Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Lineární stabilizátory Parametrické, diskrétní, integrované třísvorkové.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Lineární stabilizátory Parametrické, diskrétní, integrované třísvorkové."— Transkript prezentace:

1 Lineární stabilizátory Parametrické, diskrétní, integrované třísvorkové

2 Mezi stabilizátory lze řadit všechny obvody, kte- ré umožňují stabilizovat výstupní napětí nebo proud při změnách: a) výstupního (zatěžovacího) proudu, b) vstupního (obvykle síťového) napětí, c) teploty okolí. Parametrické paralelní stabilizátory Stabilizátor s diodou Stabilizátor se Zenerovou diodou Diferenciální stabilizátor Kaskádní stabilizátor Zvýšení proudu Zenerovou diodou Paralelní stabilizátor s tranzistory Stabilizátor s TL431

3 R 1 = (U 1 - U F ) / I 1, S I = dU 2 / dI 2 = dU F / dI F = R dyn S U = dU 2 / dU 1 ≈ R dyn / R 1. Stabilizátor napětí s diodou

4 Stabilizátor se Zenerovou diodou S U = dU 2 / dU 1 = R dyn / (R 1 + R dyn ) S t = dU 2 / d t =  TKUZ

5 Diferenciální stabilizátor U 2 = U ZD1 - U ZD2 Stabilizátor s posunutým výstupním napětím

6 Symetrický stabilizátor napětí S U = S U1. S U2 Pokud neexistovaly lineární integrované stabilizátory napětí, bylo nutno zvyšovat činitele napěťové stabilizace kaskádním zapojením stabilizátorů se Zenerovými diodami. Obecně takovýto stabilizátor může být i vícestupňový pro dosažení extrémní hodnoty činitele napěťové stabilizace. V praxi se však užíval většinou dvoustupňový. Kaskádní stabilizátor

7 Zvýšení proudu Zenerovou diodou Zapojení se chová jako výkonová Zenerova dioda, pro kterou platí: U stab = U Z + U BE Vhodný pracovní bod Zenerovy diody leží za kolenem VA cha- rakteristiky již při proudech jednotek mA a nemusí být dos- tatečný pro výkonové tranzis- tory jako proud I B. Posílení tohoto proudu je možné pomocí paralelního odporu R, který upraví velikost proudu I B na: I B = I Z + I R = I Z + U Z / R

8 Paralelní stabilizátor s tranzistory I E1 = I C1 + I B1, I C1 = I B2 + I R2 I E1 = I C1 + I B1 = I B2 + I R2 + I B1 = I B2 + (I C2 - I B1 ) + I B1 = I B2 + I C2 = I E2 Předpokládejme, že oba tranzistory, byť opačné vodivosti, jsou svými parametry shodné. Napětí U 2 = 1,7  V  pro U 1 = 12  V  a to až do proudu zátěže cca 90  mA . Teplotní součinitel výstupního napětí je záporný o hodnotě okolo -5  mV/K .

9 Paralelní stabilizátor s TL431 Je to svým vnitřním zapojením třísvorkový regulátor s možností nastavení výstupního napětí pomocí pomocného vstupu, označovaného jako referenční.

10 Výstupní napětí parametrického stabilizátoru se nastavuje pomocí odporového děliče pomocí vztahu: U 2 = U REF. (R 1 + R 2 ) / R 2 + I REF. R 1, kde U REF = 2,5 [V] je vnitřní referenční napětí obvodu TL431 a doporučená hodnota odporu R 1 výrobcem je 10 [k  ]. Vztah pro malý proud I REF zjednodušujeme obvykle na: U 2 = U REF. (R 1 + R 2 ) / R 2.  TKU  =  UREF . U 2 /U REF, (např. 51,5  ppm/K  pro U2 = 5,6 [V]). Proudové posílení

11 Sériové stabilizátory se ZD U 2 = U ZD - U BE, U 1 = U 2 + U CE, I B = I C / h 21E, I 3 = I B + I ZD, R = (U 1 - U ZD ) / I 3, I 1 = I C + I 3 Podmínky: U CE > (2 ÷ 3)V, U BE (pro Si) = 0,7 V I ZD > (2 ÷ 3) mA U CE1 = U 1 - U 2, P C1 = U CE1. I C1, I B1 = I C1 / h 21E, R 1 = (U 2 - U ZD ) / (I ZD + I B1 ), U CE2 = U 1 - U BE1 - R 1. (I ZD + I B1 ), I B2 = I C2 / h 21E, R 2 = U 2 / I d Volíme: I ZD > (2 ÷ 3) mA, I d = 1 mA

12 Sériový stabilizátor s TL431 Obvod TL431 chová jako dokonalá Zenerova dioda s možností nastavení Zenerova napětí, můžeme jej užít ve všech aplikacích, kde bychom užili ZD. Výstupní napětí U 2 snímáme děličem R1 a R2 a porovnáváme s referenčním napětím TL431. Volíme-li odpory R1 a R2 tak, aby jejich proud byl mnohem větší, než je vstupní proud do elektrody REF obvodu TL431, pak např. při rovnosti ohmických hodnot R1 = R2 bude výstupní napětí právě dvojnásobné velikosti, než napětí referenční, tj. U 2 = 2. U REF = 2. 2,5 = 5  V . R 3 = (U 1 - U 2 - U BE ) / (I KA + I B ) U KA = U 2 + U BE, U BE = 0,7 [V] I KAmin >1 [mA], U REF = 2.5 [V], I KAmax < 150 [mA], I Bmax = 149 [mA] a pro h 21E = 100 je I Cmax = 14,9 [A]

13 Sériové stabilizátory jen s T Referenčním členem je přechod BE2 : R = U 2 / I d, I E1 = I 2 + I d, I B1 = I C1 / h 21E1, U CE2 = U 2 + U BE1, R 1 = (U 1 - U CE2 ) / (I B1 + I C2 ), I B2 = I C2 / h 21E2, U o = U 2 / 2, R 2 = (U o - U BE2 ) / I B2 Při poklesu U 2 poklesne U BE3, čímž dojde k uzavření T 3 a vzrůstu U CE3 = U BE2. T 2 se tedy bude více otevírat a U CE2 klesá. Tím ovšem roste napětí U EB1 tranzistoru PNP, který se více otevře, takže U EC1 klesá a U 2 opět roste. Stabilizátor malého napětí 1,15 [V]

14 Sériový stabilizovaný zdroj napětí s operačním zesilovačem U 1 = U 2 + U CE, I B = I C / h 21E, U 3 = U 2 + U BE + U R3, R 3 = U R3 / I B, R 1 = (U 1 - U ZD ) / I ZD, I ZD ≈ 2 [mA], U ZD volíme ≈ 6 [V] pro α TKUZD = min., I d volíme 1 [mA], R 5 = U 2 / I d, R2 a R4 volíme např. 10 [kΩ] Operační zesilovač volíme v jakéhokoliv typu, podstatné je však vždy zkontrolovat v katalogu, zda je schopen pracovat s nesymetrickým napájecím napětím dané velikosti. Volíme-li v našem případě na místě OZ např. typ 741, lze z katalogu zjistit, že minimální hodnota napájecího napětí U CC je rovna ± 3 [V], t.j. při nesymetrickém napájení U 7-4 = 6 [V].

15 LINEÁRNÍ TŘÍSVORKOVÉ STABILIZÁTORY NAPĚTÍ Stabilizátor s pevnou kladnou hodnotou výstupního napětí: Bezindukční kondenzátor C IN = 1 [  F] se užije v případě, kdy je nabíjecí kondenzátor napájecího zdroje vzdálen více než (5 - 10) [cm] od vlastního stabilizátoru, bezindukční kondenzátor Co zlepšuje impulzní odezvu zdroje na skoky zatěžovacího proudu. Oba kondenzátory se umisťují fyzicky co nejblíže vývodům IO. Poslední dvojčíslí xx určuje výstupní napětí zdroje, např znamená U O = 5 V. Střídavá složka U IN by měla být do 10%, obvod má činitel potlačení střídavé složky o kmitočtu 100 Hz až 70 dB (funguje jako velmi účinný filtr i bez velké hodnoty kapacity C o ).

16 Vše shodné s kladným stabilizátorem, jenom společná zemní svorka je kladná. Stabilizátor s pevnou zápornou hodnotou výstupního napětí Zapojení pro získání symetrického (nebo i nesymetrického) výstupního napětí, např. pro napájení OZ. POZOR!!! Na rozdíl od podobného zapojení se ZD zde musí být (vzhledem k rozdílným hodnotám proudů I Q obou obvodů) připojen střední vstupní zemní vodič napájení. Společným vodičem teče u všech třísvorkových stabilizátorů proud I Adj = I Q = proud vlastní spotřeby IO.

17 Změna hodnoty výstupního napětí 1)Proud I Q u obvodů řady 78xx a 79xx je značně proměnný do cca 5 mA, 2)proud I Q obvodů řady LM317 je okolo 50 μA, 3)proud I Q měříme voltmetrem na malém odporu, ne ampérmetrem, 4)do vývodu I Q lze tedy zařazovat součástky pouze s charakterem zdroje napětí (ZD), v žádném případě odpor!!!! 5)je-li I ZDmin okolo 2 mA při I Q = 50 μA, je nutno paralelně se ZD zařadit odpor, 6)výstupní napětí U 2 = U xx + U ZD, vstupní napětí U 1 > U 2 + cca 3 V, 7)dioda D 2 chrání IO při zkratu na vstupu proti přetížení napětím U 2.

18 Třísvorkový stabilizátor s obvodem TL431 Třísvorkový integrovaný stabilizátor napětí LM317 stabilizuje napětí 1,25  V  mezi výstupní svorkou a svorkou ADJUST (na obrázku spodní svorka). Výstupní napětí zdroje může tedy být minimálně (nebo více): U 2min = U REF317 + U REF431 = 1,25 + 2,5 = 3,75  V . Hodnotou odporu R3 musíme zabezpe- čit tak velký proud I R3, aby společně s proudem I Q = I ADJ = 50  A  dosáhl hodnoty, nezbytně nutné pro činnost obvodu TL431, tj. hodnoty I KAmin = 400  A , volíme I R3 = 1 [mA] a na proud I Q nespoléháme. U 2 = U REF431. (R1 + R2) / R2 ….. ( U R1 > U REF317 )

19 Změna hodnoty výstupního napětí odporovým děličem Stabilizátor se vyznačuje extémě malým proudem I Q tekoucím společnou svorkou Q. Na čipu jsou sdruženy ochrany proti proudovému a tepelnému přetížení. 1)Odpor R 1 doporučuje výrobce o hodnotě 240 Ω, ale tato hodnota není kritická. 2)Hodnota referenčního napětí je 1,25 V a toto napětí je na odporu R 1. 3)Výstupní napětí má přibližně hodnotu U 2 = U ref. (R 1 + R 2 ) / R 1. 4)Je-li proud děličem I d >> I Q, pak platí vztah add 3).

20 Klasické zapojení regulátoru s NPN tranzistorem T1 (velký úbytek napětí) Minimální úbytek napětí mezi vstupem a výstupem je: U IN – U OUT = U BET1 + U BET2 + U CESATT3 I OUTmax ≈ 10A U IN – U OUT > (1,7 ÷ 2,5) V

21 Zapojení LDO regulátoru s PNP tranzistorem T1 v saturaci Minimální úbytek napětí mezi vstupem a výstupem je: U IN – U OUT = U CESATT1 I OUTmax ≈ 1A U IN – U OUT > (0,1 ÷ 0,7) V

22 Zapojení QUASI-LDO regulátoru s NPN tranzistorem T1 a tranzistorem PNP T2 v saturaci Minimální úbytek napětí mezi vstupem a výstupem je: U IN – U OUT = U BE1 +U CESATT2 I OUTmax ≈ 7,5A U IN – U OUT > (0,9 ÷ 1,5) V

23 Současná špička třísvorkových stabilizátorů Rozsah vstupního napětí: U IN = (3 ÷ 80) V Vlastní spotřeba: I Q = 7 μA Nízký úbytek napětí: U IN – U OUT = 350 mV Výstupní proud: I OUT = 20 mA Výstupní napětí: U OUT =( 1,22 ÷ 60) V Není potřebná ochranná dioda. Ochrana proti přepólování vstupního zdroje. Tepelná pojistka. fa Linear Technology

24 Zatěžovací charakteristika třísvorkových regulátorů Na sériovém odporu se snímá úbytek napětí, zesiluje se a porovnává s proudovou referencí. Z charakteristiky zdroje konstantního napětí stabilizátor nemusí přecházet do chaakteristiky zdroje proudu ale charakteristika se může vracet k nule (omezení proudu).

25 Bezpečná pracovní plocha SOA A = omezení plochou výkonového tranzistoru ve stabilizátoru B = omezení tepelným přetížením (chlazení) C = omezení druhým průrazem výkonového tranzistoru omezení maximálním napětím U CEM

26 Pracovní oblast stabilizátoru LM317 parametry uváděné v katalogu jsou výrob- cem testovány jen v určité části SOA pro napětí menší než obvod nepracuje (reference)

27 Proudové posílení výstupu V zapojení je využito té skutečnosti, že proud 0,7 [A] vtékající do integrovaného obvodu 7805 vytváří na vhodně zvolené hodnotě odporu R 1 úbytek napětí U BE právě tak velký, aby došlo k otevření tranzistoru a ten převzal zbývající část proudu zátěže (nad 0,7 A). Tranzistor T1 zabezpečuje omezení velikosti proudu tranzistorem T2 a tak jej chrání proti proudovému a výkonovému přetížení v případě zkratu nebo nadměrného odběru proudu na výstupu.

28 Možnost zvýšení vstupního napětí Jestliže má vstupní napětí U IN vyšší hodnotu, než je povolené vstupní napětí třísvorkového stabilizátoru napětí U IN(MAX) (obvykle 35 [V]), je nutno užít (obvykle tranzistorový) před- stabilizátor vstupního napětí U IN78xx integrovaného stabilizátoru. R 1 = (U IN - U ZD ) / I C. h 21ET1 U IN78xx = U ZD – U BE > U o + 3 V

29 Proudové omezení třísvorkových stabilizátorů napětí Externího tranzistoru je možno užít i pro omezení proudu třísvorkovým stabilizátorem na hodnotu nižší, než je omezení vnitřní. Do odporového děliče R1 - R2 vložíme malý snímací odpor, na kterém snímáme velikost napětí, odpovídající procházejícímu proudu zátěže. Ohmická hodnota tohoto odporu je dána velikostí napětí U BE tranzistoru T1 pro jeho otevírání procházejícím proudem zátěže: R 3 = U BE / (I d + I Z ) U OUT = U Z = U REF. (R 1 + R 2 ) / R 1

30 Stabilizátor napětí typu 723 U o > U ref = 7,15 V U o < U ref = 7,15 V R SC = U BE / I OUT R 3 = R 1 // R 2 …….I d volíme 1 mA, C ref volíme 10 nF ÷ 10 μF, C c kompenzuje fázový přenos R 1 = R 2 // R 3 ……. I d je doporučeno 1 mA, C ref volíme 10 nF ÷ 10 μF, C c kompenzuje fázový přenos


Stáhnout ppt "Lineární stabilizátory Parametrické, diskrétní, integrované třísvorkové."

Podobné prezentace


Reklamy Google