Важные характеристики линейного стабилизатора

November 13, 2011 by admin Комментировать »

На сегодняшний день в большинстве приложений достаточно маломощных, встроенных на плату линейных стабилизаторов, что легко обеспечивается с помощью интегральных схем трехполюсных стабилизаторов с высокой степенью интеграции. Тем не менее, некоторые приложения требуют либо выходного тока большей силы, либо большей функциональности, чем могут обеспечить трехполюсные стабилизаторы.

Существуют некоторые важные характеристики проекта, общие для обоих подходов, а также те, которые применимы только в неинтегрированных пользовательских разработках. Такие характеристики определяют граничные условия эксплуатации, которым будет соответствовать конечный проект, и наиболее актуальные из них должны быть рассчитаны для каждого проекта. К сожалению, многие инженеры этим пренебрегают и сталкиваются с проблемами во всем заданном рабочем диапазоне параметров изделия после его производства.

В качестве первой такой характеристики рассмотрим перепад напряжения (headroom voltage). Это — фактическое падение напряжения между входом и выходом в процессе работы. Данная характеристика рассматривается, в основном, на более поздних этапах процесса разработки, но ее следует учитывать сразу же, чтобы увидеть, будет ли линейный источник соответствовать потребностям системы. Во- первых, на падение напряжения приходится более 95% всех потерь мощности внутри линейного стабилизатора. Потерю мощности на перепаде напряжения можно найти из равенства

Если система не может справиться с теплом, образуемым этой потерей при своей специфицированной максимальной температуре окружающей среды, значит необходимо применить другой подход к проектированию. Указанная потеря определяет, насколько большим должен быть теплоотвод на проходном элементе линейного стабилизатора.

Быстрый оценочный термический анализ укажет проектировщику, будет ли у линейного стабилизатора достаточный тепловой запас, чтобы обеспечить потребности изделия при наивысшей специфицированной температуре окружающей среды. Такой термический анализ представлен в Приложении А.

Второй важной характеристикой является минимальное допустимое пропадание напряжения при конкретной топологии линейного стабилизатора. Данная величина представляет собой минимальный уровень перепада напряжения, который может выдержать линейный стабилизатор, ниже которого стабилизация нарушается. Она обусловлена только тем, как проходные транзисторы получают свой управляющий ток и напряжение смещения.

В типичном линейном стабилизаторе положительного напряжения используется мощный биполярный п-р-п-транзистор (рис. 2.2, а). Для того чтобы создать необходимое управляющее напряжение между базой и эмиттером проходного транзистора, оно должно быть получено из собственного напряжения между коллектором и эмиттером. Для проходных элементов типа п-р-п это — фактический минимальный перепад напряжения. Это означает, что перепад напряжения не может оказаться сколько-нибудь ниже, чем напряжение между базой и эмиттером (около 0,65 VDC) проходного n-p-n-элемента плюс падение на любом устройстве драйвера базы (транзисторы или резисторы). Для трехполюсных стабилизаторов (например, серии МС78хх) это напряжение составляет 1,8-2,5 VDC. В индивидуальных проектах, использующих для положительных выходов проходные п-р-п-транзисторы, уровень пропадания напряжения может быть выше.

Для приложений, в которых входное напряжение может приближаться к выходному ближе, чем на 1,8-2,5 VDC, рекомендуется стабилизатор с низким уровнем пропадания напряжения. В такой топологии используется управляющий р-п-р- транзистор, для которого напряжение между базой и эмиттером формируется из выходного напряжения, а не из перепада или входного напряжения (рис. 2.2, б). Благодаря этому уровень пропадания сигнала в стабилизаторе минимален — всего лишь 0,6 VDC. В такой схеме можно также использовать полевые МОП-транзисторы (metal-oxid-semiconductor field-effect transistor, MOSFET) с Р-каналом, сведя тем самым уровень пропадания напряжения практически к нулю.

Рис. 2.2. Влияние проходного элемента на уровень пропадания напряжения: а — элемент типа п-p-n; б— элемент типа p-ri-p (низкий уровень пропадания)

Пропадание напряжения становится вопросом управления, когда допускается падение уровня напряжения на входе линейного стабилизатора в процессе нормальной работы до значения, близкого к выходному напряжению. Если питание организовано от стационарного трансформатора переменного тока, то это проявляется в состояниях провала напряжения (минимальные уровни переменного напряжения). Стабилизатор с низким уровнем пропадания сигнала (например, серии LM29xx) работает даже при низком уровне входного переменного напряжения. Такие стабилизаторы также широко используются как пост-стабилизаторы на выходе импульсных источников питания. В импульсных стабилизаторах очень важен КПД, поэтому падение напряжения перепада должно быть сведено к минимуму. Так, стабилизатор с низким уровнем пропадания напряжения сберегает несколько ватт потерь по сравнению с обычными линейными п-р-п-стабилизаторами. Если в некотором приложении никогда не будет получен перепад напряжения менее 2,5 В, то лучше использовать стандартные линейные стабилизаторы (например, серии МС78хх).

Еще одной важной характеристикой является тип используемого проходного элемента. С точки зрения потерь на перепаде напряжений, нет совершенно никакой разницы, какой используется транзистор: мощный биполярный или полевой МОП. Различие заключается в схеме драйвера. При большом перепаде напряжения схема управления (обычно это заземленная цепь) должна извлекать ток на землю из входного или выходного напряжения. Для единственного биполярного проходного транзистора этот ток составляет

Эти потери на управление могут стать значительными. Для повышения эффективности усиления проходного элемента и, соответственно, уменьшения тока управления к проходному транзистору может быть добавлен управляющий транзистор, либо в качестве проходного элемента можно использовать мощный полевой МОП- транзистор, в котором постоянный ток управления намного меньше, чем в мощном биполярном транзисторе. К сожалению, для управления затвором в МОП-транзисторе требуется напряжение до 10 VDC, а это может резко повысить уровень пропадания напряжения. В подавляющем числе случаев применения линейных стабилизаторов, с точки зрения эффективности, есть лишь небольшая разница в функционировании между буферизованным проходным элементом и МОП-транзистором. Биполярные транзисторы менее дороги, чем мощные МОП-транзисторы, и менее склонны к колебаниям.

Линейные стабилизаторы — это уже сформированная технология и потому они обычно выражаются в интегрированных решениях, предоставляемых производителями полупроводников. Для удовлетворения потребностей приложений, выходящих за рамки этих интегрированных линейных стабилизаторов, обычно достаточно добавить к микросхеме несколько внешних компонентов. В то же время, может потребоваться полностью индивидуальный подход. Обзор таких подходов представлен в следующем разделе на примерах конкретных проектов.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты