Стабилизаторы напряжения на LM2931AZ-3.3

Схемы / Источники питания / Стабилизаторы напряжения –3 вольт
Administrator
2 843
4-02-2017, 00:49
0

Интегральные микросхемы серии LM2931 производства фирм Motorola и Texas Instruments представляют собой линейные стабилизаторы напряжения положительной полярности с малым напряжением насыщения. Эти микросхемы выпускаются в корпусах ТО-220, ТО-263, DIP-8, ТО-92 и рассчитаны на фиксированные выходные напряжения 3,3 В, 5,0В, также есть микросхемы этой серии с регулируемым выходным напряжением. Микросхемы на фиксированное выходное напряжение выпускаются в корпусах с тремя выводами, микросхемы с регулируемым выходным напряжением выпускаются в корпусах с пятью и восемью выводами. Структурный состав микросхем показан на рис. 1, у микросхем на фиксированное выходное напряжение выводы «ADJ» и «ON/OFF» отсутствуют.

Имея в наличии микросхемы типа LM2931AZ-3.3, выпускаемые в трёхвыводном корпусе ТО-92 можно собрать простой стабилизатор на выходное напряжение +3,3 В, рис. 2. Стабилизатор рассчитан на диапазон входных напряжений +4...18 В, максимальный ток нагрузки 100 мА. Рассеиваемая корпусом микросхемы мощность не должна превышать 0,6 Вт. Максимальное входное рабочее напряжение для всех микросхем серии LM2931 26 В. Ток покоя авторского экземпляра стабилизатора составил 0,3 мА при входном напряжении 9 В при отключенной нагрузке.

При токе нагрузки 80 мА напряжение насыщения микросхемы составило 0,35В, это означает, что при выходном напряжении 3,3 В минимальное входное напряжение стабилизатора, при котором сохраняется стабилизация выходного напряжения, будет около 3,65 В. При меньшем токе нагрузки напряжение насыщения регулирующего двухколлекторного p-n-р транзистора Q1 будет меньше. Если напряжение на входе стабилизатора будет меньше суммы выходного напряжения и напряжения насыщения, то ток покоя стабилизатора увеличивается на несколько миллиампер. Малый ток покоя микросхемы LM2931AZ-3.3 и её малое напряжение насыщения позволяет использовать её в качестве стабилизатора напряжения в устройствах с автономным питанием, например, питаемых от литиевых аккумуляторов с номинальным напряжением 3,7В, эксплуатируемых периодически, например, малогабаритные радиоприёмники, радиомикрофоны, измерительные приборы.

Для устройств, работающих круглосуточно от автономных источников энергии, целесообразно применять более экономичные интегральные стабилизаторы напряжения положительной полярности с меньшим током покоя, например, LP2950, LP2951 (75 мкА), МС78ВСхх (50 мкА), MC78FCxx (1,1 мкА).

На рис. 3 представлена схема блока питания с переключаемым выходным напряжением. Это функционально законченное устройство представляет собой блок питания с линейным стабилизатором выходного напряжения, рассчитанным на максимальный ток нагрузки 1,5 А. Выходное напряжение можно установить равным 3,3 В, 5,0 В, 6,5 В или 9,3 В. Напряжение сети переменного тока 220 В поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора Т 1 через замкнутые контакты выключателя SA 1, плавкий предохранитель FU1 и защитный резистор R 1. Напряжение переменного тока около 12 В через полимерный самовосстанавливающийся предохранитель FU2 поступает на мостовой диодный выпрямитель VD 1- VD 4, выполненный на диодах Шотки.

Применение таких диодов примерно вдвое уменьшает потери мощности и напряжения на диодам выпрямительного моста, в сравнении, с выпрямительным мостом на обычных кремниевых диодах. Варистор RU 1 защищает трансформатор и диоды Шотки от всплесков напряжения сети. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор большой ёмкости С 5. Для увеличения выходного тока и мощности стабилизатора напряжения, установлен мощный дискретный р-п-р транзистор VT 1, который начинает открываться при токе нагрузки более 50 мА. Конденсатор С 7 устраняет самовозбуждение микросхемы DA 1.

Выходное напряжение стабилизатора выбирается с помощью переключателя SA 2. Когда переключаемый контакт находится в верхнем по схеме положении, выходное напряжение стабилизатора будет около 3,3 В. Если переключатель установить на ступеньку ниже, то выходное напряжение стабилизатора увеличится на суммарное рабочее напряжение последовательно включенных диода Шотки VD 5 и светодиода HL 1. Конденсатор С 8 уменьшает броски выходного напряжения при изменении позиции переключателя SA2. Резистор R4 уменьшает ток разрядки конденсатора С8 при переключении выходного напряжения с большего на меньшее. Напряжение насыщения стабилизатора, собранного по схеме рис. 3, без учёта пульсаций напряжения на выводах конденсатора С 5 будет 1,5 В при токе нагрузки 1,5 А, или 1,2 при токе нагрузки 1 А, или 1 В при токе нагрузки 0,5 В.

Это примерно в два...три раза меньше, чем у стабилизаторов напряжения, собранных на распространённых микросхемах интегральных стабилизаторов напряжения серий 78хх, 78Мхх, КР142ЕНхх. При изменении тока нагрузки от 0 до 1,5 А выходное напряжение изменяется не более чем на 10 мВ.

Если в устройстве, собранным по схеме рис. 3, конденсатор С 8 установить ёмкостью 0,047 мкФ, переключатель SA 2 и резистор R4 исключить, а вместо цепочки последовательно включенных светодиодов HL1 - HL3 и диода Шотки VD 5 включить мигающий одноцветный светодиод, зашунтированный маломощным стабилитроном с рабочим напряжением 9 В, например, BZV55C-9V1, и подключить к выходу стабилизатора лампу накаливания на рабочее напряжение 12... 13,5 В, то такая лампа будет вспыхивать в паузах свечения светодиода. В этом случае, желательно конденсатор С 10 установить ёмкостью 47 мкФ.

Большинство деталей блока питания, собранного по схеме рис. 3, можно смонтировать на печатной плате размерами 80x50 мм, рис. 4. Плавкий предохранитель FU1 размещён в держателе предохранителя типа ДВП4-1, закрепленном на корпусе устройства. Варистор FNR-14К471 припаян к клеммам первичной обмотки понижающего трансформатора. Вместо такого варистора можно установить FNR-20K471, MYG20-431, MYG20-471, LF14K471. Постоянные резисторы типов РПМ, МЛТ, С1-4, С2-23, С2-33 или аналогичные общего применения соответствующей мощности. Оксидные конденсаторы типов К50-35, К50-68 или импортные аналоги. Неполярные конденсаторы керамические или малогабаритные плёночные на рабочее напряжение не менее 25 В. Диоды Шотки 1N5822 можно заменить аналогичными MBRS340T3, MBRS360T3, MBRD340, MBR340, MBR350, SR360, 5GWZ47. Диод SB140 можно заменить на любой из 1N5817 - 1N5819, MBRS130LT3, MBR0520LT1, MBR0520LT3.

Упомянутые в вариантах возможных замен диоды Шотки выполнены в различных корпусах. Транзистор VT 1 должен быть с коэффициентом передачи тока базы не менее 40 при токе коллектора 1 А. Можно заменить любым из серий КТ818, 2Т818, КТ855, 2SA1293, 2SA1441, 2SA473. Транзистор устанавливают на дюралюминиевый теплоотвод. Упомянутые транзисторы имеют различия в цоколёвках выводов и типе корпуса. Перед установкой обязательно измеряйте у транзистора коэффициент передачи тока базы, особенно это касается мощных отечественных транзисторов упомянутых серий, среди которых часто встречаются экземпляры с h21э меньше 10. Микросхемы серии LM2931, выпускаемые в корпусах различных типов, имеют различия в цоколёвках выводов.

На принципиальной схеме указана цоколёвка для микросхем в корпусе ТО-92 (КТ-26) — пластмассовый корпус как у отечественных транзисторов КТ502, КТ209. Светодиоды HL1, HL2 отечественные красного цвета свечения с прямым рабочим напряжением около 1,5В. Светодиод RL50-CB744D синего цвета свечения с прямым рабочим напряжением 2,8 В. От рабочего напряжения светодиодов зависят выходные напряжения стабилизатора. Вместо светодиодов можно установить по несколько последовательно включенных маломощных кремниевых диодов, например, КД522, 1N4148, или маломощные стабилитроны на необходимое рабочее напряжение. Выключатель питания SA1 малогабаритный клавишный типа SS21 (4 А, ~250 В). Переключатель SA 2 любого типа на 4 положения свободные группы контактов соединяют параллельно. Полимерный самовосстанавливающийся предохранитель MF-R160 можно заменить на LP30-160, LP60-160.

Унифицированный понижающий трансформатор ТП8-25-220-50 можно заменить на ТП8-26-220-50. Эти трансформаторы имеют по две вторичные обмотки, которые нужно соединить параллельно, соблюдая фазировку. Подойдут и другие трансформаторы с габаритной мощностью 20...30 Вт, вторичная обмотка которых рассчитана на выходное напряжение 11... 14 В при токе нагрузки 1,5 А [1, 2]. Резистор R 1 устанавливают сопротивлением, примерно равным половине сопротивления первичной обмотки трансформатора.

Бутов А.Л.

Литература:

1.Миниатюрные силовые трансформаторы HR. — Радиоконструктор, 2011, № 6, № 9.

Тороидальные силовые трансформаторы HR. — Радиоконструктор, 2011, № 6, № 9.
Бутов А.Л. Стабилизаторы на микросхемах AMS1117-хх. — Радиоконструктор, 2008, № 6, с. 24, 25.
Бутов А.Л. Стабилизаторы напряжения на ИМС L88MS33T. — Радиоконструктор, 2011, №11, с. 14-16.
Бутов А.Л. Мощный низковольтный регулируемый блок питания на LX8384-00CP. —

Радиоконструктор, 2012, №11, с. 13- 16.

Источник: Радио-конструктор 4 за 2013 год

Обсудить на форуме