Les stabilisateurs de tension de commutation ont un rendement élevé. et de petites dimensions, ils sont donc largement utilisés dans les sources d'énergie secondaires modernes. Un diagramme schématique d'un stabilisateur de tension d'impulsion de type série basé sur un amplificateur opérationnel est présenté sur la Fig. 4.19.
Riz. 19. Schéma schématique d'un stabilisateur de tension d'impulsion de type série basé sur un amplificateur opérationnel
Le schéma du circuit de mesure est similaire à la Fig. 4. 17, mais l'amplificateur opérationnel n'est pas un amplificateur, mais un comparateur avec une caractéristique de relais en forme de boucle. La rétroaction positive, créant une caractéristique en forme de boucle, est réalisée par la résistance R6, la largeur de la boucle est déterminée par le rapport des résistances des résistances R5 et R6. La résistance de la résistance R6 est bien supérieure à la résistance de la résistance R5 et la largeur de la boucle est de plusieurs millivolts. Classiquement, la caractéristique statique du comparateur par rapport à la tension du diviseur est représentée sur la figure. 4.20.
Riz. 4. 20. Caractéristiques statiques du comparateur
Si la tension dépasse le seuil supérieur U P2, alors la tension du comparateur est minimale, la diode Zener VD2 est fermée, les transistors VT2 et VT1 sont fermés, la tension de sortie diminue avec le temps. Si la tension est inférieure au seuil inférieur U P1, alors la tension du comparateur est maximale, la diode Zener VD2 est cassée, les transistors VT2 et VT1 sont ouverts, la tension de sortie augmente avec le temps. Des auto-oscillations de tension se produisent U 2 par rapport à la valeur . La boucle du comparateur étant très étroite, les écarts de tension U 2 sont considérés comme acceptables. En figue. La figure 4.21 montre des diagrammes temporels des changements de tensions SCV pour deux valeurs de tension d'entrée.
Riz. 4. 21. Chronogrammes des tensions du SSC pulsé
Réduction de tension U 1 a entraîné une augmentation de la durée de l'impulsion de tension ROYAUME-UNI(4. augmenter le temps d'ouverture du transistor VT1) et diminuer la durée de la pause. La période de répétition des impulsions a également changé. Plage de tension U 2 dépasse la zone limitée par les valeurs seuils en raison des processus oscillatoires dans le filtre LC.
La présence d'auto-oscillations de la tension de sortie est un inconvénient des stabilisateurs de tension pulsés, mais cela n'a pratiquement aucun effet sur le fonctionnement des consommateurs alimentés par le stabilisateur, et les avantages de la régulation pulsée sont significatifs. Il est à noter que les transistors VT1 et VT2 étant de conductivité différente, il existe un besoin pour un circuit de déclenchement VD4, R9, qui fonctionne de la même manière que dans un circuit VS séquentiel sur des transistors de conductivité différente.
Le stabilisateur de tension à compensation continue considéré réduit la puissance maximale dissipée par le transistor de commande en mode court-circuit. Le schéma électrique du stabilisateur est présenté sur la Fig. 5.
Mode limite de courant
Résistance R. 1 est un capteur de courant. En cas de surintensité sur R. 1 une tension apparaît qui, à travers une résistance R. 2 fourni à la jonction base-émetteur du transistor Vermont3 , qui s'ouvre légèrement. En conséquence, des courants de base et de collecteur apparaissent Vermont3 , qui réduisent le courant de base du transistor Vermont2 , les courants de collecteur des transistors diminuent en conséquence Vermont2 Et Vermont1 , ce qui conduit à limiter le courant de sortie du régulateur de tension.
Protection de court circuit
Pour la protection, 2 résistances sont utilisées - R. 2 Et R. 3 et pendant le fonctionnement normal
tension d'émetteur de transistor Vermont1 est égal à la sortie. Lors d'un court-circuit, la tension de sortie est nulle, et donc la tension à l'émetteur du transistor Vermont1
est également nul et toute la tension d'entrée est appliquée aux résistances R. 2 Et R. 3 . Tension à
R. 2 augmente et la chute de tension s'y ajoute R. 1 , ce qui conduit à la découverte
Riz. 5. Schéma de circuit du stabilisateur de tension
sur un ampli-op avec un niveau de limite de courant variable
et avec protection contre les courts-circuits
transistor Vermont3 . Résistances R. 2 Et R. 3 conçu pour que le courant du collecteur Vermont3 en mode court-circuit, il s'agissait d'environ 80 % du courant de base Vermont2 . En conséquence, le courant de base Vermont2 diminue d'environ 5 fois, ce qui entraîne une diminution du courant du collecteur Vermont1 également 5 fois. Ainsi le transistor Vermont1 protégé contre les surcharges en cas de court-circuit.
