Прості пристрої - Лінійний стабілізатор для лабораторного блоку живлення

Наши партнеры ArtmMisto

Ще один "кубик" для лабораторного блоку живлення, на Еторе раз мова піде про лінійному стабілізаторі.

Отже технічне завдання:

1. Стабілізація струму або напруги.
2. Мінімальні втрати на управління.
3. Легке масштабування схеми по потужності.
4. Мінімально можливе падіння напруги на регулюючому транзисторі.
5. Можливість управління від мікроконтролера.
6. Харчування всієї схеми від однополярного джерела живлення 12в.

Тому бути так:

1. Потужний прохідний транзистор - польовий, Р-канальний.
2. Джерело опорного напруги - 2,5в.
3. Харчування ОУ через окремий підвищує перетворювач напруги і інвертується перетворювач .
4. Опір шунта датчика струму максимум 0.05 ом.

Схема з розряду "простіше не буває" все прямолінійно і без викрутасів (по кліку - збільшується):

Трішки пояснень для тих хто не зрозумів:

Чотири операційних підсилювача, A, B, C і D. U1: A і U1: B відповідно порівнюють напруга і струм між поточними і заданими значеннями і забезпечують безпосередньо стабілізацію потрібного параметра, U1: D зміщує нижню точку вихідного дільника на напругу, падаюче на шунт датчика струму, тобто якщо на шунт падає 150мВ, то нижня точка подільника вихідної напруги виявляється не на потенціалі загального проводу, а на потенціалі -150мВ, тобто U1: D це просто інвертор, що дозволяє нам скомпенсіровтаь напруга, падаюче на шунт. Ну а U1: C - це звичайний підсилювач напруги з шунта - датчика струму. Як бачите все просто, зрозуміло і логічно.

Силовий прохідний транзистор P-канальний IRF4905 згідно даташіту при температурі корпусу 100 ° С допускає струм 50а (більш 70а при 25 ° С), що при додаванні попереднього обмежувача, що обмежує падіння напруги стік-витік, дозволяє будувати практично будь-які лабораторні джерела живлення, які можуть знадобитися будинку. Крім цього польові транзистори дуже добре працюють в паралельному включенні. На управління таким ключем потрібна мізерна потужність на відміну від біполярних транзисторів. ІОН вдає із себе всього три деталі: R3, U2 і С8. Керуючий електрод U2 з'єднаний з катодом, відповідно це джерело забезпечує напругу 2,5в. Замість U2 можна застосувати звичайний стабілітрон на 2,5в, але: по-перше, TL431 термостабілізованого, а по-друге, має точність 2% (версія TL431A 1%, версія TL431B 0,5%). C8 зменшує пульсації, чим більше його ємність, тим менше пульсацій, але тим більше потрібно часу, щоб ІОН вийшов на робочий режим. Номінал резистора R3 залежить від різниці між 2,5в і значенням напруги джерела, від якого живиться ІОН, в моєму випадку це двісті сорокового, тому що я живити ІОН від додаткового стабілізатора на 5в. ОУ застосований один з найдешевших і розповсюджених TL084 (в DIP14 корпусі), живиться асиметричним напругою + 15в / 5В. Для правильної роботи U1: D необхідно, щоб R7 і R8 були однакові. RV3 дозволяє трохи підлаштувати вихідний дільник (R5, R6). U1: C це простий підсилювач, коефіцієнт посилення залежить від співвідношення номіналів резисторів R9 / (R10 + RV4) так що опір шунта обмежується тільки вашою фантазією. Конденсатор C3 дуже важливий, він не дає піти схемою на расколбас і забезпечує загальну стабільність ОС тому швидкість реакції ОС то струму і напрузі штучно нічим більше не обмежена.

{Ads1}

Трошки математики за схемою:

Підсилювач шунта: ІОН має значення 2,5в, значить на виході підсилювача шунта при максимальному вихідному струмі ЛБП має бути 2,5в, відповідно вважаємо: Припустимо шунт має опір 0,05ом (два паралельно по 0,1Ом), максимальний струм ЛБП нехай у нас буде 3а, значить при струмі 3а на шунт падає (3а * 0.05ом) = 0,15в, на виході підсилювача (8 я нога ОУ) при цьому повинно бути 2,5в, значить 0.15в треба посилити в 2,5в / 0 , 15в = 16,7раз, відповідно співвідношення R9 / (R10 + RV4) має бути таким же. Якщо R9 = 9,1кОм, R10 = чотиреста тридцятих, RV4 = 200Ом, то Ку буде від 14 до 21 разів (при крайніх положеннях RV4). При вихідному струмі 3а і шунт 0.05ом наші втрати складуть 0,45Вт.

Вихідний дільник R5 і R6 розраховуємо, як звичайний дільник, відповідно коефіцієнт ділення (Кд) дорівнює R6 / (R5 + R6), при номіналах 5,6кОм і 1,5кОм Кд = 1,5кОм / (1,5кОм + 5,6кОм) = 0,211, тобто вихідна напруга ЛБП буде майже в п'ять разів менше заданого опорного. Або так: припустимо, максимальна вихідна напруга ЛБП у нас 12в, возмем струм дільника рівним 2мА, тоді R6 = 2,5в / 0,002а = 1,25кОм, R5 = (12в-2,5в) /0.002а=4,75кОм.

ІОН: Його основне завдання - формувати опорна напруга 2,5в. У моєму випадку ІОН живиться від окремого стабілізатора на + 5в , Відповідно, на R3 падають зайві 2,5в при струмі 2,5в / двісті сорокового = 10,4мА марно розсіює потужність (на R3) = 10,4мА * 2,5в = 26мВт. На U2 напруга і струм такі ж, відповідно на ньому теж безповоротно губляться 26мВт, загальні втрати ІОН = 52мВт. Це, звичайно, без урахування струму, споживаного RV1 і RV2, номінали яких можна сміливо вибирати в діапазоні 10кОм ... 100кОм. І наостанок: ємність конденсатора С8 безпосередньо впливає на пульсації ІОН, той самий випадок коли кашу маслом не зіпсуєш, чим більше ємність С8, тим якісніше буде напруга видається ІОН, але тим більше часу буде потрібно ІОН, щоб вийти на робочу напругу після подачі живлення. При харчуванні ІОН а від джерела на 5в і ємності С8 100мкФ (це мала ємність) до досягнення 2,5в доведеться почекати 18мсек, при ємності 470мкФ потрібно вже 79мсек. Рекомундую С8 ставити мінімум 470мкФ, а краще побільше.

Варіант друкованої плати:

У форматі SL5 лежить в архіві.

Роз'єми \ точки на платі:

1. J1 - Вхідний однополярної харчування
2. J2 - Вихід ЛБП
3. J3 - загальний провід для RV1, RV2
4. J4 - Харчування ІОН + 5в або вихід джерела + 5в (якщо є)
5. J5 - ІОН + 2,5в для харчування RV1, RV2
6. J6 - Управління вихідним електролітом
7. J7 - Контроль падіння напруги на Q2 (для попереднього перетворювача)
8. J8 - резерв
9. J9 - Контроль точності коректора падіння на шунт
10. J10 - RV2, завдання обмеження \ стабілізації струму
11. J11 - RV1, завдання обмеження \ стабілізації напруги
12. J12 - Контроль падіння на шунт

Розведення плати досить щільна і "тестова", якщо вирішите повторити - ретельно продумайте разположеніе реальних компонентів. Плата делалался тільки для перевірки працездатності такого стабілізатора, при цьому було виявлено такі недоліки (в моєму варіанті розводки використовуються три окремих перетворювача напруги на + 15в, + 5в і -5В):

1. Бракує місця для С1 нормальної ємності / розміру (впирається в перетворювач + 15в, 5В)
2. Бракує місця для С10 нормальної ємності / розміру (впирається в RV3)
3. Бракує місця для С8 нормааьной ємності / розміру (впирається в перетворювач + 5в і в U2)

Резистор шунта я застосував в smd виконанні типорозміру 2512, дві штуки по 0,1Ом.

ОУ U1 застосував в DIP14 корпусі тільки тому що крок висновків 2,54мм і між висновків можна пропускати доріжки.