Содержание
Простой регулируемый блок питания 0,8-34 В, до 10 А на LM317 с транзистором, схема, пояснение работы. « ЭлектроХобби
В этой статье предлагаю разобрать весьма неплохой регулируемый трансформаторный блок питания, линейный стабилизатор которого собран на базе микросхемы LM317. Данный блок питания, при использовании именно таких электронных компонентов, что нарисованы на схеме, способен обеспечить максимальное выходное напряжение до 34.5 вольт. Это напряжение ограничено самой микросхемой линейного стабилизатора напряжения, а именно максимальное выходное напряжение на LM137 это 36 вольт, ну и минус около 0,6-1.5 вольта, которые осядут на база-эмиттерном переходе транзистора. Максимальный ток у блока питания может быть до 10 ампер, но при определенных условиях, о которых будет сказано ниже в этой статье. Коэффициент пульсаций у этого БП равен где-то 0,1%.
Перечень электронных компонентов, что используются в этой схеме:
Tr1 — трансформатор на 26 вольт и выходной ток до 10 ампер (280 Вт и более)
VD1 — диоды или мост на ток более 10 А и обратное напряжение более 40 В
D1 — микросхема линейного стабилизатора типа LM317, LM338, LM350
VT1 — биполярный транзистор типа КТ819, КТ829 и аналогичные
R1 — 5 кОм
R2, R3 — 240 Ом
R4 — 3-10 кОм
R * — от 1 кОм до 5 кОм подбирается под нужное выходное напряжение
C1 — 5000-10000 мкф и напряжение больше рабочего напряжения
C2 — 10 мкф
C3 — 470 мкф
Сразу стоит заметить для новичков, что это блок питания с линейным стабилизатором напряжения.
То есть, при регулировке выходного напряжения все лишнее напряжение просто преобразуется в тепло. Оно оседает на регулируемых силовых компонентах, а именно на микросхеме стабилизатора D1 и силовом биполярном транзисторе VT1. И именно транзистор берет на себя всю лишнюю электрическую энергию и преобразует его просто в тепло, через собственный нагрев корпуса. А это значит, что чем больше тока будет потреблять нагрузка и чем меньше напряжения мы установим на выходе данного блока питания, тем меньше КПД будет этого блока питания. При минимальном напряжении на выходе и максимальном токе этот блок питания становится больше похож на электрический обогреватель. Причем в этом режиме он менее всего экономичен. К сожалению это проблема абсолютно всех линейных стабилизаторов.
Но эту проблему в значительной степени можно исправить если использовать трансформатор с несколькими выходными обмотками. То есть, мы от вторичной обмотки делаем выводы с шагом допустим 5 вольт. Находим подходящий переключатель, который нам будет подключать нужный вывод вторичной обмотки с наиболее подходящим напряжением, что мы будем использовать в конкретном случае, для конкретной нагрузки.
Такой вариант переключения напряжений, что далее подается на схему стабилизатора напряжения, делает схему блока питания гораздо экономичнее, значительно повышая ее общий коэффициент полезного действия.
Теперь что касается самих рабочих компонентов этой схемы. Чтобы на выходе получить максимальное напряжение до 34.5 вольт и силу тока до 10 ампер понадобится силовой трансформатор мощностью не менее 280 Вт. Почему именно такая минимальная мощность должна быть у трансформатора. Дело в том, что максимальное входное напряжение для микросхемы D1 (LM317) 37 вольт. Но стоит учесть, что это амплитудное значение напряжения, которое будет у нас на выходе диодного моста при наличии сглаживающего конденсатора C1. Как известно, напряжение на выходе трансформатора имеет действующее значение, которое в 1,41 раза меньше амплитудного. То есть, мы 37 вольт делим на 1,41 и получаем около 26 вольт действующего напряжение, которое должна обеспечить нам вторичная обмотка имеющегося трансформатора. Следовательно, 26 вольт умножаем на 10 ампер и получаем мощность 260 Вт, ну и добавим небольшой запас по мощности с учетом различных потерь.
И в итоге нам и нужен трансформатор с мощностью не менее 280 Вт. Ну, и как я ранее заметил, хорошо, чтобы он имел отводы от вторичной обмотки с шагом примерно 3-5 вольт, для повышения КПД этой схемы блока питания. Трансформатор лучше использовать тороидальный, он более эффективный, чем другие типы.
Поскольку мы будем работать с током до 10 ампер, то диодный пост также нужен с прямым током не менее 10 А, а лучше брать с запасом где-то 15-20 А. В схеме сглаживающий конденсатор C1 имеет емкость 5000 мкф, хотя лучше все же поставить микрофарад так на 10 000, сглаживание импульсов будет только лучше. Его напряжение должно быть более 35 вольт.
В схеме использована микросхема типа LM317, максимальный ток которой равен 1,5 ампер (если это оригинал, а не Китайская копия). Если у вас есть аналогичные микросхемы стабилизаторов напряжения типа LM338, LM350, рассчитанные на больший ток, то можно в схему поставить и их. Поскольку LM317 может выдержать ток всего лишь до 1,5 А, а мы планируем работать с током до 10 А, то в схему добавлен усилитель тока в виде биполярного транзистора КТ819 или КТ829 (составной).
Чтобы убрать дополнительные пульсации напряжения, возникающие на выходе транзистора, в схеме предусмотрена отрицательная обратная связь в виде резистора R3. Именно этот резистор дает сигнал микросхеме, которая делает работу транзистора более стабильной. Резисторы R1 и R2 нужны для нормальной работы самой микросхемы линейного стабилизатора LM317. Напряжение на выходе задается сопротивлением R1. Резистор R4 служит небольшой нагрузкой на выходе блока питания, и также он способствует разряду выходного конденсатора после выключения схемы.
На схеме параллельно резистору R1 можно увидеть еще один резистор, отмеченный звездочкой. Он нужен, чтобы убрать с регулирующего напряжения резистора R1 так называемую мертвую зону. То есть, при работе с более низкими напряжениями (если вы сделаете блок питания на другое, более низкое напряжение) сопротивления резистора в 5 кОм будет много, и на нем появляется участок, при котором напряжение никак не меняется на выходе блока питания. Следовательно, поставив параллельно регулируемому резистору еще одни резистор с подходящим сопротивлением мы уменьшаем его величину и убираем эту самую мертвую зону.
В целом схема полностью рабочая и вполне способна выдавать ток до 10 ампер при условии, что вы будете использовать трансформатор, у которого будут дополнительные отводы на вторичной обмотке. Это нужно, чтобы уменьшить выделение тепла на биполярном транзисторе до минимума. Если же вы попытаетесь делать регулировку выходного напряжения только за счет транзистора, то даже его максимального рабочего тока не хватит, чтобы нормально рассеять все тепло, что на нем оседает. В этом случае он просто у вас сгорит. Чтобы облегчить нормальную работу биполярного транзистора параллельно ему можно поставить еще несколько штук таких же транзисторов, что распределит выделяемое тепло уже по нескольким элементам. Ну, и обязательно, как микросхема стабилизатора LM317, так и транзистор КТ819 должны быть установлены на радиатор с подходящими размерами. Включать схему без охлаждающего радиатора не рекомендуется, поскольку силовые элементы очень быстро выйдут из строя из-за перегрева.
Если собрать эту схему с учетом всех замечаний и рекомендаций, что были в этой статье, то данный лабораторный блок питания с регулировкой выходного напряжения будет работать вполне хорошо и надежно.
Эта схема уже мной собиралась и ее работа была полностью проверена.
НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ
Как сделать простой трансформаторный блок питания с регулировкой выходного напряжения от 0,8 до 36 вольт (ток до 10 А) на LM317
Ссылка для просмотра этого видео на моем канале в Дзене
Ссылка на эту статью в Дзене — https://dzen.ru/a/Y59IP_RbFzVdC2TX
Стабилизатор напряжения без обратной связи.
Автор: Andy Nehan
Когда речь заходит о стабилизаторах напряжения, сразу вспоминаются трехвыводные стабилизаторы типа LM317/337 или 78ХХ и 79ХХ. Все они работают при небольших напряжениях (до 40 Вольт), имеют всего три вывода и, как следствие, простые схемы включения.
Забегая вперёд, приведу цитату из конца этой статьи:
«Если вы обычно слушаете усилители со стабилизаторами на LM317 и им подобным, то прослушивание усилителя со стабилизатором без обратной связи поначалу может вызвать у вас шок!
Для меня это было сравнимо с тем, когда я первый раз попробовал сырую рыбу.
Просто забудьте про ваши предрассудки!»
Для слежения за выходным напряжением микросхемы LM317/LM337 и аналогичные используют обратную связь.
Другой тип стабилизаторов обычно называют параллельными и часто говорят, что они не имеют обратной связи, а стабилизация напряжения происходит путем шунтирования нагрузки (из рисунка видно, что это не так и обратная связь присутствует и в этом типе стабилизаторов).
У обоих типов стабилизаторов есть ряд общих черт. Оба используют усилитель сигнала ошибки. При этом все усилители имеют конечный коэффициент усиления и ограниченную полосу пропускания. В идеале, надо использовать усилитель сигнала ошибки с постоянным усилением и фазовым сдвигом в полосе от постоянного тока и далее во всем звуковом диапазоне.
Смысл этого в том, что характеристики усилителя сигнала ошибки и цепи обратной связи определяют выходное сопротивление стабилизатора таким образом, что:
1.
чем выше коэффициент усиления, тем ниже выходное сопротивление стабилизатора
2. выходное сопротивление обычно монотонно растёт с ростом частоты. Зависит от АЧХ усилителя ошибки и на практике рост может начинаться с частот 100Гц-10кГц.
На рисунке показан типичный выходной импеданс стабилизатора на микросхеме LM317:
Целью моей работы было создание стабилизатора со стабильным выходным сопротивлением во всем диапазоне звуковых частот, высоким уровнем подавления пульсаций и низким уровнем шумов.
Исходя из этих требований, рассмотрим весь тракт от выпрямления до стабилизации напряжения.
Выпрямление переменного напряжения
Сегодня требования к качеству напряжения сети довольно мягки. Прибавьте к этому огромное количество потребителей с импульсными блоками питания (компьютеры, телевизоры, принтеры, DVD-проигрыватели и т.п.) и нелинейные характеристики понижающих трансформаторов. В результате форма питающего напряжения далека от синуса.
В первую очередь наблюдается уплощение вершин полуволн.
На рисунке показаны результаты измерений напряжения на выходе Ш-образного трансформатора:
Увеличение по клику
Я был удивлен, честно скажу — ожидал худшего.
Примечание главного редактора «РадиоГазеты»: имейте ввиду, что автор живёт в Великобритании!!! В российской электросети картина будет далеко не такая радужная.
Я использую Ш-образные трансформаторы, потому что их звук мне больше по душе. Они не так быстродействующие, как торы, но я считаю, что они дают лучшую детализацию и проработку сцены в звучании.
На предыдущем рисунке показан и спектр выходного напряжения мостового выпрямителя.
Ужасно! Даже хуже, чем на входе трансформатора.
Теперь появились гармоники частотой 2 кГц, с уровнем около 60 дБ относительно к 50 Гц пульсациям напряжения.
Чистый вход
Я хотел получить чистое входное напряжение по максимуму очистив его от гармоник и исключив все переходные процессы.
Дело в том, что все стабилизаторы имеют некоторую ёмкость между входом и выходом. Плюс помехи могут проникнуть на выход стабилизатора через цепи обратной связи или общий провод. Потому на входе стабилизатора нам требуется иметь максимально чистый сигнал.
Звучит немного утопически? Как получить «чистое» напряжение на входе стабилизатора?
RC или LC-фильтры могут значительно снизить гармоники в выпрямленном напряжении.
А какой сигнал считать достаточно чистым?
Довольно популярны в ламповых усилителях выпрямители на кенотронах, которые в силу своих конструктивных особенностей являются несимметричными, однако же ничего…звучат эти усилители! 🙂
Чтобы получить минимальный уровень гармоник в выпрямленном напряжении я экспериментировал с одно и двухзвенными RC-фильтрами, установленными после первого фильтрующего конденсатора.
Как и ожидалось, добавление одного звена даёт наибольший прирост в качестве звучания усилителя.
Второе звено также даёт заметный вклад. Дальнейшее увеличение количества звеньев на звук существенно не влияет, а вот на массо-габаритные показатели очень.
Результаты измерений:
Как видно, существенно уменьшают не только верхние гармоники, но и основные пульсации также существенно затухают. Что и требовалось. К сожалению, моё оборудование не позволяет точно измерить уровень фона в присутствии сигнала. Кроме основой гармоники уровень других гармоник составил ниже 10 мВ.
Дополнительное звено в фильтре может снизить ещё на 20дБ уровень всех гармоник выше 200Гц. Но они и так уже на уровне шума стабилизатора.
Упрощенное моделирование стабилизатора на мощном FET-транзисторе показало уровень подавления низкочастотных составляющих на уровне 100дБ и 40 дБ для гармоник 100 кГц и выше.
Такие впечатляющие цифры вряд ли будут достигнуты на практике из-за паразитных ёмкостей монтажа, наводок со стороны сети и прочих негативных факторов.
Поэтому я решил считать нормальными результаты: подавление 60дБ на нижних частотах и 20дБ на высоких. Получается, что пульсации частотой 50Гц и амплитудой 100 мВ будут ослаблены до уровня 0,1мВ. Подавление ВЧ-гармоник не столь важно, так как они очень хорошо ослабляются RC-фильтрами.
Слабые сигналы
Основываясь на моем опыте, я считаю, что все неосновные (шумы, помехи, гармоники) сигналы питающей сети должны быть подавлены с достаточной степенью. Особенно это относится к высокочастотным составляющим, так как с увеличением частоты из-за паразитных емкостей между входом и выходом стабилизатора, а также ограниченной полосы пропускания усилителя сигнала ошибки, способность стабилизатора их подавлять заметно ухудшается.
Как легко заметить, резистор (или может быть индуктивность) в фильтре включены в оба провода: положительный и общий. Часто резистор (или дроссель) добавляют только в один (положительный) проводник фильтра.
На результатах измерений это не сказывается.
Но это ошибка!!! Я уверен, что из-за распределенной индуктивности трансформатора помеха на одном выводе вторичной обмотки может быть больше, чем на другом. (К сожалению, моё измерительное оборудование не позволяет это проверить) Симметричная схема фильтра наиболее эффективно справится с такой помехой.
Если говорить о замене резисторов в фильтре на индуктивности, то я никогда не был доволен LC-фильтрами. На мой взгляд они замедляют атаку и снижают динамику усилителя. Это вовсе не означает, правильно посчитанный и изготовленный дроссель будет звучать плохо. Но за последние 5 лет мне не попалось таких изделий, хорошо сочетающихся с моими конструкциями.
К аналогичному результату (снижению динамики) приводит увеличение номинала резисторов фильтра. Для маломощной нагрузки я использую резисторы на 22 Ом. Для более мощной нагрузки значения резисторов следует уменьшить.
«СВЯЗЬ ВПЕРЁД»
Я разработал топологию стабилизатора без обратной связи.
Считаю, что именно она отвечает моим требованиям, а после тестовых прослушиваний я заменил в своих конструкциях типовые стабилизаторы с обратной связью, несмотря на их высокие параметры.
В моей топологии сначала получается стабильное образцовое напряжение, которое через буфер подается на накапливающее устройство (конденсатор). Буфер обеспечивает постоянство выходного сопротивления стабилизатора, а конденсатор мгновенную подачу энергии усилителю при резких колебаниях тока нагрузки.
Обе топологии я смоделировал для проверки своих рассуждений.
Оказалось, что топология с обратной связью имеет чуть больший коэффициент стабилизации и ниже выходное сопротивление, которое повышается с ростом частоты.
Однако, по результатам прослушивания я отдал предпочтение топологии без обратной связи.
Базовая конфигурация
Главная задача стабилизатора — обеспечить постоянство выходного напряжения и подавление пульсаций.
Конструкция стабилизатора основана на простейшей схеме, но каждый её элемент я выбирал так, чтобы он идеально выполнял свою функцию:
Для максимального подавления входных шумов сопротивление резистора R должно быть максимально, а в внутреннее сопротивление источника опорного напряжения Vref как можно ниже.
Да и работать формирователь опорного напряжения будет лучше, если его питать от высокоомного источника. Таким требованиям отвечает источник стабильного тока (ГСТ).
Для высоковольтного стабилизатора я использовал ГСТ на двух транзисторах, что обеспечивает большую стабильность тока при колебаниях питающего напряжения.
Для низковольтных стабилизаторов можно использовать аналогичную схему или просто одиночный диод.
Для высоковольтных стабилизаторов я выбрал значение тока ГСТ около 5мА. Для низковольтных стабилизаторов можно выбрать значение поменьше.
Микросхеме TL431 для нормальной работы требуется минимум 2 мА.
Важное замечание: ГСТ на двух транзисторах может иногда возбуждаться, если использовать высокочастотные транзисторы. Поэтому я выбрал транзисторы MJ340/350 которые, как показывает мой опыт, работают стабильно.
Стабилитроны довольно шумные и кроме того имеют плохой температурный коэффициент.
Выходное напряжение при их использовании будет меняться в зависимости от температуры окружающей среды, а если в вашем усилителе активная вентиляция, то тем более. Кроме того, стабильность их внутреннего сопротивления тоже оставляет желать лучшего.
Вместо них я использовал TL431 в качестве источника опорного напряжения, так как их шумовые характеристики весьма достойны, они имеют низкое выходное сопротивление и довольно широкий диапазон выходных напряжений, которое устанавливается с помощью простого делителя.
Стабилизатор напряжения для цепей накала.
Буферным элементом стабилизатора может быть как биполярный так и полевой транзистор. На практике я использовал полевые транзисторы, с высокой крутизной, номинальной мощностью и высоким рабочим напряжением. Надежность была превосходной!
Теплоотвод для буферного транзистора требуется как для низковольтного, так и в случае высоковольтного стабилизатора.
Конденсатор в цепи TL431 Дополнительно снижает уровень шума.
увеличение по клику
Недостатком схемы можно считать необходимость подстройки выходного напряжения при замене ламп, так как из-за конструктивных особенностей потребление по цепям накала у разных ламп отличается.
Но настоящего аудиофила это не остановит!
Высоковольтный стабилизатор напряжения
Так как максимальное выходное напряжение микросхемы TL431 составляет всего 30В, то для получения больших значений выходного напряжения стабилизатора используется полевой транзистор, включенный как умножитель. Его коэффициент усиления равен отношению суммы резисторов 330кОм и 270 кОм к резистору в 33кОм. При указанных номиналах усиление равно 15, т.е. максимальное выходное напряжение схемы составляет порядка 450В.
Источник тока на транзисторах MJE350 питает источник образцового напряжения током в 5мА, значение которого устанавливается резистором 150R.
В остальном работа схемы аналогична предыдущей.
Следует обратить внимание на качество конденсаторов.
Они должны быть низкоимпедансными и быстрыми. К примеру, плёночные конденсаторы фирмы WIMA типа FKP1 отвечают всем этим требованиям.
Кстати, так как схема не обеспечивает плавную подачу анодного напряжения (или задержку включения) до прогрева ламп, для решения это проблемы можно использовать модуль, описанный здесь.
Стабилизатор напряжения отрицательной полярности
Понятно, что для отрицательной полярности напряжения схема должна претерпеть изменения, так как для микросхемы TL431 нет комплементарного аналога.
Тем не менее, я так же использовал TL431, но в связке с составным транзистором (Дарлингтон):
Этот стабилизатор обычно используется для питания вспомогательных цепей, к примеру, катодных источников стабильного тока. Потому образцовые параметры здесь не нужны и усложнять схему я не стал.
Буфер
После рассмотрения стабилизаторов цепей накала и высоковольтного стабилизатора, я предлагаю вашему вниманию схему простого высоковольтного буфера:
Его функция в обеспечении постоянного выходного сопротивления и подавление пульсация и помех по питанию.
Если его подключить после обычного стабилизатора, то все негативные факторы от обратной связи в источнике питания можно существенно снизить.
Выходное сопротивление такого буфера обратно пропорционально крутизне транзистора и получается достаточно низким. Оно также постоянно в звуковом диапазоне частот.
Большую роль для качества звучания играет выбор конденсаторов!!!
Кстати, я обнаружил, что параллельное соединение конденсаторов не добавляет качества звучания. К примеру, один конденсатор на 20 мкФ звучит лучше, чем параллельное соединение двух конденсаторов на 10 мкФ того же производителя.
Конструкция.
Конструкция таких стабилизаторов особенностей не имеет. При ограничениях в размерах вы можете использовать двухсторонний монтаж. В этом случае одна сторона платы должны быть заземлена. В моих опытах заземление одной стороны платы давало значительный прирост в качестве звучания!
Подобные стабилизаторы я эксплуатирую в своих конструкциях уже около пяти лет и они не доставляют мне проблем ни с качеством звучания, ни с надёжностью.
Прослушивание.
Если вы обычно слушаете усилители со стабилизаторами на LM317 и им подобным, то прослушивание усилителя со стабилизатором без обратной связи поначалу может вызвать у вас шок!
Первое, что вас удивит — кажущаяся потеря динамики. Я считаю, что LM317 добавляет «лишней скорости звуку», искажая тем самым истинное звучание фонограммы. Закрытое прослушивание показало, что стабилизаторы без ОС удаляют из звука весь мусор, который привносит LM317.
Потратьте немного времени на привыкание к новому звуку. На это уйдет не больше часа. Но я уверен, что вы будете восхищенны конечным результатом.
Для меня это было сравнимо с тем, когда я первый раз попробовал сырую рыбу.
Просто забудьте про ваши предрассудки!
Теперь немного сравнительных тестов. Я сравнивал стабилизатор на LM317, на лампах и стабилизатор без обратной связи.
1. LM317 как стабилизатор цепей накала и LM317 с двухзвенным фильтром помех.
Последний вариант дает более детальный звук.
2. LM371 как стабилизатор цепей накала против безоосного стабилизатора. Второй вариант дает большую динамику и повышает детальность в верхнем диапазоне, что приводит к расширению стереобазы.
3. Выпрямитель на кенотроне и стабилизатор на лампах против безоосного стабилизатора анодного напряжения. Второй вариант даёт в звучании большую динамику и детальность. Ламповый стабилизатор дал более «жирный» звук.
Для получения максимального эффекта необходимо использовать для питания каждой лампы отдельный стабилизатор. Это несколько удорожает, усложняет и утяжеляет конструкцию. Но, поверьте мне, оно того стоит!
Кроме этого я провел много сравнительных прослушиваний для конденсаторов. В результате я остановился на пленочных конденсаторах фирмы WIMA. Я услышал четкие различия в звучании между плёночными и электролитическими конденсаторами. Пленочные гораздо предпочтительнее.
В своей системе я могу на слух отличить какие используются конденсаторы — пленочные или электролитические даже в цепях накала ламп.
Если вы хотите получить достойный результат, будьте готовы использовать качественные материалы!
Статья подготовлена по материалам журнала AudoiXpress.
Удачного творчества!
Замечание от главного редактора «РАДИОГАЗЕТЫ»: мнение редакции может частично или полностью не совпадать с мнением авторов статей.
Так как приходят вопросы по реализации описанных схем на доступных элементах, для примера привожу схему собранную и опробованную в работе.
Здесь интегральный источник тока J310 заменён на более доступную микросхему LM317L, включенную по схеме стабилизатора тока. Можно использовать и источники тока на полевых транзисторах.
Резистор R3 задаёт выходное напряжение (подбирается). Качество стабилизации этой схемы сильно зависит от параметров транзистора Т1.
Сюда надо выбрать транзистор с максимальной крутизной и минимальным сопротивлением открытого канала. Отлично показал себя CEP50N06. Из более доступных стоит попробовать IRFZ44.
Важно иметь в виду, что управляющее напряжение на транзисторе порядка 3,5-4В и для нормальной работы источника тока необходимо напряжение около 3,5В. Поэтому разница между входным и выходным напряжениями такого стабилизатора должна быть не менее 8В! Это несколько снижает КПД этой схемы и при больших токах нагрузки требует использования радиаторов приличных размеров. Настоящего аудиофила такие трудности не остановят 🙂
Похожие статьи:
- Сколько вешать в граммах? Или снова о LM317.
- Немного о блоках питания усилителей (часть I)
- Регулируемые стабилизаторы LM317 и LM337. Особенности применения.
- Немного о блоках питания (часть III)
- Стабилизатор с малым падением напряжения (Low-Drop)
LM317 с внешней схемой усиления тока
Популярная микросхема регулятора напряжения LM317 рассчитана на ток не более 1,5 А, однако добавление в схему внешнего транзистора форсировки тока позволяет модернизировать схему регулятора для работы с гораздо более высокими токами.
и до любого желаемого уровня.
Возможно, вы уже сталкивались со схемой стабилизатора постоянного напряжения 78XX, которая была модернизирована для обработки более высоких токов путем добавления к ней внешнего силового транзистора. Микросхема LM317 не является исключением, и то же самое можно применить к этой универсальной схеме стабилизатора переменного напряжения в для того, чтобы обновить свои характеристики для работы с огромным количеством тока.
Стандартная схема LM317
На следующем рисунке показана стандартная схема регулируемого регулятора напряжения IC LM317, использующая минимальное количество компонентов в виде одного постоянного резистора и потенциометра 10K.
Предполагается, что эта установка предлагает переменный диапазон от нуля до 24 В при входном напряжении 30 В. Однако, если мы рассмотрим диапазон тока, он не превышает 1,5 ампер независимо от входного тока питания, поскольку внутри чипа предусмотрено, что он допускает только до 1,5 ампер и подавляет все, что может требовать сверх этого предела.
Показанная выше конструкция, которая ограничена максимальным током 1,5 А, может быть модернизирована с помощью внешнего PNP-транзистора, чтобы увеличить ток на уровне входного тока питания, что означает, что после реализации этого обновления вышеуказанная схема сохранит свою переменную. Функция регулирования напряжения, тем не менее, сможет подавать на нагрузку полный входной ток, обходя внутреннюю функцию ограничения тока ИС.
Расчет выходного напряжения
Для расчета выходного напряжения цепи питания LM317 можно использовать следующую формулу
VO = VREF (1 + R2 / R1) + (IADJ × R2)
, где is = VREF = 1,25
поэтому слишком незначительно.
Добавление внешнего усилителя Mosfet
Это повышение тока может быть реализовано путем добавления внешнего PNP-транзистора, который может быть в форме силового BJT или P-канального MOSFET, как показано ниже, здесь мы используем MOSFET, удерживающий вещи компактный и позволяет огромное текущее обновление в спецификациях.
В приведенной выше конструкции Rx становится ответственным за обеспечение триггера затвора для MOSFET, чтобы он мог проводить в тандеме с ИС LM317 и усиливать устройство дополнительным количеством тока, как указано входным источником питания.
Первоначально, когда в цепь подается входная мощность, подключенная нагрузка, которая может быть рассчитана на гораздо более высокий ток, чем 1,5 А, пытается получить этот ток через ИС LM317, и в процессе на RX возникает пропорциональное количество отрицательного напряжения, заставляя mosfet реагировать и включаться.
Как только срабатывает MOSFET, весь входной источник имеет тенденцию течь через нагрузку с избыточным током, но, поскольку напряжение также начинает увеличиваться за пределы настройки потенциометра LM317, это приводит к обратному смещению LM317.
Это действие на мгновение отключает LM317, который, в свою очередь, отключает напряжение на Rx и питание затвора MOSFET.
Следовательно, MOSFET также имеет тенденцию отключаться на мгновение, пока цикл снова не увековечивается, позволяя процессу поддерживаться бесконечно с предполагаемым регулированием напряжения и высокими характеристиками тока.
Расчет резистора затвора МОП-транзистора
Rx можно рассчитать следующим образом:
Rx = 10/1A,
, где 10 – оптимальное напряжение срабатывания MOSFET, а 1 А – оптимальный ток через микросхему до появления Rx. это напряжение.
Следовательно, Rx может быть резистором 10 Ом с номинальной мощностью 10 x 1 = 10 Вт. МОП-транзистор выглядит интересно, у него есть серьезный недостаток, так как эта функция полностью лишает микросхему функции ограничения тока, что может привести к перегоранию или сгоранию мосфета в случае короткого замыкания на выходе.
Чтобы противостоять этой уязвимости к перегрузке по току или короткому замыканию, можно ввести еще один резистор в форме Ry с выводом источника MOSFET, как показано на следующей схеме.
Резистор Ry должен создавать на себе противодействующее напряжение всякий раз, когда выходной ток превышает заданный максимальный предел, так что противодействующее напряжение на истоке полевого полевого транзистора подавляет напряжение срабатывания затвора полевого полевого транзистора, вызывая полное отключение в течение МОП-транзистор, и, таким образом, предотвратить сгорание МОП-транзистора.
Эта модификация выглядит довольно просто, однако вычисление Ry может немного запутать, и я не хочу углубляться в нее, так как у меня есть более приличная и надежная идея, которая также может выполнять полный контроль тока для обсуждаемого подвесного двигателя LM317. Схема применения повышающего транзистора.
Использование биполярного транзистора для управления током
Схема оснащения вышеприведенной конструкции добавочным током, а также защитой от короткого замыкания и перегрузки представлена ниже:
Пара резисторов и биполярный транзистор BC547 — это все, что может потребоваться для включения желаемой защиты от короткого замыкания в модифицированную схему усиления тока для микросхемы LM317.
Теперь расчет Ry становится чрезвычайно простым и может быть рассчитан по следующей формуле:
Ry = 0,7/текущий лимит.
Здесь 0,7 — это напряжение срабатывания BC547, а «предел тока» — это максимально допустимый ток, который может быть указан для безопасной работы MOSFET, допустим, этот предел установлен равным 10 ампер, тогда Ry можно рассчитать как :
Ry = 0,7/10 = 0,07 Ом.
Вт = 0,7 х 10 = 7 Вт.
Итак, теперь всякий раз, когда ток стремится пересечь указанный выше предел, BC547 проводит, заземляя вывод ADJ микросхемы и отключая Vout для LM317
Использование биполярных транзисторов для усиления тока
используя MOSFET, в этом случае вы, вероятно, могли бы применить BJT для требуемого повышения тока, как показано на следующей диаграмме:
Предоставлено: Texas Instruments
Сильноточный регулятор LM317 с регулируемым напряжением/током
На следующей схеме показан сильноточный источник питания на основе LM317 с высокой степенью регулирования, который обеспечивает выходной ток более 5 ампер и регулируемое напряжение от 1,2 В до 30 В.
In На рисунке выше видно, что регулировка напряжения реализована в стандартной конфигурации LM317 через потенциометр R6, который подключен к выводу ADJ LM317.
Тем не менее, конфигурация операционного усилителя специально включена, чтобы иметь полезную полномасштабную регулировку сильного тока в диапазоне от минимального до максимального 5-амперного управления.
Повышение тока на 5 ампер, доступное в этой конструкции, может быть дополнительно увеличено до 10 ампер путем соответствующей модернизации внешнего PNP-транзистора MJ4502.
Инвертирующий вход № 2 операционного усилителя используется в качестве эталонного входа, который устанавливается потенциометром R2. Другой неинвертирующий вход используется как датчик тока. Напряжение, развиваемое на резисторе R6 через резистор ограничения тока R3, сравнивается с эталонным значением резистора R2, что позволяет снизить выходной сигнал операционного усилителя, как только будет превышено максимально установленное значение тока.
Низкий уровень выходного сигнала операционного усилителя заземляет контакт ADJ LM317, отключая его, а также выходное питание, что, в свою очередь, быстро снижает выходной ток и восстанавливает работу LM317. Непрерывная операция ВКЛ/ВЫКЛ гарантирует, что ток никогда не превысит установленный порог, регулируемый резистором R2.
Максимальный уровень тока также можно изменить, изменив значение резистора ограничения тока R3.
Еще одна сильноточная схема LM317 с регулировкой тока
На следующем рисунке также изображено устройство LM317, оснащенное внешним внешним транзистором для достижения улучшенного сильноточного выхода.
Однако эта схема включает улучшенную функцию управления током, которая полностью настраивается с помощью предварительной настройки.
Идея на самом деле проста. Резистор R2 настроен как резистор датчика тока.
Когда выходной ток превышает желаемый максимальный предел, на резисторе R2 возникает пропорционально увеличенный потенциал.
Этот ток подается на базу T2, в зависимости от настройки предустановки P1.
Когда это происходит, T2 проводит и подает требуемое базовое смещение на подключенный транзистор BC547.
Теперь BC547 начинает проводить, тем самым заземляя вывод ADJ LM317.
Это приводит к отключению LM317 и предотвращению дальнейшего превышения выходного тока.
Использование 6 шт. 2N3055 для генерирования тока 20 А.
Выход
Еще один очень простой регулируемый источник питания LM317 с большим током можно построить, соединив несколько мощных транзисторов, таких как 2N3055, в конфигурации эмиттерного повторителя с выходом стандартной схемы источника питания LM317, как показано на рисунке. ниже.
Следующий дизайн был предоставлен этому сайту одним из заядлых читателей этого блога, г-ном Мо, по электронной почте. Вот подробности электронного письма, как указано ниже:
Уважаемый сэр Swagatam,
Я изучил все ваши проекты источников питания на основе LM317 и многому научился из ваших замечательных сообщений. Однако; Я собрал эту очень простую схему ниже, и она работает очень хорошо. Я был бы очень рад и благодарен, если бы вы взглянули на нее, чтобы увидеть, является ли она идеальной схемой или нуждается в некоторых модификациях.
Использование одного 2N3055 с LM317 для создания выходного тока 5 А
Приведенный выше сильноточный источник питания LM317 с использованием одного транзистора 2N3055 был успешно собран и протестирован г-ном Эрсой, который является активным читателем этого блога.
ПРИМЕЧАНИЕ: Подключите резистор 1K 1 Вт последовательно с базой транзистора 2N3055, который по ошибке не показан на схеме.
Г-н Эрса предоставил следующее видео-доказательство вместе с красивыми изображениями прототипа:
Регулятор напряжения – Регулируемый выход, положительный 1,5 А
%PDF-1.4
%
1 0 объект
>
эндообъект
5 0 объект
>>
эндообъект
2 0 объект
>
эндообъект
3 0 объект
>
эндообъект
4 0 объект
>
транслировать
Acrobat Distiller 19.0 (Windows)BroadVision, Inc.2021-08-06T08:46:12+02:002021-08-06T08:45:32+02:002021-08-06T08:46:12+02:00application/pdf
