Как можно изменить выходной ток стабилизатора
Перейти к содержимому

Как можно изменить выходной ток стабилизатора

  • автор:

Плавное включение нагрузки интегрального стабилизатора напряжения

Интегральные регулируемые стабилизаторы напряжения серий КР142, КР1157, КР1168 и аналогичные зарубежные широко применяются в радиолюбительской практике. Используя возможность изменения значения стабилизируемого напряжения с помощью навесных элементов, можно обеспечить плавный выход таких стабилизаторов на рабочий режим. Это оказывается очень полезным для снижения перегрузок выпрямителя и самого стабилизатора или уменьшения разного рода помех (например, щелчков в АС) в момент включения аппаратуры. Типовая схема стабилизатора показана на рис.1. Емкость конденсаторов С1 и С2 соответствует стандартному включению микросхемы. Выходное напряжение определяет резистивный делитель R1R2. Элементы дополнительного узла, обеспечивающего плавное включение, нарисованы штриховыми линиями.
Рис.1. Типовая схема стабилизатора При включении стабилизатора на выходе микросхемы появляется напряжение. Поскольку конденсатор СЗ начинает заряжаться, транзистор VT1 будет открыт и в начальный момент выходное напряжение не превысит 2,4 В. По мере зарядки конденсатора транзистор закрывается и напряжение на его коллекторе увеличивается. Следовательно, возрастает и выходное напряжение. Когда конденсатор зарядится, выходное напряжение достигнет установленного значения. Транзистор полностью закроется и не будет оказывать влияния на работу стабилизатора. После отключения устройства конденсатор СЗ быстро разряжается через диоды VD1 и VD2, резистивный делитель R1R2 и нагрузку. Время нарастания выходного напряжения зависит в первую очередь от емкости конденсатора СЗ и сопротивления резистора R4 и в меньшей степени — от коэффициента передачи тока транзистора. Для сравнения было измерено время нарастания выходного напряжения стабилизатора. При выходном напряжении 15 В, сопротивлении нагрузки 15 Ом и емкости конденсаторов фильтров выпрямителя и нагрузки по 4700 мкФ без указанной доработки это время составило примерно 30 мс. А после введения дополнительного узла — примерно 1,5. 2 с. Допустимые напряжения всех конденсаторов и транзистора должны соответствовать рабочим напряжениям в конкретном стабилизаторе напряжения. Подобным образом можно доработать стабилизаторы и на основе других микросхем, только для стабилизаторов, включенных в минусовую цепь, необходимо применить транзистор другой структуры и изменить полярность включения конденсаторов. Кроме того, такие дополнительные узлы можно ввести в блок питания с несколькими выходными напряжениями для того, чтобы обеспечить определенную последовательность подачи питающих напряжений.

Теги:

Нечаев И. Опубликована: 2005 г. 0 0

Вознаградить Я собрал 0 0

Оценить статью

  • Техническая грамотность

«Нельзя просто так взять и запараллелить источники напряжения»

Не раз и не два мне попадались предложения типа «давайте включим два стабилизатора напряжения параллельно, если не хватает выходного тока одного». В том числе и здесь:
Тут — в авторском тексте о ПК Специалист (Spectrum) habr.com/ru/post/247211 (в итоге — автор применил двухканальный импульсный источник питания).
Тут — в комментариях habr.com/ru/post/400617/#comment_18002157
И тут — в комментариях habr.com/ru/post/400381/#comment_17983821
Да тысячи их:
electronics.stackexchange.com/questions/261537/dc-dc-boost-converter-in-parallel
forum.allaboutcircuits.com/threads/paralleling-lm317ts.16198
forum.arduino.cc/index.php?topic=65327.0 (обсуждение довольно показательное с точки зрения пренебрежения схемотехникой и энергосбережением мобильного робота).

Вспомнив немного ТОЭ и воспользовавшись симулятором TINA-TI, покажем несбыточность малую обоснованность надежд на благоприятный исход этого чита.

О параллельном соединении источников напряжения с точки зрения закона Ома, правил Кирхгофа и примкнувших к ним ТОЭ.

