Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе
При проектировании сильноточных стабилизаторов напряжения радиолюбители обычно используют специализированные микросхемы стабилизаторе TL431 или аналогичные, усиливая их мощность одним или несколькими подключенными биполярными транзисторами.
Однако, применяя мощный полевой транзистор, можно существенно упростить схему стабилизатора. Рассмотрим один из вариантов такого устройства, собранного на мощном полевом транзисторе IRLR2905.
Загляните на мой Телеграмм КАНАЛ Азбука РадиоСхем
Схема одного из вариантов такого стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе приведена на рисунке.
Основные характеристики IRLR2905
В этом стабилизаторе транзистор IRLR2905 используется в линейном режиме, хотя изначально он предназначен для ключевого режима работы. Среди его преимуществ:
- Низкое сопротивление открытого канала (≈0,027 Ом).
- Способность проводить ток до 30 А при температуре корпуса до 100 °C.
- Высокая крутизна характеристики.
- Низкое управляющее напряжение на затворе (≈2,5–3 В).
- Максимальная рассеиваемая мощность — до 110 Вт.
LDO стабилизатор с низким падением напряжения на BC547B и BD136: принцип работы
Принцип работы
Основу стабилизатора составляет микросхема стабилизатора напряжения TL431 (аналог КР142ЕН19). Схема устройства представлена на рисунке выше.
Алгоритм работы:
- Переменное напряжение с трансформатора Т1 выпрямляется диодным мостом VD1 и сглаживается конденсатором большой емкости (C1).
- Постоянное напряжение подается на сток транзистора VT1. И также через резистор R1 управляющее напряжение поступает на стабилитрон и на затвор силового транзистора VT1, управляя его открытием.
- Часть выходного напряжения через делитель R2-R3 подается на управляющий вход микросхемы DA1 — стабилизатор напряжения TL431. Формируя обратную связь.
- Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В. В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, т. е. частично закрывая его, и устройство входит в режим стабилизации. Конденсатор СЗ ускоряет выход стабилизатора на рабочий режим.
- Конденсаторы С1, С2 и С4 обеспечивают устойчивую работу стабилизатора.
Регулировка выходного напряжения: Выходное напряжение стабилизатора можно изменять подбором сопротивления резистора R2. Значение выходного напряжения можно установить в пределах от 2,5 до 30 В .
Применение и особенности подключения цифрового вольтметра-амперметра
При необходимости плавной регулировки выходного напряжения постоянный резистор R2 следует заменить переменным или подстроечным резистором. Значение выходного напряжения можно определить по формуле
Uвых = 2,5(1+R2/R3).
Устранение недостатков
- Падение напряжения на транзисторе: Для описанного варианта стабилизатора минимальное падение напряжения составляет 2,5–3 В, что обусловлено схемой питания затвора от стока. Хотя потенциально этот транзистор может работать при напряжении падения сток-исток, близком к нулю. Для уменьшения этого падения рекомендуется использовать дополнительный выпрямитель с напряжением на 5–7 В выше выходного. Если это невозможно, можно ввести диод VD2 и конденсатор C5. Благодаря диоду VD2 и конденсатору С5 напряжение на затворе будет примерно равно пиковому значению пульсирующего, те. может быть на несколько вольт больше, чем среднее или минимальное. Поэтому стабилизатор оказывается работоспособным при меньшем среднем напряжении сток-исток. Эта доработка позволяет:
- Поднять напряжение на затворе за счет пульсаций.
- Это даст возможность Уменьшить минимальное напряжение сток-исток, улучшая работу устройства.
Лучшие результаты удастся получить, если диод VD2 подключить к выпрямительному мосту. В этом случае напряжение на конденсаторе С5 увеличится, поскольку падение напряжения на диоде VD2 будет меньше, чем падение напряжения на диодах моста, особенно при максимальном токе.
Хотя транзистор и рассчитан на большие токи и большую рассеиваемую мощность, для реализации всех его возможностей необходимо обеспечить эффективный теплоотвод.
- Самовозбуждение стабилизатора: Для предотвращения самовозбуждения во всем диапазоне токов рекомендуется параллельно сглаживающим конденсаторам C1, C2 и C4 подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с короткими выводами. Их следует размещать как можно ближе к VT1 и DA1.
Неплохой и дешевый Модуль LX-2BUPS для создания UPS/ ИБП на 2 Li-Ion 18650 аккумулятора
Практические рекомендации
- Теплоотвод: Для эффективного отвода тепла от VT1 транзистор необходимо установить на радиатор. Рекомендуется использовать медную пластину толщиной несколько миллиметров для лучшего теплового контакта.
- Компоненты:
- Резисторы: маломощные
- Конденсаторы: для улучшения характеристик можно танталовые, малогабаритные.
- Диод VD2: с малым падением напряжения (например, диод Шоттки).
- Трансформатор, диодный мост и конденсатор C1 подбираются в зависимости от требуемых параметров стабилизатора.
Выводы
Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе — простое и эффективное решение для реализации сильноточного блока питания. При правильной настройке и учете всех особенностей конструкции данное устройство обеспечивает стабильное выходное напряжение и высокую надежность.
