Szórakoztató kísérletek: a térhatású tranzisztor néhány lehetősége

„Rádió” magazin, 1998. 11. szám

Ismeretes, hogy a bipoláris tranzisztor bemeneti ellenállása függ a kaszkád terhelési ellenállásától, az emitter áramkör ellenállásának ellenállásától és az alap áramátviteli tényezőtől. Néha viszonylag kicsi, ami megnehezíti a színpad és a bemeneti jelforrás összehangolását. Ez a probléma teljesen eltűnik, ha térhatású tranzisztort használ - a bemeneti ellenállása eléri a tíz, sőt több száz megaohmot. A térhatású tranzisztor jobb megismeréséhez végezze el a javasolt kísérleteket.

Egy kicsit a térhatású tranzisztor jellemzőiről. A bipolárishoz hasonlóan a mezőnek három elektródája van, de ezeket másképpen hívják: kapu (hasonlóan az alaphoz), lefolyó (kollektor), forrás (emitter). A bipoláris térhatású tranzisztorokhoz hasonlóan különböző "struktúrák" léteznek: p-csatornával és n-csatornával. A kétpólusúakkal ellentétben p-n átmenet formájában és szigetelt kapuval is kapuzhatók. Kísérleteink az elsőre vonatkoznak majd.

A térhatású tranzisztor alapja egy szilíciumlemez (kapu), amelyben van egy vékony terület, amelyet csatornának neveznek (1a. ábra). A csatorna egyik oldalán van a lefolyó, a másikon a forrás. Ha a pozitív tranzisztort a forráshoz csatlakoztatjuk, és a GB2 akkumulátor negatív pólusait (1. ábra, b) a lefolyóhoz csatlakoztatjuk, elektromos áram jelenik meg a csatornában. A csatorna ebben az esetben maximális vezetőképességgel rendelkezik.

Érdemes egy másik tápegységet - GB1 - csatlakoztatni a forrás és a kapu kivezetésére (plusz a kapura), mivel a csatorna "szűkül", ami ellenállás növekedést okoz a lefolyó-forrás áramkörben. Ebben az áramkörben az áram azonnal csökken. A kapu és a forrás közötti feszültség változtatásával a leeresztő áramot szabályozzuk. Ráadásul a gate áramkörben nincs áram, a leeresztőáramot elektromos tér szabályozza (ezért nevezik a tranzisztort térhatású tranzisztornak), amelyet a forrásra és a kapura adott feszültség hozza létre.

A fentiek a p-csatornás tranzisztorra vonatkoznak, de ha a tranzisztor n-csatornás, akkor a táp- és vezérlőfeszültségek polaritása megfordul (1. ábra c).

Leggyakrabban egy fémházban található térhatású tranzisztor - akkor a három fő következtetésen túlmenően lehet egy házkivezetés is, amely a telepítés során a szerkezet közös vezetékéhez csatlakozik.

A térhatású tranzisztor egyik paramétere a kezdeti leeresztő áram (az elejétől I), vagyis a leeresztő áramkörben a tranzisztor kapuján lévő nulla feszültség (a 2. ábrán az alsóban változó ellenállás csúszka). áramkör szerinti helyzet) és adott tápfeszültségnél .

Ha az ellenállás csúszkáját simán felfelé mozgatja az áramkörben, akkor a tranzisztorkapu feszültségének növekedésével a leeresztőáram csökken (2. ábra, b), és egy adott tranzisztorra meghatározott feszültség mellett majdnem nullára csökken. Az ennek a pillanatnak megfelelő feszültséget lekapcsolási feszültségnek (U ZIots) nevezzük.

A leeresztőáram függése a kapu feszültségétől meglehetősen közel áll az egyeneshez. Ha tetszőlegesen megnöveljük rajta a leeresztőáramot, és elosztjuk a kapu és a forrás közötti feszültség megfelelő növekedésével, akkor megkapjuk a harmadik paramétert - a karakterisztika meredekségét (S). Ez a paraméter könnyen meghatározható anélkül, hogy eltávolítaná a jellemzőket, vagy meg kellene keresnie a könyvtárban. Elég megmérni a kezdeti leeresztő áramot, majd a kapu és a forrás közé bekötni mondjuk egy 1,5 V feszültségű galvánelemet, a keletkező lefolyó áramot kivonni a kezdeti áramból és a maradékot elosztani a cella feszültségével - a karakterisztika meredekségét milliamper per voltban kapja meg.

A térhatású tranzisztor jellemzőinek ismerete kiegészíti a készletkimeneti jellemzőivel való ismerkedést (2. ábra, c). Ezeket akkor távolítják el, amikor a lefolyó és a forrás közötti feszültség több rögzített kapufeszültségre változik. Könnyen belátható, hogy egy bizonyos feszültségig a lefolyó és a forrás között a kimeneti karakterisztika nemlineáris, majd jelentős feszültségtartományon belül szinte vízszintes.

Természetesen a valódi kivitelben nem használnak külön tápegységet a kapu előfeszítő feszültségének ellátására. Az előfeszítés automatikusan létrejön, ha a szükséges ellenállású állandó ellenállást beépítik a forrásáramkörbe.

És most vegyen fel több térhatású tranzisztort a KP103 (p-csatornával), KP303 (n-csatornás) sorozatból, különböző betűindexekkel, és gyakorolja a paraméterek meghatározását a megadott diagramok segítségével.

Mezőhatás tranzisztor - érintésérzékelő. Az „érzékelő” szó érzést, érzékelést, érzékelést jelent. Ezért feltételezhetjük, hogy kísérletünkben a térhatású tranzisztor érzékeny elemként fog működni, amely reagál az egyik kimenetének érintésére.

A tranzisztoron (3. ábra) kívül, például a KP103 sorozat bármelyikén, szükség lesz egy ohmmérőre is, bármilyen mérési tartománnyal. Csatlakoztassa az ohmmérő szondákat tetszőleges polaritással a leeresztő- és forráskapcsokhoz - az ohmmérő tűje ennek a tranzisztoros áramkörnek kis ellenállását mutatja.

Ezután érintse meg az exponálót az ujjával. Az ohmmérő tűje élesen eltér a növekvő ellenállás irányába. Ez azért történt, mert az elektromos áram indukciója megváltoztatta a feszültséget a kapu és a forrás között. A csatorna ellenállása megnőtt, amit az ohmmérő rögzített.

Anélkül, hogy eltávolítaná az ujját a kapuról, próbálja meg egy másik ujjal megérinteni a forráskivezetést. Az ohmmérő tű visszatér eredeti helyzetébe - végül is kiderült, hogy a kapu a kar szakasz ellenállásán keresztül kapcsolódik a forráshoz, ami azt jelenti, hogy az elektródák közötti vezérlőmező gyakorlatilag eltűnt, és a csatorna vezetővé vált.

A térhatású tranzisztorok ezeket a tulajdonságait gyakran használják érintőkapcsolókban, gombokban és kapcsolókban.

Mezőhatás tranzisztor - térjelző. Változtassa meg egy kicsit az előző kísérletet - hozza a tranzisztort a kapu termináljával (vagy testével) a lehető legközelebb a hálózati aljzathoz vagy a benne lévő működő elektromos készülék vezetékéhez. A hatás ugyanaz lesz, mint az előző esetben - az ohmmérő tűje eltér a növekvő ellenállás irányába. Érthető - elektromos mező képződik a kimenet közelében vagy a vezeték körül, amelyre a tranzisztor reagált.

Hasonló kapacitásban térhatású tranzisztort használnak eszközérzékelőként a rejtett elektromos vezetékek vagy az újévi füzér vezetékszakadásának észlelésére - ekkor a térerősség megnő.

Tartsa a tranzisztor-jelzőt a hálózati vezeték közelében, és próbálja meg be- és kikapcsolni a készüléket. Az elektromos tér változását egy ohmmérő tű rögzíti.

A térhatású tranzisztor egy változó ellenállás. Miután csatlakoztatta az előfeszítő feszültség beállító áramkört a kapu és a forrás közé (4. ábra), állítsa az ellenállás csúszkát alsó helyzetbe a diagramnak megfelelően. Az ohmmérő tűje, a korábbi kísérletekhez hasonlóan, rögzíti a leeresztő-forrás áramkör minimális ellenállását.

Az ellenállás csúszkáját az áramkörben felfelé mozgatva megfigyelheti az ohmmérő leolvasásának egyenletes változását (az ellenállás növekedését). A térhatású tranzisztor egy változtatható ellenállás lett, nagyon széles ellenállásváltozási tartományban, függetlenül a kapu áramkörben lévő ellenállás értékétől. Az ohmmérő csatlakoztatásának polaritása nem számít, de a galvánelem bekapcsolásának polaritását meg kell változtatni, ha n-csatornás tranzisztort használnak, például a KP303 sorozat bármelyikét. Mezőhatás tranzisztor - áramstabilizátor. A kísérlet elvégzéséhez (5. ábra) 15 ... 5 mA feszültségű egyenáramú forrásra lesz szüksége, igen, térhatású tranzisztorra. Először állítsa be az ellenállás csúszkáját az alsó helyzetbe a diagramnak megfelelően, amely megfelel a tranzisztor minimális tápfeszültségének - körülbelül 5 V -nak, az R2 és R3 ellenállások értékeivel a diagramon feltüntetve. . Az R1 ellenállás kiválasztásával (ha szükséges) állítsa be a tranzisztor leeresztő áramkörének áramát 1,8 ... 2,2 mA-re. Az ellenállás csúszkáját az áramkörben felfelé mozgatva figyelje meg a leeresztőáram változását. Előfordulhat, hogy általában ugyanaz marad, vagy enyhén növekszik. Más szóval, amikor a tápfeszültség 5-ről 15 ... 18 V-ra változik, a tranzisztoron áthaladó áramot automatikusan egy adott szinten tartják (az R1 ellenállással). Ezenkívül az áram fenntartásának pontossága az eredetileg beállított értéktől függ - minél kisebb, annál nagyobb a pontosság. A készletkibocsátási jellemzők 1. ábrán látható elemzése segít megerősíteni ezt a következtetést. 2, be.

Az ilyen kaszkádot áramforrásnak vagy áramgenerátornak nevezzük. Sokféle kivitelben megtalálható.

Buck szabályzók váltása

Y. SEMENOV, Rostov-on-Don

Az olvasók figyelmébe ajánlott cikk két impulzuscsökkentő stabilizátort ír le: diszkrét elemeken és egy speciális mikroáramkörön. Az első eszközt arra tervezték, hogy 12 V-os autóipari berendezéseket tápláljon a teherautók és buszok 24 voltos fedélzeti hálózatába. A második eszköz a laboratóriumi tápegység alapja.

A teljesítményelektronika fejlődésének történetében különleges helyet foglalnak el a kapcsolófeszültség-szabályozók (lelépés, emelés és invertálás). Nem is olyan régen minden 50 wattnál nagyobb kimeneti teljesítményű tápegység tartalmazott egy lefelé kapcsoló szabályozót. Ma az ilyen eszközök hatóköre csökkent a transzformátor nélküli bemenettel rendelkező tápegységek költségének csökkenése miatt. Mindazonáltal a kapcsolási fokozatos stabilizátorok használata bizonyos esetekben gazdaságosabbnak bizonyul, mint bármely más DC-DC konverter.

A buck kapcsoló szabályozó működési diagramja látható rizs. 1, és a működését magyarázó idődiagramok az L induktor folyamatos áramának üzemmódjában, ≈ be rizs. 2. A t bekapcsoláskor az S elektronikus kapcsoló zárva van, és az áram átfolyik az áramkörön: a C be kondenzátor pozitív kapcsa, az R dt ellenállásáram érzékelő, az L tároló induktor, a C kondenzátor ki, a terhelés, a negatív a C kondenzátor kapcsa. Ebben a szakaszban az induktor l L árama megegyezik az S elektronikus kapcsoló áramával, és szinte lineárisan növekszik l Lmin értékről l Lmax értékre.

