возникнет описанная выше ситуация, и, в зависимости от нагрузки, вы не можете быть уверены, как нагрузка разрядит выходной конденсатор. Емкостные и индуктивные нагрузки могут привести к большим скачкам переходного напряжения. Таким образом, этот диод необходим, если вам нужен регулируемый выход, чтобы конденсатор мог разряжаться на вход вместо выходных или регулируемых контактов, а также на нагрузку.

Выходной конденсатор должен быть многослойным керамическим конденсатором, и он не должен быть поляризованным, потому что ваша нагрузка может привести к тому, что он будет иметь другую полярность во время переходных скачков напряжения на вашем выходе, если нагрузка является индуктивной или емкостной ИЛИ если они паразитные. Индуктивность или емкость (которые всегда находятся на регуляторе напряжения из-за этих трех тонких ножек; вот почему штифт регулировки на LM317 и LM337 является ножкой 1 для обоих, но входные и выходные контакты не одинаковы для обоих — есть различные паразитные емкостные эффекты в зависимости от полярности Vin, поскольку напряжение 1,25 на Vout и ADJ течет либо от Vout к Adjust в LM317, либо от Adjust к Vout в LM337.

Я знаю, что моя ошибка при создании этой схемы, или, точнее, моя попытка сделать схему, похожую на вашу, заключалась в попытке выяснить номинал выходного конденсатора. Несмотря на то, что это довольно маленькая емкость, она будет иметь эквивалентное последовательное сопротивление, которое будет мешать вашей регулировке нагрузки, потому что это параллельное сопротивление с нагрузкой и вашим делителем напряжения к контакту регулировки / GND

Значение конденсатора выходного напряжения должно быть небольшим достаточно, чтобы его угловая частота была больше, чем частота любых изменений тока нагрузки из-за изменения выходной нагрузки с помощью быстрого переключателя, MOSFET или транзистора (если вы создаете регулируемый регулятор, представьте себе переход от 10 В до 5 Вольт с нагрузкой с низким импедансом ; Конденсатор не разряжался, когда вы меняли шаг. Изначально у меня был выходной конденсатор, который был не только электролитическим, но и довольно большим, думая: «чем больше, тем лучше, если он пытается обеспечить стабильность». Это привело к тому, что мой регулируемый Регулятор напряжения не меняет свое выходное напряжение очень быстро (на самом деле он будет удерживать выходное напряжение в течение нескольких минут, когда я отключу его от сети, то есть при измерении с помощью мультиметр, чтобы не было пути разряда; если бы у меня был подключен светодиод, светодиод медленно тускнел в течение 5 секунд). Если он имеет более низкую угловую частоту, то он не будет разряжать выходной конденсатор достаточно быстро, и выходное напряжение может попасть на выходной каскад транзистора LM317/337 Darlington NPN или на контакт регулировки, который потребляет всего 0,5 мА, и это может привести к повреждению вашего регулятора. время.

Наконец, когда у меня был электролитический выходной конденсатор с высоким значением, выходное напряжение не разряжалось, когда Vin

К сожалению, как и во всем, что касается «емкостного», значение в фарадах лучше всего выбирать методом проб и ошибок, поскольку каждый конденсатор имеет ESR и (параллельно/последовательно?) индуктивность. Значение зависит от вашей нагрузки, но я получил свой регулятор, обеспечивающий ток, достаточный для питания 5-ваттного компьютерного вентилятора при +/-9 вольт (я подключил +Vsupply и -Vsupply, что эквивалентно 18 В постоянного тока), и я измерил Линейное регулирование, и оно упало всего на 1,5 В, когда мой Радж был 240 Ом (как рекомендует техническое описание LM317/LM337).0003

Мой последний совет: не думайте, что вы сможете убить зайцев одним выстрелом, объединив Rset и Radj в один регулируемый потенциометр. Регулятор напряжения работает, потому что 1,25 Вольта создают ток, который должен оставаться постоянным, и этот ток должен протекать через Rset, и это создает падение напряжения, которое устанавливает выходное напряжение (которое S/B — напряжение на Rset +1,25, напряжение на Radj). Если вы используете один потенциометр, вы всегда меняете ток между контактами Vout и ADJ, а также затем меняете Rset, поэтому он очень нестабилен, и если вы делаете Radj равным 1 Ом, то часть вашего потенциометра на 1 Ом между выходом и дворником подключение его к контакту ADJ сгорит!

