Параллельное включение стабилизаторов напряжения

Параллельная работа двух стабилизаторов напряжения

У меня в квартире пониженое напряжение по вечерам. Хочу поставить мощный стабилизатор напряжения на питание всей квартирной электропроводки. Имеется дискретный(переключение обмоток на реле) стабилизатор Powerman 3кВА.
Хочу купить такой же, и включить их на параллельную работу.
Как я понимаю, при этом, надо соблюдать условия параллельной работы трансформаторов.

Вопрос: Будет ли нормальная работа двух одинаковых стабилизаторов на одной фазе в параллельном включении? Не будут ли влиять схемы управления стабилизаторов на работу друг друга?

Можете хоть 10 штук включить. Лишь бы ввод в квартиру позволял. Учтите, что 6кВА при 170В — это уже более 35А входного тока.

Как у соседей дела с напряжением? В каком состоянии стояк этажа, конкретно — его ноль?

andrewkhv написал :
Можете хоть 10 штук включить.

За такие советы без пояснений, что ВЫХОД таких стабов параллелить нельзя, нужно жоппу бить советчику.

Мало того, что переключение обмоток производится посредством реле, так еще обычно шаг обмоток — 6-7 вольт. Разброс у всех стабилизаторов разный. Далее объяснять, что получится?

а мне кажется что нельзя параллельно включать.какое влияние они будут оказывать друг на друга?
какая то собака в этом зарыта.
техника все таки бытовая, настроена и произведена соответственно,отсюда и возможный разброс параметров трансформаторов и электроники.
что будет если один стаб решит поднять напругу на 10 вольт а другой на 25,что то произойдет.

Salexxx_net ,
я бы не рискнул два стаба включать в параллель.
как вам такой вариант. от каждого стаба запитать по половине квартиры

andrewkhv написал :
Можете хоть 10 штук включить.

Да, видимо действительно компараторы будут работать каждый со своим разбросом, и при несовпадении коэф. трансформации обмоток одна будет греться и сгорит.

Скажите, а у кого нибудь есть Powerman 5кВА? Не сильно ли он гудит в холостом режиме?
У товарища стаб. Rucelf 5кВА, гудит на всю квартиру. Мой powerman 3ква даже при нагрузке в тишине не слышно.

Извиняюсь. Вообще не подумал, что ВЫХОДЫ хотят соединить , рисовалось как нагрузку раскидать от двух штук независимо. Тогда да, просто так не соединишь.

Salexxx_net , а как у вас сейчас все запитано? Реально полдома на один стаб, а вторую через другой, как Нервный предложил? Например, если есть 2 узо со своими групповыми автоматами? Тогда и проблем с согласованием нет!

Def461 написал :
что ВЫХОД таких стабов параллелить нельзя, нужно жоппу бить советчику

просто надо писать не про параллельную работу стабилизаторов, а то что на каждый из них будет включена своя группа потребителей.

Гудеть не должен, только если ухо приложить

Переделка зарядных устройств и не только

нервный написал :
а мне кажется что нельзя параллельно включать.какое влияние они будут оказывать друг на друга?
какая то собака в этом зарыта.

Если вам это только кажется а не полная уверенность, то, по моему скромному мнению, не хочу вас обидеть, воздержитесь здесь от каких либо советов другим и изучите курс «Электрические машины». Ещё раз — без обид пожалуйста.

нервный написал :
техника все таки бытовая, настроена и произведена соответственно,отсюда и возможный разброс параметров трансформаторов и электроники.
что будет если один стаб решит поднять напругу на 10 вольт а другой на 25,что то произойдет.

по моему этого вполне достаточно что бы обозначить общий круг проблем и ситуаций которые должны насторожить ТС и далее предостеречь от попытки включить два стаба параллельно.
вы же из своих известных только вам побуждений процитировали меня не полностью.

далее ТС даёт расширенное и логичное обоснование,я же углубляться не стал.

Salexxx_net написал :
Да, видимо действительно компараторы будут работать каждый со своим разбросом, и при несовпадении коэф. трансформации обмоток одна будет греться и сгорит.

так же вполне возможно в стабах есть контроль напряжения и на выходе что то скажется пагубно на работоспособности и целостности оборудования.

возможно есть и другие причины нежелательного параллельного включения.

между тем никто не прислушался к совету

andrewkhv написал :
Как у соседей дела с напряжением? В каком состоянии стояк этажа, конкретно — его ноль?

надо было с этого начинать перед покупкой стабилизаторов

«Нельзя просто так взять и запараллелить источники напряжения»

Не раз и не два мне попадались предложения типа «давайте включим два стабилизатора напряжения параллельно, если не хватает выходного тока одного». В том числе и здесь:
Тут — в авторском тексте о ПК Специалист (Spectrum) habr.com/ru/post/247211 (в итоге — автор применил двухканальный импульсный источник питания).
Тут — в комментариях habr.com/ru/post/400617/#comment_18002157
И тут — в комментариях habr.com/ru/post/400381/#comment_17983821
Да тысячи их:
electronics.stackexchange.com/questions/261537/dc-dc-boost-converter-in-parallel
forum.allaboutcircuits.com/threads/paralleling-lm317ts.16198
forum.arduino.cc/index.php?topic=65327.0 (обсуждение довольно показательное с точки зрения пренебрежения схемотехникой и энергосбережением мобильного робота).

Вспомнив немного ТОЭ и воспользовавшись симулятором TINA-TI, покажем несбыточность малую обоснованность надежд на благоприятный исход этого чита.

О параллельном соединении источников напряжения с точки зрения закона Ома, правил Кирхгофа и примкнувших к ним ТОЭ.

Два источника напряжения (E₁, E₂) с внутренними сопротивлениями (Rвн₁, Rвн₂) работают на нагрузку (R_н). Составив и упростив 3 уравнения — получим:
U_н = R_н * (Rвн₂*E₁ + Rвн₁*E₂) / (Rвн₁*Rвн₂ + R_н*[Rвн₁+Rвн₂]);
I₁ = (E₁ — U_н) / Rвн₁;
I₂ = (E₂ — U_н) / Rвн₂.
Беря номинал 3.3 В с разбалансом ЭДС в ± 0.1% (3,303 и 3,297 В, соответственно), внутренние сопротивления 0,01 Ом и сопротивление нагрузки 3,3 Ом — получим токи 0,8 и 0,2 А соответственно (± 60% от ожидаемых 0.5 А) при напряжении на нагрузке 3,295 В. Обратите внимание на величину исходного разбаланса — если не брать сверхточные и сверхстабильные источники опорного напряжения (стоимостью как крыло от вертолёта), она мало достижима в «вульгарной» микроэлектронике. А чем качественнее наши источники напряжения (меньше их внутреннее сопротивление) и чем выше сопротивление нагрузки — тем больше будет разбаланс токов при прочих равных.
Вооружась этой простой теорией — посмотрим пристальнее на внутреннюю структуру стабилизаторов напряжения.

О параллельном соединении стабилизаторов напряжения с точки зрения наличия в них обратной связи.

Как известно, чуть более чем все современные стабилизаторы напряжения строятся как компенсационные — обратная связь отслеживает напряжение на выходе стабилизатора и поддерживает его постоянным либо меняя внутреннее сопротивление между входом и выходом, либо меняя соотношение замкнутого и разомкнутого состояний между входом и выходом. Из этого вытекает тот факт, что если подать на выход стабилизатора напряжение превышающее его выходное, то ОС должна будет отключить регулирующие элементы и данный стабилизатор выйдет из борьбы за жизнь нагрузки.
Не будем рассматривать здесь случаи линейного стабилизатора с push-pull выходом (используются как источники питания терминаторов DDR-памяти) и импульсных стабилизаторов с синхронным выпрямлением. Первые — должны, а вторые, теоретически, — могут пытаться снижать напряжение на своём выходе.
В случае применения импульсных стабилизаторов — можно рассмотреть и такие гипотетические вещи, как биение частот преобразования или их самосинхронизация… Но это выходит за рамки моих текущих интересов. Для закрытия теоретической части добавлю, что если кто-то предложит использовать внешнее тактирование импульсных стабилизаторов со сдвигом фаз, то Вы опоздали. Микропроцессоры Intel и AMD уже многие годы питаются от многофазных конвертеров, а если есть готовый двух- и более фазный контроллер, то городить внешнюю синхронизацию для отдельных стабилизаторов — бессмысленно.
А теперь — перейдём к симуляции реальности.

О параллельном соединении стабилизаторов напряжения в симуляторе.

Первый пример — вариация простенького линейного стабилизатора из app. note на регулируемый источник опорного напряжения типа 431.
Он применялся, например, в некоторых ранних блоках питания ATX для стабилизации напряжения 3.3 В. На сток регулирующего транзистора подавалось 5 В, а резистор в цепи затвора питался от 12 В.
Поскольку в симуляции нас не волнует КПД, то для простоты на входе один единственный источник питания. Также — с ходу я не нашёл средства внести погрешность в опорное напряжение TL431, кроме как добавить генератор напряжения G1 в цепь управляющего электрода. Вот результат расчёта (меню «Анализ постоянного тока», раздел «Переходные характеристики»):

Как видим — достаточно разбаланса опорных напряжений в 3 мВ, чтобы один из стабилизаторов превратился в тыкву. А это всего 0,12% от номинального, да ещё отнюдь не каждая 431 имеет точность лучше 0.5%.
Предложение «поставим в цепь обратной связи триммер и подгоним правильное деление тока нагрузки» я отметаю на том основании, что типичные подстроечные резисторы (Bourns и muRata, керметные, одно и многооборотные) — имеют вибростойкость до 1% (изменение зафиксированного отношения напряжений или сопротивлений после воздействия вибрации с ускорением 20..30 G).
Упомянутые в ссылках на зарубежные ресурсы пляски с последовательными резисторами на выходах стабилизаторов — я даже рассматривать не буду. Просто потому, что этим убивается то, для чего собственно и ставится стабилизатор напряжения — постоянство напряжения на нагрузке при изменении её тока потребления.
Потом я вспомнил, что на выходе обычно есть конденсаторы… Добавление на выходы конденсаторов по 1000 мкФ с ESR 100 мОм не внесло кардинальных отличий в результаты симуляции параллельной работы этих стабилизаторов (меню «Анализ переходных процессов»).

Возможно, кто-то скажет: «Сработает ограничение по току у первого стабилизатора и второй тоже подключится». Но очевидно, что даже если это произойдёт, то первый всё равно продолжит работать с перегрузкой, что не прибавит надёжности нашей системе. Вот пример работы пары LP2951 (максимальный ток нагрузки — 100 мА, ограничение тока в модели — около 160 мА) с общим током нагрузки около 180 мА.
Почему такое старье? Потому, что они есть у меня в удобном для втыкания в «бредовую борду» DIP’е и, если кто-то из читателей пожелает пойти путём Фомы, то я смогу измерить всё IRL.
Результаты симуляции (меню «Анализ переходных процессов»):

Как видите — второй и не думает деятельно участвовать в спасении нагрузки от голода. А благодаря бóльшему коэффициенту усиления — выход из игры происходит при меньшем разбалансе.

На этом — всё. Питайтесь правильно!

Вывод.

Если максимальный выходной ток стабилизатора напряжения не обеспечивает потребности питаемой схемы, то есть только два выхода — заменить стабилизатор на модель с бóльшим выходным током или использовать схемотехническую балансировку выходных токов нескольких стабилизаторов.

P.S. «Всякое лыко — в строку». Во время подготовки статьи на глаза попалась широко растиражированная в документации на стабилизатор типа 1117 схема переключателя «батарея — сеть» с параллельным включением их выходов. К ней есть вопросы о практической применимости, но тему статьи она подтверждает чуть более, чем полностью. Привожу фрагмент из документации фирмы «ON semiconductor», который снабжён текстовыми пояснениями:

The 50 Ohm resistor that is in series with the ground pin of the upper regulator level shifts its output 300 mV higher than the lower regulator. This keeps the lower regulator off until the input source is removed.

P.P.S. Дописал вывод. Точнее — скопировал его из синопсиса.

Synopsis: You can’t boost output current of weak voltage regulators by simple parallel connection. You must use tougest one or special schematic for properly current sharing.

Стабилизаторы напряжения: схемы, параметры, диаграммы

Параллельный параметрический стабилизатор, последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе. Практические расчеты.

Доброго дня уважаемые Радиолюбители! Сегодня на сайте “Радиолюбитель“, в разделе “Практикум начинающего радиолюбителя“, мы продолжим рассмотрение статьи “Источники питания радиолюбительских устройств“. Напомню, что в прошлый раз, изучая схему источника питания радиолюбительских устройств, мы остановились на назначении и расчете сглаживающего фильтра:

Сегодня мы рассмотрим последний элемент – стабилизатор напряжения.

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки

Сегодня мы рассмотрим два простейших стабилизатора напряжения: — параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне; – последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе.

Технические характеристики стабилизатора LM338:

• Обеспечения выходного напряжения от 1,2 до 32 В.
• Ток нагрузки до 5 A.
• Наличие защиты от возможного короткого замыкания.
• Надежная защита микросхемы от перегрева.
• Погрешность выходного напряжения 0,1%.

Интегральная микросхема LM338 выпускается в двух вариантах корпусов — это в металлическом корпусе TO-3 и в пластиковом TO-220:

Принципы расчета характеристик

Основными показателями стабилизатора являются максимальное выходное напряжение Uвых, минимальное выходное напряжение Uвых1 и максимальный ток Imax. Допустим, что эти величины составляют 14 Вольт, 1,5 Вольта и 1 Ампер, соответственно. Вычисляем входное напряжение по формуле:

Параметрический стабилизатор напряжения

Uвх=Uвых+ 3, где 3 – это коэффициент падения напряжение на переходе коллектор – эмиттер.

Обратите внимание! Паспортные параметры транзистора должны обеспечивать функционирование в полуоткрытом режиме и выдерживать разницу напряжений, возникающую между выходным напряжением и выходными данными.

Далее следует рассчитать максимальную мощность Pmax, которую будет рассеивать транзистор:

• Pmax=1.3(Uвх-Uвых)Imax=1.3(17-14)=3.9 Вт;
• Pmax=1.3(Uвх-Uвых1)Imax=1.3(17-1.5)=20,15 Вт.

Как видно, большее значение получается при расчете для минимального входного напряжения, и эта величина будет правильной, для того чтобы подобрать транзистор по справочнику. У нас это будет КТ817.

Важно! Значение напряжение должно быть больше входного значения, а ток – больше заданного максимального значения. Иначе элемент будет работать на пределе возможностей и быстро выйдет из строя.

Схема на полевом транзисторе

Теперь нужно учесть Iб max – ток базы самого транзистора:

Iб max=Imax/h21Э min, где h21Э min – коэффициент передачи тока (в нашем случае эта величина равна 25).

Зная эти показатели, можно определить характеристики стабилизатора напряжения на транзисторе. Стабилизированное напряжение равно 14 вольтам, а ток по формуле – 0.04 А. По этим показателям подходит Д814Д, но в этом случае ток базы будет составлять 0,005 А, то есть надо понизить выходные значение. Для этого используется второй транзистор (КТ315). За счет его использования нагрузка уменьшится на величину максимального коэффициента передачи тока второго транзистора (у нас h21Э=30). Таким образом, ток будет составлять 0,04/30=0,00133 мА.

Теперь определим показатели для Rб – балластного резистора:

Rб=(Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min)=(17-14)/(0,00133+0,005) = 474 Ом, где:

• Iст min – ток стабилизации;
• Uст – напряжение стабилизации стабилитрона.

Затем считаем балластную мощность:

Параметры дополнительного резистора рассчитывают редко, при выборе этой детали нужно учесть только одно, что его значение тока должно быть меньше максимально нагрузочного. У нас используется резистор с сопротивлением в 1 Ом.

Примеры применения стабилизатора LM338 (схемы включения)

Следующие примеры продемонстрируют вам несколько очень интересных и полезных схем питания построенных с помощью LM338.

Простой регулируемый блок питания на LM338

Данная схема — типовое подключение обвязки LM338. Схема блока питания обеспечивает регулируемое выходное напряжение от 1,25 до максимума подаваемого входного напряжения, которое не должно быть более 35 вольт.

Переменный резистор R1 используется для плавного регулирования выходного напряжения.

Простой 5 амперный регулируемый блок питания

Эта схема создает выходное напряжение, которое может быть равно напряжению на входе, но ток хорошо изменяется и не может превышать 5 ампер. Резистор R1 точно подобран таким образом, чтобы поддерживать безопасные 5 ампер предельного тока ограничения, которые могут быть получены из цепи.

Регулируемый блок питания на 15 ампер

Как уже было сказано ранее микросхема LM338 в одиночку может осилить только 5А максимум, однако, если необходимо получить больший выходной ток, в районе 15 ампер, то схема подключения может быть модифицирована следующим образом:

В данном случае используются три LM338 для обеспечения высокой токовой нагрузки с возможностью регулирования выходного напряжения.

Переменный резистор R8 предназначен для плавной регулировки выходного напряжения

Источник питания с цифровым управлением

В предыдущей схеме источника питания, для осуществления регулировки напряжения использовался переменный резистор. Ниже приведенная схема позволяет посредством цифрового сигнала подаваемого на базы транзисторов получать необходимые уровни выходного напряжения.

Величина каждого сопротивления в цепи коллектора транзисторов подобрана в соответствии с необходимым выходным напряжением.

Схема контроллера освещения

Кроме питания, микросхема LM338 также может быть использована в качестве светового контроллера. Схема показывает очень простую конструкцию, где фототранзистор заменяет резистор, который используется в качестве компонента для регулировки выходного напряжения.

Лампа, освещенность которой необходимо держать на стабильном уровне, питается от выхода LM338. Ее свет падает на фототранзистор. Когда освещенность возрастает сопротивление фоторезистора падает и выходное напряжение уменьшается, а это в свою очередь уменьшает яркость лампы, поддерживая ее на стабильном уровне.

Зарядное устройство 12В на LM338

Следующую схему можно использовать для зарядки 12 вольтовых свинцово-кислотных аккумуляторов. Резистором R* можно задать необходимый ток зарядки для конкретного аккумулятора.

Путем подбора сопротивления R2 можно скорректировать необходимое выходное напряжение в соответствии с типом аккумулятора.

Схема плавного включения (мягкий старт) блока питания

Некоторые чувствительные электронные схемы требуют плавного включения электропитания. Добавление в схему конденсатора С2 дает возможность плавного повышения выходного напряжения до установленного максимального уровня.

Принцип работы стабилизаторов

Различные типы стабилизаторов напряжения
Принцип функционирования зависит от типа оборудования. Для выделения общих моментов целесообразно рассмотреть конструкцию. Прибор состоит из таких элементов:

• Система управления. Позволяет отслеживать вольтаж на выходе, доводя его до стабильного показателя 220 В. Оборудование работает с погрешностью 10-15 %.
• Автоматический трансформатор. Имеется у релейных, симисторных, сервомоторных модификаций. Повышает или понижает номинал напряжения.
• Инвертор. Механизмом из генератора, трансформатора и транзисторов оснащаются инверторные модели. Элементы через первичную обмотку могут пропускать либо выключать ток, формируя напряжение на выходе.
• Защитный блок, источник вторичного питания. Имеются у моделей, рассчитанных на 220 Вольт.

Функция байпаса или транзита позволяет стабилизаторам подавать напряжение на выход до момента пресечения установленного предела.

Принцип действия релейных моделей

Релейный аппарат регулирует вольтаж посредством замыкания контактов реле. Контроль параметров осуществляется с помощью микросхемы, элементы которой сравнивают сетевое напряжение с опорным. Если показатели не совпадают, от микросхем стабилизаторов напряжения поступают сигналы на понижение или повышение обмотки.

При дешевизне и компактности релейное оборудование медленно реагирует на скачки напряжения, может кратковременно выключаться, не выдерживает перегрузки.

Погрешность устройств – 5-10 %.

Как работают сервоприводные приборы

Основные узлы сервоприводного аппарата – серводвигатель и автоматический трансформатор. Если напряжение отклонилось от нормы, поступает сигнал на переключение трансформаторных от контроллера к мотору. Сравнение показателей опорного и входного вольтажа осуществляет плата управления.

Сервоприводные стабилизаторы могут регулировать нагрузку трехфазной и однофазной сети. Они отличаются стойкостью, надежностью, исправным функционированием при перегрузке.

Точность приборов – 1 %.

Принцип работы инверторных устройств

Инверторный стабилизатор регулирует напряжение по системе двойного преобразования:

1. Переменный ток на входе выравнивается, пропускается через конденсаторный фильтр пульсации.
2. Выпрямленный ток подается к инвертору, трансформируется в переменный и поступает на нагрузку.

Выходное напряжение остается стабильным.

Приборы с инверторами отличаются быстротой реакции, КПД от 90%, бесперебойной и бесшумной работой в диапазоне 115-300 Вольт.

Диапазон регулирования аппарата снижается, если нагрузка увеличивается.

Подключение однофазных потребителей

Наиболее рациональным подходом к электроснабжению частного дома будет выделение из общего числа потребителей обособленную группу, для которой требуются стабильные параметры напряжения. Как правило, повышенная стабильность требуется для телевизора, холодильника, офисной техники и средств связи. Другие бытовые приборы, особенно с нагревательными ТЭНами, вовсе необязательно подключать к стабилизатору. Электрочайники и электрические котлы все равно будут работать, поскольку перепады напряжения для них не играют решающей роли в выполнении основных функций.

В домашнем щитке после электросчетчика устанавливается защитное оборудование – дифференциальный автомат или УЗО с автоматическим выключателем. От них отдельными кабелями подводится фаза и ноль к входным клеммам стабилизатора. Корпус устройства также отдельным проводом подключается к шине РЕ, установленной в щитке. От выходных клемм стабилизатора к потребителю поступает фаза и рабочий ноль. Защитный ноль соединяется с шиной РЕ.

Следующий вариант предполагает подключение к стабилизатору сразу нескольких групп потребителей. В упрощенной схеме не используется защитное заземление, а стабилизатор подключается через одну клемму рабочего нуля. Работу схемы лучше всего рассматривать на примере трех групп потребителей.

Параллельное включение стабилизаторов напряжения

Введение
Каждое последующее поколение компьютерных систем требует больше общей мощности и более низких напряжений питания, чем его предшественник. Это ориентирует разработчиков источников питания проектировать устройства с большими выходными токами при малых габаритах их конечного исполнения. Однако при высоких плотностях мощности, даже при низких выходных напряжениях, одним из основных приоритетов становится проблема рассеивания тепла. Причем, когда речь идет о линейных стабилизаторах напряжения, необходимых в приложениях с требованиями низкого уровня шума по цепям питания, проблема выделения таким источником питания тепла поднимается на верхнюю позицию списка приоритетов. Увеличить ток от источника питания и при этом сократить тепловыделение единичной микросхемы поможет параллельное включение стилизаторов напряжения с малым собственным падением напряжения на регулирующем элементе, так называемых LDO (Low Dropout). Их параллельное включение уменьшает размеры общего решения, поскольку избавляет конструкторов печатных узлов от использования радиаторов — ведь тогда температура каждого элементарного стабилизатора в этой связке не выходит за рамки спецификации.
В статье показано, как организовать параллельное включение с дополнительным преимуществом по рассеиванию тепла 3‑A VLDO (Very Low Dropout) стабилизаторов напряжения типа LT3033 [2], предлагаемых компанией Analog Devices Inc. (далее — ADI) и разработанных командой Power by Linear. Устройства отличаются очень низким падением напряжения на регулирующем элементе и предназначены для приложений, в которых требуются токи более 3 А. Преимущество стабилизаторов напряжения LT3033 заключается в том, что их легко подключить параллельно и сбалансировать по току благодаря встроенной функции контроля (Output Current Monitor) и программированному управлению ограничением выходного тока (Programmable Current Limit).
Микросхема линейного стабилизатора напряжения LT3033 преобразует входные напряжения в диапазоне 1,14−10 В в выходное напряжение от 0,2 В с токами нагрузки до 3 А. При этом падение напряжения на регулирующем элементе стабилизатора составляет лишь 95 мВ при полной нагрузке. Во время работы ток покоя достигает 1,8 мА, а при отключении не превышает 22 мкА. Программируемый предел установки выходного тока, а также встроенная тепловая защита придают стабилизатору LT3033 необходимую устойчивость для работы в приложениях с высоким током и низким напряжением питания.

Общие сведения о включении и особенностях использовании линейного VLDo-стабилизатора LT3033
На рис. 1 показан пример типового включения стабилизатора на‑ пряжения LT3033, обеспечивающий от источника питания в 1,2 В выходное напряжение 0,9 В при токе в нагрузке до 3 А.

Ограничение тока в широком температурном диапазоне с точностью до ±12% программируется подключением резистора от вывода ILIM к GND (на рис. 2 не указан). Однако необходимо учитывать, что этот верхний предел тока может быть снижен внутренним ограничением с обратной связью, когда дифференциальное напряжение между входом и выходом превышает 5 В.
В стабилизаторе напряжения LT3033 слежение за выходным током (Output Current Monitor) обеспечивается подключением вывода IMON к GND через резистор R5. Вывод IMON является коллектором транзистора Q2, который играет роль токового зеркала и отражает ток выходного транзистора Q1 стабилизатора LT3033 в соотношении 1:2650. Падение напряжения на резисторе пропорционально выходному току стаби‑ лизатора, если оно не выше значения VOUT более чем на 400 мВ. Для расчета тока следует использовать формулу, где RIMON — это R5 на рис. 2:

Через токовое зеркало данная функция монитора выходного тока позволяет разделять его для нескольких микросхем LT3033, помогая организовывать их параллельное включение с равномерной токовой нагрузкой.
Несмотря на небольшие габариты (корпус QFN с 20 выводами, размером 3*4 мм, рис. 1), микросхема стабилизатора напряжения LT3033 включает и ряд защитных функций, в том числе внутреннее ограничение тока с обратной связью, защиту от перегрева и от обратного тока, а также от переполюсовки по входу.

Использование двух LT3033 параллельно для приложений с током нагрузки до 6 A
Для приложений, требующих ток более 3 А, несколько стабилизаторов напряжения LT3033 могут быть подключены параллельно благодаря встроенной в них функции токового монитора. На рис. 3 показаны две включенные параллельно микросхемы LT3033, которые с двумя дополнительными NPN‑ транзисторами типа 2N3904 организованы для формирования выходного напряжения 1,5 В при токе в нагрузке до 6 А. Выводы IN и OUT микросхем, соответственно, связаны. Один стабилизатор напряжения LT3033 действует как ведущий, управляя подчиненным ему вторым, ведомым, стабилизатором. Контакты IMON в сочетании с токовым зеркалом, выполненным на NPN‑транзисторах, создают объединенный усилитель, который вводит ток в делитель обратной связи ведомого стабилизатора напряжения LT3033 так, чтобы уравнять токи IMON от каждого LT3033. Резисторы номиналом по 100 Ом в цепях эмиттеров, для того чтобы гарантировать хорошее согласование транзисторов в токовом зеркале, обеспечивают падение напряжение в 113 мВ при полной нагрузке. Выходное напряжение ведомого LT3033 установлено на 1,35 В, что на 10% ниже, чем требуемое на выходе схемы. Это позволяет гарантировать, что ведущий LT3033 останется в режиме контроля выходного напряжения, что, собственно, и обеспечивает ему ведущую роль в данной связке. Резисторы обратной связи ведомого стабилизатора напряжения разделены на секции, чтобы обеспечить достаточный запас для ведомого. Комбинация последовательно включенных конденсатора емкостью 10 нФ и резистора номиналом 5,1 кОм, добавленная к выводу IMON ведомого устройства, образует частотно зависящую цепочку, которая компенсирует амплитудно‑частотную характеристику (АЧХ) контура обратной связи.

Рис. 4. Сравнение выходного тока каждого LDO-стабилизатора с применением дискретных и согласованных NPN-транзисторов:
а) выходной ток каждого LDO-стабилизатора при использовании двух транзисторов типа 2N3904;
б) выходной ток каждого LDO-стабилизатора при использовании транзисторной сборки MAT14.

Рассогласование в распределении тока снижается благодаря установке параллельных LDO-стабилизаторов и монолитной транзисторной сборки MAT14 компании ADI

Особенности и преимущества линейных стабилизаторов LT3033 компании ADI
Основные технические характеристики:
• Диапазон входных напряжений: 0,95−10 В.
• Падение напряжения на регулирующем элементе: 95 мВ.
• Выходной ток: 3 А.
• Регулируемое выходное напряжение: от 200 мВ до 9,7 В.
• Одиночный конденсатор плавного пуска и снижения выходного шума.
• Возможность использования керамических конденсаторов по выходу.
• Возможность регулировки нагрузки в пределах от 1 мА до 3 А.
• Ток потребления: 1,9 мА.
• Ток при отключении: 22 мкА.
• Защита по току с обратной связью.
• Программируемое ограничение выходного тока.
• Монитор выходного тока.
• Тепловая защита с гистерезисом.
• Защита от обратного втекающего тока.
• Корпус QFN‑20 3*4 мм.
Функциональные особенности микросхем LT3033 включают программируемое ограничение тока, флаг соответствия напряжения (Power Good, PWRGD), защиту от перегрева и втекающего тока по выходу, что позволяет использовать их в устойчивых к окружающей среде и надежных решениях. Кроме того, системы с батарейным питанием, выигрывают от низкого собственного потребления тока микросхемы LT3033, сверхнизкого тока в режиме ожидания (при отключении, вход управления предусмотрен) и защиты от переполюсовки по входу.
Микросхемы линейных стабилизаторов напряжения LT3033 были разработаны практически для любого конечного приложения и сегмента рынка. Основными областями применения являются схемы питания программируемых пользователем вентильных матриц FPGA, постстабилизаторы для импульсных DC/DC‑преобразователей, линейные стабилизаторы для датчиков ячеистой сети и устройств «Интернета вещей» с питанием от батарей и аккумуляторов, а также беспроводные модемы.

Заключение
Микросхема LT3033, предлагаемая компанией ADI под торговой маркой Power by Linear, — это VLDO‑стабилизатор с максимальным током нагрузки 3 A, выполненный в корпусе с габаритными размерами всего 3*4 мм. Схемное решение VLDO‑стабилизаторов LT3033 благодаря встроенной функции контроля выходного тока позволяет включать их параллельно для приложений с высоким током. С типичным падением напряжения на регулирующем элементе стабилизатора при полной нагрузке лишь в 95 мВ микросхемы LT3033 оптимальны для приложений с высоким током при низком входном и низком выходном напряжении, обеспечивая сопоставимую электрическую эффективность с импульсными стабилизаторами. Дополнительные сведения о микросхеме LT3033 доступны по ссылке [2], а общие сведения о линейных стабилизаторах с низким и сверхнизким собственным падением напряжения — в справоч‑ ном руководстве [4] и на сайте компании Analog Devices Inc. [5].

ElectronicsBlog

Обучающие статьи по электронике

Компенсационные стабилизаторы напряжения.

Доброго всем времени суток! Сегодняшний мой пост продолжает рассказ о линейных стабилизаторах напряжения. Расскажу вам о компенсационных стабилизаторах напряжения (или сокращённо КСН).

Компенсационный стабилизатор напряжения, по сути, является устройством, в котором автоматически происходит регулирование выходной величины, то есть он поддерживает напряжение на нагрузке в заданных пределах при изменении входного напряжения и выходного тока. По сравнению с параметрическими компенсационные стабилизаторы отличаются большими выходными токами, меньшими выходными сопротивлениями, большими коэффициентами стабилизации.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Компенсационные стабилизаторы бывают двух типов: параллельными и последовательными. Структурные схемы компенсационных стабилизаторов показаны ниже.

Компенсационный стабилизатор напряжения последовательного типа

Компенсационный стабилизатор напряжения параллельного типа

Основными элементами всех компенсационных стабилизаторов напряжения являются регулирующий элемент Р; источник опорного (эталонного) напряжения И; элемент сравнения ЭС; усилитель постоянного тока У.

Компенсационный стабилизатор последовательного типа

В стабилизаторах последовательного типа регулирующий элемент включён последовательно с источником входного напряжения U0 и нагрузкой R_H. Если по некоторым причинам напряжение на выходе U1 отклонилось от своего номинального значения, то разность опорного и выходного напряжений изменяется. Это напряжение усиливается и воздействует на регулирующий элемент. При этом сопротивление регулирующего элемента автоматически меняется и напряжение U0 распределится между Р и R_H таким образом, чтобы компенсировать произошедшие изменения напряжения на нагрузке.

Регулирующий элемент в компенсационных стабилизаторах напряжения выполняется, как правило, на транзисторах. Выбирая которые исходят из значений коэффициента передачи тока h_21e, напряжения насыщения между коллектором и эмиттером U_КЭнас.

Схемы элементов сравнения и усилители постоянного тока очень часто совмещают и выполняются на обычных усилителях, дифференциальных усилителях или операционных усилителях.

Рассмотрим схему компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа.

Схема простого компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа

В этой схеме транзистор VT1 выполняет функции регулирующего элемента, транзистор VT2 является одновременно сравнивающим и усилительным элементом, а стабилитрон VD1 используется в качестве источника опорного напряжения. Напряжение между базой и эмиттером транзистора VT2 равно разности напряжений U_ОП и U_РЕГ. Если по какой-либо причине напряжение на нагрузке возрастает, то увеличивается напряжение U_РЕГ, которое приложено в прямом направлении к эмиттерному переходу транзистора VT2. Вследствие этого возрастут эмиттерный и коллекторный токи данного транзистора. Проходя по сопротивлению R1, коллекторный ток транзистора VT2 создаст на нем падение напряжения, которое по своей полярности является обратным для эмиттерного перехода транзистора VT1. Эмиттерный и коллекторные токи этого транзистора уменьшатся, что приведёт к восстановлению номинального напряжения на нагрузке. Точно так же можно проследить изменения токов при уменьшении напряжения на нагрузке.

Ступенчатую регулировку выходного напряжения можно осуществить, используя опорное напряжение, снимаемое с цепочки последовательно включённых стабилитронов. Плавная регулировка обычно производится с помощью делителя напряжения R3, R4, R5, включённого в выходную цепь стабилизатора.

Если пренебречь падением напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT2, то выходное напряжение стабилизатора

где R4’ и R4’’ соответственно верхняя и нижняя по схеме часть резистора R4.

Улучшение параметров стабилизатора

Схему простого компенсационного стабилизатора напряжения можно улучшить, заменив резистор R1, который осуществляет питание транзистора VT2, на схему стабилизатора тока. Такой способ питания позволяет существенно повысить стабильность работы усилителя постоянного тока.

В тех случаях, когда требуется высокая температурная стабильность Компенсационного стабилизатора напряжения и малый временной дрейф (особенно при низких выходных напряжениях), применяют схемы дифференциальных усилителей. Для повышения качества выходного напряжения в усилителях постоянного тока стабилизатора применяются операционные усилители, которые обладают большим коэффициентом усиления и малым температурным уходом. Питание операционного усилителя может осуществляться непосредственно от выходного напряжения стабилизатора.

Схема стабилизатора тока. Подключение выводов: 1 – к коллектору VT1, вывод 2 – к коллектору VT.

Схема дифференциального усилителя. Подключение выводов: 1 – к эмиттеру VT1, 2 – к базе VT1, 3 – к катоду стабилитрона VD1, 4 – к аноду стабилитрона VD1, 5 – к делителю напряжения.

Расчёт последовательного стабилизатора

Пример расчёта простого компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа

Начальные условия: входное напряжение U0 = 24 В, нестабильность входного напряжения ΔU0 = ± 2 В, максимальный ток нагрузки I_Нmax = 1,5 А, коэффициент стабилизации К_СТ ≥ 10 3 . Предусмотреть плавную регулировку выходного напряжения в пределах от U_Нmin = 12 В до U_Нmax = 16 В.

1. Определим максимальное напряжение коллектор – эмиттер регулирующего транзистора VT1:

2. Определим максимальную мощность, рассеиваемую на транзисторе VT1:

3. По данным расчёта выбираем транзистор VT1, который удовлетворяет условиям:

Этим условиям удовлетворяет транзистор типа П216В с параметрами: U_CEmax = 35 В, I_{C max} = 7,5 А, P_{C max} = 24 Вт, h_21e = 30.

4. Для создания опорного напряжения UОП выберем стабилитрон типа Д814А с параметрами U_СТ = 8 В, I_СТ = 20 мА, r_DIF = 6 Ом.

5. Определим максимальное напряжение коллектор – эмиттер усилительного транзистора VT2:

6. Исходя из условия U_CE2max

8. Учитывая, что I_R1 = I_C(VT2) + I_B(VT1), I_B(VT1) = I_Hmax / (1 + h_21e(VT1)) = 1,5/(1 + 30) ≈ 48 mA, определим сопротивление R1:

9. Определим сопротивления резисторов R3, R4, R5. Условимся считать, что если движок потенциометра R4 стоит в крайнем верхнем положении, то выходное напряжение стабилизатора имеет заданное по условию минимальное значение U_Нmin. В крайнем нижнем положении движка выходное напряжение максимально. Тогда можно записать уравнения

Компенсационный стабилизатор параллельного типа

В схеме параллельного стабилизатора при отклонении напряжения на выходе от номинального выделяется сигнал рассогласования, равный разности опорного и выходного напряжений. Далее он усиливается и воздействуя на регулирующий элемент, включённый параллельно нагрузке. Ток регулирующего элемента I_P изменяется, на сопротивлении резистора R1 изменяется падение напряжения, а на напряжение на выходе U1 = U0 – I_BXR1 = const остаётся стабильным.

Типовая схема компенсационного стабилизатора напряжения параллельного типа приведена ниже. В качестве гасящего устройства в этих стабилизаторах применяются резисторы (R1 на схеме) или при высоких требованиях с стабильности выходного напряжения стабилизатора применяется стабилизатор тока описанный выше, имеющий большое внутреннее сопротивление.

Схема простого компенсационного стабилизатора напряжения параллельного типа

В основном расчёт элементов компенсационного стабилизатора параллельного типа производится аналогично стабилизатору последовательного типа.

Стабилизаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяются сравнительно редко, в случае стабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузках в отличие от стабилизаторов последовательного типа. Их недостатком является то, что при возможном резком увеличении тока нагрузки (например, при коротком замыкании на выходе) к регулирующему элементу будет прикладываться повышенное напряжение, величина которого может превысить допустимое значение. Это обстоятельство необходимо учитывать при эксплуатации стабилизатора.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.