» elektronika »Lineárny regulátor napätia s reguláciou na tranzistoroch TL431 a NPN

Lineárny regulátor napätia nastaviteľný na tranzistoroch TL431 a NPN

Ahoj všetci!
Nedávno som sa začal zaujímať o montáž obvodov lineárneho stabilizátora napätia. Takéto schémy nevyžadujú zriedkavé podrobnosti a výber komponentov a ladenie tiež nespôsobujú žiadne zvláštne ťažkosti. Tentokrát som sa rozhodol zostaviť lineárny stabilizátor napätia na "regulovanej zenerovej dióde" (mikroobvod) TL431. TL431 funguje ako zdroj referenčného napätia a výkonovú úlohu hrá výkonný tranzistor NPN v balíku TO -220.

Pri vstupnom napätí 19 V môže obvod slúžiť ako zdroj stabilizovaného napätia v rozsahu od 2,7 do 16 V pri prúde až 4A. Stabilizátor je navrhnutý ako modul namontovaný na doštičku. Vyzerá to takto:



videa:


Stabilizátor vyžaduje jednosmerné napájanie. Má zmysel používať takýto stabilizátor s klasickým lineárnym napájaním, ktoré sa skladá z transformátora železa, diódy a veľkého kondenzátora. Napätie v sieti sa môže líšiť v závislosti od zaťaženia a výsledkom bude zmena napätia na výstupe z transformátora. Tento obvod poskytne stabilné výstupné napätie s premenlivým vstupom. Musíte pochopiť, že stabilizátor typu down, ako aj samotný obvod, poklesne na 1 až 3 V, takže maximálne výstupné napätie bude vždy menšie ako vstup.

Spínané napájacie zdroje sa môžu v zásade použiť ako napájacie zdroje pre tento stabilizátor, napríklad z laptopu 19 V. V tomto prípade však bude stabilizácia minimálna, pretože továrenské spínacie zdroje a tak na výstupe stabilizované napätie.

vodičské:


Výber komponentov
Maximálny prúd, ktorým môže čip TL431 prejsť sám, podľa dokumentácie, je 100 mA. V mojom prípade som pomocou odporu R1 obmedzil prúd s rezervou na asi 80 mA. Je potrebné vypočítať odpor pomocou vzorcov.

Najprv musíte určiť odpor rezistora. Pri maximálnom vstupnom napätí 19 V sa podľa Ohmovho zákona odpor vypočíta takto:
R = U / I = 19 V / 0,08 A = 240 Ohmov

Je potrebné vypočítať výkon rezistora R1:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohmov = 1,5 Wattu

Použil som sovietsky 2-wattový odpor

Odpory R2 a R3 tvoria delič napätia, ktorý „programuje“ TL431, a rezistor R3 je variabilný, čo vám umožňuje zmeniť referenčné napätie, ktoré sa potom opakuje v kaskáde tranzistorov. Použil som R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. Výkon rezistora R2 závisí od výstupného napätia. Napríklad s výstupným napätím 19 V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 wattu

Použil som odpor 1 watt.

Rezistor R4 sa používa na obmedzenie prúdu na základe tranzistora VT2. Je lepšie zvoliť hodnotenie experimentálne a riadiť výstupné napätie. Ak je odpor príliš veľký, značne to obmedzí výstupné napätie obvodu. V mojom prípade je to 100 ohmov, akákoľvek sila je vhodná.

Ako hlavný výkonový tranzistor (VT1) je lepšie používať tranzistory v puzdre TO - 220 alebo výkonnejšom (TO247, TO-3). Použil som tranzistor E13009, zakúpený na Ali Express, Tranzistor pre napätie do 400V a prúd do 12A. Pre taký obvod nie je vysokonapäťový tranzistor optimálnym riešením, ale bude fungovať dobre. Tranzistor je pravdepodobne falošný a 12 A nebude stáť, ale 5-6A je celkom. V našom obvode je prúd až 4A, preto je vhodný pre tento obvod. V tejto schéme musí byť tranzistor schopný rozptýliť energiu až do 30 - 35 wattov.

