Регулятор тока с ограничением напряжения: Регулятор напряжения с ограничением тока схема

Регулятор напряжения с ограничением тока схема

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

ActionTeaser NEWS

Статистика

Схема регулируемого блока питания 0…24 В, 0…3 А,
с регулятором тока ограничения.

Схема регулируемого блока питания с регулятором тока ограничения

В статье мы приводим вам не сложную принципиальную схему регулируемого 0 …24 Вольта блока питания. Ограничение тока регулируется переменным резистором R8 в диапазоне 0 … 3 Ампера. При желании этот диапазон можно увеличить путем уменьшения номинала резистора R6. Данный ограничитель тока является защитой блока питания от перегрузок и коротких замыканий на выходе. Величина выходного напряжения задается переменным резистором R3. И так, принципиальная схема:

Максимальное напряжение на выходе блока питания зависит от напряжения стабилизации стабилитрона VD5. В схеме применен импортный стабилитрон BZX24, его U стабилизации лежит в диапазоне 22,8…25,2 Вольта согласно описанию.

Вы можете скачать datashit на все стабилитроны этой линейки (BZX2…BZX39) по прямой ссылке с нашего сайта:

Так же в схеме можно применить отечественный стабилитрон КС527.

Список элементов схемы блока питания:

● R1 – 180 Ом, 0,5 Вт
● R2 – 6,8 кОм, 0,5 Вт
● R3 – 10 кОм, переменный (6,8…22 кОм)
● R4 – 6,8 кОм, 0,5 Вт
● R5 – 7,5 кОм, 0,5 Вт
● R6 – 0,22 Ом, 5 Вт (0,1…0,5 Ом)
● R7 – 20 кОм, 0,5 Вт
● R8 – 100 Ом, подстраиваемый (47…330 Ом)
● С1, С2 – 1000 х 35V (2200 х 50V)
● С3 – 1 х 35V
● С4 – 470 х 35V
● 100n – керамический (0,01…0,47 мкФ)
● F1 – 5 Ампер
● Т1 – КТ816, можно поставить импортный BD140
● Т2 – BC548, можно поставить BC547
● Т3 – КТ815, можно поставить импортный BD139

● Т4 – КТ819, можно поставить импортный 2N3055
● Т5 – КТ815, можно поставить импортный BD139
● VD1…VD4 – КД202, или импортная диодная сборка на ток не менее 6 Ампер
● VD5 – BZX24 (BZX27), можно заменить отечественным КС527
● VD6 – АЛ307Б (RED LED)

О выборе конденсаторов.

С1 и С2 стоят параллельно, поэтому их емкости складываются. Номиналы их выбираются из примерного расчета 1000 мкФ на 1 Ампер тока. То есть, если вы захотите поднять максимальный ток БП до 5…6 Ампер, значит номиналы С1 и С2 можно поставить по 2200 мкФ каждая. Рабочее напряжение этих конденсаторов выбирается изи расчета Uвх * 4/3 , то есть, если напряжение на выходе диодного моста составляет порядка 30 Вольт, значит (30*4/3=40) конденсаторы должны быть расчитаны на рабочее напряжение не менее 40 Вольт.

Номинал конденсатора С4 выбирается примерно из расчета 200 мкФ на 1 Ампер тока.

Печатная плата блока питания 0…24 В, 0…3 А:

О деталях блока питания.

● Трансформатор – должен быть соответствующей мощности, то есть если максимальное напряжение вашего блока питания составляет 24 Вольта, и вы рассчитываете, что ваш БП должен обеспечивать ток порядка 5 Ампер, соответственно (24 * 5 = 120) мощность трансформатора должна быть не менее 120 Ватт. Обычно трансформатор выбирают с небольшим запасом по мощности (от 10 до 50 %) Подробнее о расчете можно прочитать статью:

Если вы решили применить в схеме тороидальный трансформатор, его расчет описан в статье:

● Диодный мост – по схеме собран на отдельных четырех диодах КД202, они расчитаны на прямой ток 5 Ампер, параметры в таблице ниже:

5 Ампер это максимальный ток для этих диодов, и то установленных на радиаторы, поэтому для тока в 5 и более ампер лучше применять импортные диодные сборки ампер на 10.

Как альтернативу можете рассмотреть 10 Амперные диоды 10А2, 10А4, 10А6, 10А8, 10А10, внешний вид и параметры на картинках ниже:

Диоды 10A10_10A_1000V

10А2_10_parametri

На наш взгляд, лучшим вариантом выпрямителя будет применение импортных диодных сборок, например, типа KBU-RS 10/15/25/35 A, они и токи большие выдерживают, и места занимают гораздо меньше.

Параметры можете скачать по прямой ссылке:

● Транзистор Т1 – может слегка нагреваться, поэтому лучше его установить на небольшой радиатор или пластину из алюминия.

● Транзистор Т4 – однозначно будет нагреваться, поэтому ему нужен хороший радиатор. Это связано с мощностью, рассеиваемой на этом транзисторе. Приведем пример: на коллекторе транзистора Т4 имеем 30 Вольт, на выходе БП установили 12 Вольт, а ток при этом течет 5 Ампер. Получается, что 18 Вольт остается на транзисторе, а 18 Вольт умноженное на 5 Ампер получим 90 Ватт, это та мощность которая будет рассеиваться на транзисторе Т4. И чем меньшее напряжение вы установите на выходе БП, тем мощность рассеивания будет больше. Отсюда следует то, что транзистор следует выбирать внимательно, и обращать внимание на его характеристики. Ниже находятся две прямые ссылки на транзисторы КТ819 и 2N3055, можете скачать их себе на компьютер:

Регулировка тока ограничения.

Включаем блок питания, регулятором выходного напряжения устанавливаем 5 Вольт на выходе в холостом режиме, подключаем к выходу резистор 1 Ом мощностью не менее 5 Ватт с последовательно подключенным амперметром.
С помощью подстроечного резистора R8 устанавливаем необходимый ток ограничения, и чтобы убедиться, что ограничение работает, вращаем регулятор уровня выходного напряжения вплоть до крайнего положения, то есть до максимума, при этом величина выходного тока должна быть неизменной. Если вам не нужно изменять ток ограничения, тогда вместо резистора R8 установите перемычку между эмиттером Т4 и базой Т5, и тогда при номинале резистора R6 0,39 Ом ограничение тока будет происходить при токе 3 Ампера.

Как увеличить максимальный ток БП.

● Применение трансформатора соответствующей мощности, способного длительно отдавать требуемый ток в нагрузку.

● Применение диодов или диодных сборок, способных длительно выдерживать требуемый ток.

● Применение параллельного соединения регулирующих транзисторов (Т4). Схема параллельного включения ниже:

Мощность резисторов Rш1 и Rш2 не менее 5 Ватт. Транзисторы оба устанавливаются на радиатор, компьютерный вентилятор на обдув лишним не будет.

● Увеличение номиналов емкостей С1, С2, С4. (Если применять БП для заряда автомобильных аккумуляторов, этот пункт не критичен)

● Дорожки печатной платы, по которым будут течь большие токи, залудить оловом потолще, или поверх дорожек напаять дополнительный провод их утолщающий.

● Применение толстых соединительных проводов по линиям больших токов.

Простенькая относительно схемка, со средними параметрами, на основe транзисторoв с большим усилением. Была сделана для своих нужд в качестве лабораторного.
Часто приходилось заниматься ремонтом или запуском разных схем, для которых нужно было просто иметь чем их питать 3V, 5V, 6V, 9V, 12V. И каждый раз искал что-нибудь подходящее. В ход шли блоки питания от калькуляторов, магнитофонов, аккумуляторы, батарейки. Иногда радовался, что соответствующий источник не давал больших токов, таким образом спасая меня от лишних трат. Конечно делал одно- двух-транзисторные стабилизаторы для решения этой проблемы, но резульнаты не удовлетворяли. Где-то на второй волне вдохновения родилось то, с чем хочу поделится.

Применяется до сих пор при ремонте и запуске устройств, если подходит выходное напряжение конечно. А также при не совсем обычном применении – проверка стабилитронов, зарядка пальчиковых аккумуляторов, просто как источник стабильного тока. В таких случаях крайне удобно наличие хотя бы вольтметра на выходе.

Содержание / Contents

↑ Схема

Устройство разрабатывалось для выходного напряжения 1. 12V и регулирования выходного тока в пределах 0,15. 3А. Конечно для хороших результатов поставил транзисторы с усилением более 500 (сняты с платы МЦ-31 телевизора 3усцт), а составной регулирующий – около 10 000 (если измеритель не врёт – взял из модуля СКР телевизора 2усцт, коррекция растра).
Важно наверно, что питал схему от автомобильного аккумулятора, когда снимал данные.
Далее поставил трансформатор и некоторые чудеса, типа 3А при 12V, стали невозможными. Падало напряжение на выходе выпрямителя. Кому ещё интересно – ближе к схеме.

Схема стабилизатора напряжения с регулируемым ограничением выходного тока

Итак, на Х1 подаётся минус источникa напряжения, а с Х2 берётся стабилизированное и ограниченное в выходном токе напряжение. Если вкратце, то VТ3 – регулирующий, VТ4 – компаратор и усилитель сигнала ошибки стабилизатора напряжения, VТ1 – компаратор и усилитель сигнала ошибки стабилизатора выходного тока, VТ2 – датчик наличия ограничения выходного тока. За основу был взят распространённый вариант стабилизатора напряжения.

Исходная схема с фиксированным напряжением и защитой по току

Она слегка изменена, чтобы можно было менять в возможно бОльших пределах выходное напряжение, и убрать блокирование стабилизатора. Добавлен R8, чтобы сделать возможным работу схемы ограничения выходного тока на VТ1. Добавлен R7 и VD3 для установки пределов изменения выходного напряжения. Конденсаторы С1 и С2 помогут уменьшить пульсации на выходе.

Теперь позвольте мне пройтись с объяснениями по второму кругу (cм. первую схему). При появлении на входе Х1 относительно общего провода отрицательного постоянного напряжения в пределах 9. 15V, появится ток в цепи R2-VD2-R6-VD1. На стабилитроне VD1 появится стабильное напряжение. Часть этого напряжения подаётся на базу VТ4, который в результате откроется. Его ток коллектора откроет VТ3. Ток коллектора VТ3 зарядит С2, а через делитель R9, R10 часть напряжения С2 (оно же выходное) поступит на эмитер VТ4. Этот факт не позволит выходному напряжению расти больше чем удвоенное (Uбазы VT4 – 0,6V). Удвоенное потому, что делитель R9, R10 на два. Так как на базе VT4 напряжение стабильно, выходное тоже будет стабильным. Это есть рабочий режим. Транзисторы VТ1, VТ2 закрыты и никак не влияют.

Подсоединим нагрузку. Появится ток нагрузки. Он потечёт по цепи R2, Э-К VТ3 и дальше в нагрузку. R2 здесь работает датчиком тока. Пропорционально току на нём появляется напряжение. Это напряжение суммируется с частью напряжения, взятого с помощью R5 от VD2 и прилагается к базовому переходу VТ1 (R3 – чисто для ограничения тока базы VТ1 при бросках и защиты таким образом VТ1) и когда оно становится достаточным для открытия VТ1, устройство входит в режим ограничения выходного тока. Часть тока коллектора VТ4, который раньше поступал в базу VТ3, сейчас уходит через переход база-эмитер VТ2 в коллектор VТ1.
Благодаря большому коэффициенту усиления транзисторов, напряжение база-эмитер VТ1 будет поддерживаться около 0,6V. Это значит, что напряжение на R2 будет неизменным, следовательно и ток через него, а дальше через нагрузку тоже. Движком R5 можно выбирать ограничение тока от минимального до почти 3А.
При наличии режима ограничении тока открыт и VТ2, своим током коллектора он зажжёт светодиод HL1. Следует понимать, что ограничение тока «имеет приоритет» перед «стабильностью» выходного напряжения.

На выходе устройства я поставил вольтметр, а вот когда нужно ограничение на определённом токе, просто закорачиваю выход тестером в режиме амперметра и с помощью R5 добиваюсь желаемого.

↑ Детали

Схемка простинькая но всё хорошее основано на большом усилении транзисторов (более 500). А VТ3 вообще составной. Букв на названиях транзисторов нет, но должны все подойти. У меня все «Г». Главное – усиление и малые утечки. В справочнике пишут, что у некоторых букв «Ку» от 200, но мои все имели более 600. Переменники попались группы А. Для VТ3 нужен радиатор. Я поставил какой был и влез в корпус. Максимальную надежность обеспечит лишь радиатор, расчитанный на рассеивание мощности равной Uвходное умножить на 3А, т.е. 30. 50Вт.
Думаю мало кому понадобится 1V на 3А долговременно, поэтому смело можно ставить радиатор в 2. 3 раза меньше.

VD2 и VD3 служат источниками напряжения в 0,6V. Можно использовать и другие кремниевые диоды. R4 – несколько сдвигает порог, когда загорается светодиод. Если он горит, значит вовсю идет ограничение выходного тока. R1 просто ограничивает ток светодиода. Потенциометры можно и с большим номиналом (в 2. 3 раза). R8 можно уменьшить (где-то до 4к), если у транзистора VТ3 не хватит усиления.

С печатной платой – как обычно в простых схемах, изготавливаемых в единственном экземпляре. Была плата для другого регулируемого стабилизатора напряжения, параметры которого не устраивали. Она была превращена в макетницу и на ней собрана данная схема. Резисторы использованы на 0,25 Вт (можно и 0,125) – не вижу особых требований. При 3А (если Ваш выпрямитель их даст) – заводской проволочный R2 (2 Вт-а) будет на пределе и наверно стоит ставить мощнее (5Вт). Электролиты – К50-16 на 16V.

Eсли нет составного транзистора – «составьте» его из чего есть. Начните с КТ817 + КТ315, с буквами «Б» и дальше. (Если всё же не хватит усиления у VТ3, я бы уменьшил R9 и R10 до 200 Ом и R8 до 2 кОм).

Трансформатор, выпрямитель и конденсатор фильтра – Ваши. Они не менее важны, но я хотел рассказать только о таком более-менее универсальном стабилизаторе. (У меня стоит 10-ватный транс на 10V/1А переменного, откуда-то взятый блочный мостик на 1А, и 4000мкФ/16V электролит фильтра. Стыдно, зато всё влезает в корпус.

Нужно заметить, что стрелочный индикатор (в схеме не указан) с помощию переключателя, можно использовать и как вольтметр и как амперметр. В первом случае видим выходное напряжение, во втором выходной ток.

↑ Итого

Вышерасписанное устройство у меня работает в составе «всё в одном»: развитый (хоть и однополярный) блок питания, частотомер и генератор звуковых частот (синус, квадрат, треугольник). Схемы взяты из журнала «Радио». (Работают не совсем так как хотелось бы. Во-первых потому, что внёс слишком много «несанкционированных» изменений – особенно в элементной базе – поставил что имел.) Конечно имеется возможность работы головки вольтметра в качестве индикатора частоты в частотомере. При пользовании генератором – частотомер показывает частоту. Имеется и выход переменного напряжения 6,3V и 10V , на всякий случай.

Корпус, который виден на фотографии не ахти, чтобы его повторять. И вообще: всё там задумывалось, как зеркальное отражение, но загнул переднюю панель по ошибке не в ту сторону. Я растроился и не стал уже его никак украшать.

↑ Файлы

Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

—
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

JLCPCB — это крупнейшая фабрика PCB прототипов в Китае. Для более чем 600000 заказчиков по всему миру мы делаем свыше 15000 онлайн заказов на прототипы и малые партии печатных плат каждый день!

Anything in here will be replaced on browsers that support the canvas element

Три схемы простых регуляторов тока

В сети очень много схем регуляторов напряжения для самых разных целей, а вот с регуляторами тока дела обстоят иначе. И я хочу немного восполнить этот пробел, и представить вам три простые схемы регуляторов постоянного тока, которые стоит взять на вооружение, так, как они универсальны и могут быть использованы во многих самодельных конструкциях.

Регуляторы тока по идее не многим отличается от регуляторов напряжения. Прошу не путать регуляторы тока со стабилизаторами тока, в отличии от первых они поддерживают стабильный выходной ток не зависимо от напряжения на входе и выходной нагрузки.

Стабилизатор тока – неотемлимая часть любого нормального лабораторного блока питания или зарядного устройства, предназначен он для ограничения тока подаваемого на нагрузку. В этой статье мы рассмотрим пару стабилизаторов и один регулятор общего применения.

Во всех трех вариантах в качестве датчика тока использованы шунты, по сути низкоомные резисторы. Для увеличения выходного тока любой из перечисленных схем нужно будет снизить сопротивление шунта. Нужное значение тока выставляют вручную, как правило вращением переменного резистора. Все три схемы работают в линейном режиме, а значит силовой транзистор при больших нагрузках будет сильно нагреваться.

Первая схема отличается максимальной простотой и доступностью компонентов. Всего два транзистора, один из них управляющий, второй является силовым, по которому и протекает основной ток.