Stabilisation de la tension de sortie
Si, en fonctionnement normal, pour une raison quelconque, la tension de sortie du stabilisateur change, la tension créée par le diviseur change également. R. 6 , R. 7 , R. 8 au point A. Amplificateur opérationnel D.A.1 amplifie la différence entre la tension de référence () et la tension au point A (), qui peut être calculée à l'aide de la formule
Si la tension à la sortie du stabilisateur a diminué, alors la différence sera positive et augmentera, ce qui entraînera une diminution du courant traversant la diode Zener VD3 , qui fait partie du courant qui traverse R. 4 .L'autre partie va à la base du transistor Vermont2 et à la sortie de l'amplificateur opérationnel D.A.1 . En conséquence, s'il diminue, les courants augmentent et, par conséquent, augmentent. En augmentant, le circuit de stabilisation fonctionne selon une chaîne similaire (réduisant la déviation).
Diode Zener VD3 s'allume pour que l'amplificateur opérationnel D.A.1 travaillé en mode actif, dans lequel il doit être égal à environ la moitié de la tension d'alimentation de l'amplificateur opérationnel (+U). La tension de sortie du stabilisateur lui-même () peut être considérablement plus élevée. Basé sur un transistor Vermont2 la tension est supérieure à 2. En conséquence, la différence entre et la tension à la base Vermont2 est une certaine valeur, qui est compensée à l'aide d'une diode Zener VD3
L'avantage des contrôleurs PWM utilisant des amplificateurs opérationnels est que presque tous les amplis opérationnels peuvent être utilisés (dans un circuit de commutation typique, bien sûr).
Le niveau de tension effective de sortie est régulé en modifiant le niveau de tension à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op, ce qui permet au circuit d'être utilisé comme partie intégrante de divers régulateurs de tension et de courant, ainsi que de circuits avec soft allumage et extinction des lampes à incandescence.
Schème il est facile à répéter, ne contient pas d'éléments rares, et si les éléments sont en bon état de fonctionnement, il se met à fonctionner immédiatement, sans configuration. Le transistor à effet de champ de puissance est sélectionné en fonction du courant de charge, mais pour réduire la dissipation thermique de puissance, il est conseillé d'utiliser des transistors conçus pour un courant élevé, car ils ont le moins de résistance lorsqu'ils sont ouverts.
La surface rayonnante d'un transistor à effet de champ est entièrement déterminée par le choix de son type et du courant de charge. Si le circuit sera utilisé pour réguler la tension dans les réseaux de bord + 24V, pour éviter le claquage de la grille du transistor à effet de champ, entre le collecteur du transistor VT1 et volet VT2 vous devez allumer une résistance avec une résistance de 1 K, et la résistance R6 shnt avec n'importe quelle diode Zener 15 V appropriée, les éléments restants du circuit ne changent pas.
Dans tous les circuits évoqués précédemment, un transistor à effet de champ de puissance est utilisé n- transistors à canal, comme les plus courants et ayant les meilleures caractéristiques.
S'il est nécessaire de réguler la tension sur une charge dont l'une des bornes est connectée à la terre, alors on utilise des circuits dans lesquels n- Le transistor à effet de champ de canal est connecté en tant que drain au + de la source d'alimentation et la charge est activée dans le circuit source.
Pour garantir la possibilité d'ouvrir complètement le transistor à effet de champ, le circuit de commande doit contenir une unité permettant d'augmenter la tension dans les circuits de commande de grille à 27 - 30 V, comme cela se fait dans les microcircuits spécialisés U6 080B ... U6084B, L9610, L9611 , alors entre la porte et la source il y aura une tension d'au moins 15 V. Si le courant de charge ne dépasse pas 10A, vous pouvez utiliser le champ d'alimentation p - les transistors à canal dont la gamme est beaucoup plus étroite pour des raisons technologiques. Le type de transistor dans le circuit change également VT1 , et la caractéristique d'ajustement R7 s'inverse. Si dans le premier circuit une augmentation de la tension de commande (le curseur de la résistance variable se déplace vers le « + » de la source d'alimentation) provoque une diminution de la tension de sortie à la charge, alors dans le deuxième circuit, cette relation est inverse. Si un circuit spécifique nécessite une dépendance inverse de la tension de sortie sur la tension d'entrée par rapport à celle d'origine, alors la structure des transistors dans les circuits doit être modifiée. VT1, c'est-à-dire le transistor VT1 dans le premier circuit, vous devez vous connecter comme VT1 pour le deuxième schéma et vice versa.
Les stabilisateurs de tension unipolaires basés sur des amplificateurs opérationnels peuvent être construits selon le circuit d'un amplificateur inverseur et non inverseur, dont l'entrée est alimentée par une tension stable provenant d'une source de référence. L'avantage de tels stabilisateurs est la possibilité d'obtenir des tensions stabilisées de valeur absolue et de signe différents tout en maintenant une tension de référence constante.
La première figure montre un circuit d'un stabilisateur dans lequel la tension de référence U0 de la diode Zener VD1 est fournie à l'entrée d'un amplificateur non inverseur. Pour augmenter le courant de sortie du stabilisateur, un suiveur de tension est utilisé sur le transistor VT1. La tension de sortie de ce stabilisateur est calculée à l'aide de la formule suivante :
Usortie = U0(R1/R2+1)
Pour augmenter la stabilité de la tension de référence, vous pouvez connecter le stabilisateur paramétrique R3 VD1 non pas à l'entrée, mais à la sortie du stabilisateur comme indiqué sur la deuxième figure. Le courant traversant le stabilisateur VD1 dans ce cas est égal à U0R1/(R2R3) et ne dépend pas des changements dans la tension d'entrée, tandis que l'ampli-op est couvert par deux types de rétroaction : positive et négative. La présence d'une connexion négative conduit au fait que, en principe, une tension positive et négative peut être établie à la sortie de l'ampli-op lors de la mise sous tension. Pour établir la tension du signe souhaité, une certaine asymétrie initiale est nécessaire. Dans le stabilisateur, cette asymétrie est créée grâce au suiveur de tension du transistor de sortie.
Les stabilisateurs de tension bipolaires se composent généralement de deux stabilisateurs unipolaires, utilisant une source de tension de référence. Un exemple d'un tel stabilisateur bipolaire est présenté sur la figure.
L'ampli-op DA2 est connecté ici selon un circuit inverseur avec un coefficient de transfert de -1. Les étages de sortie d'un stabilisateur bipolaire peuvent être construits sur la base de répéteurs à transistors comme dans les circuits précédents. Ce stabilisateur utilise une autre version de l'étage de sortie, dont l'avantage est la possibilité de réduire la différence minimale entre la tension de sortie et d'entrée du stabilisateur à 3-5 V. Elle est déterminée par la chute de tension à la jonction base-émetteur du transistor de 0,4 à 0,7 V et la différence entre la tension d'alimentation et la tension de sortie maximale de l'ampli opérationnel est de 2 à 4 V. Par exemple, si la tension de sortie est de 15 V, alors 15,6 V doivent être fournis à la base du transistor, respectivement, la tension d'alimentation de l'ampli-op doit être d'au moins 17,6-19,6 V. Dans le cas de l'utilisation de l'étage de sortie illustré sur la figure, la différence minimale entre la tension de sortie et d'entrée du le stabilisateur est déterminé par la tension de saturation des transistors VT1 VT4 et ne dépasse pas 1 V.
Les transistors VT2 VT3 du stabilisateur amplifient en outre le courant fourni aux bases des transistors de sortie VT1 VT4, ce qui permet d'augmenter la puissance de sortie du stabilisateur grâce à l'utilisation de transistors de sortie plus puissants.
Dans les stabilisateurs évoqués précédemment, la tension de sortie ne peut pas être inférieure à la tension de référence, donc pour obtenir de faibles tensions de sortie, utilisez des diodes Zener basse tension ou utilisez des LED comme sources de référence.
La tension de sortie à la sortie du stabilisateur, qui est inférieure à la tension de référence, peut être obtenue à l'aide du circuit illustré sur la figure.
Dans le circuit, le pont formé par les résistances R1 R2 R3 et la diode Zener VD1 est connecté entre les tensions +Uout et -Uout. Si R4=R5, alors on obtient +Usortie = U0(1+R1/R2)/2, où U0 est la chute de tension aux bornes de la diode Zener. Le courant traversant la diode Zener est U0R1/(R2R3).
Source - Gutnikov contre. Electronique intégrée dans les appareils de mesure (1988)
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Stabilisateurs de tension et de courant sur les circuits intégrés
La tâche de créer une source d'alimentation stable se pose chaque fois qu'il est nécessaire de garantir l'indépendance des paramètres d'un appareil électronique vis-à-vis des changements de tension d'alimentation. Les équipements modernes fonctionnant sur des microcircuits numériques et analogiques prévoient toujours la présence de stabilisateurs de tension et de courant, généralement plusieurs. Avec la diffusion des amplificateurs opérationnels intégrés (OP-Amps), il est devenu possible de résoudre ce problème de manière simple et efficace avec une précision de contrôle et une stabilité comprises entre 0,01 et 0,5 %, et l'Op-Amp peut être facilement intégré dans les systèmes traditionnels. stabilisateurs de tension et de courant.
Le stabilisateur de tension le plus simple est un amplificateur à courant continu dont l'entrée est alimentée par une tension constante d'une diode Zener ou d'une partie de celle-ci. La capacité de charge d'un tel stabilisateur est déterminée par le courant de sortie maximum de l'ampli opérationnel.
Comme on le sait, les stabilisateurs de suivi fonctionnent sur le principe de comparer les tensions de référence et de sortie, d'amplifier leur différence et de contrôler la conductivité électrique du transistor de commande.
Stabilisateur selon le schéma de la Fig. 1 produit une tension U out supérieure à la tension de référence de la diode Zener V D1, et le stabilisateur selon le schéma de la Fig. 2 – moins.
Riz. 1. Stabilisateur avec diviseur de tension de sortie
Riz. 2. Stabilisateur avec diviseur de tension de référence
Les stabilisateurs sont alimentés par une seule source. Utilisation de l'émetteur suiveur V T2 augmentez le courant de charge, dans notre exemple - jusqu'à 100 mA, mais plus est possible avec un répéteur composé basé sur un transistor puissant. Transistor V T1 protège le transistor de sortie V T2 de surintensité, avec une résistance servant de capteur de courant R8 petite résistance connectée au circuit émetteur du transistor V T2. Lorsque la tension chute à ses bornes dépasse Ub – e = 0,6 V, le transistor V s'ouvre T1 et shunte la jonction émetteur du transistor V T2. Pour courants de charge jusqu'à 10... Résistances 15 mA R7, R8 et transistors V T1, VT2 vous n'êtes pas obligé de le mettre. Notez que dans les stabilisateurs selon les circuits de la Fig. 1 et 2, la tension d'entrée ne doit pas dépasser la somme maximale autorisée des tensions d'alimentation pour l'ampli opérationnel.
Si l'alimentation conçue a une tension de sortie non inférieure à la somme des tensions d'alimentation minimales autorisées pour l'ampli-op existant, il est alors préférable de l'inclure dans le stabilisateur afin que l'amplificateur soit alimenté par une tension stabilisée. Le schéma d'un tel stabilisateur est présenté sur la Fig. 3.
Riz. 3. Stabilisateur de tension amélioré :
a – diagramme schématique, b – caractéristique de charge
Plusieurs éléments sont en outre inclus ici qui améliorent le fonctionnement du stabilisateur de tension. Potentiel de sortie O U DA1 polarisé vers une tension positive par la diode Zener V D3 et le transistor V T1. Suiveur d'émetteur de sortie - composite (VT2, VT3), et à la base du transistor de protection V T4 diviseur connecté R4R5, ce qui vous permet de créer une caractéristique de limitation du courant de surcharge « décroissante ». Le courant de court-circuit ne dépasse pas 0,3 A, bien que le courant de fonctionnement normal soit de 0,5 A. La source de tension de référence thermocompensée est réalisée sur le microcircuit K101KT1A (DA2). La tension de sortie du stabilisateur, égale à +15 V, ne change que de 0,0002 % lorsque la tension d'entrée change entre 19...30 V ; lorsque le courant de charge passe de zéro à la valeur nominale, la tension de sortie chute de seulement 0,001 %. Dans ce stabilisateur, la suppression des ondulations de la tension d'entrée avec une fréquence de 100 Hz est de 120 dB. Les avantages du stabilisateur incluent également le fait qu'en l'absence de charge, la consommation de courant est d'environ 10 mA. Lorsque le courant de charge change brusquement, la tension de sortie est réglée avec une erreur de 0,1 % en un temps ne dépassant pas 5 μs.
Une ondulation de tension presque nulle à la sortie peut être fournie par un stabilisateur selon le circuit de la Fig. 4.
Riz. 4. Alimentation à compensation d'ondulation
Si le moteur à résistance variable R1 est en position haute (selon le schéma), l'amplitude de pulsation est maximale. À mesure que le curseur descend, l'amplitude diminue, car la tension d'ondulation appliquée à l'entrée inverseuse de l'ampli-op via un condensateur C2, en antiphase, cela s'ajoute à la tension d'ondulation de sortie. Approximativement en position médiane du curseur de résistance R1 les pulsations seront compensées.
Les stabilisateurs selon les circuits ci-dessus sont conçus pour une tension de sortie positive. Pour obtenir un négatif, vous devez l'utiliser comme répéteur р–н–р transistor, et également mettre à la terre le bus d'alimentation positif de l'ampli-op. Mais vous pouvez procéder différemment si l'équipement nécessite des tensions stabilisées de polarités différentes. En figue. La figure 5 montre deux schémas simplifiés pour connecter des stabilisateurs afin d'obtenir des tensions de sortie de signes différents.
Riz. 5. Schéma de formation d'une tension bipolaire stabilisée :
UN – sur les stabilisateurs multipolaires, b- sur des stabilisateurs identiques
Dans le premier cas, les circuits d'entrée et de sortie ont un bus commun. Supposons, par exemple, qu’il n’y ait que des stabilisateurs positifs. Ensuite, ils peuvent être utilisés dans le stabilisateur selon le deuxième circuit si les deux canaux le long des circuits d'entrée sont galvaniquement isolés, de sorte que le pôle positif du stabilisateur inférieur (selon le circuit) puisse être mis à la terre. La source de tension de référence pour l'un des canaux est une diode Zener et pour le second, la tension de sortie du premier stabilisateur. Pour ce faire, vous devez connecter un diviseur de deux résistances entre les bornes +U CT et – U C.T. stabilisateurs et connectez la tension du point médian du diviseur à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op du deuxième stabilisateur, mettant à la terre l'entrée inverseuse de l'ampli-op. Ensuite, les tensions de sortie des deux stabilisateurs (asymétriques dans le cas général) sont connectées et la régulation de tension est effectuée par une résistance variable.
Si une batterie est utilisée pour alimenter l'appareil et que deux tensions d'alimentation avec un point médian mis à la terre sont requises, vous pouvez utiliser un diviseur actif sur un ampli opérationnel avec des répéteurs pour augmenter la capacité de charge (Fig. 6).
Riz. 6. Conversion de tension unipolaire en bipolaire symétrique
Si R1 = R2, alors les tensions de sortie sont égales par rapport au point médian mis à la terre. Grâce aux transistors de sortie V T1 et V T2 Les courants à pleine charge circulent et les chutes de tension dans les sections collecteur-émetteur sont égales à la moitié de la tension d'entrée. Il faut garder cela à l’esprit lors du choix des radiateurs de refroidissement.
Les stabilisateurs de tension à clé se sont révélés être les meilleurs en termes d'efficacité, car l'efficacité de ces dispositifs est toujours élevée. Malgré leur complexité par rapport aux stabilisateurs linéaires, ce n'est qu'en réduisant la taille du dissipateur thermique du transistor de passage que le stabilisateur à clé permet de réduire de deux à trois fois les dimensions d'une source d'alimentation puissante et réglable. L'inconvénient des stabilisateurs clés est le niveau accru d'interférences. Cependant, une conception rationnelle, lorsque l'ensemble de l'unité est réalisé sous la forme d'un module blindé avec une carte de commande située directement sur le dissipateur thermique du puissant transistor, permet de réduire au minimum les interférences. Il est possible d'éliminer le « fluage » des interférences haute fréquence dans une source d'alimentation primaire et une charge non stabilisées en connectant en série des selfs radiofréquence conçues pour un courant constant de 1...3 A. En gardant ces commentaires à l'esprit, un Les radioamateurs peuvent entreprendre la création de stabilisateurs de tension clés, dans lesquels les comparateurs intégrés fonctionnent avec succès.
A titre d'exemple, nous donnons une description d'un relais stabilisateur basé sur le microcircuit K554CA2 (Fig. 7).
Riz. 7. Stabilisateur de relais avec régulation de tension de sortie
Il contient un comparateur DA1 fonctionne à partir de sources de tension + 12 et – G V. Cette combinaison est formée en connectant la sortie 11 alimentation positive DA1à l'émetteur du transistor V T.I.(+18 V), broche 2 – vers la diode Zener V D6(exemple +6 V), sortie 6 alimentation négative - au potentiel zéro du bus commun. La tension de référence du stabilisateur est constituée de diodes V D3– VD5, elle est égale à +4,5 V. Cette tension est appliquée à l'entrée non inverseuse du comparateur DA1, activé selon le circuit du détecteur de niveau avec une caractéristique d'hystérésis due à une rétroaction positive à travers le circuit R5, R3. Le circuit de rétroaction négative est fermé via le transistor amplificateur V T2,élément clé sur les transistors V T3, VT4 et filtre L 1C7. La profondeur de rétroaction négative sur la tension de sortie est contrôlée par une résistance variable R4, en conséquence, elle varie entre 4...20 V avec une tension d'entrée non stabilisée minimale de +23 V et un maximum jusqu'à +60 V en utilisant des éléments conçus pour cette tension. Dans le même temps, la composante alternative de la tension de sortie (ondulation) traverse le condensateur sans atténuation. C4, par conséquent, la régulation de la tension de sortie n'entraîne pas de changement proportionnel de l'ondulation.
Ce stabilisateur de tension est l'un des stabilisateurs auto-générés lorsque, en fonction de la tension d'entrée et du courant de charge, il décharge le condensateur de stockage. C7, La période d'auto-oscillation et le temps de passage des transistors V changent automatiquement T3, VT4. Amplificateur de contrôle sur le comparateur DA1 et le transistor V T2 ouvre l'élément clé au moment où le potentiel de l'entrée inverseuse devient légèrement inférieur au potentiel de l'entrée non inverseuse (de référence). À ce moment, la tension au niveau de la charge descend légèrement en dessous du niveau de stabilisation spécifié, c'est-à-dire qu'elle pulse. Après avoir allumé les transistors V T3, VT4 courant traversant l'inductance L 1 augmente, son inductance et son condensateur C7 stocker de l'énergie afin que le potentiel de l'entrée inverseuse augmente. Grâce à l'action de l'amplificateur de contrôle, l'élément clé est fermé. Puis filtrez L 1C7 transfère une partie de l'énergie stockée à la charge et la polarité de la tension aux bornes de l'inducteur est L 1 change et le circuit de puissance est fermé via la diode V D7. Dès que la tension aux bornes du condensateur C7 devient inférieur à la valeur de référence de la valeur d'hystérésis, les transistors V sont à nouveau passants T3, VT4. Ensuite, les cycles sont répétés.
La vitesse de ces processus est déterminée par les valeurs nominales de l'inducteur L 1, condensateur C7 et charger. La fréquence peut être estimée à l'aide de la formule
où AU est l'amplitude de l'ondulation de la tension de sortie.
Évidemment, la modification de la fréquence des auto-oscillations d'un stabilisateur à relais peut être considérablement réduite si la différence entre les tensions d'entrée et de sortie est augmentée. La fréquence des auto-oscillations, lorsque le stabilisateur fonctionne avec la meilleure efficacité, est de 10...40 kHz.
Une attention particulière doit être portée au choix du matériau du noyau de l'inducteur et du type de diode d'amortissement V D7.
Le meilleur matériau pour un noyau toroïdal sans espace est le permalloy en poudre pressé des marques MP160-1, MP140-1, MP140-3. Lors du choix des paramètres de l'inductance, il est nécessaire de garantir la condition de continuité du courant lorsque le temps de décharge complète de l'inductance à travers la diode V J7 au condensateur C7 et la charge est supérieure au temps de fermeture de l'élément clé. L'inégalité suivante doit être satisfaite ;
où je charge est la valeur minimale du courant de charge.
Vous pouvez également utiliser des selfs de filtre de fabrication industrielle, par exemple des séries D8, D5 - plates, etc., parmi lesquelles vous sélectionnez un type avec l'inductance requise, conçu pour un courant magnétisant non inférieur au courant de charge maximal attendu et adapté à utilisation à des fréquences allant jusqu'à 50 kHz.
Diode V J7 doit être à action rapide avec un courant d'impulsion admissible élevé, pas moins de deux fois le courant de charge. Dans le stabilisateur selon le schéma de la Fig. 7, où le courant de charge est de 2 A, il est possible de le remplacer par des diodes KD212B, KD217A et quelques autres.
De plus, il est nécessaire de sélectionner un condensateur semi-conducteur à oxyde de haute qualité C7 avec une double réserve de capacité par rapport à la valeur de conception et à la tension nominale, de préférence de la série K53 ou des types au tantale K52-7A, K52-9, K52-10. Vous pouvez utiliser des condensateurs en papier, mais les dimensions du stabilisateur augmenteront alors.
Comme on le sait, la capacité des condensateurs électrolytiques diminue avec l'augmentation de la fréquence et leurs pertes augmentent. Environ pour les condensateurs au tantale de type ETO, la capacité à une fréquence de 20 kHz est réduite de 10 fois, et pour les condensateurs à semi-conducteur à oxyde - = de 30... 40 % par rapport à la valeur de la capacité à une fréquence de 50 Hz. Il faut donc choisir la capacité du condensateur C7 avec une réserve, et limitent également la fréquence des auto-oscillations à 20 kHz. C'est la valeur optimale. Les condensateurs de filtrage de faible capacité sont combinés en parallèle dans une batterie, qui est en outre shuntée par un condensateur céramique. C9 avec une capacité d'au moins 1,5...2,2 µF. Si cela n'est pas possible, vous pouvez augmenter DU et connecter un filtre supplémentaire à faible résistance ohmique à la sortie afin qu'il ne crée pas de chute de tension notable lorsque le courant de charge change.
Le non-respect de ces recommandations entraîne généralement la libération d'une puissance excessive sur une inductance, une diode et un condensateur de filtrage de mauvaise qualité, l'efficacité du stabilisateur diminue et l'ondulation de la tension filtrée augmente. Bien entendu, les transistors de l'élément clé doivent également être sélectionnés avec des fréquences élevées et une puissance suffisante.
Montré sur la Fig. 7, le circuit stabilisateur de relais peut être en outre équipé d'un dispositif de protection contre un courant de charge excessif en mode court-circuit. L'amplitude de l'ondulation de la tension de sortie dans certaines conditions peut être réduite en connectant l'élément clé à une partie de l'enroulement inducteur L. 1, et diode V D7-à l'ensemble de son enroulement. A cette tension, le collecteur - émetteur du transistor V T4 devient plus petit, et la tension inverse sur la diode V J7- plus.
Le grand besoin de stabilisateurs pour alimenter les équipements a conduit au développement et à la mise en œuvre de microcircuits linéaires spéciaux - des stabilisateurs de tension. La conception intégrée est dominée par des régulateurs séquentiels avec des modes de contrôle continu ou pulsé. Les stabilisateurs sont conçus pour les tensions d'alimentation positives et négatives. La tension de sortie peut être réglable ou fixe, par exemple +5 V pour alimenter les unités équipées de puces TTL numériques ou ± 15 V pour les puces analogiques. Les microcircuits avec des courants de charge élevés nécessitent des radiateurs de refroidissement. Cela ne pose pas de difficultés de conception, puisque les microcircuits sont logés dans les mêmes boîtiers que les transistors de forte puissance.
La liste des microcircuits est donnée dans le tableau.
Parmi les stabilisateurs intégrés fabriqués, les plus courants sont ceux appartenant à la catégorie des stabilisateurs réglables KRN2EN1 et KR142EN2. Ces microcircuits aux indices de lettres différents sont caractérisés par les paramètres suivants :
coefficient d'instabilité pour tension d'entrée 0,1... 0,5 % coefficient d'instabilité pour courant de charge 0,2... 1 %
Le microcircuit stabilisateur KR142EN1.2 incarne les principes que nous avons examinés à l'aide de l'exemple des stabilisateurs selon les circuits de la Fig. 1, 2 et 3. La connexion du stabilisateur KR142EN1 est illustrée à la Fig. 8.
Riz. 8. Schéma de principe pour la mise sous tension du régulateur KR142EN1
La tension de référence sur la broche 5 du microcircuit est d'environ 2 V et le diviseur de tension extrait de la diode Zener de référence est inclus dans le microcircuit. Pour cette raison, lors de la construction de stabilisateurs avec des tensions de sortie de 3 à 30 V, le même circuit de connexion avec un diviseur de tension de sortie externe est utilisé. De plus, on note que le microcircuit KR142EN1.2 dispose de bornes libres non seulement pour l'inversion (broche 3), mais aussi non inverseur (sortie 4) Entrées d'amplificateur, ce qui simplifie le stabilisateur de tension négative avec ce circuit intégré. C'est la principale différence entre le microcircuit KRN2ESH,2 et le microcircuit 142EN1.2 d'une version antérieure.
Transistor externe V T1- il s'agit d'un émetteur-suiveur permettant d'augmenter le courant de charge à 1...2 A. Si un courant ne dépassant pas 50 mA est requis, le transistor doit être éliminé à l'aide de la broche 8 microcircuits à la place de la borne émetteur du transistor V T1.
Le microcircuit contient un transistor qui protège l'étage de sortie des surintensités. Résistance de limitation de courant de la résistance R4 est sélectionné en fonction de la chute de tension à ses bornes qui est de 0,66 V lorsque le courant de secours circule. Sans suiveur de transducteur V T1 il faudrait installer une résistance R4 résistance 10 ohms.
Pour créer une caractéristique « décroissante » de limitation du courant de surcharge, connectez un diviseur R2R3 et effectuez des calculs selon les dépendances suivantes :
Exemple, I max = 0,6 A (set) ; I K3 – 0,2 A (choisir au moins 1/3 I max) ; UbE = 0,66 V ; U sortie = 12 V (ensemble) ; a = 0,11 (selon calcul) ; R3= 10 kOhm (valeur typique) ; R2= 1,24 kOi ; R4= 3,7 ohms.