Az összehasonlító csomópontból érkező mismatch jel vagy egy áramérzékelő túlterhelési jele, vagy ezek kombinációja alapján a generátor nyitott állapotba kapcsolja az S elektronikus kapcsolót. Mivel az L induktoron áthaladó áram nem változhat azonnal, az önindukciós EMF hatására a VD dióda kinyílik, és az l L áram folyik az áramkör mentén: a VD dióda katódja, az L induktor, a kondenzátor C VX, a terhelés, a VD dióda anódja. A t lKl időpontban, amikor az S elektronikus kapcsoló nyitva van, az l L tekercsáram egybeesik a VD diódaárammal, és lineárisan csökken

l Lmax - l L min . A T periódus alatt a C out kondenzátor ΔQ out töltésnövekményt kap és ad. az áram l L idődiagramján az árnyékolt területnek megfelelő. Ez a növekmény határozza meg a ΔU Cout hullámfeszültség amplitúdóját a Cout kondenzátoron és a terhelésen.

Amikor az elektronikus kapcsoló zárva van, a dióda zár. Ezt a folyamatot a kapcsolóáram éles növekedése kíséri I smax értékre, mivel az áramkör ≈ áramérzékelő, zárt kapcsoló, visszaállító dióda ≈ ellenállása nagyon kicsi. A dinamikus veszteségek csökkentése érdekében rövid fordított helyreállítási idejű diódákat kell használni. Ezenkívül a buck szabályozó diódáknak képesnek kell lenniük nagy ellenáram kezelésére. A dióda zárási tulajdonságainak helyreállításával kezdődik a következő átalakítási időszak.

Ha a kapcsoló buck szabályozó alacsony terhelési árammal működik, akkor válthat szakaszos induktoráram üzemmódba. Ebben az esetben az induktoráram a kapcsoló zárásakor leáll, és növekedése nulláról indul. A szakaszos áram üzemmód nem kívánatos a névlegeshez közeli terhelési áram mellett, mivel ebben az esetben megnövekedett kimeneti feszültség hullámzás lép fel. A legoptimálisabb helyzet az, amikor a stabilizátor az induktor folyamatos áramú üzemmódjában maximális terhelés mellett és szakaszos áram üzemmódban működik, amikor a terhelés a névleges 10 ... 20% -ára csökken.

A kimeneti feszültség szabályozása a kapcsoló zárt állapotának az impulzusismétlési periódushoz viszonyított arányának változtatásával történik. Ebben az esetben, az áramkörtől függően, a vezérlési módszer megvalósításának különféle lehetőségei vannak. A relévezérlésű készülékeknél a bekapcsolt állapotból a kikapcsolt állapotba való átmenet határozza meg az összehasonlító csomópontot. Ha a kimeneti feszültség nagyobb, mint a beállított érték, a kapcsoló kikapcsol, és fordítva. Ha rögzíti az impulzusismétlési periódust, akkor a kimeneti feszültség a kapcsoló bekapcsolt állapotának időtartamának változtatásával állítható. Néha olyan módszereket alkalmaznak, amelyeknél a kapcsoló zárásának vagy nyitott állapotának időpontja rögzített. Bármely szabályozási módszernél korlátozni kell az induktor áramát a kapcsoló zárt állapotában, hogy megvédje a kimeneti túlterheléstől. Erre a célra rezisztív érzékelőt vagy impulzusáram-transzformátort használnak.

Az impulzusos leléptető stabilizátor fő elemeinek kiválasztása és üzemmódjuk kiszámítása egy konkrét példa alapján történik. Az ebben az esetben használt összes arányt a funkcionális diagram és az idődiagramok elemzése alapján kapjuk meg, és a módszertant vesszük alapul.

1. Számos nagy teljesítményű tranzisztor és dióda kezdeti paramétereinek és maximális megengedett áram- és feszültségértékeinek összehasonlítása alapján először kiválasztunk egy bipoláris kompozit tranzisztort KT853G (elektronikus S kapcsoló) és egy KD2997V diódát (VD). ).

2. Számítsa ki a minimális és maximális kitöltési tényezőt:

γ min \u003d t és min / T min \u003d (U VyX + U pr) / (U BX max + U s be ≈ U RdT + U pr) \u003d (12 + 0,8) / (32-2-0,3 + 0,8) = 0,42;

γ max \u003d t és max / T max \u003d (U Bvyx + U pp) / (U Bx min - U sbkl -U Rdt + U pp) \u003d (12 + 0,8) / (18-2-0,3 + 0,8 )=0,78, ahol U pr =0,8 V ≈ közvetlen feszültségesés a VD diódán, az I–V karakterisztika direkt ágából a legrosszabb esetben I V-nak megfelelő áram esetén; U sbcl \u003d 2 V ≈ a KT853G tranzisztor telítési feszültsége, amely S kapcsolóként működik, áramátviteli együtthatóval telítési módban h 21e \u003d 250; U RdT = 0,3 V ≈ feszültségesés az áramérzékelőn névleges terhelési áram mellett.

3. Válassza ki a maximális és minimális konverziós gyakoriságot.

Ez a tétel akkor kerül végrehajtásra, ha az impulzusperiódus nem állandó. Olyan vezérlési módot választunk, amely az elektronikus kapcsoló nyitott állapotának fix időtartamával rendelkezik. Ebben az esetben a következő feltétel teljesül: t=(1 - γ max)/f min = (1 - γ min)/f max =állandó.

Mivel a kapcsolás a KT853G tranzisztoron történik, amely gyenge dinamikai jellemzőkkel rendelkezik, ezért a maximális konverziós frekvenciát viszonylag alacsonyan választjuk: f max =25 kHz. Ekkor a minimális konverziós gyakoriság a következőképpen definiálható

f min \u003d f max (1 - γ max) / (1 - γ min) \u003d 25╥10 3] (1 - 0,78) / (1-0,42) \u003d 9,48 kHz.

4. Számítsa ki a kapcsoló teljesítményveszteségét.

A statikus veszteségeket a kapcsolón átfolyó áram effektív értéke határozza meg. Mivel az áram alakja ≈ trapéz, akkor I s \u003d I out ahol α \u003d l Lmax / l lx \u003d 1,25 ≈ a maximális induktoráram és a kimeneti áram aránya. Az a együtthatót 1,2 ... 1,6 között választjuk. Kapcsoló statikus veszteségei P Sstat =l s U SBKn =3,27-2=6,54 W.

Dinamikus veszteségek a kapcsolón Р sdyn =0,5f max *U BX max (l smax *t f +α*l lx *t cn),

ahol I smax ≈ a kapcsolóáram amplitúdója a VD dióda fordított visszaállása miatt. Ha l Smax = 2l ByX , akkor megkapjuk

R sdin \u003d 0, 5f max * U BX max * I ki (2t f + α ∙ t cn) \u003d 0,5 * 25 * 10 3 * 32 * 5 (2 * 0,78-10 -6 +1,25 -2-10 -6) = 8,12 W, ahol t f =0,78 * 10 -6 s ≈ a kapcsolón áthaladó áramimpulzus frontjának időtartama, t cn = 2 * 10 -6 s ≈ a csökkenés időtartama.

A kapcsoló teljes vesztesége: P s \u003d P scstat + P sdin \u003d 6,54 + 8,12 \u003d 14,66 W.

Ha a kapcsolón statikus veszteségek uralkodtak, akkor a számítást a minimális bemeneti feszültségre kell elvégezni, amikor az induktoráram maximális. Abban az esetben, ha nehéz megjósolni a túlsúlyban lévő veszteségtípusokat, azokat mind a minimális, mind a maximális bemeneti feszültségen határozzák meg.

5. Kiszámoljuk a dióda teljesítményveszteségét.

Mivel a ≈ diódán áthaladó áram alakja is trapéz, effektív értékét a P diódán lévő statikus veszteségekként határozzuk meg.

A dióda dinamikus veszteségei főként a fordított helyreállítási veszteségekből adódnak: *0,2*10 -6 \u003d 0,8 W, ahol t OB \u003d 0,2-1C -6 s ≈ dióda fordított helyreállítási ideje.

A dióda teljes vesztesége: P VD \u003d P MDstat + P VDdin \u003d 3,07 + 0,8 \u003d 3,87 W.

6. Válasszon hűtőbordát.

A hűtőborda fő jellemzője a hőellenállás, amelyet a környezet és a hűtőborda felülete közötti hőmérséklet-különbség és az általa disszipált teljesítmény közötti arányként határoznak meg: R g = ΔT / P rass. Esetünkben a kapcsolótranzisztort és a diódát szigetelő távtartókon keresztül ugyanarra a hűtőbordára kell rögzíteni. Annak érdekében, hogy ne vegyük figyelembe a tömítések hőellenállását, és ne bonyolítsuk a számítást, alacsony felületi hőmérsékletet választunk, körülbelül 70╟С. Ezután környezeti hőmérsékleten 40╟СΔТ=70-40=30╟С. A hűtőborda hőellenállása esetünkben R t \u003d ΔT / (P s + P vd) \u003d 30 / (14,66 + 3,87) \u003d 1,62╟С / W.

A természetes hűtés során fellépő hőellenállást általában a hűtőborda referenciaadatai tartalmazzák. A készülék méretének és súlyának csökkentése érdekében ventilátoros kényszerhűtést alkalmazhat.

7. Számítsa ki a fojtószelep paramétereit.

Számítsa ki az induktor induktivitását:

L= (U BX max - U sbkl -U Rdt - U Out) γ min /= (32-2-0,3-12) * 0,42 / = 118,94 μH.

A mágneses mag anyagaként préselt Mo-permalloy MP 140-et választunk. A mágneses körben a mágneses tér változó összetevője esetünkben olyan, hogy a hiszterézisveszteségek nem korlátozó tényező. Ezért a mágnesezési görbe lineáris szakaszán az inflexiós pont közelében a maximális indukció választható. Az íves szakaszon végzett munka nem kívánatos, mivel ebben az esetben az anyag mágneses permeabilitása kisebb lesz, mint a kezdeti. Ez viszont az induktivitás csökkenését okozza az induktoráram növekedésével. Kiválasztjuk a maximális B m indukciót 0,5 T értékkel, és kiszámítjuk a mágneses áramkör térfogatát:

Vp \u003d μμ 0 * L (αI outx) 2 / B m 2 \u003d 140 * 4π * 10 -7 * 118,94 * 10 -6 (1,25-5) 2 0,5 2 \u003d = 3,27 μ 2 = 3,27 cm

MP140 anyag kezdeti mágneses permeabilitása; μ 0 \u003d 4π * 10 -7 H / m ≈ mágneses állandó.

A számított térfogat szerint kiválasztjuk a mágneses kört. A tervezési jellemzők miatt az MP140 permalloy mágneses áramkört általában két összehajtott gyűrűn hajtják végre. Esetünkben a KP24x13x7 gyűrűk megfelelőek. A mágneses kör keresztmetszete Sc=20,352 =0,7 cm 2, a mágneses vonal átlagos hossza λc=5,48 cm. A kiválasztott mágneses kör térfogata:

VC \u003d SC * λc \u003d 0,7 * 5,48 \u003d 3,86 cm 3 > Vp.

Kiszámoljuk a fordulatok számát: 23-nak vesszük a fordulatok számát.

A szigeteléssel ellátott huzal átmérőjét annak alapján határozzuk meg, hogy a tekercsnek egy rétegbe kell illeszkednie, el kell fordulnia, hogy elforduljon a mágneses áramkör belső kerülete mentén: ahol d K \u003d 13 mm ≈ a mágneses áramkör belső átmérője; k 3 \u003d 0,8 ≈ a mágneses áramköri ablak kitöltési tényezője tekercseléssel.

1,32 mm átmérőjű PETV-2 huzalt választunk.

A vezeték tekercselése előtt a mágneses magot egy rétegben 20 µm vastag és 6...7 mm széles PET-E fóliával kell szigetelni.

8. Számítsa ki a kimeneti kondenzátor kapacitását: C Vyx \u003d (U BX max -U sVkl - U Rdt) * γ min /= (32-2-0,3) * 0,42 / \u003d 1250 μF, ahol Δ\U0003d 0, 01 V ≈ csúcstól csúcsig hullámzás a kimeneti kondenzátoron.

A fenti képlet nem veszi figyelembe a kondenzátor belső, soros ellenállásának a hullámosságra gyakorolt ​​hatását. Ezt szem előtt tartva, valamint az oxidkondenzátorok kapacitásának 20%-os tűréshatárát figyelembe véve két darab K50-35 kondenzátort választunk ki 40 V névleges feszültségre, egyenként 1000 mikrofarad kapacitással. A túlbecsült névleges feszültségű kondenzátorok kiválasztása annak a ténynek köszönhető, hogy ennek a paraméternek a növekedésével a kondenzátorok soros ellenállása csökken.

A számítás során kapott eredményeknek megfelelően kidolgozott sémát a rizs. 3. Tekintsük részletesebben a stabilizátort. Az elektronikus kapcsoló nyitott állapotában ≈ VT5 tranzisztor ≈ fűrészfog feszültség keletkezik az R14 ellenálláson (áramérzékelő). Amikor elér egy bizonyos értéket, a VT3 tranzisztor kinyílik, ami viszont kinyitja a VT2 tranzisztort és kisüti a C3 kondenzátort. Ebben az esetben a VT1 és VT5 tranzisztorok bezáródnak, és a VD3 kapcsolódióda is kinyílik. A korábban nyitott VT3 és VT2 tranzisztorok bezárnak, de a VT1 tranzisztor nem nyit addig, amíg a C3 kondenzátor feszültsége el nem éri a nyitófeszültségének megfelelő küszöbszintet. Így kialakul egy időintervallum, amely alatt a VT5 kapcsolótranzisztor zárva lesz (kb. 30 μs). Ezen intervallum végén a VT1 és VT5 tranzisztorok kinyílnak, és a folyamat megismétlődik.

Az R. 10 ellenállás és a C4 kondenzátor egy szűrőt képez, amely elnyomja a VT3 tranzisztor alján lévő feszültséglökést a VD3 dióda fordított helyreállítása miatt.

A VT3 szilícium tranzisztor esetében a bázis≈emitter feszültség, amelynél aktív módba kapcsol, körülbelül 0,6 V. Ebben az esetben az R14 áramérzékelőn viszonylag nagy teljesítmény disszipálódik. Az áramérzékelő feszültségének csökkentése érdekében, amelynél a VT3 tranzisztor nyit, körülbelül 0,2 V állandó előfeszítést alkalmaznak az alapjára a VD2R7R8R10 áramkör mentén.

A kimeneti feszültséggel arányos feszültséget táplálunk a VT4 tranzisztor alapjára egy osztóból, amelynek felső kart az R15, R12 ellenállások alkotják, az alsó kart pedig ≈ R13 ellenállás. A HL1R9 áramkör referenciafeszültséget állít elő, amely megegyezik a LED-en és a VT4 tranzisztor emitter csatlakozásán bekövetkező egyenfeszültségesés összegével. Esetünkben a példakénti feszültség 2,2 V. A mismatch jel egyenlő a VT4 tranzisztor és a példakénti tranzisztor bázisán lévő feszültség különbségével.

A kimeneti feszültség stabilizálódik a VT4 tranzisztor által felerősített mismatch jelnek a VT3 tranzisztoron alapuló feszültséggel való összegzése miatt. Tegyük fel, hogy a kimeneti feszültség nőtt. Ekkor a VT4 tranzisztor alján lévő feszültség példamutatóbb lesz. A VT4 tranzisztor kissé kinyílik, és eltolja a feszültséget a VT3 tranzisztor alján, hogy az is elkezdjen nyitni. Következésképpen a VT3 tranzisztor az R14 ellenálláson lévő fűrészfog feszültség alacsonyabb szintjén nyílik meg, ami a kapcsolótranzisztor nyitvatartási időintervallumának csökkenéséhez vezet. Ekkor a kimeneti feszültség csökkenni fog.

Ha a kimeneti feszültség csökken, a szabályozási folyamat hasonló lesz, de fordított sorrendben történik, és a kapcsoló nyitvatartási idejének növekedéséhez vezet. Mivel az R14 ellenállás árama közvetlenül részt vesz a VT5 tranzisztor nyitási idejének kialakításában, itt a szokásos kimeneti feszültség-visszacsatolás mellett van áram-visszacsatolás is. Ez lehetővé teszi a kimeneti feszültség terhelés nélküli stabilizálását és gyors reagálást a készülék kimenetén bekövetkező hirtelen áramváltozásra.

Terhelés vagy túlterhelés esetén rövidzárlat esetén a stabilizátor áramkorlátozó üzemmódba kapcsol. A kimeneti feszültség 5,5 ... 6 A áramerősségnél csökkenni kezd, a záróáram pedig körülbelül 8 A. Ezekben az üzemmódokban a kapcsolótranzisztor bekapcsolási ideje minimálisra csökken, ami csökkenti a teljesítményt eloszlott rajta.

Ha a stabilizátor nem működik megfelelően, az egyik elem meghibásodása miatt (például a VT5 tranzisztor meghibásodása), a feszültség megnő a kimeneten. Ebben az esetben a betöltés meghiúsulhat. A vészhelyzetek elkerülése érdekében az átalakító védelmi egységgel van felszerelve, amely egy VS1 trinistorból, egy VD1 zener-diódából, egy R1 ellenállásból és egy C1 kondenzátorból áll. Amikor a kimeneti feszültség meghaladja a VD1 zener-dióda stabilizációs feszültségét, áram kezd átfolyni rajta, ami bekapcsolja a VS1 trinistort. Beépítése a kimeneti feszültség majdnem nullára csökkenéséhez és az FU1 biztosíték kiégéséhez vezet.

A készüléket 12 V-os, elsősorban személygépjárművekhez tervezett audioberendezések táplálására tervezték, a teherautók és buszok fedélzeti hálózatából 24 V-os feszültséggel. Mivel a bemeneti feszültség ebben az esetben alacsony hullámzású. szinten, a C2 kondenzátornak viszonylag kicsi a kapacitása. Nem elegendő, ha a stabilizátort közvetlenül a hálózati transzformátorról táplálják egyenirányítóval. Ebben az esetben az egyenirányítót legalább 2200 mikrofarad kapacitású kondenzátorral kell felszerelni a megfelelő feszültséghez. A transzformátor teljes teljesítménye 80...100 W legyen.

A stabilizátor K50-35 (C2, C5, C6) oxidkondenzátorokat használ. Kondenzátor SZ ≈ megfelelő méretű film K73-9, K73-17 stb., C4 ≈ alacsony öninduktivitású kerámia, pl. K10-176. Minden ellenállás, kivéve R14, ≈ C2-23 a megfelelő teljesítményű. Az R14 ellenállás egy 60 mm hosszú PEC 0,8 konstans vezetékből készül, amelynek lineáris ellenállása körülbelül 1 ohm/m.

Az egyoldalas fóliával bevont üvegszálból készült nyomtatott áramköri lap rajza látható rizs. 4.

A VD3 dióda, a VD5 tranzisztor és a VS1 trinisztor szigetelő, hővezető tömítésen keresztül, műanyag perselyekkel van rögzítve a hűtőbordához. A tábla is ugyanarra a hűtőbordára van rögzítve. Az összeszerelt készülék megjelenése a képen látható rizs. 5.

IRODALOM 1. Titze U., Shenk K. Félvezető áramkörök: referencia útmutató. Per. vele. ≈ M.: Mir, 1982. 2. Félvezető eszközök. Közepes és nagy teljesítményű tranzisztorok: kézikönyv / A. A. Zaitsev, A. I. Mirkin, V. V. Mo-krjakov stb. Szerk. A. V. Golomedova. ≈ M.: Rádió és kommunikáció, 1989. 3. Félvezető eszközök. Egyenirányító diódák, Zener-diódák, tirisztorok: Kézikönyv / A. B. Gitsevich, A. A. Zaitsev, V. V. Mokryakov stb. Szerk. A. V. Golomedova. ≈ M.: Rádió és kommunikáció, 1988. 4 http://www. ferrite.ru

Stabilizált egyvégű feszültségátalakító

„Rádió” magazin, 1999. évi 3. szám

A cikk leírja az egyszerű impulzusstabilizált feszültségátalakító felépítésének alapelveit és gyakorlati változatát, amely a bemeneti feszültségváltozások széles tartományában működik.

A transzformátor nélküli bemenettel rendelkező másodlagos tápegység (SEP) különböző forrásai közül az egyciklusú önoszcilláló konverter, amely az egyenirányító dióda "fordított" bekapcsolásával rendelkezik, a legnagyobb egyszerűségével tűnik ki (1. ábra).

Először röviden tekintsük át a nem stabilizált feszültségátalakító működési elvét, majd - egy módszert a stabilizálására.

T1 transzformátor - lineáris fojtó; a benne lévő energiafelhalmozás és a felhalmozott energia terhelésre való átvitelének intervallumai időben elkülönülnek. ábrán. A 2. ábra a következőket mutatja: I I - a transzformátor primer tekercsének árama, I II - a szekunder tekercs árama, t n - az energia felhalmozódásának intervalluma az induktorban, t p - a terhelésre történő energiaátvitel intervalluma.

Amikor az U pit tápfeszültséget csatlakoztatják, a VT1 tranzisztor bázisárama elkezd átfolyni az R1 ellenálláson (a VD1 dióda megakadályozza az áram áthaladását az alaptekercs áramkörön, és az azt söntlő C2 kondenzátor növeli a pozitív visszacsatolást (PIC). ) a feszültségfrontok kialakulásának szakaszában). A tranzisztor kissé kinyílik, a POS áramkör a T1 transzformátoron keresztül bezárul, amelyben az energia felhalmozódás regeneratív folyamata zajlik. A VT1 tranzisztor telítettségbe lép. A transzformátor primer tekercsére tápfeszültség kerül, és az I I áram (a VT1 tranzisztor I kollektorárama) lineárisan növekszik. A telített tranzisztor alapáramát I B az I II tekercs feszültsége és az R2 ellenállás ellenállása határozza meg. Az energiafelhalmozás szakaszában a VD2 dióda zárva van (innen ered az átalakító neve - a dióda "fordított" bekapcsolásával), és a transzformátor energiafogyasztása csak a tranzisztor bemeneti áramkörén keresztül történik az alapon keresztül. kanyargó.

Amikor az I kollektoráram eléri az értéket:

I K max \u003d h 21E I B, (1)

ahol h 21E a VT1 tranzisztor statikus áramátviteli együtthatója, a tranzisztor kilép a telítési módból és kialakul a fordított regenerációs folyamat: a tranzisztor zár, a VD2 dióda kinyílik és a transzformátor által felhalmozott energia átkerül a terhelésre. A szekunder tekercs áramának csökkentése után újra kezdődik az energiafelhalmozás szakasza. A t p időintervallum maximális, amikor az átalakító be van kapcsolva, amikor a C3 kondenzátor lemerült, és a terhelésnél a feszültség nulla.

A B ábrán látható, hogy a tápegység az ábra szerinti áramkör szerint összeszerelve. 1, - az I n terhelőáramforrás U tápfeszültségének funkcionális átalakítója.

Fontos megjegyezni: mivel az energiafelhalmozás és annak átviteli szakaszai időben elkülönülnek, a tranzisztor maximális kollektorárama nem függ a terhelőáramtól, vagyis a konverter teljesen védett a kimeneti rövidzárlatoktól. Ha azonban az átalakítót terhelés nélkül kapcsolják be (tétlen üzemmód), a tranzisztor zárásának pillanatában a transzformátor tekercsén fellépő feszültséglökés meghaladhatja a maximálisan megengedett kollektor-emitter feszültséget, és letilthatja azt.

A legegyszerűbb konverter hátránya az I K max kollektoráram, és ennek következtében a kimeneti feszültség függése a VT1 tranzisztor statikus áramátviteli tényezőjétől. Ezért a tápegység paraméterei jelentősen eltérnek a különböző példányok használatakor.

Az "önvédett" kapcsolótranzisztort használó konverter (3. ábra) sokkal stabilabb teljesítményt nyújt.

Az R3 ellenállásból a transzformátor primer tekercsének áramával arányos fűrészfog feszültséget a VT2 segédtranzisztor alapjára vezetik. Amint az R3 ellenállás feszültsége eléri a VT2 tranzisztor nyitási küszöbét (körülbelül 0,6 V), kinyitja és korlátozza a VT1 tranzisztor bázisáramát, ami megszakítja az energia felhalmozódási folyamatát a transzformátorban. A transzformátor primer tekercsének maximális árama

I I max \u003d I K max \u003d 0,6 / R3 (2)

kevéssé függ a tranzisztor egy adott példányának paramétereitől. Természetesen a (2) képlettel számított áramkorlátozó értéknek kisebbnek kell lennie, mint a statikus áramátviteli tényező legrosszabb értékéhez tartozó (1) képlet által meghatározott áram.

Most fontolja meg az áramforrás kimeneti feszültségének szabályozásának (stabilizálásának) lehetőségét.

B mutatja, hogy a konverter egyetlen megváltoztatható paramétere a kimeneti feszültség szabályozására az I K max áramerősség, vagy ami ugyanaz, a t n energiafelhalmozási idő a transzformátorban, és a vezérlő (stabilizáló) egység csak csökkenteni tudja. az áramerősség a (2) képlettel számított értékhez képest.

Az átalakító stabilizáló egység működési elvét megfogalmazva a következő követelmények határozhatók meg vele szemben: - a konverter állandó kimeneti feszültségét össze kell hasonlítani a referenciafeszültséggel, és ezek arányától függően nem illesztési feszültséget kell előállítani szabályozza az áramerősséget I K max ; - a transzformátor primer tekercsében az áramnövekedés folyamatát ellenőrizni kell, és amikor elér egy bizonyos küszöböt, amelyet az eltérési feszültség határozza meg, le kell állítani; - a vezérlőegységnek galvanikus leválasztást kell biztosítania az átalakító kimenete és a kapcsolótranzisztor között.

Az ezt az algoritmust megvalósító vezérlőegységek az áramkörökben láthatók, és tartalmaznak egy K521SAZ komparátort, hét ellenállást, egy tranzisztort, egy diódát, két zener-diódát és egy transzformátort. Más jól ismert eszközök, köztük a televíziós tápegységek is meglehetősen összetettek. Eközben egy önvédõ kapcsolótranzisztor használatával sokkal egyszerûbb stabilizált konverter építhetõ (lásd az áramkört a 4. ábrán).

A visszacsatoló tekercs (OS) III és a VD3C4 áramkör az átalakító kimeneti feszültségével arányos visszacsatoló feszültséget képez.

A VD4 zener-dióda példakénti stabilizációs feszültségét kivonjuk a visszacsatoló feszültségből, és az így létrejövő mismatch jelet az R5 ellenállásra tápláljuk.

Az R5 trimmer-ellenállás motorjából két feszültség összege kerül a VT2 tranzisztor alapjába: egy állandó vezérlőfeszültség (az eltérési feszültség egy része) és egy fűrészfog feszültség az R3 ellenállásról, arányos az áramerősség áramával. a transzformátor primer tekercselése. Mivel a VT2 tranzisztor nyitási küszöbe állandó, a vezérlőfeszültség növekedése (például az U pit tápfeszültség növekedésével és ennek megfelelően az átalakító kimeneti feszültségének növekedésével) a vezérlőfeszültség csökkenéséhez vezet. áramerősség I I, amelynél a VT2 tranzisztor nyit, és a kimeneti feszültség csökkenéséhez. Így az átalakító stabilizálódik, és a kimeneti feszültségét kis határok között az R5 ellenállás szabályozza.

Az átalakító stabilizációs együtthatója a konverter kimeneti feszültségében bekövetkezett változás és a feszültség állandó összetevőjének megfelelő változásának arányától függ a VT2 tranzisztor alapján. A stabilizációs együttható növeléséhez növelni kell a visszacsatoló feszültséget (a III tekercs fordulatszámát), és a stabilizációs feszültséghez a VD4 zener diódát kell kiválasztani, amely körülbelül 0,5 V-tal kisebb, mint az operációs rendszer feszültsége. A széles körben elterjedt Zener A D814 sorozatú diódák gyakorlatilag megfelelőek körülbelül 10 V-os operációs rendszer feszültségen.

Meg kell jegyezni, hogy az átalakító jobb hőmérsékleti stabilitásának elérése érdekében pozitív TKN-vel rendelkező VD4 zener-diódát kell használni, amely kompenzálja a feszültségesés csökkenését a VT2 tranzisztor emitter csomópontjában melegítéskor. Ezért a D814 sorozat zener-diódái alkalmasabbak, mint a D818-as precíziós zener-diódák.

A transzformátor kimeneti tekercseinek száma (hasonlóan a II. tekercshez) növelhető, azaz az átalakító többcsatornássá tehető.

ábra szerinti séma szerint épült. 4 konverter biztosítja a kimeneti feszültségek jó stabilizálását, ha a bemeneti feszültség nagyon széles tartományban változik (150 ... 250 V). Változó terhelés mellett, különösen többcsatornás konvertereknél azonban az eredmények valamivel rosszabbak, mivel amikor a terhelési áram megváltozik az egyik tekercsben, az energia újraeloszlik az összes tekercs között. Ebben az esetben a visszacsatoló feszültség változása kisebb pontossággal tükrözi az átalakító kimeneti feszültségének változását.

Változó terhelés melletti működés esetén javítható a stabilitás, ha az operációs rendszer feszültségét közvetlenül a kimeneti feszültségből állítják elő. Ennek legegyszerűbb módja egy további kis teljesítményű feszültségtranszformátor használata, amely az ismert séma szerint van összeszerelve.

Többcsatornás IVEP esetén is indokolt a kiegészítő feszültségátalakító alkalmazása. A nagyfeszültségű konverter biztosítja az egyik stabilizált feszültséget (a legnagyobb közülük - nagy feszültségnél a kondenzátorszűrő a konverter kimenetén hatékonyabb), és a fennmaradó feszültségeket, beleértve a visszacsatoló feszültséget, egy további generálja. átalakító.

Transzformátor gyártásához a legjobb egy páncélozott ferrit mágneses áramkör használata, amelynek rés a központi rúdban van, amely lineáris mágnesezést biztosít. Ha nincs ilyen mágneses áramkör, rés létrehozásához használhat textolitból vagy akár papírból készült 0,1 ... 0,3 mm vastag tömítést. Lehetőség van gyűrűs mágneses áramkörök használatára is.

Bár a szakirodalom jelezte, hogy a jelen cikkben tárgyalt dióda-fordított konvertereknél a kimeneti szűrő lehet tisztán kapacitív, az LC szűrők használata tovább csökkentheti a kimeneti feszültség hullámzását.

Az IVEP biztonságos működéséhez jó motorszigetelésű trimmer ellenállást (R5 a 4. ábrán) kell használni. A hálózati feszültségre galvanikusan csatlakoztatott transzformátor tekercseket megbízhatóan le kell választani a kimenetről. Ugyanez vonatkozik más rádióelemekre is.

Mint minden frekvencia-átalakítással rendelkező IVEP-et, a leírt tápegységet is fel kell szerelni elektromágneses árnyékolással és bemeneti szűrővel.

Az átalakító létesítésének biztonságát 1-es transzformációs arányú hálózati transzformátor biztosítja. Legjobb azonban sorba kapcsolt LATR és leválasztó transzformátor használata.

A konverter terhelés nélküli bekapcsolása nagy valószínűséggel az erős kapcsolótranzisztor meghibásodásához vezet. Ezért, mielőtt folytatná a beállítást, csatlakoztassa az egyenértékű terhelést. Bekapcsolás után először oszcilloszkóppal ellenőrizni kell az R3 ellenállás feszültségét - a t n fokozatban lineárisan kell növekednie. Ha a linearitás megszakad, ez azt jelenti, hogy a mágneses áramkör telítettségbe kerül, és a transzformátort újra kell számolni. Nagyfeszültségű szondával ellenőrizze a jelet a kapcsolótranzisztor kollektoránál - az impulzuseséseknek elég meredeknek kell lenniük, és a nyitott tranzisztoron áthaladó feszültségnek kicsinek kell lennie. Ha szükséges, állítsa be az alap tekercs fordulatszámát és az R2 ellenállás ellenállását a tranzisztor alapáramkörében.

Ezután megpróbálhatja megváltoztatni a konverter kimeneti feszültségét az R5 ellenállással; ha szükséges, állítsa be az operációs rendszer tekercsének fordulatszámát, és válassza ki a VD4 zener diódát. Ellenőrizze az átalakító működését, amikor a bemeneti feszültség és terhelés változik.

ábrán. Az 5. ábra a ROM programozó IVEP sémáját mutatja be, példaként a javasolt elv alapján épített konverter alkalmazására.

A forrásparamétereket a táblázat tartalmazza. 1.

Amikor a hálózati feszültség 140 V-ról 240 V-ra változik, a 28 V-os forrás kimenetén a feszültség 27,6 ... 28,2 V tartományba esik; forrás +5 V - 4,88 ... 5 V.

A C1-C3 kondenzátorok és az L1 tekercs bemeneti hálózati szűrőt alkotnak, amely csökkenti a nagyfrekvenciás interferencia-átalakító sugárzását. Az R1 ellenállás korlátozza a C4 kondenzátor töltőáram impulzusát, amikor az átalakító be van kapcsolva.

Az R3C5 áramkör kisimítja a feszültségcsúcsokat a VT1 tranzisztoron (hasonló áramkör nem látható az előző ábrákon).

A VT3, VT4 tranzisztorokon egy hagyományos konverter van összeszerelve, amely a +28 V kimeneti feszültségből további kettőt generál: +5 V és -5 V, valamint az operációs rendszer feszültségét. Az IVEP általában +28 V stabilizált feszültséget biztosít. A másik két kimeneti feszültség stabilitását a +28 V-os forrásról táplált kiegészítő konverter és ezeknek a csatornáknak a viszonylag állandó terhelése biztosítja.

Az IVEP védelmet nyújt a +28 V-tól 29 V-ig terjedő kimeneti feszültség túllépése ellen. Túllépéskor a VS1 triac nyitja és zárja a +28 V-os forrást A tápegység hangos nyikorgást ad ki. A triakon áthaladó áram 0,75 A.

A VT1 tranzisztor egy 40-es (30 mm-es) alumíniumlemezből készült kis hűtőbordára van felszerelve, a KT828A tranzisztor helyett más nagyfeszültségű eszközök legalább 600 V feszültséghez és 1 A-nél nagyobb áramerősséghez. használható például KT826B, KT828B, KT838A.

A KT3102A tranzisztor helyett bármilyen KT3102 sorozatot használhat; A KT815G tranzisztorok KT815V, KT817V, KT817G tranzisztorokra cserélhetők. Az egyenirányító diódákat (a VD1 kivételével) nagy frekvencián kell használni, például a KD213 sorozatot stb. Kívánatos a K52, IT sorozatú oxidszűrős kondenzátorok használata. A C5 kondenzátornak legalább 600 V-nak kell lennie.

A Triac TS106-10 (VS1) kizárólag kis mérete miatt használatos. Szinte bármilyen típusú trinistor alkalmas, amely körülbelül 1 A áramot képes ellenállni, beleértve a KU201 sorozatot is. A trinistort azonban a minimális vezérlőáramnak megfelelően kell kiválasztani.

Meg kell jegyezni, hogy egy adott esetben (viszonylag kis áramfelvétel mellett a forrásból) lehetséges lenne egy második konverter nélkül is, ha egy átalakítót építünk az 1. ábra szerinti séma szerint. 4 kiegészítő tekercsekkel a +5 V és -5 V csatornákhoz és a KR142 sorozat lineáris stabilizátoraihoz. A kiegészítő konverter használatát a különböző IVEC-ek összehasonlító vizsgálatának vágya okozza, és megbizonyosodni arról, hogy a javasolt lehetőség a kimeneti feszültség jobb stabilizálását biztosítja.

A transzformátorok és fojtótekercsek paramétereit a táblázat tartalmazza. 2.

2. táblázat
Kijelölés	Mágneses mag		A fordulatok száma
	B26 M1000 résszel a központi rúdban			PEV-2 0,18 PEV-2 0,35 PEV-2 0,18
	К16x10x4,5 М2000НМ1		2x65 2x7 2x13 23	PEV-2 0,18 PEV-2 0,18 PEV-2 0,35 MGTP 0,07
	К16x10x4,5 М2000НМ1	MGTF 0,07 két vezetékben feltöltés előtt
	К17,5x8x5 М2000НМ1
	К16x10x4,5 М2000НМ1
	К12x5x5,5 М2000НМ1

A T1 transzformátor mágneses áramkörét a meghajtó tápegységének szűrőinduktorából használják az EC sorozatú számítógépek cserélhető mágneslemezein.

Az L1-L4 fojtótekercsek mágneses áramköreinek típusai nem kritikusak.

A forrás létrehozása a fenti módszer szerint történik, de először a túlfeszültség elleni védelmet kell kikapcsolni az R10 ellenállás csúszkáját az ábra szerinti alsó helyzetbe mozgatva. Az IVEP létrehozása után a kimeneti feszültséget +29 V-ra kell állítani az R5 ellenállással, és az R10 ellenállás csúszkáját lassan forgatva el kell érni a VS1 triac nyitási küszöbét. Ezután kapcsolja ki a forrást, fordítsa el az R5 ellenállás csúszkáját a kimeneti feszültség csökkenésének irányába, kapcsolja be a forrást és állítsa be a kimeneti feszültséget 28 V-ra az R5 ellenállással.

Meg kell jegyezni: mivel a +5 V és -5 V kimenetek feszültségei a +28 V feszültségtől függenek, és nem szabályozzák attól külön, a felhasznált elemek paramétereitől és az adott terhelés áramától függően szükség lehet a T2 transzformátor tekercseinek menetszámának kiválasztására.

Irodalom

1. Bas A. A., Milovzorov V. P., Musolin A. K. Másodlagos tápforrások transzformátor nélküli bemenettel. - M.: Rádió és kommunikáció, 1987.

Helló. Figyelmébe ajánlom az LM317 integrált lineárisan állítható feszültség (vagy áram) stabilizátor áttekintését, darabonként 18 cent áron. Egy helyi boltban egy ilyen stabilizátor egy nagyságrenddel többe kerül, ezért is érdekelt ez a tétel. Úgy döntöttem, megnézem, mit árulnak ilyen áron, és kiderült, hogy a stabilizátor elég jó minőségű, de erről lentebb.
Az áttekintésben tesztelés feszültség- és áramstabilizátor üzemmódban, valamint a túlmelegedés elleni védelem ellenőrzése.
Érdekelt kérem...

Egy kis elmélet:

A stabilizátorok igen lineárisÉs impulzus.
Lineáris stabilizátor feszültségosztó, melynek bemenetét bemeneti (instabil) feszültséggel látják el, a kimeneti (stabilizált) feszültséget pedig az osztó alsó karjáról veszik. A stabilizálást az egyik osztókar ellenállásának megváltoztatásával hajtják végre: az ellenállást folyamatosan fenntartják, hogy a stabilizátor kimenetén a feszültség a megállapított határokon belül legyen. A bemeneti / kimeneti feszültségek nagy arányával a lineáris stabilizátor alacsony hatásfokkal rendelkezik, mivel a teljesítmény nagy része Prass = (Uin - Uout) * Hő formájában disszipálódik a vezérlőelemen. Ezért a szabályozó elemnek elegendő teljesítményt kell elvezetnie, vagyis a kívánt területű radiátorra kell felszerelni.
Előny lineáris stabilizátor - egyszerűség, interferenciamentesség és kevés használt alkatrész.
Hiba- alacsony hatásfok, nagy hőleadás.
Kapcsoló stabilizátor A feszültség egy feszültségstabilizátor, amelyben a szabályozó elem kulcsos üzemmódban működik, vagyis legtöbbször vagy lekapcsolási üzemmódban van, amikor az ellenállása maximális, vagy telítési üzemmódban - minimális ellenállással, ami azt jelenti, hogy kulcsnak tekinthető. A feszültség zökkenőmentes változása egy integráló elem jelenléte miatt következik be: a feszültség növekszik, amikor energiát halmoz fel, és csökken, amikor visszakerül a terhelésre. Ez a működési mód jelentősen csökkentheti az energiaveszteséget, valamint javíthatja a súly- és méretmutatókat, azonban megvannak a maga sajátosságai.
Előny impulzus stabilizátor - nagy hatásfok, alacsony hőleadás.
Hiba- több elem, interferencia jelenléte.

Véleményhős:

A tétel 10 zsetonból áll a TO-220 csomagban. A stabilizátorok polietilén habbal csomagolt műanyag zacskóban érkeztek.






Összehasonlítás a valószínűleg leghíresebb 7805 5 voltos lineáris szabályozóval ugyanabban a csomagban.

Tesztelés:
Hasonló stabilizátorokat sok gyártó gyárt itt.
A lábak elhelyezkedése a következő:
1 - beállítás;
2 - kilépés;
3 - bejárat.
Összegyűjtjük a legegyszerűbb feszültségstabilizátort a kézikönyv séma szerint:


Íme, amit a változó ellenállás 3 pozíciójával sikerült elérni:
Az eredmények őszintén szólva nem túl jók. Nem derül ki, hogy stabilizátornak hívják.
Ezután feltöltöttem a stabilizátort egy 25 ohmos ellenállással, és a kép teljesen megváltozott:

Ezután úgy döntöttem, hogy megvizsgálom a kimeneti feszültség függését a terhelési áramtól, amihez a bemeneti feszültséget 15 V-ra állítottam, a kimeneti feszültséget körülbelül 5 V-ra állítottam trimmer ellenállással, és a kimenetet egy változó 100 Ohm-os huzalellenállással terheltem. . Íme, mi történt:
0,8A-nál nagyobb áramerősséget nem lehetett elérni, mert a bemeneti feszültség csökkenni kezdett (a tápegység gyenge). A tesztelés eredményeként a stabilizátor 65 fokra felmelegített radiátorral:

Az áramstabilizátor működésének tesztelésére a következő áramkört állítottuk össze:


Változó ellenállás helyett állandót használtam, itt vannak a teszteredmények:
A jelenlegi stabilizáció is jó.
Nos, hogyan lehet egy kritika anélkül, hogy megégetné a hőst? Ehhez ismét összeraktam a feszültségstabilizátort, 15V-ot adtam a bemenetre, a kimenetet 5V-ra állítottam, pl. 10V esett a stabilizátorra, és 0,8A-rel terhelte, pl. 8W teljesítményt osztottak ki a stabilizátoron. Leszerelték a radiátort.
Az eredmény az alábbi videón látható:

Igen, a túlmelegedés elleni védelem is működik, nem lehetett leégetni a stabilizátort.

Eredmény:

A stabilizátor teljesen működőképes, és feszültségstabilizátorként (terhelés hatására) és áramstabilizátorként is használható. Számos különböző alkalmazási séma létezik a kimeneti teljesítmény növelésére, akkumulátortöltőként való használatára stb. A téma költsége meglehetősen elfogadható, mivel offline is vásárolhatok ilyen minimumot 30 rubelért és 19 rubelért, ami lényegesen drágább, mint a monitorozott .

Erre hadd vegyem ki a búcsút, sok sikert!

A terméket az üzlet véleménye írásához biztosította. Az áttekintés az Oldalszabályzat 18. pontja szerint kerül közzétételre.

+37 vásárlását tervezem Add hozzá a kedvencekhez Tetszett az értékelés +59 +88

Az LM2596 lecsökkenti a bemeneti feszültséget (40V-ig) - a kimenet szabályozott, az áramerősség 3 A. Ideális az autóban lévő LED-ekhez. Nagyon olcsó modulok - körülbelül 40 rubel Kínában.

A Texas Instruments kiváló minőségű, megbízható, megfizethető és olcsó, könnyen használható LM2596 DC-DC vezérlőket gyárt. A kínai gyárak ultraolcsó stepdown konvertereket gyártanak ez alapján: egy LM2596 modul ára körülbelül 35 rubel (szállítással együtt). Azt tanácsolom, hogy azonnal vásároljon egy 10 darabos tételt - mindig lesz haszna, miközben az ár 32 rubelre csökken, 50 darab rendelése esetén pedig kevesebb, mint 30 rubel. Olvasson többet a mikroáramkör pántjának kiszámításáról, az áram és feszültség beállításáról, annak alkalmazásáról és az átalakító néhány hátrányáról.

Tipikus felhasználási mód a stabilizált feszültségforrás. Erre a stabilizátorra alapozva könnyen elkészíthető kapcsolóüzemű tápegység, én egyszerű és megbízható, rövidzárlatot is kibíró laboratóriumi tápként használom. Vonzóak az állandó minőség miatt (úgy tűnik, hogy mindegyik ugyanabban a gyárban készül - és öt részletben nehéz hibázni), valamint az adatlapnak és a deklarált jellemzőknek való teljes megfelelésük miatt.

Egy másik alkalmazási terület a kapcsolóáram-stabilizátor nagy teljesítményű LED-ek tápellátása. Az ezen a chipen található modul lehetővé teszi egy 10 wattos autóipari LED-mátrix csatlakoztatását, emellett rövidzárlat elleni védelmet biztosít.

Nagyon ajánlom, hogy vásároljon belőlük egy tucat - biztosan jól jön. A maguk módján egyedülállóak - a bemeneti feszültség legfeljebb 40 volt, és csak 5 külső alkatrészre van szükség. Ez kényelmes – a kábelek keresztmetszetének csökkentésével 36 V-ra emelheti az intelligens otthon tápbuszon a feszültséget. A fogyasztási pontokon beépítünk egy ilyen modult, és beállítjuk a szükséges 12, 9, 5 V-ra, vagy amennyire szüksége van.

Tekintsük őket részletesebben.

A chip jellemzői:

• Bemeneti feszültség - 2,4 és 40 V között (a HV változatban 60 V-ig)
• Kimeneti feszültség - fix vagy állítható (1,2 és 37 volt között)
• Kimeneti áram - akár 3 amper (jó hűtéssel - 4,5 A-ig)
• Konverziós frekvencia - 150 kHz
• Ház - TO220-5 (lyukba szerelhető) vagy D2PAK-5 (felületre szerelhető)
• Hatékonyság - 70-75% alacsony feszültségen, akár 95% magas feszültségen

1. Stabilizált feszültségforrás
2. Átalakító áramkör
3. adatlap
4. USB töltő LM2596 alapú
5. áramstabilizátor
6. Alkalmazás házi készítésű készülékekben
7. A kimeneti áram és feszültség beállítása
8. Az LM2596 továbbfejlesztett analógjai

Történelem - Lineáris stabilizátorok

Először elmagyarázom, miért rosszak az olyan szabványos lineáris feszültségátalakítók, mint az LM78XX (például 7805) vagy az LM317. Íme az ő egyszerűsített diagramja.

Az ilyen konverter fő eleme egy erős bipoláris tranzisztor, amely az "eredeti" jelentésében szerepel - vezérelt ellenállásként. Ez a tranzisztor egy Darlington-pár része (az áramátviteli arány növelése és az áramkör működéséhez szükséges teljesítmény csökkentése érdekében). Az alapáramot a műveleti erősítő állítja be, amely felerősíti a kimeneti feszültség és az ION (referencia feszültségforrás) segítségével beállított különbséget, pl. a klasszikus hibaerősítő áramkör szerint szerepel.

Így az átalakító egyszerűen tartalmaz egy ellenállást sorba a terheléssel, és úgy szabályozza az ellenállását, hogy például pontosan 5 volt a terhelésnél. Könnyű kiszámítani, hogy amikor a feszültség 12 V-ról 5-re esik (a 7805 mikroáramkör nagyon gyakori esete), a bemeneti 12 V oszlik el a stabilizátor és a terhelés között „7 volt a stabilizátornál + 5” arányban. volt terhelésnél”. Fél ampernél 2,5 watt szabadul fel a terhelésre, 7805-nél pedig akár 3,5 wattot.

Kiderült, hogy az "extra" 7 volt egyszerűen kialszik a stabilizátoron, és hővé alakul. Egyrészt emiatt gondok vannak a hűtéssel, másrészt sok energiát vesz el a tápegységtől. Ha konnektorból tápláljuk, ez nem túl ijesztő (bár még mindig károsítja a környezetet), de akkumulátor vagy újratölthető akkumulátorok használatakor ezt nem szabad elfelejteni.

Egy másik probléma, hogy ezzel a módszerrel általában lehetetlen boost konvertert készíteni. Gyakran felmerül egy ilyen igény, és a probléma megoldására tett kísérletek húsz-harminc évvel ezelőtt szembetűnőek - milyen bonyolult volt az ilyen sémák szintézise és kiszámítása. Az egyik legegyszerűbb ilyen típusú áramkör egy 5V->15V-os push-pull átalakító.

El kell ismerni, hogy galvanikus leválasztást biztosít, de nem hatékonyan használja a transzformátort - a primer tekercsnek mindig csak a fele van benne.

Felejtsük el, mint egy rossz álmot, és térjünk át a modern áramkörökre.

Feszültségforrás

Rendszer

A mikroáramkör kényelmesen használható leléptető konverterként: egy erős bipoláris kapcsoló van benne, hátra van a szabályozó többi alkatrészének hozzáadása - gyors dióda, induktivitás és kimeneti kondenzátor, bemenet is behelyezhető kondenzátor - csak 5 rész.

Az LM2596ADJ változathoz egy kimeneti feszültség beállító áramkör is szükséges, ez két ellenállás vagy egy változó ellenállás.

Leléptető feszültségátalakító áramkör az LM2596 alapján:

Az egész séma együtt:

Itt megteheted töltse le az LM2596 adatlapját.

Hogyan működik: A készülék belsejében található PWM-vezérelt nagy teljesítményű kapcsoló feszültségimpulzusokat küld egy induktornak. Az A pontban az idő x%-ában a teljes feszültség jelen van, és az idő (1-x)%-ában a feszültség nulla. Az LC szűrő kisimítja ezeket az ingadozásokat egy x * tápfeszültséggel egyenlő egyenáramú komponens eltávolításával. A dióda lezárja az áramkört, ha a tranzisztor ki van kapcsolva.

Részletes munkaköri leírás

Az induktor ellenzi a rajta áthaladó áram változását. Amikor az A pontban feszültség jelenik meg, az induktor nagy negatív önindukciós feszültséget hoz létre, és a terhelésen lévő feszültség egyenlő lesz a tápfeszültség és az önindukciós feszültség különbségével. Az induktivitásáram és a terhelési feszültség fokozatosan növekszik.

Miután a feszültség eltűnik az A pontban, az induktor igyekszik fenntartani ugyanazt az áramot, amely a terhelésből és a kondenzátorból folyik, és a diódán keresztül a földre zárja - fokozatosan csökken. Így a terhelésnél a feszültség mindig kisebb, mint a bemeneti feszültség, és az impulzusok munkaciklusától függ.

Kimeneti feszültség

A modul négy változatban kapható: 3,3 V feszültséggel (index -3,3), 5 V (index -5,0), 12 V (index -12) és állítható változatban LM2596ADJ. Érdemes mindenhol az egyedi verziót használni, mivel nagy mennyiségben van az elektronikai cégek raktáraiban, és nem valószínű, hogy hiány lesz belőle - és további két fillér ellenállást igényel. És persze népszerű az 5 voltos változat is.

A készleten lévő mennyiség az utolsó oszlopban található.

A kimeneti feszültséget beállíthatja DIP kapcsolóként, erre egy jó példa itt, vagy forgókapcsolóként. Mindkét esetben precíz ellenállásokból álló akkumulátorra lesz szükség – de a feszültséget feszültségmérő nélkül is beállíthatja.

Keret

Kétféle ház lehetséges: TO-263 síkba szerelhető ház (LM2596S modell) és átmenő furatú TO-220 ház (LM2596T modell). Inkább az LM2596S sík változatát részesítem előnyben, mert a hűtőborda maga a tábla, és nincs szükség további külső hűtőborda vásárlására. Ráadásul a mechanikai ellenállása is jóval nagyobb, ellentétben a TO-220-zal, amit valamihez kell csavarni, akár a táblához is - de akkor már egyszerűbb a sík változat beszerelése. Tápegységekben javaslom az LM2596T-ADJ chip használatát, mert így könnyebben eltávolítható a nagy mennyiségű hő a házából.

Kisimítja a bemeneti feszültség hullámzását

Áramegyenesítés után hatékony "intelligens" stabilizátorként használható. Mivel az IC közvetlenül figyeli a kimeneti feszültséget, a bemeneti feszültség ingadozása az IC konverziós arányának fordított változását okozza, és a kimeneti feszültség normális marad.

Ebből az következik, hogy ha az LM2596-ot leléptetőként használjuk a transzformátor és egyenirányító után, akkor a bemeneti kondenzátor (azaz amelyik közvetlenül a diódahíd után áll) kis kapacitású lehet (kb. 50-100uF).

kimeneti kondenzátor

A nagy konverziós frekvencia miatt a kimeneti kondenzátornak sem kell nagy kapacitással rendelkeznie. Még egy nagy teljesítményű fogyasztónak sem lesz ideje jelentős mértékben telepíteni ezt a kondenzátort egy ciklusban. Végezzük el a számítást: vegyünk egy 100 uF-os, 5 V-os kimeneti feszültségű kondenzátort és egy 3 ampert fogyasztó terhelést. A kondenzátor teljes töltése q \u003d C * U \u003d 100e-6 uF * 5 V \u003d 500e-6 uC.

Egy átalakítási ciklusban a terhelés dq = I * t = 3 A * 6,7 μs = 20 μC-ot vesz fel a kondenzátortól (ez a kondenzátor teljes töltésének csak 4%-a), és azonnal új ciklus kezdődik, és az átalakító új energiát helyez a kondenzátorba.

A legfontosabb, hogy ne használjon tantál kondenzátort bemeneti és kimeneti kondenzátorként. Pontosan az adatlapokra írják, hogy „tápkörben ne használjuk”, mert még a rövid távú feszültséglökéseket sem viselik jól, és nem szeretik a nagy impulzusáramokat. Használjon hagyományos alumínium elektrolit kondenzátorokat.

Hatékonyság, hatásfok és hőveszteség

A hatásfok nem olyan magas, mivel egy bipoláris tranzisztort erős kulcsként használnak - és ennek a feszültségesése nem nulla, 1,2 V nagyságrendű. Ezért csökken a hatékonyság alacsony feszültségen.

Mint látható, a maximális hatásfok a bemeneti és a kimeneti feszültségek közötti 12 voltos különbséggel érhető el. Vagyis ha 12 V-tal kell csökkentenie a feszültséget, akkor a minimális energiamennyiség hőbe megy.

Mi a konverter hatékonysága? Ez egy olyan érték, amely az áramveszteségeket jellemzi - a Joule-Lenz törvény szerint teljesen nyitott nagy teljesítményű kulcson történő hőtermelésnél és a tranziensek során bekövetkező hasonló veszteségeknél - amikor a kulcs mondjuk csak félig nyitva van. Mindkét mechanizmus hatása nagyságrendileg összehasonlítható, ezért nem szabad megfeledkezni a veszteség mindkét módjáról. Kis mennyiségű energiát használnak fel magának az átalakító „agyának” a táplálására is.

Ideális esetben, amikor a feszültséget U1-ről U2-re alakítjuk és a kimeneti áram I2, a kimeneti teljesítmény P2 = U2*I2, a bemeneti teljesítmény ezzel egyenlő (ideális eset). Ez azt jelenti, hogy a bemeneti áram I1 = U2/U1*I2 lesz.

Esetünkben az átalakítás hatékonysága egység alatti, így az energia egy része a készülékben marad. Például η hatásfokkal a kimeneti teljesítmény P_out = η*P_in, a veszteségek pedig P_loss = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Természetesen az átalakító kénytelen lesz növelni a bemeneti áramot, hogy fenntartsa a megadott kimeneti áramot és feszültséget.

Feltételezhetjük, hogy 12V -> 5V és 1A kimeneti áram konvertálásakor a mikroáramkör vesztesége 1,3 watt, a bemeneti áram pedig 0,52A lesz. Mindenesetre ez jobb, mint bármely lineáris konverter, amely legalább 7 watt veszteséget ad, és 1 ampert fogyaszt a bemeneti hálózatból (beleértve ezt a haszontalan üzletet is) - kétszer annyit.

Az LM2577 chip működési frekvenciája egyébként háromszor alacsonyabb, hatékonysága pedig valamivel magasabb, mivel kisebb a veszteség a tranziensekben. Ennek azonban háromszorosa az induktor és a kimeneti kondenzátor névleges teljesítménye, ami extra pénzt és kártyaméretet jelent.

A kimeneti áram növelése

A mikroáramkör már meglehetősen nagy kimeneti árama ellenére néha még több áramra van szükség. Hogyan lehet kikerülni ebből a helyzetből?

1. Több konvertert is párhuzamosíthat. Természetesen pontosan ugyanarra a kimeneti feszültségre kell őket beállítani. Ebben az esetben a Visszacsatoló feszültség beállító áramkörben nem lehet egyszerű SMD ellenállásokat használni, vagy 1%-os pontosságú ellenállásokat kell használni, vagy manuálisan kell beállítani a feszültséget változó ellenállással.

Ha nincs bizalom kis feszültségeloszlásban, akkor jobb, ha a konvertereket egy kis sönt segítségével párhuzamosítjuk, néhány tíz milliohmos nagyságrendben. Ellenkező esetben a teljes terhelés a legnagyobb feszültségű konverter vállára esik, és előfordulhat, hogy nem tud megbirkózni. 2. Jó hűtés használható - nagy hűtőborda, nagy felületű többrétegű PCB. Ez lehetővé teszi [az áramerősség növelését] (/lm2596-tips-and-tricks/ "Az LM2596 használata eszközökben és a kártya bekötése") 4,5 A-ig. 3. Végül [kiveheti a nagy teljesítményű kulcsot] (#a7) a mikroáramkör házán kívül. Ez lehetővé teszi egy nagyon kis feszültségeséssel rendelkező térhatású tranzisztor használatát, és nagymértékben növeli a kimeneti áramot és a hatásfokot.

USB töltő LM2596-on

Nagyon kényelmes kemping USB töltőt készíthet. Ehhez a szabályozót 5 V-os feszültségre kell állítani, USB porttal kell ellátni, és árammal kell ellátni a töltőt. Egy Kínából vásárolt lítium-polimer akkumulátort használok, amely 5 amperórát ad le 11,1 V-on. Ez sok – elég is 8 alkalommal töltsön fel egy normál okostelefont (a hatékonyságot figyelmen kívül hagyva). A hatékonyságot figyelembe véve legalább 6-szor fog kiderülni.

Ne felejtse el rövidre zárni az USB-aljzat D+ és D- érintkezőit, hogy jelezze a telefonnak, hogy csatlakozik a töltőhöz, és az átvitt áram korlátlan. Enélkül az esemény nélkül a telefon úgy gondolja, hogy számítógéphez van csatlakoztatva, és 500 mA árammal tölti - nagyon hosszú ideig. Sőt, egy ilyen áram nem is kompenzálja a telefon áramfelvételét, és az akkumulátor egyáltalán nem töltődik.

Szivargyújtó aljzattal külön 12V-os bemenetet is biztosíthatunk az autóakkumulátorról - és valamilyen kapcsolóval kapcsolhatjuk a forrásokat. Azt tanácsolom, hogy szereljen be egy LED-et, amely jelzi, hogy a készülék be van kapcsolva, hogy ne felejtse el kikapcsolni az akkumulátort teljes töltés után - különben a konverter veszteségei néhány napon belül teljesen lemerítik a tartalék akkumulátort.

Egy ilyen akkumulátor nem nagyon alkalmas, mert nagy áramerősségre tervezték - megpróbálhat kevésbé nagy áramú akkumulátort találni, és kisebb és könnyebb lesz.

áramstabilizátor

Kimeneti áram beállítása

Csak konfigurálható kimeneti feszültségű változatban (LM2596ADJ) kapható. Egyébként a kínaiak is készítenek ilyen verziót a táblából, feszültség- és áramszabályozással, mindenféle jelzéssel - az LM2596-on kész áramstabilizátor modul rövidzárlatvédelemmel kapható xw026fr4 néven.

Ha nem szeretne kész modult használni, és saját maga szeretné elkészíteni ezt az áramkört - semmi bonyolult, egy kivétellel: a mikroáramkör nem képes áramot vezérelni, de hozzáadható. Elmagyarázom, hogyan kell csinálni, és elmagyarázom a trükkös pontokat az út során.

Alkalmazás

Az áramstabilizátor a nagy teljesítményű LED-ek táplálásához szükséges (mellesleg - a mikrokontroller projektem nagy teljesítményű LED meghajtó), lézerdiódák, galvanizálás, akkumulátor töltés. A feszültségstabilizátorokhoz hasonlóan kétféle ilyen eszköz létezik - lineáris és kapcsoló.

A klasszikus lineáris áramszabályozó az LM317, és a maga kategóriájában egész jó – de az 1,5A-es áramkorlátja sok nagy teljesítményű LED-hez nem elegendő. Még ha ezt a stabilizátort külső tranzisztor táplálja is, a rajta lévő veszteségek egyszerűen elfogadhatatlanok. Az egész világ hordót gördít a készenléti izzók fogyasztásán, és itt az LM317 30%-os hatásfokkal dolgozik, ez nem a mi módszerünk.

De mikroáramkörünk egy impulzusos feszültségátalakító kényelmes meghajtója, amely számos üzemmóddal rendelkezik. A veszteségek minimálisak, mivel a tranzisztorok lineáris üzemmódjait nem használják, csak kulcsfontosságúakat.

Eredetileg feszültségstabilizáló áramkörökhöz készült, de több elem áramszabályozóvá alakítja. Az tény, hogy a mikroáramkör teljes egészében a „Feedback” jelre támaszkodik visszacsatolásként, de hogy mit kell rá alkalmazni, az már a mi dolgunk.

A szabványos kapcsolóáramkörben erre a lábra egy rezisztív kimeneti feszültségosztóból jut feszültség. 1,2V egyensúlyi állapot, ha a visszacsatolás kisebb - a vezető növeli az impulzusok munkaciklusát, ha több - csökken. De erre a bemenetre feszültséget kapcsolhat az áramsöntről!

Shunt

Például 3A áramerősségnél 0,1 Ohm-nál nem nagyobb névleges értékű söntöt kell venni. Ilyen ellenállásnál ez az áram kb 1W-ot ad le, szóval ez sok. Jobb, ha három ilyen sönt párhuzamba állít, így 0,033 Ω ellenállást, 0,1 V feszültségesést és 0,3 W hőleadást kap.

A Feedback bemenet azonban 1,2 V-ot igényel - és nálunk csak 0,1 V. Irracionális nagyobb ellenállást beállítani (150-szer több hő szabadul fel), így marad valahogy ezt a feszültséget növelni. Ez műveleti erősítő segítségével történik.

Nem invertáló op-amp erősítő

A klasszikus séma, mi lehetne egyszerűbb?

Egyesülünk

Most kombináljuk a szokásos feszültségátalakító áramkört és egy LM358 op-amp erősítőt, aminek a bemenetére egy áramsöntet kötünk.

Egy erős 0,033 ohmos ellenállás a sönt. Három párhuzamosan kapcsolt 0,1 ohmos ellenállásból készülhet, és a megengedett teljesítménydisszipáció növelése érdekében - használjon SMD ellenállásokat a 1206-os csomagban, helyezze őket kis résre (nem közel) és próbáljon meg minél több rezet hagyni a körbe. ellenállások és alattuk. Egy kis kondenzátor csatlakozik a Feedback kimenethez, hogy kiküszöbölje a generátor üzemmódba való átállást.

Állítható áram és feszültség

Csatlakoztassuk mindkét jelet a Feedback bemenetre - áramot és feszültséget egyaránt. Ezeknek a jeleknek a kombinálásához a szokásos "AND" szerelési áramkört használjuk a diódákon. Ha az áramjel nagyobb, mint a feszültségjel, akkor ez dominál, és fordítva.

Néhány szó a séma alkalmazhatóságáról

A kimeneti feszültség nem állítható. Bár a kimeneti áramot és a feszültséget nem lehet egyszerre szabályozni - ezek arányosak egymással, "terhelési ellenállás" tényezővel. És ha a tápegység olyan forgatókönyvet valósít meg, mint „állandó kimeneti feszültség, de az áram túllépése esetén elkezdjük csökkenteni a feszültséget”, azaz. A CC/CV már töltő.

Az áramkör maximális tápfeszültsége 30 V, mivel az LM358 esetében ez a határérték. Ez a határ 40 V-ra (vagy 60 V-ra az LM2596-HV változatnál) kiterjeszthető, ha a műveleti erősítőt Zener dióda táplálja.

Az utóbbi változatban összegző diódaként diódaszerelvényt kell használni, mivel abban mindkét dióda ugyanazon a technológiai eljáráson belül és ugyanazon a szilícium lapkán készül. Paramétereik terjedése jóval kisebb lesz, mint az egyes diszkrét diódák paramétereinek terjedése - ennek köszönhetően nagy pontosságú követési értékeket kapunk.

Azt is gondosan figyelnie kell, hogy az op-amp áramköre ne legyen izgatott, és ne lépjen generálási módba. Ehhez próbálja csökkenteni az összes vezető hosszát, és különösen az LM2596 2. érintkezőjéhez csatlakoztatott vágányt. Ne helyezze a műveleti erősítőt ennek a sávnak a közelébe, hanem helyezze az SS36 diódát és a szűrőkondenzátort közelebb az LM2596 házhoz, és biztosítsa az ezekhez az elemekhez csatlakoztatott földhurok minimális területét - gondoskodni kell a minimális hosszról. a visszatérő áramút "LM2596 -> VD/C -> LM2596".

Az LM2596 alkalmazása eszközökben és a tábla önálló elrendezése

Részletesen beszéltem a mikroáramkör használatáról a készülékeimben, nem kész modul formájában egy másik cikk, amely tárgyalja a dióda kiválasztását, a kondenzátorokat, az induktivitás paramétereit, valamint szó esett a helyes bekötésről és néhány további trükkről is.

További fejlődési lehetőségek

Az LM2596 továbbfejlesztett analógjai

Ez után a chip után a legegyszerűbb, ha erre váltunk LM2678. Valójában ez ugyanaz a leléptető konverter, csak térhatású tranzisztorral, aminek köszönhetően a hatásfok 92%-ra emelkedik. Igaz, 5 helyett 7 lába van, és nem pin-to-pin kompatibilis. Ez a chip azonban nagyon hasonló, és egyszerű és kényelmes megoldás lesz, jobb hatékonysággal.

L5973D- egy meglehetősen régi mikroáramkör, amely akár 2,5 A-t biztosít, és valamivel magasabb hatásfokkal. Szintén majdnem kétszer akkora konverziós frekvenciával rendelkezik (250 kHz), ezért kisebb induktor- és kondenzátorértékekre van szükség. Viszont láttam, mi történik vele, ha közvetlenül az autóhálózatba helyezi – elég gyakran kiüti az interferenciát.

ST1S10- Nagy hatékonyságú (90%-os hatásfokú) DC-DC fokozatmentes átalakító.

• 5-6 külső alkatrészt igényel;

ST1S14- nagyfeszültségű (48 V-ig) vezérlő. A magas működési frekvencia (850 kHz), a kimeneti áram akár 4 A-ig, a jó teljesítmény, a nagy hatásfok (nem rosszabb, mint 85%) és a túláramvédelmi áramkör valószínűleg a legjobb átalakító a szerverek 36 V-os tápellátásához.

Ha a maximális hatékonyságra van szükség, akkor a nem integrált fokozatos DC-DC vezérlőkhöz kell fordulnia. Az integrált vezérlőkkel az a probléma, hogy nincsenek hideg teljesítménytranzisztorok – a tipikus csatornaellenállás nem haladja meg a 200 mOhm-ot. Ha azonban beépített tranzisztor nélküli vezérlőt veszünk, bármelyik tranzisztort választhatjuk, akár fél milliohmos csatornaellenállású AUIRFS8409-7P-t is.

DC-DC átalakítók külső tranzisztorral

Következő rész

A hálózat különböző zavarainak hatékony leküzdéséhez egyszerű áramstabilizátorokat kell használni. A modern gyártók az ilyen eszközök ipari gyártásával foglalkoznak, így minden modellt funkcionális és műszaki jellemzői különböztetnek meg. A háztartási iparban nincsenek nagy követelmények az áramstabilizátorokkal szemben, de a jó minőségű mérőberendezésekhez mindig stabil feszültségre van szükség.

Rövid leírás

A tapasztalt kézművesek jól tudják, hogy a legegyszerűbb áramkorlátozókat hagyományos ellenállások formájában mutatják be. Az ilyen aggregátumokat gyakran stabilizátoroknak nevezik., ami nem igaz, mivel nem képesek minden interferenciát eltávolítani, ha a bemeneti feszültség ingadozik. Ellenállás alkalmazása egy eszköz tápellátási áramkörében csak akkor lehetséges, ha a teljes bemeneti feszültség stabilizálódik.

Egy másik helyzetben még a legkisebb áramlökések is megnövekedett terhelésként érzékelhetők, ami negatívan befolyásolja az egész készülék működését. Az ellenállásos áramkorlátozók hatásfoka meglehetősen alacsony, mivel az általuk fogyasztott energia hő formájában disszipálódik.

Azok a tervek, amelyek lineáris stabilizátorok kész integrált áramkörei alapján készültek, magasabb hatásfokkal rendelkeznek. Az ilyen eszközök áramköreit minimális elemkészlet, könnyű konfigurálás és interferencia hiánya különbözteti meg. A szabályozóelem nemkívánatos túlmelegedésének elkerülése érdekében a bemeneti és a kimeneti feszültségek közötti különbségeket minimálisra kell csökkenteni. Ellenkező esetben a mikroáramköri csomag kénytelen lesz minden fel nem használt energiát elvezetni, ami többszörösen csökkenti a végső hatásfokot.

Az impulzusszélesség-modulációval rendelkező áramkörök a legnagyobb hatásfokkal rendelkeznek. Gyártásuk univerzális mikroáramkörök használatán alapul, ahol van visszacsatoló áramkör és speciális védőmechanizmusok, ami jelentősen növeli a teljes eszköz megbízhatóságát. Az impulzustranszformátor használata az áramkör megtartásához vezet, ami pozitívan befolyásolja a hatékonyságot és az élettartam időtartamát. Érdemes megjegyezni, hogy a kézművesek gyakran saját kezűleg készítenek ilyen stabilizátorokat, ehhez speciális alkatrészeket használnak.

Funkcionalitás

Csak az a mester, aki jól ismeri az aktuális stabilizátor működési elvét, képes hatékonyan használni ezt az eszközt különböző területeken. A fő nehézség az, hogy az elektromos hálózatok különféle interferenciákkal telítettek, amelyek hátrányosan befolyásolják a berendezések és eszközök teljesítményét. A negatív hatások forrásainak hatékony leküzdése érdekében a szakértők mindenhol feszültség- és áramstabilizátorokat használnak.

Ezen termékek mindegyike tartalmaz nélkülözhetetlen elem - transzformátor, amely biztosítja a teljes rendszer stabil és problémamentes működését. Még a legelemibb áramkör is szükségszerűen fel van szerelve egy univerzális egyenirányító híddal, amely különféle ellenállásokhoz, valamint kondenzátorokhoz csatlakozik. A fő teljesítményjellemzők közé tartozik az ellenállás határértéke és az egyéni kapacitás.