Датчик тока представляет из себя низкоомный проволочный резистор. При подключении выходной нагрузки на этом резисторе образуется некоторое падение напряжения, чем мощнее нагрузка, тем больше падение. Такого падения напряжения достаточно для срабатывания управляющего транзистора, чем больше падение, тем больше приоткрыт транзистор. Резистор R1, задает напряжение смещения для силового транзистора, именно благодаря ему основной транзистор находится в открытом состоянии. Ограничение тока происходит за счет того, что напряжение на базе силового транзистора, которое было образовано резистором R1 грубо говоря затухаеться или замыкается на массу питания через открытый переход маломощного транзистора, этим силовой транзистор будет закрываться, следовательно, ток протекающий по нему уменьшается вплоть до полного нуля.

Резистор R1 по сути обычный делитель напряжения, которым мы можем задать как бы степень приоткрытия управляющего транзистора, а следовательно, управлять и силовым транзистором ограничивая ток протекающий по нему.

Вторая схема построена на базе операционного усилителя. Ее неоднократно использовал в зарядных устройствах для автомобильного аккумулятора. В отличии от первого варианта – эта схема является стабилизатором тока.

Как и в первой схеме тут также имеется датчик тока (шунт), операционный усилитель фиксирует падение напряжения на этом шунте, все по уже знакомой нам схеме. Операционный усилитель сравнивает напряжение на шунте с опорным, которое задается стабилитроном. Переменным резистором мы искусственно меняем опорное напряжение. Операционный усилитель в свою очередь постарается сбалансировать напряжение на входах путем изменения выходного напряжения.

Выход операционного усилителя управляет мощным полевым транзистором. То есть принцип работы мало чем отличается от первой схемы, за исключением того, что тут имеется источник опорного напряжения выполненный на стабилитроне.

Эта схема также работает в линейном режиме и силовой транзистор при больших нагрузках будет сильно нагреваться.

Последняя схема построена на базе популярной интегральной микросхеме стабилизатора LM317. Это линейный стабилизатор напряжения, но имеется возможность использовать микросхему в качестве стабилизатора тока.

Нужный ток задается переменным резистором. Недостатком схемы является то, что основной ток протекает именно по ранее указанному резистору и естественно тот нужен мощный, очень желательно использование проволочных резисторов.

Максимально допустимый ток для микросхемы LM317 1,5 ампера, увеличить его можно дополнительным силовым транзистором. В этом случае микросхема уже будет в качестве управляющей, поэтому нагреваться не будет, взамен будет нагреваться транзистор и от этого никуда не денешься.

Электронные схемы — регуляторы — CoderLessons.com

Следующим и последним этапом перед нагрузкой в ​​системе электропитания является часть регулятора. Давайте теперь попробуем понять, что такое регулятор и что он делает.

Часть электроники, которая занимается управлением и преобразованием электроэнергии, может быть названа силовой электроникой . Регулятор является важным устройством, когда речь идет о силовой электронике, поскольку он контролирует выходную мощность.

Нужен регулятор

Для источника питания, обеспечивающего постоянное выходное напряжение, независимо от изменений входного напряжения или изменений тока нагрузки, необходим регулятор напряжения.

Регулятор напряжения — это такое устройство, которое поддерживает постоянное выходное напряжение вместо любых колебаний входного напряжения или любых изменений тока, потребляемых нагрузкой. Следующее изображение дает представление о том, как выглядит практический регулятор.

Типы регуляторов

Регуляторы могут быть классифицированы на различные категории, в зависимости от их работы и типа подключения.

В зависимости от типа регулирования регуляторы в основном делятся на два типа, а именно линейные и нагрузочные регуляторы.

• Линейный регулятор — Регулятор, который регулирует выходное напряжение, чтобы быть постоянным, несмотря на изменения входной линии, он называется Линейным регулятором .

• Регулятор нагрузки — Регулятор, который регулирует выходное напряжение, чтобы быть постоянным, несмотря на изменения нагрузки на выходе, он называется регулятором нагрузки .

Линейный регулятор — Регулятор, который регулирует выходное напряжение, чтобы быть постоянным, несмотря на изменения входной линии, он называется Линейным регулятором .

Регулятор нагрузки — Регулятор, который регулирует выходное напряжение, чтобы быть постоянным, несмотря на изменения нагрузки на выходе, он называется регулятором нагрузки .

В зависимости от типа подключения , существует два типа регуляторов напряжения. Они есть

• Серийный регулятор напряжения
• Шунтирующий регулятор напряжения

Расположение их в цепи будет таким же, как на следующих рисунках.

Давайте посмотрим на другие важные типы регуляторов.

Стабилизатор напряжения стабилитрона

Регулятор напряжения Зенера — это регулятор, который использует стабилитрон для регулирования выходного напряжения. Мы уже обсуждали детали, касающиеся стабилитрона, в руководстве по базовой электронике.

Когда стабилитрон работает в области пробоя или стабилитрона , напряжение на нем по существу постоянное для большого изменения тока через него. Эта характеристика делает стабилитрон хорошим стабилизатором напряжения .

На следующем рисунке показано изображение простого регулятора Зенера.

Приложенное входное напряжение Vi, когда оно превышает значение напряжения стабилитрона Vz, затем диод стабилитрона работает в области пробоя и поддерживает постоянное напряжение на нагрузке. Последовательный ограничивающий резистор Rs ограничивает входной ток.

Работа стабилизатора напряжения Зенера

Стабилитрон поддерживает постоянное напряжение на нем, несмотря на колебания нагрузки и колебания входного напряжения. Следовательно, мы можем рассмотреть 4 случая, чтобы понять работу стабилизатора напряжения Зенера.

Случай 1 — Если ток нагрузки IL увеличивается, то ток через стабилитрон IZ уменьшается, чтобы поддерживать ток через постоянный резистор RS постоянным. Выходное напряжение Vo зависит от входного напряжения Vi и напряжения на последовательном резисторе RS.

Это можно записать как

Vo=Vв−IRS

Где I постоянен. Следовательно, Vo также остается постоянным.

Случай 2 — Если ток нагрузки IL уменьшается, то ток через стабилитрон IZ увеличивается, так как ток через резистор серии RS I_S $ через резистор RS остается постоянным. Хотя ток IZ через стабилитрон увеличивается, он поддерживает постоянное выходное напряжение VZ, которое поддерживает постоянное напряжение нагрузки.

Случай 3 — Если входное напряжение Vi увеличивается, то ток IS через последовательный резистор RS увеличивается. Это увеличивает падение напряжения на резисторе, то есть увеличивается VS. Хотя ток через стабилитрон IZ увеличивается с этим, напряжение на стабилитроне VZ остается постоянным, сохраняя постоянное напряжение на выходе нагрузки.

Случай 4. Если входное напряжение уменьшается, ток через последовательный резистор уменьшается, что приводит к уменьшению тока через стабилитрон IZ. Но стабилитрон поддерживает постоянное выходное напряжение благодаря своему свойству.

Ограничения стабилитрона напряжения

Есть несколько ограничений для стабилизатора напряжения Зенера. Они —

• Он менее эффективен для токов большой нагрузки.
• Импеданс Зенера немного влияет на выходное напряжение.

Следовательно, стабилизатор напряжения Зенера считается эффективным для применений с низким напряжением. Теперь давайте рассмотрим другие типы регуляторов напряжения, которые сделаны с использованием транзисторов.

Регулятор напряжения серии транзистор

Этот регулятор имеет транзистор, последовательно соединенный с регулятором Зенера и оба параллельно нагрузке. Транзистор работает как переменный резистор, регулирующий напряжение эмиттера на коллекторе, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение. На рисунке ниже показан транзисторный последовательный регулятор напряжения.

При входных рабочих условиях ток через базу транзистора изменяется. Это влияет на напряжение на соединении базового эмиттера транзистора VBE. Выходное напряжение поддерживается постоянным напряжением стабилитрона VZ. Поскольку оба они поддерживаются равными, любое изменение входного питания указывается изменением базового напряжения эмиттера VBE.

Следовательно, выходное напряжение Vo можно понимать как

VO=VZ+VBE

Работа транзисторного стабилизатора напряжения серии

Работу последовательного стабилизатора напряжения следует учитывать при изменении входного напряжения и нагрузки. Если входное напряжение увеличивается, выходное напряжение также увеличивается. Но это, в свою очередь, приводит к уменьшению напряжения на базовом переходе коллектора VBE, так как напряжение Зенера VZ остается постоянным. Проводимость уменьшается по мере увеличения сопротивления в области коллектора эмиттера. Это дополнительно увеличивает напряжение на соединении эмиттера коллектора VCE, тем самым уменьшая выходное напряжение VO. Это будет похоже на уменьшение входного напряжения.

Когда происходят изменения нагрузки, что означает, что если сопротивление нагрузки уменьшается, увеличивая ток нагрузки IL, выходное напряжение VO уменьшается, увеличивая базовое напряжение эмиттера VBE.

С увеличением базового напряжения эмиттера VBE проводимость увеличивается, уменьшая сопротивление коллектора эмиттера. Это, в свою очередь, увеличивает входной ток, который компенсирует снижение сопротивления нагрузки. Это будет похоже на увеличение тока нагрузки.

Ограничения транзисторного стабилизатора напряжения серии

Регуляторы напряжения серии транзисторов имеют следующие ограничения —

• На напряжения VBE и VZ влияет повышение температуры.
• Хорошее регулирование для больших токов невозможно.
• Рассеиваемая мощность высокая.
• Рассеиваемая мощность высокая.
• Менее эффективны.

Чтобы минимизировать эти ограничения, используется транзисторный шунтирующий регулятор.

Транзисторный Шунт Регулятор Напряжения

Транзисторная схема шунтирующего регулятора формируется путем последовательного подключения резистора к входу и транзистора, база и коллектор которого соединены стабилитроном, который регулирует оба параллельно нагрузке. На рисунке ниже показана принципиальная схема транзисторного шунтирующего регулятора.

Работа транзисторного шунтирующего стабилизатора напряжения

Если входное напряжение увеличивается, VBE и VO также увеличиваются. Но это происходит изначально. На самом деле, когда Vin увеличивается, текущий Iin также увеличивается. Этот ток, когда протекает через RS, вызывает падение напряжения VS на последовательном резисторе, которое также увеличивается с Vin. Но это заставляет Vo уменьшаться. Теперь это уменьшение Vo компенсирует начальное увеличение, поддерживая его постоянным. Следовательно, Vo поддерживается постоянным. Если вместо этого уменьшается выходное напряжение, происходит обратное.

Если сопротивление нагрузки уменьшается, должно быть уменьшение выходного напряжения Vo. Ток через нагрузку увеличивается. Это приводит к уменьшению тока базы и тока коллектора транзистора. Напряжение на последовательном резисторе становится низким, так как ток течет интенсивно. Входной ток будет постоянным.

Появится выходное напряжение, которое будет представлять собой разницу между приложенным напряжением Vi и падением последовательного напряжения Vs. Следовательно, выходное напряжение будет увеличено для компенсации начального снижения и, следовательно, будет поддерживаться постоянным. Обратное происходит, если сопротивление нагрузки увеличивается.

IC Регуляторы

Регуляторы напряжения в настоящее время доступны в виде интегральных микросхем (ИС). Они вкратце называются регуляторами IC.

Наряду с функциями, подобными обычному регулятору, регулятор IC имеет такие свойства, как термокомпенсация, защита от короткого замыкания и защита от перенапряжения, которые встроены в устройство.

Типы регуляторов IC

Регуляторы IC могут быть следующих типов —

• Фиксированные положительные регуляторы напряжения
• Фиксированные отрицательные регуляторы напряжения
• Регулируемые регуляторы напряжения
• Регуляторы напряжения с двойным слежением

Давайте теперь обсудим их подробно.

Фиксированный положительный регулятор напряжения

Выход этих регуляторов фиксируется на определенном значении, и значения являются положительными, что означает, что выходное напряжение является положительным напряжением.

Наиболее используемая серия — это серии 7800, и ИС будут похожи на IC 7806, IC 7812, IC 7815 и т. Д., Которые обеспечивают + 6 В, + 12 В и + 15 В соответственно в качестве выходных напряжений. На рисунке ниже показана микросхема 7810, подключенная для обеспечения фиксированного 10 В положительного регулируемого выходного напряжения.

На приведенном выше рисунке входной конденсатор C1 используется для предотвращения нежелательных колебаний, а выходной конденсатор C2 действует как линейный фильтр для улучшения переходного процесса.

Регулятор Фиксированного Отрицательного Напряжения

Выход этих регуляторов фиксируется на определенном значении, и значения являются отрицательными, что означает, что выходное напряжение является отрицательным напряжением.

Наиболее используемая серия — это серия 7900, и микросхемы будут похожи на IC 7906, IC 7912, IC 7915 и т. Д., Которые обеспечивают -6 В, -12 В и -15 В соответственно в качестве выходных напряжений. На рисунке ниже показана ИС 7910, подключенная для обеспечения фиксированного 10В отрицательного регулируемого выходного напряжения.

На приведенном выше рисунке входной конденсатор C1 используется для предотвращения нежелательных колебаний, а выходной конденсатор C2 действует как линейный фильтр для улучшения переходного процесса.

Регулируемые регуляторы напряжения

Регулируемый регулятор напряжения имеет три клеммы IN, OUT и ADJ. Входные и выходные клеммы являются общими, тогда как регулируемая клемма снабжена переменным резистором, который позволяет варьировать выходной сигнал в широком диапазоне.

На приведенном выше рисунке показан нерегулируемый источник питания, приводящий в действие регулируемый регулятор IC 317, который обычно используется. LM 317 представляет собой трехполюсный положительный регулируемый регулятор напряжения и может подавать 1,5A тока нагрузки в регулируемом диапазоне выходных напряжений от 1,25 до 37 В.

Регуляторы напряжения с двойным слежением

Двойной регулятор слежения используется, когда необходимо разделить напряжение питания. Они обеспечивают равные положительные и отрицательные выходные напряжения. Например, микросхема RC4195 обеспечивает выходы постоянного тока + 15В и -15В. Для этого необходимо два нерегулируемых входных напряжения, например, положительный вход может варьироваться от + 18 В до + 30 В, а отрицательный вход может варьироваться от -18 В до -30 В.

На изображении выше показан регулятор RC4195 с двойным слежением. Также доступны регулируемые регуляторы двойного прихвата, выходы которых варьируются между двумя номинальными пределами.

Регулируемый импульсный стабилизатор напряжения с ограничением по току (2-25В, 0-5А)

Регулируемый импульсный стабилизатор напряжения с ограничением по току, позволяет не только питать различную аппаратуру стабильным напряжением от 2 до 25 вольт, но и заряжать различные аккумуляторы стабильным током до 5А.

Описываемый блок питания позволяет регулировать стабилизированное выходное напряжение и максимальный ток в нагрузке.

Устройство работает в двух режимах: в случае питания аппаратуры — как стабилизатор напряжения с защитой от перегрузок, а при зарядке аккумуляторов — как стабилизатор тока с ограничением по напряжению.

Источник питания прост в использовании, не боится перегрузок и замыкания выхода, имеет световую индикацию режима работы и высокий КПД.

Основные технические характеристики:

• Выходное напряжение, В 2 — 25;
• Ток нагрузки, А 0-5.

Такие параметры, как нестабильность, пульсации и КПД, во многом определяются режимом работы и поэтому не приведены.

По желанию характеристики можно изменить без значительных изменений устройства. Например, если необходимо получить больший выходной ток, следует поставить датчик тока — резистор R14 большей мощности, а также увеличить сопротивление переменного резистора R4. Для уменьшения пульсаций целесообразно на выходе установить LC-фильтр, однако это приведет к снижению КПД.

Принципиальная схема

Блок питания содержит следующие узлы:

• внутренний стабилизатор «отрицательного» напряжения VT1, VD1, R1 с фильтром С2;
• внутренний стабилизатор «положительного» напряжения VT2, VD2, R2 с фильтром С3;
• узел ограничения тока DA1.1, R3 4- R7, R12, R14;
• узел ограничения напряжения DA1.2, VD3, R15 4- R18;
• формирователь импульсов DD1.2, DD1.4;
• индикаторы состояния DD1.1, HL2, R10 и DD1.3, HL1, R11;
• коммутирующий транзистор VTЗ;
• конденсаторы входного С1, промежуточного С4, С5 и выходного С6 фильтров.

Работа устройства в режиме стабилизации напряжения. При включении на стабилитроне VD3 появляется напряжение, часть которого с движка переменного резистора R17 (которым регулируют выходное напряжение)поступает на инвертирующий вход DA1.2.

Поскольку коммутирующий транзистор VT3 закрыт, конденсаторы С4 4- С6 разряжены и напряжение на неинвертирующем входе DA1.2, снимаемое с движка подстроенного резистора R18, близко к + Ubx. На выходе операционного усилителя появляется высокий уровень, что приводит к включению излучающего диода оптрона U1.3. В результате откроется фототранзистор оптрона U1.1 и на нижнем по схеме входе элемента DD1.2 появится высокий уровень. Следовательно, на выходе элемента DD1.4 — также высокий уровень, который откроет коммутирующий транзистор VT3.

Рис. 1. Принципиальная схема регулируемого стабилизатора напряжения с ограничением по току.

Через дроссель L1 начинает протекать ток нагрузки и зарядки конденсаторов С4 -С6. Напряжение на конденсаторах и на подстроечном резисторе R18 начинает увеличиваться. В какой-то момент напряжение на неинвертирующем входе DA1.2 станет меньше, чем на инвертирующем. На выходе операционного усилителя DA1.2 появится низкий уровень.

Излучающий диод U1.4 и фототранзистор U1.1 оптрона закроются. На нижнем по схеме входе элемента DD1.2 и на входах элемента DD1.3 высокий уровень сменится низким. Коммутирующий транзистор закроется, а включившийся светодиод HL1 будет сигнализировать о том, что устройство работает в режиме стабилизации напряжения.

По мере разрядки на нагрузку напряжение на конденсаторах С4 — С6 и, соответственно, на подстроечном резисторе R18 будет уменьшаться. И как только напряжение на неинвертирующем входе станет больше, чем на инвертирующем, процесс повторится.

Напряжение с датчика тока — резистора R14 поступает на входы DA 1.1. Как только ток нагрузки превысит установленное значение, напряжение на неинвертирующем входе DA1.1 станет меньше, чем на инвертирующем. На его выходе появится низкий уровень, и включенный излучающий диод оптрона U 1.3 выключится.

Фототранзистор оптрона U1.2 закроется. На верхнем по схеме входе элемента DD1.2 и на входах элемента DD1.1 высокий уровень сменится низким. В результате коммутирующий транзистор закроется, а включившийся светодиод HL2 просигнализирует о работе блока питания в режиме стабилизации тока.

По мере разрядки конденсаторов С4, С5 ток через резистор R14 будет уменьшаться, что приведет к увеличению напряжения на неинвертирующем входе DA1.1 и затем к открыванию транзистора VT3. При повторном увеличении тока нагрузки процесс повторится. Ток стабилизации устанавливают переменным резистором R4.

Наладка

Налаживание блока питания начинают при отключенном транзисторе VT3. Сначала подают напряжение на вход и проверяют работу внутренних стабилизаторов. Напряжение на конденсаторе С2 должно быть в пределах 15 16 В, а на конденсаторе С3 — 8-9В. Незначительные отклонения не окажут заметного влияния на работу устройства.

Транзисторы VT1 и VT2 при любом режиме не должны сильно нагреваться.

После этого налаживают узел ограничения тока. Движок переменного резистора R4 устанавливают в левое по схеме положение, соответствующее минимальному току. Затем подстроенным резистором R6 выравнивают напряжения на входах DA1.1: следует найти такое положение, при котором с началом поворота движка резистора R4 светодиод HL2 выключался, а в крайнем левом по схеме положении включался. При такой настройке переменным резистором R4 можно изменять максимальный выходной ток от 0 до 5 А. Если все же получить максимальный ток 5 А не удастся, следует увеличить сопротивление резистора R4 и повторить налаживание.

После этого подключают коммутирующий транзистор VT3 и налаживают узел ограничения напряжения. Движок переменного резистора R4 устанавливают в положение, при котором светодиод HL2 выключен. Движок подстроенного резистора R18 устанавливают в верхнее, а движок переменного резистора R17 — в среднее по схеме положение, соответствующее половине максимального напряжения.

Подстроечным резистором R18 устанавливают половину максимального выходного напряжения, которое должен обеспечивать блок питания. При этом к выходу необходимо подключить нагрузку, например, резистор сопротивлением 100 Ом и мощностью 2 Вт.

Следует помнить, что максимальное выходное напряжение не должно сильно отличаться от действующего переменного напряжения на вторичной обмотке сетевого трансформатора.

По окончании налаживания целесообразно провести калибровку резисторов R4 и R17. Для этого при выключенном блоке питания движок резистора R17 необходимо установить в среднее, движок резистора R4 — в крайнее левое положение, подключить к выходу амперметр и подать напряжение питания. Далее, перемещая движок резистора R4, увеличить ток в цепи до какого-либо значения, например 1 А, и установить соответствующую риску напротив стрелки ручки резистора и т. д. Затем, следует откалибровать резистор R17.

При некоторых навыках, используя полученные шкалы и индикаторы HL1 и HL2, можно без измерительных приборов достаточно точно устанавливать напряжение и ток нагрузки, зарядный ток аккумуляторов и определять на них напряжение, устанавливать предельные режимы работы, ограничивая ток и напряжение в заданных интервалах.

Детали

Транзистор IRFZ44N допустимо заменить на IRF540N, хотя он требует более интенсивного охлаждения.

Параметры полевого транзистора IRFZ44N (VT3):

• максимальное напряжение сток-исток — 55 В;
• максимальный ток стока — 49 А;
• сопротивление открытого канала — 0,022 Ом.

Из параметров транзистора видно, что у описанного блока питания имеются возможности для «разгона». Кроме того, если дополнить устройство RS-триггером, получится автомат, который отключится при возникновении перегрузки либо по достижении необходимого напряжения, когда блок используется как зарядное устройство.

В качестве выпрямителя можно использованы диодные сборки КД227ГС.

Коммутирующий транзистор VT3 и диод VD4 размещают на теплоотводе размерами 60x90x7 мм.

Устройство можно питать от сетевого трансформатора с действующим напряжением на вторичной обмотке 20 — 25 В, который обеспечит необходимый ток нагрузки.

Если напряжение питания устройства значительно отличается от указанного на схеме, следует учесть, что сопротивление резисторов R1 и R2 рассчитывают из условия обеспечения тока стабилитронов VD1 и VD2 в пределах 3-10 мА.

При существенном увеличении питающего напряжения возможно значительное возрастание мощности, рассеиваемой на транзисторах VT1 и VT2 — их следует установить на теплоотводы.

Дроссель L1 изготавливают на основе магнитопровода Б36. Обмотка содержит 20 витков провода ПЭВ 1,35. Готовую катушку заливают эпоксидной смолой.

При сборке магнитопровода между чашками устанавливают немагнитную прокладку 0,3 -ь 0,5 мм.

Конденсатор С4 — ниобиевый или танталовый (К52-9, К53-27) на номинальное напряжение не менее 32 В.

Если конденсаторы фильтров не удастся расположить на плате (из-за больших габаритов), их целесообразно разместить отдельно, увеличив ёмкость конденсатора С1 до 15000 мкФ, а конденсатора С6 — до 4700 мкФ.

Светодиоды HL1 и HL2 — КИПД66 Б — Л или любые другие, обеспечивающие необходимую индикацию. Желательно, чтобы они были разного цвета.

Чертеж монтажной платы представлен в журнале «Радио» № 1 за 2004 год.

Источник: Ходасевич А. Г, Ходасевич Т. И., Зарядные и пуско-зарядные устройства, Выпуск 2.

РЕГУЛЯТОР-СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ 150 кВт С ЕСТЕСТВЕННЫМ ОГРАНИЧЕНИЕМ ТОКА ЦЕПИ НАГРУЗКИ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 262 1973

РЕГУЛЯТОР-СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ 150 кет С ЕСТЕСТВЕННЫМ ОГРАНИЧЕНИЕМ

ТОКА ЦЕПИ НАГРУЗКИ

А. В. КОБЗЕВ, Э. Г. ЗАВАЦКИЙ, Н. А. КУЧИН, Г. А. ШАДРИН

(Представлена научно-техническим семинаром НИИ АЭМ)

В лаборатории магнитно-вентильных преобразователей НИИ АЭМ разработан преобразователь мощностью 150 кет с естественным ограничением тока в цепи нагрузки. Силовой регулирующий элемент выполнен на трех дросселях насыщения с совмещенными обмотками (ДНСИ), управляемых импульсным способом [1], включенных последовательно с первичными обмотками согласующего трансформатора СТР. Функциональная схема регулятора-стабилизатора показана на рис. 1.

Внешние характеристики, имеющие крутопадающий характер, обеспечиваются за счет естественных свойств ДНСИ. Это позволяет надежно защитить источник питания от коротких замыканий и перегрузок. ДНСИ позволяет также увеличить к. п. д., снизить расход активных материалов.

С целью получения наибольшего эффекта необходимо импульсы управляющего напряжения подавать в моменты минимумов тока в цепи подмагничивания, совпадающими с переходом тока нагрузки через нуль [2]. Для выполнения этого условия используются датчики тока. Сигнал трансформатора тока (ТТ), пропорциональный току нагрузки,

через повышающий трансформатор Тр 1 (рис. 2,а) поступает на базы транзисторов Т1, Т2 синхронизатора. Временные диаграммы, поясняющие его работу, показаны на рис. 2Д

В момент, когда транзисторы Т1 и Т2 запираются, на выходе формируются прямоугольные импульсы, по заднему фронту которых осуществляется управление работой промежуточного полупроводникового усилителя (ППУ). Когда ток нагрузки мал, сигнала вторичной обмотки

о)

Рис. 2

ТР1 недостаточно для управления транзистором Т1 и Т2, поэтому первоначальный запуск синхронизатора производится по напряжению от отдельной обмотки трансформатора ГР2. При возрастании тока нагрузки до необходимой величины релейная схема перебрасывает контакт реле Р1, подключая при этом обмотку ТР1, осуществляя синхронизацию по току нагрузки.

В преобразователе осуществляется стабилизация каждой фазы выходного напряжения и стабилизация напряжения на нагрузке. Схема

Еос 1 Езад

обратных связей приведена на рис. 3. Алгебраическая сумма выходного, задающего, фазного и опорного напряжений через диод Д1 и обмотку компаратора I выделяется на резисторе Когда напряжение генератора пилообразного напряжения (ГПН) Еп {{) больше падения напряжения на #1, открыт диод Д2 и по обмотке II компаратора протекает ток.У большим быстродействием, и пики тока ограничиваются как при статическом, так и внезапном коротком замыкании, поэтому не требуется введения дополнительных элементов защиты.

Описанный регулятор-стабилизатор конкурентоспособен по всем показателям с другими известными преобразователями и может быть рекомендован для широкого применения в системах с технологически неизбежными перегрузками и короткими замыканиями выходной цепи.

Рис. 3

ЛИТЕРАТУРА

1. В. П. Обр у сник, А. В. К о б з е в. Способ импульсного управления. Авторское свидетельство, № 245842 кл. 21а2 18/08. Бюллетень изобретений, № 20, 1969.

2. А. В. К об зев. Разработка и исследование импульсно-подмагничиваемых ферромагнитных устройств. Кандидатская диссертация, Томск, 1971.

Power Electronics • Просмотр темы

Коллеги, предлагаю не отклоняться от темы и технического задания.
Всякие простые методы давно известны и давно работают у многих, в том числе и у меня. Если бы меня все устраивало в этих простых методах, стал бы я себе голову греть?

Аргументы ЗА дешевые лампы, которые желтят на номинальном режиме, не принимаются. Пусть научатся делать хорошие лампы, а не дешевые. Плохи они тем, что не выдерживают никакой критики их механические характеристики, т.е. спираль лампы тупо не попадает в фокус отражателя, чем сразу убивает все характеристики фары.
Может кого и устраивает такое состояние дел, меня лично НЕТ. Мне дорогА собственная шкура, я хочу хорошо видеть дорогу перед собой и НЕ слепить встречных водителей, в этом и заключается моя безопасность. С фарами занимаюсь не первый год, экспериментов проделано много, результаты однозначны. «Дешевых» ламп для меня более не существует. Хорошие же лампы есть на любой вкус, в том числе и те, которые не желтят на номинальном режиме. Это дело вкуса. Меня наоборот больше устраивают лампы, дающие чуть желтоватый свет, он более контрастно освещает пространство, опять же безопасность. Даже специально желтые очки надеваю при ночном вождении, чтобы усилить этот эффект. Чистая физика и физиология.
Надеюсь к этому вопросу возвращаться не будем.

По теме.
Совсем не обязательно ставить регулятор в верхнее плечо. Вполне можно и в нижнее, в земляной провод. Ведь в большинстве автомобилей конструктивно земляной провод из фары выходит с гальванической развязкой от корпуса, что и позволяет осуществить такой простой финт ушами.
У меня именно так и сделано давно, но без ШИМ_а, тупо гасящие резисторы стоят, которые обеспечивают мягкий старт при включении и режим ДХО. Но эта схема не обеспечивает номинального режима ламп. Для жаркого климата проблем нет, а вот для Сибири, когда напряжение для зарядки батареи поднимается до 15 Вольт и выше, это уже проблема.
Еще один большой плюс управления по нижнему плечу — простота аварийного обхода девайса, ведь верхнее плечо остается полностью штатным. В случае выхода из строя девайса, просто земляной провод фары пересаживается на землю и вся система работает в штатном режиме. Можно даже клемму земляную рядом разместить для этой цели.
Еще один плюс — экономия силовых каналов. Фары имеют раздельное по бортам питание, со своими предохранителями, группами контактов и пр. Все для надежности и безопасности, если возникает КЗ в одном борту, выгорает предохранитель только этого борта и гаснет только одна фара… Каналов управления же должно быть минимум два, для ближнего и дальнего света. Желательно обеспечить выживание канала регулирования во время срабатывания предохранителя.

Может просто с помощью ШИМ «уменьшать» сопротивление имеющегося резистивного балласта? Т.е. не рвать ток ламп полностью, а переключать между полным и ограниченным?

Особенности контура регулирования тока при широтно-импульсном управлении

Введение

Контур регулирования тока как самостоятельная подчиненная система регулирования очень часто используется в электроприводе и в источниках вторичного электропитания [1]. Основная его задача — ограничение тока на допустимом уровне для защиты силовых элементов (тиристоров, MOSFET, IGBT) от перегрузки по току и полное использование их по току в переходных режимах для повышения быстродействия системы.

Высокая частота коммуникации силовых элементов статических преобразователей позволяет рассчитывать реальные импульсные системы по их непрерывным моделям. Однако возможны ситуации, в которых импульсный характер системы проявляется нежелательными субгармоническими автоколебаниями, приводящими к неравномерной загрузке силовых полупроводниковых элементов и к возможному выходу их из строя вследствие превышения допустимого тока. В выходных параметрах системы (скорости, угле поворота или напряжении) эти субгармонические автоколебания по причине их высокой частоты (в большинстве случаев всего в 2 раза меньшей частоты коммутации) практически незаметны.

Задача исключения субгармонических автоколебаний решается при расчете контура регулирования тока, поскольку основные контуры регулирования, значительно более инерционные, оказывают на возникновение субгармонических автоколебаний пренебрежимо малое влияние.

Для нахождения условия возникновения нежелательных автоколебаний необходимо рассмотреть контур регулирования тока как нелинейную импульсную систему, каковой он и является.

Ниже приведен анализ контура регулирования тока с учетом импульсного характера управления, выполненный с использованием элементарного математического аппарата и позволяющий понять физическую природу возникновения нежелательных колебаний и способы их устранения.

1. Математическая модель контура регулирования тока

С точки зрения строгого ограничения тока предпочтительным оказывается безынерционный (пропорциональный) регулятор тока. Поддержание же постоянного тока при изменении напряжения на нагрузке требует интегрального регулятора. Разрешить это противоречие удается за счет положительной обратной связи по напряжению, практически устраняющей зависимость тока от выходного напряжения U_H. При крутизне напряжения развертки широтно-импульсного модулятора, пропорциональной напряжению питания Е, коэффициент усиления широтно-импульсного регулятора не зависит от Е, что исключает возможность самовозбуждения контура под действием положительной обратной связи по напряжению в случае увеличения ? [1].

В качестве примера рассмотрим контур регулирования тока понижающего преобразователя напряжения постоянного тока, представленный на рис. 1. Широтно-импульсный преобразователь состоит из мощного полевого транзистора VT, обратного диода VD, сглаживающего фильтра, содержащего дроссель Др и конденсатор С, широтно-импульсного модулятора ШИМ с напряжением развертки, получаемым интегрированием напряжения питания Е, и драйвера Д. Пропорциональный регулятор тока выполнен на операционном усилителе ОУ. Задающее напряжение U_3T на вход подчиненного регулятора тока подается с выхода регулятора напряжения преобразователя (на рис. 1 не показан), с датчика тока ДТ снимается напряжение обратной связи по току

U_0C = R_шI, (1)

где R_ш — крутизна ДТ, имеющая размерность сопротивления.

Рис. 1

С датчика напряжения ДН снимается сигнал положительной обратной связи по напряжению нагрузки.

U₊ = ?U_н, (2)

где ? — крутизна ДН.

При описании процессов в контуре регулирования тока будем полагать, что он работает в режиме непрерывного тока.

Входное напряжение U_ЗТ и напряжение на нагрузке U_н положим постоянными, поскольку ток изменяется намного быстрее напряжения. Причина этого в малой индуктивности дросселя, необходимой для получения достаточно малых пульсаций тока, вследствие высокой частоты коммутации. Пренебрежем влиянием снабберных цепей, не показанных на рис. 1. Транзистор VT и обратный диод VD будем считать идеальными.

При этих допущениях ток дросселя Др i(t) в n-ом периоде коммутации nТ<t < nТ + τn линейно возрастает под действием разности напряжения питания E и напряжения на нагрузке U_н, приложенной к дросселю Др:

(3)

где i_n = i(nТ) — значение тока в начале n-го периода коммутации, L — индуктивность дросселя Др. В момент закрытия транзистора VT ток принимает значение

(4)

и до конца периода, то есть в течение времени nT+τ_n<t <(n+1) T, линейно уменьшается под действием напряжения U_н, приложенного к дросселю Др через обратный диод VD:

(5)

В конце n-ого и начале n+1-го периода коммутации ток принимает значение

(6)

Длительность подключения источника питания E к нагрузке (через дроссель Др) τ_n определяется моментом равенства величин выходного напряжения регулятора тока U_РТ и пилообразного напряжения развертки ШИМ:

-U_РТ (nT+ τ_n) + α τ_n = 0, (7)

где α — крутизна напряжения развертки.

Выходное напряжение регулятора тока составляет

(8)

где

В момент закрытия VT t = nT + τ_n с учетом (4) имеет значение

(9)

Подстановка U_РТ (nT+ τ_n) в уравнение ШИМ (7) дает

(10)

Таким образом, подставив значение τ_n в формулу (6), получаем уравнение, которое связывает значения тока в моменты, соответствующие началу соседних периодов коммутации (n+1-го и n-го). Это уравнение называется разностным:

Поскольку сверху величина τ_n ограничена предельным значением

τ_n < τ_max , τ_max < T, (14)

формула (10) справедлива при условии

(U_ЗТ + K + ? U_н — K_iR_mi_n)K_PT≤ [α + K_iR_m K_PT (E — U_н)/L] τ_max ,

или

i_n> {[U_ЗТ+ K+ ?U_н] K_РТ — [α + K_iR _шK_РТ(E- U_н)/L] τ_max}/ K_iR_ш K_РТ = I_min.

При i_n < I_min τ_n принимает предельное значение τ_n = τ_max, а разностное уравнение контура согласно (4) имеет вид:

(15)

Естественное ограничение величины τ_n снизу (τ_n > 0) приводит к тому, что при условии

i_n> (U_РТ+ K+ ? U)/ K_iR_н = I_max, (16)

τ_n = 0. Согласно формуле (6) получаем разностное уравнение контура регулирования тока в виде:

(17)

Разностное уравнение контура регулирования тока позволяет легко вычислить значения тока i ( nT) при n = 0, 1, 2,…, соответствующие началам последовательных периодов коммутации (или концам предыдущих периодов). Для этого достаточно задать начальное значение тока — значение тока в начале нулевого периода i(0) — и последовательным вычислением по формулам (11, 15, 17) определить все последующие значения i(nT), n = 1, 2, 3… Характер изменения тока внутри n-го периода коммутации определяется формулами (3, 5).

2. Желательный установившийся режим

Для нормальной работы контура необходимо, чтобы переходный процесс изменения тока заканчивался установившимся режимом, при котором ток в каждом периоде коммутации при постоянном задающем сигнале (U_ЗТ = const) изменялся бы одинаково. Следовательно, и значения тока в начале каждого периода должны быть одинаковыми:

i_n = i_n+1 = i_?, τ_n = τ_n+1 = τ_? . (18)

Из уравнения (6) очевидно, что в установившемся режиме должно удовлетворяться условие

(19)

В линейной зоне работы ШИМ (0 < τ_n < τ_max) задающему воздействию U_ЗТ соответствует значение

(20)

Из выражения (20) видно, что приращение U_ЗТ вызывает пропорциональное приращение i_?.

Среднее значение тока, или его постоянная составляющая, равная полусумме максимального и минимального значений тока в периоде коммутаций (рис. 2), определяется по формуле:

(21)

Рис. 2

Очевидно, эта составляющая превосходит минимальное значение i_min = i_? на половину размаха пульсаций тока δI.

Подставляя в формулу (21) значения τ_? и i_? согласно выражениям (19) и (20), можно найти значение коэффициента положительной обратной связи по напряжению, необходимое для исключения влияния E и U_н на величину среднего значения тока. С учетом получения напряжения развертки ШИМ интегрированием напряжения питания Е интегрирующей RC-цепочкой с периодическим разрядом конденсатора а имеет значение α = Е /RC, а необходимое произведение коэффициентов ? K₊ определяет формула

(22)

где К_П = RC/ Т- коэффициент усиления широтно-импульсного преобразователя по постоянному току,

При выполнении условия (22) получаем

(23)

Рассчитанная по непрерывной модели контура регулирования тока, не учитывающей пульсации тока, необходимая величина К₊? имеет значение [2]

(24)

совпадающее с точным значением только при γ_? = 1. Вследствие этого при К₊?, рассчитанном по формуле (24), реальное значение I отличается от определяемого формулой (23) на величину

(25)
Величина δI, согласно формуле (25), не превосходит обычно единиц процентов от максимального тока контура, что объясняется малым значением Т и, следовательно, малым размахом пульсаций. Таким образом, выбрав величину К₊ ? по формуле (24), то есть по непрерывной модели контура, получаем практическую независимость тока от U_н.

Можно показать, используя выражения (4), (19), (20) и (24), что при выполнении условия (24) в установившемся режиме максимальное значение тока в каждом периоде коммутации

Иное дело — существование желательного установившегося режима. По непрерывной модели контура определить условие существования этого режима невозможно.

3. Условие существования желательного установившегося режима

Для его определения рассмотрим графический способ решения разностного уравнения для контура регулирования тока. Построим график правой части уравнения, определяемый в зависимости от величины i_n одним из выражений (11, 15, 17).

На рис. 3 представлена зависимость i_n+1 = f (i_n), которая соответствует положительному значению λ, меньшему 1 (0< λ < 1). Пересечение графика с биссектрисой первого координатного угла, описываемой уравнением λ _n+1 = λ _n, дает установившееся значение тока i_?. Переходный процесс установления i_? строится следующим образом. По графику i_n+1 = f ( i_n) для текущего значения i_n определяется следующее значение i_n+1. Затем, полагая i_n+1 за текущее значение, по тому же графику определяют следующее значение i_n+2. Для этого значение i_n+1 с оси ординат переносится на ось абсцисс через биссектрису первого координатного угла. Для нулевого начального значения тока (i₀ = 0) процесс построен по описанному алгоритму на рис. 3. Там же построен процесс при i_w < i ‘₀ < < I_max без нанесения значений последовательности i’₀, i’₁, i ‘₂,… на ось ординат.

Рис. 3

Из проведенного графического анализа очевидно, что при 0 < λ < 1 значения тока монотонно возрастают при i₀ < i_w или убывают при i₀ > i_?, неограниченно приближаясь к установившемуся значению i_?.

Для -1< λ < 0 на рис. 4 построен график функции i_n+1 = f(in) и аналогично предыдущему определена последовательность значений тока i_n: n = 0, 1, 2, 3,… при i₀ = 0. Из рис. 4 видно, что значения i_n стремятся к i_?, причем, начиная со значений, достаточно близких к i_w, каждое последующее значение i_n лежит с противоположной стороны от i_? по отношению к предыдущему.

Рис. 4

Особое положение занимает случай λ = -1 (рис. 5).

Рис. 5

Из рис. 5 видно, что последовательность значений i_n не стремится к установившемуся значению i_?. Начиная с некоторого значения (в примере с i ₂), в контуре устанавливаются субгармонические автоколебания: i₂ = i₄ = i₆= …, i₃ = i₅ = i7 = …; τ ₂ = τ ₄ = τ ₆ = …, τ ₃ = τ ₅ = τ ₇ = … Очевидно, τ ₂ < τ ₃. Это означает, что на входе фильтра, состоящего из дросселя Др и конденсатора С, действует последовательность прямоугольных импульсов u_ф ( t) с чередующейся длительностью (рис. 6). Это вызывает появление во входном напряжении фильтра u_ф ( t) гармоники половинной частоты 1/(2Т). Пульсации тока возрастают, нагрузка VT становится неравномерной, максимальное значение тока возрастает.

Рис. 6

Легко проверить, что амплитуда автоколебаний i₂ — i_? = i_? — i₃ зависит от начального значения i₀. При i’₀, например, амплитуда субгармонических автоколебаний, как показано на рис. 5, равна нулю, то есть они не проявляются.

При λ < -1 в контуре регулирования тока желательный установившийся режим существовать не может. Даже если при определенном начальном значении i₀ (рис. 7) контур попадает в желательный установившийся режим i₀, i ₁ = i_т = i₂ = i ₃ = …, длительное время это состояние наблюдаться не будет.

Рис. 7

Достаточно небольшого отклонения от желательного установившегося режима δi, вызванного помехой или другим возмущением, чтобы в контуре начался переходный процесс, переводящий его из желательного установившегося режима в режим субгармонических автоколебаний (рис. 7).

Таким образом, для исключения нежелательных субгармонических автоколебаний контура регулирования тока необходимо и достаточно выполнить неравенство

(26)

Из неравенства (26) следует эквивалентное ему условие

(27)

В случае α = E/(RC) условие (27) принимает вид

и выполнить его нужно при максимально возможном значении γ.

Очевидно, при γ < 1/2 неравенство (27) выполняется при всех реальных (положительных) параметрах контура. Это значит, что при γ < 1/2 субгармонические колебания в контуре регулирования тока невозможны. Указанное обстоятельство имеет простой физический смысл, который несложно уяснить.

Для этого рассмотрим отклонения значений тока i_n от установившегося значения i_w при 0 < τ_n < τ_max. Вычитая из разностного уравнения (11) очевидное тождество

i_? = λ i_? + I,

получаем

δ i_n+1 = λδi_n, (28)

где δi_n+1 = i_n+1 — i_?, δi_n = i_n— i_?.

Из разностного уравнения для отклонений от установившегося режима (28) очевидно, что при -1 < λ < 1

(29)

то есть каждое последующее отклонение от установившегося режима по величине меньше предыдущего. Это означает возвращение контура в установившийся режим при отклонениях от него, вызванных каким-либо возмущением (устойчивость установившегося режима). Из рис. 8, на котором показаны два закона изменения тока: установившийся i_уст (t) и i(t), вызванный отклонением δi_n = i_n — i_?, очевидно выполнение неравенства (29) при

δ τ ‘_n > δ τ »_n. (30)

Рис. 8

С учетом равенства

δ τ ‘_n + δ τ »_n = | δ τ _n|

неравенство (30) можно записать в виде

δ τ ‘_n > 1/2 |δ τ _n|. (31)

Из треугольника abc с учетом угловых коэффициентов кривой тока в первой ((E-U_н)/L) и во второй (- U_н )/L) части периода коммутации легко выразить δ τ ‘_n:

(32)

Выражение (10) позволяет получить приращение длительности импульса в n-ом периоде коммутации, вызванное приращением тока δi_n:

(33)

Легко оценить величину δ τ _n

(34)

Деление выражения (32) на (34) дает

откуда становится очевидным выполнение условия (31) при γ < 1/2.

4. Выбор величины λ

Среди множества значений λ, обеспечивающих существование (устойчивость) желаемого установившегося режима, наилучшим является значение

λ = 0, (35)

поскольку обеспечивает окончание переходного процесса в линейной зоне ШИМ (0 < τ _n < τ _max) всего за один период коммутации. На рис. 9 построен переходный процесс в контуре при λ = 0.

Рис. 9

Из рис. 9 очевидно, что после попадания i₂ в линейную зону ШИМ все остальные значения i_n, n = 3, 4, 5, … равны установившемуся значению i_?.

Приравняв (12) к нулю, получаем условие получения нулевого λ:

(36)

Поскольку, как указано выше, α = E/RC, то (36) имеет вид

(37)

Из (37) видно, что при изменяющемся значении входного напряжения E вследствие изменения γ = U_н /E можно получить γ = 0 только для фиксированного значения E (например, путем установки необходимой величины К_PT). Это значение надо выбрать так, чтобы получить наиболее близкое к нулю значение γ при всех возможных величинах E.

5. Моделирование контура регулирования тока

Рассмотренный метод анализа контура позволяет понять характер процессов в нем, выяснить причины нежелательных субгармонических автоколебаний и способы их устранения. Однако использование графических построений ограничивает его точность и делает трудоемким. Значительно более точный и быстрый метод анализа процессов в контуре — математическое моделирование с использованием, например, системы MatLab-Simulink.

Построив математическую модель (рис. 10), можно легко исследовать влияние параметров контура на его свойства. В рассматриваемом случае более простой оказывается модель, не использующая элементы библиотеки Sim Power Sistem.

Рис. 10

Широтно-испульсный модулятор состоит из генератора «пилы» и релейного элемента Relay. Генератор «пилы» построен на интеграторе (Integrator 1), периодически сбрасываемом на ноль. На его вход с блока Constant 3 подается значение α = E/RC. Период пилы (период коммутации в контуре) задается генератором Pulse Generator1. Разность сигнала управления и «пилы» подается на релейный элемент Relay с гистерезисной характеристикой. При нулевом входном сигнале Relay изменяет выходной сигнал со значения E/L на нулевое. Восстановление значения E/L происходит при достаточно большом положительном входном сигнале. Достаточный гистерезис реле исключает возможность повторного срабатывания в текущем периоде коммутации. Восстановление выходного сигнала E/L реле производится коротким импульсом генератора Pulse Generator, сбрасывающим одновременно «пилу» на ноль в начале периода. Амплитуда импульса превосходит сумму минимального входного сигнала реле и его гистерезиса. Ограничение ширины импульсов модулятора (τ < τ_max) производится за счет ограничения управляющего сигнала блоком Saturation.

Разность выходного сигнала Relay и сигнала блока Constant 1, равного U_н /L, подается на вход интегратора (Integrator), выходной сигнал которого дает значения тока. Регулятор тока представлен сумматором Sum 2, блоками усиления Gain, Gain 1, Gain 2 и блоком Constant 2. Коэффициенты усиления блоков равны соответственно К_PT, ?K₊L и K_iR_ш. С выхода блока Constant 2 поступает сигнал задания U_ЗТ.

При практическом использовании модели необходимо особо внимательно отнестись к выбору параметров моделирования, например, ограничить максимальный шаг моделирования так, чтобы на период коммутации Т приходилось достаточное количество точек.

В качестве примера приведены результаты моделирования контура при следующих значениях его параметров: Т= 32×10^-6 с, Е = 160 В, U_н = 100 В, L = 11×10³ Гн, К_iR_ш = 2 Ом, R = 5,6×10⁵ Ом, С= 1,1×10^-9 Ф,

Для оптимального значения λ = 0 рассчитаны необходимый коэффициент

и значение

На рис. 11 представлены осциллограммы отработки скачка задающего воздействия контура U_ЗТ = 2 В при нулевых начальных условиях, полученные с помощью осциллографа Scope. Масштабирующий усилитель Gain 3 с коэффициентом L/E позволил уменьшить амплитуду импульсов на выходе широтно-импульсного преобразователя со 160 до 1. Из рис. 11 видно, что в конце шестого периода переходный процесс входит в линейную зону и, начиная с седьмого периода, наблюдается установившийся режим работы. Отклонение среднего значения тока в установившемся режиме от значения U_ЗТ /К_iR_ш составляет 0,055 А, что согласуется с формулой (25).

Рис. 11

На рис. 12 представлен аналогичный процесс для случая λ = -1 (K_PТ = 2 α L/[К_iR _ш (2U_н-E)] = 71,5, ?K₊L = 8×10-⁶). Из рис. 12 видно, что сразу после вхождения процесса в линейную зону устанавливаются субгармонические колебания половинной частоты, как это и следует из графического анализа разностного уравнения (рис. 5).

Рис. 12

Процесс, представленный на рис. 13, соответствует случаю λ = -1,5 (K_PT= 2,5α L/[К_iR_ш (2,5U_н— 1,5E)] = 357,5, ? K₊L = 1,6×10-⁶). Как видно из рис. 13, показанный отрезок процесса далек от установившегося режима и сопровождается значительно возросшими пульсациями, носящими хаотический характер. Ответ на вопрос, останется процесс хаотическим или установятся периодические субгармонические автоколебания, требует дополнительных исследований, но имеет чисто теоретическое значение, поскольку оба этих режима должны быть исключены при расчете контура.

Рис. 13

Выводы

1. При нарушении условий устойчивости желательного установившегося режима в контуре регулирования тока наблюдаются нежелательные колебательные режимы с частотой, меньшей частоты коммутации.
2. Для устойчивости желательного установившегося режима достаточно обеспечить параметр λ разностного уравнения контура большим -1. При относительной длительности импульсов γ, меньшей 0,5, это условие всегда выполняется.
3. Оптимальным по быстродействию контура регулирования тока при его работе в линейной зоне является значение λ = 0.
4. Постоянная составляющая установившегося тока контура, рассчитанная по его непрерывной модели, больше реальной на половину размаха пульсаций тока.

Литература

1. Коршунов А. И. Динамический расчет стабилизированного понижающего преобразователя постоянного тока // Силовая электроника. 2005. № 3.

Линейные стабилизаторы на интегральных схемах

ЛИНЕЙНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ
Регулируемый трехвыводный стабилизатор
Выходное напряжение вычисляется по формуле Vrcf [1 + (Rl / R2)). Схема может использоваться с интегральными стабилизаторами LM117 и LM317 при условии, что R1 — 240 Ом. За счет шунтирования резистора R2 конденсатором емкостью 0,01 мкФ можно уменьшить пульсации.

Трехвыводный стабилизатор, управляемый TL430/1
Обе микросхемы включены последовательно и стабилизируют выходное напряжение. Значения в скобках приведены в качестве примера.

Прецизионный стабилизатор напряжения 5 В
В примере показан стабилизатор 5 В, 3 А на LM123. Необходим дополнительный стабилизатор отрицательного напряжения.

Защита по току 2 и 10 А для LM105
Порог ограничения определяется сопротивлением резистора R3, падение напряжения на нем воздействует на вывод 1 стабилизатора. Ток при коротком замыкании составляет приблизительно 25% от номинального выходного.

Регулируемый стабилизатор 0-10 В / 3 А на LM123
Нет необходимости стабилизировать дополнительное отрицательное напряжение. При делении его величины на 12 мА получают сопротивление резистора R6. Конденсатор С1 емкостью 2 мкФ снижает остаточные пульсации.

Стабилизатор напряжения 5 В / 12 А на LT1005
Регулирующий транзистор Q1 должен устанавливаться на радиатор. Транзистор Q2 ограничивает ток, воздействуя на управляющий вход стабилизатора LT1005 через транзистор Q3, который запитан от дополнительного выхода LT1005. При необходимости может использоваться транзистор Q4, обеспечивающий быстрый разряд выходного конденсатора после снятия разрешающего сигнала.

Стабилизаторы напряжения типа L78XX
Стабилизаторы типа L78XX выпускаются в корпусах ТО 3 или ТО 220 на напряжения 5,6,8,12,15,18 и 24 В. Их максимальный выходной ток равен 1 А. Разность напряжений V1 — V2 должна составлять минимум 2 В. Для приведенной выше схемы наименьшее значение выходного напряжения должно быть на 2 В выше рабочего напряжения используемого стабилизатора.

Проходной pnp-транзистор для стабилизаторов серии L78XXA
Для всех микросхем данной серии (в диапазоне 5-24 В) подключение транзистора BD534 позволяет достичь максимального тока в 4 А. Защита от короткого замыкания обеспечивается резистором Rsc и транзистором Q2.

Стабилизатор напряжения -5 В / 4 А на L7905
Фиксированные стабилизаторы типа L79XXS выпускаются на 5, 5,2,8,12,15,18,20,22 и 24 В, 1,5 А. Их входное напряжение должно быть по крайней мере на 3 В выше, чем выходное. Стабилизация по нагрузке меньше 2% при Iо, меняющемся в диапазоне от 5 мА до 1,5 А или во всем диапазоне входных напряжений (максимум 35 В). Подключение транзистора Q1 позволяет получить на выходе максимальный ток 4 А. Транзистор Q2 обеспечивает защиту по току.

Стабилизатор напряжения/тока 25 В / 1,5 А на L200
Регулятор на переменном резисторе R1 можно применять для ограничения выходного тока. Кроме того, он позволяет использовать данную схему в качестве источника стабильного тока с ограничением максимального напряжения на нагрузке за счет переменного резистора R2.

Подключение мощного pnp-транзистора к L200
Защита путем ограничения тока срабатывает, как только падение напряжения на выходах резистора Rsc достигает 450 мВ (разброс составляет от 380 до 520 мВ).

Проходной npn-транзистор для L200
При подключении к микросхеме L200 дополнительного прп-транзистора для ограничения тока требуется использовать дополнительный транзистор Q1. Ограничение начинается при падении напряжения на резисторе Rsс равном 0,7 В, то есть при Imax = 5 A, Rsс = 0,14Qm.

Стабилизатор отрицательного напряжения LM104
Подключение дополнительного транзистора позволяет увеличить выходной ток от 25 (при использовании одного стабилизатора LM104) до 200 мА, Выходное напряжение устанавливается из расчета 2 В на каждый килоом сопротивления R2. Пороговый уровень защиты от перегрузки (R3) составляет 0,3 В. Стабилизация по нагрузке лучше 0,05%, а стабилизация по входному напряжению составляет 0,2% при изменении на 20%.

Стабилизатор напряжения -10 В на LM104
Подключение к схеме рпр- и npn-транзисторов позволяет получить максимальный выходной ток 1 А. Выходное напряжение устанавливается из расчета 2 В на каждый килоом резистора R2. Пороговый уровень защиты от перегрузки (R3) составляет 0,3 В.

Как ограничить ток для светодиодов

Я отвечаю на ваше исправленное сообщение от 19 июня. Во-первых, вы не совсем понимаете, как работают светодиоды (но не волнуйтесь, это довольно часто).

Учтите, что вы уже знаете об электричестве . Представьте, что вам нужно зарядить пять смартфонов.

Если мы разрабатываем схему регулирования для пяти смартфонов:

Никаких объяснений здесь нет. Это устройств постоянного напряжения , которые мы запитываем от источника постоянного напряжения : Напряжение остается постоянным при параллельном соединении .(последовательная связь была бы смешной, глупой, «даже не неправильной».) Не то, чтобы мы когда-либо действительно думали об этом; это нормально.

И мы хотим думать, что светодиодные излучатели тоже такие. Но это не .

Рассмотрим люминесцентную лампу, которая работает при ~ 120 В при ~ 300 мА. Как и любой другой источник света дугового разряда, после зажигания дуги его сопротивление почти равно нулю . Лампа хочет быть полностью короткой, поэтому вам нужен балласт для ограничения тока. Балласт представляет собой источник постоянного тока , к которому мы не привыкли.

Светодиодные излучатели

очень нелинейны — небольшое изменение напряжения, температуры или возраста вызывает огромное изменение тока. Чтобы управлять ими с постоянным напряжением, вам нужно будет выбрать такое консервативное напряжение, чтобы вы не получили от светодиода большой производительности. Хорошо подобранный резистор лучше, но вам все равно нужен большой запас прочности, который удерживает вас от максимальной производительности. С другой стороны, светодиод , установленный на заводе-изготовителе , должен работать при определенном токе .

Вы говорите, что у вас есть светодиод на 350 мА при 3,6 В постоянного тока. Вы интерпретировали это как около 350 мА при ровно 3,6 В. Нет, это наоборот: этот блок рассчитан на ровно 350 мА при около 3,6 В. Если вы попробуете запустить его при 3,6 В, вы можете получить 50 мА, 150 мА, 350 мА … или волшебный дым. И это значительно изменится по мере нагрева светодиода.

Постоянный ток переворачивает наше мышление с ног на голову. При регулировании тока вместо напряжения вам нужно последовательно, а не параллельно.

Или, если мы разрабатываем схему регулирования для пяти светодиодов:

Это устройств постоянного тока , которые мы запитываем от источника постоянного тока : ток остается постоянным в соединении серии . (параллельное соединение было бы смехотворно, глупо, «даже не неправильно» … ну, не совсем так, как в предыдущем примере, но вы действительно молитесь богам производственной терпимости.)

Если вы хотите уменьшить яркость светодиода, вы можете изменить силу тока. Напряжение не сильно изменится, поэтому уменьшение тока вдвое снижает яркость примерно вдвое. Поскольку они расположены последовательно, они все тускнеют вместе и одинаково. И поскольку мы, безусловно, можем изменить ток, было бы более уместно назвать эту схему «режимом тока», поскольку мы заботимся о токе, а не о напряжении.

На практике модули регуляторов постоянного тока легко доступны. Их делают многие.И 350 мА — это обычно используемый ток. Немного заботимся о напряжении; драйвер, предназначенный для светодиодов ~ 3,6 В, может отличаться от драйвера, предназначенного для цепочки ~ 36 В из 10 последовательно.

Или, если вам нужно действительно простое, глупое регулирование тока, действительно, резистора будет достаточно. Фактически, вам понадобится только один резистор. Но, как уже говорилось, таким образом вы не добьетесь максимальной производительности от светодиодов.

Если несколько светодиодов складываются для большего напряжения, чем имеется у вас, можно разделить их на последовательно-параллельные цепочки с регулировкой тока в каждой цепочке.Вот что происходит в «светодиодных лентах» на 12 вольт. Другой — использовать повышающий преобразователь для накачки напряжения. Поскольку источники питания постоянного тока обычно включают в себя дроссели и прерыватели, функции «повышения» и «ограничения тока» могут быть объединены — Joule Thief — очень простой пример этого.

Ограничитель тока

предлагает защиту цепей от падения низкого напряжения

Загрузите эту статью в формате .PDF

Во многих случаях блоку питания требуется функция внутреннего ограничителя тока, обычно построенная с использованием датчика тока, схемы управления и проходного транзистора.Сам датчик тока может быть простым резистором с малым сопротивлением; поскольку напряжение на нем пропорционально току, это напряжение можно использовать для управления током, протекающим через проходной транзистор.

В одном из примеров этой конфигурации (рис. 1) , R _SENSE — это резистор с низким сопротивлением, используемый для измерения тока. ¹ Пока напряжение на этом резисторе меньше ~ 0,6 В, проводящим будет только транзистор T1. Каждый раз, когда ток нагрузки I _L достигает такого значения, что при R _SENSE напряжение (равное I _L × R _SENSE ) превышает ~ 0.6 В транзистор Т2 начинает проводить. Базовый ток T1 потребляется T2, и, как следствие, ток эмиттера T1 падает.

1. Простой, широко используемый ограничитель тока состоит из датчика тока (обычно резистора с малым номиналом), схемы управления и проходного транзистора.

Однако эта простая схема имеет ограничение из-за связанного с ней падения напряжения; при активации будет падение напряжения на T1 (V _{CE, SAT} ) на ~ 1 В и на R _SENSE на ~ 0.6 В. Суммарное падение напряжения составляет ~ 1,6 В. Следовательно, если ограничитель тока подключен к питанию + 5 В, нагрузка будет составлять ~ 3,4 В, что недопустимо в низковольтных цепях.

Альтернативой является использование известного регулятора напряжения LM317 в качестве ограничителя тока. ² Этот подход также вызывает падение напряжения на ~ 2 В. Другой ограничитель тока использует МОП-транзистор с P-каналом в качестве проходного устройства с напряжением на затворе, управляемым транзистором, который усиливает падение напряжения R _SENSE . ³ В этой цепи наблюдается падение напряжения до ~ 0,6 В.

2. Преимущество этого более сложного ограничителя тока заключается в гораздо меньшем падении напряжения по сравнению с предыдущей конструкцией, что является критическим фактором в схемах, работающих от недорогих источников питания. (Щелкните изображение, чтобы увеличить.)

Ограничитель тока Рисунок 2 имеет очень низкое падение напряжения, поэтому он не мешает работе низковольтной цепи. Схема работает от минимального напряжения питания 5 В до более высоких значений, установленных некоторыми компонентами.Напряжение на измерительном резисторе 0,1 Ом усиливается операционным усилителем IC1 в дифференциальном режиме; Питание IC1 +5 В поступает от стабилитрона D1, выполняющего роль регулятора.

Для регулируемого ограничения тока усиление операционного усилителя регулируется переменным резистором R5. Выход IC1 управляет сопротивлением сток-исток (R _DS ) низкопорогового полевого МОП-транзистора Q2, а ток стока Q2 управляет током светодиода VOM1271, драйвера фотоэлектрического полевого МОП-транзистора. ⁴

Когда ток нагрузки низкий, напряжение R _SENSE низкое, а низкий выход IC1 остается ниже порогового значения Q2.Результирующий более высокий ток светодиода драйвера MOSFET создает выходное напряжение ~ 8 В, что достаточно, чтобы привести Q1 в состояние полной проводимости. Когда ток нагрузки достигает значения, которое приводит Q2 в состояние проводимости, напряжение затвор-исток V _GS Q1 становится низким, что заставляет ток нагрузки снижаться.

3. Изменение напряжений нагрузки Q1 и Q1 + RSENSE в зависимости от диапазона значений тока нагрузки показывает относительную неравномерность.

Схема была испытана с питанием + 12 В и мощным переменным резистором 100 Ом в качестве нагрузки.Потенциометр R5 был настроен на установку ограничения тока немного выше 1 А. Нагрузочное сопротивление медленно уменьшалось от максимального значения, и напряжения на Q1, R _{, SENSE} и нагрузке составляли (рис. 3) . Для тока нагрузки от 0,25 до 1,3 А падение напряжения на Q1 и Q1 + R _SENSE составило 0,09 В и 0,235 В соответственно.

4. Расширенный вид напряжений Q1 и Q1 + RSENSE более четко показывает ограничивающее ток обратное действие, которое происходит, когда ток нагрузки превышает установленный предел.

При максимальном токе нагрузки 1,3 А падение напряжения на R _SENSE в 0,145 В вносит значительный вклад в общее падение. Падение можно дополнительно уменьшить, выбрав более низкие значения R _SENSE . Расширенный вид падений напряжения на Q1 и Q1 + R _SENSE (Рис. 4) показывает, как эти два падения меняются в зависимости от тока нагрузки. Когда ток нагрузки превышает установленный предел, запускается ограничивающее действие обратное действие.

Этот ограничитель тока подходит для низковольтных систем, начиная с +5 В.Для более высоких напряжений или работы в более широком диапазоне напряжений резистор смещения стабилитрона R6 можно заменить стабилизатором постоянного тока (CCR), а Q1 следует выбрать для более высокого напряжения или тока. Всю схему ограничителя тока можно упаковать и использовать как трехконтактное устройство (рис. 5) .

5. Несмотря на свою внутреннюю сложность, всю схему ограничителя тока можно рассматривать как трехполюсное устройство. (Щелкните изображение, чтобы увеличить.)

Саджад Хайдар — технолог по электронике в Службе электронной инженерии Университета Британской Колумбии (UBC).Он имеет степень магистра наук. по прикладной физике и электронике Университета Дакки (Бангладеш). Ранее он семь лет работал в Японии в области перестраиваемых твердотельных лазеров и оптоэлектроники. С ним можно связаться по адресу [email protected].

Артикул:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Current_limiting

2. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf

3. http://www.electro-tech-online.com/articles/adjustable-low-drop-current-limiter.660

4. http://www.vishay.com/docs/83469/vom1271t.pdf

Ищете запчасти? Зайдите в SourceESB.

NCP380 — Фиксированные / регулируемые токоограничивающие переключатели распределения питания

% PDF-1.4 % 1 0 obj > эндобдж 6 0 obj / Title (NCP380 — Фиксированные / регулируемые токоограничивающие переключатели распределения питания) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > транслировать application / pdf

NCP380 — Фиксированные / регулируемые токоограничивающие переключатели распределения мощности

ON Semiconductor

NCP380 — это переключатель распределения питания высокого напряжения, предназначенный для приложения, где вероятны большие емкостные нагрузки и короткие замыкания быть встреченным.Устройство включает в себя встроенный 55 м (DFN пакет), P-канальный MOSFET. Устройство ограничивает выходной ток до желаемый уровень путем переключения в режим регулирования постоянного тока когда выходная нагрузка превышает порог ограничения тока или короткое замыкание настоящее время.

2020-05-11T13: 48: 34-07: 00BroadVision, Inc.2020-05-14T10: 13: 01-07: 002020-05-14T10: 13: 01-07: 00Acrobat Distiller 20.0 (Windows) uuid: e4587fab- d76f-466f-906d-7c2369a6bdf1uuid: f34593e0-25ee-4112-a36f-693cde10b54e конечный поток эндобдж 5 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 38 0 объект > транслировать HV [OF_qkUUFаJH =: ۻ> W, 4H; 6g; ߹ $ 7 $ ICA $ 8ĩ \ Z1AQƒ (3 (* 63Rajm / KQB! WrqZoY {, x˥tqc ѵTE۔bh;: m7۶x] # 8 = «Eξ (6 & dj’i IYmSySN_ \ 9s}, J2’fAD23-C $ & ȒY / a4Bg» 3b8paaUU] 6) C) -`.0 + 3 {| 쨐 \ PGA? T䷵6wehD # i.M5Tƾ ju $ Yey3AL} 5ků7n ([ʈd, 04’59 @ Hy

, btyOkB * @ — 1T * Tӷ \ kr:) uZS_)) բ ({; V.] Y / j & D $ vbQcU @ T # «iIz ֝ T ۼ @ n6 / zSRnaQT] P9ꫮL6V8 $ 9J`» # G0n5hw

Current Limited Supply Device

Текущий Устройство с ограниченным снабжением: Часть 1

О компании писатель : Харви Морхаус — подрядчик / консультант с многолетним опытом. с помощью программ анализа схем.Его основная деятельность — надежность, Безопасность, проверяемость и анализ цепей. С ним можно связаться по адресу [email protected]. Простые вопросы, на которые я знаю ответ, бесплатны. Сложные вопросы, особенно там, где я не знаю ответов, стоят дорого !!!

Резюме : При проведении анализа напряжения, обеспечиваемые цепью питания часто абстрагируются как идеальные источники напряжения.Часто это хорошо приближение для государственной работы !! С хорошо управляемыми нагрузками и часто некоторые не очень хорошо себя ведут, это не оказывает большого влияния на симуляцию. И обычно для оценки используются наихудшие значения высокого и низкого напряжения. влияние источников питания на цепь.

Практические источники питания напряжения, используемые в цепи, имеют ограничения ток, который они могут предоставить и принять, оставаясь в регулировании.Если загрузка остается в этих пределах, иначе нет необходимости чем использовать идеальные источники напряжения в большинстве случаев, однако в некоторых Потому что нужна более подробная модель.

Потребность в идеале Текущее ограниченное предложение

А ток ограничивающее устройство питания для использования там, где нет источника питания, и не может принять или предоставить больше, чем заданные значения тока, часто требуется.Теперь, конечно, можно использовать детальную модель источника питания, однако обычной практикой является моделирование частей большой модели и когда меньшие части определены для выполнения в надлежащем пределы, чтобы выполнить абстракцию на этой части схемы и заменить это с более простой моделью. Это значительно сокращает время моделирования.

Это выполняется часто, когда уровни электропитания представлены как постоянные источники напряжения.Однако бывают ситуации, когда это может не быть реалистичным. Рассмотрим понижающий стабилизатор SMPS как нагрузку на источник питания. В течение интервала включения при постоянном входном напряжении, подаваемом на нулевой момент времени, входной ток может резко возрасти.

Если напряжение присутствует и на «конечном» уровне, когда преобразователь «включен», использовать постоянное напряжение питания может быть нереально. уровень.Теперь это может быть допустимо, как наихудший случай, но это может вызвать перегрузку некоторых компонентов при моделировании. И некоторые результаты, такие как время включения, могут быть оптимистичными.

Даже сейчас ЕСЛИ при включении преобразователя присутствует напряжение, все равно будет некоторый практический предел количества тока, который может быть получен от предложение до того, как оно выйдет из-под контроля. Точно так же большинство расходных материалов являются источниками тока.Они будут источником тока, но если нагрузка вынуждает ток обратно в блок питания, напряжение блока питания повысится. И даже там, где они могут пропускать ток, как в случае, когда шунтирующий регулятор цепь присутствует на выходе источника питания, есть некоторые ограничивают ток, который они могут принять, и остаются в рамках регулирования.

Теперь один уловка, которая несколько облегчит проблему в том случае, если напряжение источника включается одновременно с нагрузкой цепи SMPS без собственного ограничения тока — это «нарастание» напряжения источника.Тогда требования к нагрузке могут быть в разумных пределах.

Однако даже в этом случае могут возникнуть проблемы с «ремонтной нагрузкой» (где выходная нагрузка возвращает мощность источнику входного сигнала). И нормальный токи, которые должна обеспечивать нагрузка, могут быть чрезмерными при включении. Кроме того, контроллер / цепь SMPS может иметь UVLO (Блокировка при пониженном напряжении), которая может победить большинство, если не все линейного изменения входного источника.

Теперь ток-режим контроллер нагрузки SMPS мог бы частично или даже полностью облегчить это ограничивая требуемый пиковый ток источника, ЕСЛИ это было предусмотрено, но такой контроллер может не использоваться.

Это было импульс для создания этой цепи ограничения тока, которая в некоторых рассматривает ведет себя частично как двустороннее устройство CLD, был ли такой вещь.

Идеально ограничитель тока Модель устройства:

В этом В модели нам потребуются два устройства-ограничителя тока.Причины этого скоро будет видно. Сначала нам нужно создать положительное ограничение тока. устройство. Это устройство будет пропускать ток только в прямом направлении. Во-вторых, нам нужно устройство, которое будет ограничивать ток в прямом направлении, и пропускают токи в обратном направлении без помех. Потом мы увидим причину этого.

Эти устройства будут преобразованы в параметризованные подсхемы для возможного использования в других устройств, однако в настоящее время не предполагается, что они будут будет использоваться Созданные модели будут называться vclim1 и vclim2, первая устройство однонаправленного тока, а второе — устройство, которое ограничения только в одном направлении.

v = v (n1,4)> {If} * {Rs}? v (n1, n2) — {Если} * {Rs}: v (n1,4)> 0? 0: v (n1, n2)

v = v (n1,4)> {If} * {Rs}? v (n1, n2) — {If} * {Rs}: 0

Vclim модели устройств вместе с испытательной схемой показаны на Рисунке 1:

Рисунок 1
vclim модели

на рисунке 1 показаны две модели устройства vclim.vclim1 — верхняя схема состоящий из всего, что находится справа от клемм N1 и N2, с тестовая схема слева. Ниже показано устройство vclim2, состоящий из всех справа от выводов N3 и N4, с его Схема тестирования, показанная слева

The B1 устройство включает уравнение:

v = v (n1,4)> {If} * {Rs}? v (n1, n2) — {Если} * {Rs}: v (n1,4)> 0? 0: v (n1, n2)

Что это уравнение делает, чтобы определить, больше ли ток, чем если в тест.Если это так, напряжение, которого достаточно, чтобы противодействовать любому последующему току. увеличивая выше, эта сумма создается для положительных напряжений и токов. В то время как, если напряжение положительное, а ток меньше, чем если , противоположное напряжение не создается. Но если напряжение не положительное, создается противодействующее напряжение, которое сделает ток устройства равным нулю.

B2 устройство включает более простое уравнение:

v = v (n1,4)> {Ir} * {Rs}? v (n1, n2) — {Ir} * {Rs}: 0

Если напряжение таково, что ток больше Ir, противоположное напряжение создается достаточно, чтобы противодействовать любому дальнейшему увеличению тока сверх этой суммы.Но в этом случае, если ток меньше значения Ir, нет противодействующих создается напряжение.

Теперь Выходы генераторов B1 и B2 разделены пополам резистивным делителем. Выходное напряжение на R3 (R5) используется генератором E1 (E2) с усиление два, чтобы создать противодействующее напряжение.

Причина для резистивного делителя (ей), чтобы помочь в сходимости цепи (ей) допуская небольшие ошибки численных расчетов, так как схема не может читать будущее и точно предсказать, каким будет текущее, и представить точное напряжение, необходимое для предотвращения этого.Это похоже на усилитель с обратной связью. При конечном усилении усилителя должна присутствовать некоторая ошибка напряжения.

График Схема показана на рисунке 2:

Рисунок 2
график моделей vclim

на рисунке 1 две верхние кривые связаны с vclim1, а две нижние с vclim2. Хорошо видно, что устройство vclim1 не проходит ток в обратном направлении и ограничивает ток в прямом направлении.Устройство vclim2 также ограничивает ток в прямом направлении, но там нет ограничений в обратном направлении. Для удобства модели этих устройства будут подготовлены. Резистор конвергенции Rs будет общим к обоим устройствам, но для vclim1 будет назначен прямой ток как параметр If и vclim2 будет иметь свой прямой ток, обозначенный как параметр Ir, отражающий его более позднее использование в текущем ограниченном источнике устройство.

Идеально Текущее ограниченное предложение:

vclim1 и устройства vclim2 были превращены в параметризованные модели устройств для удобство. Сгенерированные программой символы использовались, поскольку в это время ожидается, что эти устройства будут использоваться в основном, если не полностью для создания других устройств.

А модель для ограниченного в настоящее время предложения с использованием этих устройств показано на рис. 3 следующих:

Рисунок 3
текущая ограниченная поставка модель

Рисунок 3 показана модель для модели устройства с ограничением тока питания с испытательной схема.Испытательная схема, состоящая из частей за пределами коробка.

V2 предоставляется чтобы заземляющее устройство не переопределило обозначение узла N2, как это было бы, если бы не изолированное источником нулевого напряжения. N1 и N2 являются маркеры подсхем, необходимые при создании детали. Без V2, некоторые внутренние уравнения устройства могут измениться, когда тестовые части удаляется, а оставшееся устройство с ограничением тока само включается в параметризованное устройство подсхемы.

В этом цепь источника V1 используется для зарядки конденсатора Cp через U1, однонаправленная модель токоограничивающего устройства. Cp имеет связанную серию сопротивление, которое при желании можно сделать сколь угодно малым.

Конденсатор напряжение (включая влияние R1, Rcser Ом, напрямую подключено к нагрузке через динамическое сопротивление питания R2, ​​динамическое сопротивление Rd Ом.
Rd воздействует на прямой и обратный токи питания, что может быть неверным. для случая, когда токи подводятся к источнику (конденсатору), и его можно было использовать в модели устройства vclim2 для устранения его эффекты для обратных токов, однако, если это становится проблемой позже это легко исправить.

Cp было добавлен, потому что в противном случае обратный ток напрямую изменил бы выходное напряжение (через напряжение на ограничителе обратного тока) больше, чем ожидалось.В этом случае ток интегрируется на Cp для создания нарастающего выходного напряжения, когда vclim1 не пропускает ток а vclim2 есть.

Для случай ограничения прямого тока, моделирование было выполнено, где:

Вс = 10 В
Если = Ir = 1A
Rcser = 0,05 Ом
Rd = 0,05 Ом
Vcpi = 0 В
Cp = 100 мкФд
Rs = по умолчанию = 1e-3 Ом

График Схема показана на рисунке 4:

Рисунок 4
Тест модели с ограничением тока питания № 1

на рисунке 1 видно, что в источник попадает прямой ток, ограничивающий почти немедленно.Это видно по синей кривой тока питания V1. (Ток V1 отрицательный, потому что он обеспечивает питание.) Приблизительно 6,7 мс ограничение прямого тока прекращается при остановке устройства vcls1 подающий ток на Cp, и нагрузку, которая также заряжалась от источника показывает стабильное напряжение на нагрузочном конденсаторе примерно через 10 мс.

Зеленый График v3 показывает выходное напряжение питания, а красный график v4 показывает напряжение на нагрузочном конденсаторе.

Сейчас здесь небольшой изъян выявляется моделью путем самоанализа. Vclim2 устройство в данной модели работает некорректно. Если бы были какие-то активные регулирование шунта в нагрузке, должна быть функция ограничения тока параллельно с Cp. Ограничение по току Vclim1 должно быть установлено на номинальное значение. выходной ток плюс этот ток, и ток регулирования шунта должен быть настроен на поглощение тока нагрузки, возвращаемого источником, до некоторого ограничения значение, когда ток vclim стремится к нулю и становится отрицательным.Таким образом, vclim2 работает некорректно и его следует удалить, а модель становится действительным только для источника с ограничением положительного тока источника.

Тем не менее, модель полезна для типовых источников питания, не имеющих шунта регулирование тока на их выходе. Внося эту поправку в модель, и изменение испытательной нагрузки так, чтобы она обеспечивала отрицательный ток в течение некоторых периодов времени производит схему, показанную на Рисунке 5, следующее:

Рисунок 5
текущая модель с ограничением питания2

на рисунке 5 мы добавили амперметр Am1, чтобы мы могли четко видеть ток нагрузки величина и смысл.Нагрузочный конденсатор был удален, как и резистор. R3. I1 был добавлен для обеспечения прямоугольной волны тока от нуля до 60 мА.

номинальный ток питания, таким образом, составляет 10 В / 200 Ом или 50 мА. С I1 ток нагрузки будет варьироваться от 50 мА до -10 мА при частоте 50 Гц. График эта схема показана на Рисунке 6:

Рисунок 6
текущий ограниченный источник питания модель 2 график

на рисунке 6 видно влияние обратного тока 10 ма на зеленый График выходного напряжения v3 показывает повышение напряжения приблизительно на 60 мВ.Мы В отсутствие Cp повышение напряжения было бы намного больше. Во время отрицательного текущий интервал Cp начислений. Время разряда ЦП несколько короче, однако, пока напряжение не упадет до номинального значения 10 В, ток не будет проходить. к загрузке источником v1. Только конденсатор Cp поддерживает нагрузку пока выходное напряжение не упадет до 10 В.

Теперь повышение выходного напряжения зависит от частоты изменений нагрузки, значение Cp и, конечно же, величина обратного тока.Есть еще одна сложность, заключающаяся в том, что настоящий преобразователь постоянного тока в постоянный выходное напряжение могло бы резко возрасти, если бы нагрузка была «сброшена» из-за выходной дроссель может продолжать заряжать Cp через дроссель фильтра (заряжен до среднего тока нагрузки до уменьшения нагрузки). В то время как, если ток в катушке индуктивности значительно уменьшился, восстановление может быть затруднено из-за того, что потребовалось время, чтобы ток индуктора восстановился.

Добавление индуктор кажется стоящим дополнением, поэтому давайте добавим это к модель и исследуйте, что происходит.

Схема показан на Рисунке 6:

Рисунок 7
текущая модель с ограничением питания3

Здесь мы добавили в модель фиксированный линейный индуктор, ничего больше поменял с предыдущей схемы.Параметры Ls (100uH) и индуктор начальный ток Ilsi (0ma) был добавлен. Показано поведение при запуске на Рисунке 8 следующее:

Рисунок 8
текущая модель с ограничением питания 3 график 1

на рисунке 8 мы замечаем, что на зеленой выходной дорожке v3 выходное напряжение достигает пик около 11,9 В, а затем спадает до 10 В. Это 19% превышение может или не может быть реалистичным.Между тем, напряжение источника ограничено до 2A в течение примерно 560 мкс, а затем быстро уменьшается. Когда выходное напряжение v3 устанавливается примерно на 10 В примерно через 4 мс, есть некоторые колебания в ток питания и выходной ток из-за звонка LC.

Чтобы увидеть влияние изменений тока, схема снова была построена на графике, но с разверткой, начинающейся сейчас с 14 мс, когда переходные процессы установились собственный.Это отображается, если на Рисунке 9 следующее:

Рисунок 9
ток с ограничением питания модель 3 график 2

на рисунке 9, по черной кривой I (Am1) видно, что ток нагрузки, подаваемый по источнику идет как отрицательное, так и положительное. Когда текущий шаг I1 обращается в ноль, выходной конденсатор Со начинает питать нагрузку. Когда выходное напряжение v3 падает до 10 вольт, источник снова начинает подавать ток через vclim1, но резкое начало тока приводит к тому, что LC часть цепи должна быть возбуждена ударом и зазвонить.В Однако реальное влияние на выходное напряжение невелико.

Экзамен схемы показано, что резонансная частота должна быть:

F = 1 / (2 * Pi () * L * Cp) 1/2

или 1,59 кГц. Быстрый просмотр кривых показывает, что это действительно так.

Эта модель безусловно подходит для моделирования большинства «положительных» источников тока, а также некоторые источники без активного шунтирующего регулирования на выходе, Он будет преобразован в модель схемы Voilim, обозначающую ток устройство ограничения источника.Позже может быть создана модель для устройство подачи и опускания. Конечно ничего не мешает пользователь создает для этого свою собственную модель.

Практически, Следует отметить, что источник питания часто обеспечивает другие нагрузки. чем те, которые показаны при исследовании части системы, и эта нагрузка емкость также, вероятно, будет присутствовать, смягчая эффекты что может быть локализованный текущий источник и опускание нагрузка.Однако, ЕСЛИ этот источник текущей нагрузки в целом может произойти могут возникнуть не очень приятные эффекты.

В последнюю очередь шага была создана поведенческая модель для текущего ограниченного предложения3, и устройство создано. Тестовая схема для этой модели использовалась вместе с испытательная схема на Рисунке 7, как показано на Рисунке 10 ниже.

Рисунок 10
ток с ограничением питания model3 test 2

Здесь мы провести финальный тест для нашей параметризованной модели устройства (обозначенной как U2), сравнивая свои результаты с результатами модели, на которой он был основан.В результаты показаны на Рисунке 11:

Рисунок 11
ток с ограничением питания model3 test 2 graph

на рисунке 11 видно, что v3 (исходная схема) и v4 (модель устройства) результаты тестирования схемы идентичны.

Следующие это список соединений для устройства voilim:

************************
* Подсхема B2 Spice
************************
*
* Создано Harvey Morehouse
*
* Эта схема моделирует уровень питания с ограничением
* выходной ток источника и без ограничения шунта.
*
* Пройденные параметры:
* Rs — сопротивление конвергенции
* Rd — динамическое выходное сопротивление
* Если — макс. Ток вперед
* Cp — выходная емкость источника
* Rcser — последовательное сопротивление Cp
* Vcpi — конденсатор начальное напряжение
* Ls ​​- индуктивность
* Ilsi — начальный ток индуктора
*
* Обычно рупий не меняется.
*
* Эту схему можно свободно использовать и изменять, однако кредит
* следует указывать, как указано выше.
*
* № пина Имя пина
* N2 N2
* N1 N1
.Subckt Voilim N2 N1

.

