Stabilizator cu cădere de tensiune minimă scăzută. Regulator liniar de tensiune cu cădere de tensiune neobișnuit de scăzută

a generat o mulțime de feedback și întrebări. Am încercat să răspund la câteva întrebări în comentariile articolului original. Aici voi da câteva variante simple asupra tematicii acestui stabilizator.Apropo, până acum ideea este, am reușit să construiesc două surse de 120 de wați, două „butoaie” cu stabilizatori asamblați după schema discutată.

Prototip de lucru

Organizarea meșteșugurilor mele a fost întotdeauna o provocare. De data aceasta, mi se pare, am ieșit cu succes din ea folosind suporturi pentru ustensile de bucătărie de la Ikea și o bucată rotundă de lemn tăiată dintr-o placă MDF de 6 mm.

De ce toată agitația?

Oamenii mă numesc adesea nebun :) Și este adevărat: astăzi puteți alege o sursă de alimentare comutată gata făcută pentru aproape orice parametri. Probabil că nu va costa mai mult decât un transformator de joasă frecvență și, în plus, de obicei se dovedește a fi mai ușor și mai compact. Am plătit o grămadă de bani pentru transe și am petrecut câteva seri asambland aceste butoaie. În ciuda faptului că aveam deja toate sursele necesare. Rezultat: 7 cutii de impulsuri au fost trimise la depozitare la subsol.

Vă spun secretul nebuniei mele: aceasta este încercarea mea de a reduce densitatea câmpurilor electromagnetice din casa mea. De exemplu, un cuptor cu microunde a fost oferit cadou persoanelor care scot gunoiul din subsolul nostru în urmă cu câțiva ani. Adevărat, încă mă chinuiește puțin conștiința: până la urmă, acum sunt iradiați și mănâncă alimente modificate. Și transa de acolo era superbă la 1 kilowatt. 🙂

În general, subiectul interferențelor electromagnetice este demn de disertație. Probabil că voi reveni la ea pe blog de mai multe ori...

Puteți da clic pe imagini pentru a le vizualiza la rezoluție mai mare.

Lipit cu o „pânză de păianjen” (MGTF + Kynar)

Variații pe o temă

În toate schițele de mai jos, numerotarea elementelor din .

Două înfășurări secundare + pornire soft

Am sugerat pe scurt o astfel de modificare într-un articol anterior. O pornire lină poate fi asigurată prin adăugarea unui singur rezistor R9.

Sursă primară eficientă - două înfășurări secundare

Set aproximativ de componente:

• VD1, VD2 = diode Schottky 8A 40V
• VD5-8 = 0,5A 200V pod mic
• C1 = 15000 µF 25 V
• C2, C3 = 47 µF 25 V
• C4 = 1000 µF 35 V
• R9 = 1 kOhm
• C6 = 0,1 µF ceramică

Rețineți capacitatea crescută a lui C4. Împreună cu R9, oferă o creștere lină a tensiunii „V++” atunci când dispozitivul este pornit. Deoarece tensiunea la ieșirea regulatorului nu poate depăși V++ minus tensiunea de prag a tranzistorului MIS, această modificare asigură, de asemenea, o creștere lină a tensiunii de ieșire la pornire.

Înfășurare secundară simplă + pornire soft

În diagrama acestei variații, punțile de diode vă orbesc ochii :) Mă grăbesc să vă reamintesc că multiplicatorul în sine rămâne neschimbat: aceeași punte mică și 3 condensatoare.

În cazul în care există deja o altă sursă de tensiune pozitivă în sistem (cu câțiva volți mai mari decât ceea ce trebuie obținut la ieșirea acestui regulator), ar fi rezonabil să o utilizați ca „V++”. Din sursa „V++”, regulatorul consumă doar câțiva miliamperi, ceea ce nu ar trebui să fie prea împovărător pentru o altă sursă. În acest fel, puteți scăpa cu ușurință de multiplicator.

Să ne descurcăm fără un limitator de curent

Fără un limitator de curent, circuitul poate funcționa cu o scădere neglijabilă a tensiunii tranzistorului de trecere și poate furniza totuși curenți mari de sarcină, ceea ce nu este posibil cu niciun regulator comercial LDO pe care îl cunosc astăzi.

