Линейный стабилизатор для лабораторного блока питания

Рейтинг пользователей: / 16
ХудшийЛучший 
Проекты - Электроника

Модульное проектированиеЕщё 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 и инвертирующий преобразователь.
  4. Сопротивление шунта датчика тока максимум 0.05 ом.

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

Принципиальная схема стабилизатора ЛБП

Чуточку пояснений для тех кто не понял:

Четыре операционных усилителя, A,B,C и D. U1: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 ИОН вышел 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 ИОН от дополнительного стабилизатора на . ОУ применён один из самых дешёвых и распространённых TL084 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 нога ОУ) 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=430ом, RV4=200ом, то Ку будет от 14 до 21 раз (при крайних положениях RV4). При выходном токе и шунте 0.05ом наши 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 ИОН запитан 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 U2 напряжение 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 С8 напрямую 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 достижения 2,5в придётся подождать 18мсек, при ёмкости 470мкФ потребуется уже 79мсек. Рекомундую С8 ставить минимум 470мкФ, а лучше побольше.

Вариант печатной платы:

PCB

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 +5в и 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.

Файлы для загрузки:
ФайлОписаниеРазмер файла
Скачать файл (LBP-3.rar)LBP-3.rarПечатная плата линейного стабилизатора ЛБП31 Kb
 Обсудить на форуме (7 комментариев).

Возможно, вас так же заинтересует:



Темы форума

Нет сообщений для показа

Комментарии
Статистика
Просмотров:
mod_vvisit_counterСегодня778
mod_vvisit_counterВчера4300
mod_vvisit_counterНа этой неделе20216
mod_vvisit_counterНа прошлой неделе24305
mod_vvisit_counterВ этом месяце95813
mod_vvisit_counterЗа все время16240716

Ваш IP: 54.167.253.186
 , 
24 Ноя. 2017