Схема регулятора напряжения своими руками
Регулятор напряжения своими руками
В этой статье разберем как самому сделать несложный регулятор напряжения на одном переменном резисторе, постоянном резисторе, и транзисторе . Что пригодится для регулирования напряжения на блоке питания или универсальном адаптере для питания устройств.
А так как наша схема для начинающих.
То рассмотрим все аспекты.
Для начала рассмотрим схему устройства. Ее вы видите ниже, и можно увеличить, кликнув нажатием.
Начинаем собирать, сначала для удобства чертеж можно распечатать. Печатаем его 1 к 1. И вырезаем без картинок.Прикладываем к текстолиту со стороны фольги.Так нам будет легче наметить и просверлить отверстия.
После того как просверлили отверстия. Рисуем дорожки на фольге текстолита пермонентным маркером.
Обрезаем остатки тестолита и приступим к пайке компонентов. Сначала припаивываем транзистор, только будьте внимательны — не перепутайте ножки на транзисторе местами (эмиттер и базу).
Дальше устанавливаем резистор на 1ком, затем впаиваем проводами переменный резистор на 10ком. Можно поставить и другой резистор, сразу припаять резистор без этих соплей, но мой резистор не позволил этого, и пришлось повесить на провода… Остается припаять 4 вывода к питанию, и к выходам.
К атегория:
1Отечественные автомобили
Устройство и работа контактно-транзисторного регулятора напряжения РР-362
Рост количества и мощности потребителей электроэнергии на современных автомобилях привел к увеличению мощности генератора. С увеличением мощности генератора растет величина тока его возбуждения, который должен разрываться контактами регулятора напряжения. Однако контакты при повышении мощности разрываемого тока начинают сильнее подгорать и быстро выходят из строя. Поэтому были разработаны контактно-транзисторные регуляторы, в которых роль контактов, разрывающих ток возбуждения, выполняет транзистор, а контакты регулятора напряжения только управляют его работой.
Наиболее распространенным контактно-транзисторным регулятором является реле-регулятор РР-362, применяемый с генератором переменного тока Г-250 на автомобилях «Москвич», ГАЗ -5ЭА и их модификациях.
Контактно-транзисторный реле-ре гул я тор РР-362 состоит из регулятора напряжения РН и реле защиты РЗ, которые имеют аналогичную конструкцию и представляют собой реле с одной парой замыкающих контактов. Подвижный контакт обоих реле (контакт якоря) электрически соединен с корпусом (магнитопроводом) реле. В отсеке, отделенном от электромагнитных реле перегородкой, имеющейся на внутренней части крышки, расположены транзистор Г, крепящийся на теплоотводе — латунной (или алюминиевой) пластине, и два диода Д, и Д2.
Рис. 1. Общий вид контактно-транзисторного реле-регулятора РР-362 со снятой крышкой: РН — регулятор напряжения, РЗ — реле защиты, Др- разделительный диод, Т—транзистор, Ш, ВЗ и М — выводные клеммы для соединения соответственно с обмоткой возбуждения генератора, выключателем зажигания и «массой» генератора
В блоке электромагнитных реле под панелью расположены резисторы.
Реле-регуля-тор имеет три выводные клеммы Ш, ВЗ, /И для соединения соответственно с обмоткой возбуждения генератора, выключателем зажигания и «массой» генератора. Для ускорения замыкания контактов регулятора напряжения служит ускоряющий резистор Ry.
Регулятор напряжения включает в себя транзистор Т, электромагнитное реле регулятора напряжения РН, полупроводниковые диоды Д, и Дг; резисторы Ry, Ra, Rтк. Лб- Электромагнитное реле РН управляет транзистором. Его обмотка РН0 является чувствительным элементом схемы регулятора, а замыкающие контакты РН, включенные между плюсовой клеммой регулятора ВЗ и базой транзистора, управляют транзистором.
