Wszystkie nowoczesne urządzenia elektroniczne są zbudowane na elementach wrażliwych na zasilanie elektryczne. Od tego zależy nie tylko prawidłowe funkcjonowanie, ale także wydajność obwodów jako całości. Dlatego przede wszystkim urządzenia elektroniczne są wyposażone w stałe stabilizatory o niewielkim spadku napięcia. Wykonane są w formie układów scalonych, które są produkowane przez wielu producentów na całym świecie.
Co to jest regulator niskiego napięcia?
Pod stabilizatorem napięcia (SN) rozumiem takie urządzenie, którego głównym zadaniem jest utrzymanie pewnego stałego poziomu napięcia na obciążeniu. Każdy stabilizator ma pewną dokładność wydawania parametru, który jest określony przez rodzaj obwodu i zawarte w nim komponenty.
Wewnętrznie SN wygląda jak układ zamknięty, w którym w trybie automatycznym napięcie wyjściowe jest regulowane proporcjonalnie do wartości zadanej (odniesienia), która jest generowana przez specjalne źródło. Ten typstabilizatory nazywane są kompensacyjnymi. W tym przypadku elementem sterującym (RE) jest tranzystor - bipolarny lub robotnik terenowy.
Element regulacji napięcia może działać w dwóch różnych trybach (określonych schematem budowy):
- aktywne;
- klucz.
Pierwszy tryb oznacza ciągłą pracę RE, drugi - pracę w trybie impulsowym.
Gdzie jest używany stały stabilizator?
Sprzęt radioelektroniczny współczesnej generacji charakteryzuje się mobilnością w skali globalnej. Systemy zasilania urządzeń zbudowane są z wykorzystaniem głównie chemicznych źródeł prądu. Zadaniem deweloperów w tym przypadku jest uzyskanie stabilizatorów o niewielkich parametrach ogólnych i jak najmniejszych stratach energii na nich.
Nowoczesne kanały CH są używane w następujących systemach:
- urządzenia komunikacji mobilnej;
- komputery przenośne;
- baterie mikrokontrolera;
- kamery bezpieczeństwa offline;
- autonomiczne systemy bezpieczeństwa i czujniki.
Do rozwiązywania problemów związanych z zasilaniem elektroniki stacjonarnej stosuje się regulatory napięcia o niewielkim spadku napięcia w obudowie z trzema zaciskami typu KT (KT-26, KT-28-2, itp.). Służą do tworzenia prostych obwodów:
- ładowarki;
- zasilanie elektryczne do użytku domowego;
- sprzęt pomiarowy;
- systemy komunikacyjne;
- wyposażenie specjalne.
Co to są numery SN typu stałego?
Wszystkie zintegrowane stabilizatory (zawarte wktóre obejmują stałe) są podzielone na dwie główne grupy:
- Hybrydowe stabilizatory niskiego napięcia (HID).
- Mikroukłady półprzewodnikowe (ISN).
SN z pierwszej grupy jest wykonywany na układach scalonych i bezpakietowych elementach półprzewodnikowych. Wszystkie elementy obwodu umieszczone są na podłożu dielektrycznym, na którym poprzez nałożenie grubych lub cienkich folii dodawane są przewody łączące i rezystory, a także elementy dyskretne – zmienne rezystancje, kondensatory itp.
Strukturalnie mikroukłady są kompletnymi urządzeniami, których napięcie wyjściowe jest stałe. Są to zwykle stabilizatory o niskim spadku napięcia do 5 V i do 15 V. Mocniejsze układy zbudowane są na potężnych bezramowych tranzystorach i obwodzie sterującym (mała moc) opartym na filmach. Obwód może przepuszczać prądy do 5 amperów.
Mikroukłady ISN są wykonywane na jednym chipie, ponieważ są małe i mają niewielkie rozmiary. W porównaniu do poprzednich mikroukładów są bardziej niezawodne i tańsze w produkcji, chociaż pod względem parametrów są gorsze od GISN.
Liniowe numery SN z trzema pinami należą do ISN. Jeśli weźmiesz serię L78 lub L79 (dla napięć dodatnich i ujemnych), to są one podzielone na mikroukłady z:
- Niski prąd wyjściowy około 0,1 A (L78L).
- Średni prąd około 0,5A (L78M).
- Wysoki prąd do 1,5 A (L78).
Zasada działania regulatora liniowego o niskim spadkunapięcie
Typowa konstrukcja stabilizatora składa się z:
- Odniesienie do napięcia.
- Sygnał błędu konwertera (wzmacniacza).
- Dzielnik sygnału i element regulujący montowane na dwóch opornikach.
Ponieważ wartość napięcia wyjściowego zależy bezpośrednio od rezystancji R1 i R2, te ostatnie są wbudowane w mikroukład i uzyskuje się CH o stałym napięciu wyjściowym.
Działanie regulatora niskiego napięcia jest oparte na procesie porównywania napięcia odniesienia z napięciem wyjściowym. W zależności od poziomu rozbieżności między tymi dwoma wskaźnikami, wzmacniacz błędu działa na bramkę tranzystora mocy na wyjściu, zasłaniając lub otwierając jego przejście. Tak więc rzeczywisty poziom energii elektrycznej na wyjściu stabilizatora będzie nieznacznie różnił się od deklarowanego nominalnego.
Również w obwodzie znajdują się czujniki do ochrony przed przegrzaniem i prądami przeciążeniowymi. Pod wpływem tych czujników kanał tranzystora wyjściowego jest całkowicie zablokowany i przestaje przepuszczać prąd. W trybie wyłączenia chip zużywa tylko 50 mikroamperów.
Obwody regulatora niskiego spadku
Zintegrowany mikroukład stabilizatora jest wygodny, ponieważ zawiera wszystkie niezbędne elementy wewnątrz. Zainstalowanie go na płytce wymaga włączenia tylko kondensatorów filtrujących. Te ostatnie są przeznaczone do usuwania zakłóceń pochodzących z bieżącego źródła i obciążenia, jak pokazano na rysunku.
W przypadku CH serii 78xx i używania kondensatorów bocznikowych tantalowych lub ceramicznych na wejściu i wyjściu, pojemność tych ostatnich powinna mieścić się w zakresie 2 uF (wejście) i 1 uF (wyjście) przy dowolnych dopuszczalnych wartościach napięcia i prądu. Jeśli używasz kondensatorów aluminiowych, ich wartość nie powinna być niższa niż 10 mikrofaradów. Podłącz elementy jak najbliżej styków mikroukładu.
W przypadku, gdy nie ma stabilizatora napięcia z małym spadkiem napięcia o żądanej wartości znamionowej, można zwiększyć wartość znamionową CH z mniejszej na większą. Podnosząc poziom energii elektrycznej na wspólnym zacisku, zwiększa się go o taką samą wartość przy obciążeniu, jak pokazano na schemacie.
Wady i zalety regulatorów liniowych i przełączających
Obwody scalone o działaniu ciągłym (SN) mają następujące zalety:
- Zrealizowane w jednym małym opakowaniu, co pozwala na efektywne umieszczenie ich w obszarze roboczym PCB.
- Nie wymagają instalacji dodatkowych elementów regulacyjnych.
- Zapewnia dobrą stabilizację parametrów wyjściowych.
Wady to niska sprawność, nieprzekraczająca 60%, związana ze spadkiem napięcia na wbudowanym elemencie sterującym. Przy dużej mocy mikroukładu konieczne jest zastosowanie chłodnicy kryształowej.
Przełączanie regulatorów napięcia z niewielkim spadkiem jest uważane za bardziej produktywnenapięcie polowe, którego sprawność kształtuje się w przybliżeniu na poziomie 85%. Osiąga się to dzięki trybowi pracy elementu regulacyjnego, w którym prąd przepływa przez niego w impulsach.
Wady impulsowego obwodu CO obejmują:
- Złożoność projektowania schematów.
- Obecność szumów impulsowych.
- Niska stabilność parametru wyjściowego.
Niektóre obwody liniowego regulatora napięcia
Oprócz celowego wykorzystania mikroukładów jako CH, możliwe jest rozszerzenie ich zakresu. Niektóre warianty takich układów oparte na układzie scalonym L7805.
Włącz stabilizatory w trybie równoległym
Aby zwiększyć prąd obciążenia, CH są połączone ze sobą równolegle. Aby zapewnić sprawność takiego obwodu, jest w nim zainstalowany dodatkowy rezystor o małej wartości między obciążeniem a wyjściem stabilizatora.
Stabilizator prądu oparty na CH
Istnieją obciążenia, które muszą być zasilane stałym (stabilnym) prądem, na przykład łańcuch diod LED.
Schemat sterowania prędkością wentylatora w komputerze
Regulator tego typu jest zaprojektowany w taki sposób, że przy pierwszym włączeniu chłodnica odbierawszystkie 12 V (dla promocji). Ponadto pod koniec ładowania kondensatora C1 za pomocą rezystora zmiennego R2 możliwa będzie regulacja wartości napięcia.
Wniosek
Podczas montażu obwodu z samodzielnym regulatorem napięcia z niskim spadkiem napięcia należy wziąć pod uwagę, że niektórych typów mikroukładów (zbudowanych na tranzystorach polowych) nie można lutować zwykłą lutownicą bezpośrednio z sieci 220 V bez uziemienia obudowy. Ich elektryczność statyczna może uszkodzić element elektroniczny!
