В этой статье описывается сильноточный (до 8 А) низковольтный параллельный стабилизатор, построенный на основе микросхемы низковольтного регулируемого прецизионного параллельного регулятора TLV431. Особое внимание было уделено реализации этого стабилизатора в виде «двухполюсного» схемного блока, что значительно повысило универсальность конструкции. Схемный блок может быть встроен в любое приложение, где будет использоваться мощный стабилитрон. Однако эта схема обладает гораздо большей точностью и более широким диапазоном рабочих токов, чем такой стабилитрон.
 |
|
| Рисунок 1. | Этот сильноточный параллельный стабилизатор предназначен для приложений, требующих напряжения в диапазоне от 1.75 В до 6 В. |
Описаны два варианта схемы для разных требуемых диапазонов напряжений. Для стабилизации напряжений в диапазоне от 1.75 В до 6 В можно использовать схему, показанную на Рисунке 1, для напряжений от 1.24 В до 1.75 В необходимо использовать схему на Рисунке 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Когда напряжение находится в диапазоне от 1.24 В до 1.75 В, эта схема становится обязательной. |
В обеих схемах используются лучшие характеристики параллельного стабилизатора TLV431 – очень низкие уровни рабочего тока смещения (максимум 80 мкА) и точное опорное напряжение (1.24 В). Эти две особенности позволяют схемам точно стабилизировать напряжение в широком диапазоне токов. Схема, показанная на Рисунке 1, обеспечивает точную стабилизацию при токах всего от 200 мкА до 8 А. Это соответствует динамическому диапазону 91.8 дБ. Схема, изображенная на Рисунке 2, обеспечивает стабилизацию при токах от 1 мА (при напряжении 1.24 В) до 8 А (динамический диапазон 78 дБ).
Схемы можно использовать везде, где требуется функция мощного стабилитрона. Некоторые типичные области применения:
- Сильноточный (до 8 А) прецизионный параллельный стабилизатор («мощный стабилитрон»).
- Источник точного напряжения +3.3 В/8 А, получаемого из стабилизированного напряжения +5 В.
- Точный сильноточный ограничитель напряжения для защиты источников питания от перенапряжения.
Причиной двух разных схемных реализаций (Рисунки 1 и 2) является требование к напряжению катода микросхемы TLV431. При протекании тока через микросхему напряжение на выводе катода может достигать 6 В, но не должно опускаться ниже напряжения опорного вывода (1.24 В) более чем на 200 мВ. Для диапазона входных напряжений от 1.75 В до 6 В, реализованных в схеме на Рисунке 1, напряжение на катоде может опускаться только до уровня VSH – VBE (здесь VSH – напряжение на схеме стабилизатора, VBE – напряжение база-эмиттер транзистора). Так для VSH = 1.75 В и VSH = 0.6 В напряжение катода VCAT будет равно 1.15 В, что находится в пределах его рабочих напряжений.
Схема на Рисунке 1 работает следующим образом. При напряжениях ниже напряжения стабилизации схема будет потреблять только ток смещения микросхемы TLV431. Напряжение, падающее на резисторе R1 из-за этого тока смещения, будет недостаточным для включения Q1. Таким образом, транзисторы Q1 и Q2 будут выключены. Как только напряжение стабилизатора увеличится до уровня, где VREF достигнет 1.24 В (определяется резистивным делителем, состоящим из RA и RB), TLV431 начнет пропускать ток через свой катодный вывод. Этот ток включит транзистор Q1, который, в свою очередь, включит Q2. В результате коллекторные токи обоих этих транзисторов управляются микросхемой U1. Общий ток ISH стабилизатора равен
(ISH) = ICAT + ICQ1 + ICQ2,
где
ICAT – катодный ток TLV431,
ICQ1 – ток коллектора транзистора Q1,
ICQ2 – ток коллектора транзистора Q2.
Также
ISH = ICAT (ßQ1)(ßQ2),
где
ßQ1 – коэффициент передачи тока транзистора Q1,
ßQ2 – коэффициент передачи тока транзистора Q2,
Большое значение ß транзистора Q1 (не менее 400) делает использование транзистора Дарлингтона ненужным. Это также позволяет работать с более низким напряжением, поскольку исключается дополнительное падение напряжения база-эиттер, характерное для пары Дарлингтона.
При напряжении стабилизатора менее 1.75 В следует использовать схему, показанную на Рисунке 2. Эта схема позволяет точно регулировать напряжения стабилизатора вплоть до опорного напряжения 1.24 В при токе от 1 мА до 8 А. Основное различие между двумя схемами заключается в том, что токовое зеркало, состоящее из транзисторов Q1 и Q2, позволяет полностью управлять транзисторами Q3 и Q4 при диапазоне изменения катодного напряжения всего 150 мВ. Таким образом, при регулировании напряжения 1.24 В напряжение на катоде TLV431 опускается всего на 150 мВ ниже опорного напряжения.
Схема работает следующим образом. При напряжении стабилизатора ниже заданного значения ток смещения будет течь через элементы Q1, R1, R2 и R3. Протекая через резистор R2, этот ток создает на нем падение напряжения, которое удерживает транзистор Q2 в выключенном состоянии. Это, в свою очередь, выключает транзисторы Q3 и Q4. Когда напряжение на стабилизаторе станет достаточно высоким, и VREF достигнет 1.24 В (определяется резистивным делителем RA и RB), микросхема U1 начнет потреблять катодный ток.
Этот катодный ток создает падение напряжения на резисторе R1, снижая напряжение на эмиттере транзистора Q1. Напряжения на базе и коллекторе Q1 будут отслеживать напряжение эмиттера. Когда напряжение на коллекторе Q1 станет достаточно низким, оно начнет открывать транзистор Q2. Тогда транзисторы Q3 и Q4 будут управляться так же, как управлялись транзисторы Q1 и Q2 на Рисунке 1. (Обратите внимание: транзисторы Q3 и Q4 на Рисунке 2 являются комплементарными к Q1 и Q2 на Рисунке 1). Для поддержания протекания через стабилизатор тока 8 А достаточно падения напряжения 150 мВ на резисторе R1. Транзисторы Q2 на Рисунке 1 и Q4 на Рисунке 2 должны иметь теплоотвод, соответствующий уровню рассеиваемой ими мощности, который определяется формулой PD = ISH × VSH.
Ссылка
- "Single IC in TO-220 Case Converts 5-V Rail to 3.3 V," electronic design, December 17, 1992, p. 37.
Купить TLV431 на РадиоЛоцман.Цены
