Однополярный стабилизатор напряжения с защитой по току. Мощные стабилизаторы напряжения с защитой по току

24.12.2023

Для питания некоторых радиотехнических устройств требуется источник питания с повышенными требованиями к уровню минимальных выходных пульсаций и стабильности напряжения. Чтобы их обеспечить, блок питания приходится выполнять на дискретных элементах.

Приведенная на рис. 3.23 схема является универсальной и на ее основе можно сделать высококачественный источник питания на любое напряжение и ток в нагрузке. Блок питания собран на широко распространенном сдвоенном операционном усилителе (КР140УД20А) и одном силовом транзисторе VT1. При этом схема имеет защиту по току, которую можно регулировать в широких пределах. На операционном усилителе DA1.1 выполнен стабилизатор напряжения, a DA1.2 используется для обеспечения защиты по току. Микросхемы DA2, DA3 стабилизируют питание схемы управления, собранной на DA1, что позволяет улучшить параметры источника питания.

Работает схема стабилизации напряжения следующим образом. С выхода источника (Х2) снимается сигнал обратной связи по напряжению. Этот сигнал сравнивается с опорным напряжением, поступающим со стабилитрона VD1. На вход ОУ подается сигнал рассогласования (разность этих напряжений), который усиливается и поступает через резисторы R10...R11 на управление транзистором VT1.

Таким образом, выходное напряжение поддерживается на заданном уровне с точностью, определяемой коэффициентом усиления ОУ DA1.1. Нужное выходное напряжение устанавливается резистором R5. Для того, чтобы у источника питания имелась возможность устанавливать выходное напряжение более 15 В, общий провод схемы управления подключен к клемме «+» (XI). При этом для полного открывания силового транзистора (VT1) на выходе ОУ потребуется небольшое напряжение (на базе VT1 ибэ = +1,2 В). Такое построение схемы позволяет выполнять источники питания на любое напряжение, ограниченное только допустимой величиной напряжения коллектор-эмиттер (UK3) для конкретного типа силового транзистора (для КТ827А максимальное UK3 = 80 В).

В данной схеме силовой транзистор является составным и поэтому может иметь коэффициент усиления в диапазоне 750... 1700, что позволяет управлять им небольшим током — непосредственно с выхода ОУ DA1.1, что снижает число необходимых элементов и упрощает схему.

Схема защиты по току собрана на ОУ DA1.2. При протекании тока в нагрузке на резисторе R12 выделяется напряжение, которое через резистор R6 прикладывается к точке соединения R4, R8, где сравнивается с опорным уровнем. Пока эта разница отрицательна (что зависит от тока в нагрузке и величины сопротивления резистора R12) — эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения. Как только напряжение в указанной точке станет положительным, на выходе ОУ DAL2 появится отрицательное напряжение, которое через диод VD12 уменьшит напряжение на базе силового транзистора VT1, ограничивая выходной ток.

Уровень ограничения выходного тока регулируется с помощью резистора R6. Параллельно включенные диоды на входах операционных усилителей (VD3...VD6) обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения ее без обратной связи через транзистор VT1 или при повреждении силового транзистора. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю и диоды не оказывают влияния на работу устройства. Установленный в цепи отрицательной обратной связи конденсатор СЗ ограничивает полосу усиливаемых частот, что повышает устойчивость работы схемы, предотвращая самовозбуждение.

При использовании указанных на схемах элементов данные источники питания позволяют на выходе получать стабилизированное напряжение до 50 В при токе 1...5 А.

Силовой транзистор устанавливается на радиатор, площадь которого зависит от тока в нагрузке и напряжения UK3. Для нормальной работы стабилизатора это напряжение должно быть не менее 3 В

При сборке схемы использованы детали: подстросчные резисторы R5 и R6 типа СПЗ-19а; постоянные резисторы R12 типа С5-16МВ на мощность не менее 5 Вт (мощность зависит от тока в нагрузке), остальные из серии MJ1T и С2-23 соответствующей мощности Конденсаторы CI, С2, СЗ типа К10-17, оксидные полярные конденсаторы С4...С9 типа К50-35 (К50-32). Микросхема сдвоенного операционного усилителя DA1 может быть заменена импортным аналогом цА747 или двумя микросхемами 140УД7; стабилизаторы напряжения: DA2 на 78L15, DA3 на 79L15. Параметры сетевого трансформатора Т1 зависят от необходимой мощности, поступающей в нагрузку. Во вторичной обмотке трансформатора после выпрямления на конденсаторе С6 должно обеспечиваться напряжение на 3...5 В больше, чем требуется получить на выходе стабилизатора.

В заключение можно отметить, что если источник питания предполагается использовать в широком температурном диапазоне (~60...+100°С), то для получения хороших технических характеристик необходимо применять дополнительные меры К их числу относится повышение стабильности опорных напряжений. Это можно осуществить за счет выбора стабилитронов VD1, VD2 с минимальным ТКН, а также стабилизации тока через них Обычно стабилизацию тока через стабилитрон выполняют при помощи полевого транзистора или же применением дополнительной микросхемы, работающей в режиме стабилизации тока через стабилитрон. Кроме того, стабилитроны обеспечивают наилучшую термостабильность напряжения в определенной точке своей характеристики. В паспорте на прецизионные стабилитроны обычно это значение тока указывается и именно его надо устанавливать подстроечными резисторами при настройке узла источника опорного напряжения, для чего в цепь стабилитрона временно включается миллиамперметр.

Этот стабилизатор напряжения предназначен для питания радиолюбительских конструкций в процессе их налаживания. Он вырабатывает постоянное стабилизированное напряжение от 0 до 25,5В, которое можно изменять с шагом 0,1В. Ток срабатывания защиты от перегрузки можно плавно менять от 0,2 до 2А.

Схема устройства показана на рис 1, счетчики DD2 DD3 формируют цифровой код выходного напряжения. ЦАП на прецизионных резисторах преобразует код счетчика в ступенчато нарастающее напряжение.

Так же стабилизатор имеет индикатор (рис3) на ППЗУ К573РФ2.

Налаживание стабилизатора заключается в подборе R26 так, что бы максимальное выходное напряжение было равно 25,5В.

Файлы чертежей печатных плат – ftp://ftp.radio.ru/pub/2007/08/st0_255.zip

Литература Ж.Радио 8 2007

Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

24.09.2014
Сенсорный выключатель показанный на рисунке имеет двухконтактный сенсорный элемент, при касании обеих контактов напряжение питания (9В) от источника питания подается в нагрузку, а при следующем касании сенсорных контактов питания отключается от нагрузки, нагрузкой может быть лампа или реле. Сенсор очень экономичен и потребляет малый ток в режиме ожидания. В момент …
08.10.2016
MAX9710/MAX9711 — стерео/моно УМЗЧ с выходной мозностью 3 Вт имеющие режим пониженного потребления. Технические характеристики: Выходная мощность 3 Вт на нагрузке 3 Ом (при КНИ до 1%) Выходная мощность 2,6 Вт на нагрузке 4 Ом (при КНИ до 1%) Выходная мощность 1,4 Вт на нагрузке 8 Ом (при КНИ до 1%) Коэффициент подавления шумов …

Приведенная на рис. 4.7 схема является универсальной и на ее основе можно сделать высококачественный источник питания на любое напряжение и ток в нагрузке.

Рис. 4.7. Электрическая схема источника питания

Блок питания собран на широко распространенном сдвоенном операционном усилителе (КР140УД20А) и одном силовом транзисторе VT1. При этом схема имеет защиту по току, которую можно регулировать в широких пределах.

На операционном усилителе DA1.1 выполнен стабилизатор напряжения, а DA1.2 используется для обеспечения защиты по току. Микросхемы DA2, DA3 стабилизируют питание схемы управления, собранной на DA1, что позволяет улучшить параметры источника питания.

Работает схема стабилизации напряжения следующим образом. С выхода источника (Х2) снимается обратная связь по напряжению. Этот сигнал сравнивается с опорным напряжением, поступающим со стабилитрона VD1. На вход ОУ подается сигнал рассогласования (разность этих напряжений), который усиливается и поступает через R10-R11 на управление транзистором VT1. Таким образом выходное напряжение поддерживается на заданном уровне с точностью, определяемой коэффициентом усиления ОУ DA1.1.

Нужное выходное напряжение устанавливается резистором R5.

Для того, чтобы у источника питания имелась возможность устанавливать выходное напряжение более 15 В, общий провод для схемы управления подключен к клемме "+" (Х1). При этом для полного открывания силового транзистора (VT1) на выходе ОУ потребуется небольшое напряжение (на базе VT1 Uбэ=+1,2 В).

Такое построение схемы позволяет выполнять источники питания на любое напряжение, ограниченное только допустимой величиной напряжения коллектор-эмиттер (Uкэ) для конкретного типа силового транзистора (для КТ827А максимальное Uкэ=80 В).

В данной схеме силовой транзистор является составным и поэтому может иметь коэффициент усиления в диапазоне 750...1700, что позволяет управлять им небольшим током - непосредственно с выхода ОУ DA1.1. Это снижает число необходимых элементов и упрощает схему.

Схема защиты по току собрана на ОУ DA1.2. При протекании тока в нагрузке на резисторе R12 выделяется напряжение. Оно через резистор R6 прикладывается к точке соединения R4-R8, где сравнивается с опорным уровнем. Пока эта разница отрицательна (что зависит от тока в нагрузке и величины сопротивления резистора R12) - эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения.

Как только напряжение в указанной точке станет положительным, на выходе ОУ DA1.2 появится отрицательное напряжение, которое через диод VD12 уменьшит напряжение на базе силового транзистора VT1, ограничивая выходной ток. Уровень ограничения выходного тока регулируется с помощью резистора R6.

Параллельно включенные диоды на входах операционных усилителей (VD3...VD7) обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения ее без обратной связи через транзистор VT1 или при повреждении силового транзистора. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю и диоды не оказывают влияния на работу устройства.

Установленный в цепи отрицательной обратной связи конденсатор С3 ограничивает полосу усиливаемых частот, что повышает устойчивость работы схемы, предотвращая самовозбуждение.

Аналогичную схему источника питания можно выполнить на транзисторе с другой проводимостью КТ825А (рис. 4.8).

Рис. 4.8 Второй вариант схемы источника питания

При использовании указанных на схемах элементов данные источники питания позволяют на выходе получать стабилизированное напряжение до 50 В при токе 1.5 А.

Технические параметры стабилизированного источника питания получаются не хуже указанных для аналогичной по принципу работы схемы, приведенной на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Электрическая схема

Силовой транзистор устанавливается на радиатор, площадь которого зависит от тока в нагрузке и напряжения Uкэ. Для нормальной работы стабилизатора это напряжение должно быть не менее 3 В.

При сборке схемы использованы детали: подстроечные резисторы R5 и R6 типа СПЗ-19а; постоянные резисторы R12 типа С5-16МВ на мощность не менее 5 Вт (мощность зависит от тока в нагрузке), остальные из серии МЛТ и С2-23 соответствующей мощности. Конденсаторы С1, С2, С3 типа К10-17, оксидные полярные конденсаторы С4...С9 типа К50-35 (К50-32).

Микросхема сдвоенного операционного усилителя DA1 может быть заменена импортным аналогом маА747 или двумя микросхемами 140УД7; стабилизаторы напряжения: DA2 на 78L15, DA3 на 79L15.

Параметры сетевого трансформатора Т1 зависят от необходимой мощности, поступающей в нагрузку. Для напряжения до 30 В и тока 3 А можно использовать такой же, как и в схеме на рис. 4.10. Во вторичной обмотке трансформатора после выпрямления на конденсаторе С6 должно обеспечиваться напряжение на 3.5 В больше, чем требуется получить на выходе стабилизатора.

В заключение можно отметить, что если источник питания предполагается использовать в широком температурном диапазоне (-60...+100°С), то для получения хороших технических характеристик необходимо применять дополнительные меры. К их числу относится повышение стабильности опорных напряжений. Это можно осуществить за счет выбора стабилитронов VD1, VD2 с минимальным. ТКН, а также стабилизации тока через них. Обычно стабилизацию тока через стабилитрон выполняют при помощи полевого транзистора или же применением дополнительной микросхемы, работающей в режиме стабилизации тока через стабилитрон, рис. 4.9.

Включим в токовую цепь нагрузки специальное сопротивление R T , выполняющего роль преобразователя тока в напряжение. При протекании по сопротивлению тока выделяется напряжение с полярностью, указанной на рисунке 22. Это напряжение воздействует на вход транзистора VT 3. При заданном токе транзистор открывается и берет на себя часть тока базы транзистора VT 1. Последний закрывается и ограничивает ток коллектора. При максимальном токе нагрузки транзистор VT 3 закрыт и не оказывает влияния на работу стабилизатора.

Частое напряжение питания доступно от бортового или встроенного источника питания постоянного тока. Оптимальным решением является использование питания, который может быть подключен к источникам переменного и постоянного тока. Поэтому не забудьте проверить, возможно ли и в какой степени это возможно для данной модели импульсного источника питания.

Укажите количество и значение напряжений, необходимых для питания отдельных цепей или цепей. Очень важно указать требования к точности настройки и точности стабилизации отдельных напряжений. Для оптимизации электропитания важно не излишне увеличивать требования к напряжению постоянного тока. Очевидно, что в случае питания цифровых цепей, процессоров и т.д. эти напряжения должны соответствовать заданным допускам, в прецизионных измерительных системах эти допуски для некоторых напряжений могут быть очень малыми.

1. Выбор токового резистора.

Примем, что защита должна включиться, если ток превышает двойной максимальный ток нагрузки. Примем транзистор VT 3 германиевый n-p-n типа . Напряжение открывания у такого транзистора составляет 0,3 В. (2 I Н max = 0,12 A). Вычисляем величину сопротивления R T .

R T = 0,3 В/0,12 А = 2,5 Ом. Выбираем меньшее номинальное значение

Однако важно, чтобы пользователь не рассматривал напряжения питания в качестве опорных напряжений для целей измерения. Эта частая ошибка часто препятствует эффективному функционированию всего устройства. Очень важно определить взаимную изоляцию между фиксированными выходными напряжениями. В некоторых системах это необходимо, потому что силовые цепи могут быть подключены к разным потенциалам или могут подвергаться помехам от источника питания другим чувствительным частям схемы.

Обратите внимание, что использование гальванической изоляции между выходными напряжениями является дополнительным препятствием и увеличивает стоимость и размеры источника питания и часто исключает точную стабилизацию и более высокие токи нагрузки. Токи нагрузки для отдельных фиксированных напряжений.

2,4 Ом. Вычисляется мощность рассеяния на резисторе и его тип.

2. Транзистор VT 3 можно выбрать любой германиевый n-p-n типа.

U СТ

3.9 Защита нагрузки от перенапряжения

В случае пробоя транзистора VT 1 (рисунок 19) на нагрузку попадает полное напряжение питания, что может вывести ее из строя. Необходима схема защиты нагрузки от возможного перенапряжения. В таких случаях используются быстродействующие электронные схемы защиты рисунок 23. На этой схеме показаны элементы индикации состояния стабилизатора, индикация будет рассмотрена далее.

Это токи, принимаемые отдельной схемой. Оценка значения этих токов имеет решающее значение при выборе правильных модулей питания. На практике намного сложнее определить ток нагрузки, чем требуемое напряжение питания. Ток зависит от многих переменных, таких как.

Условия работы системных допусков компонентов внешних условий системы. . Тем не менее, оценка токов нагрузки необходима для оптимизации питания. Часто используемая пользователями для значительного увеличения спроса на энергоснабжение по сравнению с реальными потребностями увеличивает цену и размеры источников питания. В случае часто используемых импульсных схем питания эта процедура иногда приводит к неспособности устройства работать с источником питания, поскольку простые источники питания импульсных источников питания не работают при слишком низком номинальном токе нагрузки.

Схема защиты состоит из тиристора VS 5, стабилитрона VD 4 и резистора. (Схема защиты по току на схеме не показана). В исходном состоянии тиристор VS 5 закрыт, его управляющий вход подключен к катоду через сопротивление R 2. Стабилитрон VD 4 также закрыт его напряжение включения на 10% больше напряжения нагрузки. Как только напряжение на нагрузке увеличивается по каким-либо причинам, стабилитрон VD 4 открывается, на управляющий электрод тиристора подается напряжение, тиристор открывается и закорачивает входную цепь стабилизатора. После этого сгорает плавкий предохранитель FU .

Также рассмотрим средние и мгновенные значения этих токов. В случае импульсного тока важно определить длительность импульса тока и коэффициента заполнения. Как правило, каждый блок питания способен выдерживать значительные, но кратковременные перегрузки без дополнительного усложнения системы и ненужных негабаритных компонентов.

Чтобы иметь дело с несколькими напряжениями питания, нужно установить связь между токами нагрузки и выяснить, какие из них фиксированы и которые различаются в широком диапазоне. Чем точнее условия энергопотребления, тем легче будет найти наименьший, самый дешевый и надежный источник питания.

1. Сопротивление R 2 ограничивает ток стабилитрона на уровне
5 ÷ 10 мА. Из этих условий выбирается стабилитрон и резистор. В рассматриваемом примере U H = 10 В. Можно использовать стабилитрон КС213В с напряжением включения 13 В (таблица 2). При выходе из строя транзистора VT 1 на стабилитрон VD 4 может поступать минимальное напряжение питания, равное 20 В. Зададимся током стабилитрона равным 5 мА. При пробое стабилитрона к резистору R 2 прикладывается напряжение (20 – 13) = 7 В. Сопротивление R 2 = 7 В/5мА = 1,4 кОм.

Ответьте на изменение нагрузки перехода. Во многих силовых цепях во время включения принимаются импульсные токи и прерывается при отключении. Колебания мощности происходят в таких ситуациях, для которых соответствуют выходной импеданс источника питания и динамические характеристики замкнутого контура стабилизатора напряжения источника. Эти мгновенные изменения напряжения могут во многих случаях нарушать работу других приемников, подключенных к одному и тому же источнику. Правильная идентификация и определение потребления импульсного тока облегчают решение о том, следует ли изолировать напряжение питания, использовать источник питания с лучшими динамическими характеристиками или использовать дополнительные фильтрующие элементы непосредственно в источнике питания.

+ С 2

С 1

VD 5

VD 6

R 2

VS 5

R H

VT 1

U И

VD 4

Рис. 23 - Схема защиты нагрузки и индикация

R 4

Ст

R 3

Вычисляется мощность рассеяния на резисторе, выбирается его тип.

Проверим, не превышает ли ток через стабилитрон допустимое значение при максимальном напряжении источника питания равным 27,6 В.
(27,6 – 13) В/1,4 кОм = 10,4 мА, что вполне допустимо для выбранного типа стабилитрона.

2. Выбор тиристора.

Напряжение включения тиристора должно быть больше напряжения питания U И max (параметр U A таблица 5). При выборе тиристора можно ориентироваться следующим условием. Если ток нагрузки меньше 100 мА, то выбирается тиристор с током анода 100 мА и менее. Если ток нагрузки больше 100 мА, то выбирается тиристор с током анода 100 мА и более.

В таких случаях выбор специализированного импульсного источника питания в тесном сотрудничестве с производителем или компетентным торговым представителем обычно дает наилучшие результаты. Подавление помех и пульсаций. Во всех системах электропитания имеется определенная переменная составляющая напряжения, применяемая к правильному выходному напряжению постоянного тока. Причины этого шума и пульсации следующие.

Характер пульсации показан на рисунке. Важно знать о существовании и характере этих рябь, которые в принципе в правильно спроектированных и выполненных источниках питания не превышают нескольких десятков до нескольких сотен мВр-р. Некоторые системы требуют дополнительной фильтрации этих рябь. Однако важно помнить, что чрезмерные требования к пульсации в импульсном источнике питания приводят к значительному увеличению стоимости. В большинстве случаев эффективное ослабление намного проще проводить вблизи компонентов, особенно чувствительных к пульсации и шуму питания.

В примере можно выбрать тиристор КУ101В U А = 50 В, I А = 80 мА.

Выбранные элементы вносятся в перечень элементов схемы.

Индикация состояния стабилизатора

Индикация состояния стабилизатора осуществляется с помощью светодиодов (СИД). Нормальное состояние принято индицировать зеленым или желтым цветом, критическое состояние – красным.

При определении требований к производительности запуска источника питания всегда следует помнить о том, что традиционные системы обычных решений, имеют значительно более низкий уровень пульсации выходного напряжения и, следовательно, часто оптимальное решение для пользователя является использование такого питания, или комбинацию линейных стабилизаторов импульсов, используемых на одном или нескольких выходов Улучшение коэффициента устойчивости и уменьшение уровня пульсаций. Однако важно помнить, что это решение чаще всего связано со значительным сокращением текущего потребления этих выходов и возникновением проблем с дополнительными потерями мощности, приводящими к более высоким температурам.

1. Сопротивление R 4 выбирается исходя из условий минимального тока СИД и минимального напряжения на нем (таблица 6). Выберем светодиод КЛ101А с параметрами I ПР = 10 мА, U ПР = 5,5 В.

R 4 = (U Н – U ПР)/I ПР = 4,5 В/10 мА = 450 Ом. Выбираем ближайшее меньшее номинальное значение резистора. Вычисляется мощность рассеяния на резисторе, выбирается его тип.

Как правило, необходимо использовать дополнительные теплоотводы и структурные гарантии эффективного рассеивания тепла. В частности, в импульсных системах часто бывает, что измерение обременено очень большой ошибкой, вызванной индукцией быстро изменяющихся напряжений в измерительных проводах. Из-за возможности индуцирования помех в проводах, соединяющих выход импульсного источника питания с нагрузкой, рекомендуется использовать системы демпфирования непосредственно вблизи груза.

Здесь также следует отметить, что при определении точности стабилизации выходного напряжения следует учитывать пульсацию выходного напряжения. Часто бывают случаи, когда требования точности к стабилизации среднего значения выходного напряжения значительно ниже уровня реальной пульсации, что совершенно необоснованно.

2. Индикация состояния перегрузки стабилизатора осуществляется с помощью СИД VD 5. В исходном состоянии диод не светится. Если тиристор открывается, то напряжение на нем уменьшается до одного вольта и по СИД потечет ток. Расчет ограничительного сопротивления R 5 аналогичен расчету сопротивления R 4.

СИД выбирается с красным свечением.