Два источника напряжения (E1, E2) с внутренними сопротивлениями (Rвн1, Rвн2) работают на нагрузку (Rн). Составив и упростив 3 уравнения — получим:
Uн = Rн * (Rвн2*E1 + Rвн1*E2) / (Rвн1*Rвн2 + Rн*[Rвн1+Rвн2]);
I1 = (E1 — Uн) / Rвн1;
I2 = (E2 — Uн) / Rвн2.
Беря номинал 3.3 В с разбалансом ЭДС в ± 0.1% (3,303 и 3,297 В, соответственно), внутренние сопротивления 0,01 Ом и сопротивление нагрузки 3,3 Ом — получим токи 0,8 и 0,2 А соответственно (± 60% от ожидаемых 0.5 А) при напряжении на нагрузке 3,295 В. Обратите внимание на величину исходного разбаланса — если не брать сверхточные и сверхстабильные источники опорного напряжения (стоимостью как крыло от вертолёта), она мало достижима в «вульгарной» микроэлектронике. А чем качественнее наши источники напряжения (меньше их внутреннее сопротивление) и чем выше сопротивление нагрузки — тем больше будет разбаланс токов при прочих равных.
Вооружась этой простой теорией — посмотрим пристальнее на внутреннюю структуру стабилизаторов напряжения.

О параллельном соединении стабилизаторов напряжения с точки зрения наличия в них обратной связи.

Как известно, чуть более чем все современные стабилизаторы напряжения строятся как компенсационные — обратная связь отслеживает напряжение на выходе стабилизатора и поддерживает его постоянным либо меняя внутреннее сопротивление между входом и выходом, либо меняя соотношение замкнутого и разомкнутого состояний между входом и выходом. Из этого вытекает тот факт, что если подать на выход стабилизатора напряжение превышающее его выходное, то ОС должна будет отключить регулирующие элементы и данный стабилизатор выйдет из борьбы за жизнь нагрузки.
Не будем рассматривать здесь случаи линейного стабилизатора с push-pull выходом (используются как источники питания терминаторов DDR-памяти) и импульсных стабилизаторов с синхронным выпрямлением. Первые — должны, а вторые, теоретически, — могут пытаться снижать напряжение на своём выходе.
В случае применения импульсных стабилизаторов — можно рассмотреть и такие гипотетические вещи, как биение частот преобразования или их самосинхронизация… Но это выходит за рамки моих текущих интересов. Для закрытия теоретической части добавлю, что если кто-то предложит использовать внешнее тактирование импульсных стабилизаторов со сдвигом фаз, то Вы опоздали. Микропроцессоры Intel и AMD уже многие годы питаются от многофазных конвертеров, а если есть готовый двух- и более фазный контроллер, то городить внешнюю синхронизацию для отдельных стабилизаторов — бессмысленно.
А теперь — перейдём к симуляции реальности.

О параллельном соединении стабилизаторов напряжения в симуляторе.

Первый пример — вариация простенького линейного стабилизатора из app. note на регулируемый источник опорного напряжения типа 431.
Он применялся, например, в некоторых ранних блоках питания ATX для стабилизации напряжения 3.3 В. На сток регулирующего транзистора подавалось 5 В, а резистор в цепи затвора питался от 12 В.
Поскольку в симуляции нас не волнует КПД, то для простоты на входе один единственный источник питания. Также — с ходу я не нашёл средства внести погрешность в опорное напряжение TL431, кроме как добавить генератор напряжения G1 в цепь управляющего электрода. Вот результат расчёта (меню «Анализ постоянного тока», раздел «Переходные характеристики»):

Как видим — достаточно разбаланса опорных напряжений в 3 мВ, чтобы один из стабилизаторов превратился в тыкву. А это всего 0,12% от номинального, да ещё отнюдь не каждая 431 имеет точность лучше 0.5%.
Предложение «поставим в цепь обратной связи триммер и подгоним правильное деление тока нагрузки» я отметаю на том основании, что типичные подстроечные резисторы (Bourns и muRata, керметные, одно и многооборотные) — имеют вибростойкость до 1% (изменение зафиксированного отношения напряжений или сопротивлений после воздействия вибрации с ускорением 20..30 G).
Упомянутые в ссылках на зарубежные ресурсы пляски с последовательными резисторами на выходах стабилизаторов — я даже рассматривать не буду. Просто потому, что этим убивается то, для чего собственно и ставится стабилизатор напряжения — постоянство напряжения на нагрузке при изменении её тока потребления.
Потом я вспомнил, что на выходе обычно есть конденсаторы… Добавление на выходы конденсаторов по 1000 мкФ с ESR 100 мОм не внесло кардинальных отличий в результаты симуляции параллельной работы этих стабилизаторов (меню «Анализ переходных процессов»).

Возможно, кто-то скажет: «Сработает ограничение по току у первого стабилизатора и второй тоже подключится». Но очевидно, что даже если это произойдёт, то первый всё равно продолжит работать с перегрузкой, что не прибавит надёжности нашей системе. Вот пример работы пары LP2951 (максимальный ток нагрузки — 100 мА, ограничение тока в модели — около 160 мА) с общим током нагрузки около 180 мА.
Почему такое старье? Потому, что они есть у меня в удобном для втыкания в «бредовую борду» DIP’е и, если кто-то из читателей пожелает пойти путём Фомы, то я смогу измерить всё IRL.
Результаты симуляции (меню «Анализ переходных процессов»):

Как видите — второй и не думает деятельно участвовать в спасении нагрузки от голода. А благодаря бóльшему коэффициенту усиления — выход из игры происходит при меньшем разбалансе.