Rozptyl energie sa vypočíta ako rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím vynásobeným kolektorovým prúdom:
P = (výstup U - vstup U) * I kolektor
Napríklad vstupné napätie je 19 V, výstupné napätie nastavíme na 12 V a kolektorový prúd je 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 wattov - toto je úplne normálna situácia pre náš tranzistor.

A ak budeme pokračovať v znižovaní výstupného napätia na 6V, obraz bude iný:
P = (19V-6V) * 3A = 39 wattov, čo nie je veľmi dobré pre tranzistor v balíku TO-220 (musíte tiež vziať do úvahy, že keď je tranzistor zatvorený, prúd sa tiež zníži: o 6V bude prúd asi 2-2,5A a nie 3). V tomto prípade je lepšie použiť iný tranzistor v masívnom prípade, alebo znížiť rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím (napríklad, ak je napájacím zdrojom transformátor, prepínaním vinutí).

Tranzistor musí byť dimenzovaný na prúd najmenej 5A. Je lepšie zobrať tranzistor so súčiniteľom prenosu statického prúdu 20. Čínsky tranzistor tieto požiadavky úplne spĺňa. Pred tesnením v okruhu som skontroloval (prúd a rozptyl energie) na špeciálnom stojane.

pretože TL431 môže produkovať prúd nepresahujúci 100 mA a na napájanie bázy tranzistora je potrebný viac prúdu, budete potrebovať ďalší tranzistor, ktorý zosilní prúd z výstupu čipu TL431 a zopakuje referenčné napätie. Na to potrebujeme tranzistor VT2.
Tranzistor VT2 musí byť schopný dodávať dostatočný prúd do základne tranzistora VT1.

Požadovaný prúd je možné zhruba určiť pomocou koeficientu prenosu statického prúdu (h21e alebo hFE alebo p) tranzistora VT1. Ak chceme mať na výstupe prúd 4 A a koeficient prenosu statického prúdu VT1 je 20, potom:
I báza = I kolektor / p = 4 A / 20 = 0,2 A.

Koeficient statického prenosu prúdu sa bude líšiť v závislosti od prúdu kolektora, takže táto hodnota je indikatívna. Meranie v praxi ukázalo, že je potrebné privádzať asi 170 mA k báze tranzistora VT1 tak, aby bol kolektorový prúd 4A. Tranzistory v balíku TO-92 sa začínajú zreteľne zahrievať pri prúdoch nad 0,1 A, takže v tomto obvode som použil tranzistor KT815A v balíku TO-126. Tranzistor je navrhnutý pre prúd do 1,5A, statický koeficient prenosu prúdu je asi 75. Pre tento tranzistor bude vhodný malý chladič.
Kondenzátor C3 je potrebný na stabilizáciu napätia na základe tranzistora VT1, menovitá hodnota je 100 μF, napätie je 25V.

Filtre z kondenzátorov sú inštalované na výstupe a vstupe: C1 a C4 (elektrolytické pri 25 V, 1 000 μF) a C2, C5 (keramické 2 až 10 μF).
Dióda Dl slúži na ochranu tranzistora VT1 pred spätným prúdom. Dioda D2 je potrebná na ochranu pred tranzistorom pri napájaní kolektorových motorov. Keď je motor vypnutý, motory sa chvíľu točia a v brzdovom režime pracujú ako generátory. Takto generovaný prúd ide opačným smerom a môže poškodiť tranzistor.Dióda v tomto prípade uzatvára motor k sebe a prúd nedosahuje tranzistor. Rezistor R5 zohráva úlohu malej záťaže pri stabilizácii v pohotovostnom režime, nominálnej hodnote 10 k Ohm, pri akomkoľvek výkone.

zhromaždenia
Obvod je zostavený ako modul na doštičke. Použil som radiátor zo spínaného zdroja energie.

Pri radiátoroch tejto veľkosti by ste obvod nemali čo najviac zaťažovať. Pri prúde vyššom ako 1 A je potrebné vymeniť chladič za masívnejší, pričom fúkanie ventilátorom by tiež nepoškodilo.