Ток управления транзистора (ток базы) незначителен и меньше тока возбуждения генератора на величину коэффициента усиления транзистора (в 15 раз). Напряжение на контактах также незначительно — 1,5-2,5 В. Поэтому контакты регулятора напряжения при длительной работе практически не имеют износа. Термокомпенсация регулятора напряжения осуществляется резистором RTK
и подвеской якоря на термобиметаллической пластине.
Для защиты транзистора Т от коротких замыканий в цепи обмотки возбуждения генератора служит реле защиты РЗ, которое имеет три обмотки: основную РЗо, встречную РЗВ , магнитный поток которой направлен навстречу основной обмотке, и удерживающую РЗу. Замыкающие контакты РЗ включены через разделительный диод Др параллельно контактам РН.
Рис. 2. Схема контактно-транзисторного реле-регулятора РР-362: а — полумонтажная, 6 — развернутая; РН — регулятор напряжения, РЗ — реле защиты, Т — транзистор П217В, Э, К, Б — выводы транзистора; эмиттер, коллектор, база; Дг — гасящий диод Д242, Д, — запирающий диод Д242, Др — разделительный диод Д7Ж; Яу и Яд- ускоряющий и добавочный резисторы 4,5 и 62 Ом, Rg — резистор базы транзистора 42 Ом; RTK- резистор температурной компенсации 12,5 Ом; РН0 — обмотка регулятора напря-жения, 1240 витков, 17 Ом; Р30-основная обмотка реле защиты, 75 витков; РЗу — удерживающая обмотка реле защиты, 950 витков, 42 Ом; РЗщ — встречная обмотка реле защиты, 1350 витков, 76 Ом; ОВ — обмотка возбуждения генератора; S3, Ш, М — выводные клеммы
Работа регулятора напряжения.
Когда обороты ротора генератора молы и Urперехода Э-К мало (доли Ома), и через обмотку возбуждения ОВ генератора проходит ток возбуждения по цепи клемма 83 -диод Д, — эмиттер — коллектор транзистора Т — обмотка реле защиты РЗо- клемма Ш реле-регулятора — обмотка возбуждения ОВ — «масса».
При замыкании контактов РН и запирании транзистора Т ток возбуждения падает, уменьшается напряжение генератора и контакты РН размыкаются. Затем весь процесс повторяется. Диод Дг служит для шунтирования токов самоиндукции обмотки возбуждения гене1 ратора, возникающих при переключении транзистора Т. Тем самым исключаются опасные для транзистора перенапряжения.
Работа реле защиты. При коротком замыкании в цепи обмотки возбуждения генератора на «массу» встречная обмотка РЗ в закорачивается. Ее магнитный поток, направленный навстречу магнитному потоку основной обмотки РЗ о, исчезает, и магнитный поток основной обмотки, притягивая якорь реле, замыкает контакты РЗ (при токе через основную обмотку Р30, равном 3,2-3,6 А).
Одновременно через замкнутые контакты реле защиты получает питание удерживающая обмотка РЗу, которая удерживает контакты РЗ замкнутыми до тех пор, пока выключатель зажигания не будет выключен, и короткое замыкание устранено. Реле-регулятор будет готов к работе только после устранения короткого замыкания и повторного включения выключателя зажигания ВЗ. Разделительный диод Др служит для исключения ложного срабатывания реле защиты при замыкании контактов РН.
Контактно-транзисторный реле-регулятор имеет более высокий срок службы и меньшую разрегулировку в процессе эксплуатации, чем вибрационные реле-регуляторы. Однако наличие механической системы разрыва электрической цепи (контакты, пружина, подвеска якоря реле) и наличие воздушных зазоров между якорем и сердечником реле требуют во время эксплуатации систематической проверки и регулировки регулятора.
Указанные недостатки отсутствуют в бесконтактных транзисторных регуляторах напряжения, применяемых с генератором переменного тока Г-250 на автомобилях ЗИЛ
-130 и ГАЗ
-24 «Волга».