На этом — всё. Питайтесь правильно!

Вывод.

Если максимальный выходной ток стабилизатора напряжения не обеспечивает потребности питаемой схемы, то есть только два выхода — заменить стабилизатор на модель с бóльшим выходным током или использовать схемотехническую балансировку выходных токов нескольких стабилизаторов.

P.S. «Всякое лыко — в строку». Во время подготовки статьи на глаза попалась широко растиражированная в документации на стабилизатор типа 1117 схема переключателя «батарея — сеть» с параллельным включением их выходов. К ней есть вопросы о практической применимости, но тему статьи она подтверждает чуть более, чем полностью. Привожу фрагмент из документации фирмы «ON semiconductor», который снабжён текстовыми пояснениями:

The 50 Ohm resistor that is in series with the ground pin of the upper regulator level shifts its output 300 mV higher than the lower regulator. This keeps the lower regulator off until the input source is removed.

P.P.S. Дописал вывод. Точнее — скопировал его из синопсиса.

Synopsis: You can’t boost output current of weak voltage regulators by simple parallel connection. You must use tougest one or special schematic for properly current sharing.

  • Источники питания
  • схемотехника для чайников
  • ТОЭ

Ответы на часто задаваемые вопросы по стабилизаторам напряжения

Почему летом в самый пик жары новый кондиционер работает плохо? Почему вечером, когда долго пишешь или читаешь при включенной лампе интересную книжку начинает болеть голова?

Мы привыкли, что, если любой электроприбор (фен, чайник, лампа) включить в розетку, он начинает работать. Но всегда ли он работает так как надо? В чем причина частых поломок электроприборов, выхода из строя электроламп, «зависания» или внезапных перезагрузок компьютера?

Ответ: некачественное напряжение в нашей электросети.

Качество напряжения в сети характеризуется тремя основными параметрами: величина (220 Вольт), частота (50 Герц) и форма – идеальная синусоида. Однако, в реальной жизни эти параметры непостоянны. Чем больше их отклонение от стандарта, тем вероятнее, что наши электроприборы быстро выйдут из строя или будут плохо работать.

Причиной этого является изношенное оборудование наших электросетей, электрических станций и трансформаторных подстанций

Что можно сделать, чтобы исправить ситуацию?

Простейшее решение – приобрести в магазине стабилизатор напряжения и подключить к нему наиболее чувствительные электроприборы в доме (телевизор, компьютер, холодильник или кондиционер). Стабилизатор напряжения – это устройство, которое поддерживает величину напряжения постоянной и равной 220 Вольт. Конечно, при покупке нужно согласовать мощность ваших электроприборов и мощность, на которую рассчитан стабилизатор. Мощность стабилизатора должна быть больше мощности нагрузки на 20-30%.

Стабилизатор щелкает при работе и ненадолго тускнеют лампочки. Почему это происходит и что делать?

Описываемые эффекты позволяют сделать вывод, что

а) у вас установлен релейный стабилизатор, при переключении реле он издаёт характерные щелчки

б) некоторые (или все) лампочки в вашем доме — лампы накаливания или галогенные, а моргают они поскольку уровень напряжения выравнивается ступенчато

Что здесь можно сделать?

1. Если стабилизатор щелкает часто, значит проблема в вашей сети — частые скачки напряжения. Релейный стабилизатор в этом случае — верное решение. Тут есть 2 способа избавиться от щелчков и мерцания:

— поменять стабилзатор на тиристорный. Он будет также быстро реагировать на скачки напряжения, при этом делать это бесшумно и никак не влияя на работу лампочек. Единственный момент, стоят тиристорные стабилизаторы значительно дороже релейных

— не менять стабилизатор, смириться со звуком или поставить его в менее досягаемое место. А лампочки можно поменять на светодиодные или энергосберегающие. Тогда моргать они не будут.

2. При наличии сомнений в характере проблем в сети, вызовите электрика для проверки. Если определится, что напряжение не скачет, а постоянно находится выше или ниже нормального уровня, тогда можно установить электромеханический стабилизатор нужного диапазона. Он будет регулировать напряжение более плавно, без щелканья и моргания лампочек. Он тоже не бесшумный, но его шум менее импульсный и не так режет ухо.

Как подключить стабилизатор к сети?

Стабилизаторы мелкой мощности от 500 до 3000 ВА подключаются к сети очень просто — достаточно воткнуть шнур в розетку. После этого стабилизатор готов к работе, к нему можно подключать бытовые приборы.

Стабилизаторы можностью юолее 2000 — 3000 ВА подключаются в сеть через клеммы. Мы не рекомендуем устанавливать их самостоятельно, лучше обратиться к профессиональным электрикам.

Несколько подробнее об установке стабилизаторов читайте в статье.

Что такое «байпас»?

Байпас — режим работы стабилизатора, при котором напряжение проходит сквозь него, никак не изменяясь, то есть в обход основной функции прибора — стабилизации. Байпас обычно устанавливается на стабилизаторы мощностью больше 2000 — 3000 ВА, которые подключаются к сети не через розетку, а клеммами. Понятно, что выключение стабилизатора, подключенного таким образом, потребует больших действий, чем просто вынуть шнур из розетки.
Этот режим может понадобиться в следующих случаях:

  • стабилизатор какое-то время не будет нужен. Например, при отъезде в отпуск, когда работающими остаются только самые основные электроприборы, которые требуют постоянного электроснабжения.
  • если планируется временно использовать нагрузку, превышающую мощность стабилизатора.
  • если перепады напряжения случаются только в определенное время (например, по вечерам, или в выходные), а в другое время напряжение нормальное и без стабилизатора.
  • если стабилизатор фиксирует слишком низкие/высокие показатели входного напряжения и отключает технику, но вы всё равно намерены использовать какую-то часть устройств.

Какой стабилизатор лучше — электромеханический, релейный или тиристорный?

У каждого вида стабилизаторов есть свои плюсы и минусы. Нельзя сказать, что какой-то из них лучше других по всем характеристикам.

Электромеханические, например, больше подходят для сетей с постоянно пониженным/повышенным напряжением и славятся своей точностью стабилизации. Но они регулируют напряжение медленно, то есть не смогут оперативно среагировать на большой перепад в сети. Они также имеют в своём устройстве две движущиеся щётки, которые могут со временем истереться.

Релейные стабилизаторы очень быстро реагируют на скачки напряжения, поэтому лучше всего подходят для сетей с подобными проблемами. К тому же их можно использовать при минусовых температурах до -30 ˚С. Однако, от этого страдает точность стабилизации, при переключении с реле на реле могут помаргивать лампочки накаливания, а сами стабилизаторы пощелкивают.

Тиристорные стабилизаторы всем хороши. Они быстры, надёжны, бесшумны, точны и долговечны. Но при всех достоинствах и цена их заметно выше, чем на другие виды стабилизаторов.

Поэтому мы советуем исходить не из вопроса «какой лучше?», а из существующих в сети проблем, того, где будет применяться стабилизатор и имеющегося бюджета для этой покупки.

Нужен дешевый и надёжный стабилизатор. Какой выбрать?

На этом графике представлена зависимость надёжности стабилизатора от его цены. К сожалению, такого сочетания, как дешёвый и надёжный одновременно, не существует.

с повышением качества и надёжности стабилизатора напряжения растёт и его цена

Надёжность стабилизатора напряжения напрямую зависит от качества деталей, качества производственного процесса и инженерных разработок. Чем более качественны детали и оборудование, на котором производится стабилизатор, тем он, соответственно, и дороже. Конечно, учитывая требования современного покупателя, производители стремятся удешевить производство без существенных потерь в качестве и усовершенствовать приборы без заметного его удорожания. Но если стабилизатор стоит очень дёшево — это повод засомневаться в его качестве, ведь чудес не бывает.

В нашем магазине вы можете найти:

  • стабилизаторы приемлемого качества за разумные деньги — Upower, Энергия АСН, Райдер.
  • стабилизаторы с оптимальным соотношением цена-качество — Энергия Voltron, Энергия Hybrid, Энергия New Line.
  • очень надёжные и качественные тиристорные стабилизаторы — Энергия Classic и Энергия Ultra.

Какой нужен стабилизатор — однофазный или трёхфазный?

1. если у вас однофазная сеть, то выбор очевиден — подойдёт только однофазный стабилизатор.

2. если сеть трёхфазная и от неё нужно будет питать хотя бы один трёхфазный прибор — подойдёт только трёхфазный стабилизатор.

3. А вот если к трёхфазной сети будут подключаться только однофазные устройства и приборы — то её можно одинаково надёжно защитить либо одним трёхфазным стабилизатором, либо тремя однофазными. Три однофазных в этом случае будут даже более правильным выбором, поскольку это даст более равномерно распределить нагрузку по фазам. К тому же, защита будет качественнее, при проблемах на одной фазе, две другие (а, соотвественно, и подключенная к ней техника) этого не почувствуют.

Зачем нужен стабилизатор напряжения?

Большинство современной бытовой техники, электроприборов, электроинструмента или специального оборудования имеет в своём техпаспорте прописанную норму качества потребляемого напряжения. Это могут быть значения с ±3 % до ±10% погрешности от нормального (220В). И если напряжение будет меньше или больше этих границ, то это может привести к сокращению срока службы прибора, а то и к его выходу из строя.

К сожалению, российские электросети далеки по состоянию от идеальных. В городе, конечно, ближе к норме, но и здесь бывают случаи, когда чувствительная аппаратура требует отсутствия даже самых минимальных перепадов в сети. За городом же и по области проблемы пониженного, повышенного, а то и скачущего напряжения повсеместны.

Вот стабилизаторы напряжения как раз и предназначены, чтобы выравнивать высокое, низкое или скачущее напряжение до нормальных 220В. Таким образом, они продлевают жизнь электротехническим устройствам и в целом снижают стоимость их обслуживания, поскольку уменьшается вероятность поломок, а срок замены отдельных узлов и деталей, наоборот, возрастает.

Регулируемые стабилизаторы напряжения и тока на ИМС LM317 (КР142ЕН12) и LM337 (КР142ЕН18) для источников и блоков питания

Среди микросхем регулируемых стабилизаторов напряжения и тока одними из самых популярных являются ИМС LM317 и LM337. Благодаря своим приличным характеристикам, низкой стоимости и удобного для монтажа исполнения, эти микросхемы при минимальном наборе внешних деталей отлично справляются с функцией несложных регулируемых источников и блоков питания для бытовой и промышленной электронной аппаратуры.
Микросхемы идентичны по своим параметрам, разница заключается лишь в том, что LM317 является регулируемым стабилизатором положительного относительно земли напряжения, а микросхема LM337 – отрицательного.

Аналогами стабилизатора LM317 на отечественном рынке является микросхема КР142ЕН12, а LM337 – КР142ЕН18.

Если полутора ампер выходного тока покажется недостаточно, то LM317 можно заменить на LM350 с выходным током 3 ампера и LM338 – 5А. Схемы включения останутся точно такими же.

Для удобства описание поведём для более распространённого стабилизатора блока питания с положительной полярностью напряжения (LM317), но всё сказанное и нарисованное на схемах будет так же верно для стабилизаторов с минусовой полярностью (LM317). Однако важно заметить, что при смене полярности стабилизатора – необходимо также изменить на схемах: полярность включения всех диодов, электролитических конденсаторов, а также тип проводимости внешних транзисторов (в случае их наличия). И не стоит забывать, что цоколёвки у этих микросхем разные!

Начнём с главного:
Технические характеристики LM317, LM337 (в корп. TO-220):
Максимальное входное напряжение блока питания – 40 В;
Регулирование выходного напряжения – от 1,25 до 37 В;
Точность установки и поддержания выходного напряжения – 0,1%;
Максимальный ток нагрузки – 1,5 A;
Минимальный ток нагрузки – 3,5. 10 мА;
Наличие защиты от возможного короткого замыкания и перегрева;

Давайте не будем сильно отвлекаться на разнообразные любительские реализации стабилизаторов на LM317 и LM337, а сделаем основной упор на рекомендациях и схемах, приведённых в datasheet-ах на микросхемы. Типовая схема включения LM317 с функцией регулировки напряжения приведена на Рис.1

Рис.1 Типовая схема включения LM317

Диоды D1 и D2 предназначены для защиты микросхемы, а конкретно – быстрого и безопасного разряда конденсаторов в случае возникновения короткого замыкания (D1 – по входу, D2 – по выходу). При выходных напряжениях менее 25 В производитель ИМС допускает работу стабилизатора без использования защитных диодов.
Конденсатор С2 снижает уровень пульсаций на выходе микросхемы на 15 дБ. Увеличение номинала этого конденсатора свыше 10 МкФ не только не приведёт к существенному снижению пульсаций, но и окажет вредное влияние на скорость реакции стабилизатора на изменение выходного напряжения.

Номинал резистора R1 жёстко определяется в техническом паспорте как 240 Ом, хотя ничего плохого не случится, если выбрать его значение в диапазоне 200. 270 Ом.
R2 вычисляется исходя из формулы Vout = Vref x (1+R2/R1) + Iadj x R2 ,
где: Vref ≈ 1,25В , а Iadj ≈ 50 мкА .

Онлайн калькулятор стабилизатора напряжения на LM317 (LM337)
Выходное напряжение не может принимать значений ниже 1,25 В.

