Экономичный стабилизатор с полевым транзистором

Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе 13В (IRLR2905)

При построении сильноточных стабилизаторов напряжения радиолюбители обычно используют специализированные микросхемы серии 142 и аналогичные, «усиленные» одним или несколькими, включенными параллельно, биполярными транзисторами. Если для этих целей применить мощный переключательный полевой транзистор, то удастся собрать более простой сильноточный стабилизатор,

Схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рис. 3.28.0. Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение около 13 В (эффективное значение) поступает на выпрямитель и сглаживающий фильтр. На конденсаторах фильтра оно равно 16 В. Это напряжение поступает на сток мощного транзистора VT1 и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор.

Часть выходного напряжения через делитель R2, R3 подается на вход микросхемы DA1, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В. В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, т.е.

частично закрывая его, и, таким образом, устройство входит в режим стабилизации. Лучшие результаты удастся получить, если диод VD2 подключить к выпрямительному мосту (рис. 3.28.6).

В этом случае напряжение на конденсаторе С5 увеличится, поскольку падение напряжения на диоде VD2 будет меньше, чем падение напряжения на диодах моста, особенно при максимальном токе.

При необходимости плавной регулировки выходного напряжения постоянный резистор R2 следует заменить переменным или подстроенным резистором.

В стабилизаторе в качестве регулирующего элемента применен мощный полевой транзистор IRLR2905.

Хотя он и предназначен для работы в ключевом (переключательном) режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном режиме.

Транзистор имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,027 Ом), обеспечивает ток до 30 А при температуре корпуса до 100°С, обладает высокой крутизной и требует

для управления напряжения на затворе всего 2,5…3 В. Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт.

Полевым транзистором управляет микросхема параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (импортный аналог TL431). Конденсаторы — малогабаритные танталовые, резисторы — MJ1T, С2-33, диод VD2 — выпрямительный с малым падением напряжения (германиевый, диод Шоттки).

Параметры трансформатора, диодного моста и конденсатора С1 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения и тока.

Хотя транзистор и рассчитан на большие токи и большую рассеиваемую мощность, для реализации всех его возможностей необходимо обеспечить эффективный теплоотвод.

Налаживание стабилизатора сводится к установке требуемого значения выходного напряжения. Надо обязательно проверить устройство на отсутствие самовозбуждения во всем диапазоне рабочих токов. Для этого напряжения в различных точках устройства контролируют с помощью осциллографа. Если самовоз

буждение возникает, то параллельно конденсаторам CI, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с выводами минимальной длины. Размещаются эти конденсаторы как можно ближе к транзистору VT1 и микросхеме DA1.

Печатная плата устройства приведена на рис. 3.29. Эта плата рассчитана на установку малогабаритных деталей в корпусах для поверхностного монтажа, в том чис

ле и микросхема КР142ЕН19 требует замены на импортный аналог в корпусе SO-8.

В случае, если полевой транзистор найти не удалось, стабилизатор можно выполнить по другой схеме (рис. 3.30), на мощных биполярных транзисторах, с использованием той же микросхемы. Правда, максимальный ток нагрузки у этого варианта стабилизатора не более 3…4 А.

Для повышения коэффициента стабилизации применен стабилизатор тока на полевом транзисторе, в качестве регулирующего элемента применен мощный составной транзистор.

Трансформатор должен обеспечивать на вторичной обмотке напряжение не менее 15 В при максимальном токе нагрузки.

Источник: nauchebe.net

Категория: Операционные системы

Источник: http://mykomputers.ru/operacionnye-sistemy/16238

Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе

И. НЕЧАЕВ, г. Курск

В статье описан аналоговый стабилизатор напряжения для блока питания повышенной мощности. Автору удалось значительно улучшить параметры стабилизатора, применив в качестве силового элемента мощный переключательный полевой транзистор.

При построении сильноточных стабилизаторов напряжения радиолюбители обычно используют специализированные микросхемы серии 142 и аналогичные, “усиленные” одним или несколькими, включенными параллельно, биполярными транзисторами. Если для этих целей применить мощный переключательный полевой транзистор, то удастся собрать более простой сильноточный стабилизатор.

Схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рис.1. В нем в качестве силового применен мощный полевой транзистор IRLR2905. Хотя он и предназначен для работы в ключевом (переключательном) режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном режиме.

Транзистор имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,027 Ом), обеспечиваетток до 30 А при температуре корпуса до 100 °С, обладает высокой крутизной и требует для управления напряжения на затворе всего 2,5…3 В [1].

Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт.

Полевым транзистором управляет микросхема параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (TL431). Ее назначение, устройство и параметры подробно описаны в статье [2]. Работает стабилизатор (рис. 1) следующим образом.

При подключении сетевого трансформатора Т1 к сети на его вторичной обмотке появляется переменное напряжение около 13 В (эффективное значение).

Оно выпрямляется диодным мостом VD1, и на сглаживающем конденсаторе большой емкости (обычно несколько десятков тысяч микрофарад) выделяется постоянное напряжение около 16 В.

Оно поступает на сток мощного транзистора VT1 и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор. Часть выходного напряжения через делитель R2R3 подается на вход микросхемы DA1, замыкая цепь ООС.

Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления ву микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В. В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, т. е.

частично закрывая его, и устройство входит в режим стабилизации. Конденсатор СЗ ускоряет выход стабилизатора на рабочий режим.

Значение выходного напряжения можно установить в пределах от 2,5 до 30 В подбором резистора R2, его значение может изменяться в широких пределах. Конденсаторы С1, С2 и С4 обеспечивают устойчивую работу стабилизатора.

Для описанного варианта стабилизатора минимальное падение напряжения на регулирующем мощном транзисторе VT1 составляет 2,5…3 В, хотя потенциально этот транзистор может работать при напряжении сток-исток, близком к нулю.

LDO линейный стабилизатор напряжения с низким падением

Аббревиатура LDO применительно к стабилизаторам или регуляторам напряжения расшифровывается как: “low drop out” или по-русски низкое падение на выходе.

И это означает что чтобы получить требуемое напряжение на выходе стабилизатора входное напряжение должно не превышать выходное.

Например в широко распространенном LDO стабилизаторе LM1117 для нормального функционирования стабилизатора достаточно падения в 1,2В.

Что позволяет сделать применение стабилизаторов с низким падением напряжения?
Например:

максимально снизить нижнюю границу диапазона работы устройства при питании от аккумуляторных батарей,
увеличить КПД блока питания в составе которого он трудиться,
обойтись без громоздких индуктивностей при фильтрации пульсаций напряжения (активный фильтр).

Как я уже писал, LM1117 считается стабилизатором с низким падением напряжения, с величиной этого самого падения в 1,2В.

Я подумал, зачем такое относительно большое напряжение терять, ведь это удвоенное напряжение на p-n переходе транзистора из кремния? Почему бы не использовать полевой транзистор: в открытом состоянии канал полевого транзистора представляем собой лишь небольшое активное сопротивление.

Погуглив я нашел схемы где регулирование осуществляется полевым транзистором с n-каналом включенным в положительный провод питания. Вот только эти схемы требовали дополнительного источника питания, для управления затвором. Чтобы открыть полевой транзистор, на его затвор нужно было приложить напряжение на несколько Вольт выше напряжения на истоке, а значит и на выходе.

А вот почему бы не использовать p-канальный транзистор, он открывается отрицательным напряжением, которое у нас уже есть. И я нарисовал схему LDO использующую регулируемый стабилитрон TL431:

Эту схему я пока не собирал, возможно потребуются дополнительные RC-цепочки для предотвращения самовозбуждения схемы. Все таки TL431 склонна к самовозбуждению.

До применения полевого транзистора у меня были мысли использования биполярного p-n-p транзистора в качестве регулятора, в таком случае минимальное падение на стабилизаторе составило бы 0,6 В, что конечно поменьше чем 1,2 В.

Вот пара схем с биполярным транзистором.

Ещё я нагуглил на англоязычном форуме схему p-n-p транзистором, ту схему даже смоделировали и анализ частотной характеристики показал устойчивость схемы.
Если силовой биполярный транзистор заменить на полевой, то получим такую схему:

R1 — 68 кОм;
R2 — 10 кОм;
R3 — 1 кОм;
R4,R5 — 4,7 кОм;
R6 — 10 кОм;
VD1 — BZX84C6V2L;
VT1 — AO3401;
VT2,VT3 — 2N5550;

При указанных в перечне значениях VD1, R5, R6 напряжение на выходе стабилизатора составит 6 В.

Источник: http://HardElectronics.ru/ldo-linejnyj-stabilizator-napryazheniya-s-nizkim-padeniem.html

MOSFET + TL431 = Последовательный компенсационный стабилизатор напряжения с минимальным падением

LDO = low dropout = малое минимальное падение напряжения на проходном элементе

Источник: https://electric-220.ru/news/stabilizator_toka_na_polevom_tranzistore/2017-01-02-1149

Рекомендуемый стабилизатор напряжения предназначен для питания высококачественной аппаратуры.

Применение в нем полевого транзистора в качестве регулирующего (VT1) позволило питать источник образцового напряжения (резистор R1, стабилитрон VD1) и усилитель постоянного тока (операционный усилитель DA1) выходным стабилизированным напряжением, а также ослабить до минимума связь между входом и стабилизатором (через канал сток -исток транзистора), что уменьшило проникновение пульсаций входного напряженния в нагрузку.

Основные технические характеристики:

Коэффициент стабилизации напряжения ……………….70 000

Входное напряжение, V ………………………………………….10..20

Выходное напряжение, V ……………………………………………9

Максимальный ток нагрузки, mA ………………………………..150

Выходное сопротивление, Ом …………………………………..0,003

Коэффициент стабилизации напряжения измерен при токе нагрузки 30mA цифровым вольтметром В7-34. При изменении входного напряжения от 10 до 20 V выходное изменялось не более, чем на на 0,0001 V, что соответствует коэффициенту стабилизации 70 000.

Стабилизатор не боится короткого замыкания на выходе,и перегрузок по току. С увеличением тока нагрузки напряжение затвор-исток полевого транзистора уменьшается. При этом напряжение на выходе ОУ увеличивается до максимального значения, которое всегда меньше питающего напряжения.

При дальнейшем увеличении тока нагрузки напряжение затвор-исток транзистора становится постоянным и равным разности выходного напряжения стабилизатора и напряжения насыщения на выходе ОУ-стабилизатор переходит в режим стабилизации выходного тока.

При коротком замыкании на выходе ток через стабилизатор не может превысить своего максимального значения, равного току стока транзистора при нулевом напряжении между затвором и истоком.

Мощность, рассеиваемая регулирующим транзистором при длительном коротком замыкании на выходе стабилизатора не должна превышать допустимую (для транзистора КП903Б-6Вт при температуре воздуха не выше 25оС).

Если, например максимальный ток стока транзистора равен 400 mA, то мощности 6Вт соответствует напряжение 15В. Это наибольшее входное наряжение стабилизатора при длительном замыкании на выходе.

При токе нагрузки более 30mA регулирующий транзистор необходимо устанавливать на теплоотвод.

Конденсаторы C1 и C2 корректируют частотную характеристику ОУ, а C3 и С4- блокируют цепи питания ОУ и нагрузки. Конденсотор C3 надо монтировать возможно ближе к ОУ.

Ослабление влияния колебаний температуры окружающей среды на выходное напряжение достигается использованием в стабилизаторе проволочных резисторов и термостабилизированных стабилитрона и ОУ.

В результате, за первую минуту после включения питания выходное напряжение стабилизатора изменяется в пределах до 800 мкВ, за следующие 20 мин не более, чем на 100 мкВ.

Стабилитрон КС166А можно заменить на КС162А, КС168А, а ОУ К551УД1Б-на К153УД5, К140УД12, К140УД6, К149УД7, К140УД10, К140УД11, К153УД2, К153УД4, К153УД6 или К140УД1А с соответсвующими цепями коррекции. Но при такой замене стабильность выходного напряжения несколько ухудшится, потому что коэффициент стабилизации напряжения прямо пропорционален коэффициенту усиления ОУ.

Налаживание стабилизатора сводится к установке необходимого выходного напряжения путем изменения соотношения номиналов R2 и R3.

Источник: http://shemopedia.ru/ekonomichnyiy-stabilizator-s-polevyim-tranzistorom.html

Стабилизаторы напряжения с проходным транзистором

В схемотехнике блоков питания очень широкое применение находят стабилизаторы с проходным транзистором. В этой статье рассматриваются причины использования таких схемотехнических решений, их преимущества, возможные схемы реализации и принцип функционирования.

Трехвыводные интегральные стабилизаторы с фиксированным напряжением выпускаются на самые различные значения выходных токов, вплоть до 5 и более Ампер. В качестве пример, можно назвать 10-амперный стабилизатор LM396.

Вместе с тем работа с такими большими токами может оказаться нежелательной, поскольку максимальная рабочая температура для кристаллов подобных стабилизаторов меньше, чем для кристаллов мощных транзисторов, что приводит к необходимости использовать громоздкие радиаторы.

Кроме того, мощные интегральные стабилизаторы достаточно дороги.

