Jump to content
  • entries
    50
  • comments
    1148
  • views
    52193

Лабораторный Источник Питания (ЛИП) на LM317

Falconist

1518 views

Я не любитель выкладывать незавершенные проекты, не апробированные "в железе", поскольку претит "слава" Кашкарова и акаКасьяна. Однако, намедни поимел проблемы со здоровьем (прилег днем отдохнуть, а в сознание пришел уже в больнице), поэтому всё-таки выложу свою разработку, дабы не ушла "в мир иной". 

Пару слов по поводу терминологии. В заглавие записи вынесено слово "Источник", подразумевающее АВТОНОМНОЕ устройство для вторичного электропитания. Широко распространенный термин "Блок" относится к СХЕМЕ вторичного электропитания, ИНТЕГРИРОВАННОЙ в питаемое от неё устройство, в котором она является неотъемлемым узлом (блоком). В принципе, описываемая ниже схема может быть  применена и как "Источник" и как "Блок". Её главным назначением является применимость для начинающих, вследствие своей относительной простоты при одновременно достаточно высоких эксплуатационных параметрах.

Существует неплохой в целом трёхвыводный регулируемый стабилизатор LM317 - широко распространенный, дешёвый, с достаточно высоким быстродействием и т.п. Тем не менее, "И на Солнце бывают пятна" (© Козьма Прутков). В частности, относительно малая рассеиваемая мощность. Максимум 20 Вт (на фото слева), но у некоторых производителей - всего 15 Вт (тонкий фланец справа). Иными словами, при токе 1 А между входом и выходом может упасть всего 15...20 В. 

502203000_.JPG.ab8676d025c61731660d2a8639156cfb.JPG

Встроенная защита от превышения тока срабатывает у них при токе 1,5...2,2 А, чего может быть достаточно, чтобы сжечь в хлам питаемую от него схему (устройство). 

В даташитах приводится схема лабораторного ИП, выполненного на двух последовательно включенных стабилизаторах, из которых первый работает, как ограничитель тока, а второй - как регулятор напряжения.

1882633930_OnSemi.PNG.064baed4cfb56e73fce30798687e9955.PNG

Как на мой взгляд, схема "монструозная", при том, что требует еще и отрицательного напряжения для обеспечения выходного напряжения от нуля. Хотя, сколько раз я задавал вопрос, что можно питать нулем вольт - никто внятно так и не ответил. Какое-то невнятное блеяние о возможности заряда аккумуляторов или проверки стабилитронов/светодиодов. Возможно. Но нужно ли?..

В даташитах приводится также схема зарядника аккумуляторов с ограничением максимального напряжения.

1592482462_.jpg.f29ad1d71bbe73ff719312f4c9f598e8.jpg

Эта схема "обратима", представляет собой также стабилизатор напряжения с ограничением максимального тока. На её основе еще более 3-х лет назад попытался соорудить ЛИП. Подключил к апробации "в железе" несколько желающих поучаствовать "юных дарований" (ThE_GuDocK, Alekseykk, Ruodo), потом в переписку в личке подтянулись сенькаDr. West и Владимир65. Суть доработки заключалась в установке между выходом "out" микросхемы и выходом всей схемы на нагрузку стабистора на не менее, чем 1,25 В в виде двух последовательно включенных диодов. Обоснование такой модернизации заключается в том, что при К.З. в нагрузке потенциал управляющего входа "adj" должен быть минус 1,25 В.  Однако, при единственном входном напряжении минусу взяться неоткуда, поэтому диодный стабистор должен попытаться "обмануть" её ООС, поддерживая потенциал на выходе самой микросхемы на 1,25 В плюсовее нуля на закороченной накоротко нагрузке, а значит, плюсовее управляющего электрода.

сенька такую схему её апробировал, полученный результат приведен ниже на рисунке:

82718439_.jpg.03f87f3d5cd6db014507406482343bb7.jpg

К сожалению, в последующем исследованиями Dr. West и Владимир65 выяснилось, что при К.З. выхода ток превышает рассчитанный относительно сопротивления R4 (Rx). Иногда существенно. К сожалению, дальнейшая работа над схемой прервалась из-за моего тяжелого заболевания, потребовавшего длительного лечения, в т.ч. оперативного. И вот только сейчас появилась возможность её возобновить на новом уровне по опыту разработки схемы еще одного ЛИП - на компараторе, запись о котором выложу в ближайшее время.

Стало понятным отмеченное выше превышение тока К.З. над расчетным значением. "Дьявол кроется в мелочах". Именно мелкое (на первый взгляд) изменение точки подключения коллектора мощного регулирующего транзистора перевернула всё с головы на ноги. Но об этом - чуть позже, после описания нового варианта схемотехники данного ЛИП.

Ревизии был подвергнут сам принцип расположения токоизмерительного шунта в минусовом проводе. Если для измерения тока применяется R2R (хотя бы по минусовому входу, типа LM358/324) то никуда не денешься - по плюсовому проводу его не поставить. А специализированные измерители (типа AD8210, TSC103) во-первых, достаточно дороги, а во-вторых, нелегко доставабельны. Пример монструозненького стабилизатора с токоизмерением СС по минусу из даташита:

1469521791_CV-CC.PNG.11c5f5f5d936a0bc304f46c60c9cf93e.PNG

Ещё одна:

388576051_LM317CLAlt.GIF.35873644802263971dcd77837e5f9b3d.GIF

В обеих при К.З. в нагрузке ООС стабилизатора начинает "сходить с ума", не "понимая", как ей стабилизировать выходное напряжение.

Дополнительным и существенным фактором в пользу предпринятого схемотехнического решения явилась ревизия парадигмы "Стабильного тока" - СС (Constant Current). Для ЛИП такая функция ТОЧНОЙ установки тока К.З. абсолютно бессмысленна. Источник НАПРЯЖЕНИЯ (а именно такова основная функция ЛИП) должен обеспечить питаемую от него схему (устройство) стабильным НАПРЯЖЕНИЕМ и теоретически - ЛЮБЫМ потребным для неё током. Вплоть до бесконечного значения. Повторюсь: "ТЕОРЕТИЧЕСКИ", т.к. практически полыхнет и сам ЛИП и подключенная к нему схема. Поэтому в ЛИП следует применять функцию не СС, а LC - "Limited Current" (ОГРАНИЧЕНИЕ тока)! Не имеет никакого существенного значения, будет ли он ограничен на уровне, допустим, 2,1 А или 1,9 А. С этой задачей прекрасно справляется сенсор на транзисторе с токоизмерительным шунтом, включенным между его эмиттером и базой.

Исходя из этой предпосылки была разработана следующая схема (в простейшем варианте!):

476790753_LM317CLShort.GIF.1638704dfc522665702badecbf815615.GIF

Токоизмерительным шунтом служит резистор R4, падение напряжения на котором отпирает составной P-N-P транзистор Дарлингтона VT2, который в свою очередь отпирает N-P-N транзистор VT3/4, шунтирующий регулятор выходного напряжения R7. Транзистор Дарлингтона применен для того, чтобы падение напряжения на резисторе R4 превышало 1,25 В, обеспечивая тем самым требуемую разницу потенциалов между выходами "out" и "adj" микросхемы. При его указанном на схеме номинале ток К.З. ограничивается на уровне около 0,3 А. Подключение резисторов R9 или R8 увеличивает его до 1 и 3 А.

Принципиально важным отличием данной схемы от приведенной выше (см. схему от сеньки) является подключение коллектора регулирующего транзистора не к выходу на нагрузку, а к выходу "out" микросхемы, благодаря чему при К.З. выхода соблюдается отмеченная выше разность потенциалов между её выводами.Для желающих побаловаться с её симуляцией, приаттачен файл Мультисима. ЛИП на LM317 по плюсу.ms14 .

На сегодняшний момент разработана печатная плата

PCB.PNG.63df1d12316045e26571575c90adb536.PNG

А поскольку ассортимент составных маломощных транзисторов Дарлингтона структуры P-N-P - всё-таки, достаточно узок, предусмотрена установка двух дискретных "обычных" транзисторов (VT2 и VT3, из-за чего на схеме такая странная маркировка "VT2/3"). Если всё-таки будет установлен именно составной транзистор, то он ставится на место VT2, а отверстия для базы и эмиттера VT3 перемыкаются перемычкой. "Расширенная" схема, в которой и регулирующий транзистор применен составным по схеме Шиклаи (поскольку ассортимент мощных P-N-P транзисторов тоже не широк), приводится ниже.

 1559795330_LM317CLFull.GIF.a065f49385e9ad4ae94fa352bd596c19.GIF

Кроме составного регулирующего транзистора (VT1VT5) по известной схеме из даташита 

730128912_.PNG.5be063f040f250a9cfa7a860bd7c2804.PNG

расширено количество диапазонов ограничения тока вниз (0,1 А - резистор R9) и вверх (10 А - R12).

Для эксперимента на плате распаяны первые попавшиеся под руку транзисторы (вместо указанных на приведенной выше схеме): КТ361, 2N2222.

142110057_.jpg.76243a043573cd149ad8c9ecc1f8a90b.jpg

К сожалению, собрать все компоненты воедино и проверить в работе пока не удается по времени. Но в ближайшем будущем соберу и отпишусь. 

А теперь вернемся к "исходной" схеме с токоизмерением по минусовому проводу. Отличие заключается только в переподключении коллектора регулирующего транзистора VT1 ДО диодного стабистора. Падение напряжения на диодах должно обеспечить такую же разничу потенциалов между управляющим и выходным выводами микросхемы, как и на токоизмерительном резисторе по приведенным выше схемам.

ЛИП на LM317 с CL по минусу.GIF

Термин "должно" применен потому, что с Мультисиме эта схема упорно не желает симулироваться - выходное напряжение постоянно остается близким к нулю. Тогда, как сенька убедительно продемонстрировал принципиальную работоспособность подобной топологии "в железе".

Приаттачиваю файл симуляции для желающих побаловаться с ней. ЛИП на LM317 по минусу.ms14

По поводу выбора параметров ЛИП - см. другую запись в моём блоге: https://forum.cxem.net/index.php?/blogs/entry/493-лабораторный-ип-необходимая-достаточность/

То, что они в данной записи немного "расширены" - исключительно для желающих понабивать шишки на реализации ненужных режимов.

P.S. Гложет сомнение, что изложил не всё, что хотел, поэтому, возможно, придется корректировать эту запись.

P.P.S. Большая просьба желающим обсудить данную разработку, перенести дискуссию в тему созданную в ветке по аналоговым источникам питания: https://forum.cxem.net/index.php?/topic/226637-лабораторный-источник-питания-лип-на-трехвыводном-стабилизаторе-lm317/

 

  • Like 3
  • Upvote 9


9 Comments


Recommended Comments

Включение двух диодов на выход LM317 - это полный нонсенс!

Единственная задача микросхемы LM317 - это поддержание напряжения на выводе OUT выше на 1.25В, чем на выводе ADJ. Вы добавили на выход два диода, спасибо большое, микросхема выдала минимальный ток для открытия диодов, добилась разницы 1.25В и успокоилась. Этот минимальный ток протёк по R6 и по R7, создал минимальное падение напряжения, в результате имеем на выходе от силы пару вольт напряжения.

Вообще добавлять что-либо между OUT и ADJ, кроме единственного резистора - это просто убивать стабилизирующие свойства микросхемы. Во всех вышеперечисленных схемах допустим только один резистор R6 между OUT и ADJ. Стабильное напряжение OUT - ADJ = 1.25 В должно быть приложено прямо на выводы R6. Тогда через R6 и далее через R7 будет протекать стабильный ток, что, собственно, и приведёт к стабилизации выходного напряжения. 

Никаких диодов. И токозадающих шунтов туда тоже не надо. Добавили токозадающий резистор - ток, конечно, стал ограничиваться, но стабилизация при этом исчезла: выходное напряжение начало сильно гулять в зависимости от тока нагрузки.

Я так думаю.

Share this comment


Link to comment
5 минут назад, Yurkin2015 сказал:

Я так думаю.

А я буду пробовать. Поглядим, чей кун-фу толще...

Share this comment


Link to comment

Фактически получаем схему зарядного из даташита

317.jpg.b69fed3602db69dca5dd07ae1dafae3a.jpg

В том же даташите сказано о нежелательности сопротивления между выходом и делителем

317-1.jpg.e6c1da075c748ea65064e31c8c31a0a1.jpg

Share this comment


Link to comment

@Владимир65 , "Слона-то Вы и не приметили"! Запись не о диодной схеме, а о предыдущей, с токоизмерительным резистором в плюсовом проводе.

Share this comment


Link to comment

Слона видел, но вопрос не о нем. Предыдущие схемы претензий не имеют. А вот последняя в посте, с диодами работать не будет. Вы не ответили на мой вопрос. Что хотели получить от схемы вставив два диода? Цель то какая то была? 

Цитата

Тогда, как сенька убедительно продемонстрировал принципиальную работоспособность подобной топологии "в железе".

У Сеньни стоял один диод, это около 0,6 В, по этому схема и работала, но термостабильность стала хуже. А с двумя диодами описал @Yurkin2015

Edited by Владимир65

Share this comment


Link to comment

Дело в том, что я лично схему с диодами "в железе" не макетировал. Опирался исключительно на результаты сеньки. Вот из-за наличия только одного диода, а также неверного подключения коллектора регулирующего транзистора и термостабильность могла быть неважной. Проверять надо...

@LazyEd , мне не совсем понятно, какую цель Вы преследовали, публикуя вырезки из даташита? Приведенную Вами схему зарядника, от которой отталкивался при разработке, я опубликовал в своей записи (третий рисунок сверху). 

А вообще-то, давайте-ка перенесем дискуссию в отдельную тему, которую я создал, дабы не забивать эту запись "цифровым шумом".

Share this comment


Link to comment

Данная схема не будет удовлетворительно работать именно благодаря "дьяволу в мелочах"... Нельзя низкоомные резисторы коммутировать переключателем, изменяемое сопротивление контактов оных при окислении даст черти-что, но не стабильное ограничение по току, эту часть необходимо переделывать.

П. С. Falconist-у здоровья и долгих лет жизни!

Share this comment


Link to comment

Join the conversation

You are posting as a guest. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Add a comment...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...
×
×
  • Create New...