***** подсхема определения

************************
* подсхема b2 spice
************************
* номер пина имя пина
* n1 n1
* п2 н2
.subckt vclim1 n1 n2
***** главная цепь
вам1 4 6 0
г3 7 0 10
г2 5 7 10
b1 5 0 v = v (n1,4)> 2.000000000000e + 000 * 1.000000000000e-003? v (n1, n2) — 2.000000000000e + 000 * 1.000000000000e-003: v (n1,4)> 0? 0: v (n1, n2)
r4 n1 4 1.000000000000e-003
е1 6 н2 7 0 2
.ends

***** главная цепь
R2 12 N1 {Rd}
R1 12 6 {Rcser}
C1 6 N2 {Cp} ic = {Vcpi}
XU1 3 11 vclim1
V1 3 N2 {Vs}
L1 11 12 {Ls} ic = {Ilsi}

.заканчивается

Выводы:

А модель был создан для неидеального источника напряжения, отражающего положительный выход текущие возможности. (Его можно перевернуть, чтобы создать отрицательное напряжение источник.) Эта модель будет ограничивать выходной ток до указанного значения (за исключением для чего может дополнительно обеспечивать выходная емкость источника к пределу источника.

Это не подходит для использования с расходными материалами, обеспечивающими возможность снижения тока.Хотя это приближение к типичному источнику питания SMPS, оно является промежуточным. между идеальным источником напряжения, используемым в качестве модели, и моделью источника питания SMPS.

Текущий Устройство с ограниченным снабжением: Часть 2

Резюме : При проведении анализа напряжения, обеспечиваемые цепью питания часто абстрагируются как идеальные источники напряжения. Часто это хорошо приближение для государственной работы !! С хорошо управляемыми нагрузками и часто некоторые не очень хорошо себя ведут, это не оказывает большого влияния на симуляцию.И обычно для оценки используются наихудшие значения высокого и низкого напряжения. влияние источников питания на цепь.

Практические источники питания напряжения, используемые в цепи, имеют ограничения ток, который они могут предоставить и принять, оставаясь в регулировании. Если загрузка остается в этих пределах, нет необходимости делать что-то, кроме в большинстве случаев использовать идеальные источники напряжения, однако в некоторых случаях необходима более подробная модель.

Потребность в идеале Текущее устройство с ограниченными поставками — повторный визит

А ток ограничивающее устройство питания для использования там, где источник питания может принимать и принимает как положительные, так и отрицательные значения текущей нагрузки, и / или где очень Иногда требуется быстрое изменение текущей нагрузки.

Один такой Например, когда используется логика текущего режима. В этом случае очень резко и часто могут произойти большие текущие изменения.Проблема в том, что на выходе напряжение, хотя и регулируемое, обычно обеспечивается зарядкой индуктора. выходной конденсатор. Это ограничивает способность источника реагировать. быстрому увеличению нагрузки.

Когда нагрузка быстро уменьшается, катушка индуктивности продолжит заряжать конденсатор пока его ток не уменьшится до надлежащего среднего текущего уровня нагрузка. Теперь блок питания отреагирует и снизит или даже прекратит зарядку выходной конденсатор по мере необходимости, но это не мгновенно.

А если ток нагрузки меняет направление, ток также будет заряжать выходной конденсатор, увеличивающий выходное напряжение.

Для покрытия эти условия, и / или обеспечить лучшее регулирование даже только быстрое изменение нагрузки, часто предусматривается шунтирующий регулятор. Такой регулятор обычно смещается немного больше, чем максимальное изменение тока нагрузки это ожидается.Правильно спроектированный, он будет реагировать на изменения нагрузки быстрее, чем это могло бы произойти для источника питания, который может давать только ток.

Идеально Шунтирующий регулятор:

В заказе чтобы создать модель для Ideal Current Limited Supply 2, сначала мы создать идеальную схему шунтирующего ограничителя. Это устройство попытается чтобы поддерживать постоянное напряжение на его выводах, увеличивая (или уменьшение его тока от нормального значения) до заданных пределов.Это не уменьшит его ток ниже нуля, и это может иметь некоторые практические ограничение по току, который он может пройти.

Есть много возможных соображений. В некоторых случаях выход может быть защищен цепью «лом», которая создает низкое сопротивление на выходе конденсатор, если напряжение становится чрезмерным. В этом случае часто источник питания должен быть отключен для восстановления, предполагая, что он может поддерживать груз без повреждений.Иногда источник питания может обнаруживать короткое замыкание в нагрузке, и предотвратить работу, пока короткое замыкание не будет снято. В других случаях может открыться предохранитель или прерыватель. Эти соображения не рассматриваются. в этой статье. Конечно, если детальный осмотр поставки требуется детальная модель. Здесь мы хотим приблизить операция разумным образом.

Идеально Текущее ограниченное предложение 2:

Предварительно Модель шунтирующего ограничителя с испытательной схемой показана на Рисунке 1:

Рисунок 1
Схема проверки шунтирующего ограничителя

на рисунке 1, тестовая схема — это все, что находится слева от клемм N1 и N2, в то время как остальная часть схемы справа — это шунт ограничитель.V3 — это источник нулевого напряжения, предотвращающий возникновение заземления. переименовать терминал N2.

B1 и Источники B2 реализуют управляющие уравнения для источника тока G1. Уравнение устройства B1:

v = если (V (n1, n2)> {Vs}, ((V (n1, n2) — {Vs}) / {Rs}) + {Is} / 2, (if (V (n1, n2) > 0, ((V (n1, n2) — {Vs}) / {Rs}) + {Is} / 2, 0)))

Это уравнение действительно довольно простой, состоящий из двух выражений ITE, одно вложенное внутри другого.Первое (внешнее выражение ITE) определяет, Напряжение на клеммах устройства превышает номинальное выходное напряжение Vs. Если это так, создается напряжение (представляющее текущее значение). Значение равна половине максимального значения тока шунта плюс величина, пропорциональная до того, что напряжение на клеммах превышает значение Vs.

Принимая во внимание, что если напряжение не превышает Vs, значение Is / 2 меньше пропорционального меньше, чем напряжение Vs.Условие ТО устанавливает это состояние. Он находится во вложенном цикле ITE, который определяет, напряжение устройства больше нуля. В противном случае ток ограничен до нуля.

Есть нет положительного предела току, однако его удобно исследовать выход B1 в устройстве B2, чтобы установить этот предел. Выражение для генератора B2:

v = если (v (5)> {Is}, {Is}, если (v (5) <0, 0, v (5)))

— это максимальное значение ограничения тока.Если текущая команда больше чем Есть, ограничивается Is. В то время как, если он меньше нуля, он ограничено нулем. В противном случае значение v (5) от генератора B1 равно использовал.

G1 — это источник тока, управляемый напряжением, с коэффициентом усиления, равным единице. Am1 и Am2 Амперметры используются только для тестирования.

Предполагается эта половина максимального тока представляет собой номинальный ток при Vs.Таким образом при равен 2 ампера, при Vs он потребляет 1 ампер и позволяет быстро изменения тока увеличения или уменьшения на 1 ампер должны происходить с небольшим эффект.

Сейчас актуально ограничители немного сложны, и часто требуется некоторое размышление, чтобы понять, что происходит, особенно когда они находятся внутри более сложные схемы.
V1 был установлен на 1 В, 1 кГц и Vs на 5 В.График этой схемы показан на Рисунке 2:

Рисунок 2
Схема проверки шунтирующего ограничителя, график 1

на рисунке 2 мы видим, что выходное напряжение, красная кривая v2 сохраняется на уровне 5в. Зеленый след тока через R5 также постоянен. Эффект изменение синусоидального напряжения от V4, что в противном случае привело бы к току R5 для изменения, поглощается схемой шунтирующего регулятора, которая номинально рисунок 1А.

Ну а теперь изменим амплитуду v4 на 1,5 ампер и наблюдаем за графиком на рис. 3, что следует:

Рисунок 3
Схема испытания шунтирующего ограничителя, график 2

на рисунке 3 у нас более интересное стечение обстоятельств. Шунтирующий регулятор может пропускать токи только от нуля до 2А, и он выходит из строя когда эти пределы превышены.Маленькие шишки напряжения на красном выходное напряжение, и зеленые значения тока нагрузки появляются, когда шунт регулятор достигает пределов.

Сейчас там есть много интересных вещей, с которыми можно поэкспериментировать в этой схеме, но мы откажемся от этого удовольствия и создадим параметризованную подсхему для этого устройства. Схема показана на Рисунке 4:

Рисунок 4
Схема шунтирующего ограничителя и модель

Список соединений для этого устройства это:

************************
* Подсхема B2 Spice
************************
*
* Создано Harvey Morehouse
*
* Шунтирующий регулятор
*
* Vs — напряжение шунтирующего регулятора
* Максимальный ток шунтирующего регулятора
*
* при vs через его выводы Is / 2 проходит ток
*
* Эту схему можно свободно копировать и использовать
* однако требуется, чтобы мы с B2SPICE были зачислены.
*
* Положительный вывод = N1
* Отрицательный вывод = N2
*
* № пина Имя пина
* N1 N1
* N2 N2
.Подраздел ishuntr N1 N2

.

***** главная цепь
B1 5 0 v = если (V (n1, n2)> {Vs}, ((V (n1, n2) — {Vs}) / {Rs}) + {Is} / 2 , (если (V (n1, n2)> 0, ((V (n1, n2) — {Vs}) / {Rs}) + {Is} / 2, 0)))
R4 N1 4 {Rs}
G1 4 N2 11 0 1
R6 11 0 10
B2 11 0 v = if (v (5)> {Is}, {Is}, if (v (5) <0, 0, v (5)))

.заканчивается

Имея сделал параметризованную модель подсхемы для этого устройства, мы можем продолжить использовать его с моделью устройства с ограничением тока, разработанной в предыдущая статья. Оригинальная модель вместе с шунтирующим регулятором добавленное устройство и тестовая схема показаны на Рисунке 5:

Рисунок 5
Испытательная схема с полным ограничением питания

Для Первый тест использованные значения были:

Вс = 10 В
Если = Is = 2A
Rcser = 0.05 Ом
Rd = 0,05 Ом
Vcpi = 0 В
Cp = 100 мкФд
Rs = по умолчанию = 1e-3 Ом
L1 = 100 мкГн
Ильси = 0

График Схема этой схемы показана на рисунке 6:

Рисунок 6
График испытательной схемы полного ограниченного питания 1

Нагрузка изменение тока из-за I1 положительное и отрицательное 0.5А. По номиналу На выходе 10 В шунтирующий регулятор может справиться с этими изменениями. Там небольшое изменение выходного напряжения из-за динамического выхода сопротивление. Это можно увидеть на Рисунке 7:

Рисунок 7
График 2 испытательной цепи с полным ограничением питания

на рисунке 7 видим, что изменение напряжения на выходе (без учета всплесков) составляет около 50 мв.Это означает изменение выходного тока на один ампер. умножить на 50 миллиом — это 50 мВ.

Сейчас меняем I1 может изменяться от -1 до +1 ампер, все остальное без изменений, мы приходим к график на Рисунке 8.

Рисунок 8
График 3 испытательной цепи с полным ограничением питания

на рисунке 8 видно, что изменение выходного напряжения (без учета всплесков) вдвое больше, чем в предыдущем тесте.Скачки вызваны индуктором, При снятии нагрузки ток индуктора медленно уменьшается, пока шунтирующий регулятор принимает изменение тока до тех пор, пока катушка индуктивности ток уменьшается.

Но когда добавляется нагрузка, ток индуктора не может увеличиваться сразу, происходит несколько вещей. Глядя на кривую I (v1) — и помня, что он показан как отрицательный, когда он передает мощность к нагрузке — при снятии груза он сползает, но добавление нагрузки вызывает быстрое увеличение тока.Это увеличивает индуктивность напряжение, которое последовательно с V1 и противодействует ему.

Есть гораздо больше тестов, которые могут быть выполнены в различных условиях загрузка. Это может включать сравнение характеристик этой схемы под загрузка с выходом предыдущей схемы, слишком много, чтобы быть включенным здесь. Они будут предоставлены читателю для выполнения. Следовательно, Схема, показанная на Рисунке 9, будет преобразована в параметризованную модель подсхемы, названная voirilim, обозначающая источник напряжения, выход которого и обратный ток ограничен,

Рисунок 9
Полная ограниченная цепь питания

на рисунке 9 показана схема, которая должна быть преобразована в параметризованную подсхему. вместе с символикой устройства, обозначенной как U2.Список соединений для этого устройства это:

************************
* Подсхема B2 Spice
************************
*
* автор: harvey morehouse
*
* эту схему можно свободно копировать и использовать
* однако требуется, чтобы мы с b2spice были зачислены.
*
* Источник напряжения с ограничением тока и потреблением тока
*
* Пройденные параметры:
*
* Vs — напряжение источника
* Если — прямой максимальный ток
* Is — шунтирующий регулятор макс. Тока
* Rcser — шунтирующий конденсатор серии R
* Rd — выходное динамическое сопротивление
* Vcpi — начальное напряжение конденсатора фильтра
* Cp — емкость конденсатора фильтра
* Rs — резистор схождения
* Индуктивность фильтра L1
* Ilsi — индуктор начальный ток
*
* № пина Имя пина
* N2 N2
* N1 N1
.Subckt voirilim N2 N1

***** подсхема определения

************************
* подсхема b2 spice
************************
*
* создано Харви Морхаус
*
* шунтирующий регулятор
*
* эту схему можно свободно копировать и использовать
* однако требуется, чтобы мы с b2spice были зачислены.
*
* vs — напряжение шунтирующего регулятора
* — это максимальный ток шунтирующего регулятора
*
* при vs через его клеммы / 2 проходит ток
*
*
* положительный вывод = n1
* отрицательный вывод = n2
*
* номер пина имя пина
* n1 n1
* п2 н2
.subckt ishuntr n1 n2
***** главная цепь
b1 5 0 v = если (v (n1, n2)> 1.000000000000e + 001, ((v (n1, n2) — 1.000000000000e + 001 ) / 1.000000000000e-003) + 2.000000000000e + 000/2, (if (v (n1, n2) > 0, ((v (n1, n2) — 1.000000000000e + 001) / 1.000000000000e-003) + 2.000000000000e + 000/2, 0)))
r4 n1 4 1.000000000000e-003
г1 4 н2 11 0 1
r6 11 0 10
b2 11 0 v = если (v (5)> 2.000000000000e + 000, 2.000000000000e + 000, если (v (5) <0, 0, v (5)))
.ends

************************
* подсхема b2 spice
************************
* номер пина имя пина
* n1 n1
* п2 н2
.subckt vclim1 n1 n2
***** главная цепь
вам1 4 6 0
г3 7 0 10
г2 5 7 10
b1 5 0 v = v (n1,4)> 2.000000000000e + 000 * 1.000000000000e-003? v (n1, n2) — 2.000000000000e + 000 * 1.000000000000e-003: v (n1,4)> 0? 0: v (n1, n2)
r4 n1 4 1.000000000000e-003
е1 6 н2 7 0 2
.ends

***** главная цепь
ВАм1 12 4 0
R2 4 N1 {Rd}
R1 12 6 {Rcser}
C1 6 N2 {Cp} ic = {Vcpi}
XU1 3 11 vclim1
V1 3 N2 {Vs}
L1 11 12 {Ls} ic = {Ilsi}
XU4 12 N2 ishuntr

.заканчивается

Один маленький причуда присутствует в списке соединений. Когда параметризованные подсхемы используется в параметризованной подсхеме, а список соединений создается для общая схема, список соединений не показывает параметризованные значения в субпараметрических частях. Это неприятно, но нижний уровень части действительно параметризованы.

Тест Схема для этой части показана на рисунке 10:

Рисунок 10
Полная ограниченная цепь питания

Схема на рисунке 10 был использован для сравнения производительности параметризованных часть U2 на схему, использованную для его создания.График производительности показано на Рисунке 11:

Рисунок 11
Остальная часть цепи питания с полным ограничением питания

На рисунке 11 видно, что выходы v3 и v4 идентичны. Дополнительный осмотр (не показан) подтверждает это.

Выводы:

А модель был создан для неидеального источника напряжения, отражающего источник тока и возможность погружения.(Его можно перевернуть, чтобы создать отрицательное напряжение источник.)

Пока это как приближение к типичному источнику питания SMPS, это промежуточное звено между идеальный источник напряжения, используемый как модель и как модель источника питания SMPS. Это не моделируется мгновенно, но реагирует быстрее, чем более полная модель SMPS и подходит для использования с другими схемами исследовать влияние источников тока и опускания, когда нагрузки ведут себя не очень хорошо.

Превратите предел мощности вашего источника питания в предел тока

µModule (микромодуль) LTM9100 от Linear Technology принимает логические входы, которые позволяют его внутреннему изолированному контроллеру переключателя питания управлять переключением MOSFET / IGBT с внешним питанием при напряжении до 1000 В постоянного тока. Он использует барьер гальванической развязки для отделения логических входов от контроллера выключателя питания, который может включать и выключать источники питания высокого напряжения. При этом изолирующий барьер защищает свои низковольтные логические входы от соседнего высоковольтного контроллера переключателя мощности.

Во многих компьютерных приложениях используются высокие напряжения, которыми можно управлять с помощью LTM9100. Одно из таких приложений — промышленные моторные приводы, которые могут работать от 170 до 680 В постоянного тока. Сетевые солнечные системы могут работать с напряжением до 600 В и более. Первичная мощность некоторых современных истребителей составляет 270 В постоянного тока. Литий-ионные батареи в электромобилях могут достигать напряжения до 400 В.

Кроме того, центры обработки данных рассматривают возможность распределения высоковольтной мощности для снижения тока, потерь в кабелях I ² R и веса кабелей.В этих типах приложений компьютерные команды могут создавать логические входы, которые позволяют LTM9100 управлять высоковольтной мощностью, которую необходимо включать и выключать с помощью контролируемого пускового тока.

Ключом к защите электропитания LTM9100 является его внутренний барьер гальванической развязки 5 кВ _RMS , который отделяет цифровой входной интерфейс от контроллера переключателя питания, который управляет внешним N-канальным MOSFET или IGBT-переключателем ( Рис. 1 ). Микромодуль имеет интерфейс I ² C, который обеспечивает доступ к изолированным цифровым измерениям тока нагрузки, напряжения и температуры шины, что позволяет контролировать мощность и энергию шины высокого напряжения.

1. LTM9100 используется в качестве изолированного драйвера переключателя нагрузки верхнего плеча с использованием внешнего силового МОП-транзистора.

Вы можете сконфигурировать этот изолированный контроллер переключателя питания для использования в приложениях с высокой или низкой стороны (отсюда и его имя Anyside), как показано на Рис. 2 . Кроме того, его можно использовать в плавучих приложениях.

Регулируемые пороги блокировки при пониженном и повышенном напряжении гарантируют, что нагрузка будет работать только тогда, когда входное напряжение находится в допустимом диапазоне. Автоматический выключатель с ограничением тока защищает источник питания от перегрузки и короткого замыкания.

Этот изолированный контроллер выключателя питания минимизирует пусковой ток за счет плавного пуска нагрузки. Он достаточно универсален для управления пусковым током в платах с горячей заменой, трансформаторах переменного тока, моторных приводах и индуктивных нагрузках.

Более старый метод управления пусковым током использует термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) или ограничители пускового тока NTC. Эти устройства начинают с высокого сопротивления при комнатной температуре до включения питания или нагрузки; высокое сопротивление ограничивает пусковой ток при включении.Однако, если цепь быстро выключается и включается, ограничения пускового тока не происходит, потому что резистор недостаточно остыл, чтобы восстановить свое высокое сопротивление.

2. LTM9100 может быть сконфигурирован как для работы на стороне высокого, так и на стороне низкого уровня (возврат на землю).

Другие методы управления пусковым током включают симисторы перехода через ноль, схемы управления активным коэффициентом мощности (PFC) и индуктивную входную фильтрацию с демпфированием. Они могут быть сложными, громоздкими и в первую очередь для входов переменного тока.

Рис. 3 — это упрощенная схема LTM9100, показывающая его изолирующий барьер, который разделяет микромодуль на логическую и изолированную стороны.Для питания изолированной стороны используется полностью интегрированный регулятор напряжения, включая трансформатор, поэтому внешние компоненты не требуются. Логическая сторона содержит драйвер полного моста, работающий на частоте 2 МГц, который связан по переменному току с первичной обмоткой трансформатора. Блокирующий конденсатор постоянного тока предотвращает насыщение трансформатора из-за дисбаланса рабочего цикла драйвера. Трансформатор масштабирует первичное напряжение, которое выпрямляется симметричным удвоителем напряжения. Такая топология снижает синфазные возмущения напряжения на изолированной стороне заземления и устраняет насыщение трансформатора, вызванное вторичным дисбалансом.

Встроенный регулятор напряжения подает 10,4 В и 5 В для контроллера переключателя питания. Изолированные измерения тока нагрузки и двух входов напряжения выполняются 10-разрядным АЦП и доступны через интерфейс I ² C. Логика и интерфейс I ² C отделены от контроллера переключателя питания изоляционным барьером 5 кВ _RMS , что делает LTM9100 идеальным для систем, в которых контроллер переключателя питания работает на шинах до 1000 В, _{постоянного тока,} . Гальваническая развязка необходима для защиты цепей управления, безопасности оператора и прерывания цепей заземления.

3. Барьер гальванической развязки разделяет LTM9100 на изолированную сторону и логическую сторону. 10-битный АЦП в контроллере переключателя питания контролирует напряжение SENSE на резисторе считывания тока RS. Цепи высокого напряжения

управляются путем кодирования сигналов в импульсы и передачи их через границу изоляции с помощью трансформаторов без сердечника, сформированных в подложке микромодуля, как показано на рис. 4 . Бесперебойная связь гарантируется для переходных процессов в синфазном режиме 50 кВ / мкс.Эта система, укомплектованная обновлением данных, проверкой ошибок, безопасным отключением в случае сбоя и чрезвычайно высокой устойчивостью к синфазным помехам, является надежным решением для изоляции двунаправленных сигналов.

Чтобы гарантировать надежный изолирующий барьер, каждый LTM9100 проходит производственные испытания на 6 кВ _RMS . Кроме того, он будет соответствовать стандарту UL 1577, что позволит производителям конечного оборудования сэкономить месяцы времени на сертификацию. Сквозная изоляция на большом расстоянии означает высокий уровень электростатического разряда ± 20 кВ через барьер.

LTM9100 идеально подходит для использования в сетях, где заземление может принимать различные напряжения.Изолирующий барьер блокирует высокие перепады напряжения и исключает контуры заземления и чрезвычайно устойчив к синфазным переходным процессам между плоскостями заземления.

Хотя его основное применение — управление внешним N-канальным переключателем MOSFET, вы также можете использовать IGBT. Это может быть необходимо для приложений с напряжением выше 250 В, где традиционные полевые МОП-транзисторы с достаточным уровнем SOA (безопасная рабочая зона) и низким R _{DS (ON)} могут быть недоступны.

IGBT доступны с номинальным напряжением 600 В, 1200 В и выше.Не все IGBT подходят, однако, только те, которые предназначены для работы на постоянном или близком к постоянному току, как указано в их технических характеристиках рабочих характеристик SOA. Дополнительную озабоченность вызывает напряжение насыщения коллектор-эмиттер IGBT. Пороговое значение сливного штифта составляет 1,77 В. В некоторых случаях напряжение насыщения IGBT, V _{CE (SAT)} , может быть выше, чем это, что требует делителя напряжения на входном контакте Drain.

4. LTM9100 передает сигналы и мощность через изолирующий барьер. Сигналы кодируются в импульсы и проходят через границу изоляции с помощью трансформаторов без сердечника, сформированных в подложке микромодуля.Это обеспечивает чрезвычайно надежную схему двунаправленной связи.

IGBT должен быть выбран с максимальным пороговым напряжением между затвором и эмиттером, В _{GE (TH)} , что соответствует минимальному хорошему состоянию питания LTM9100 GATE, или В _S минимальному UVLO (блокировка при пониженном напряжении) 8,5 В. Пороговое напряжение, указанное в таблице электрических характеристик устройства, часто соответствует очень низким токам коллектора.

Внутренний усилитель (A1), подключенный к контактам Sense, контролирует ток нагрузки через внешний резистор считывания RS, обеспечивая защиту от перегрузки по току и короткого замыкания.В условиях перегрузки по току ток ограничивается до 50 мВ / RS посредством регулирования затвора. Если состояние перегрузки по току сохраняется более 530 мкс, ворота отключаются.

При использовании силового полевого МОП-транзистора LTM9100 контролирует напряжение стока и затвора, чтобы определить, полностью ли усилен полевой МОП-транзистор. После успешного включения полевого МОП-транзистора два сигнала Power Good выводятся на контакты PG и PGIO. Эти штифты позволяют включать и упорядочивать нагрузки. Вывод PGIO также может быть настроен как вход или выход общего назначения.

Перед включением полевого МОП-транзистора оба напряжения питания внутреннего привода затвора V _S и V _CC2 должны превысить их пороги блокировки при пониженном напряжении. MOSFET отключается до тех пор, пока не будут выполнены все условия запуска.

10-битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в контроллере переключателя мощности измеряет напряжение считывания, полученное с усилителя A1. Кроме того, он измеряет напряжения на выводах ADIN2 и ADIN, которые используются для вспомогательных функций, таких как измерение напряжения шины или температуры и т. Д.

Интерфейс I ² C позволяет читать регистры данных АЦП. Это также позволяет хосту опрашивать устройство и определять, произошла ли неисправность. Вы можете использовать контакт ALERT * на логическом входе в качестве прерывания, чтобы хост мог реагировать на сбой в реальном времени. Два контакта с тремя состояниями, ADR0 и ADR1, позволяют программировать восемь возможных адресов устройства. Интерфейс также можно настроить по выводам для однопроводного широковещательного режима, отправляя данные АЦП и информацию о неисправности через вывод SDA на хост без синхронизации линии SCL.Эта однопроводная односторонняя связь упрощает проектирование системы.

Цепи логического управления питаются от внутреннего LDO, который получает 5 В от источника питания VS. Выход 5 В доступен на выводе VCC2 для управления внешними цепями (ток нагрузки до 15 мА). VCC2 развязан внутри конденсатором емкостью 1 мкФ.

В диапазоне температур от -40 ^o C до 105 ^o C LTM9100 предлагается в корпусе BGA 22 x 9 x 5,16 мм с расстоянием утечки 14,6 мм между логической стороной и изолированной стороной.

Как источник питания регулирует выходное напряжение и ток?

Практические руководства

Резюме

Как источник питания регулирует выходное напряжение и ток?

Описание

CV и CC являются основными режимами работы большинства источников питания. Но что именно происходит внутри блока питания, что дает ему возможность регулировать выходное напряжение или ток в зависимости от нагрузки? Если вы когда-нибудь задумывались об этом, больше не удивляйтесь!

Большинство источников питания регулируют либо свое выходное напряжение, либо выходной ток на постоянном уровне, в зависимости от сопротивления нагрузки относительно выходного напряжения и настроек тока источника питания.Это можно резюмировать следующим образом:

· Если R нагрузка> (V out / I out), то источник питания находится в режиме CV

· Если R нагрузка <(V out / I out), то источник питания находится в режиме CC

Для достижения этой цели все источники питания имеют отдельные контуры управления с обратной связью по напряжению и току для ограничения выходного напряжения или тока в зависимости от нагрузки. Чтобы проиллюстрировать это, на рисунке 1 показана принципиальная схема базового блока питания с последовательным выходом 5 В и 1 А, работающего в режиме постоянного напряжения.

Рисунок 1: Базовая схема источника питания постоянного тока, работа при постоянном напряжении (CV)

В CV и управления CC петли / усилители каждый имеет значение опорного сигнала. В этом случае оба эталонных значения составляют 1 вольт. Для того, чтобы регулировать выходное напряжение усилитель ошибки CV сравнивает свою ссылку 1 вольт против резистора делителя, который делит выходной сигнал вниз напряжения на коэффициент 5, ограничение выходного напряжения до 5 вольт. Аналогичным образом, усилитель ошибки CC сравнивает свою ссылку 1 вольт против тока шунт 1 Ом, расположенного в выходном пути тока, что ограничивает выходной ток до 1 ампер.Для рисунка 1 сопротивление нагрузки составляет 10 Ом.

Поскольку это сопротивление нагрузки больше, чем (V out / I out) = 5 Ом, источник питания работает в режиме CV. Усилитель ошибки CV управляет последовательным транзистором, отводя избыточный базовый ток от последовательного транзистора через диодную схему «ИЛИ». Усилитель CV работает в замкнутом контуре, поддерживая напряжение ошибки на уровне нуля вольт. Для сравнения, поскольку фактический выходной ток составляет всего 0,5 А, усилитель CC пытается включить ток сильнее, но не может, потому что усилитель CV контролирует выход.

Усилитель CC работает без обратной связи. Его выход достигает положительного предела, а напряжение ошибки -0,5 В. Схема I-V на выходе для этой операции с постоянным напряжением показана на рисунке 2.

Рисунок 2: Схема I-V источника питания, работа CV

Теперь предположим, что мы увеличиваем нагрузку, уменьшая выходное сопротивление нагрузки с 10 Ом до 3 Ом. На рисунке 3 показана принципиальная схема нашего базового блока питания с последовательным выходом на 5 В и 1 А, измененного для работы в режиме CC с нагрузочным резистором 3 Ом.

Рисунок 3: Базовая схема источника питания постоянного тока, работа при постоянном токе (CC)

Поскольку сопротивление нагрузочного резистора ниже, чем (V out / I out) = 5 Ом, источник питания переключается в режим CC. Усилитель ошибки СС берет на себя управление, когда падение напряжения на текущих шунтирующих резисторах увеличиваются, чтобы соответствовать опорному значению 1 вольт, что соответствует выходу усилитель 1, рисунок избыточного тока базы из серии проходит транзистор, хотя диод «ИЛИ» сеть.

Усилитель CC теперь работает по замкнутому контуру, регулируя выходной ток для поддержания входного напряжения ошибки на нуле. Для сравнения, поскольку фактическое выходное напряжение теперь составляет всего 3 вольта, усилитель CV пытается увеличить выходное напряжение, но не может, потому что усилитель CC контролирует выход. Усилитель CV работает без обратной связи. Его выходной сигнал теперь достигает своего положительного предела, в то время как он имеет напряжение ошибки -0,4 В.

Выходная I-V-диаграмма для этой операции с постоянным током показана на рисунке 4.

Рисунок 4: Схема I-V источника питания, работа CC

Как мы уже видели, большинство источников питания имеют отдельные контуры управления током и напряжением для регулирования своих выходов в режиме постоянного напряжения (CV) или постоянного тока (CC). Один или другой берет на себя управление, в зависимости от того, какое сопротивление нагрузки зависит от выходного напряжения и тока источника питания. Таким образом, нагрузка и источник питания защищены за счет ограничения напряжения и тока, подаваемых источником питания на нагрузку.

Понимая эту теорию, лежащую в основе работы блока питания CV и CC, также легче понять основную причину того, почему различные характеристики блока питания такие, какие они есть, а также увидеть, как можно создать другие возможности блока питания, построив сверху. этого фонда.

Оставайтесь с нами!

См. Также

Основы постоянного напряжения CV и постоянного тока CC Часть 1
Основы постоянного напряжения CV и постоянного тока CC Часть 2
Руководство по выбору продуктов питания
Источники питания постоянного тока

MIC5159 — Линейные регуляторы

MIC5159 — Линейные регуляторы Заказать сейчас

Контроллер-регулятор uCap LDO с программируемым ограничением тока

Статус: в производстве

Характеристики:

• Быстрый переходный процесс
• Диапазон входного напряжения: VIN: 1.От 65 В до 5,5 В
• ± 1,0% начальный допуск на выходе
• Фиксированное 1,8 В или регулируемое выходное напряжение до 1,25 В
• Стабильное с керамическим выходным конденсатором
• Возможность до 10 А
• Отличные характеристики регулирования линии и нагрузки
• Логика- контролируемое отключение
• Программируемое ограничение тока
• Защита от ограничения тока
• IttyBitty® SOT-23-6 Package
• Доступный диапазон температур: от -40 ° C до + 125 ° C

Подробнее

Обзор

Документы

Среда разработки

Информация RoHS

В корзину

Сводка

MIC5159 — это прецизионный регулятор напряжения.MIC5159, используемый с внешним МОП-транзистором с P-каналом, образует двухчиповый стабилизатор с малым падением напряжения, способный управлять широким диапазоном выходных токов.

MIC5159 работает от входного напряжения от 1,65 В до 5,5 В. Низкое входное напряжение позволяет MIC5159 работать от шин высокой мощности 1,8 В для генерирования более низких напряжений, таких как 1,5 В.

Характеристики MIC5159 включают вход включения и защиту от ограничения тока. MIC5159 имеет конструкцию µCap и имеет керамические выходные конденсаторы.

MIC5159 упакован в IttyBitty ^® SOT-23-6 и предлагается с фиксированным и регулируемым выходным напряжением. Диапазон температур перехода MIC5159 составляет от -40 ° C до + 125 ° C.

Дополнительные возможности

Диапазон входного напряжения: В IN : 1.От 65 В до 5,5 В ± 1,0% начальный допуск выхода Фиксированное 1,8 В или регулируемое выходное напряжение до 1,25 В Стабильное с керамическим выходным конденсатором Отличные характеристики регулирования линии и нагрузки Отключение с логическим управлением Программируемое ограничение тока IttyBitty ® SOT-23-6 Package Доступный диапазон температур: от -40 ° C до + 125 ° C 2 0873 0873 Параметры Тип продукта Контроллеры LDO Данные инструментов разработки в настоящее время недоступны. MIC5159YM6-TR 0,016450 0,046667 6 СОТ-23 NiPdAu e4 MIC5159-1.8YM6-TR 0,016450 0,046667 6 СОТ-23 NiPdAu e4 Чтобы просмотреть полный список данных RoHS для этого устройства, нажмите здесь. Транспортный вес = Вес устройства + Вес упаковочного материала.Если вес устройства недоступен, обратитесь в офис продаж. Фильтр: Тип упаковки Диапазон температур Упаковочные материалы Показывать только товары с образцами Товар Ведет Тип упаковки Диапазон температур Упаковочные материалы 5K Цены Купить Для получения информации о ценах и наличии обратитесь в местный отдел продаж Microchip. No related posts. Оставить комментарийОтменить комментарий Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *