РЕГУЛЯТОРЫ И СТАБИЛИЗАТОРЫ НА МИКРОСХЕМАХ В УСТРОЙСТВАХ НА МИКРОСХЕМАХ

June 9, 2014 by admin Комментировать »

Регуляторы тока и напряжения, а также стабилизаторы являют собой представительный класс микросхем, предназначенных, как это следует из самого названия, для плавной регулировки и/или стабилизации выходного напряжения или тока при подаче на вход устройства нестабилизи- рованного напряжения или тока. Современные микросхемы регуляторов и стабилизаторов отличаются малым падением напряжения на регулирующем элементе, соответственно, малой рассеиваемой мощностью, высоким КПД и малыми размерами.

Информация об устройствах подобного назначения подробно рассмотрена в [26.1, 26.2], по этой причине далее будут рассмотрены схемные решения, относящиеся к тематике аналоговых микросхем, не вошедшие в указанные источники. Обратитесь к этим книгам автора настоящего издания.

Стабилизаторы напряжения серии LR8, LR12 фирмы Suptertex inc выполнены в корпусах ТО-92, ТО-243АА, ТО-252 и SO-8, рис. 26.1 [26.3]. Они имеют три вывода: 1 — вход; 2 — выход; 3 — общий.

Примечание.

Рис. 26.1. Схема корпусов и цоколевка микросхем серии LR8 (ТО-92, ТО-243АА, ТО-252), LR12 (ТО-92, ТО-252, SO-8)

Уникальность этих микросхем в том, что они могут работать в широком диапазоне питающих (входных) напряжений: микросхема LR8 от 12 до 450 (в пределе 480) В; LR12 — от 13,2 до 100 (в пределе 120) В.

Внутреннее строение микросхем серии LR8, LR12 показано на рис. 26.2.

Типовые схемы включения микросхем серии LR8, LR12 приведены на рис. 26.3. Защитный диод VD1 используют в тех случаях, когда есть вероятность, что напряжение на выходе стабилизатора по какой-либо причине превысит входное напряжение. Такая ситуация возможна при отключении источника питающего напряжения, если стабилизатор нагружен на конденсатор большой емкости.

Рис. 26.4. Схема стабилизатора напряжения с выходным напряжением 5 В на микросхеме LR8

Выходное напряжение стабилизаторов на микросхемах серии LR8y LR12 можно регулировать в широких пределах, если принудительно сместить напряжение на общем выводе микросхемы относительно общего провода, рис. 26.4.

Формула для расчета выходного напряжения (В) при варьировании номиналов резистивного делителя — формирователя напряжения подпитки, приведена на рисунке. Множитель 0,01 формулы учитывает ток утечки через общий вывод микросхемы (0,01 мА — среднее значение или 0,005—0,015 мА — фактическое).

Стабилизированное минимальное выходное напряжение для микросхемы LR8 — 1,2 Ву максимальное, при Rl=2,4 кОм; R2=782 кОму — 400 В. Максимальный выходной ток при разности напряжений вход-выход до 10 В — 30 мА (для LR12 — 100 мА при Δ17=12 В); при разности 450 В — 0,5 мА (для LR12 — 0,5 мА при ΔΙΙ=100 В). Минимальный выходной ток при варьировании сопротивления нагрузки — 0,3—0,5 мА. Минимальная емкость на выходе стабилизатора — 1 мкФ. Максимальная рассеиваемая микросхемой LR8 мощность при температуре окружающей среды 25 °С: 0,74 Вт (корпус ТО-92); 1,6 Вт (ТО-243АА) и 2,5 Вт (ТО-252). Для микросхемы LR12 — 0,6 Вт (корпус ТО-92); 1,8 Вт (SO-8) и 2,0 Вт (ТО-252).

Пример использования микросхем серии LR8, LR12 в качестве стабилизаторов тока приведен на рис. 26.5 и рис. 26.6. Так, на рис. 26.6, а, показана схема стабилизации тока, протекающего через светодиод, а на рис. 26.6, б, — схема зарядного устройства. При использовании микросхемы LR12 диапазон питающих напряжений, рис. 26.4—26.6, сужается до 17—100 В.

Регулируемые стабилизаторы LM117/LM217/LM317 фирм National Semiconductor и Motorola обеспечивают ток нагрузки до 1,5 А в диапазоне выходных напряжений от 1,2 до 37 В [26.4]. Так, например, стабилизатор LM317L (отечественный аналог КР1157ЕН1) обеспечивает ток нагрузки 100 мА.

Включаются эти микросхемы по типовым схемам, приведенным выше для микросхем серии LR8, LR12, однако работают в более узком диапазоне питающих напряжений и имеют иную цоколевку и корпус.