Je dôležité si uvedomiť, že čím väčší je rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím a čím väčší je prúd, tým viac tepla je generované a tým viac chladenia je potrebné.
Spájkovanie trvalo asi hodinu. V zásade by bolo dobré vytvoriť tabuľu pomocou metódy LUT, ale odvtedy Potrebujem iba dosku v jednej kópii, nechcel som strácať čas navrhovaním dosky.

Výsledkom je taký modul:

Po montáži som skontroloval vlastnosti:


Okruh nemá prakticky žiadnu ochranu (čo znamená, že neexistuje žiadna ochrana proti skratu, ochrana proti reverznej polarite, plynulý rozbeh, obmedzenie prúdu atď.), Preto sa musí používať veľmi opatrne. Z toho istého dôvodu sa neodporúča používať takéto systémy v „laboratórnych“ zdrojoch energie. Na tento účel sú pripravené mikroobvody v balíku TO-220 vhodné pre prúdy až do 5A, napríklad KR142EN22A. Alebo aspoň pre tento obvod, musíte vytvoriť doplnkový modul na ochranu proti skratu.

Obvod možno nazvať klasickým, rovnako ako väčšina lineárnych stabilizačných obvodov. Moderné impulzné obvody majú mnoho výhod, napríklad: vyššiu účinnosť, oveľa menšie zahrievanie, menšie rozmery a hmotnosť. Zároveň je ľahšie zvládnuť lineárne obvody pre začiatočnícke šunky a ak účinnosť a rozmery nie sú zvlášť dôležité, sú celkom vhodné na napájanie zariadení so stabilizovaným napätím.

A samozrejme, nič sa nedá porovnávať s pocitom, keď som napájal nejaké zariadenie z domáceho zdroja energie a lineárne obvody pre šunky pre začiatočníkov sú prístupnejšie, nech už sa dá povedať čokoľvek.
9.1
9.5
8.3

Pridajte komentár

    • usmievaťúsmevyxaxaokdontknowyahoonea
      bossškrabanecoklamaťánoáno, ánoútočnýtajomstvo
      ľutovaťtanecdance2dance3odpusteniehelpnápoje
      zastávkapriateliadobrýgoodgoodpíšťalaomdlieťjazyk
      dymtlieskanieCraydeklarovaťvýsměšnýdon-t_mentiondownload
      teplohnevlivýlaugh1MDAstretnutiemoskingnegatívny
      not_ipražená kukuricatrestaťprečítaťvydesiťzdesenievyhľadávať
      posmechthank_youtototo_clueumnikakútnasúhlasiť
      zlýbeeeblack_eyeblum3očervenieťchvastanienuda
      cenzurovanéžartysecret2hroziťvíťazstvoyusun_bespectacled
      shokrešpektlolprevedievitajtekrutoyya_za
      ya_dobryipomocníkne_huliganne_othodiFLUDzákazzavrieť
10 komentár
Autor
Ako som sľúbil, pri zmene záťažového prúdu som skontroloval stabilizáciu výstupného napätia.
Stabilizácia funguje dobre. Testovacie podmienky: vstupné napätie -16V, výstup - 12V. Zaťažovací prúd sa zmenil z približne 1,5 A na 3 A (jedna žiarovka je stále zapnutá, pripája / odpája ďalšiu žiarovku). Napätie 12 V zostáva stabilne.
Citácia: EandV
Môžem sa samozrejme mýliť, ale podľa môjho názoru, ak sa používajú terénni pracovníci v lineárnom (ajarskom) režime, zahrievajú sa tiež.
Aj podľa fyziky. )) Aký je rozdiel, ktorý tranzistor je bipolárny, poľný, IGBT, BSIT? Ak ním prechádza prúd a napätie klesá, potom k nemu priradený výkon nezávisí od typu tranzistora. ))
Autor
Ďakujem!
Áno, lineárne obvody na bipolárnych tranzistoroch sú v zásade kotly. S tým nemôžete argumentovať.
Osobne som prácu v teréne použil iba na riadiace obvody PWM. Môžem sa samozrejme mýliť, ale podľa môjho názoru, ak sa používajú terénni pracovníci v lineárnom (ajarskom) režime, zahrievajú sa tiež. Nezohrievajú sa, iba keď sú úplne otvorené.
Hosť Alexander
Klobúky preč veľa práce. Existuje však jedna vec, ale bipolárne tranzistory bez (vodného) chladenia sa ťažko ochladzujú. Z tohto dôvodu už dávno prešiel na ihrisko. Pokúste sa ľutovať s rovnakými parametrami, že veľký radiátor nie je potrebný
Autor
Je príjemné hovoriť s ľuďmi, ktorí dávajú komentáre k zásluhám. Pokiaľ ide o niekoľko otázok, musím uznať, že máte pravdu.
Ale stále chcem objasniť pár bodov.
To je menej ako 1%, ale zvyčajne, keď hovoríme o stabilizátoroch, myslíme zaťaženie výstupu.