Вот моя схема с использованием моего любимого симулятора: выпуск Texas Instruments 2016 (это единственный выпуск) невероятно простой в использовании и моделируемой TINA (плюс это шведский стол из частей TI уже в меню выбора компонентов и множество примеров. Они не У меня нет LM337/LM317, поэтому я использовал операционные усилители с однопроходным транзисторным выходным каскадом с двумя диодами на их неинвертирующих входах для представления эталонного напряжения запрещенной зоны

РЕДАКТИРОВАТЬ: я написал это во время ходьбы и с помощью Voice2Text, поэтому я исправил ошибки, которые сделал мой телефон

СПРАВОЧНАЯ ТАБЛИЦА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ВЫПРЯМЛЕНИИ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДО 25 ВОЛЬТ В ЭТОМ СЛУЧАЕ. ЕСЛИ ВАШ ЖЕЛАЕМЫЙ VDC РАВЕН 12, ТОГДА РАЗДЕЛИТЕ ЧИСЛА В ЧЕТВЕРТОЙ СТОЛБЦЕ НА 25, ЗАТЕМ УМНОЖЬТЕ НА НИХ 12. ИГНОРИРУЙТЕ ПОСЛЕДНИЕ ТРИ СТОЛБЦА СПРАВА, ТАК КАК ОНИ ЯВЛЯЮТСЯ ПРОСТО СКОРОСТЬЮ ИЗМЕНЕНИЯ VAC, ЕСЛИ ВЫ ХОТИТЕ СДЕЛАТЬ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ИНДУКТИВНОСТИ ИЛИ ЕМКОСТИ . ЭТО ПРЕДПОЛАГАЕТ ЧАСТОТУ СЕТИ 50 Гц, ВЫПРЯМЛЕННУЮ ДО 100 Гц:

Как сделать выпрямитель и простой источник питания

Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых распространенных деталей в электроприборах, начиная от фена и заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Существуют разные схемы выпрямителей и каждая из них в определенной степени справляется со своей задачей. В этой статье мы поговорим о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.

Определение

Выпрямитель — это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянное» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае будет нестабилизированное пульсирующее напряжение. Простыми словами: константа по знаку, но переменная по величине.

Существует два типа выпрямителей:

• Полуволна . Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характеризуется сильными пульсациями и пониженным относительно входного напряжения.

• Раз в два года . Соответственно выпрямляются две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше, чем на входе выпрямителя — это две основные характеристики.

Что означает стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированное напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, так как выходное напряжение зависит от входного напряжения и отличается от него временами трансформации.

Нестабилизированное напряжение — изменяется в зависимости от скачков напряжения в питающей сети и характеристик нагрузки. При таком блоке питания из-за просадки может произойти некорректная работа подключенных устройств или их полная неработоспособность и выход из строя.

Выходное напряжение

Основными значениями переменного напряжения являются амплитуда и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В» имеют в виду текущее напряжение.

Если говорить об амплитудном значении, то имеется в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.

 

Опуская теорию и ряд формул, можно сказать, что ток напряжения в 1,41 раза меньше амплитуды. Или:

Uа = Uд * √2

Амплитуда напряжения в сети 220В:

220*1,41=310

Схемы

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает ответную полуволну. На выходе – напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.

Говоря очень простым языком, то в этой схеме половина входного напряжения поступает в нагрузку. Но это не совсем правильно.

Двухполупериодные схемы передают обе полуволны от входа к нагрузке. Выше в статье упоминалось амплитудное значение напряжения, поэтому напряжение на выходе выпрямителя все равно меньше по величине, чем активная переменная на входе.

Но если сгладить пульсации конденсатором, то чем меньше пульсации, тем ближе будет напряжение к амплитуде.

О сглаживании ряби мы поговорим позже. Теперь рассмотрим схему диодного моста .

Их два:

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четырех диодов, соединенных между собой «квадратом», к его плечам подключена нагрузка. Мостовой выпрямитель собирается по схеме ниже:

Может подключаться непосредственно к сети 220В, как это делается в современных импульсных блоках питания, или к вторичным обмоткам сетевого (50Гц) трансформатора. По этой схеме , диодные мосты можно собрать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.

Второй контур представляет собой выпрямитель со средней точкой, который не может быть подключен непосредственно к сети. Смысл его в использовании трансформатора с отводом от середины.

По сути это два однополупериодных выпрямителя, подключенных к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к месту соединения диодов, а вторым к отводу от середины обмоток.

Его преимущество перед первой схемой заключается в меньшем количестве полупроводниковых диодов. А недостатком является использование трансформатора со средней точкой или, как его называют, ответвлением от середины. Они менее распространены, чем обычные вторичные трансформаторы без ответвлений.

Сглаживание пульсаций

Пульсации напряжения питания недопустимы для ряда потребителей, например, источников света и аудиоаппаратуры. При этом допустимые пульсации света регламентируются государственными и отраслевыми нормативными документами.

