Основы работы линейного стабилизатора | Бизнес-мудрость

Основы работы линейного стабилизатора

Каждая электронная схема предназначена для работы при определенном постоянном напряжении питания. Стабилизатор напряжения на https://www.liderteh.ru/ подает выходное напряжение с необходимыми параметрами. Он содержит набор схем, которые постоянно поддерживают выходное напряжение на заданном уровне, независимо от изменений тока нагрузки или входного напряжения (при условии, что ток нагрузки и входное напряжение находятся в пределах указанного рабочего диапазона для компонента).

Линейный стабилизатор действует как источник тока, управляемый напряжением, чтобы заставить ток течь через элемент — нагрузку, и постоянное напряжение, появляющееся на выходной клемме стабилизатора, является результатом — в соответствии с законом Ома (рисунок 1). Схема управления стабилизатором должна контролировать выходное напряжение и регулировать источник тока в соответствии с требованиями нагрузки, чтобы поддерживать выходное напряжение на желаемом уровне. Функциональные пределы стабилизатора определяются максимальным током нагрузки регулятора, при котором система все еще может поддерживать стабильное напряжение.

Выходное напряжение контролируется контуром обратной связи, который требует некоторой компенсации для поддержания стабильности контура. Большинство линейных регуляторов имеют встроенные схемы компенсации и полностью стабильны без внешних компонентов. Однако для некоторых стабилизаторов, таких как LDO, требуется некоторая внешняя емкость, подключенная к выходу для обеспечения стабильности системы.

Другой особенностью любого линейного стабилизатора является то, что ему требуется определенное, но конечное количество времени, чтобы «скорректировать» выходное напряжение при изменении потребности в токе нагрузки. Эта задержка определяет характеристику, называемую переходной характеристикой, которая является мерой скорости работы стабилизатора, то есть скорости, с которой он возвращается в установившееся состояние после изменения нагрузки.

Контур управления

Работа контура управления в типичном линейном стабилизаторе будет подробно описана с использованием упрощенной принципиальной схемы, показанной на рисунке 2. Подобное устройство является частью каждого линейного стабилизатора. Переходное устройство (Q1) в этом стабилизаторе состоит из транзистора NPN в цепи Дарлингтона, управляемого транзистором PNP. Ток, протекающий от эмиттера переходного транзистора (который также является током нагрузки), контролируется Q2 и усилителем ошибки напряжения.

На инвертирующий вход усилителя ошибки подается напряжение с делителя выходного напряжения, собранного с R1 и R2. Вход неинвертирующего соединен с опорным напряжением (Uref). Контур обратной связи из системы пытается поддерживать напряжение на выходе стабилизатора равен опорному напряжению, умноженному на коэффициент в результате делителя напряжения R1 / R2. Внезапное увеличение или уменьшение потребности в токе нагрузки (ступенчатое изменение сопротивления нагрузки) вызовет изменение выходного напряжения до тех пор, пока контур не сможет скорректировать настройки и стабилизироваться на новом уровне (это называется переходной характеристикой).

Изменение выходного напряжения обнаруживается делителем R1 / R2 и появляется как сигнал ошибки на выходе усилителя ошибки, в результате чего он, следовательно, корректирует ток через Q1.

Виды линейных стабилизаторов

Ниже описаны три основных типа внутренней топологии линейных стабилизаторов:

  • Стандартный стабилизатор Дарлингтона NPN,
  • Стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO),
  • Стабилизаторы Quasi-LDO.

Наиболее важным различием между этими тремя типами является падение напряжения, которое определяется как минимально необходимое падение напряжения на стабилизаторе для поддержания выходного напряжения на заданном уровне. Это означает энергоэффективность — система с наименьшим падением напряжения (в данном случае LDO) требует наименьшего запаса напряжения, что приводит к наименьшему количеству выделяемого тепла — потери энергии.

Второе существенное различие между типами регуляторов — это ток, протекающий через систему на землю, который требуется стабилизатору для получения номинального тока нагрузки. Стандартный стабилизатор имеет самый низкий ток заземления, в то время как LDO обычно имеет самый высокий ток (различия между типами подробно описаны в разделах ниже). Повышенный ток заземляющего контакта нежелателен, так как он также является потраченным впустую током, поскольку он поглощается стабилизатором, а не нагрузкой. Это влияет на КПД силовой части.