\главная\р.л. конструкции\источники питания\...

Сильноточный, низковольтный параллельный стабилизатор

Robert N. Buono, Buono Consulting, 31 Upper Lakeview Ave., Ringwood, NJ 07456;
(973) 962-0553; fax (973) 962-0554; e-mail: bbengg@aol.com

В статье [1] описан сильноточный (до 8 А) параллельный стабилизатор, построенный с использованием низковольтного прецизионного регулируемого параллельного микросхемного стабилизатора типа TL431 (отечественный аналог КР142ЕН19 – микросхема опорного элемента). Повышенное внимание уделяется представлению предлагаемой разработки как двухполюсника, что резко увеличивает к ней интерес. Блок может быть применён в любом месте, где требуется мощный стабилитрон. Этот блок обладает исключительно высокими характеристиками, чем выгодно отличается от своего диодного аналога.

Fig. 1

Представлено два варианта схемы стабилизатора, каждая на свой диапазон устанавливаемых напряжений стабилизации. В схеме параллельного стабилизатора (Fig.1) могут быть получены напряжения от 1,75 до 6 В, в схеме (Fig.2) – от 1,24 до 1,75 В. В обеих схемах используются лучшие качества параллельного регулируемого стабилизатора (регулятора) TLV431 - очень низкое значение рабочего тока смещения (80 мкА макс.) и прецизионный источник опорного напряжения (1,24 В). Эти два отличительных признака позволяют устройствам работать в широком диапазоне нагрузочных токов.

Схема, приведённая на Fig.1, позволяет осуществлять прецизионную стабилизацию напряжения при токах стабилизации параллельного стабилизатора от 200 мкА до 8 А ! Это соответствует динамическому диапазону 91,8 дБ. В схеме Fig.2 производится “параллельная стабилизация” при токах нагрузки от 1 мА до 8 А (динамический диапазон 78 дБ). Схемы могут быть использованы везде, где требуются к применению функции мощного стабилитрона. Некоторые примеры типичного применения:

1. Сильноточный (до 8А) прецизионный параллельный стабилизатор напряжения (мощный стабилитрон).

2. Прецизионный источник питания + 3,3В/8А с запиткой от базового 5-вольтового стабилизатора [2].

3. Прецизионный сильноточный ограничитель перенапряжений в блоках питания постоянного тока.

Таблица 1. Предлагаемые значения сопротивлений резисторов для установки в схему Fig.1:

Таблица 2. Предлагаемые значения сопротивлений резисторов для установки в схему Fig.2:

Смысл представления двух различных схем (Fig.1, Fig.2) заключается в применимом диапазоне напряжений на выводе катода TLV431. Напряжение на катодном выводе может достигать 6 В, но не может опускаться ниже опорного напряжения (1,24 В) более чем на 200 мВ при снижении тока. Для напряжений стабилизации от 1,75 до 6 В предполагается использование схемы на Fig.1, катодное напряжение будет, при этом, составлять Uстаб - Uбэ. Так для Uстаб = 1,75 В и Uбэ = 0,6 В, Uкатод = 1,15 В, что находится в пределах рабочего диапазона напряжений.

Работа схемы на Fig.1 происходит следующим образом: для напряжений ниже напряжения стабилизации имеется только ток смещения TLV431. Падение напряжения на резисторе R1, получаемое при протекании этого тока смещения, будет недостаточным для открывания транзистора Q1. Поэтому и Q1 и Q2 заперты. Как только напряжение стабилизации возрастёт до точки, где опорное напряжение станет равным 1,24 В (определяется резистивным делителем, состоящим из Ra и Rb), TLV431 начнёт пропускать ток на своём катодном выводе. Этот ток откроет Q1, а тот, в свою очередь, - Q2. В результате токи обоих транзисторов оказываются контролируемыми U1. Общий ток стабилизации (Iстаб) равен: сумме токов катодного TLV431 и коллекторных токов Q1 и Q2.

Iстаб = Iкатод + IкQ1 + IкQ2

Также ток стабилизации равен току катода, умноженному на коэффициенты усиления транзисторов (бетта):

Iстаб = Iкатод (βQ1) (βQ2)

Высокий коэффициент усиления транзистора Q1 (минимальный β = 400) позволяет избежать применения составных транзисторов (схемы Дарлингтона). А это, в свою очередь, позволяет стабилизатору работать при более низких напряжениях, поскольку нет больших падений напряжения на переходах база-эмиттер, присущих схеме Дарлингтона.

Fig. 2

Для напряжений стабилизации менее 1,75 В должна использоваться схема, приведённая на Fig.2. Схема позволяет опустить напряжение стабилизации до опорного и, при этом, осуществлять жёсткую его стабилизацию в пределах токов 1 мА до 8 А. Основная разница между двумя схемами заключается в том, что токовое зеркало, состоящее из Q1 и Q2, позволяет полностью открываться Q3 и Q4 в диапазоне 150 мВ катодного напряжения. Поэтому катодное напряжение и падает на 150 мВ ниже опорного напряжения при стабилизации напряжения в 1,24 В.

Схема работает следующим образом: для напряжений стабилизации ниже установленных, ток смещения потечёт через Q1, R1, R2 и R3. Ток смещения, текущий через R2, создаёт запирающее напряжение, которое удерживает Q2 в закрытом состоянии. Это, в свою очередь, удерживает закрытыми Q3 и Q4. Когда напряжение стабилизации достаточно для получения опорного напряжения 1,24 В (определяется резистивным делителем Ra и Rb), U1 начнёт пропускать катодный ток.

Этот катодный ток вызовет падение напряжения на резисторе R1, в результате чего упадёт напряжение на эмиттере Q1. Напряжения на базе и коллекторе последуют за эмиттерным. Когда напряжение на коллекторе Q1 упадёт до достаточно малого значения, начнёт открываться Q2. Затем Q3 и Q4 открываются также как Q1 и Q2 на Fig.1.(Отметьте:Q3 и Q4 на Fig.2 комплементарны с Q1 и Q2 на Fig.1). Падение напряжения на R1 в 150 мВ позволяет протекать току стабилизации в 8 А. Q2 на Fig.1 и Q4 на Fig.2 должны иметь радиатор, рассчитанный на уровень заданной рассеиваемой мощности:

Pрасс = (Iстаб) (Uстаб)

На Fig.3 приведены блок-схемы вариантов включения стабилизаторов.

*Примечание: в Табл.1 оригинала приведено обозначение R5, хотя в схеме Fig.1 такого обозначения нет. По-видимому, вместо R5 должно быть R3.

Литература:

1. Robert N. Buono, High-Current, Low-Voltage Shunt Regulator, Electronic Design, February 7, 2000, pp.132…134

2. “Single IC in TO-220 Case Converts 5-V Rail to 3,3 V”, Electronic Design, December 17, 1992,p. 37

Свободный перевод с английского В. Беседин (UA9LAQ), ua9laq@mail.ru 
г. Тюмень апрель, 2002 г

Глас народа

10.01.2016 13:41 Параллельные стабилизаторы на 8А это конечно знатный изврат. Но T...  --  guardian