Le microcircuit possède en outre une broche 14 pour le contrôle du stabilisateur. Si vous appliquez un seul niveau TTL + (2,5...5) V à cette entrée, la tension de sortie du stabilisateur tombera à zéro. Pour éviter que le courant inverse en présence d'une charge capacitive ne détruise le transistor de sortie, une diode V D1.
Condensateur C1 d'une capacité de 3,3...10 μm supprime le bruit de la diode Zener, mais son installation n'est pas nécessaire. Condensateur C2(capacité jusqu'à 0,1 microns) – élément de correction de fréquence ; il est permis de connecter la sortie à la place 13 avec un fil de terre via un circuit RC série de 360 Ohms (maximum) et 560 pF (minimum).
Sur la base des microcircuits KR142ESH.2 (Fig. 8), des stabilisateurs de tension négative peuvent être créés (Fig. 9).
Graphique 9. Stabilisation de tension négative
Dans ce cas, la diode Zener V D1 déplace le niveau de tension au niveau de la broche 8 par rapport à la tension d'entrée. Courant de base du transistor V T1 ne doit pas dépasser le courant maximum autorisé de la diode Zener, sinon un transistor composite doit être utilisé.
Les larges capacités des microcircuits KR142EN1,2 permettent de créer des stabilisateurs de tension à relais basés sur ceux-ci, dont un exemple est donné sur la Fig. dix.
Riz. dix. Stabilisateur de tension de relais
Dans un tel stabilisateur, la tension de référence, comme dans le stabilisateur selon le schéma de la Fig. 8, réglé par diviseur R4R5, et l'amplitude de l'ondulation de la tension de sortie au niveau de la charge est réglée par un diviseur auxiliaire R2R3 et est égal à &U=U B x-R4IR3. La fréquence des auto-oscillations est déterminée à partir des mêmes considérations que pour le stabilisateur selon le circuit de la Fig. 7. Il convient seulement de garder à l'esprit que le courant de charge ne peut pas varier dans de larges limites, généralement pas plus du double de la valeur nominale. L'avantage des stabilisateurs de relais est leur haute efficacité.
Il est nécessaire d'envisager une autre classe de stabilisateurs - les stabilisateurs de courant, qui convertissent la tension en courant quels que soient les changements dans la résistance de charge. Parmi ces stabilisateurs qui permettent de mettre la charge à la terre, on note le stabilisateur selon le schéma de la Fig. onze.
Riz. onze. Stabilisateur de courant sur ampli-op
Courant de charge du stabilisateur I toi =U B-x .lRl. Fait intéressant, si la tension U Service BXà l'entrée inverseuse, alors seule la direction du courant changera sans changer sa valeur.
Des sources de courant plus puissantes impliquent la connexion de transistors d'amplification à l'ampli opérationnel. En figue. 12 montre un schéma de la source de courant, et sur la Fig. 13 – circuit récepteur de courant.
Riz. 12. Circuit source de courant de précision ; tension d'entrée - négative
Graphique 13. Circuit de drainage de courant de précision ; tension d'entrée – positive
Dans les deux appareils, l'intensité du courant est déterminée par calcul de la même manière que dans la version précédente du stabilisateur. Ce courant, plus précisément, dépend uniquement de la tension Uin et de la valeur de la résistance R1, plus le courant d'entrée de l'ampli-op est faible et plus le courant de commande du premier transistor (après l'ampli-op) est faible, qui est donc sélectionné comme transistor à effet de champ. Le courant de charge peut atteindre 100 mA.
Un circuit d'une simple source de courant puissant pour un chargeur est illustré à la Fig. 14.
Riz. 14. Source de courant haute puissance
Ici R4– résistance filaire de mesure de courant. Courant de charge nominal I n =ДU/R4 = 5 Et c'est installé. approximativement à la position médiane du curseur de la résistance R1. Lors de la charge d'une batterie de voiture, la tension Uin >18 V sans tenir compte des ondulations de la tension alternative redressée. Dans un tel appareil, un amplificateur opérationnel avec une plage de tension d'entrée allant jusqu'à la tension d'alimentation positive doit être utilisé. OU K553UD2, K153UD2, K153UD6, ainsi que KR140UD18 ont de telles capacités.
Littérature
Bokunyaev A. A. Stabilisateurs de tension constante à relais - M : Energy, 1978, 88 p.
Rutkswski J. Amplificateurs opérationnels intégrés. – M. : Mir, 1978, 323 p.
Khorolats P, Hill W. L'art de l'ingénierie des circuits, tome 1. - M. ; Monde, – 1986, 598 p.
Spencer R Alimentation électrique à faible coût et sans ondulation. – Electronique, 1973, n° 23, p. 62.
Shilo V. L Circuits intégrés linéaires. – M. Sov. Radio, 1979, 368 p.