Альтернативное решение заключается в использовании внешних проходных транзисторов, которые можно добавить к трех- и четырехвыводным стабилизаторам, рассчитанным для работы с малыми токами (до 100 мА), например, к стабилизаторам типа 7805, 7812 и т.д. Базовая схема стабилизатора с проходным транзистором показана на рис.1.

Рис.1 Базовая схема стабилизатора с проходным транзистором

При токах менее 100 мА схема работает обычным образом, т.е. работает интегральный стабилизатор. При больших токах нагрузки, падение напряжения, возникающее на R1, приводит к открыванию транзистора Q1, и реальный ток через интегральный стабилизатор ограничивается величиной 100 мА.

Интегральный стабилизатор поддерживает требуемое значение напряжения на выходе, путем регулировки входного тока. А так как база транзистора Q1 соединена с входом интегрального стабилизатора, то, изменение входного тока микросхемы приводит к изменению режима работы Q1.

Если напряжение на выходе стабилизатора возрастает, то стабилизатор уменьшает свой входной ток и транзистор Q1 «призакрывается», уменьшается ток его перехода коллектор-эмиттер, что, в итоге, ведет к уменьшению выходного напряжения, т.е. осуществляется стабилизация. Если напряжение на выходе стабилизатора уменьшается, то происходит обратный процесс.

Интегральный стабилизатор в этом случае даже не “знает”, что нагрузка потребляет ток более 100 мА. В этой схеме входное напряжение должно превышать выходное на величину перепада стабилизатора 78хх (2В) плюс напряжение перехода база-эмиттер транзистора Q1.

На практике эту схему часто модифицируют для того, чтобы обеспечить ограничение тока транзистора Q1, который в противном случае может отдавать ток в h21Э раз превышающий максимальный внутренний ток стабилизатора, т.е. 20 А и более! Этого достаточно для разрушения транзистора Q1 и подключенной нагрузки. Наиболее часто применяются способы ограничения тока, показанные на рис.2 и рис.3.

Рис.2 Стабилизатор с проходным транзистором и ограничением тока проходного транзистора

Транзистор Q2 в обеих схемах является сильноточным проходным транзистором, а резистор между его базой и эмиттером выбран таким образом, чтобы транзистор открывался при токе нагрузке 100 мА.

На рис.2 транзистор Q1 реагирует на ток нагрузки за счет падения напряжения на R3 и ограничивает запуск транзистора Q2 в том случае, если это падение превышает падение напряжения на диоде (напряжение перехода база-эмиттер). Схема на рис.2 имеет два недостатка:

– входное напряжение должно теперь превышать стабилизированное выходное напряжение на величину падения напряжения на стабилизаторе плюс падение на двух диодах (для токов нагрузки вблизи максимального тока);

– транзистор Q1 должен выдерживать большие токи (до максимального тока стабилизатора), так как из-за малого сопротивления резистора в базе Q1 трудно реализовать ограничивающую схему с обратным наклоном характеристики.

Рис.3 Стабилизатор с проходным транзистором и ограничением тока проходного транзистора

В схеме на рис.3 эти недостатки устранены за счет некоторого усложнения.

В сильноточных стабилизаторах для уменьшения рассеиваемой мощности до приемлемого уровня, важно добиться малого перепада напряжений.

Чтобы получить в этой схеме характеристику с обратным наклоном, можно просто подключить базу Q1 к делителю между коллектором и “землей”, а не к коллектору Q2, как это и сделано в схеме на рис.4.

Рис.4 Стабилизатор с проходным транзистором и ограничением тока проходного транзистора с помощью делителя выходного напряжения

Источник: http://www.mirpu.ru/power/210-prohod.html

Оценка статьи:

(нет голосов)

Загрузка...

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

Содержание:

Современного человека в быту и на производстве окружает большое количество электротехнических приборов и оборудования. Для устойчивой, стабильной работы всей этой техники требуется бесперебойная подача электроэнергии.

Однако из-за скачков сетевого напряжения, приборы довольно часто выходят из строя. Во избежание подобных ситуаций, применяются специальные устройства, в том числе и стабилизатор тока на полевом транзисторе.

Его использование гарантирует нормальную работу электротехники, предотвращает аварии и поломки.

Работа стабилизаторов тока

Качественное питание всех электротехнических устройств можно гарантированно обеспечить лишь, используя стабилизатор тока. С его помощью компенсируются скачки и перепады в сети, увеличивается срок эксплуатации приборов и оборудования.

Основной функцией стабилизатора является автоматическая поддержка тока потребителя с точно заданными параметрами. Кроме скачков тока, удается компенсировать изменяющуюся мощность нагрузки и температуру окружающей среды.

Например, с увеличением мощности, потребляемой оборудованием, произойдет соответствующее изменение потребляемого тока. В результате, произойдет падение напряжения на сопротивлении проводки и источника тока.

То есть, с увеличением внутреннего сопротивления, будут более заметны изменения напряжения при увеличении токовой нагрузки.

В состав компенсационного стабилизатора тока с автоматической регулировкой входит цепь отрицательной обратной связи.

Изменение соответствующих параметров регулирующего элемента позволяет достичь необходимой стабилизации. На элемент оказывает воздействие импульс обратной связи. Данное явление известно, как функция выходного тока.

В зависимости от регулировок, стабилизаторы разделяются на непрерывные, импульсные и смешанные.

Среди множества стабилизаторов очень популярны стабилизаторы тока на полевых транзисторах. Подключение транзистора в данной схеме осуществляется последовательно сопротивлению нагрузки. Это приводит к незначительным изменениям тока нагрузки, в то время, как входное напряжение подвержено существенным изменениям.

Устройство и работа полевого транзистора

Управление полевыми транзисторами осуществляется посредством электрического поля, отсюда и появилось их название. В свою очередь электрическое поле создается под действием напряжения. Таким образом, все полевые транзисторы относятся к полупроводниковым приборам, управляемым напряжением.

Канал этих устройств открывается только с помощью напряжения. При этом, ток не протекает через входные электроды. Исключение составляет лишь незначительный ток утечки. Отсюда следует, что какие-либо затраты мощности на управление отсутствуют. Однако на практике не всегда используется статический режим, в процессе переключения транзисторов задействована некоторая частота.

В конструкцию полевого транзистора входит внутренняя переходная емкость, через которую протекает некоторое количество тока во время переключения. Поэтому для управления затрачивается незначительное количество мощности.

В состав полевого транзистора входит три электрода. Каждый из них имеет собственное название: исток, сток и затвор. На английском языке эти наименования соответственно будут выглядеть, как source, drain и gate. Канал можно сравнить с трубой, по которой движется водяной поток, соответствующий заряженным частицам.

Вход потока происходит через исток. Выход заряженного потока происходит через сток. Для закрытия или открытия потока существует затвор, выполняющий функцию крана. Течение заряженных частиц возможно лишь при условии напряжения, прилагаемого между стоком и истоком. При отсутствии напряжения тока в канале также не будет.

Таким образом, чем больше значение подаваемого напряжения, тем сильнее открывается кран. Это приводит к увеличению тока в канале на участке сток-исток и уменьшению сопротивления канала. В источниках питания применяется ключевой режим работы полевых транзисторов, позволяющий полностью закрывать или открывать канал.

Полевые транзисторы в стабилизаторах тока

Стабилизаторы тока предназначены для поддержания параметров тока на определенном уровне. Благодаря этим свойствам, данные приборы успешно используются во многих электронных схемах. Чтобы понять принцип действия, следует рассмотреть некоторые теоретические вопросы.

Известно, что в идеальном источнике тока присутствует ЭДС, стремящаяся к бесконечности и бесконечно большое внутреннее сопротивление. За счет этого удается получить ток с требуемыми параметрами, независимо от сопротивления нагрузки.

Идеальный источник способен создавать ток, остающийся на одном уровне, несмотря на изменяющееся сопротивление нагрузки в диапазоне от короткого замыкания до бесконечности.

Для поддержания значения тока на неизменном уровне, величина ЭДС должна изменяться, начиная от величины больше нуля и до бесконечности.

Основным свойством источника, позволяющим получать стабильное значение тока, является изменение сопротивления нагрузки и ЭДС таким образом, чтобы значение тока оставалось на одном и том же уровне.

Но, на практике поддержка источником требуемого уровня тока происходит в ограниченном диапазоне напряжения, возникающего на нагрузке. Реальные источники тока используются вместе с источниками напряжения.

К таким источникам относится обычная сеть на 220 вольт, а также аккумуляторы, блоки питания, генераторы, солнечные батареи, поставляющие потребителям электрическую энергию.

С каждым из них может быть последовательно включен стабилизатор тока на полевом транзисторе, выход которого выполняет функцию источника тока.

Простейшая конструкция стабилизатора состоит из двухвыводного компонента, с помощью которого происходит ограничение протекающего через него тока, до необходимых параметров, устанавливаемых изготовителем. Своим внешним видом он напоминает диод малой мощности, поэтому данные приборы известны как диодные стабилизаторы тока.