Stabilisateur de tension sur un transistor à effet de champ. Stabilisateur de tension avec une faible chute de tension minimale

Ce circuit stabilise le courant via une ou plusieurs LED, presque indépendamment de la tension d'alimentation. Son principal avantage réside dans la très faible chute de tension, qui peut être inférieure à 100 mV. La conception peut trouver une application dans les bandes LED, où la tension peut varier sur la longueur en raison d'une chute résistive, et de petits changements de tension entraînent des changements importants de courant et de luminosité. Et aussi là où chaque volt compte.

Circuit stabilisateur de courant LED

La chute de tension dans le circuit de la résistance R ne dépasse pas 40 mV. Le reste dépend des paramètres du troisième trimestre.

Le courant nominal des LED est ici de 7,2 mA à 9 V. L'augmentation de la tension à 20 V entraîne une variation de courant de seulement +15 %, en raison de la résistance dynamique.

La valeur de la résistance R1 est sélectionnée pour une LED bleue/blanche avec une chute de tension comprise entre 2,9 et 3,4 volts. Pour maintenir le niveau souhaité à une chute de tension différente, modifiez la valeur de R1 proportionnellement à la variation de la chute de tension.

Le courant traversant les LED est inversement proportionnel à la valeur de R. Le courant peut être grossièrement modifié en utilisant cette résistance et affiné en modifiant R1.

Pour obtenir une bonne stabilité thermique, Q1 et Q2 doivent être en contact thermique. Idéalement, ils devraient être sur la même puce, mais de bons résultats sont obtenus lorsqu'ils sont pressés les uns contre les autres.

Le circuit fonctionne bien non seulement avec une seule LED. Le nombre maximum de LED dans une ligne dépend uniquement des paramètres des composants du circuit.

L'une des propriétés les plus importantes des stabilisateurs de puissance est la tension la plus basse admissible entre la sortie et l'entrée du stabilisateur au courant de charge le plus élevé. Il fournit des informations à quelle plus petite différence de tension les paramètres de l'appareil se trouvent dans des conditions normales.

Une façon d'augmenter l'efficacité du réglage linéaire consiste à réduire la chute de tension de l'élément de réglage à la valeur la plus basse possible. Ceci est particulièrement important pour les régulateurs miniatures, où chaque chute de 50 millivolts est convertie en plusieurs centaines de milliwatts de chaleur avec une dissipation complexe dans le petit boîtier de l'appareil.

Par conséquent, pour connecter de tels circuits, de nombreuses entreprises proposent aux concepteurs des microcircuits avec une faible chute allant jusqu'à 100 millivolts. Le microcircuit ST 1L 08 a de bons paramètres avec une charge de courant allant jusqu'à 0,8 A ; la plus petite chute sur le transistor est d'environ 70 millivolts.

Parmi les stabilisateurs d'usine, on peut noter ceux dans lesquels, lorsque le courant de charge est réduit à la valeur la plus basse, la chute est réduite à 0,4 millivolts. Pour réduire le bruit, ces microcircuits sont équipés d'un amplificateur tampon auxiliaire avec une borne permettant de connecter un filtre externe d'une capacité allant jusqu'à 0,01 μF. Les exigences minimales sont imposées à un tel filtre : la valeur de capacité doit être comprise entre 2,2 et 22 μF.

Une attention particulière doit être portée au microcircuit LD CL 015 Avec de bonnes propriétés et une faible chute de tension, c'est l'un des stabilisateurs qui fonctionne sans filtre condensateur. Ceci est réalisé par un circuit amplificateur opérationnel avec une marge de phase. Cependant, pour améliorer les paramètres et réduire le bruit en sortie, il est conseillé d'installer des capacités d'environ 0,1 µF en sortie et en entrée de l'appareil.

Appareil avec une chute à 0,05 volts

Lors de la connexion de divers équipements à partir de batteries, il est le plus souvent nécessaire d'égaliser la tension et la consommation de courant. Par exemple, pour former un lecteur vidéo laser ou une lampe de poche LED. Pour résoudre ce problème, plusieurs microcircuits sous forme de drivers ont déjà été conçus en production. Il s'agit d'un convertisseur de tension basse tension avec un stabilisateur interne. Un nouveau développement est le microcircuit LT 130 8A.

Sans réduire les avantages de tels pilotes, il convient de noter qu'il n'existe pas de tels microcircuits dans une grande ville régionale. Peut être commandé à un prix élevé, environ 10 euros. Par conséquent, il existe un circuit d'appareil bon marché, simple et efficace provenant d'un magazine radio.

Le coefficient de stabilisation d'un tel appareil est de 10 000. La tension de sortie est réglée avec une résistance de 2,4 kilomètres de 2 à 8 volts. Lorsque la puissance d'entrée est inférieure à la puissance de sortie, le transistor d'accord est ouvert et la chute de puissance est égale à plusieurs mV. Si la tension d'entrée est supérieure à la tension de sortie, alors au niveau de la diode Zener, elle est égale à 0,05 volt. Cela devient possible avec des piles AA. Même en modifiant le courant de charge dans la plage de 0 à 0,5 ampère, la tension de sortie ne changera que de 1 mV.

Pour un stabilisateur aussi simple, la planche n'a pas besoin d'être gravée, mais peut être découpée avec un couteau spécial. Il est fabriqué à partir de lames de fer cassées et affûtées sur une meule. La poignée est ensuite enveloppée pour faciliter son utilisation.

Avec ce cutter, vous pouvez gratter des traces sur une planche de cuivre.

Nous nettoyons la planche avec du papier de verre, l'étamons, soudons les pièces et tout est prêt.

Les photographies montrent qu'il n'est pas nécessaire de graver ou de percer la planche.

Cette méthode est toujours utilisée pour réaliser de petits circuits simples. Il n'est pas nécessaire d'équiper un transistor puissant d'un radiateur de refroidissement. En raison de la faible chute de tension, il ne chauffe pas. Lors de la configuration, assurez-vous de connecter une charge faible à la sortie.

Égaliseur de puissance à faible décrochage

La propriété la plus importante est un stabilisateur avec une faible chute de puissance, tout comme sur les microcircuits, la différence la plus faible admissible entre les potentiels de sortie et d'entrée à la charge de courant la plus élevée. Il détermine à quelle différence de tension minimale entre la sortie et l'entrée toutes les propriétés de l'appareil sont normales.

• Pour les stabilisateurs les plus courants fabriqués sur les microcircuits de la série M78, la tension la plus basse autorisée est de 2 volts avec un courant de 1 ampère.
• Un appareil sur un microcircuit avec une tension d'entrée minimale doit produire une tension de sortie de 7 volts. Lorsque l'amplitude des impulsions à la sortie de l'appareil atteint 1 volt, la tension d'entrée minimale passe à 8 volts.
• Compte tenu de l'instabilité de la tension du réseau de l'ordre de 10 %, elle passe à 8,8 volts.

De ce fait, le rendement de l'appareil ne dépassera pas 57 % ; avec un courant de sortie important, le microcircuit deviendra très chaud.

Application de copeaux à faible chute

Un bon moyen de sortir de cette situation est d'utiliser des assemblages tels que le KR 1158 EH, ou le LM 10 84.

Le fonctionnement de l'appareil sur un microcircuit est le suivant :

• Des valeurs de basse tension peuvent être obtenues en utilisant un puissant interrupteur de terrain pour le réglage.
• Le transistor fonctionne sur la ligne positive.
• L'utilisation d'un stabilisateur à canal N est suggérée sur la base de tests : de tels semi-conducteurs ne sont pas sujets à l'auto-excitation.
• La résistance en circuit ouvert est inférieure à celle du canal P.
• Le transistor est contrôlé par un stabilisateur parallèle.
• Pour ouvrir le transistor à effet de champ, la tension de grille est ajustée à 2,5 volts au-dessus de la source.

Une telle source auxiliaire est nécessaire si sa tension de sortie est supérieure de cette valeur à la tension de drain du transistor à effet de champ.

Il existe un grand besoin de stabilisateurs de 5 volts avec des courants de sortie de plusieurs ampères et avec le moins de chute de tension possible. La chute de tension est simplement la différence entre la tension d'entrée CC et la tension de sortie, à condition que la régulation soit maintenue. La nécessité de stabilisateurs avec de tels paramètres peut être constatée dans un exemple pratique dans lequel la tension d'une batterie nickel-cadmium, égale à environ 8,2 V, est stabilisée à 5 V. Si la chute de tension est de 2 ou 3 V habituelle, alors il est clair que l'utilisation d'une telle batterie pendant une longue période n'est pas possible. Augmenter la tension de la batterie n'est pas la meilleure solution, car dans ce cas, il y aura une dissipation de puissance inutile dans le transistor de passage. S'il était possible de maintenir la stabilisation avec une chute de tension de, disons, la moitié de celle-ci, la situation globale serait bien meilleure.

On sait qu'il n'est pas facile de réaliser un transistor passant avec une faible tension de saturation dans des circuits intégrés de stabilisateurs. Bien qu'il soit souhaitable de contrôler le transistor de passage à l'aide d'un circuit intégré, le transistor lui-même doit être un dispositif distinct. Cela implique naturellement l’utilisation de dispositifs hybrides plutôt que de circuits entièrement intégrés. En fait, c'est une bénédiction déguisée car cela permet d'optimiser facilement les tensions de saturation et bêta du transistor pour atteindre l'objectif visé. De plus, vous pouvez même expérimenter avec des transistors au germanium, qui ont par nature de faibles tensions de saturation. Un autre facteur à considérer est que les transistors /7l/7 ont des tensions de saturation inférieures à celles de leurs homologues prp.

L'utilisation de ces faits conduit naturellement au circuit régulateur à faible chute représenté sur la Fig. 20.2. La chute de tension aux bornes de ce régulateur est de 50 mV à 1 A de courant de charge et de seulement 450 mV à 5 A. La nécessité de créer un transistor de passage a été essentiellement stimulée par la sortie du régulateur linéaire intégré 71123. Le transistor au silicium /?l/7 MJE1123 a été spécialement conçu pour ce circuit, mais il existe plusieurs transistors similaires disponibles. Une faible tension de saturation est un paramètre important dans la sélection des transistors, mais un gain CC élevé (bêta) est également important pour une limitation fiable du courant de court-circuit. Il s'est avéré que le transistor au germanium 2iV4276 permet des chutes de tension encore plus faibles, mais probablement au prix d'une détérioration des caractéristiques de limitation du courant de court-circuit. La résistance de la résistance dans le circuit de base du transistor passant (20 Ohms dans le schéma) est sélectionnée expérimentalement. L'idée est de la rendre la plus élevée possible avec une chute de tension acceptable. Sa valeur dépendra de la tension d'entrée maximale attendue. Une autre fonctionnalité

Ce stabilisateur a un faible courant de repos, environ 600 µA, ce qui contribue à une longue durée de vie de la batterie.

Riz. 20.2. Un exemple de régulateur linéaire ayant une faible chute de tension. Un circuit hybride est utilisé ici car il est difficile d'obtenir une faible chute de tension en utilisant uniquement des circuits intégrés. Technologie linéaire Sofoga!1op.

Un régulateur linéaire à faible chute similaire provenant d'une autre société de semi-conducteurs est illustré à la Fig. 20.3. Les caractéristiques de base restent les mêmes : chute de tension de 350 mV pour un courant de charge de 3 A. Une fois de plus, l'utilisation d'un circuit hybride offre une flexibilité de conception supplémentaire. La principale différence entre les différents circuits intégrés permettant de contrôler de tels stabilisateurs réside dans la présence de fonctions auxiliaires. Leur nécessité peut être évaluée à l'avance par rapport à une application spécifique et un choix approprié peut être fait. La plupart de ces ASIC disposent au moins d’une protection contre les courts-circuits et la surchauffe. Étant donné que le rpr-trshshstor de passage est externe au circuit intégré, une bonne dissipation thermique est importante. Souvent, pour fournir une stabilisation supplémentaire, un régulateur linéaire à faible chute est ajouté à un SMPS déjà construit. De plus, l'efficacité le système dans son ensemble restera pratiquement inchangé. Cela ne peut pas être dit lorsqu'un stabilisateur de tension intéphale conventionnel à 3 bornes est utilisé pour une stabilisation supplémentaire.

Votre première envie pourrait être de reproduire les deux circuits à faible chute que nous venons de décrire, en utilisant un régulateur de tension intégré à 3 broches conventionnel et un transistor passe-passe. Cependant, le courant de repos (le courant consommé par le circuit interne du stabilisateur et qui ne traverse pas la charge) sera beaucoup plus élevé qu'en utilisant des circuits spéciaux. Cela ruine l'idée même de ne pas introduire de dissipation de puissance supplémentaire dans le système.

Riz. 20.3. Un autre circuit régulateur linéaire à faible chute. La même configuration est utilisée avec un transistor PPR externe. Le circuit intégré de contrôle sélectionné est le meilleur en termes de fonctions de support requises. Cherry Semiconductor Soph.

a généré beaucoup de retours et de questions. J'ai essayé de répondre à quelques questions dans les commentaires de l'article original. Ici, je vais donner quelques variations simples sur le thème de ce stabilisateur. À propos, pour l'instant, j'ai réussi à construire deux alimentations de 120 watts, deux "barils" avec des stabilisateurs assemblés selon le schéma discuté.

Prototype fonctionnel

Organiser mon artisanat a toujours été un défi. Cette fois, il me semble que j'ai réussi à m'en sortir en utilisant des supports pour ustensiles de cuisine d'Ikea ​​et du bois rond découpé dans un panneau MDF de 6 mm.

De quoi s'agit-il?

Les gens me traitent souvent de fou :) Et c'est vrai : aujourd'hui, vous pouvez choisir une alimentation à découpage prête à l'emploi pour presque tous les paramètres. Il ne coûtera probablement pas plus cher qu'un transformateur basse fréquence et, de plus, il s'avère généralement plus léger et plus compact. J'ai payé beaucoup d'argent pour les transes et j'ai passé plusieurs soirées à assembler ces tonneaux. Malgré le fait que j'avais déjà toutes les sources nécessaires. Résultat : 7 cartons d'impulsion ont été envoyés au stockage en sous-sol.

Je vais vous confier le secret de ma folie : c’est ma tentative de réduire la densité des champs électromagnétiques dans ma maison. Par exemple, il y a plusieurs années, un four à micro-ondes a été offert en cadeau aux personnes qui sortaient les poubelles de notre sous-sol. C'est vrai, ma conscience me tourmente encore un peu : après tout, ils sont désormais irradiés et mangent des aliments modifiés. Et la transe là-bas était magnifique à 1 kilowatt. 🙂

En général, le sujet des interférences électromagnétiques mérite une thèse. J'y reviendrai probablement plus d'une fois sur le blog...

Vous pouvez cliquer sur les images pour les voir en plus haute résolution.

Soudé avec une "toile d'araignée" (MGTF + Kynar)

Variations sur un thème

Dans tous les croquis ci-dessous, la numérotation des éléments de .

Deux enroulements secondaires + démarrage progressif

J'ai brièvement suggéré une telle modification dans un article précédent. Un démarrage en douceur peut être assuré en ajoutant une seule résistance R9.

Source primaire efficace - deux enroulements secondaires

Ensemble approximatif de composants :

• VD1, VD2 = Diodes Schottky 8A 40V
• VD5-8 = petit pont 0,5A 200V
• C1 = 15 000 µF 25 V
• C2, C3 = 47 µF 25 V
• C4 = 1 000 µF 35 V
• R9 = 1 kOhm
• C6 = 0,1 µF céramique

Notez la capacité accrue du C4. Avec R9, il permet une augmentation douce de la tension "V++" lorsque l'appareil est allumé. Étant donné que la tension à la sortie du régulateur ne peut pas dépasser V++ moins la tension de seuil du transistor MIS, cette modification garantit également une augmentation douce de la tension de sortie au démarrage.

Enroulement secondaire simple + démarrage progressif

Dans le schéma de cette variante, les ponts de diodes éblouissent les yeux :) Je m'empresse de rappeler que le multiplicateur lui-même est resté inchangé : toujours le même petit pont et 3 condensateurs.

Dans le cas où il existe déjà une autre source de tension positive dans le système (plusieurs volts supérieurs à ce qu'il faut obtenir à la sortie de ce régulateur), il serait raisonnable de l'utiliser comme « V++ ». De la source "V++", le régulateur ne prélève que quelques milliampères, ce qui ne devrait pas être trop contraignant pour une autre source. De cette façon, vous pouvez facilement vous débarrasser du multiplicateur.

Faisons sans limiteur de courant

Sans limiteur de courant, le circuit peut fonctionner avec une chute de tension négligeable du transistor passe-passe tout en fournissant des courants de charge importants, ce qui n'est possible avec aucun régulateur LDO commercial que je connais aujourd'hui.

Voir ci-dessous pour un exemple de liste de dénominations.

Ne lésinez pas sur les fusibles. Il vaut mieux remplacer un tube de verre bon marché par un fil que d'éteindre un transformateur fumant.
Je recommande d'installer un fusible « lent » (avec la lettre « T » - temps) immédiatement après l'enroulement secondaire du transformateur. Le fusible doit être conçu pour environ deux fois le courant de charge nominal. Je déconseille fortement de compter sur un fusible dans le câble d'alimentation, surtout lorsque le transformateur comporte plusieurs enroulements secondaires à partir desquels sont alimentés différents composants de l'appareil. Dans ce cas, le scénario « enfumé » pourrait ressembler à ceci : un secondaire est surchargé et fume déjà, tandis que la consommation totale reste dans les limites normales, par exemple en raison de l'arrêt des nœuds restants de l'appareil.

Circuit régulateur complet

Juste redessiné pour faciliter la lecture, j'espère.

Exemples de dénominations de mon prototype :

• R1, R6 = 2,2 kOhms
• R2, R3 = 470 ohms
• R4 = 0,22 Ohm 3W
• R5 = 12 kOhms
• R7 = 2,2 kOhm multitours
• C5 = 10 nF céramique
• VT1 = IRFZ40
• VT2 = 2N2222
• VD9 = 1N5244B (diode Zener 14V)

Testons !

Une photo d'un merveilleux appareil qui m'a aidé à plusieurs reprises lors du débogage d'amplificateurs audio. Cette fois, avec son aide, j'ai testé mes « barils », conçus pour 12,6V 2A avec une sortie stabilisée. Le limiteur de courant est réglé à environ 2,5 A.

Développement ultérieur de l'idée

1. Commande de commutation externe combinée à un démarrage progressif ;
2. Ventilateur thermo-régulé ;
3. Fusible thermique ;
4. Kit de bricolage ;
5. Source programmable....

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