На Рис.2 изображена схема интегрального стабилизатора напряжения с функцией плавного пуска питания, собранная на всё том же регуляторе напряжения LM317 и тоже взятая из datasheet-а на микросхему.

Рис.2 Схема стабилизатора напряжения с функцией плавного пуска питания

В начальный момент включения источника питания конденсатор C1 разряжен и представляет собой КЗ. Напряжение на эмиттере транзистора близко к нулю, соответственно напряжение на выходе микросхемы минимально и составляет величину – около 1,2 В. По мере заряда конденсатора напряжение на эмиттере растёт, напряжение на выходе микросхемы – тоже. В какой-то момент напряжение на базе достигнет значения, при котором транзистор полностью закроется, и на выходе стабилизатора установится уровень напряжения, определяемый номиналами резисторов R1, R2.
При установке защитных диодов (как это сделано на Рис.1) ничто не мешает использовать эту схему и с более высокими выходными напряжениями.

Если возникла необходимость ввести в блок питания стабилизатор (ограничитель) тока нагрузки, то для этой цели также подойдёт ИМС LM317, причём схема получается ещё проще, чем в случае использования её в качестве стабилизатора напряжения.

Рис.3 Ограничитель тока на LM317

Такое устройство может быть полезно для зарядки аккумуляторов, питания светодиодов, ограничения тока нагрузки источника питания и т. д.
При выборе номинала сопротивления R1 в диапазоне 0,8. 125 Ом ограничение выходного тока будет происходить на уровнях: от 10 мА до 1,56 А, а формула, для расчёта конкретного значения тока выглядит следующим образом:
I0 = Iadj + Vref/R1 ≈ 1,25/R1 .

Онлайн калькулятор расчёта стабилизатора тока на LM317 (LM337)

Если в хозяйстве необходим источник как с регулировкой выходного напряжения, так и с ограничением выходного тока, то существует возможность использовать два варианта:
1. Соединить последовательно стабилизатор тока и стабилизатор напряжения,
2. Либо использовать ещё одну схему из datasheet-а.

Рис.4 Схема стабилизатора напряжения с ограничением выходного тока

Область применения схемы, приведённой на Рис.4, декларируется производителем – как зарядное устройство для 6-вольтовых аккумуляторов, но её вполне можно расширить, подключив к выходу любую нагрузку и используя обвес, взятый с типовой схемы включения (Рис.1).
Ток ограничения (стабилизации) устройства рассчитывается исходя из формулы:
I0 ≈ 0,6/R1 . А учитывая дополнительное падение напряжения на резисторе R1, при расчёте выходного напряжения в калькуляторе – следует вводить величину Uвых, на 0,6 В превышающую необходимое значение.

Умощнение LM317 внешним транзистором

Теперь что касается умощнения микросхем. Здесь datasheet также предполагает 2 варианта:
1. Параллельное соединение микросхем, но не примитивное (как порой можно встретить на некоторых интернет просторах), а довольно сложное, посредством ОУ и дополнительного транзистора. Эту схему я не вижу особого смысла рассматривать ввиду того, что подобную задачу можно решить более гуманными методами.
2. Умощнение внешним транзистором (Рис.5):

Рис.5 Умощнение LM317 внешним транзистором

Силовой умощняющий транзистор следует выбирать исходя из максимального тока нагрузки и максимальной мощности, рассеиваемой на нём.
До того момента, когда падение напряжения на резисторе R1 достигнет уровня 0,6. 0,7 В транзистор закрыт, и весь ток в нагрузку течёт через микросхему стабилизатора. При достижении указанного уровня падения напряжения транзистор приоткрывается и также начинает отдавать ток в нагрузку, разгружая тем самым микросхему. Чем больше ток – тем сильнее открыт транзистор, тем большее относительное значение тока через него протекает в нагрузку.
Главный вопрос, возникающий у радиолюбителя – какого номинала следует выбирать резистор.
Для начала надо задаться некой величиной тока, протекающего через ИМС стабилизатора Ireg , не слишком большой (чтобы микросхема не сильно грелась), но и не слишком малой (для сохранения её стабильной и устойчивой работы). Обычно величина это тока выбирается в пределах 0,1. 0,3 А.
Определившись с этим значением, следует выбрать транзистор, исходя из максимального тока нагрузки, с параметром β > 1.1 x Iнмакс / Ireg .
Будет лучше, если запас усиления транзистора составит величину – 10. 20%. Тогда значение R1 можно будет вычислить по следующей формуле:
R1 ≈ (β x Vбэ) / (Ireg x β — Iнмакс) , где Vбэ ≈ 0,7В для простых транзисторов и 1,4В – для составных.

Умощнение LM317 внешним транзистором

Точно так же можно умощнить и стабилизатор (ограничитель) тока нагрузки (Рис.6).

Рис.6 Умощнение стабилизатора тока на LM317 внешним транзистором

Ну и под занавес приведём схему двуполярного источника питания с регулируемым напряжением (± 1,2. 35 В), опубликованную в одном из зарубежных источников.

Рис.7 Схема двуполярного блока питания

Для повышения надёжности устройства в него следует добавить пару защитных диодов по аналогии со схемой, изображённой на Рис.1.

Регулируемые стабилизаторы напряжения и тока на ИМС LM317 (КР142ЕН12) и LM337 (КР142ЕН18) для источников и блоков питания

Характеристики, особенности применения, схемы включения, онлайн калькуляторы. Однополярные и двуполярные блоки питания на LM317 и LM337

Среди микросхем регулируемых стабилизаторов напряжения и тока одними из самых популярных являются ИМС LM317 и LM337. Благодаря своим приличным характеристикам, низкой стоимости и удобного для монтажа исполнения, эти микросхемы при минимальном наборе внешних деталей отлично справляются с функцией несложных регулируемых источников и блоков питания для бытовой и промышленной электронной аппаратуры.
Микросхемы идентичны по своим параметрам, разница заключается лишь в том, что LM317 является регулируемым стабилизатором положительного относительно земли напряжения, а микросхема LM337 – отрицательного.

Аналогами стабилизатора LM317 на отечественном рынке является микросхема КР142ЕН12, а LM337 – КР142ЕН18.

Если полутора ампер выходного тока покажется недостаточно, то LM317 можно заменить на LM350 с выходным током 3 ампера и LM338 – 5А. Схемы включения останутся точно такими же.

Для удобства описание поведём для более распространённого стабилизатора блока питания с положительной полярностью напряжения (LM317), но всё сказанное и нарисованное на схемах будет так же верно для стабилизаторов с минусовой полярностью (LM317). Однако важно заметить, что при смене полярности стабилизатора – необходимо также изменить на схемах: полярность включения всех диодов, электролитических конденсаторов, а также тип проводимости внешних транзисторов (в случае их наличия). И не стоит забывать, что цоколёвки у этих микросхем разные!

Начнём с главного:
Технические характеристики LM317, LM337 (в корп. TO-220):
Максимальное входное напряжение блока питания – 40 В;
Регулирование выходного напряжения – от 1,25 до 37 В;
Точность установки и поддержания выходного напряжения – 0,1%;
Максимальный ток нагрузки – 1,5 A;
Минимальный ток нагрузки – 3,5. 10 мА;
Наличие защиты от возможного короткого замыкания и перегрева;

Давайте не будем сильно отвлекаться на разнообразные любительские реализации стабилизаторов на LM317 и LM337, а сделаем основной упор на рекомендациях и схемах, приведённых в datasheet-ах на микросхемы. Типовая схема включения LM317 с функцией регулировки напряжения приведена на Рис.1

Рис.1 Типовая схема включения LM317

Диоды D1 и D2 предназначены для защиты микросхемы, а конкретно – быстрого и безопасного разряда конденсаторов в случае возникновения короткого замыкания (D1 – по входу, D2 – по выходу). При выходных напряжениях менее 25 В производитель ИМС допускает работу стабилизатора без использования защитных диодов.
Конденсатор С2 снижает уровень пульсаций на выходе микросхемы на 15 дБ. Увеличение номинала этого конденсатора свыше 10 МкФ не только не приведёт к существенному снижению пульсаций, но и окажет вредное влияние на скорость реакции стабилизатора на изменение выходного напряжения.

Номинал резистора R1 жёстко определяется в техническом паспорте как 240 Ом, хотя ничего плохого не случится, если выбрать его значение в диапазоне 200. 270 Ом.
R2 вычисляется исходя из формулы Vout = Vref x (1+R2/R1) + Iadj x R2 ,
где: Vref ≈ 1,25В , а Iadj ≈ 50 мкА .

Онлайн калькулятор стабилизатора напряжения на LM317 (LM337)
Выходное напряжение не может принимать значений ниже 1,25 В.

На Рис.2 изображена схема интегрального стабилизатора напряжения с функцией плавного пуска питания, собранная на всё том же регуляторе напряжения LM317 и тоже взятая из datasheet-а на микросхему.

Рис.2 Схема стабилизатора напряжения с функцией плавного пуска питания

В начальный момент включения источника питания конденсатор C1 разряжен и представляет собой КЗ. Напряжение на эмиттере транзистора близко к нулю, соответственно напряжение на выходе микросхемы минимально и составляет величину – около 1,2 В. По мере заряда конденсатора напряжение на эмиттере растёт, напряжение на выходе микросхемы – тоже. В какой-то момент напряжение на базе достигнет значения, при котором транзистор полностью закроется, и на выходе стабилизатора установится уровень напряжения, определяемый номиналами резисторов R1, R2.
При установке защитных диодов (как это сделано на Рис.1) ничто не мешает использовать эту схему и с более высокими выходными напряжениями.

Если возникла необходимость ввести в блок питания стабилизатор (ограничитель) тока нагрузки, то для этой цели также подойдёт ИМС LM317, причём схема получается ещё проще, чем в случае использования её в качестве стабилизатора напряжения.

Рис.3 Ограничитель тока на LM317

Такое устройство может быть полезно для зарядки аккумуляторов, питания светодиодов, ограничения тока нагрузки источника питания и т. д.
При выборе номинала сопротивления R1 в диапазоне 0,8. 125 Ом ограничение выходного тока будет происходить на уровнях: от 10 мА до 1,56 А, а формула, для расчёта конкретного значения тока выглядит следующим образом:
I0 = Iadj + Vref/R1 ≈ 1,25/R1 .

Онлайн калькулятор расчёта стабилизатора тока на LM317 (LM337)

Если в хозяйстве необходим источник как с регулировкой выходного напряжения, так и с ограничением выходного тока, то существует возможность использовать два варианта:
1. Соединить последовательно стабилизатор тока и стабилизатор напряжения,
2. Либо использовать ещё одну схему из datasheet-а.

Рис.4 Схема стабилизатора напряжения с ограничением выходного тока

Область применения схемы, приведённой на Рис.4, декларируется производителем – как зарядное устройство для 6-вольтовых аккумуляторов, но её вполне можно расширить, подключив к выходу любую нагрузку и используя обвес, взятый с типовой схемы включения (Рис.1).
Ток ограничения (стабилизации) устройства рассчитывается исходя из формулы:
I0 ≈ 0,6/R1 . А учитывая дополнительное падение напряжения на резисторе R1, при расчёте выходного напряжения в калькуляторе – следует вводить величину Uвых, на 0,6 В превышающую необходимое значение.

Умощнение LM317 внешним транзистором

Теперь что касается умощнения микросхем. Здесь datasheet также предполагает 2 варианта:
1. Параллельное соединение микросхем, но не примитивное (как порой можно встретить на некоторых интернет просторах), а довольно сложное, посредством ОУ и дополнительного транзистора. Эту схему я не вижу особого смысла рассматривать ввиду того, что подобную задачу можно решить более гуманными методами.
2. Умощнение внешним транзистором (Рис.5):

Рис.5 Умощнение LM317 внешним транзистором

Силовой умощняющий транзистор следует выбирать исходя из максимального тока нагрузки и максимальной мощности, рассеиваемой на нём.
До того момента, когда падение напряжения на резисторе R1 достигнет уровня 0,6. 0,7 В транзистор закрыт, и весь ток в нагрузку течёт через микросхему стабилизатора. При достижении указанного уровня падения напряжения транзистор приоткрывается и также начинает отдавать ток в нагрузку, разгружая тем самым микросхему. Чем больше ток – тем сильнее открыт транзистор, тем большее относительное значение тока через него протекает в нагрузку.
Главный вопрос, возникающий у радиолюбителя – какого номинала следует выбирать резистор.
Для начала надо задаться некой величиной тока, протекающего через ИМС стабилизатора Ireg , не слишком большой (чтобы микросхема не сильно грелась), но и не слишком малой (для сохранения её стабильной и устойчивой работы). Обычно величина это тока выбирается в пределах 0,1. 0,3 А.
Определившись с этим значением, следует выбрать транзистор, исходя из максимального тока нагрузки, с параметром β > 1.1 x Iнмакс / Ireg .
Будет лучше, если запас усиления транзистора составит величину – 10. 20%. Тогда значение R1 можно будет вычислить по следующей формуле:
R1 ≈ (β x Vбэ) / (Ireg x β — Iнмакс) , где Vбэ ≈ 0,7В для простых транзисторов и 1,4В – для составных.

Умощнение LM317 внешним транзистором

Точно так же можно умощнить и стабилизатор (ограничитель) тока нагрузки (Рис.6).

Рис.6 Умощнение стабилизатора тока на LM317 внешним транзистором

Ну и под занавес приведём схему двуполярного источника питания с регулируемым напряжением (± 1,2. 35 В), опубликованную в одном из зарубежных источников.

Рис.7 Схема двуполярного блока питания

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *