Источник питания Xl4015e1 с регулировкой тока и напряжения

Обновлено: 05.07.2024

Последовательный стабилизатор или последовательный проходной стабилизатор — это наиболее широко используемая форма стабилизатора напряжения, используемая в линейных источниках питания.

Последовательный стабилизатор напряжения, или, как его иногда называют, последовательно-пропускной регулятор, является наиболее часто используемым подходом для обеспечения конечной стабилизации напряжения в линейном стабилизированном источнике питания.

Серийный линейный стабилизатор обеспечивает высокий уровень производительности, особенно когда на регулируемом выходе требуется низкий уровень шума, пульсаций и переходных процессов.

Существует множество схем, использующих дискретные электронные компоненты, которые обеспечивают линейное регулирование с помощью последовательного проходного элемента, и в дополнение к этому практически все ИС линейных регуляторов используют этот подход.

Это означает, что существует множество вариантов последовательных регуляторов напряжения, которые открыты при разработке электронной схемы источника питания.

Основные сведения о серийном регуляторе напряжения

В последовательном регуляторе напряжения или последовательном регуляторе напряжения используется переменный элемент, включенный последовательно с нагрузкой. Изменяя сопротивление последовательно включенного элемента, можно изменять падение напряжения на нем, чтобы обеспечить постоянное напряжение на нагрузке.

Блок-схема последовательного стабилизатора напряжения

Преимущество последовательного стабилизатора напряжения заключается в том, что количество потребляемого тока фактически равно потребляемому нагрузкой, хотя часть тока будет потребляться любой схемой, связанной с регулятором. В отличие от шунтового регулятора напряжения, последовательный регулятор не потребляет полный ток, даже если нагрузка не требует никакого тока. В результате последовательный регулятор напряжения значительно эффективнее.

Вместо того, чтобы потреблять ток, который не требуется нагрузке для поддержания напряжения, он уменьшает разницу напряжений между входным напряжением и требуемым стабилизированным напряжением.

Для поддержания достаточного уровня регулирования и подавления шумов и переходных процессов, которые могут быть связаны с входным напряжением, последовательные линейные регуляторы напряжения должны обеспечивать значительное падение напряжения. Многим высококачественным регуляторам напряжения с низким уровнем шума и пульсаций требуется несколько вольт на последовательном элементе регулятора. Это означает, что в этом компоненте могут рассеиваться значительные уровни мощности, и для устройства последовательного регулятора прохода, а также для источника питания в целом требуется хороший теплоотвод и возможность отвода тепла.

Несмотря на то, что последовательный стабилизатор значительно более эффективен, чем шунтирующий стабилизатор, он значительно менее эффективен, чем импульсный источник питания. Эффективность последовательного стабилизатора напряжения и любых линейных источников питания, использующих их, будет зависеть от нагрузки и т. д., но часто достигаются уровни эффективности менее 50 %, тогда как импульсные источники питания могут достигать уровней более 90 %.

Последовательные стабилизаторы напряжения имеют относительно низкий уровень эффективности по сравнению с импульсными источниками питания, но они обладают преимуществами простоты, а также их выходной сигнал свободен от пиков переключения, наблюдаемых на некоторых импульсных источниках питания, хотя импульсные источники питания улучшаются и производительность многих из них исключительно хороша в настоящее время.

Простой регулятор напряжения эмиттерного повторителя

Схема простого стабилизатора напряжения на транзисторном эмиттерном повторителе очень проста. Эта схема сама по себе широко не используется в линейных источниках питания, но может использоваться в другом оборудовании для обеспечения понижающего напряжения и т. д. от шины более высокого напряжения.

Базовый серийный стабилизатор с использованием стабилитрона и эмиттерного повторителя

В схеме используется однопроходный транзистор в форме эмиттерного повторителя и один стабилитрон или другой диод стабилизатора напряжения, управляемый резистором от нестабилизированного источника питания.

Это обеспечивает простую форму системы обратной связи, обеспечивающую поддержание напряжения Зенера на выходе, хотя и с уменьшением напряжения, равным напряжению перехода база-эмиттер - 0,6 В для кремниевого транзистора.

Разработать подобную схему последовательного стабилизатора напряжения несложно. Зная максимальный ток, требуемый нагрузкой, можно рассчитать максимальный ток эмиттера. Это достигается путем деления тока нагрузки, т. е. тока эмиттера транзистора, на B или hfe транзистора.

Диоду Зенера обычно требуется минимум около 10 мА для небольшого стабилитрона, чтобы поддерживать регулируемое напряжение. Затем следует рассчитать резистор, чтобы обеспечить базовый ток возбуждения и минимальный ток Зенера, исходя из нерегулируемого напряжения, напряжения Зенера и требуемого тока. [(Нерегулируемое напряжение - напряжение Зенера)/ток]. К току следует добавить небольшой запас, чтобы обеспечить достаточно места для запаса при нагрузке и, следовательно, на базу транзистора, принимающую полный ток.

Рассеиваемая мощность стабилитрона должна рассчитываться для случая, когда ток нагрузки и, следовательно, ток базы равны нулю. В этом случае диод Зенера должен будет принимать полный ток, проходящий через последовательный резистор.

Иногда к диоду Зенера или диоду опорного напряжения может быть подключен конденсатор, чтобы устранить шум и любые скачки напряжения, которые могут возникнуть.

Выборка выходных данных

Простая схема последовательного регулятора напряжения эмиттерного повторителя напрямую сравнивает выходной сигнал с эталонным напряжением. Таким образом, выходное напряжение было равно эталонному, без учета падения напряжения на базовом эмиттере.

Однако можно улучшить работу регулятора напряжения, взяв часть выходного напряжения и сравнив его с эталоном. Для этой функции можно использовать дифференциальный усилитель, такой как операционный усилитель. Если это сделать, то выходное напряжение станет больше, чем опорное напряжение, поскольку отрицательная обратная связь в цепи пытается сохранить два сравниваемых напряжения одинаковыми.

Если, например, опорное напряжение составляет 5 вольт, а выборка или делитель потенциала обеспечивает 50 % выходного напряжения, то выходное напряжение будет поддерживаться на уровне 10 вольт.

Последовательный регулятор напряжения с выборочным выходным сигналом

Разделение потенциала или дискретизацию можно сделать переменными, и таким образом можно отрегулировать выходное напряжение до требуемого значения. Обычно этот метод используется только для небольших регулировок, так как минимальный выходной уровень, полученный этим методом, равен выходному напряжению.

Следует помнить, что использование делителя потенциала снижает коэффициент усиления контура обратной связи. Это приводит к уменьшению коэффициента усиления контура и, таким образом, снижению эффективности регулирования. Обычно имеется достаточное усиление контура, чтобы это не было серьезной проблемой, за исключением случаев, когда сэмплируется очень небольшая часть выходного сигнала.

Также следует соблюдать осторожность, чтобы не увеличивать выходное напряжение до точки, при которой регулятор не имеет достаточного падения на нем для достаточной регулировки выходного напряжения.

Регулятор последовательного прохода с обратной связью

Чтобы обеспечить более высокий уровень производительности по сравнению с простым эмиттерным повторителем, в схему регулятора напряжения можно добавить более сложную цепь обратной связи. Это достигается путем выборки выходного сигнала, сравнения его с эталоном, а затем использования некоторого дифференциального усилителя для обратной связи по разнице для исправления ошибок.

Блок-схема последовательного регулятора напряжения с обратной связью -->

Можно использовать простую двухтранзисторную схему для последовательного стабилизатора с измерением напряжения и обратной связью. Хотя использование операционного усилителя, обеспечивающего более высокий уровень обратной связи и, следовательно, лучшее регулирование, довольно просто, эта двухтранзисторная схема хорошо иллюстрирует принципы.

Простая двухтранзисторная схема последовательного проходного стабилизатора

В этой схеме TR1 образует последовательный проходной транзистор. Второй транзистор, TR2, действует как дифференциальный усилитель, подавая напряжение ошибки между эталонным диодом и измеренным выходным напряжением, которое является пропорцией выходного напряжения, установленного потенциометром. Резистор R1 обеспечивает ток для коллектора TR2 и диода опорного напряжения ZD1.

Опорное напряжение

Хорошость любого линейного регулятора напряжения зависит от опорного напряжения, используемого в качестве основы для сравнения внутри системы. Хотя теоретически можно использовать батарею, это не подходит для большинства применений. Вместо этого почти повсеместно используются эталоны на основе стабилитронов.

В интегральных схемах стабилизаторов и опорных источников используются сложные комбинации транзисторов и резисторов на кристалле для получения точных источников опорного напряжения с температурной компенсацией.

Опорное напряжение должно питаться от нерегулируемого источника. Его нельзя снять с регулируемого выхода, так как есть проблемы с запуском. При запуске выходной сигнал отсутствует, поэтому эталонный выходной сигнал будет равен нулю и будет поддерживаться до тех пор, пока эталонный запуск не будет выполнен.

Упрощенный эталонный источник для последовательного стабилизатора напряжения

Часто выходной сигнал опорного источника подается через делитель потенциала. Это не только снижает выходное напряжение, что обычно очень полезно, но также позволяет добавить конденсатор к выходу, чтобы устранить любые пульсации или шумы, которые могут присутствовать. Пониженное напряжение также полезно, поскольку минимальное выходное напряжение определяется эталонным напряжением.

Последовательные стабилизаторы напряжения с малым падением напряжения

Одним из соображений любого регулятора является напряжение, которое должно быть подано на элемент последовательного прохода.Часто для линейных регуляторов требуется значительное падение на последовательном проходном элементе для достижения наилучшего регулирования и подавления шума. Например, линейный стабилизатор с выходным напряжением 12 В может быть рассчитан на входное напряжение 18 В или более.

Для любого линейного стабилизатора требуется минимальное напряжение, которое требуется на последовательном элементе, прежде чем регулятор «выпадет». Это падение напряжения можно увидеть во многих интегральных схемах линейного регулятора.

В некоторых схемах важно иметь стабилизатор с малым падением напряжения. Если доступное входное напряжение не особенно велико, может быть важно иметь линейный стабилизатор с малым падением напряжения. Он должен хорошо регулироваться, несмотря на ограниченное напряжение на нем.

Хотя схемы, показанные здесь, представляют собой простые схемы на транзисторах, те же принципы используются в более крупных схемах, а также в интегральных схемах. В одних и тех же концепциях стабилизаторов серии, а также в цепях эталонных диодов, дискретизации и других областях используются одни и те же элементы.

Концепции, используемые здесь, используются практически в источниках питания с линейной стабилизацией, которые могут обеспечить очень хорошие уровни производительности. Блоки питания с линейной стабилизацией крупнее и тяжелее импульсных блоков питания, однако они получили название за низкий уровень шума и хорошую стабилизацию на выходе, а также отсутствие пиков, характерных для некоторых импульсных блоков питания.

Модуль питания XL4015, как следует из названия, представляет собой модуль питания DC to DC Buck с фиксированной частотой PWM. Модуль XL4015 Step-Down Buck Power работает на частоте 180 кГц, но по-прежнему содержит фильтрующие компоненты меньшего размера и способен управлять нагрузкой 5 А с регулированием нагрузки, высокой эффективностью и низкими пульсациями.

Понижающий модуль XL4015 DC-DC имеет встроенные функции управления CC (постоянный ток) и CV (постоянное напряжение), которые очень удобны в таких приложениях, как зарядное устройство или источник питания. Эта функция постоянного тока и постоянного напряжения реализована путем добавления в схему стабилизатора постоянного напряжения 78L05, прецизионного шунтирующего регулятора TL431 и операционного усилителя LM358.

На модуле имеется три светодиода. Первый светодиод от входного разъема используется для индикации CC (постоянный ток), а два других светодиода указывают на зарядку и полную зарядку батареи, когда модуль используется в качестве зарядного устройства. Когда модуль используется в качестве источника питания, светодиодный индикатор зарядки аккумулятора указывает НАГРУЗКА ВКЛЮЧЕНА. Также имеются два многооборотных триммера, которые используются для регулировки выходного тока и выходного напряжения. Когда эти подстроечные потенциометры поворачиваются по часовой стрелке, выходное напряжение и выходной ток увеличиваются, а если подстроечные потенциометры поворачиваются против часовой стрелки, то выходной сигнал уменьшается. Схема управления ШИМ способна линейно регулировать коэффициент заполнения от 0 до 100%. Внутри модуля также встроена функция защиты от перегрузки по току. Рабочая частота снижается до 48 кГц с 180 кГц, когда срабатывает функция защиты от короткого замыкания.

Модуль питания XL4015 обеспечивает очень высокий КПД до 96%. Этот модуль может безупречно функционировать даже в экстремальных условиях, так как рабочая температура модуля составляет от -40 ° C до 85 ° C. Этот модуль в основном используется в качестве зарядного устройства или источника питания в различных схемах, таких как ЖК-мониторы и мощные аудиосистемы. схемы.

Модуль питания XL4015 обеспечивает очень высокий КПД до 96%.Этот модуль может безупречно функционировать даже в экстремальных условиях, так как рабочая температура модуля составляет от -40 ° C до 85 ° C. Этот модуль в основном используется в качестве зарядного устройства или источника питания в различных схемах, таких как ЖК-мониторы и мощные аудиосистемы. схемы.

Входное напряжение	4–38 В
Вывод Напряжение	0,8–36 В
Выходной ток	Регулируется до 5 А
Максимальная выходная мощность	75 Вт
Модульный характер	Неизолированный модуль buck
Метод исправления	Асинхронный r ectifier
Максимальная эффективность	96% (самый высокий)
Регулировка напряжения	±2,5%
Рабочая температура	-40 ~ + 85 градусов
Рабочая частота	140 кГц
Размер (мм)	51 * 26,3 * 14

ДОСТАВКА

Мы в HatchnHack Cart верим, что вы — следующая Tesla. Этот план существует для того, чтобы доставлять то, что вам нужно в кратчайшие сроки!
Этот план доступен примерно для 5000 пин-кодов, но значительно сокращает время, затрачиваемое на курьерскую доставку.
Сред. Время доставки до двери ~1–3 дня

Читайте также: