Регулирующий стабилизатор напряжения LT1083 7,5 А хорошо знаком многим радиолюбителям. Они доступны по цене, просты в использовании, безопасны и надежны в эксплуатации. Многие из них ограничивают ток до 1 А. Для более высоких потребностей существуют другие решения, столь же простые и дешевые.
Мощный регулирующий стабилизатор напряжения
Эта статья познакомит вас с прибором, использующим стабилизатор напряжения Analog Devices LT1083. Регулятор (см. символ и распиновку на рисунке 1) позволяет регулировать положительное напряжение и обеспечивает ток до 7,5 А с большим КПД. Внутренние схемы рассчитаны на работу с перепадом напряжения до 1v между входом и выходом. Максимальное падение напряжения составляет 1,5v при условии предельного тока на выходе. Для нормальной работы требуется выходной конденсатор 10 мкФ. Вот некоторые из его примечательных характеристик:
- регулируемое выходное напряжение;
- ток до 7,5 ампер;
- корпус ТО220;
- ограниченная мощность рассеивания;
- предельное дифференциальное напряжение 30В.
Он может использоваться для различных схем, таких как импульсные регуляторы, регуляторы постоянного тока, высокоэффективные линейные регуляторы и зарядные устройства. Модель, рассмотренная в этом руководстве, имеет переменное и настраиваемое выходное напряжение. Существуют две другие модели, LT1083-5 и LT1083-12, которые стабилизируют выход на уровне 5 и 12 вольт соответственно.
Рисунок 1: регулятор LT1083
Схема для применения минимального выходного напряжения 5 В
На рисунке 2 показана схема применения регулятора 5 В. Входное напряжение всегда должно быть больше 6,5 В. Напряжение питания схемы, конечно, не должно быть слишком высоким, так как вся мощность в конечном итоге будет излишне рассеиваться в виде тепла, что резко снизит эффективность прибора.
Регулирующий стабилизатор напряжения подключен через свои три контакта к входу, выходу и к резистивному делителю напряжения, который определяет значение выходного напряжения. Настоятельно рекомендуется наличие двух конденсаторов, один на входе и один на выходе.
Схема имеет функцию стабилизации выходного напряжения ровно на уровне 5 В. По этой причине делитель состоит из двух резисторов с точностью 1%, первый из которых имеет сопротивление 121 Ом, а второй — 365 Ом. Очевидно, что замена двух пассивных компонентов на подстроечный резистор или потенциометр реализует систему питания переменного напряжения.
Рисунок 2: минимальная, но отлично работающая схема устройства с выходным напряжением 5 В
На рисунке 3 показаны результаты первого измерения тока нагрузки и мощности, рассеиваемой встроенным стабилизатором. Моделирование проводилось путем тестирования различных значений нагрузок с импедансом от 1 до 20 Ом. Очень важным фактом является необычайное постоянство выходного напряжения (всегда ровно 5 В), даже если нагрузка испытывает резкие колебания.
Фактически, ток, протекающий через нагрузку, очень изменчив вместе с мощностью, рассеиваемой встроенным регулятором. Таким образом, оставаясь в пределах рабочих ограничений, установленных производителем, регулятор является исключительно стабильным и безопасным.
Рисунок 3: Результаты измерений на схеме регулятора 5 В.
Схема регулирующего стабилизатора напряжения рассчитана на работу с падением напряжения до 1 В. Этот дифференциал не зависит от тока нагрузки, и благодаря низкому значению конечная конструкция может быть очень эффективной. На рисунке 4 показан график входного напряжения между 0 В и 8 В (красный график) и выходного напряжения (синий график). Между этими двумя напряжениями существует эффективное падение напряжения около 1 В, как указано в характеристиках производителя.
Рисунок 4: график входного, выходного и падающего напряжения
Выходное напряжение интегрального (со значениями, используемыми для резистивного делителя) очень стабильно, даже если используется нагрузка другого объекта, как видно на графике (рисунок 5).
Рисунок 5: график показывает стабильность выхода, которая не зависит от используемой нагрузки.
Эффективность намного выше, когда входное напряжение приближается к желаемому выходному значению. Следующие ниже измерения среднего КПД были выполнены с использованием различных величин нагрузки и трех разных источников питания, соответственно, при 18 В, 12 В и 6,5 В.
- Входное Uвх: 18 В при КПД схемы 26,71%;
- Входное Uвх: 12 В при КПД схемы 40,84%;
- Входное Uвх: 6,5 В при КПД схемы 75,37%;
Регулирующий стабилизатор напряжения — влияние температуры
Регулятор, рассмотренный в этом руководстве, чрезвычайно стабилен даже при колебаниях температуры. Тем более, производитель в официальной документации гарантирует стабильность 0,5%, поэтому полученные результаты даже более удовлетворительны. Теперь давайте рассмотрим простую схему устройства, эквивалентную первой из рассмотренных, со следующими статическими характеристиками:
- входное Uвх: 6,5 В;
- выходное Uвх: 5 В;
- резистивное сопротивление нагрузки, подключенной на выходе: 5 Ом;
- ток нагрузки: 1 А;
- мощность, рассеиваемая регулятором: 1,51 Вт.
Теперь давайте запустим моделирование, варьируя температуру в диапазоне от -10C до +100C. Изучая график на рисунке 6, мы видим, что в очень широком диапазоне температур (110C отклонения) выходной сигнал практически не изменилась. Интегральная схема ведет себя чрезвычайно стабильно, а максимальное изменение выходного напряжения при двух крайних температурах составляет всего 6,2 мкВ.
Таким образом, регулирующий стабилизатор напряжения LT1083 работает на максимальной нагрузке, когда входное напряжение намного выше, чем выходное напряжение, и поэтому рассеивает гораздо больше энергии, которая теряется в виде неиспользованного тепла.
Рисунок 6: График показывает изменение выходного напряжения при различных рабочих температурах.
Защитный диод
Стабилизатор LT1083 не требует каких-либо защитных диодов, как показано на схеме, рисунок 7. Новая конструкция компонентов, по сути, позволяет ограничивать обратные токи за счет использования внутренних резисторов. Кроме того, внутренний диод, который находится между входом и выходом интегральной схемы, может управлять пиками тока длительностью в микросекунды от 50 до 100 A.
Следовательно, даже конденсатор на регулирующем выводе не является строго необходимым. Стабилизатор может выйти из строя, только в том случае, если к выходу подключить конденсатор емкостью более 5000 мкФ и одновременно замкнуть входной контакт на массу. Но и это маловероятное событие.
Рисунок 7: Защитный диод между выходом и входом больше не нужен
Как получить разное напряжение
Между выходным выводом и регулировочным есть опорное напряжение, равное +1.25v. Если установить резистор между этими двумя точками, то постоянный ток будет проходить через это сопротивление. Второй резистор, подключенный к земле, предназначен для установки общего выходного напряжения. Для точного регулирования достаточно тока 10 мА.
Используя подстроечный резистор или потенциометр, можно получить источник питания переменного напряжения. Ток, протекающий по регулировочному выводу, очень низкий, порядка микроампер, и им можно пренебречь. Вот шаги для расчета двух сопротивлений источника питания 14 В, они показаны на схеме делителя, рисунок 8 и формулах, показанных на рисунке 9:
- входное напряжение Vin всегда должно быть как минимум на 1 В больше, чем желаемое выходное напряжение, поэтому Vin 15;
- между выходным контактом и опорным контактом всегда есть напряжение 1,25 В;
- сопротивление R1 между выходным и опорным контактами должно пересекаться током 10 мА;
- значение R1 равно отношению разности потенциалов на сопротивлении к току, который должен пройти через него;
- напряжение опорного вывода равно выходному напряжению минус фиксированное напряжение 1,25 В;
- через сопротивление R2 также должен проходить ток 10 мА, поэтому его легко вычислить по закону Ома.
При значениях R1=125 Ом и R2=1275 выходное напряжение составляет ровно 14 В. Источник переменного тока с напряжением от 1 В до Vin может быть получен с помощью потенциометра 3,3 кОм вместо резистора R2.
Рисунок 8: Расчет сопротивлений делителя для получения любого значения напряжения
Рисунок 9: Уравнения для расчета двух сопротивлений
Заключение
Трехконтактный регулирующий стабилизатор напряжения LT1083 легко настраивается и очень прост в использовании. Он оснащен различными схемами защит, которые обычно предусмотрены в высокопроизводительных регуляторах. Эти схемы предусматривают защиту от короткого замыкания и тепловым отключениям при температуре выше 165C.
Исключительная стабильность позволяет создавать системы электроснабжения высшего качества. Для полной стабильности требуется электролитический конденсатор емкостью 150 мкФ или танталовый выходной конденсатор емкостью 22 мкФ.