Улучшение стабилизации последовательных стабилизаторов

Конструкции любых блоков питания, источников тока для любых назначений. Микроконтроллеры и все, что с ними связано

Модераторы: poty, Алаев Ян

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3277
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 14 раз

Улучшение стабилизации последовательных стабилизаторов

#1

Сообщение poty » 07 апр 2014, 15:30

Наверное, нет такого человека, который не использовал бы "трёхногие" стабилизаторы, типа LM317 и им подобные. Если почитать руководство по ним, то можно найти множество схем, улучшающих их работу, особенно касаемо улучшения термостабильности, широкополосности, подавления пульсаций и реакции на изменения нагрузки. Схемы-то приведены, а вот как их посчитать для своего варианта - остаётся, как правило, за кадром. Вот, например, известная схема:
LM317-Hi-Stab.jpg
LM317-Hi-Stab.jpg (43.73 КБ) 658 просмотров
Схема проста и для искушённого радиолюбителя не составит проблем её адаптировать под себя. Смысл этой схемы - активная широкополосная стабилизация обратной связи. Обычно применяют конденсатор, подключенный параллельно сопротивлению с входа Adj на землю, но в этом случае обратная связь получается частотно зависимой и конденсатор из-за его величины приходится выбирать электролитический, соответственно, не без токов утечки. А здесь - конденсатор заменён на дешёвый референс и обычное сопротивление, а эффект - поразительный.
Больше для того, чтобы не думать каждый раз о расчёте, я решил записать его здесь. Итак, давайте посчитаем, откуда же взялись те самые номиналы, что приведены на схеме в начале поста.
1. Нужно задаться начальными данными. Регулятор (в данном случае - LM117, а в целом, выбор регулятора нужно основывать на необходимом токе и напряжении в нагрузке) имеет некоторые ограничения по размеру выходного тока (для LM117 - Minimum Load Current = max 5мА):
Io min = 5мА
размер которого разумно использовать для "питания" задающей цепи обратной связи. Если есть гарантированная нагрузка, то можно использовать и меньшие значения. Чтобы получить значения деталей, примерно соответствующие приведённым на схеме, можно выбрать:
Io=7мА.
Вышеприведённая схема расчитана на:
Uвых=10В.
Кроме того, нужно выбрать ток, соответствующий рабочей характеристике применяемого стабилитрона или референса. В данной схеме применён LM129A, работающий от
Ic min=0,5мА
(из руководства по применению). Выбираем (желательно делать запас в 5-10%):
Ic=0,7мА.
В целом, референс нужно выбирать исходя из его напряжения стабилизации (чуть меньше необходимого напряжения между выводом Adj и землёй, которое, в свою очередь рассчитывается как Uвых-Uстаб, где Uстаб - напряжение Reference Voltage из руководства). Для LM117 (и многих других) оно равно:
Uстаб=1,25В,
т.е. Uвых-Uстаб=10-1,25=8,75 для данного примера, соответственно, выбор LM129A с его
=6,9В,
представляется резонным вариантом. Остаётся ещё один параметр, который необходимо задать - ток вывода Adj, который вносит некоторую ошибку, если не учитывается. В руководстве он называется Adjustment Pin Current и составляет для LM117:
Iadj=50мкА
2. Рассчитываем сопротивление R1:
R1=Uстаб/(Iс-Iadj) = 1,25/(0,7-0,05)=1,92кОм
Так как точность этого сопротивления может быть 5%, выбираем ближайшее значение из ряда E24: 2кОм.
Необходимо скорректировать ток Ic из-за изменения сопротивления R1:
Ic=(Uстаб/R1)+Iadj = (1,25/2)+0,05=0,675мА
Проверяем, чтобы этот ток был больше минимального тока применяемого референса, в нашем случае это так: 0,675мА>Ic min=0,5мА.
3. Рассчитываем сопротивление R3:
R3=(Uвых-Uстаб-Uc)/Io = (10-1,25-6,9)/7 = 0,2642кОм
Точность этого сопротивления - 1%, поэтому выбираем ближайшее из ряда E96: 267Ом.
Корректируем Io:
Io=(Uвых-Uстаб-Uc)/R3 = (10-1,25-6,9)/0,267=6,929мА
Проверяем, чтобы Io был больше Io min: 6,929мА > 5мА - удовлетворяет условию.
4. Расчитываем сопротивление R2:
R2=(Uвых-IoR3)/(Io-Ic+Iadj) = (10-6,929*0,267)/(6,929-0,675+0,05)=1,293кОм
Из ряда E96 (точность 1%) выбираем номинал реального резистора - 1,3кОм.

Таким образом можно легко рассчитать схему под собственные нужды. В качестве второго примера приведу блок питания +5В на базе LM338, выдающий до 4,5А на нагрузке. В качестве референса применим широко используемый в узких кругах TL431. Итак:
1. Для БП: Uвых=5В.
Для LM338: Io min = 10мА, Uстаб=1,25В, Iadj=45мкА.
Выбираем: Io=10мА.
Для TL431: Ic min = 1мА, Uс=2,495В.
Выбираем: Ic = 1,1мА.
Проверяем: 5-1,25=3,75 > 2,495 - OK.
2. R1 = 1,25/(1,1-0,045)=1,18кОм >>> 1,2кОм (E24)
Новый Ic = (1,25/1,2)+0,045=1,087мА > 1мА - OK.
3. R3 = (5-1,25-2,495)/10 = 0,1255кОм >>> 124Ом (E96)
Новый Io: Io = (5-1,25-2,495)/0,124=10,121мА > 10мА - ОК.
4. R2 = (5-10,121*0,124)/(10,121-1,087+0,045)=0,413кОм >>> 412Ом (E96)

Допишу о мощностях резисторов. В данных схемах они, скорее всего, будут небольшими, но на всякий случай, как говорится...
P(R1)=Uстаб*Uстаб/R1
P(R2)=(Io-Ic+Iadj)*(Io-Ic+Iadj)*R2
P(R3)=Io*Io*R3
Последний раз редактировалось poty 09 апр 2014, 10:40, всего редактировалось 1 раз.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2286
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 10 раз
Поблагодарили: 3 раза
Контактная информация:

Re: Улучшение стабилизации последовательных стабилизаторов

#2

Сообщение Алаев Ян » 09 апр 2014, 01:36

Спасибо Вам огромное за проделанную работу!!! Очень полезный и очень нужный материал. Я непременно буду использовать такую схемотехнику в своих разработках. Все Ваши вычисления свел в таблицу Excel для удобства использования в будущем! Еще раз СПАСИБО!
Стремление к совершенству рождает шедевры!
https://vk.com/alaevlabs

Закрыто
  • Похожие темы
    Ответы
    Просмотры
    Последнее сообщение