Стабилизатор напряжения на микросхеме КР142ЕН19 с защитой 27 вольт / 7-25 вольт 2 ампера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

В статье описан стабилизатор напряжения с надежной импульсной защитой. Если выходной ток стабилизатора некоторое время превышает порог срабатывания защиты, стабилизатор выключается на несколько секунд для охлаждения регулирующего транзистора, потом включается и отключается снова, пока не будет устранена авария в нагрузке. Поскольку регулирующий транзистор в таком режиме большую часть времени закрыт, рассеиваемая им средняя мощность даже при коротком замыкании выхода не больше, чем в штатном режиме.

В предлагаемом стабилизаторе применен узел импульсной защиты на герконовом реле, включенном в сильноточную цепь. Такой узел содержит мало дополнительных деталей, почти не уменьшает КПД стабилизатора, а главное, ток срабатывания герконовой защиты очень слабо зависит от температуры. Коэффициент стабилизации устройства превышает 400. Минимальное падение напряжения между входом и выходом - 0,5 В. Схема стабилизатора показана на рис. 1.

Рис. 1

Основной элемент стабилизатора - микросхема КР142ЕН19 (DA1). Если напряжение на управляющем входе (вывод 1) микросхемы относительно катода (вывод 2) превысит порог ее открывания (2,5 В), ток анода возрастает с крутизной примерно 2 мА/мВ. Напряжение на аноде открытой микросхемы, определяемое ее внутренним устройством, - не менее 2,5 В. Эта микросхема имеет особенность: если напряжение на входе окажется больше, чем надо для ее полного открывания, она может выключиться. При этом она перестает управлять стабилизатором, в результате чего на его выходе может появиться входное напряжение. Перегрузка входа микросхемы может произойти из-за броска выходного напряжения, который возникает при отключении нагрузки от работающего стабилизатора. При этом ток, поступавший в нагрузку до ее отключения, начинает заряжать конденсатор, установленный на выходе стабилизатора. Это приводит к увеличению выходного напряжения, пока прошедшим через стабилизатор сигналом ошибки не будет закрыт регулирующий транзистор. Очевидно, выброс напряжения будет тем меньше, чем больше емкость конденсатора на выходе устройства и чем быстрее проходит через стабилизатор сигнал ошибки. Эксперименты с отключением нагрузки показали, что емкости не менее 1000 мкФ на каждый ампер выходного тока вполне достаточно, чтобы отключения микросхемы в описываемом стабилизаторе возникнуть не могло.

При повторении устройства следует воздерживаться от изменений, приводящих к уменьшению быстродействия, например, от применения низкочастотных транзисторов. Особенно опасно искусственно уменьшать быстродействие добавлением интегрирующих RC-звеньев в тракт прохождения сигнала ошибки с целью борьбы с генерацией. Поскольку часть выходного напряжения подана с движка резистора регулировки выходного напряжения R12 на вход управления микросхемы, увеличение напряжения между выходными выводами стабилизатора приводит к увеличению напряжения между входом управления микросхемы и ее катодом, что приводит к открыванию микросхемы. Ее выходной сигнал закрывает транзистор VT3, включенный по схеме с общим затвором, а затем и составной регулирующий транзистор VT2VT1, включенный в минусовый провод стабилизатора, что приводит к уменьшению тока через него. Если закрыта микросхема, транзистор VT3 должен быть открыт, ток его канала должен быть в пределах 4...10 мА.

Такой режим получается, если на затвор подано напряжение около 5 В относительно общего плюсового провода. Оказалось, что подача на затвор части входного напряжения с пульсациями приводит к появлению пульсаций на выходе стабилизатора с амплитудой около 1 мВ. Поэтому напряжение на затворе транзистора VT3 стабилизировано относительно общего провода стабилитроном VD1, а затем еще и отфильтровано цепями R2C3, R5C4. Применение полевого транзистора позволило существенно уменьшить ток через фильтры, а, следовательно, и их габариты. Резистор R7 предотвращает самовозбуждение. Без него ступень на транзисторе VT3 может самовозбудиться на частоте около 20 МГц. Описываемый стабилизатор имеет три степени защиты от аварий как в нагрузке, так и в самом стабилизаторе. Быстрая защита от кратковременных перегрузок обеспечена резистором R8. При существенном, примерно в два раза, превышении током нагрузки заданного максимума в 2 А падение напряжения на резисторе R8 увеличивается до уровня входного напряжения, транзистор VT2 вследствие этого насыщается и перестает усиливать ток, что приводит к ограничению тока нагрузки.

От более продолжительных аварий стабилизатор защищен импульсной защитой на герконовом реле К1. Если ток нагрузки превышает ток срабатывания реле (2 А), геркон замыкается, и конденсатор C3 быстро разряжается через резистор R1. При этом начинается также разрядка конденсатора С4 через резистор R5. Но этот процесс протекает значительно медленнее из-за сравнительно большого сопротивления резистора R5. Когда падение напряжения на конденсаторе С4 уменьшится примерно до 1 В, транзистор VT3 закроется, выключая тем самым стабилизатор. Задержка отключения стабилизатора цепью R5C4 введена для того, чтобы конденсатор C3 успел до момента размыкания геркона К1.1 разрядиться практически полностью.

После размыкания геркона начинается медленная зарядка конденсатора C3 через резистор R2. Это приводит к постепенному открыванию транзистора VT3 и запуску стабилизатора. Аналогично происходит и запуск стабилизатора при включении питания. Если от этого стабилизатора питать УМЗЧ, при его включении не будет щелчка в акустических системах. Описываемый стабилизатор, как и любое устройство с глубокой обратной связью, может быть склонен к генерации. При макетировании устройства генерация наблюдалась в виде импульсов на выходе стабилизатора с амплитудой около 5 мВ и частотой около 100 кГц. Оказалось, что на склонность стабилизатора к генерации больше всего влияет качество конденсатора С5. Понять, почему это происходит, помогают следующие рассуждения. Допустим, на выходе стабилизатора случайно изменилось напряжение на 1 мВ. Микросхема преобразует это напряжение в изменение выходного тока 2 мА.

Регулирующие транзисторы усилят его примерно в 500 раз, что в результате приведет к изменению тока через стабилизатор и конденсатор С5 на 1 А. Это изменение тока вызовет падение напряжения на эквивалентном последовательном сопротивлении (ЭПС) конденсатора, которое пойдет по цепи обратной связи "по второму кругу". Если это падение напряжения превысит 1 мВ, может возникнуть генерация. Очевидно, устойчивость стабилизатора может обеспечить конденсатор С5 с ЭПС менее 0,001 Ом. Чтобы сделать выбор, были проведены измерения ЭПС конденсаторов различных серий. На конденсатор через резистор подавалось однополярное напряжение с частотой 100 кГц и размахом тока 1 А. ЭПС вычислялось по напряжению на конденсаторе, измеренному осциллографом. Оказалось, что для конденсаторов емкостью более 500 мкФ ЭПС на частоте 100 кГц зависит в основном от конструкции конденсатора, а от его емкости и номинального напряжения зависит слабо.

По результатам измерений конденсатор С5 составлен из десяти параллельно соединенных конденсаторов серии К50-24 по 470 мкФ, в результате чего подавлено самовозбуждение без применения других средств. Для полного использования малого сопротивления батареи конденсаторов С5 нужно, чтобы длина соединительных проводов от выводов конденсатора С5 до правого по схеме вывода резистора R13 и до точки соединения резисторов R10 и R14 была как можно меньше, что показано на схеме. Склонность стабилизатора к генерации, как следует из вышеизложенного, увеличивается при возрастании максимально возможной амплитуды импульса тока, который стабилизатор может подать в конденсатор С5. Это может стать основной проблемой при попытке увеличить максимальный выходной ток. Улучшить устойчивость стабилизатора можно подбором резистора R10, создающего местную отрицательную обратную связь в цепи катода микросхемы.

При налаживании стабилизатора этот резистор замыкают перемычкой, затем увеличением числа конденсаторов в батарее С5 устраняют генерацию, после чего перемычку убирают. Стабилизатор приобретает запас устойчивости, достаточный для его нормальной работы даже после частичной потери емкости батареи С5. Конденсатор С2 устраняет влияние индуктивности обмотки герконового реле на устойчивость стабилизатора. В стабилизатор может быть добавлена еще одна степень защиты - от перегревания регулирующего транзистора VT1. Для этого достаточно прижать к корпусу этого транзистора термореле с биметаллической пластиной, срабатывающее при температуре 60...70 °С. Замкнутые контакты термореле включают в разрыв цепи стока транзистора VT3. Перегревание транзистора VT1 вызовет размыкание контактов термореле, в результате чего транзистор VT1 будет закрыт до тех пор, пока не охладится.

Транзистор КП507А (VT3) заменим близким по параметрам КП508А. Микросхему КР142ЕН19 (DA1) допустимо заменить на КР142ЕН19А или зарубежный аналог TL431. Конденсаторы C3, С4, используемые в узле защиты как времязадающие, должны быть с малой утечкой, например, из серий ФТ, К78, К71-4. От емкости конденсатора C3 зависит период срабатывания импульсной защиты, а также длительность запуска стабилизатора. При указанных на схеме сопротивлении резистора R2 и емкости конденсатора C3 этот период примерно равен 3 с.

Существенно уменьшать его снижением емкости конденсатора C3 не следует, так как при слишком быстром запуске ток зарядки конденсаторов, которые могут находиться в составе нагрузки, может превысить 2 А, что вызовет срабатывание защиты. Герконовое реле К1 - самодельное. На герконе КЭМ1 (или другом аналогичном) наматывают 15 витков обмоточного провода диаметром 0,4-0,7 мм. Затем уточняют число витков по срабатыванию геркона при токе нагрузки 2 А. Транзистор VT1 должен быть установлен на теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности не менее 200 кв.см. При налаживании на вход подают напряжение с выхода лабораторного источника питания. Его максимальное значение не должно превышать 30 В (предельное напряжение анод-катод микросхемы DA1). Подбором резистора R14 устанавливают верхнюю границу регулировки выходного напряжения на 0,5...1 В меньше входного напряжения. Резистор R8 подбирают так, чтобы падение напряжения на нем при токе нагрузки около 2 А было равно половине входного напряжения.

Стабилизатор следует с осторожностью использовать в двуполярных источниках из-за его медленного запуска. Так как геркон импульсной защиты может замыкаться от сильной тряски, не рекомендуется применять предлагаемый стабилизатор в бортовых системах.

Автор: С. Каныгин, г. Харьков; Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Разлагающиеся костные имплантаты 09.11.2015 Смешивая кукурузный крахмал и глину из вулканического пепла, можно создать пластик для костных трансплантатов, которые способны значительно облегчить процесс хирургической замены костей. Доклинические исследования, проведенные в Бомонтской больнице, позволяют утверждать, что подобный биоразлагаемый материал может быть использован при лечении костей у сотен пациентов, нуждающихся в костной замене после операций по удалению опухолей, спондилодеза или тяжелых трещин. Обычно подобные трансплантаты делают, изымая кость из другой части тела пациента, или же берут материал у доноров или трупов. Доноров мало, забор материала у самого пациента зачастую или неэффективен, или просто невозможен, поэтому решение проблемы костных трансплантатов стоит в хирургии довольно остро. Кевин Бейкер, директор Ортопедических исследовательских лабораторий Бомонтской больницы, говорит, что задача исследователей - создать такой биоразлагаемый материал, которому не нужны металлические или пластиковые вкрапления для поддержки и усиления традиционных костных трансплантатов. "Внутреннее "железо" может стать потенциальным источником инфекции, к тому же оно может серьезно осложнить будущие МРТ-тесты. Вдобавок, с хирургической точки зрения, когда не надо беспокоиться о больших кусках металла или пластика в теле, процедуры проходят гораздо легче". Биоразлагаемый полимер усилен наночастицами монтмориллонитной глины, также в него введен углекислый газ, отчего материал походит на твердую пену, пористую, как настоящая кость. Исследователи говорят, что такой трансплантат разложится через 18 месяцев, и к тому времени организм уже нарастит собственную новую кость и залечит рану. Материал пока находится в ранних стадиях разработки, и будет доступен для практического использования как минимум через несколько лет.

Другие интересные новости:

▪ Передача солнечной энергии с орбиты на Землю

▪ 7-нм 64-ядерный процессор Huawei для серверов и SSD-контроллер с искусственным интеллектом

▪ Мозг предсказывает будущее

▪ Искусственное дерево очищает воду и выжимает ее из воздуха

▪ Голуби над автотрассой

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Устройства защитного отключения. Подборка статей

▪ статья Ловцы душ. Крылатое выражение

▪ статья Какие микробы стали официальными символами штатов США? Подробный ответ

▪ статья Дворник. Должностная инструкция

▪ статья Двухканальный контроллер светового шнура типа Дюралайт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Платки подчиняются команде. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025