Защита от короткого замыкания и перегрузки. Как правило, все токовые, более надежные источники питания защищены от перегрузки или короткого замыкания в выходных цепях. Исключение составляют простые и дешевые источники питания, которые постоянно интегрированы с простыми в использовании и невосприимчивыми силовыми цепями.

Из-за различных методов защиты, используемых в источниках питания, важно понимать, что некоторые из них могут быть несовместимы с требованиями, предъявляемыми нагрузкой. Ниже приведены основные типы функций безопасности и их характеристики. В этом случае в случае перегрузки схема защиты приводит к тому, что источник питания переходит от стабилизатора напряжения к режиму стабилизации выхода на определенном уровне. Этот ток поддерживается постоянными или слегка увеличивающимися значениями независимо от величины перегрузки до тех пор, пока импульсный переключатель не будет закорочен.

3. Плавкий предохранитель FU выбирается на такой ток, чтобы он сработал при допустимом токе тиристора.

4. Для устранения низкочастотных и высокочастотных помех на выходе стабилизатора параллельно нагрузке включаются емкости С 1 = 0,1 мкФ и С 2 = 10 ÷ 20 мкФ.

3.11 Заключение

После проведения всех расчетов и выбора элементов оформляется заключение. В нем отражается задание, т.е. что следовало спроектировать и приводятся параметры стабилизатора К СТ, R ВЫХ и U Иср, полученные в результате проектирования.

Выходные характеристики источника питания с такой защитой показаны на рисунке. Недостатками такого типа защиты являются прежде всего возникновение значительных потерь мощности в импульсной системе питания и высокий ток через цепи нагрузки, что может привести к дальнейшему повреждению.

Однако следует иметь в виду, что этот тип защиты позволяет ИБП надежно подключаться к большинству типов линейных и нелинейных нагрузок, что особенно важно при включении устройств, когда источник питания намного превышает номинальный ток . Этот тип защиты уменьшит выходной ток после превышения допустимого тока нагрузки. Это очень удобно для самого источника питания, поскольку он защищает его от чрезмерных потерь мощности в случае высокой перегрузки или короткого замыкания, но очень часто предотвращает работу источника питания с нелинейной нагрузкой.

3.12 Составление принципиальной схемы стабилизатора

После окончания расчётов отдельных узлов необходимо составить полную принципиальную схему устройства. К схеме рис. 19 добавляется схема защиты рис. 22, рис. 23. Нумерация элементов сквозная, номинальные значения элементов не указываются, стрелки направлений токов и напряжения, тоже не указываются. Схема устройства оформляется на листе формата А3, чертится рамка и основная надпись (штамп) приложение 3.

На рисунке 4 показаны выходные характеристики устройства с такой защитой и гипотетическая рабочая точка, которая может стабилизироваться при попытке включения или в случае кратковременной перегрузки. Этот тип защиты все чаще используется, особенно в импульсных источниках питания, где отключение управления ключами относительно просто. Основным преимуществом этого решения является упрощение конструкции, поскольку нет необходимости прогнозировать долговременную работу ИБП в условиях перегрузки или короткого замыкания.

В то же время, с тепловой защитой от перегрузки, можно интегрировать тепловую защиту, которая также должна отключать источник питания. Основным недостатком защиты при переключении является отсутствие возможности взаимодействия с приемниками, которые временно принимают ток, намного превышающий номинальный, и, следовательно, каждый раз выключают источник питания. Однако эта проблема на практике не является слишком большим препятствием. Как правило, уровень защиты и отключения питания от источника питания намного выше, чем номинальный ток из-за очень короткого времени работы ИБП с высокой перегрузкой.

При вычерчивании принципиальной схемы следует руководствоваться требованиями ГОСТ, с которыми можно ознакомиться в библиотеке. Можно воспользоваться типовой «рисовалкой» Microsoft Word, программами SPlan, Компас или Electronics Workbench.

Если схема выполняется на компьютере, то можно разделить её на две части, распечатать на двух листах А4 и затем склеить.

Во-вторых, он обычно отключается через несколько десятков или сотен миллисекунд, когда импульсный источник питания обычно работает в режиме, аналогичном текущей стабилизации. Если перегрузка уходит в течение этого периода времени, то, очевидно, выключение не произойдет. Часто источники питания с защитой от взлома включаются автоматически через короткий промежуток времени, и если условие перегрузки или короткого замыкания запущено, они начнут нормально работать. Во многих случаях такое поведение источника питания является достаточным и не представляет проблемы для пользователя.

Принципиальная схема должна сопровождаться перечнем элементов – спецификацией, выполняемой в соответствии с ГОСТ (приложение 4). Если позволяет место на листе А3, то таблицу с перечнем элементов можно поместить над основной надписью чертежа.

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ

4.1 Оформление работы

Курсовая работа должна быть оформлена в виде пояснительной записки, выполненной на листах формата А4 компьютерным или рукописным способом.

По всем четырём сторонам листа записки должны оставаться поля слева – 25 мм, кругом по 10 мм.

Листы пояснительной записки должны быть скреплены в двух – трёх точках на расстоянии 10 мм от левого края листа. Использование скрепок и пластиковых конвертов (файлов) не допускается.

Пояснительная записка обязательно должна включать условие задачи, размещаемой на втором листе (номер варианта указывается на титульном листе). Расчётные принципиальные схемы в пояснительной записке должны быть выполнены обязательно по трафарету. Схемы в тексте являются рисунками и должны иметь сквозную нумерацию и подрисуночные подписи.

Все буквенные обозначения физических величин должны быть указаны на рисунке или пояснены в тексте.

Расчёт численных значений физических величин должен быть оформлен следующим образом: после расчётной формулы, записанной в буквенных обозначениях , в неё подставляют численные значения величин, а затем приводят результат вычислений и обозначение единицы физической величины без скобок. Обязательно проставляется размерность полученной величины. Если хотя бы одна величина, входящая в формулу имеет три значащие цифры, то результат должен иметь также три значащие цифры. В качестве примера оформления расчетной формулы можно обратиться к формуле расчета коэффициента стабилизации К СТ.

Работы, сдаваемые на проверку, должны быть выполнены в полном объёме, приведён список использованной литературы, справочников.

Исправления следует вносить путём зачёркивания неправильного результата и вписывания правильного выше или правее неправильного. Если работа переоформлена полностью, то предыдущий вариант работы с замечаниями преподавателя должен быть вложен в исправленный текст (за исключением титульного листа, который должен быть перенесён на исправленный текст).

Пример оформления титульного листа записки приведён в приложении 2. Титульный лист является страницей номер 1, но номер не проставляется. Длинный номер под заголовком обозначает следующее. Первая позиция – номер учебной специальности, следующие две позиции в учебных проектах не заполняются, предпоследняя позиция – две последние цифры номера студенческого билета или зачётной книжки, последняя позиция – ПЗ – шифр документа – пояснительная записка.

В основной надписи принципиальной схемы эта позиция обозначается Э3 – обозначающую схему электрическую принципиальную.

В приложении приводятся вольт-амперные характеристики транзисторов, которые использовались в ходе расчётов. Эти характеристики можно скопировать из электронной версии пособия или из интернета и поместить в текст пояснительной записки.

4.2 Таблица выбора варианта и данных для расчета стабилизатора

Номер варианта выбирается по порядковому номеру студента в журнале группы.

Изменение напряжения источника питания составляет ±15% для всех вариантов.

Таблица 1.

№ Вар.	U СТ В	I H mA	∆t 0 C	Материал транзистора	К СТ не менее	ТКН % от U СТ
		50±20%		Si		менее 1%
		90±20%		Si		менее 1%
		60±40%		Ge		менее 0,5%
		70±20%		Si		менее 0,9%
		80±30%		Ge		менее 0,5%
		82±20%		Si		менее 1%
		96±30%		Ge		менее 0,5%
		50±40%		Si		менее 0,8%
		90±20%		Ge		менее 0,5%
		40±40%		Si		менее 1%
		60±40%		Ge		менее 0,6%
		80±30%		Si		менее 1%
		70±20%		Ge		менее 0,9%
		90±40%		Si		менее 0,9%
		100±40%		Si		менее 0,7%
		92±40%		Ge		менее 1%
		80±20%		Si		менее 0,5%
		60±30%		Ge		менее 1%
		88±40%		Si		менее 0,8%
		90±30%		Ge		менее 0,4%
		50±20%		Si		менее 0,5%
		40±40%		Ge		менее 1%
		60±40%		Si		менее 0,5%
		80±20%		Ge		менее 1%
		120±10%		Si		менее 0,4%
		70±40%		Ge		менее 0,8%
		90±30%		Si		менее 0,5%

Таблица 1. Продолжение.

5. СПРАВОЧНЫЙ РАЗДЕЛ

5.1 Определение площади радиатора

Стабилизатор тока для светодиодов применяется во многих светильниках. Как и всем диодам, LED присуще нелинейная вольт-амперная зависимость. Что это значит? При повышении напряжения, сила тока медленно начинает набирать мощь. И только при достижении порогового значения, яркость светодиода становится насыщенной. Однако если ток не перестанет расти, то лампа может сгореть.

Правильная работа LED может быть обеспечена только благодаря стабилизатору. Эта защита необходима еще и по причине разброса пороговых значений напряжения светодиода. При подключении по параллельной схеме лампочки могут просто на просто сгореть, так как им приходится пропускать недопустимую для них величину тока.

Виды стабилизирующих устройств

По способу ограничения силы тока выделяются устройства линейного и импульсного типа.

Так как напряжение на светодиоде – неизменная величина, то стабилизаторы тока часто считают стабилизаторами мощности LED. Фактически последняя прямо пропорциональна изменению напряжения, что характерно для линейной зависимости.

Линейный стабилизатор нагревается тем больше, чем больше прилагается к нему напряжения. Это его главный недочёт. Преимущества данной конструкции обусловлены:

отсутствием электромагнитных помех;
простотой;
низкой стоимостью.

Более экономичными устройствами являются стабилизаторы на основе импульсного преобразователя . В этом случае мощность прокачивается порционно – по мере необходимости для потребителя.

Схемы линейных устройств

Самая простейшая схема стабилизатора – это схема, построенная на основе LM317 для светодиода. Последний являются аналогом стабилитрона с определенным рабочим током, который он может пропускать. Учитывая малую силу тока можно собрать простой аппарат самостоятельно. Наиболее простой драйвер светодиодных ламп и лент собирают именно таким способом.

Микросхема LM317 уже не одно десятилетие является хитом среди начинающих радиолюбителей благодаря своей простоте и надежности. На её основе можно собрать регулируемый блок питания, светодиодный драйвер и другие БП. Для этого потребуется несколько внешних радиодеталей, модуль работает сразу, настройки не требуется.

Интегральный стабилизатор LM317 как никакой другой подходит для создания несложных регулируемых блоков питания, для электронных устройств с разными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданными параметрами нагрузки.

Основное назначение это стабилизация заданных параметров. Регулировка происходит линейным способом, в отличие от импульсных преобразователей.

Выпускаются LM317 в монолитных корпусах, исполненных в нескольких вариациях. Самая распространённая модель TO-220 с маркировкой LM317Т.

Каждый вывод микросхемы имеет свое предназначение:

ADJUST. Ввод для регулирования выходного напряжения.
OUTPUT. Ввод для формирования выходного напряжения.
INPUT. Ввод для подачи питающего напряжения.

Технические показатели стабилизатора:

Напряжение на выходе в пределах 1,2–37 В.
Защита от перегрузки и КЗ.
Погрешность выходного напряжения 0,1%.
Схема включения с регулируемым выходным напряжением.

Мощность рассеяния и входное напряжение устройства

Максимальная «планка» входного напряжения должна быть не более заданной, а минимальная – выше желаемой выходной на 2 В.

Микросхема рассчитана на стабильную работу при максимальном токе до 1,5 А. Это значение будет ниже, если не применять качественный теплоотвод. Максимально допустимое рассеивание мощности без последнего равно примерно 1,5 Вт при температуре окружающей среды не более 30 0 С.

При установке микросхемы требуется изоляция корпуса от радиатора, к примеру, с помощью слюдяной прокладки. Также эффективный отвод тепла достигается путём применения теплопроводной пасты.

Краткое описание

Коротко описать достоинства радиоэлектронного модуля LM317, применяемого в стабилизаторах тока, можно так:

яркость светового потока обеспечивается диапазоном выходного напряжения 1, – 37 В;
выходные показатели модуля не зависят от частоты вращения вала электродвигателя;
поддерживание выходного тока до 1,5 А позволяет подключать несколько электроприёмников;
погрешность колебаний выходных параметров равна 0,1% от номинального значения , что является гарантией высокой стабильности;
имеется функция защиты по ограничению тока и каскадного отключения при перегреве;
корпус микросхемы заменяет землю, поэтому при внешнем креплении уменьшается количество монтажных кабелей.

Схемы включения

Безусловно, наипростейшим способом токового ограничения для светодиодных ламп станет последовательное включение добавочного резистора. Но данное средство подходит лишь только для маломощных LED.

1. Простейший стабилизированный блок питания

Чтобы сделать стабилизатор тока потребуется:

Микросхемка LM317;

Резистор;

Монтажные средства.

Собираем модель по нижеприведенной схеме:

Модуль можно применять в схемах разных зарядных устройств либо регулируемых ИБ.

2. Блок питания на интегральном стабилизаторе

Этот вариант более практичный. LM317 ограничивает потребляемый ток, который задается резистором R.

Помните, что максимально допустимое значение тока, которое нужно для управления LM317, составляет 1,5 А с хорошим радиатором.

3. Схема стабилизатора с регулируемым блоком питания

Ниже изображена схема с регулируемым выходным напряжением 1.2–30 В/1,5 А.

Переменный ток преобразуется в постоянный с помощью моста-выпрямителя (BR1). Конденсатор С1 фильтрует пульсирующий ток, С3 улучшает переходную характеристику. Это означает, что стабилизатор напряжения может отлично работать при постоянном токе на низких частотах. Выходное напряжение регулируется ползунком Р1 от 1.2 вольта до 30 В. Выходной ток составляет около 1,5 А.

Подбор резисторов по номиналу для стабилизатора должен осуществляться по точному расчету с допустимым отклонением (небольшим). Однако разрешается произвольное размещение резисторов на монтажном плате, но желательно для лучшей стабильности размещать их подальше от радиатора LM317.

Область применения

Микросхема LM317 является отличным вариантом для использования в режиме стабилизации основных технических показателей. Она отличается простотой в исполнении, недорогой стоимостью и отличными эксплуатационными характеристиками. Единственный недостаток – пороговое значение напряжения составляет лишь 3 В. Корпус в стиле ТО220 – это одна из самых доступных моделей, которая позволяет рассеивать тепло довольно хорошо.

Микросхема применима в устройствах:

стабилизатор тока для LED (в том числе для LED-лент);
Регулируемый.

Стабилизирующая схема, построенная на основе LM317 простая, дешёвая, и в то же время надежная.

Рассказать в:
Вашему вниманию предлагается качественный, практичный мощный блок питания. Для питания некоторых радиотехнических устройств иногда требуется источник питания с повышенными требованиями к уровню минимальных выходных пульсаций и стабильности напряжения. Чтобы их обеспечить, блок питания приходится выполнять на дискретных элементах. Приведенная схема является универсальной и на ее основе можно сделать высококачественный источник питания на любое напряжение и ток в нагрузке.
рис.1
Блок питания собран на широко распространенном сдвоенном операционном усилителе (КР140УД20А) и трех силовых транзисторах VT1-VT3 N-P-N-проводимости. При этом схема имеет защиту по току, которую можно регулировать в широких пределах и которая должна срабатывать достаточно быстро, чтобы исключить повреждение самого источника в случае короткого замыкания на выходе. На операционном усилителе DA1.1 выполнен стабилизатор напряжения, a DA1.2 используется для обеспечения защиты по току. Микросхемы DA2, DA3 стабилизируют питание схемы управления, собранной на DA1, что позволяет улучшить параметры источника питания. Работает схема стабилизации напряжения следующим образом. С выхода источника (Х2) снимается обратная связь по напряжению. Этот сигнал сравнивается с опорным напряжением, поступающим со стабилитрона VD1. На вход ОУ подается сигнал рассогласования (разность этих напряжений), который усиливается и поступает через R16-R17 на управление транзисторами VT1-VT3. Таким образом, выходное напряжение поддерживается на заданном уровне с точностью, определяемой коэффициентом усиления ОУ DA1.1. Нужное выходное напряжение устанавливается резисторами R10-R15. Для того, чтобы у источника питания имелась возможность устанавливать выходное напряжение более 15 В, общий провод для схемы управления подключен к клемме "+" (Х1). При этом для полного открывания силовых транзисторов (VT1-VT3) на выходе ОУ потребуется небольшое напряжение (на базах Uбэ=+1,2 В). Такое построение схемы позволяет выполнять источники питания на любое напряжение, ограниченное только допустимой величиной напряжения коллектор-эмиттер (Uкэ) для конкретного типа силовых транзисторов (для КТ827А максимальное Uкэ=100 В, КТ827Б - 80 В). В данной схеме силовые транзисторы являются составными и, поэтому могут иметь коэффициент усиления в диапазоне 750... 18000, что позволяет управлять ими небольшим током - непосредственно с выхода ОУ DA1.1. Это снижает число необходимых элементов и упрощает схему. Схема защиты по току собрана на ОУ DA1.2. При протекании тока в нагрузке на резисторе R5 выделяется напряжение. Оно через резистор R11 прикладывается к точке соединения R9-R13, где сравнивается с опорным уровнем. Пока эта разница отрицательна (что зависит от тока в нагрузке и величины сопротивления резистора R5) - эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения. Как только напряжение в указанной точке станет положительным, на выходе ОУ DA1.2 появится отрицательное напряжение, которое через диод VD9 уменьшит напряжение на базе силовых транзисторов VT1-VT3, ограничивая выходной ток. Уровень ограничения выходного тока регулируется с помощью резистора R11. Параллельно включенные диоды на входах операционных усилителей (VD5...VD8) обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения ее без обратной связи через транзисторы VT1-VT3 или при повреждении (одного из) силовых из транзисторов. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю, и диоды не оказывают влияния на работу устройства. Установленный в цепи отрицательной обратной связи конденсатор С12 ограничивает полосу усиливаемых частот, что повышает устойчивость работы схемы, предотвращая самовозбуждение. При использовании указанных на схемах элементов данные источники питания позволяют на выходе получать стабилизированное напряжение до 50 В при токе до 5 А. Силовые транзисторы устанавливаются на радиатор, площадь которого зависит от тока в нагрузке и напряжения Uкэ (не менее 1500см2). Для нормальной работы стабилизатора это напряжение должно быть не менее 3 В. R1-для разрядки емкостей после выключения БП. Аналогично выполнена вторая половина БП на основе 3-х параллельно соединенных транзисторах P-N-P-проводимости 2Т825А (КТ825Г).

рис.2 При сборке схемы кроме указанных можно использовать: диоды выпрямителя (диодный мост), рассчитанные на ток не менее 10А, напряжение более 200В (на радиаторы), VD5-VD8-1N4148, VD9-VD10-любые на ток 1А, напряжение 100В, переменные, подстроечные резисторы R11 (впоследствии заменен галетным переключателем с установленными и предварительно подобранными в ходе настройки токоограничивающими резисторами), R10 и R15 типа СП3-19а, СПО-0,5 и т.д. (в схеме использованы многооборотные проволочные для плавного изменения напряжения на выходе с точностью до 0,1В; постоянные резисторы R2-R5 типа С5-16МВ (проволочные или импортные) на мощность не менее 5 Вт (мощность зависит от тока в нагрузке), остальные из серии МЛТ, ВС, С2-23 соответствующей мощности. Конденсаторы С4, С5, С14 желательно качественные, например полипропиленовые (импортные с маркировкой МКР). Микросхема сдвоенного операционного усилителя DA1 может быть заменена импортным аналогом мА747С или двумя микросхемами К(Р)140УД7 (соответственно согласно цоколевке необходима правильная печатная плата); стабилизаторы напряжения: DA2-DA3-любые отечественные, импортные на +-15В (78L15,79L15 и т.д.). С12-типа К10-17, С10-С11-пленочные (К73-17 и др.).Стабилитроны VD1, VD2 с минимальным ТКН - Д818 (с любым буквенным индексом). Параметры сетевого трансформатора Тр1 зависят от необходимой мощности, поступающей в нагрузку (в данном случае ОСМ-0,4кВт). Во вторичной обмотке трансформатора после выпрямления на конденсаторе С2 должно обеспечиваться напряжение на 5-7 В больше, чем требуется получить на выходе стабилизатора (41 В-переменное). Мощная вторичная обмотка намотана в два провода сечением 0,85мм2 каждый, одинарный должен быть сечением не менее 1,5мм2. В качестве Тр2-любой мощностью около 20Вт, имеющий две сдвоенные обмотки 2х 17 В (на каждую половину БП свои отдельные обмотки с общей точкой для питания стабилизаторов) с током нагрузки 200мА. Выходные транзисторы необходимо подобрать с близкими параметрами, а именно: по коэффициенту усиления. Для этого во время настройки, подбора постоянных резисторов вместо R11- мультиметрами подключится к резисторам R2-R4, расположенных на радиаторе (можно по очереди, если нет достаточного количества мультиметров), подключить нагрузку к примеру с током 1 А и зафиксировать значения падений напряжений (по постоянному току) на каждом из резисторов, сравнить их, они должны быть максимально близки друг к друга, если имеется существенное отличие на каком-то резисторе, то необходимо заменить данный транзистор на другой и повторить измерения. Такое количество применяемых мощных транзисторов вызвано тем, чтобы более равномерно распределить тепловыделение на них при большой нагрузке, что обеспечит стабильность, устойчивость работы БП в целом, хотя и один транзистор достаточно устойчив к работе в предельных режимах. В ходе испытаний при токе 5А два транзистора из трех КТ827А дали утечку между КЭ (не пробой, Rкэ=9ком),видимо, вследствие сильного разброса параметров. Амперметр с током полного отклонения 5 и более ампер (с шунтом там, где это необходимо). Прошу учесть, если нагрузка в виде спирали (мощного проволочного резистора), то с течением времени она (он) будет нагреваться и, соответственно, сопротивление будет увеличиваться, а ток, наоборот, уменьшаться, поэтому измерения желательно осуществлять быстро. Извините за некачественную печатную плату от руки (элементы выпрямителя и фильтрации по питанию, платы стабилизаций по питанию +-15В не указаны, хотя реально они расположены на одной печатной плате.).
Раздел: