Выбор схемы линейного стабилизатора напряжения

[Гость Wladimir_TS]

Задался проблемой выбора схемотехники для узла понижающего линейного стабилизатора напряжения.

Выходное напряжение 20+/-4В

Входной напряжение 25-130 вольт, кратковременно 50 мсек до 200 вольт.

Ток нагрузки 150 мА , кратковременно до 200 мА

Устойчивый запуск при низких температурах. Минимальное количество элементов. Использование элементов высокой степени интеграции исключено.Только транзисторы, диоды и стабилитроны в качестве активных компонентов.

Провожу анализ различных схем имею вопросы :

1) Как выгоднее включать нагрузку - в эмиттер или в коллектор регулирующего транзистора, при прочих равных ?

2) Критерий выбора R1 для данной схемы для обеспечения начального запуска. Применимость таковой схемы , в том числе узла начального запуска при широком диапазоне входных напряжений. ? Критерий выбора номиналов делителя напряжения R3-R5 - как я понимаю из тока базы VT2 - но как не совсем прозрачно понятно.

Для нагрузки в коллекторе :

Для нагрузки в эмиттере :

3) Почему в некоторых примерах для резистор обеспечения запуска переносят из цепи базы регулирующего транзистора параллельно К-Э его-же ? Ведь вроде как это снижает коэффициент стабилизации.

4) К вопросу о применимости и необходимости применения составного транзистора в качестве регулирующего ?

 

Изменено 28 сентября, 2021 пользователем Wladimir_TS

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Pont 007]

18 минут назад, Wladimir_TS сказал:

Входной напряжение 25-130 вольт, кратковременно 50 мсек до 200 вольт.

Это вы с 130В хочешь получить 4 стабильных вольта ?  Это где такие разбеги ? Со 130В тут уже в пору импульсный БП применить.  Например 130В до 5В зарядка от мобильного поможет. 

 

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Гость Wladimir_TS]

Не вижу проблемы 100/8 = 12,5 - не особо и великий коэффициент стабилизации. Скажу даже - импульсник с таким диапазоном входа будет очень нетривиальным.

Вот еще вариант - с одной стороны оригинально, с другой стороны не хуже-ли термостабильность, ведь в цепи ОС включен переход Б-Э VT3 как пороговый элемент.

так-же вопрос в функции R2 ? При том что ток коллектора VT3 и базы VT2 не ограничен ничем.

Вот еще один вариант, что он для отрицательного напряжения не очень-то и важно, а интересно по его работе мнение :

Особенно по цепи R1, VD1, VD2 и по выбору сопротивлений R4, R5

Изменено 28 сентября, 2021 пользователем Wladimir_TS

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Falconist]

3 часа назад, Wladimir_TS сказал:

вопрос в функции R2

Может, здесь найдете подсказку: https://cxem.net/pitanie/5-342.php

Вместо транзистора VT3 (по Вшей схеме) стоит шунтовый регулятор DA1, но для работы схемы такая замена совершенно не принципиальна.

[Гость Wladimir_TS]

TL431/142ЕН19 и иже с ними имеют очень большое входное сопротивление и как токовый прибор рассматриваться могут не совсем. А тут рассматриваются только и исключительно схемы на малом количестве дискретных транзисторов, и да - уточню на всякий случай - биполярных.

Более того данный прибор имеет нелинейную ВАХ от входа к выходу и фактически выполняет роль порогового элемента. Это немного другая схема.

 

Я уже промолчу про "нагрев транзистора базовым током". Это справедливо видимо только для режимов глубокого насыщения, коих там не предполагается или для очень древних германиевых транзисторов с реальным H21э в 3-4....

Изменено 28 сентября, 2021 пользователем Wladimir_TS

[Falconist]

22 минуты назад, Wladimir_TS сказал:

немного другая схема

Вы приводите совершенно непринципиальные доводы. 

Вангую, что будете еще очень долго "блуждать в трех соснах"...

[sanmigel]

1 час назад, Wladimir_TS сказал:

Использование элементов высокой степени интеграции исключено.

Повторитель на Uвых + 3В далее Кренка или LM317. Все.

Чем обусловлен запрет на использование микросхем, блажь? 

[Pont 007]

@Wladimir_TS Какой транзистор вы готовы применить в своей схеме. Тепловой режим уже просчитали ? И сколько будет выделятся тепла на транзисторе при токе 0,2А при 20-4В если у вас питающие в районе 130-200В.  

Вообще не очень понятно почему такой огромный разброс входного от 25В до 200В ? 

[Гость Wladimir_TS]

Тепловой режим это далеко не первая и не вторая часть расчетов, но проблем с теплосъемом не будет.  130 вольт бывает кратковременно на десятки секунд, в среднем 80 вольт. А уж снять с транзистора 80-20=60*0,2=12 ватт не проблема. Но даже при максимальных 130: 130-24=106*0,2=21,2 Вт снять можно даже с ТО-220. Но том может быть и ТО-247 и ТО-3. Это просто непринципиальная часть проблемы. Сейчас вопрос за схемотехнику.

Такой разброс. Грубо говоря питание от некоторого генератора с сильно меняющимися оборотами ротора и без систем стабилизации.

Да - сразу уточню - никаких защит по току не требуется. Требуется высокая стабильность запуска при различных скоростях нарастания входного напряжения и низких температурах.

Еще уточню - в рамках данной темы шунтовые стабилизаторы не рассматриваются. Почему - а потому что рассматриваются последовательные. Причем вопросы по конкретным схемам пока-что имеются.

Вот еще одна схема по которой хотелось-бы детального понимания происходящих процессов :

В особенности в части коллекторной цепи VT2 и корректности работы диффкаскада с зависимостью коллекторного тока одного транзистора от другого кроме как через цепь эмиттеров. При попытке понять работу этой схемы , а особенно в окресностях VT3 у меня голова ломается.

Изменено 28 сентября, 2021 пользователем Wladimir_TS

[Starichok]

а кроме, как через цепь эмиттеров, другой зависимости нет.

[Гость Wladimir_TS]

В понятном мне диффкаскаде цепи коллекторов независимы, а тут я даже понять до конце не могу как это все взаимодействует.

[Владимир65]

Как то так. Можно заменить транзистор Q4 и D1 на TL431 добавив два резистора. Если есть мощный высоковольтный дарлингтон, то можно Q1 и Q2 заменить одним транзистором

Изменено 28 сентября, 2021 пользователем Владимир65

[Alkarn]

Все схемы со стабилитроном в выходных цепях капризные и требуют подгонки. При большом Вст транзистора  и без полной нагрузки, на выходе может оказаться гораздо больше 20 вольт. И наоборот, если Вст транзистора малый, на морозе, такой стабилизатор может вообще не запуститься. Тем более при таком огромном разбросе входных напряжений. Схема Владимир65 в этом плане надежней. Только выбранный транзистор слабоват, при 200 В на входе через полминуты сгорит

[Владимир65]

17 минут назад, Alkarn сказал:

Только выбранный транзистор слабоват,

Я просто показал схему, в симе сильно не разгуляешься с компонентами, особенно когда не знаешь параметры деталей, а на каждую деталь искать в инете даташит... 

Да и по напряжению требования не строгие... 

7 часов назад, Wladimir_TS сказал:

Выходное напряжение 20+/-4В

Так что думаю вполне подойдет.  Просто надо будет настроить.

[Гость Wladimir_TS]

При большом диапазоне входных напряжений стабилитрон во входной цепи проблематичен.

А вопросы обеспечения запуска я уже поднимал. Как Вст на него влияет мне очень интересно было-б узнать по подробнее. Но думаю проблема решается применением составного транзистора. По схеме Владимир65 я еще поспрашаю, надо самому подразобраться, а то выглядит непривычно.

Пока повторю вопрос из первой темы - какие преимущества дает включение нагрузки в коллекторную или в эмиттерную цепь регулирующего транзистора ? Это для начала при выборе топологии.

Задачи устройства - фактически работать предстабом и брать на себя основное рассеяние мощности.

[Владимир65]

Если использовать ТЛ431, то стабилизация напряжения будет очень хорошей. Посмотрите даташит. http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/motorola/TL431ID.pdf

 

[Владимир65]

@Wladimir_TS Похоже? Нет проблем с запуском при любой температуре. Единственное  надо больше разницу  напряжения- вход выход  чем в вашей схеме для нагрузки в коллекторе, в которой минимальное напряжение вход- выход равно напряжению падения на открытом транзисторе. Но у вас запас минимум 5 В, чего достаточно если применить Т1 дарлингтон.  При этом выбрав  максимальное значение Р1 (Р13) , но с достаточным током на выходе, с минимальным входным нрапряжением и при минимальной температуре.

Изменено 29 сентября, 2021 пользователем Владимир65

[Гость Wladimir_TS]

Хотелось-бы избегнуть TL431. К тому-ж она мне не очень нравится свой склонностью к самовозбуждению. А большой коэффициент стабилизации не требуется.

В схеме "Владимир65" мне не очень нравится что через стабилитрон течет довольно сильно меняющийся ток , ток базы регулирующего транзистора меняется (ну пусть если он составной - то не так сильно)+ тот ток, что течет через R13, или я не прав.

Можете на вашей модели проверить это ток при минимуме входа и максимуме и минимуме нагрузки (пусть 30 мА и масимуме 200 мА). Картинки не надо можно просто текстом.

[Владимир65]

Тут и без мультисима просто посчитать. 200 В - 20 В это падение на резисторе Р13. Его номинал 22 кОма, но надо будет подобрать в реальной схеме в железе при наименьшем входном напряжении. Так вот 180 В разделть на 22кОма будет около 8 мА. 

[Владимир65]

При минимальном напряжении на входе 25В, ток будет примерно 0,2 мА. Вот при минимальном напряжении и надо подбирать Р13, чтобы был необходимый ток на выходе.   Можно в место Р13 поставить генератор тока и ток будет стабильный при любом напряжении. 

[Гость Wladimir_TS]

Стабилитроны такого не сильно любят, а генератор тока при таких напряжениях не столь прост и тянет еще транзистора на 3. Потому и склоняюсь к схеме с питанием стабилитрона от выходного напряжения. Ну тут вопрос старта.

Вот еще схема с оригинальной системой старта - каково ваше мнение о ней ?

Вот схема с "перевернутым" диффкаскадом, зачем так сделано, какие она имеет преимущества/недостатки :

За "какчество" извиняюсь - в каком виде сыскал в сети в таком и выдаю.

 

 

Предварительный выбор для силового транзистора MJE15032, MJE15034, TIP47, BU406

Изменено 29 сентября, 2021 пользователем Wladimir_TS

[Владимир65]

Вот простой генератор тока. 

[Гость Wladimir_TS]

Все-же было-б полезно если кто-б пояснил по преимуществам и недостаткам приведенных схем.

[Владимир65]

1 час назад, Wladimir_TS сказал:

по преимуществам и недостаткам приведенных схем.

Чем сложней тем хуже.  Для начала пересчитайте схемы под ваши входные напряжения и выходной ток и напряжение. И вам многое станет ясно.

[Гость Wladimir_TS]

Поймиите - это не ответ - это вода, все-же хочется знать применимость достоинства и недостатки тех или иных схемных решений. Методики расчета тоже интересны. Особенно с объяснением чего и из чего проистекает.