Линейный стабилизатор напряжения

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» 
 

ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ 

КАФЕДРА ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ 
 

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

 «ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ» 

ТЕМА «ЛИНЕЙНЫЙ И ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ» 
 

Преподаватель Битюков В. К.

Студент Потрашков Д. И.

Группа  РС-1-08

                                                            
 

Москва 2011 

Содержание

      стр.

1. Импульсный лабораторный блок питания……………………………………………………...3
2. Линейный стабилизатор напряжения со сверхмалой просадкой……………………………...7
3. Список литературы ………………………………………………………………………………9

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Импульсный  лабораторный блок питания

      Предлагаемое устройство [1] стабилизирует напряжение питания нагрузки и ограничивает потребляемый ею ток, переходя в режим стабилизации тока. Импульсный режим работы обеспечивает высокий КПД в любых режимах работы. Устройство может выдерживать продолжительные замыкания выхода, служить источником тока для процессов электролиза, гальванопластики и других, для которых необходим стабильный или ограниченный ток, использовать для зарядки аккумуляторов почти всех типов. В радиолюбительской литературе опубликовано множество описаний лабораторных блоков питания. Предлагаемый источник отличается широкими функциональными возможностями, простотой, высоким КПД.  

       

    Рис.1 Функциональная схема импульсного блока питания

         Основа устройства - это понижающий стабилизатор напряжения с широтно-импульсным регулированием на коммутирующем транзисторе VT1. После накопительных элементов - дросселя L1 и конденсатора С1 - включены последовательно регулируемые линейные ограничитель тока DА1 и стабилизатор напряжения DA3. Диод VD1 обеспечивает протекание тока дросселя L1 в конденсатор С1 и нагрузку, когда закрыт коммутирующий транзистор VT1. Ток нагрузки ограничен сверху узлом DА1 от 10 мА до 5 А. Стабилизатор напряжения DA3 позволяет регулировать выходное напряжение от 0 до 30 В. Дифференциальные усилители DА2 и DА4 с коэффициентом усиления около пяти, контролируют падение напряжения на блоках DА1 и DA3. Когда хотя бы одно из них слишком велико, коммутирующий транзистор VT1 закрывается по сигналу широтно-импульсного регулятора DА5. Этим достигаются высокий КПД и стабилизация не только выходного напряжения, но и тока. Небольшая рассеиваемая мощность на регулирующих элементах повышает надежность устройства, позволяет снизить его массу и габариты за счет уменьшения размеров теплоотводов по сравнению с линейным регулированием.

Рис.2 Принципиальная схема понижающего стабилизатора напряжения.

      Компоненты VT4, VD5, L1, С8 соответствуют VT1, VD1, L1, С1 на рис. 1. На элементах VT1-VT3, С1, VD3, HL1, R3..R8 собран широтно-импульсный регулятор DА5. Ограничитель тока DА1 собран по схеме стабилизатора тока на транзисторах VT6 и VT7, диодах VD6-VD10 и резисторах R10..R20, один из которых подключается переключателем SA2. Регулируемый стабилизатор напряжения DA3 собран на микросхеме DA4. Дифференциальный усилитель DА2 (см. рис. 1) - высоковольтный ОУ КР1408УД1 (DA3) с резисторами R21, R23, R25, R26. Аналогичный дифференциальный усилитель DА4, DA5, R28, R31.R33, R34. Пониженное до 30В трансформатором Т1 сетевое напряжение с обмотки II выпрямляет диодный мост VD4 и сглаживает конденсатор С4. Это напряжение (около 40 В) - входное для импульсного стабилизатора. Резистор R1 и стабилитрон VD1 образуют параметрический стабилизатор напряжения питания задающего генератора, выполненного на однопереходном транзисторе VT2. Транзистор VT3 - усилитель тока задающего генератора. Выбор транзистора КТ825Г в качестве коммутирующего (VT4) обусловлен его высокой надежностью и широкой доступностью. Частота генерации 40 кГц выбрана в соответствии с частотными свойствами транзистора КТ825Г. На резисторе R2 и светодиоде HL1 собран параметрический стабилизатор напряжения около 2 В для фиксации уровня напряжения на эмиттере регулирующего транзистора VT1. Диод VD3 препятствует подаче обратного напряжения на эмиттерный переход этого транзистора. Открываясь, коммутирующий транзистор VT4 подключает дроссель L1 к выходу выпрямителя на диодном мосте VD4. Протекающим через дроссель L1 током заряжается накопительный конденсатор С8. Изменяя напряжение на базе транзистора VT1, можно регулировать ширину импульсов, открывающих транзистор VT4, и соответственно напряжение на накопительном конденсаторе С8. Ограничитель тока А1 выполнен на дискретных элементах. Отказ от использования микросхемы LT1084 обусловлен ее недостаточно высоким максимальным входным напряжением (37 В). Кроме того, применение дискретных элементов увеличивает КПД. Падение напряжения на токозадающем резисторе интегрального стабилизатора равно 1,25 В, при токе 5 А на этом резисторе рассеивается мощность 6,25 Вт. В примененном ограничителе тока падение напряжения на токозадающем резисторе UR равно разности падения напряжения на диодной цепи VD6...VD10 и напряжения база-эмиттер составного транзистора VT6VT7. В данном случае UR примерно равно 0,6 В. Мощность, рассеиваемая на резисторе R20 (на пределе 5 А), примерно равна 3 Вт. Сопротивление токозадающего резистора R рассчитывают по формуле R=UR/I, где I - требуемый ток ограничения.

     В [1] реализованы 11 пределов ограничения тока: 10, 50, 100, 250, 500, 750 мА; 1, 2, 3, 4, 5 А. Им соответствуют резисторы R10..R20. Поскольку напряжение на конденсаторе С8 изменяется в широких пределах, ток через стабистор, составленный из диодов VD6...VD10, определяет стабилизатор на транзисторе VT5 и светодиоде HL2. Резистором R22 в цепи эмиттера транзистора VT5 устанавливают ток через цепь VD6…VD10 в пределах 10...12 мА. Регулируемый стабилизатор напряжения A3 выполнен на микросхеме DA4. Диоды VD13, VD14 способствуют повышению его надежности. Через эти диоды при отключении блока питания от сети разряжаются конденсаторы С12 и С13, устраняющие самовозбуждение стабилизатора. Для получения нулевого выходного напряжения в цепь управляющего электрода через делитель R27R30 подано напряжение отрицательной полярности от стабилизатора DA2. Выпрямитель на диодном мосте VD2 и интегральных стабилизаторах DA1, DA2 питает также цифровой вольтметр на микросхеме КР572ПВ2А, собранный по типовой схеме. Выходные сигналы операционных усилителей DA3 и DA5 через диоды VD11 и VD12 поступают на общую нагрузку - резисторный делитель R3,R4. Светодиод HL3 выведен на лицевую панель и сигнализирует о переходе блока питания в режим ограничения стабилизации тока. Увеличение падения напряжения на ограничителе тока или стабилизаторе напряжения вызывает рост напряжения на резисторе R4. Когда оно превысит пороговое значение (около 3 В), откроется транзистор VT1, укорачивая импульсы генератора на транзисторе VT2.

     Подбором резистора R30 устанавливают нулевое выходное напряжение на выходе блока питания при нижнем по схеме положении движка переменного резистора R29, а подбором резистора R32 - напряжение 30 В при верхнем по схеме положении движка R29. Подключают вольтметр к выводам 2 и 3 стабилизатора DA4 и подбором резистора R4 устанавливают напряжение 1,5 В. На время налаживания возможно применение подстроечных резисторов. Но их использование для постоянной эксплуатации не рекомендуется из-за нестабильности сопротивления подвижной контактной системы. Затем подключают к выходным клеммам нагрузку через амперметр. Изменяя резистором R29 выходное напряжение, по амперметру и встроенному вольтметру контролируют выходные параметры. На слаботочных пределах из-за наличия токов управления стабилизатора DA4 потребуется корректировка сопротивления резисторов R10..R12 по сравнению с расчетным. По включению светодиода HL3 необходимо проверить ограничение тока и его стабильность на всех пределах. Предлагаемый лабораторный блок питания очень удобен в работе, в том числе для зарядки аккумуляторов и батарей - от 7Д-0.1 до стартерных автомобильных. По встроенному цифровому вольтметру устанавливают конечное напряжение зарядки, переключателем SA2 выбирают необходимый ток зарядки и подключают аккумулятор (батарею). Зарядка идет стабильным током, при достижении заданного напряжения на аккумуляторе зарядка прекращается.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Линейный стабилизатор  напряжения со  сверхмалой просадкой

    Схема базируется на полевом транзисторе и имеет просадку напряжения 60 мВ на 1 А. При использовании улучшенного полевого транзистора с низким сопротивлением сток-исток в открытом состоянии просадку можно сделать еще меньше. Устройство на рис.3 использует двухполярное питание +/- 15 В относительно средней точки от трансформатора с раздельной вторичной обмоткой и n-канальный полевой транзистор IRF540, что позволяет получить постоянное регулируемое напряжение до 12 В при максимальном токе и при входном напряжении 12,1 В. Требуемое напряжение затвора полевого транзистора генерируется с использованием удвоителя напряжения на диодах D1..D2 и конденсаторах С1 и С4. Чтобы полностью открыть полевой транзистор, напряжение затвора должно быть более чем на 10 В выше напряжения на выходе выпрямителя. 

 

Рис. 3 Линейный стабилизатор напряжения со сверхмалой просадкой 

Рис. 4 Схема стабилизатора при униполярном входном напряжении.

Удвоитель напряжения дает этот уровень, подавая  его на затвор через резистор R2. Управляемый  полупроводниковый шунт TL431 (IC2) используется здесь как усилитель сигнала  ошибки, и позволяет регулировать напряжение на выходе. С хорошим  теплоотводом на полевом транзисторе, схема позволяет получать до 3 А  на выходе при минимальной просадке напряжения. Потенциометр VR1 в устройстве используется для точной подстройки выходного напряжения. Комбинация конденсатора C5 и резистора R2 обеспечивает компенсацию  усиления сигнала ошибки. Схема имеет  защиту от коротких замыканий, защищающую компоненты от перегорания при случайном  замыкании на выходе. При нормальных условиях напряжение на конденсаторе C3 будет 6,3 В и диод D5 будет заперт обратным напряжением 12 В на выходе схемы. Однако, при коротком замыкании  на выходе, выходное напряжение быстро просаживается, диод D5 начинает проводить  через вход тиристорной оптопары MOC3011 (IC1), что приводит к сбросу напряжения с затвора на землю и ограничивает выходной ток. Устройство будет заблокировано  в этом состоянии, и для сброса схемы нужно выключить входное  питание. На Рис. 2 показана похожая  схема. Она может быть использована, когда стабилизатор должен работать от униполярного входного напряжения. Напряжение затвора здесь создается  с использованием таймера 555, заряжающего  подпитывающую емкость через  диод D1 до значения входного напряжения. Следующую половину цикла, когда  выход таймера имеет высокий  уровень, конденсатор C3 получит удвоенное  относительно входного напряжение. В  остальном, работа устройства подобна работе указанного на Рис. 3. Эти устройства помогут обеспечить требуемое выходное напряжение при использовании пониженного входного при разработке новых схем или для усовершенствования имеющихся. Для еще большего снижения напряжения просадки полевые транзисторы могут включаться параллельно. 
 

3. Литература 

1. Мороз К. Импульсный лабораторный блок питания. Радио, 2008, №4, с.34.

               [http://www.radiosait.ru/page_2180.html]

2. Фомин М. Линейный стабилизатор напряжения со сверхмалой просадкой

               [http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=54608]