Для сглаживания пульсаций используйте фильтры — параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Но самый распространенный и простой вариант — конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Недостаток его в том, что для уменьшения пульсаций при очень мощной нагрузке придется ставить конденсаторы очень большой емкости — десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, после точки максимальной амплитуды напряжение питания начинает уменьшаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или эквивалентного ему сопротивления, если он нерезистивный). Чем больше емкость — тем меньше будут пульсации, если сравнивать с конденсатором меньшей емкости, подключенным к той же нагрузке.

Простыми словами: чем медленнее разряжается конденсатор, тем меньше пульсации.

Скорость разряда конденсатора зависит от тока, потребляемого нагрузкой. Его можно определить по формуле постоянной времени:

t = RC

, где R — сопротивление нагрузки, а С — емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, от полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разряжается за 3-5 т.ч. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, так что в нашем случае это не имеет значения.

Отсюда следует, что для достижения приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки на источник питания) необходима емкость, которая будет разряжаться за время, в несколько раз превышающее t. Поскольку сопротивления большинства нагрузок относительно малы, необходима большая емкость, поэтому для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя используются электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

Обратите внимание, что перепутать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, т. к. это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва — имеют на верхней крышке выштамповку в виде креста, по которому просто треснет корпус. Но из конденсатора пойдет струйка дыма, будет плохо, если попадет в глаза.

Расчет мощности производится исходя из того, какой коэффициент пульсации необходимо обеспечить. Говоря простым языком, коэффициент пульсаций показывает, насколько сильно проседает (пульсирует) напряжение.

Для расчета емкости сглаживающего конденсатора можно воспользоваться приближенной формулой:

С = 3200*In/Un*Kp,

Где In — ток нагрузки, Un — напряжение нагрузки, Kn — коэффициент пульсаций.

Для большинства видов оборудования коэффициент пульсации принимается 0,01-0,001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации высокочастотных помех.

Как сделать блок питания своими руками?

Простейший блок питания постоянного тока состоит из трех элементов:

1. Трансформатор;

2. Диодный мост;

3. Конденсатор.

Если вам нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой, то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например таких, как на вашем компьютере. Недавно мы писали о них большую статью — Как устроен блок питания компьютера.

Это нестабилизированный источник питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше переменного напряжения вторичной обмотки. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичка на 220В, а вторичка на 12В), то на выходе вы получите постоянное 15-17В. Это значение зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Данную схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее это не принципиально, то напряжение может «плавать» при изменении напряжения сети.

Важно:

Конденсатор имеет две основные характеристики — емкость и напряжение. С подбором емкости разобрались, а вот с подбором напряжения нет. Напряжение на конденсаторе должно превышать не менее половины амплитудного напряжения на выходе выпрямителя. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превышает номинальное, велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делали с хорошим запасом по напряжению, а сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где запас в лучшем случае небольшой, а в худшем случае не выдерживают заданного номинального напряжения. Поэтому не экономьте на надежности.

Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего только наличием стабилизатора напряжения (или тока). Самый простой вариант — использовать L78xx или другие. линейные стабилизаторы, такие как отечественный банк.

Так можно получить любое напряжение, единственное условие при использовании таких стабилизаторов — напряжение на стабилизатор должно превышать стабилизируемое (выходное) значение не менее чем на 1,5В. Рассмотрим, что написано в даташите стабилизатора 12В L7812:

Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.

Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2,5В.

Тех. для стабилизированного блока питания 12В со стабилизатором серии L7812 необходимо, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14,5-35В, во избежание просадок идеальным решением будет использование трансформатора со вторичной обмоткой на 12В.

А вот выходной ток довольно скромный — всего 1,5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. если у вас есть транзисторы PNP, вы можете использовать эту схему:

Показана только связь линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.

Если у вас NPN транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет вот этот:

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0,6В — это падение на переходе эмиттер-база, подробнее об этом мы писали в статье о биполярных транзисторах. Для компенсации этого падения в схему введен диод Д1.

Возможна параллельная установка двух линейных стабилизаторов, но не обязательно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и из-за этого может сгореть один из них.

Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они очень горячие.

Регулируемые блоки питания

Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, его ток тоже до 1,5 А, можно усилить схему проходным транзистором, как описано выше.

Вот более наглядная схема сборки регулируемого блока питания.

Для получения большего тока можно использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.

 

В двух последних цепях имеется индикатор включения, показывающий наличие напряжения на выходе диодного моста, автоматический выключатель 220В и предохранитель первичной обмотки.

Вот пример регулируемого зарядного устройства с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути тот же регулируемый блок питания.

Кстати сварочный ток тоже регулируется аналогичной схемой:

Эта статья была выложена ранее: Как сделать простой регулятор тока для сварочного трансформатора

Вывод

В электросети используется выпрямитель Источники питания для получения постоянного тока из переменного тока. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например, светодиодную ленту или радиоприемник.

Также используется в различных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, имеется ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются гаечным ключом, а во вторичной установлен только диодный мост обмотка.