Универсальное зарядное устройство для заряда NiCd/NiMH-элементов (рис. 26.7) содержит стабилизатор зарядного тока на микросхеме DA1 LM317T и индикатор процесса заряда со светодиодной индикацией [26.5].

Совет.

Рис. 26.7. Схема зарядного устройства для NiCd/NiMH- элементов

Предполагается, что величина зарядного тока должна быть таковой, чтобы аккумулятор мог набрать номинальный заряд за 10 ч. На практике время заряда рекомендуется завысить на 20—40 %. Так, для аккумуляторов емкостью 1500—1800 мА-ч при зарядном токе 150—180 мА минимальное время заряда должно быть 10 ч.

Номинал резистора R1 задает ток через стабилизатор тока (180 мА). При необходимости задать иное значение тока номинал этого резистора следует пропорционально изменить или использовать набор коммутируемых резисторов.

В качестве HL1 использован слаботочный светодиод, который способен ярко светиться при токе 2 мА. Этот элемент (вместе с транзистором VT1 и резистором R2) не является необходимым, но обеспечивает визуальную индикацию окончания процесса заряда.

Напряжение питания зарядного устройства должно составлять сумму падения напряжения на последовательно включенных аккумуляторах, плюс падение напряжения на стабилизаторе зарядного тока (3 В). Так, для одного заряжаемого элемента этот напряжение равно 4,5 В; для четырех элементов — 9 В.

Совет.

Микросхему DA 1 LM317Т следует установить на небольшой радиатор.

Генератор стабильного тока, выполненный по схеме, представленной на рис. 26.8 [26.6], позволяет обеспечить постоянный ток для зарядки никель-кадмиевых или никель-металлгидридных аккумуляторов.

Величина зарядного тока определяется номиналом резисторов R1—R3 и при необходимости может быть откорректирована. Величину зарядного тока для каждой из зарядных цепей можно определить из выражения I=1,35/R1 (или R2, R3). Так, для Rl=22 Ом 1=60 мА; для R2=12 Ом 1=113 мА; R3=270 Ом 1=5 мА.

Рис. 26.8. Схема универсального устройства для зарядки NiCd и NiMH аккумуляторов стабилизированным током

Заменитель батареи типоразмера 6F22 («Крона»), выполненный в тех же габаритах, может быть изготовлен по схеме, представленной на рис. 26.9 [26.7].

Рис. 26.9. Схема преобразователя напряжения на выходное напряжение 9 Вс накопительным конденсатором сверхбольшой емкости

Примечание.

«Изюминкой» схемы является то, что в ней использован конденсатор сверхбольшой емкости — ЮФна рабочее напряжение 2,3 В. Этот конденсатор, в отличие от аккумуляторных батарей, можно заряжать практически мгновенно, разряжать столь же большим током. Кроме того, конденсаторы не обладают эффектом памяти, свойственным многим аккумуляторам — когда аккумулятор «запоминает» неоптимальные состояния зарядки/разрядки и прогрессирующе необратимо теряет емкость.

Конденсатор сверхбольшой емкости имеет и ощутимый недостаток: его рабочее напряжение 2,3 В невелико для используемого в данной схеме. Превышение этого напряжения приводит к повреждению дорогостоящего конденсатора. В этой связи питание накопителя энергии — конденсатора сверхбольшой емкости С1 осуществляется от стабилизатора напряжения на микросхеме DAI LM317T. Зато питать устройство можно от любого источника напряжением от 4 до 12 В. Микросхема DA1 LM317T может обеспечить при наличии теплоотвода выходной ток до 1 А, что позволяет зарядить конденсатор С1 за 20 с.

Выходное напряжение со стабилизатора подается на преобразователь напряжения, выполненный на транзисторах VT1—VT3. Последний из них — VT3, работает в качестве стабилитрона: его обратносмещенный переход эмиттер-база пробивается при напряжении 8 В. Аналогичный процесс наблюдается и в отечественных транзисторах типа КТ315, см. также [26.1].

Выходное напряжение преобразователя — 9 В. Переключателем конденсатор С1 может быть отключен от схемы без существенного ухудшения работы устройства. В то же время, при включенном накопителе энергии — конденсаторе сверхбольшой емкости преобразователь приобретает свойство источника бесперебойного питания: его работоспособность сохраняется 10—20 мин после отключения основного источ-

Рис. 26.14. Схема регулятора напряжения на микросхеме LM723 с выходным напряжением 2—7 В

Рис. 26.10. Цоколевка микросхемы LM723J/883, LM723CN

Рис. 26.11. Цоколевка микросхемы LM723H, LM723H/883, LM723CH

Рис, 26,12, Цоколевка микросхемы LM723E/883

Рис. 26.13. Эквивалентная схема микросхемы LM723

ника питания при выходном токе 50 мА. При выходном токе 8,5 мА преобразователь имеет КПД 63 %.

Широко распространенные микросхемы серии LM723 предназначены для стабилизации и регулировки выходного напряжения маломощных потребителей [26.4].

Эти микросхемы выпускают в различных корпусах, вид которых приведен на рис. 26.10—26.12.

Эквивалентная схема микросхем серии LM723 показана на рис. 26.13.

Типовая схема включения микросхемы LM723, используемой в качестве регулятора напряжения, приведена на рис. 26.14.

В случае, если от стабилизатора-регулятора напряжения на микросхеме LM723 потребуется обеспечить повышенное выходное напряжение, используют иную схему включения, представленную на рис. 26.15.

Рис. 26.17. Схема регулятора напряжения на микросхеме LM723 с повышенной нагрузочной способностью

Рис. 26.18. Вариант схемы регулятора напряжения на микросхеме LM723 с повышенной нагрузочной способностью

Микросхему LM723 можно использовать и для получения отрицательного относительно общего провода напряжения, используя источник питания отрицательной полярности и схему включения, представленную на рис. 26.16.

Для того, чтобы обеспечить повышенный выходной ток стабилизатора- регулятора напряжения на микросхеме LM723, используют дополнительный выходной транзистор VT1, установленный на радиатор, рис. 26.17 и рис. 26.18.

Для того, чтобы обеспечить надежную работу схемы стабилизатора-регулятора, используют схему защиты от перегрузки по току, рис. 26.19. В качестве датчика тока используют резистор Rsc.

Варианты схем регуляторов напряжения с повышенной нагрузочной способностью с использованием микросхемы LM723 и мощного выходного транзистора приведены на рис. 26.20 и рис. 26.21. Схема (рис. 26.21) предназначена для получения отрицательного (относительно общей шины) выходного напряжения.

На основе микросхемы LM723 возможно создание стабилизаторов/регу-

Рис. 26.21. Схема регулятора напряжения отрицательной полярности на микросхеме LM723 с повышенной нагрузочной способностью

ляторов не только последовательного, но и параллельного типа, схема которого приведена на рис. 26.22.

Работой микросхем LM723 (их включением/отключением) можно управлять при помощи подачи на вход управляющего транзистора VT1 напряжения с логическим уровнем 1/0, рис. 26.23.

Регулируемый стабилизатор напряжения (рис. 26.24) собран с применением специализированной микросхемы-усилителя типа TDA2030, обычно используемой в выходных каскадах УНЧ [26.8].

Примечание.

Эта микросхема имеет положительное свойство: в ней предусмотрена защита как от перегрева, так и от короткого замыкания выходных цепей. Выходное напряжение можно регулировать от почти нулевых значений до близких к напряжению питания.

Совет.

При выходном токе свыше 1А микросхему DA2 следует установить на радиатор.

Рис. 26.24. Схема регулируемого стабилизатора напряжения на микросхеме TDA2030 с выходным током до ЗА

К числу современных регуляторов с очень низким падением напряжения можно отнести КМОП-микросхему серии NCP694 (ON Semiconductor). Это регулятор напряжения с термозащитой, выходным током до 1 Л и напряжением на выходе ниже 1,2 В при уровне входного напряжения 1,4—6,0 В. Нестабильность выходного напряжения не превышает 3 мВ. Падение напряжения на микросхеме при подаваемом на нее напряжении 3,3 В и выходном токе 0,3 А составляет всего 50 мВ (при токе 1 А — 180 мВ). Предусмотрен перевод работы устройства в «спящий» режим, что существенно (с 60 до 0,1 мкА) снижает ток собственного потребления. Микросхема выпускается в миниатюрных корпусах HSON-6 и SOT89.

Быстродействующие стабилизаторы ХС6602/ХС6603/ХС6604 с нижним пределом входного напряжения 0,5 В были разработаны фирмой Тогех Semiconductor LTD, Япония [26.9]. Подачей внешнего напряжения от 2,5 до 6,0 В на вывод VBIAS микросхем ХС6603/ХС6604 интервал допустимых входных напряжений снижается до 0,5—3,0 В. При напряжении на выходе 1,2 В, напряжении смещения 3,3 В и токе нагрузки 1 А на микросхеме падает всего 162 мВ. В составе серии с шагом 0,1 В выпускаются стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением от 0,5 до 1,8 В.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.

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