Стабилизатор тока с защитой от КЗ. Стабилизаторы напряжения и тока схемы

Автоматика. Электроэнергия. Электричество. Электрика. Электроснабжение. Программирование

Светодиоды в наше время применяются практически везде. Если светодиод не имеет внутренней схемы стабилизации, возникает проблема в питании. Дело в том, что главным параметром для долговечности светодиода является не напряжение, а ток какой по нему течет. В частности, красные светодиоды по напряжению питания могут иметь разброс от 1.8V до 2.6, белые от 3.0 до 3.7V.Светодиоды, которые изготовлены на основе Aluminium gallium indium phosphide/Gallium arsenide (красные, желтые, зеленые) довольно хорошо выдерживают токовую перегрузку, а светодиоды GaInN/GaN (синие, зеленые, белые) при перегрузке по току работают всего пару часов.Когда мы устанавливаем светодиоды в цепочки (последовательное объединение) или подключаем параллельно достичь одинаковой светимости позволяется лишь когда протекающий ток будет сквозь них одинаков.Светодиоды в наше время применяются практически везде. Если светодиод не имеет внутренней схемы стабилизации, возникает проблема в питании. Дело в том, что главным параметром для долговечности светодиода является не напряжение, а ток какой по нему течет. В частности, красные светодиоды по напряжению питания могут иметь разброс от 1.8V до 2.6, белые от 3.0 до 3.7V.Светодиоды, которые изготовлены на основе Aluminium gallium indium phosphide/Gallium arsenide (красные, желтые, зеленые) довольно хорошо выдерживают токовую перегрузку, а светодиоды GaInN/GaN (синие, зеленые, белые) при перегрузке по току работают всего пару часов.Когда мы устанавливаем светодиоды в цепочке (последовательное объединение) или подключаем параллельно, достичь одинаковой светимости позволяется лишь тогда, когда протекающий ток будет сквозь них одинаков.Светодиоды также боятся обратного напряжения, оно очень низкое 5 или 6 Volt, импульсы обратного тока (а автомашинах) способны значительно сократить срок службы светодиода.

Для этого можно использовать интегральный стабилизатор LM317, если нужно стабилизировать ток в пределах до 1A или LM317L если необходима стабилизация тока до 0,1А. Datasheet скачать здесь.

Так выглядит LM317 с рабочим током до 1,5 А.

А так LM317L с рабочим током до 100 мА.

Vin — это входное напряжение, Vout — выходное напряжение, а Adjust вход регулировки. LM317 это стабилизатор с регулируемым выходным напряжением. Минимальное выходное напряжение 1,25 вольта (это если Adjust подсоединить прямо на землю). Максимальное входное напряжение составляет 37V.

Стандартная схема включения выглядит таким образом

Сопротивление резистора (сопротика) равно — 1,25 разделить на требуемый ток.

Для стабилизирования до 0,1А, мощность (P) резистора 0.25W в самый раз. На токи от 350 мА до 1А рекомендуется 2W.

Пример #1Сейчас в автомобилях и не только модно использовать светодиоды (белые) с рабочим током 20 мА. Для белых светодиодов рабочее напряжение в среднем равно 3.2 V. В автомобиле напряжение колеблется от 11 до 15 Вольт.Последовательно можно включить три светодиода — 3.2*3 = 9.6 Вольт, + 1.25 Вольт падение на стабилизаторе = 10.85V. Плюс диод от обратного напряжения 0.6V = 11,45 V. На выходе будет всегда 20 мА независимо от напряжения в сети автомобиля.

Пример #2 стабилизация токаНа схеме ниже использованы светодиоды на 700мА, 3.6V, шунтирующий диод (диод/резистор/конденсатор является защитным элементом от дестабилизирующих факторов (обратное напряжение, наличие переменного напряжения, возможность появления высоковольтного импульса и т.д.)Просадка напряжения на LM 317 будет 1,25V. Резистор, расчитывается так: 1.25 делим на ток светодиодов, отсюда 1.25/0.7=1.8Ом.

Схема создана в программе Multisim.

Для рассеивания тепла от стабилизатора можно использовать радиатор. Если используется радиатор, то не забудьте изолировать \»язычок\» стабилизатора или радиатор целиком от шасси (\»земли\», общего провода). Хорошей практикой является и использование теплопроводной пасты (КПТ), которая помещается между металлическим \»язычком\» ИС LM-317 и теплоотводом. Пример: входное напряжение ИС составляет 24 В, а выходное – 9 В, разница составляет 15 Вольт. Если ток, потребляемый от стабилизатора составляет 0,1 А, то рассеиваемая мощность составит: 15 В * 0,1 А = 1,5 Вт. В этом случае, небольшой радиатор ИС не помешает.

Пример #3 для стабилизации напряжения в автомобилеСмысл стабилизатора напряжения — уравнивать его. При зарядке генератор в авто выдаёт порядка 13-15В, напряжение не стабильно. Перепады выравнивает стабилизатор. На входе стабилизатора от 11 до 15В, а на выходе строго 12В. В схеме ниже использован стабилизатор LM7812, конденсаторы по 1mF. (миллифарад), диод.

Схема создана в программе Multisim.

(Просмотрено 5085 раз)

destrezaelekter.com

Защита стабилизатора тока от перегрузки

Стабилизаторы тока широко используются в различных устройствах. Их схемы бывают простыми и не очень. Но в любом случае будет лучше, если он будет иметь защиту от перегрузки. Проблема, которую мы рассмотрим, заключается в следующем, есть у нас стабилизатор напряжения с ограничение тока нагрузки. То есть такому стабилизатору не страшны короткие замыкания на его выходе.

Но в режиме КЗ на регулирующем транзисторе такого стабилизатора будет выделяться большая мощность, это потребует применение соответствующего теплоотвода, что повлечет за собой увеличения размеров устройства, ну и его цены. А иначе – тепловой пробой структуры мощного транзистора.

Для примера возьмем простую схему стабилизатора тока на микросхеме, показанную на рисунке 1.

Схема защиты стабилизатора от КЗ

Все в общих чертах. Ток стабилизации, в соответствии с формулой 1, равен 1А. Допустим, нормальное сопротивление нагрузки 6 Ом. Тогда при токе в 1А на микросхеме упадет напряжение, равное: U = IxR — IxRн = 12-1,25-6 = 4,75В. Соответственно на микросхеме выделится мощность P = UxI = 4,75Вт. Если замкнуть выход стабилизатора тока, то на микросхеме уже будет падать напряжение 10,75В и соответственно мощность, выделяющаяся на микросхеме будет равна 10,75Вт. Вот на эту мощность и надо рассчитывать радиатор, тогда надежность вашего устройства будет на высоте. Но, что делать, если нет возможности установить радиатор бо’льших размеров? Правильно! Надо еще ограничить и мощность, выделяемую на микросхеме. Можно перед данной схемой поставить следящий стабилизатор, который бы в случае КЗ брал на себя часть выделяющейся тепловой мощности, но это сложновато. Лучше мы сделаем полное отключение стабилизатора при КЗ на его входе. Зная, что мощность равна произведению на ток, а ток мы выставляем сами и он стабилизирован, то мы будем следить за падение напряжения на регуляторе тока.

Схема защиты стабилизатора

Схема регулируемого стабилизатора тока взята из статьи «Блок питания для шуруповерта». Подробно о работе данного регулируемого стабилизатора тока можно прочитать в статье «Регулируемый стабилизатор тока на LM317».

Работа схемы защиты от превышения мощности

Для обеспечения защиты стабилизатора тока вводим в схему всего пять деталей. Транзистор VT1, выполняющий роль ключа и полностью отключающий стабилизатор во время режима КЗ. Здесь применен MOSFET транзистор с каналом P. При небольших токах, порядка одного, двух ампер, подойдет IRFR5505

При больших токах лучше применить транзистор с большим рабочим током стока и меньшим сопротивлением открытого канала. Например — IRF4905

Тиристорный оптрон, можно отечественный – АОУ103 с любой буквой, можно подобрать импортный, например — TLP747GF

Стабилитрон, любой маломощный, дочитаете статью до конца и сами себе, если потребуется, выберете нужный. R1 – это резистор, через который на затвор ключа, подается отрицательное открывающее напряжение. R2 – резистор, ограничивающий ток светодиода тиристорного оптрона. Да, если входное напряжение будет больше 20В, то параллельно тиристору оптрона необходимо поставить еще один стабилитрон на 12В, который будет защищать переход затвор – исток ключевого транзистора. Так как у большинства транзисторов MOSFET максимально допустимое напряжение этого перехода 20В.

Для примера возьмем случай зарядки двенадцативольтового аккумулятора стабильным током 3А. При подаче напряжения питания на схему транзистор VT1 будет открыт, так как на его затвор поступает отрицательное напряжение и схема работает в нормальном режиме. Падение напряжения на ключе учитывать не будем из-за его малой величины. При таких условиях на самом стабилизаторе тока будет падать мощность Р = (20 — 12)∙I= 8 ∙ 3 = 24Вт. При КЗ мощность увеличится до 60Вт, если без защиты. Многовато, и для транзистора VT2 не безопасно, поэтому после 30Вт мы отключим стабилизатор, поставив в цепь защиты стабилитрон с напряжением стабилизации 10В. Таким образом, мы получаем схему с защитой не только от КЗ, но и от превышения допустимой мощности рассеяния на стабилизаторе тока. Допустим, по каким либо причинам, совершенно нам не нужным, начало падать сопротивление нагрузки. Это вызовет увеличение падения напряжения на стабилизаторе и соответственно мощности рассеяния на нем. Но как только напряжение между входом и выходом превысит 10 вольт, «пробьется» стабилитрон VD1, через светодиод оптрона U1 потечет ток. Излучение светодиода откроет фототиристор, который зашунтирует переход затвор – исток ключевого транзистора. Тот в сою очередь закроется и отключит схему стабилизатора. Возвратить схему в рабочее состояние можно будет, или отключением питания и повторным подключением, или кратковременным закорачиванием фототиристора, например кнопкой. Таким образом, отслеживая напряжение между входом и выходом стабилизатора тока, вы можете сами с помощью стабилитронов на разные напряжения стабилизации, установить нужный вам порог ограничения по мощности.

Эта схема применима практически ко всем стабилизаторам, хоть по току, хоть по напряжению. Ее можно встроить уже в готовый стабилизатор, не имеющий защиты от КЗ.Успехов и удачи. К.В.Ю.

Скачать статью

Скачать “stabilizator-toka-s-zashhitoj-ot-kz” stabilizator-toka-s-zashhitoj-ot-kz.rar – Загружено 226 раз – 43 KB

Обсудить эту статью на - форуме "Радиоэлектроника, вопросы и ответы".

www.kondratev-v.ru

Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

4.4. Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

Для питания низковольтных устройств широко используются полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения. Стабилизаторы делятся на два основных класса: параллельного и последовательного типов. Наибольшее распространение получили стабилизаторы последовательного типа.

К основным параметрам стабилизаторов напряжения относятся: выходное сопротивление, коэффициент стабилизации, коэффициент полезного действия стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора напряжения равно отношению изменения выходного напряжения к соответствующему изменению тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации равен отношению относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного напряжения:

Коэффициент полезного действия – это отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

На рисунке 4.18 приведена схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим случай идеального стабилитрона. Рабочая ветвь вольтамперной характеристики идеального стабилитрона может быть представлена в виде двух отрезков прямых. Дифференциальное сопротивление такого стабилитрона равно бесконечности при напряжениях меньших напряжения стабилизации и равно нулю при напряжении равном напряжению стабилизации. На рисунке 4.19а показана зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора напряжения с идеальным стабилитроном от напряжения, подаваемого на вход стабилизатора. На рисунке 4.19б показана зависимость выходного напряжения этого же стабилизатора от силы тока нагрузки. Пунктиром показана зависимость выходного напряжения этого стабилизатора от тока нагрузки при отключенном стабилитроне.

На рисунке 4.20 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим принцип работы этого стабилизатора напряжения как системы автоматического регулирования. Учтем, что при входных напряжениях, которые больше напряжения стабилизации стабилитрона VD1, напряжение на стабилитроне не зависит от входного напряжения. Нестабильность выходного напряжения может быть обусловлена как изменением сопротивления нагрузки, так и изменением входного напряжения.

Предположим, что сопротивление нагрузки не изменяется, а входное напряжение увеличивается (уменьшается). Если бы никаких изменений с транзистором VT1 не происходило, то напряжение на нагрузке Rн увеличилось (уменьшилось) бы. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора и напряжения на нагрузке. При увеличении напряжения на нагрузке напряжение база-эмиттер транзистора уменьшается. В результате ток коллектора транзистора уменьшается и напряжение на нагрузке уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению (никогда его не достигая).

Теперь рассмотрим случай, когда входное напряжение неизменно, а изменяется сопротивление нагрузки. Пусть сопротивление нагрузки уменьшается. Если бы при этом не происходило никаких изменений с транзистором, то напряжение на нагрузке уменьшилось бы. Уменьшение напряжения на нагрузке при неизменном напряжении на стабилитроне приведет к увеличению напряжения база-эмиттер транзистора VT1, в результате чего увеличится ток коллектора и напряжение на нагрузке тоже будет увеличиваться. Своего первоначального значения напряжение на нагрузке, конечно, не достигнет.

На рисунке 4.21 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения, в котором имеется возможность плавно регулировать величину выходного напряжения. Однако в таком стабилизаторе напряжения выходное напряжения будет изменяться при изменении сопротивления нагрузки. Это обусловлено тем, что при изменении сопротивления нагрузки изменяется сила тока, протекающего через верхнюю часть переменного резистора R2. Существенно уменьшить влияние сопротивления нагрузки на выходное напряжение позволяет стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.22.

Стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.23, имеет электронный предохранитель, ток срабатывания которого регулируется резистором R2. После устранения короткого замыкания в нагрузке, или перегрузки по току предохранитель возвращают в рабочее состояние с помощью кнопки Sb1. Светодиод HL1 является индикатором срабатывания предохранителя. Если ток нагрузки превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то начнет увеличиваться напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT2. Транзистор VT1 начнет открываться, закрывая транзистор VT2. Транзисторы VT1, VT2 будут переходить из одного состояния в другое лавинообразно, подгоняя друг друга. При срабатывании электронного предохранителя ток короткого замыкания в нагрузке очень мал, так как он протекает через резисторы R5, R8, а транзистор VT2 закрыт. Наличие конденсатора С1 позволяет нажимать кнопку Sb1 даже при коротком замыкании в нагрузке. Резистор R1 обеспечивает разрядку конденсатора C1. При отсутствии электронного предохранителя и коротком замыкании в нагрузке очень велика вероятность выхода из строя транзисторов VT3, VT4.

Имеется достаточно широкий ассортимент микросхемных стабилизаторов напряжения. На рисунке 4.24а приведена схема стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕН12А. Микросхемы КР142ЕН12А и КР142ЕН12Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения компенсационного типа с защитой от короткого замыкания. Масса микросхемы не более 2,5г. Вид микросхемы показан на рисунке 4.24б. Внешний делитель напряжения на резисторах R1, R2 позволяет регулировать выходное напряжение от 1,3 до 37В. Максимально допустимое входное напряжение 45В, выходное напряжение 37В, ток нагрузки 1А. Максимальная мощность, рассеиваемая микросхемой без теплоотвода, при температуре окружающей среды от -10°С до +40°С равна 1Вт. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Микросхема имеет защиту от перегрузки по выходному току.

На рисунке 4.25 показана схема стабилизатора тока на биполярном транзисторе, а на рисунке 4.26 – на полевом транзисторе. Резистор R3 и стабилитрон VD1 образуют параметрический стабилизатор постоянного напряжения.

Рассмотрим принцип работы стабилизатора тока. К нестабильности тока через нагрузку может приводить как изменение сопротивления нагрузки, так и изменение входного напряжения. Предположим, что сопротивление нагрузки остается неизменным, а увеличивается входное напряжение. Если бы никаких изменений не происходило с транзистором, то ток через Rн увеличился бы. В результате этого увеличится ток, протекающий через резисторы R1, R2, а, следовательно, и напряжение на этих резисторах. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжений на резисторах R1, R2 и на переходе база-эмиттер транзистора (переход база-эмиттер транзистора включен в прямом направлении). Напряжение на стабилитроне при изменении входного напряжения остается практически неизменным, значит, напряжение на переходе база-эмиттер транзистора уменьшится и увеличится сопротивление между выводами эмиттер-коллектор транзистора. Ток, протекающий через коллектор-эмиттер транзистора и резистор нагрузки, будет уменьшаться, стремясь к своему первоначальному значению. Таким образом, будет обеспечиваться стабилизация тока.

Пусть теперь остается неизменным входное напряжение, а увеличивается сопротивление нагрузки. Если бы никаких изменений в этом случае не происходило с транзистором, то ток нагрузки уменьшился бы. При уменьшении тока нагрузки уменьшится ток, протекающий через резисторы R1, R2 и напряжение на этих резисторах уменьшится. В результате увеличится напряжение между базой и эмиттером транзистора и ток коллектора транзистора увеличится. Ток нагрузки будет стремиться к своему первоначальному значению, никогда его не достигая. Для увеличения стабильности тока в качестве транзистора VT1 используют составной транзистор.

Очень простыми получаются стабилизаторы постоянного тока с использованием полевых транзисторов (рис. 4.26). Ток нагрузки протекает через резистор R1. Ток, протекающий в цепи: плюс источника, сток-затвор полевого транзистора, резистор Rн, минус источника питания, очень мал, так как переход сток – затвор транзистора смещен в обратном направлении. Напряжение на резисторе R1 имеет полярность плюс слева, минус справа. Потенциал затвора равен потенциалу правого вывода резистора R1, следовательно, потенциал затвора относительно истока будет отрицательным. При уменьшении сопротивления нагрузки ток через резистор R1 стремится увеличиться, в результате чего потенциал затвора относительно истока становится более отрицательным и транзистор закрывается в большей степени. При большем закрытии транзистора VT1 ток через нагрузку уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению.

ivatv.narod.ru

Каталог товаров