Súhlasím s vami, potreboval som to presnejšie formulovať. Myslím si, že všeobecný význam je jasný: napätie v sieti kráča, aj keď nie príliš, bude kráčať aj na výstupe z transformátora.
Toto sú vaše údaje. Keď sa vo videu zníži napätie, prúd skutočne klesne (Ohmov zákon), ale pri určitom aktívnom zaťažení. Znížte zaťažovací odpor - prúd sa zvýši.

Máte, samozrejme, pravdu, je zbytočné argumentovať, ale v praxi ľudia, ktorí majú aspoň minimálne skúsenosti s elektronikou, pravdepodobne nebudú používať lineárne stabilizátory s veľkým poklesom napätia a pri maximálnych prúdoch (aspoň dúfam).
Pokúsil som sa to vyjadriť nasledujúcim textom, možno nie veľmi dobre:
"P = (19V-6V) * 3A = 39 wattov, čo nie je veľmi dobré pre tranzistor v balíku TO-220 (musíte tiež vziať do úvahy, že keď je tranzistor uzavretý, prúd sa tiež zníži: o 6V bude prúd asi 2-2,5A, V tomto prípade je však lepšie použiť iný tranzistor vo väčšom prípade alebo zmenšiť rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím (napríklad, ak je zdrojom napájanie transformátor, prepínaním vinutí).
Kondenzátor nemôže stabilizovať napätie.

Opäť platí, že znenie nie je rovnaké ... Všeobecne platí, že s kondenzátorom je lepšie.

Ešte raz ďakujem za konštruktívne pripomienky. V našej dobe sa to často nestáva, zvyčajne hovoria, že okruh je nepoužiteľný a autor je poslaný prečítať si klasickú učebnicu elektroniky.
sieťové napätie máčalo niekoľko voltov
To je menej ako 1%, ale zvyčajne, keď hovoríme o stabilizátoroch, myslíme zaťaženie výstupu.
Ak bude obmedzený na 2,7 V, nebude existovať žiadna 4A. Pozrite si video k článku
Pri vstupnom napätí 19 V môže obvod slúžiť ako zdroj stabilizovaného napätia v rozsahu od 2,7 do 16 V pri súčasnom 4A.
Toto sú vaše údaje. Keď sa vo videu zníži napätie, prúd skutočne klesne (Ohmov zákon), ale pri určitom aktívnom zaťažení. Znížte zaťažovací odpor - prúd sa zvýši.
Bez C3, výstupné napätie po tranzistore trochu prechádza +/- 50 mA
kondenzátor C3 je potrebný na stabilizáciu napätia založené na tranzistore VT1
Kondenzátor nemôže stabilizovať napätie. škrabanec
Autor
Neskúšal som taký systém, aby som bol úprimný. Zaujímavá varianta s terénnym pracovníkom.
Spočiatku som v obvode opísanom v článku chcel použiť presne bipolárny alebo skôr Darlingtonov tranzistor (okolo seba ležalo pár ďalších KT827A). Potom som si myslel, že nie každý má KT827A, ale nie sú lacné. Preto sa rozhodol pre kompozitný tranzistor z lacných súčiastok.
Autor
Zdravím!
Celý článok ste priamo analyzovali, som rád, že niekto všetko prečítal tak pozorne. Niet divu, že to znamená, že som napísal toľko buk.
Pokúsim sa v podstate odpovedať:
Kartónový tranz nie je vhodný?

Kartón sa nezmestí jednoznačne ani feriticky - pulzne. Raz som si myslel, že feritické - vysokofrekvenčné a 50 hertzové železo - je to isté, teraz viem, že neexistuje, a ponáhľal som sa to spomenúť. Zrazu nie som jediný na svete.
Aké zaťaženie?

Ľudia prišli večer po práci, zapli televízory, elektrické sporáky, počítače atď., Napätie v sieti sa znížilo o niekoľko voltov (relevantnejšie pre malé mestá a vidiecke oblasti, hoci malé výkyvy v Moskve nie sú neobvyklé)
A keď sa zmení zaťažovací prúd?

Toto je správna otázka, ktorú skontrolujem.
A úbytok napätia na TL431 sa nepočíta?

Nezohľadnil, pretože v mojom prípade to nie je významné, tranzistor VT2 zosilňuje okrajom. Úlohou výberu odporu pre TL je obmedziť prúd tak, aby nespálil, ak je o niečo menej, nie je smrteľný.
Pmax = (19-2,7) * 4 = 65,2 W

Vážený, toto je lineárny obvod, obmedzenie výstupného napätia sa dosiahne kvôli obmedzeniu prúdu tranzistorom. Ak bude obmedzený na 2,7 V, nebude existovať žiadna 4A. Pozrite si video k článku, kde testy jasne ukazujú: pri 2,7 V je prúd 1,7 A, t. (19-2,7) * 1,7 = 27,7 W, takže žijeme!
???

Bez C3, výstupné napätie po tranzistore kráča trochu +/- 50 mA. V týchto schémach som videl, ako na tento účel vložili tiež odpor kompenzujúci kolektorový spätný prúd asi 4,7 k medzi základňu a žiarič tranzistora.
Pokiaľ ide o diódu - preklep (dobre, ospravedlňte ma), „na ochranu tranzistora“ - tým myslím, hovoríme o tom:
Ak ste príliš leniví na čítanie, tu je citácia:
„Pretože motor je induktívna záťaž, musíme byť opatrní. Ak prúd tečie vinutím a náhle zastavíme tento tok, potom sa na svorkách vinutia dočasne objaví veľké napätie. Toto napätie môže poškodiť tranzistor (vo vyššie uvedenom diagrame) a spôsobiť prerušenie spojenia. základný kolektor. Okrem toho to môže spôsobiť značné rušenie. Aby sa tomu zabránilo, je potrebné zapojiť diódu paralelne s indukčnou záťažou. "
Ale s tým absolútne súhlasím!

Po ostatných pripomienkach je toto balzam na rany)
Myslím si, že táto možnosť je prijateľnejšia.
pozostávajúce z železo transformátor
Kartónový tranz nie je vhodný?
Napätie v sieť sa môže líšiť v závislosti od zaťaženia
Aké zaťaženie?
Tento obvod poskytne stabilné výstupné napätie s premenlivým vstupom
A keď sa zmení zaťažovací prúd?
R = U / I = 19 V / 0,08 A = 240 Ohmov
A úbytok napätia na TL431 sa nepočíta?
napätie od 2,7 do 16 V pri prúde do 4A.
tranzistor musí byť schopný rozptýliť energiu až do 30 - 35 wattov
Pmax = (19-2,7) * 4 = 65,2 W!
kondenzátor C3 je potrebný stabilizovať napätie založené na tranzistore VT1
Potrebná je dióda D2 na ochranu tranzistorov pri napájaní z kolektorových motorov
???
Na tento účel sú pripravené mikroobvody v balíku TO-220 vhodné pre prúdy do 5A, napríklad KR142EN22A.
Ale s tým absolútne súhlasím! usmievať

Odporúčame vám prečítať si:

Ruku pre smartphone ...