A képzett szakemberek megjegyzik, hogy egy egyszerű áramstabilizátor a legalapvetőbb séma szerint működik. A helyzet az, hogy az elektromos áramot a fő transzformátorhoz táplálják, ami miatt a korlátozó frekvenciája megváltozik. A bemeneten mindig egybeesik ezzel a jelzővel a hálózatban, 50 hertzen belül. Csak az aktuális átalakítás megtörténte után csökken a korlátozó frekvencia az optimális szintre.

Érdemes megjegyezni, hogy a hagyományos áramkörben vannak erős nagyfeszültségű egyenirányítók, amelyek segítenek meghatározni a feszültség polaritását. De a kondenzátorok részt vesznek az áram jó minőségű stabilizálásában, az ellenállások kiküszöbölik a meglévő interferenciát.

Egyszerű átalakító készítése LED-ekhez

A tapasztalt kézművesek egyetértenek abban, hogy nem olyan nehéz összeállítani egy jó minőségű és tartós stabilizátort. A fő jellemzője, hogy kisfeszültségű, 20 voltos kondenzátorok egész rendszere telepíthető az egységre, és egy impulzusos mikroáramkör bemenete akár 35 V. A legegyszerűbb barkácsolható LED stabilizátor az LM317 változat . Csak helyesen kell kiszámítania a használt LED ellenállását egy speciális online számológép segítségével.

Továbbra is fontos tény, hogy egy ilyen egység összehangolt működéséhez a praktikus étel nagyszerű:

• Normál egység 19 V-hoz laptopról.
• 24 V-nál.
• Erősebb 32 voltos egység hagyományos nyomtatótól.
• Vagy 9 vagy 12 volt valamilyen fogyasztói elektronikától.

Az ilyen konverter fő előnyei mindig a rendelkezésre állás, az elemek minimális száma, a nagyfokú megbízhatóság, valamint a boltokban való elérhetőség. Nagyon irracionális egy bonyolultabb áramkört egyedül összeállítani. Ha a mester nem rendelkezik a szükséges tapasztalattal, akkor jobb, ha kész impulzusáram-stabilizátort vásárol. Szükség esetén mindig javítható.

A LED fényerejének csökkenése nélküli élettartama az üzemmódtól függ. A legegyszerűbb stabilizátorok (meghajtók), mint például az LM317 stabilizátor chip fő előnye, hogy elég nehéz őket elégetni. Az LM317 kapcsolási rajza csak két részből áll: magára a mikroáramkörre, amely a stabilizációs módban van, és egy ellenállásra. Maga az összeszerelési folyamat több fő szakaszból áll:

1. 0,5 kOhm ellenállású változtatható ellenállást kell vásárolnia (három vezetékkel és egy beállító gombbal rendelkezik). Megrendelheti az interneten keresztül, vagy megvásárolhatja a Rádióamatőrnél.
2. A vezetékek a középső kapocshoz vannak forrasztva, valamint az egyik szélső csatlakozóhoz.
3. Az ellenállás mérési módban bekapcsolt multiméter segítségével megmérjük az ellenállás ellenállását. Maximum 500 ohm leolvasást kell elérni (hogy a LED ne égjen ki az ellenállás alacsony ellenállása mellett).
4. A csatlakozások helyességének gondos ellenőrzése után az áramkört a csatlakoztatás előtt össze kell szerelni.

Bármilyen készüléknél elérheti a 10 A-es tápellátást (alacsony ellenállással beállítva). Ebből a célból használhatja a KT825 tranzisztort, vagy telepíthet egy analógot jobb műszaki jellemzőkkel és hűtőrendszerrel. Az LM317 maximális teljesítménye 1,5 amper. Ha az áramerősség növelésére van szükség, akkor térhatású vagy közönséges tranzisztort lehet hozzáadni az áramkörhöz.

Univerzális állítható modell

Sok mester szembesül azzal, hogy jó minőségű stabilizátort kell használni, amely lehetővé teszi a hálózati beállítások széles tartományban történő elvégzését. Egyes modern áramköröket az a tény különbözteti meg, hogy csökkentett jellemzőkkel rendelkező árambeállító ellenállást biztosítanak. A szakértők maguk is megjegyzik, hogy egy ilyen eszköz lehetővé teszi a feszültség erősítését egy másik ellenállásban. Ezt az állapotot általában felerősített hibafeszültségnek nevezik.

A referencia- és hibafeszültségek paraméterei referencia-erősítő segítségével hasonlíthatók össze, melynek köszönhetően a mester állítja be a térhatású tranzisztor állapotát. Meg kell jegyezni, hogy egy ilyen áramkör további teljesítményt igényel, amelyet külön csatlakozóhoz kell ellátni. A helyzet az, hogy a tápfeszültségnek biztosítania kell az áramkör abszolút összes összetevőjének összehangolt működését. A megengedett szintet nem szabad túllépni, mivel ez tele van a berendezés idő előtti meghibásodásával.

Az állítható áramstabilizátor működésének helyes beállításához speciális csúszkát kell használnia. Ez a hangoló ellenállás, amely lehetővé teszi a master számára a maximális áramérték beállítását. A hálózat beállítása rugalmasabb, mivel az összes paraméter a működés intenzitásától függően egymástól függetlenül állítható.

Többfunkciós készülék

A 220 V-os LED-ek meghajtói átlagosan bonyolult gyártásúak, üzembe helyezésük sok időt vehet igénybe, ami beszerelési tapasztalatot igényel. Egy ilyen meghajtó kinyerhető LED-lámpákból, spotlámpákból és lámpatestekből hibás LED áramkörrel. Többségük módosítható is az átalakító vezérlő modell megtanulásával. A paramétereket általában egy vagy több ellenállás állítja be.

Az adatlapon látható a kívánt áram eléréséhez szükséges ellenállás szintje. Ha állítható ellenállást telepít, akkor az amperek száma állítható lesz (de a megadott névleges teljesítmény túllépése nélkül).

Egészen a közelmúltig az XL4015 univerzális modul nagyon népszerű volt. Jellemzői szerint nagy teljesítményű (100 wattig) LED-ek csatlakoztatására alkalmas. Tokjának standard változata a táblához van forrasztva, amely hűtőbordaként működik. Az XL4015 hűtésének javítása érdekében az áramkört módosítani kell a készülék dobozára szerelt hűtőbordával.

Sok felhasználó egyszerűen a tetejére helyezi, azonban egy ilyen telepítés hatékonysága meglehetősen alacsony. Kívánatos a hűtőrendszert a tábla aljára helyezni, szemben a mikroáramkör forrasztásával. Az optimális minőség érdekében kiforrasztható és hőpaszta segítségével teljes értékű hűtőbordára szerelhető. A vezetékeket meg kell hosszabbítani. A diódákhoz további hűtés szerelhető, ami jelentősen növeli a teljes áramkör hatékonyságát.

A meghajtók közül az állíthatót tartják a legsokoldalúbbnak. Ügyeljen arra, hogy telepítsen egy változó ellenállást, amely beállítja az amperek számát. Ezeket a jellemzőket általában a következő dokumentumok határozzák meg:

• A mikroáramkör mellékelt dokumentációjában.
• adatlapon.
• A szabványos kapcsolási rajzon.

A mikroáramkör további hűtése nélkül az ilyen eszközök 1-3 A-t képesek ellenállni (az impulzusszélesség-modulációs vezérlő modelljének megfelelően). Ezeknek a meghajtóknak a fő hátránya a dióda és az induktor túlzott melegítése. 3 A felett nagy teljesítményű dióda és vezérlő hűtésére lesz szükség. Az induktort egy alkalmasabbra cseréljük, vagy egy vastag vezetékkel visszatekerjük.

Nélkülözhetetlen egyenáramú eszköz

Még egy kezdő mester is tudja, mit az egység a kettős integráció elvén működik. Abszolút minden modellben a konverterek felelősek ezért a folyamatért. Az univerzális kétcsatornás tranzisztorok célja a meglévő dinamikus jellemzők növelése. Fontos megjegyezni, hogy a hőveszteségek kiküszöbölése érdekében nagy kapacitású kondenzátorokat kell használni.

Csak a szükséges érték pontos kiszámításával lehetséges a kijavítás mutatója. Amint a gyakorlat azt mutatja, ha 12 ampert kapunk egyenáramú kimeneti feszültséggel, akkor a határértéknek 5 V-nak kell lennie. A készülék képes lesz stabilan fenntartani a 30 Hz-es működési frekvenciát. Ami a küszöbfeszültséget illeti - minden a transzformátorból érkező jel blokkolásától függ. De az impulzusfront nem haladhatja meg a 2 µs-ot.

Csak a jó minőségű áramátalakítás teszi lehetővé a főtranzisztorok zavartalan működését. Ebben az áramkörben csak félvezető diódák megengedettek. Ha az ellenállások előtét, akkor ez nagy hőveszteséggel jár. Emiatt a szórási együttható jelentősen megnő. A mester láthatja, hogy a rezgések amplitúdója megnőtt, de az induktivitás folyamata nem történt meg.

A KREN alapú modern séma

Egy ilyen eszköz csak LM317 és KR142EN12 elemekkel működik stabilan. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy univerzális feszültségszabályozóként működnek, jól megbirkóznak az 1,5 A áramerősséggel és a 40 voltos kimeneti feszültséggel. A klasszikus termikus üzemmódban ezek az elemek akár 10 wattig kiváló minőségű teljesítményelvezetésre képesek. Magukat a mikroáramköröket alacsony saját fogyasztás jellemzi, mivel ez az érték csak 8 mA. A lényeg az, hogy ez a mutató változatlan marad, még akkor is, ha a feszültség ingadozik.

Külön figyelmet érdemel az LM317 mikroáramkör, amely képes állandó feszültséget tartani a főellenálláson. Ez az állandó ellenállású egység biztosítja a rajta áthaladó áram maximális stabilitását, ami miatt gyakran árambeállító ellenállásnak nevezik. A KREN modern stabilizátorai viszonylag egyszerűségükben különböznek a társaiktól, ezért aktívan használják akkumulátorok és elektronikus terhelések töltőjeként.

A ma számításba vett mikroáramkör egy állítható DC-DC feszültségátalakító, vagy egyszerűen egy lefelé állítható áramszabályozó, amely a bemeneten 40 V-ig, a kimeneten 1,2-35 V-ig terjed. Az LM2576 körülbelül 40-50 V DC bemeneti teljesítményt igényel. Mivel akár 3 amperes áramot is képes kezelni, az LM2576 kapcsolási szabályozóként működik, amely 3 amperes terhelést képes meghajtani minimális komponenssel és kis hűtőbordával. Az LM2576 chip ára körülbelül 140 rubel.

A stabilizátor sematikus diagramja

Áramkör jellemzői

• Szabályozott kimeneti feszültség 1,2 - 35 V és alacsony hullámosság
• Potenciométer a kimeneti feszültség egyenletes beállításához
• A tábla AC híd egyenirányítóval rendelkezik
• A bemeneti teljesítmény LED jelzése
• PCB méretei 70 x 63 mm

Az áramkör asztali tápegységekhez, akkumulátortöltőkhöz, LED-meghajtónak készült. További 2 változat - standard és sík formában:

Miért nem használhatók olyan egyszerű parametrikus stabilizátorok, mint az LM317 ilyen stabilizált tápegységekben? Mivel a disszipált teljesítmény 30 V 3 A feszültség mellett több tíz watt lesz - hatalmas radiátorra és hűtőre lesz szükség. De impulzusstabilizálással a mikroáramkörre leosztott teljesítmény majdnem 10-szer kisebb. Ezért az LM2576-tal egy kicsi és erős, univerzális állítható feszültségszabályozót kapunk.

Azt is ajánljuk

• Optimális szélgenerátor lapátok: típus, forma, anyagok és barkácsolási útmutató
• HF antennát építünk, útmutatót kezdő rádióamatőröknek
• Háztartási mikrohullámú tranzisztorok
• Házi készítésű ponthegesztés Egyszerű időzítő ponthegesztéshez
• Házi készítésű forrasztóállomások
• Mozgásérzékelő az MK PIC-en és PIR-érzékelő Infravörös mozgásérzékelő arduino