К атегория: — 1Отечественные автомобили
Транзисторный регулятор напряжения
В нескольких номерах журнала «Радиоаматор» были напечатаны схемы регуляторов сетевого напряжения на тиристорах, но такие устройства имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих их возможности. Во-первых, они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, радиоприемников, магнитофонов. Во-вторых, их можно применять только для управления нагрузкой с активным сопротивлением (электролампой, нагревательным элементом) и нельзя использовать одновременно с нагрузкой индуктивного характера (электродвигателем, трансформатором).
Между тем все эти проблемы легко решить, собрав электронное устройство, в
котором роль регулирующего элемента выполнял бы не тиристор, а мощный
транзистор.
Такую конструкцию я и предлагаю, причем ее может повторить любой,
даже неопытный радиолюбитель, затратив при этом минимум времени и средств.
Транзисторный регулятор напряжения содержит мало радиоэлементов, не вносит помех
в электрическую сеть и работает на нагрузку как с активным, так и с индуктивным
сопротивлением. Его можно использовать для регулировки яркости свечения люстры
или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки,
электрокамина, скорости вращения электродвигателя, вентилятора, электродрели или
напряжения на обмотке трансформатора.
Устройство имеет следующие параметры: диапазон регулировки напряжения от 0 до 218 В; максимальная мощность нагрузки зависит от используемого транзистора и может составлять 500 Вт и более. Регулирующий элемент прибора — транзистор VT1 (см. рисунок).
Диодный блок VD1-VD4 в зависимости от фазы сетевого напряжения
направляет это напряжение на коллектор или эмиттер VT1. Трансформатор Т1
понижает напряжение 220.
В до 5-8 В. которое выпрямляется диодным блоком VD6-VD9
и сглаживается конденсатором С1. Переменный резистор R1 служит для регулировки
величины управляющего напряжения, а резистор R2 ограничивает ток базы
транзистора.
Диод VD5 защищает VT1 от попадания на его базу напряжения отрицательной полярности. Устройство подсоединяется к сети вилкой ХР1. Розетка XS1 служит для подключения нагрузки. Регулятор действует следующим образом. После включения питания тумблером S1 сетевое напряжение поступает одновременно на диоды VD1, VD2 и первичную обмотку трансформатора Т1. При этом выпрямитель, состоящий из диодного блока VD6-VD9, конденсатора С1 и переменного резистора R1, формирует управляющее напряжение, которое поступает на базу транзистора и открывает его.
Если в момент включения регулятора в сети оказалось напряжение отрицательной
полярности, ток нагрузки протекает по цепи VD1-коллектор-эмиттер VT1-VD4.
Вращая движок R1 и изменяя управляющее напряжение, можно управлять величиной
тока коллектора VT1.
Этот ток, а следовательно, и ток, протекающий в нагрузке,
будет тем больше, чем выше уровень управляющего и наоборот. При крайнем правом
по схеме положении движка R1 транзистор окажется полностью открыт, и «доза»
электроэнергии, потребляемая нагрузкой, будет соответствовать номинальной. Если
движок R1 переместить в крайнее левое положение, VT1 окажется запертым, и ток
через нагрузку не потечет. Управляя транзистором, мы фактически регулируем
амплитуду переменного напряжения и тока, действующих в нагрузке. Транзистор при
этом работает в непрерывном режиме, благодаря чему такой регулятор лишен
недостатков, свойственных тиристорный устройствам.
Конструкция . Диодный блок, диоды, конденсатор и резистор R2 устанавливают на монтажной плате размером 55×35 мм, выполненной из фольгированного текстолита толщиной 1-2 мм.
В устройстве можно использовать следующие детали: транзисторы КТ840А,Б (Р=100 Вт), КТ856А (Р=150 Вт), КТ834А,Б,В (Р=200 Вт), КТ847А (Р=250 Вт).
Если мощность регулятора требуется увеличить еще больше, то необходимо
использовать несколько транзисторов, соединив их соответствующие выводы.
Вероятно, в этом случае регулятор придется снабдить небольшим вентилятором для
более интенсивного воздушного охлаждения полупроводниковых приборов.
Диоды VD1-VD4 типа КД202Р, КД206Б или любые другие малогабаритные на напряжение более 250 В и ток в соответствии с током, потребляемым нагрузкой.
Диодный блок VD6-VD9 типа КЦ405, КЦ407 с любым буквенным индексом. Диод VD5 —
Д229Б,К,Л или любой другой на ток до 1 А. Переменный резистор R1 типа СП, СПО,
ППБ мощностью не менее 2 Вт. Постоянный резистор R2 типа ВС, МЛТ, ОМПТ, С2-23
мощностью не менее 2 Вт. Оксидный конденсатор типа К50-6, К50-16. Сетевой
трансформатор типа ТВЗ-1-6 — от ламповых радиоприемников и усилителей, ТС-25,
ТС-27 — от телевизора «Юность», но с успехом можно применить и любой другой
маломощный с напряжением вторичной обмотки 5-8 В. Предохранитель FU1 на
напряжение 250 В и ток в соответствии с максимально допустимой мощностью
транзистора. Транзистор необходимо снабдить радиатором с площадью рассеяния не
менее 200 см2 и толщиной 3-5 мм.
Регулятор не нуждается в налаживании. При правильном монтаже и исправных деталях он начинает работу сразу после включения в сеть.
Для регулировки в широких приделах мощности удобно использовать широтно импульсную модуляцию (ШИМ ).
Схема в пояснениях не нуждается. Это драйвер с развязкой, для управление IGBT транзистором. Само управление реализовано программно. Однако — КТ940 не лучший выбор. Но что было у меня под рукой — то и поставил. Работает, 2 Квт электрическую плитку тянет, транзистор 40N60 холодный. Что и требовалось.
На схемах выше 3 варианта. Самый правый мне нравится больше. И тот и другой проверил, разница между ними в управлении и надежности. У левого — при подаче логической 1 (с порта, на анод оптопары, не забудьте поставить токоограничивающий резистор! скажем в 500ом) 40n60 закрывается . В схеме регулятора который посередине переменного напряжения — наоборот, открывается. Еще форма импульса получше. Q? — практически любой полевой, с током не менее 50ма.
D1 — светодиод. То же желательно с током не менее 50ма. Еще вариант — зашунтировать его резистором, 20-50ом. Транзисторы КТ940 — даалеко не лучший выбор, в этой схеме работают практически на пределе. Желательно поставить КТ815, КТ817. Ну у меня их нет..
Самый правый вариант схемы — уменьшена задержка в переходных процессах. Из за ПОС. Так же добавлены защитные диоды. Хоть и в самом IGBT стоит диод, но веры ему нет. Продублировал на всякий.
Для питания схемы используется внешний источник (у меня 16в, переделанная зарядка от мобильника).
Ниже фотографии устройства с работой на 30 ом нагрузку (при 300в. на мосту это, 3Квт мощности). То же работает и почти не греется.
А можно обойтись простейшей схемой, с симистором и оптопарой. Например такой:
В качестве оптического симистора подойдет: MOC3023, MOC3042, MOC3043, MOC3052, MOC3062, MOC3083 и т.п. Но на всякий случай ознакомтесь с даташитом. Управляемый симистор: например из серии BT138-600, BT136-600 и т.
д.
При применении симистора нужно быть готовым к появлению значительных помех (если нагрузка будет мощная, индуктивная и управляющий элемент (MOC xxxx) без Zero Crossing ). Еще, желательно триак держать включенным четное число полу-периодов. Иначе он начинает «выпрямлять» ток в сети. А это недопустимо (см. ГОСТы).
Сам ШИМ сделан программно, управление LPT-порт, потом гальваническая развязка с помощью оптопары (на схеме 4N25, а по факту 4N33). На схеме не показан резистор, между оптопарой и выходом LPT порта 510 ом.
Часть индо-кода в С++ :
A_tm_pow=(y_tm_pow*pow_shim)/100; b_tm_pow=y_tm_pow-a_tm_pow; // главный цикл ШИМ for (i=0; i
В нескольких номерах журнала «Радиоаматор» были напечатаны схемы регуляторов сетевого напряжения на тиристорах, но такие устройства имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих их возможности. Во-первых, они внос0n,»en»:[«YL41FPH_H-s»,»fYSeVCtK6fE»,»00-fB9E2v40″,»JRjGFjnD9Wo»,»w8D8GrgHKfM»,»0uM6MsWA-CU»,»fYSeVCtK6fE»,»Y4NL4zdvaHw»,»Adm9kqvP3b8″],»de»:[«qfS_Y60WdLE»,»uk-4vsS_ZAc»,»j6X2n7WMGOw»],»es»:[«SSbHCadxdpY»,»sFlwgdQw_nE»,»SSbHCadxdpY»,»03DfI9r63mM»,»4VwPsQ4CPRQ»,»03DfI9r63mM»,»qfW8hAMe_44″,»sFlwgdQw_nE»,»1QeikGzeV_8″,»03DfI9r63mM»,»hUH6vtLLdcI»],»pt»:[«4VwPsQ4CPRQ»,»4gu_V4NS9Ps»,»V4Yluy6bu2w»,»4VwPsQ4CPRQ»,»01-8UmRTiWU»,»BlwAKj8Y7MI»,»V4Yluy6bu2w»,»820VUzYJDDg»,»4VwPsQ4CPRQ»],»fr»:[«uouZ7OixVmU»,»uouZ7OixVmU»,»c2WDbTCrCuw»,»ot9aNy_Pm3Q»,»7JY2JpB4JU0″,»7JY2JpB4JU0″],»it»:[«J7Z291vc1Dc»,»SN1cT59abG8″,»J7Z291vc1Dc»,»SN1cT59abG8″,»SN1cT59abG8″,»SN1cT59abG8″,»SN1cT59abG8″],»bg»:[«2ja5bSFpAo0″,»3LeF4iKu_v8″,»4B5l9vJOHjI»],»cs»:[«3LeF4iKu_v8″,»u_0DIqr38yE»,»cjYXxv0XiAE»],»pl»:[«ODQubiRWw28″,»m7W9gGyYmIA»,»Uqdqj9U1V2I»,»hg7FTzWSi9E»,»NUuLma9VQVU»,»J_YrgP8HEdQ»,»m7W9gGyYmIA»,»ODQubiRWw28″,»J_YrgP8HEdQ»,»ODQubiRWw28″],»ro»:[«qRNLnzh3dCU»,»GSzVs7_aW-Y»,»Te5YYVZiOKs»,»WcMHhv0duuo»,»9gAwJ4bFFjc»,»l_CHew1mhHI»,»Rq-1PwTJvNc»],»lt»:[«jn24G2KFpQQ»],»el»:[«vOfX5V-dAqA»]}
| О САЙТЕ | | НОВОСТИ САЙТА | ПРОЕКТЫ |ССЫЛКИ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ОСНОВНЫЕ
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gif»> 
gif» bgcolor=»#FFFFFF»>
1) током в обмотке
возбуждения управляет
транзистор VT, а управление
транзистором осуществляет
реле регулятора
напряжения KV, работающее
по вибрационному принципу.
Реле регулятора
напряжения имеет
нормально разомкнутые
контакты KV:1.
е.
возникновение ступенчатого
процесса поддержания
постоянства напряжения. 
