Как настроить эквивалент линейного регулятора напряжения?

Я пытаюсь построить линейный источник напряжения. (Я пока не касаюсь сети.)

Моей первой мыслью было использовать регулируемый линейный стабилизатор напряжения. К сожалению, я обнаружил, что линейные регуляторы напряжения имеют минимальные требования к нагрузке, а также опорное напряжение, которое соответствует вашему минимальному выходному напряжению. Я обнаружил, что на большинстве линейных регуляторов напряжения эталонное напряжение составляет ~ 1,25 В.

Я хочу иметь возможность переходить от 0 В до 30 В с ограничением тока от 1 до 3 А. Итак, я посмотрел эквивалентную схему линейного регулятора напряжения на одном из даташитов и придумал это...

введите описание изображения здесь

Поскольку операционные усилители не потребляют большой ток (в идеальных операционных усилителях нулевой ток) и могут иметь максимальное входное напряжение выше 30 В, я подумал, что эта схема будет идеальной, потому что на самом деле моим единственным ограничением было максимальное напряжение коллектора и ток BJT подключен к выходу операционного усилителя, и я могу получить 0 В!

Поскольку входы операционного усилителя в любом случае не потребляют ток*, делитель напряжения просто должен установить слаботочный источник опорного напряжения. Я думал, что это будет легко, но я ошибался.

Предполагая, что я заменю R1 и R2 потенциометром, при высоком общем сопротивлении все будет в порядке. Когда я падаю, меньшая мощность мешает. Если у меня сопротивление 0 (опорное значение 0 В), делитель напряжения в основном будет коротким, и со мной все будет в порядке:

я "=" В / р
я "=" 30 / 0 Ом
я "=" 0 А

п "=" В я
п "=" 30 В ( 0 А )
п "=" 0 Вт

Но, когда я хочу очень низкое напряжение, мощность становится проблемой.

(Предположим, что общее сопротивление в худшем случае составляет 1 Ом)

я "=" В / р
я "=" 30 / 1 Ом
я "=" 30 А

п "=" В я
п "=" 30 В ( 30 А )
п "=" 900 Вт

И даже если бы мой стабилизатор постоянного тока работал раньше и позволял мне потреблять только 3 А, у меня все равно были бы проблемы с питанием.

Мое второе решение состояло в том, чтобы оставить R2 в качестве резистора с высоким сопротивлением и заменить R1 потенциометром. В этом случае у меня больше не было бы проблем с питанием, но было бы что-то странное со схемой управления. Допустим, потенциометр, заменяющий R1, находится на 0 Ом.

В этом случае R2 действует как токовый шунт, и я получаю полное напряжение на шине в качестве опорного напряжения. Но потенциометр должен быть от 0 Ом до ∞ Ом ... и я не думаю, что это возможно.

Третье решение, о котором я подумал, состояло в том, чтобы использовать линейный стабилизатор напряжения в качестве источника опорного напряжения, но... это не соответствует цели.

Четвертое решение, о котором я подумал, заключалось в том, чтобы заменить R2 потенциометром вместо R1. У меня не было бы проблем с питанием, но источник питания менялся бы от 30 В до 0 В при повороте вправо, и снова потенциометр должен был бы двигаться от 0 Ом до ∞ Ом.

Должен быть способ сделать это, но как именно?

Как из 30 разделить на 0 0?

Ответы (2)

Вы неправильно думаете о потенциометре - это трехконтактное устройство, в котором дворник фактически является соединением R1 и R2 - вы, похоже, рассматриваете его как реостат, то есть двухконтактный переменный резистор, и это, конечно, может быть проблема по поставкам.

В основном используйте потенциометр (возможно, 10 кОм) для замены R1 и R2. Это дает вам переменное напряжение от 0 В до 30 В, поступающее на неинвертирующий вход операционного усилителя.

Также R3 может быть короткозамкнутым, а R4 не нужен.

Я добавил резисторы обратной связи, потому что любое из моих решений дало бы половину предполагаемого опорного значения при любом значении сопротивления. Не могу поверить, что я этого не осознавал.

С линейными стабилизаторами высокое входное напряжение (30 В) и низкое выходное напряжение (1 В) при большом токе (3 А) всегда будут давать высокое рассеивание ((30 В-1 В) * 3 А = 87 Вт). Это главный недостаток данной конструкции.

Чтобы решить эту проблему, у вас есть несколько вариантов, но они усложняют ваш дизайн.

  • Уменьшите входное напряжение (выберите другое напряжение на трансформаторе (некоторые трансформаторы имеют несколько выходных напряжений, например 12 В, 18 В, 24 В и т. д.). Некоторые коммерческие лабораторные источники питания используют эту схему.
  • Понизьте входное напряжение с помощью импульсного преобразователя, я разработал и построил такой 20 лет назад, используя импульсный стабилизатор L296, у него также есть линейный стабилизатор после импульсного стабилизатора.
  • Перейти на импульсный регулятор.

Понизить напряжение регулятора до 0 В также можно с помощью стандартной (регулируемой) микросхемы регулятора напряжения. Это можно сделать с помощью отрицательного напряжения или вы можете использовать операционный усилитель, который может работать с входным напряжением 0 В (например: MCP6002) и использовать операционный усилитель в качестве усилителя ошибки. Затем выход операционного усилителя управляет выводом обратной связи микросхемы регулятора.

Не все вышеперечисленные решения настолько просты, что я бы посоветовал их новичку. В моем первом источнике питания использовался линейный регулятор L200 и отрицательный источник питания, поэтому я мог понизить напряжение до 0 В. Использование интегрированного решения также обеспечивает защиту от перегрева, что очень удобно. У ST есть хороший документ, который поможет вам приступить к работе с L200: Заметка дизайнера . Я знаю, что L200 древний ;-) Наверняка есть более современные микросхемы, которые также справятся с этой задачей.

Я предпочитаю не использовать IC, вот очень хороший классический "стиль 1970-х" ;-) блок питания!

Сначала я собирался использовать SMPS, но, хотя они более эффективны, они сложны и не такие чистые. Та модель BJT, что у меня есть на схеме, может выдерживать 40 Вт. Почему бы просто не использовать пару из них?
Конечно, вы можете использовать пару из них параллельно, затем не забудьте включить несколько небольших (0,1–0,5 Ом) резисторов последовательно с эмиттером, чтобы нагрузка распределялась поровну, как здесь: powersupply88.com/24v- to-12v-converter.html Я согласен с тем, что переключаемые преобразователи слишком сложны, если вы хотите создать их с нуля. Они намного менее сложны, когда вы используете интегрированное решение, но компоновка печатной платы может иметь решающее значение. Вывод действительно не такой чистый из-за коммутационных шпор, но хорошая фильтрация может сильно помочь.
Ой... это какие-то гигантские резисторы. Есть ли способ обойти это?
Гигант ? Размер резистора зависит только от требуемой рассеиваемой мощности. Для 3 А, разделенных на 3 транзистора, что составляет 1 А на транзистор, давайте предположим, что падение 0,3 В, поэтому 0,3 Ом, 0,3 Вт, я бы выбрал резисторы 0,5 Вт, они не такие большие. В ссылке они используют резисторы на 10 Вт, здесь в этом нет необходимости! 0,5Вт будет нормально
Честно говоря, я не понимаю, зачем нужны резисторы... не могут ли все эмиттеры быть электрически общими?
Нет, вот почему: electronics.stackexchange.com/questions/77045/… С биполярами один будет пытаться взорвать себя, пока остальные сидят и ничего не делают остальные сидят и ничего не делают ... С BJT больше тепла означает, что больше ток означает больше тепла ... Вы понимаете, о чем я. МОП-транзисторы, с другой стороны, защищают себя, больше тепла: меньше тока: меньше тепла...