Запись создана Falconist в Электроника ·
17 162 просмотра
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.
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.
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.
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 сенька, Dr. 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:
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:
Ещё одна:
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!):
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
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.
Кроме составного регулирующего транзистора (VT1VT5) по известной схеме из даташита
расширено количество диапазонов ограничения тока вниз (0,1 А - резистор R9) и вверх (3 А - R12).
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.
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/
26 Комментариев
Рекомендуемые комментарии
Присоединяйтесь к обсуждению
Вы публикуете как гость. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.