здесь).
| | ||||
| 1 | С помощью туннельного диода можно построить простой регулятор напряжения. | |||
| A) | True | |||
| B) | Лож | |||
| | ||||
| A) | True | |||
| B) | FALSE | |||
| | | 9000|||
| | | 3изменения. | ||
| A) | True | |||
| B) | ЛОЖЬ | |||
| | Лож | |||
| 9008 | 0006 | |||
| 4 | В линейном регуляторе шунтового типа регулирующее устройство параллельно нагрузке. | |||
| A) | True | |||
| B) | False | |||
| | ||||
| | ||||
| | ||||
| | ||||
| A) | True | |||
| B) | FALSE | |||
| 6 | ||||
| A) | True | |||
| B) | ЛОЖЬ | |||
| 9 | 0008 | |||
| 7 | Одним из недостатков импульсного стабилизатора является то, что это наиболее сложный регулятор для проектирования и изготовления. | |||
| A) | True | |||
| B) | LASSE | |||
| | ||||
| | ||||
| A) | True | |||
| B) | FALSE | |||
| | ||||
| Thermal Shutdow выше определенного уровня. | ||||
| А) | Верно | |||
| Б) | ||||
| 10 | Использование напряжения между источником питания и нагрузкой позволяет значительно улучшить регулирование сети и нагрузки. | |||
| | ||||
| 11 | Регулятор является наиболее эффективным из всех регуляторов напряжения с КПД при полной нагрузке примерно от 75 до более 95 процентов. | |||
| | ||||
| 12 | ИС, содержащая положительный и отрицательный регуляторы в одном корпусе, является регулятором. | |||
| | ||||
| 13 | Один из подходов к увеличению тока нагрузки при использовании стабилизатора напряжения на ИС состоит в использовании тока. | |||
| | ||||
| 14 | Преобразователи постоянного тока обычно называют регуляторами. | |||
| | ||||
| 15 | Базовой топологией импульсных стабилизаторов, которые всегда создают отрицательное выходное напряжение при положительном входном напряжении, является регулятор. | |||
| | ||||
| 16 | Стабилитрон является регулятором. | |||
| | ||||
| 17 | Транзистор последовательного регулятора напряжения называется транзистором. | |||
| | ||||
| 18 | С тех пор, как волновое отклонение регулятора напряжения IC — высокий | |||
| A) | ||||
| 9008 | A) | |||
| B) | LC filters are not needed | |||
| C) | regulation is reduced | |||
| D) | выходное напряжение минимально | |||
| | ||||
| 19 | Как использование внешнего транзистора влияет на эффективность последовательного регулятора? | |||
| A) | Увеличение его значительно | |||
| B) | . D) | не имеет эффекта | ||
| | ||||
| 20 | Какой выходной контакт находится на некоторых монолитных повышающих регуляторах с низким импедансом? | |||
| A) | constant current pump | |||
| B) | function generator | |||
| C) | buffer generator | |||
| D) | зарядный насос | |||
| | ||||
| 21 | 0008 | |||
| A) | load regulation | |||
| B) | line regulation | |||
| C) | output regulation | |||
| D ) | выходное сопротивление | |||
| | ||||
| 22 | Какой из следующих регуляторов напряжения является наиболее эффективным? | |||
| A) | shunt | |||
| B) | series | |||
| C) | switching | |||
| D) | buck | |||
| | ||||
| 23 | Для защиты от случайного короткого замыкания серийный регулятор обычно включает | |||
| A) | Защита от короткого замыкания | |||
| B) | Спокойный платок | |||
| C) 9008 | ||||
| C) 9008 | ||||
| C) 9008 | ||||
| C) 9008 | ||||
| C) 9008 | ||||
| C) | ||||
| C) | ||||
C). | D) | A Varistor | ||
| | ||||
| 24 | Помимо двух дополнительных обходных кабинок, трехкратные регуляторы напряжения IC-напряжения требуют того, что другие внешние компоненты?? | |||
| A) | resistors | |||
| B) | coupling capacitors | |||
| C) | outboard transistors | |||
| D) | нет | |||
| | ||||
| 25 | Какой термин означает, что каждая печатная плата имеет свой собственный трехконтактный регулятор для питания компонентов на этой плате? | |||
| A) | on-card regulation | |||
| B) | line regulation | |||
| C) | load regulation | |||
| D) | одинарное регулирование | |||
и параллельного типа.
100%.
Работа с шунтирующим регулятором напряжения в топологии вашей печатной платы
Ключевые выводы
Схемы линейного регулятора могут иметь низкий КПД, но они просты в построении и полезны при низких напряжениях/токах.
Одним из простых линейных стабилизаторов является шунтирующий регулятор напряжения, который регулирует напряжение, отводя часть тока на землю.
Эти компоненты имеют низкий уровень шума и обеспечат простой способ быстрой регулировки низкого напряжения без установки LDO.
Крышки, транзисторы и радиаторы в цепи регулятора напряжения.
Одна вещь, которую вам никогда не расскажут на уроках электроники, это то, что источник постоянного тока может быть шумным. Вы часто работаете с регулируемыми изолированными источниками питания, которые обеспечивают чистый выходной сигнал, поэтому легко предположить, что все источники постоянного тока работают таким образом. Реальный мир не так прост, и разработчикам нужен ряд методов для регулирования мощности постоянного тока для компонентов на их печатных платах.
Среди различных методов у нас есть импульсные регуляторы и линейные регуляторы.
Среди класса линейных стабилизаторов шунтирующий стабилизатор напряжения дает разработчику простой способ регулирования мощности в цепи постоянного тока путем отвода некоторого тока на землю. Путем модуляции регулирующего элемента напряжение постоянного тока может поддерживаться на относительно стабильном уровне. Точно так же некоторые шунтирующие стабилизаторы могут обеспечивать защиту от перенапряжения на входной секции регулятора, что можно найти только в интегральной схеме. Вот как вы можете спроектировать свой собственный шунтирующий регулятор напряжения и как разместить его на вашей печатной плате.
A Пример схемы шунтирующего регулятора напряжения
На приведенной ниже схеме показан простой, но мощный шунтирующий регулятор напряжения. В этой схеме диод Зенера работает с обратным смещением и подает свой ток насыщения на NPN-транзистор, который включает проводящий канал в транзисторе и позволяет току течь через эмиттер к земле.
Это обеспечивает понижающее регулирование, необходимое для поддержания стабильного выходного напряжения за счет поддержания тока в цепи I на почти постоянном уровне.
Выходное напряжение устанавливается путем выбора соответствующего номинала резистора R, который снижает часть входного напряжения, а оставшаяся часть подается на выход в соответствии с законом напряжения Кирхгофа. Если вы хотите отфильтровать любой шум на входе и выходе, вы можете разместить большие шунтирующие конденсаторы на входе и выходе. Обратите внимание, что схема ниже показывает, что используется нерегулируемый вход постоянного тока, но эта схема может выполнять те же функции, что и LDO, путем понижения регулируемого напряжения постоянного тока до более низкого значения.
Базовая схема шунтирующего регулятора напряжения со стабилитроном и NPN-транзистором.
На приведенном ниже графике показана зависимость КПД от последовательного сопротивления показанного выше примера шунтирующего регулятора напряжения.
Обратите внимание, что существует множество различных типов шунтирующих регуляторов напряжения, и аналогичный график эффективности можно построить на основе данных моделирования или измерений. В этом конкретном примере эффективность схемы сильно зависит от запаса входного напряжения по отношению к выходному напряжению. Это соответствует поведению типичного регулятора LDO.
Эффективность и последовательное сопротивление в шунтирующем регуляторе напряжения.
Работа диода и транзистора
Ключом к правильной работе шунтирующего регулятора напряжения является выбор подходящего диода и транзистора. Ток насыщения стабилитрона, показанный выше, включает NPN-транзистор, который затем позволяет некоторому току течь в коллектор. Поскольку входное напряжение и ток колеблются, ток диода также будет немного колебаться, что затем будет модулировать ток, потребляемый транзистором. Это то, что позволяет сбрасывать восходящие колебания тока обратно на землю, а не подавать их на компонент нагрузки.
Добавление шунтирующего конденсатора на выходе полезно, так как это помогает поддерживать постоянное напряжение, несмотря на небольшие колебания входного тока.
Чтобы справиться с большими колебаниями тока в этой цепи, транзистор должен обеспечивать высокий коэффициент усиления. Однако, если усиление очень велико, на транзисторе падает больше мощности, что означает, что она теряется в виде тепла. В качестве альтернативы можно использовать транзистор с меньшим коэффициентом усиления и стабилитрон с большим током насыщения. Необходима тщательная балансировка этих двух параметров, чтобы гарантировать, что вы сможете гасить любые ожидаемые колебания напряжения, не теряя слишком много энергии в виде тепла.
Преимущества и недостатки
В качестве линейного регулятора схема шунтирующего регулятора напряжения будет иметь более низкий КПД, чем импульсный регулятор, поскольку часть напряжения падает на последовательно включенном резисторе и на транзисторе.
Другими словами, часть мощности теряется в виде тепла на обоих компонентах. Эффективность — это просто отношение выходного напряжения к входному, как определено в приведенном ниже уравнении. Несмотря на более низкую эффективность, у него есть и другие преимущества, которые делают его желательным в определенных ситуациях:
Без переключающего элемента : Эти регуляторы не требуют переключающего элемента для регулирования, в отличие от различных топологий переключения. Это избавляет от необходимости выбирать ШИМ-драйвер для большого транзистора.
Низкий уровень шума : Благодаря отсутствию переключающего элемента и переходного тока шунтирующий регулятор напряжения производит очень низкий уровень шума. Источником шума является проводимая ЭМП от входа к выходу, которую можно подавить с помощью фильтрации.
Малое количество компонентов : Малое количество компонентов в шунтирующем регуляторе напряжения позволяет снизить его стоимость по сравнению с более сложным и физически большим импульсным стабилизатором.
Низкая выходная пульсация : Совместное действие стабилитрона и транзистора позволяет широкополосное регулирование тока до соответствующей полосы пропускания транзистора. Это помогает поддерживать низкую пульсацию на выходе, пока входной ток не слишком велик.
Компоновка шунтирующего регулятора напряжения
После того, как вы спроектировали и смоделировали шунтирующий регулятор напряжения, вам необходимо разместить его на печатной плате. Вот несколько основных советов, которых следует придерживаться при прокладке этих цепей:
Паразиты : Схемы шунтирующих регуляторов напряжения для низких напряжений достаточно малы, чтобы их можно было разместить на небольшом пространстве платы, и вы должны размещать компоненты близко друг к другу, чтобы снизить паразитные уровни до низкого уровня. Поместите заземляющий слой под цепью, чтобы обеспечить изоляцию цепи от помех.
Размер компонента : Если вы ожидаете больших колебаний входного напряжения/тока в вашей системе, вам необходимо использовать физически более крупные компоненты, чтобы обеспечить регулирование и выдерживать тепловыделение. Учитывайте это при выборе компонентов и планировании компоновки.
Тепловыделение : Поскольку эти компоненты гасят колебания тока через резистор и транзистор, эти цепи выделяют тепло. Возможно, вам придется использовать радиатор для рассеивания достаточного количества тепла, чтобы компоненты оставались прохладными.
После того, как вы спроектировали схему шунтирующего регулятора напряжения, вы можете использовать лучшее программное обеспечение для компоновки и проектирования печатных плат, чтобы зафиксировать свои проекты в качестве исходной компоновки печатной платы и приступить к размещению компонентов.
