Линейный стабилизатор для лабораторного блока питания

Рассказать в:

Ещё один "кубик" для лабораторного блока питания, на этор раз речь пойдёт о линейном стабилизаторе.

Итак техническое задание:

  1. Стабилизация тока или напряжения.
  2. Минимальные потери на управление.
  3. Легкое масштабирование схемы по мощности.
  4. Минимально возможное падение напряжения на регулирующем транзисторе.
  5. Возможность управления от микроконтроллера.
  6. Питание всей схемы от однополярного источника питания 12в.

Посему быть так:

  1. Мощный проходной транзистор - полевой, Р-канальный.
  2. Источник опорного напряжения - 2,5в.
  3. Питание ОУ через отдельный повышающий преобразователь напряжения иинвертирующий преобразователь.
  4. Сопротивление шунта датчика тока максимум 0.05 ом.

Схема из разряда "проще не бывает" всё прямолинейно и без выкрутасов (по клику - увеличивается):

Линейный стабилизатор для лабораторного блока питания

Чуточку пояснений для тех кто не понял:

Четыре операционных усилителя, A,B,C и DU1:A и U1:B соответственно сравнивают напряжение и ток между текущими и заданными значениями и обеспечивают непосредственно стабилизацию нужного параметра, U1:D смещает нижнюю точку выходного делителя на напряжение, падающее на шунте датчика тока, т.е. если на шунте падает 150мВ, то нижняя точка делителя выходного напряжения оказывается не на потенциале общего провода, а на потенциале -150мВ, т.е. U1:D это просто инвертор, что позволяет нам скомпенсировтаь напряжение, падающее на шунте. Ну а U1:C - это обычный усилитель напряжения с шунта - датчика тока. Как видите всё просто, понятно и логично.

Силовой проходной транзистор P-канальный IRF4905 согласно даташиту при температуре корпуса 100°С допускает ток 50а (более 70а при 25°С), что при добавлении предварительного ограничителя, ограничивающего падение напряжения сток-исток, позволяет строить практически любые лабораторные источники питания, которые могут понадобиться дома. Кроме этого полевые транзисторы очень хорошо работают в параллельном включениии. На управление таким ключём нужна мизерная мощность в отличие от биполярных транзисторов.ИОН представляет из себя всего три детали: R3, U2 и С8. Управляющий электрод U2 соединён с катодом, соответственно этот источник обеспечивает напряжение 2,5в. Вместо U2 можно применить обычный стабилитрон на 2,5в, но: во-первых, TL431 термостабилизирована, а во-вторых, имеет точность 2% (версия TL431A 1%, версия TL431B 0,5%). C8 уменьшает пульсации, чем больше его ёмкость, тем меньше пульсаций, но тем больше требуется времени, чтобы ИОНвышел на рабочий режим. Номинал резистора R3 зависит от разницы между 2,5в и значением напряжения источника, от которого питается ИОН, в моём случае это 240ом, т.к. я запитал ИОНот дополнительного стабилизатора на ОУ применён один из самых дешёвых и распространённых TL084 (в DIP14 корпусе), запитан ассиметричным напряжением +15в/-5в. Для правильной работы U1:D необходимо, чтобы R7 и R8 были одинаковы. RV3 позволяет немного подстроить выходной делитель (R5, R6). U1:C это простой усилитель, коэффициент усиления зависит от соотношения номиналов резисторов R9/(R10+RV4) так что сопротивление шунта ограничивается только вашей фантазией. Конденсатор C3 очень важен, он не даёт пойти схеме на расколбас и обеспечивает общую стабильность ОС т.к. скорость реакции ОС то току и напряжению искуственно ничем больше не ограничена.

 

Немножко математики по схеме:

Усилитель шунта: ИОН имеет значение 2,5в, значит на выходе усилителя шунта при максимальном выходном токе ЛБП должно быть 2,5в, соответственно считаем: Допустим шунт имеет сопротивление 0,05ом (два паралельно по 0,1ом), максимальный ток ЛБП пусть у нас будет , значит при токе  на шунте падает (3а*0.05ом)=0,15в, на выходе усилителя (8я ногаОУ) при этом должно быть 2,5в, значит 0.15в надо усилить в 2,5в/0,15в=16,7раз, соответственно соотношение R9/(R10+RV4) должно быть таким же. Если R9=9,1кОм, R10=430омRV4=200ом, тоКу будет от 14 до 21 раз (при крайних положениях RV4). При выходном токе  и шунте 0.05омнаши потери составят 0,45Вт.

Выходной делитель R5 и R6 рассчитываем, как обычный делитель, соответственно коэффициент деления (Кд) равен R6/(R5+R6), при номиналах 5,6кОм и 1,5кОм Кд= 1,5кОм/(1,5кОм+5,6кОм)=0,211, т.е. выходное напряжение ЛБП будет почти в пять раз меньше заданного опорного. Или так: допустим, максимальное выходное напряжение ЛБП у нас 12в, возмём ток делителя равным 2мА, тогда R6=2,5в/0,002а=1,25кОм, R5=(12в-2,5в)/0.002а=4,75кОм.

ИОН: Его основная задача - формировать опорное напряжение 2,5в. В моём случае ИОНзапитан от отдельного стабилизатора на +5в, соответственно, на R3 падают лишние 2,5в при токе 2,5в/240ом=10,4мА напрасно рассеиваемая мощность (на R3) = 10,4мА*2,5в=26мВт. На U2напряжение и ток такие же, соответственно на нём тоже безвозвратно теряются 26мВт, общие потери ИОН = 52мВт. Это, конечно, без учёта тока, потребляемого RV1 и RV2, номиналы которых можно смело выбирать в диапазоне 10кОм...100кОм. И напоследок: ёмкость конденсатора С8напрямую влияет на пульсации ИОН, тот самый случай когда кашу маслом не испортишь, чем больше емкость С8, тем качественнее будет напряжение выдаваемое ИОН, но тем больше времени потребуется ИОН, чтобы выйти на рабочее напряжение после подачи питания. При питаниии ИОНа от источника на  и ёмкости С8 100мкФ (это малая ёмкость) до достижения2,5в придётся подождать 18мсек, при ёмкости 470мкФ потребуется уже 79мсек. Рекомундую С8ставить минимум 470мкФ, а лучше побольше.

Вариант печатной платы:

Линейный стабилизатор для лабораторного блока питания

В формате SL5 лежит в архиве.

Разъёмы\точки на плате:

  1. J1 - Входное однополярное питание
  2. J2 - Выход ЛБП
  3. J3 - общий провод для RV1, RV2
  4. J4 - Питание ИОН +5в или выход источника +5в (если имеется)
  5. J5 - ИОН +2,5в для питания RV1, RV2
  6. J6 - Управление выходным электролитом
  7. J7 - Контроль падения напряжения на Q2 (для предварительного преобразователя)
  8. J8 - резерв
  9. J9 - Контроль точности корректора падения на шунте
  10. J10 - RV2, задание ограничения\стабилизации тока
  11. J11 - RV1, задание ограничения\стабилизации напряжения
  12. J12 - Контроль падения на шунте

Разводка платы довольно плотная и "тестовая", если решите повторить - тщательно продумайте разположение реальных компонентов. Плата делалать только для проверки работоспособности такого стабилизатора, при этом выявились следующие недостатки (в моём варианте разводки используются три отдельных преобразователя напряжения на +15в, +5в и-5в):

  1. Не хватает места для С1 нормальной ёмкости/размера (упирается в преобразователь+15в, -5в)
  2. Не хватает места для С10 нормальной ёмкости/размера (упирается в RV3)
  3. Не хватает места для С8 нормааьной ёмкости/размера (упирается в преобразователь +5ви в U2)

Резистор шунта я применил в smd исполнении типоразмера 2512, две штуки по 0,1ом.

ОУ U1 применил в DIP14 корпусе только потому что шаг выводов 2,54мм и между выводов можно пропускать дорожки.

АРХИВ:Скачать


Раздел: [Блоки питания (лабораторные)]

Сохрани статью в:

Оставь свой комментарий или вопрос:


Наше сообщество в VK, а ты с нами? Присоединяйся!!!
Тясячи схем в категориях:
-> Прочее
-> Измерительная техника
-> Приборы
-> Схемыэлектрооборудования
-> Источники питания (прочие полезные конструкции)
-> Теоретические материалы
-> Справочные материалы
-> Устройства на микроконтроллерах
-> Зарядные устройства (для батареек)
-> Зарядные устройства (для авто)
-> Преобразователи напряжения (инверторы)
-> Все для кулера (Вентилятора)
-> Радиомикрофоны, жучки
-> Металоискатели
-> Регуляторы мощности
-> Охрана (Сигнализация)
-> Управление освещением
-> Таймеры (влажность, давление)
-> Трансиверы и радиостанции
-> Конструкции для дома
-> Конструкции простой сложности
-> Конкурс на лучшую конструкцию на микроконтроллерах
-> Конструкции средней сложности
-> Стабилизаторы
-> Усилители мощности низкой частоты (на транзисторах)
-> Блоки питания (импульсные)
-> Усилители мощности высокой частоты
-> Приспособления для пайки и конструирования плат
-> Термометры
-> Борт. сеть
-> Измерительные приборы (тахометр, вольтметр итд)
-> Железо
-> Паяльники ипаяльные станции
-> Радиопередатчики
-> Вспомогательные устройства
-> Телевизионная техника
-> Регуляторы тембра, громкости
-> Блоки питания (лабораторные)
-> Усилители мощности низкой частоты (на микросхемах)
-> Другие устройства для усилителей
-> Cветовое оформление новогодней ёлки или праздничного зала
-> Глушилки
-> Телефонные жуки
-> Инфракрасная техника
-> Медицинская техника
-> Телефония
-> Для животного мира
-> Конструируем усилители
-> Антенны и усилители к ним
-> Звонки
-> Электронные игрушки
-> Усилители мощности низкой частоты (ламповые)
-> Управление двигателями (питание от однофазной сети)
-> Программаторы микроконтроллеров
-> Сверлилки
-> Изучаем микроконтроллеры
-> Радиоприемники
-> Сигнализации
-> Сотовая связь
-> USB-устройства
-> Блоки питания (трансформаторные)
-> Радиостанции простые в изготовлении
-> Источники питания (для усилителей)
-> Прочеее
-> защита от короткого замыкания (электронные предохранители)
-> Зарядные устройства (для радиостанций)
-> Мигалки
-> Cварочное оборудование
-> Кодовые электронные замки
-> Блоки питания (бестрансформаторные)
-> Часы
-> Управление поворотниками
-> Зажигание
-> Управление водой (насосы для скважин или колодцев, полив растений)
-> Моделирование
-> Блоки управления стеклоочистителями
-> Предварительные усилители
-> Защита от перегрузки и перегрева
-> Динамики
-> Ремонт бытовой техники
-> Дистанционное управление компьютером
-> Акустические микрофоны и преобразователи
-> Спутниковое ТВ
-> Gsm антенны, примочки, усилители, ретрансляторы.
-> Пищалки
-> Роботы
-> Ретрансляторы
-> Паяльники и паяльные станции
-> Звуковые сигнализаторы
-> Рули и джойстики
-> Схемы электрооборудования
-> Все для "кулера" (Вентилятора)
-> Работа с BGA микросхемами
-> Фильтры
-> Сабвуферы
Рейтинг@Mail.ru