Vezi mai jos un exemplu de listă de denominațiuni.

Vă rugăm să nu vă zgâriți cu siguranțe. Este mai bine să înlocuiți un tub de sticlă ieftin cu un fir decât să stingeți un transformator de fumat.
Recomand instalarea unei siguranțe „lente” (cu litera „T” - timp) imediat după înfășurarea secundară a transformatorului. Siguranța trebuie să fie nominală pentru aproximativ de două ori curentul nominal de sarcină. Vă sfătuiesc insistent să nu vă bazați pe o siguranță în cablul de alimentare, mai ales când transformatorul are mai multe înfășurări secundare de la care sunt alimentate diferite componente ale dispozitivului. În acest caz, scenariul „afumat” ar putea fi astfel: un secundar este supraîncărcat și deja fumează, în timp ce consumul total rămâne în limite normale, de exemplu, din cauza opririi nodurilor rămase ale dispozitivului.

Circuit regulator complet

Doar redesenat pentru a fi mai ușor de citit, sper.

Exemple de denumiri din prototipul meu:

• R1, R6 = 2,2 kOhm
• R2, R3 = 470 Ohm
• R4 = 0,22 Ohm 3W
• R5 = 12 kOhm
• R7 = 2,2 kOhm multi-turn
• C5 = 10 nF ceramică
• VT1 = IRFZ40
• VT2 = 2N2222
• VD9 = 1N5244B (dioda zener 14V)

Să testăm!

O imagine a unui dispozitiv minunat care m-a ajutat de multe ori la depanarea amplificatoarelor audio. De data aceasta, cu ajutorul lui, mi-am testat „butoaiele”, concepute pentru 12,6V 2A cu ieșire stabilizată. Limitatorul de curent este setat la aproximativ 2,5 A.

Dezvoltarea în continuare a ideii

1. Control extern de comutare combinat cu pornire soft;
2. Ventilator termocontrolat;
3. Siguranță termica;
4. trusa de bricolaj;
5. Sursa programabila...

Așa că reveniți des sau, mai bine, abonați-vă la newsletter 😉

Această intrare a fost publicată în , de . Marcați .

MOSFET + TL431 = Regulator de tensiune de compensare a seriei de întrerupere minimă

Regulator LDO ideal

LDO = low dropout = scăzută cădere minimă de tensiune pe elementul de trecere

Pentru popularul stabilizator integrat cu trei terminale LM317 (fișă de date), căderea minimă de tensiune la care funcționarea sa este încă normalizată este de 3 volți. Mai mult, acest parametru nu este indicat clar nicăieri în documentație, ci mai degrabă modest, este menționat în condițiile de măsurare. În cele mai multe cazuri, se presupune că scăderea de pe cip este de 5 volți sau mai mult:
„Dacă nu se specifică altfel, VIN − VOUT = 5V”.

Baba Yaga este împotrivă! Păcat să pierzi 3 volți la un tranzistor de trecere prost. Și disipați wați suplimentari. O soluție populară la problemă - comutarea stabilizatorilor - nu este discutată aici din cauza faptului că aceștia fluier. Poți lupta împotriva interferențelor, dar după cum știi: cei care nu luptă sunt invincibili! 😉

Idee
Ideea pentru acest circuit se întoarce la una dintre numeroasele foi de date de pe TL431. Iată, de exemplu, ceea ce oferă National Semiconductor / TI:

Vo ~= Vref * (1+R1/R2)

În sine, un astfel de regulator nu este foarte interesant: în opinia mea, nu este mai bun decât stabilizatorii obișnuiți cu trei terminale 7805, LM317 și altele asemenea. Este puțin probabil că va fi posibil să se obțină o cădere minimă pe un trecere Darlington de mai puțin de 2 volți. Și în plus, nu există protecție nici pentru curent, nici pentru supraîncălzire. Cu excepția cazului în care tranzistoarele pot fi făcute atât de groase cât îți dorește inima.

Recent am avut nevoie să construiesc un stabilizator liniar cu o cădere minimă de tensiune. Desigur, poți oricând să te eschivezi, să iei un transformator cu o tensiune mai mare pe secundar, să pui diode Schottky în punte, mai mulți condensatori de stocare... Și cu toată această fericire, să încălzești stabilizatorul cu trei terminale. Dar am vrut o soluție elegantă cu transa care era disponibilă. Ce regulator de trecere poate oferi o scădere aproape de zero? MOSFET: în dispozitivele moderne de câmp de mare putere, rezistența canalului poate fi de câțiva mili-ohmi.

Pur și simplu înlocuirea Darlington cu un tranzistor cu efect de câmp cu poartă izolată cu un canal indus (adică, cel mai comun MOSFET) în circuitul de mai sus nu va ajuta prea mult. Deoarece tensiunea de prag de poartă-sursă va fi de 3-4 Volți pentru cele obișnuite și încă mai mulți Volți pentru MOSFET-urile „logice”, aceasta va seta tensiunea minimă de trecere pe un astfel de stabilizator.

Ar putea fi interesant dacă utilizați un comutator de câmp care funcționează în modul de epuizare (adică cu un canal încorporat) sau cu o joncțiune p-n. Dar, din păcate, dispozitivele puternice de acest tip sunt acum practic indisponibile.

O sursă suplimentară de tensiune de polarizare economisește. O astfel de sursă nu trebuie să fie deloc de mare curent - câțiva miliamperi vor fi de ajuns.

Totul funcționează foarte simplu: atunci când tensiunea de la intrarea de control a TL431, proporțională cu tensiunea de ieșire, scade sub pragul (2,5 V) - „dioda zener” se închide și „eliberează” poarta de câmp „în sus”. Curentul de la sursa suplimentară prin rezistor „trage în sus” tensiunea de la poartă și, în consecință, la ieșirea stabilizatorului.
În direcția opusă, cu o creștere a tensiunii de ieșire, totul funcționează în același mod: „dioda zener” se deschide ușor și reduce tensiunea la poarta de câmp.
TL431 este un dispozitiv liniar, nu există încuietori în el:

Realitate
În circuitul dispozitivului real, am adăugat în continuare protecție de curent, sacrificând o jumătate de volt de cădere în favoarea siguranței. În principiu, în modelele de joasă tensiune, vă puteți descurca adesea cu o siguranță, deoarece tranzistoarele cu efect de câmp sunt disponibile cu o rezervă de curent uriașă și, în prezența unui radiator, pot rezista la suprasarcini nebunești. Dacă 0,5 Volți este păcat și este necesară protecția curentului - scrieți, pentru că există modalități 😉

30 ianuarie 2012: 🙂Funcționează grozav! Pentru curenți de sarcină de aproximativ 2 A și mai mari, este recomandabil să plasați diode puternice pe un radiator mic. R8=0; C7=0,1 ... 10 µF ceramică sau film.

Cu valorile nominale R5-R6-R7 indicate în diagramă, domeniul de reglare a tensiunii de ieșire este de aproximativ 9 până la 16 volți. Desigur, maximul real depinde de cât de mult poate furniza transformatorul sub sarcină.
R4 trebuie folosit cu o putere decentă: PmaxR4 ~= 0,5 / R. În acest exemplu, un de două ape va fi potrivit.

Unde ar putea fi nevoie
De exemplu: în tehnologia lămpii pentru alimentarea circuitelor incandescente cu curent continuu.
De ce curent constant și chiar atât de atent stabilizat pentru a alimenta filamentele?

1. Eliminați interferența de tensiune AC în circuitele de semnal. Există mai multe moduri prin care „fondul” să se scurgă din circuitele de filament în semnal (un subiect pentru un articol separat!)
2. Alimentați filamentul cu o tensiune strict specificată. Există dovezi că depășirea tensiunii filamentului cu 10% din tensiunea nominală poate reduce durata de viață a lămpii cu un ordin de mărime. Standardele de toleranță pentru tensiunea de alimentare plus erorile de proiectare ale transformatoarelor etc. - O eroare de 10% va apărea cu ușurință.

Pentru filamentele de 6 volți, este necesar să se reducă R5: 5.6KOhm va fi exact.

Ce poate fi îmbunătățit
De exemplu, pentru a alimenta filamentele, este util să adăugați o pornire soft. Pentru a face acest lucru, va fi suficient să creșteți C4 la, să zicem, 1000 μF și să conectați un rezistor de 1KΩ între punte și C4.

Un pic de mitologie a lămpii
Permiteți-mi să trec peste o concepție greșită persistentă, care susține că alimentarea „în mod constant” a filamentului are un efect negativ asupra „sunetului”.
Sursa cea mai probabilă de origine a acestui mit, ca de obicei, este lipsa de înțelegere și mâinile strâmbe. De exemplu: un transformator alimentează atât anozii, cât și filamentul. Curentul nominal al înfășurării filamentului este, să zicem, 1A, care anterior alimentau direct lămpile cu filament și consumau puțin mai puțin decât acest 1A. Totul a funcționat bine, poate puțin greșit. Dacă acum un anume instalator de lipit, care se crede un „guru al tubului”, alimentează brusc aceleași lămpi din aceeași înfășurare, dar printr-un redresor/condensator/stabilizator - asta este, înșurubați amplificatorul! Explicația este simplă, deși nu este evidentă pentru toată lumea:

1. În primul rând, transformatorul este acum supraîncărcat din cauza naturii pulsate a curentului de încărcare al rezervorului de stocare (este necesar un articol separat!) Pe scurt: trebuie să luați un trans cu un curent secundar nominal de aproximativ 1,8 ori mai mare decât cel rectificat. curent de sarcină.
2. În al doilea rând, curenții de șoc ai încărcării rezervoarelor de stocare într-o sursă de alimentare cu incandescență nu vor adăuga nimic bun la sursa de alimentare cu anod.

• Concluzie

• Te-a interesat? Scrie-mi!

Întrebați, sugerați: în comentarii, sau prin e-mail (disponibil în profilul meu). Mulțumesc!

Toate cele bune!
- Serghei Patrushin.

Această intrare a fost publicată în , de . Marcați .

Comentarii la VKontakte

131 gânduri despre „ MOSFET + TL431 = Regulator de tensiune de compensare a seriei de întrerupere minimă”

Acest site folosește Akismet pentru a reduce spamul.

Unul dintre parametrii importanți ai stabilizatorilor de tensiune în serie (inclusiv cei cu microcircuit) este tensiunea minimă admisă între intrarea și ieșirea stabilizatorului (ΔUmin) la curentul maxim de sarcină. Arată la ce diferență minimă între tensiunile de intrare (Uin) și de ieșire (Uout) toți parametrii stabilizatorului sunt în limitele normale. Din păcate, nu toți radioamatorii îi acordă atenție; de ​​obicei sunt interesați doar de tensiunea de ieșire și curentul maxim de ieșire. Între timp, acest parametru are un impact semnificativ atât asupra calității tensiunii de ieșire, cât și asupra eficienței stabilizatorului.

De exemplu, pentru stabilizatoarele de microcircuite răspândite din seria 1_M78xx (xx este un număr egal cu tensiunea de stabilizare în volți), tensiunea minimă admisă dUmin = 2 V la un curent de 1 A. În practică, aceasta înseamnă că pentru un stabilizator pe cipul LM7805 (Uout = 5 V), tensiunea Uinmin trebuie să fie de cel puțin 7 V. Dacă amplitudinea ondulației la ieșirea redresorului ajunge la 1 V, atunci valoarea Uinmin crește la 8 V și ținând cont de instabilitatea rețelei tensiune în ±10%, crește la 8,8 V. Ca urmare, eficiența stabilizatorului nu va depăși 57%, iar cu un curent de ieșire mare microcircuitul va deveni foarte fierbinte.

O posibilă ieșire din situație este utilizarea așa-numitelor stabilizatoare de microcircuite Low Dropout (cădere de tensiune joasă), de exemplu, seria KR1158ENxx (ΔUmin = 0,6 V la un curent de 0,5 A) sau LM1084 (Umin = 1,3 V la un curent de 5 A). Dar și valori mai mici ale Umin pot fi atinse dacă un tranzistor puternic cu efect de câmp este utilizat ca element de reglare. Acest dispozitiv va fi discutat în continuare.

Diagrama stabilizatorului propus este prezentată în Fig. 1. Tranzistorul cu efect de câmp VT1 este conectat la linia de alimentare pozitivă. Utilizarea unui dispozitiv cu un canal n se datorează rezultatelor testelor efectuate de autor: s-a dovedit că astfel de tranzistori sunt mai puțin predispuși la autoexcitare și, în plus, de regulă, rezistența la canal deschis este mai mică. decât cea a celor cu canal p. Tranzistorul VT1 este controlat de regulatorul de tensiune paralel DA1. Pentru ca un tranzistor cu efect de câmp să se deschidă, tensiunea la poarta sa trebuie să fie cu cel puțin 2,5 V mai mare decât la sursă. Prin urmare, este necesară o sursă suplimentară cu o tensiune de ieșire care depășește tensiunea de la drenul tranzistorului cu efect de câmp cu exact această sumă.

O astfel de sursă - un convertor de tensiune de creștere - este asamblată pe cipul DD1. Elementele logice DD1.1, DD1.2 sunt utilizate într-un generator de impulsuri cu o rată de repetiție de aproximativ 30 kHz, DD1.3, DD1.4 sunt elemente tampon; diodele VD1, VD2 și condensatoarele SZ, C4 formează un redresor cu dublarea tensiunii, rezistența R2 și condensatorul C5 formează un filtru de netezire.

Condensatorii C6, C7 asigură funcționarea stabilă a dispozitivului. Tensiunea de ieșire (valoarea sa minimă este de 2,5 V) este setată cu rezistența de reglare R4.

Testele de laborator ale prototipului dispozitivului au arătat că, cu un curent de sarcină de 3 A și o scădere a tensiunii de intrare de la 7 la 5,05 V, ieșirea scade de la 5 la 4,95 V. Cu alte cuvinte, la curentul specificat, căderea minimă de tensiune ΔUmin nu depășește 0,1 V. Acest lucru vă permite să utilizați mai pe deplin capacitățile sursei de alimentare primare (redresoare) ​​și să creșteți eficiența stabilizatorului de tensiune.

Părțile dispozitivului sunt montate pe o placă de circuit imprimat (Fig. 2) realizată dintr-un laminat din fibră de sticlă acoperită cu folie unilaterală cu o grosime de 1,5...2 mm. Rezistoare fixe - R1-4, MLT, trimmer - SPZ-19a, condensatoare C2, C6, C7 - ceramică K10-17, restul sunt oxid importat, de exemplu, seria TK de la Jamicon. Într-un stabilizator cu o tensiune de ieșire de 3...6 V, trebuie utilizat un tranzistor cu efect de câmp cu o tensiune de deschidere de cel mult 2,5 V. Astfel de tranzistoare de la International Rectifier sunt de obicei marcate cu litera L (a se vedea faptul fișa „Tranzistoare de comutare cu efect de câmp de putere International Rectifier” în „Radio”, 2001, nr. 5, p. 45). Când curentul de sarcină este mai mare de 1,5...2 A, este necesar să utilizați un tranzistor cu o rezistență a canalului deschis de cel mult 0,02...0,03 Ohm.

Pentru a evita supraîncălzirea, tranzistorul cu efect de câmp este fixat pe radiatorul și o placă poate fi lipită de acesta printr-o garnitură izolatoare. Aspectul plăcii montate este prezentat în Fig. 3.

Tensiunea de ieșire a stabilizatorului poate fi crescută, dar nu trebuie să uităm că tensiunea maximă de alimentare a microcircuitului K561LA7 este de 15 V, iar valoarea limită a tensiunii de poartă-sursă a tranzistorului cu efect de câmp în majoritatea cazurilor nu depășește 20 V.

Prin urmare, într-un astfel de caz, ar trebui să utilizați un convertor boost asamblat conform unui circuit diferit (pe o bază de element care permite o tensiune de alimentare mai mare) și să limitați tensiunea la poarta tranzistorului cu efect de câmp prin conectarea unei diode zener. cu tensiunea de stabilizare corespunzătoare în paralel cu condensatorul C5. Dacă stabilizatorul ar trebui să fie încorporat într-o sursă de alimentare cu un transformator descendente, atunci convertorul de tensiune (microcircuit DD1, diode VD1, VD2, rezistență R1 și condensatori C2, SZ) poate fi exclus, iar redresorul „principal” pe puntea de diode VD5 (Fig. 4) poate fi suplimentată cu o tensiune dublată pe diodele VD3, VD4 și condensatorul C9 (numerotarea elementelor continuă ceea ce s-a început în Fig. 1).

Acest circuit stabilizează curentul prin unul sau mai multe LED-uri, aproape independent de tensiunea de alimentare. Principalul său avantaj este căderea de tensiune foarte mică, care poate fi mai mică de 100 mV. Designul poate găsi aplicație în benzile LED, unde tensiunea poate varia de-a lungul lungimii din cauza căderii rezistive, iar micile modificări ale tensiunii duc la modificări semnificative ale curentului și luminozității. Și, de asemenea, în, unde fiecare volt contează.

Circuit stabilizator de curent LED

Căderea de tensiune în circuitul rezistorului R nu depășește 40 mV. Restul depinde de parametrii Q3.

Curentul nominal al LED-ului aici este de 7,2 mA la 9 V. Creșterea tensiunii la 20 V determină o modificare a curentului de doar +15%, datorită rezistenței dinamice.

Valoarea rezistorului R1 este selectată pentru un LED albastru/alb cu o cădere de tensiune în intervalul 2,9 - 3,4 volți. Pentru a menține nivelul dorit la o cădere de tensiune diferită, modificați valoarea lui R1 proporțional cu modificarea căderii de tensiune.

Curentul prin LED-uri este invers proporțional cu valoarea lui R. Curentul poate fi modificat aproximativ folosind acest rezistor și reglat fin prin schimbarea R1.

Pentru a obține o bună stabilitate termică, Q1 și Q2 trebuie să fie în contact termic. În mod ideal, ar trebui să fie pe același cip, dar rezultate bune se obțin atunci când sunt presate unul împotriva celuilalt.

Circuitul funcționează bine nu numai cu un LED. Numărul maxim de LED-uri dintr-o linie depinde numai de parametrii componentelor circuitului.

Un circuit simplu pentru reglarea și stabilizarea tensiunii este prezentat în imaginea de mai sus; chiar și un începător în electronică îl poate asambla. De exemplu, la intrare sunt furnizați 50 de volți, iar la ieșire obținem 15,7 volți sau o altă valoare până la 27V.

Componenta radio principală a acestui dispozitiv este un tranzistor cu efect de câmp (MOSFET), care poate fi folosit ca IRLZ24/32/44 și altele asemenea. Sunt produse cel mai frecvent de IRF și Vishay în pachete TO-220 și D2Pak. Costă aproximativ 0,58 USD la vânzare cu amănuntul; pe ebay 10psc poate fi achiziționat cu 3 USD (0,3 USD per bucată). Un astfel de tranzistor puternic are trei terminale: dren, sursă și poartă; are următoarea structură: metal-dielectric (dioxid de siliciu SiO2)-semiconductor. Cipul stabilizator TL431 din pachetul TO-92 oferă posibilitatea de a regla valoarea tensiunii electrice de ieșire. Am lăsat tranzistorul însuși pe radiator și l-am lipit pe placă folosind fire.

Tensiunea de intrare pentru acest circuit poate fi de la 6 la 50 de volți. La ieșire obținem 3-27V cu capacitatea de a regla cu un rezistor subșir de 33k. Curentul de ieșire este destul de mare, de până la 10 Amperi, în funcție de radiator.

Condensatoarele de netezire C1, C2 pot avea o capacitate de 10-22 μF, C3 4,7 μF. Fără ele, circuitul va funcționa în continuare, dar nu atât de bine cum ar trebui. Nu uitați de tensiunea condensatoarelor electrolitice la intrare și la ieșire; i-am luat pe toți proiectați pentru 50 de volți.

Puterea care poate fi disipată prin aceasta nu poate fi mai mare de 50 de wați. Tranzistorul cu efect de câmp trebuie instalat pe un radiator, a cărui suprafață recomandată este de cel puțin 200 de centimetri pătrați (0,02 m2). Nu uitați de pasta termică sau suportul de cauciuc, astfel încât căldura să se transfere mai bine.

Este posibil să folosiți un rezistor subșir de 33k precum WH06-1, WH06-2; au o ajustare a rezistenței destul de precisă, așa arată, importate și sovietice.

Pentru comoditate, este mai bine să lipiți două plăcuțe pe placă, mai degrabă decât firele, care se rup ușor.

Discutați articolul STABILIZATOR DE TENSIUNE PE UN TRANZISTOR DE CÂMP