선형 전압 안정기 - 목적, 기본 매개변수 및 스위칭 회로
아마도 오늘날 전자 보드는 적어도 하나의 정전압 소스 없이는 할 수 없습니다. 그리고 매우 자주 마이크로 회로 형태의 선형 전압 조정기가 이러한 소스로 사용됩니다. 어떤 식으로든 전압이 부하 전류에 따라 달라지고 여러 가지 이유로 약간 다를 수 있는 변압기가 있는 정류기와는 달리 통합 미세 회로 - 안정기(레귤레이터)는 정확하게 정의된 범위에서 일정한 전압을 제공할 수 있습니다. 부하 전류 .
이 미세 회로는 활성 모드에서 지속적으로 작동하는 전계 효과 또는 바이폴라 트랜지스터를 기반으로 제작되었습니다. 조정 트랜지스터 외에도 선형 안정기의 미세 회로 수정에 제어 회로도 설치됩니다.
역사적으로 이러한 안정 장치를 미세 회로 형태로 제조하는 것이 가능해지기 전에 작동 중 가열로 인해 미세 회로 노드의 매개 변수가 변경되기 때문에 매개 변수의 온도 안정성 문제를 해결하는 문제가 있었습니다.
해결책은 1967년에 미국의 전자 공학자 Robert Widlar가 조정 트랜지스터가 조정되지 않은 입력 전압 소스와 부하 사이에 연결되고 온도 보상 기준 전압이 있는 오류 증폭기가 있는 안정기 회로를 제안했을 때 나왔습니다. 제어 회로. 그 결과 시장에서 선형 일체형 스태빌라이저의 인기가 급격히 높아졌습니다.
아래 사진을 확인하십시오. 여기에 표시된 것은 선형 전압 조정기(예: LM310 또는 142ENxx)의 단순화된 다이어그램입니다. 이 방식에서 비 반전 음 전압 피드백 연산 증폭기는 출력 전류를 사용하여 공통 컬렉터-에미 터 팔로워가있는 회로에 연결된 조정 트랜지스터 VT1의 잠금 해제 정도를 제어합니다.
연산 증폭기 자체는 단극 포지티브 전압 형태의 입력 소스에 의해 전원이 공급됩니다. 음의 전압은 여기에 공급하기에 적합하지 않지만 연산 증폭기의 공급 전압은 과부하나 손상에 대한 두려움 없이 문제 없이 두 배가 될 수 있습니다.
결론은 깊은 네거티브 피드백이 입력 전압의 불안정성을 중화한다는 것입니다. 이 회로의 값은 30V에 도달할 수 있습니다. 따라서 고정 출력 전압 범위는 칩 모델에 따라 1.2~27V입니다.
스태빌라이저 마이크로 회로에는 전통적으로 입력, 공통 및 출력의 세 가지 핀이 있습니다.그림은 기준 전압을 얻기 위해 마이크로 회로의 일부인 차동 증폭기의 일반적인 회로를 보여줍니다. 제너다이오드 적용.
저전압 조정기에서 전압 기준은 Widlar가 그의 첫 번째 선형 통합 조정기인 LM109에서 처음 제안한 것처럼 갭에서 얻습니다. 출력 전압이 공식 Uout = Uvd (1 + R2 / R1)에 따라 기준 전압에 비례하는 것으로 밝혀지는 동작에 의해 저항 R1 및 R2의 네거티브 피드백 회로에 분배기가 설치됩니다.
스태빌라이저에 내장된 저항 R3 및 트랜지스터 VT2는 출력 전류를 제한하는 역할을 하므로 전류 제한 저항의 전압이 0.6V를 초과하면 트랜지스터 VT2가 즉시 개방되어 주 제어 트랜지스터 VT1의 기본 전류가 제한된. 스태빌라이저의 정상 작동 모드에서 출력 전류는 0.6 / R3으로 제한됩니다. 조정 트랜지스터에 의해 소비되는 전력은 입력 전압에 따라 달라지며 0.6(Uin — Uout) / R3입니다.
어떤 이유로 통합 스태빌라이저의 출력에서 단락이 발생하면 크리스탈의 소산 전력은 전압 차이에 비례하고 저항 R3의 저항에 반비례하여 이전과 같이 남아 있으면 안됩니다. 따라서 회로에는 제너 다이오드 VD2 및 저항 R5와 같은 보호 요소가 포함되어 있으며 그 작동은 전압 Uin -Uout의 차이에 따라 전류 보호 수준을 설정합니다.
위의 그래프에서 최대 출력 전류가 출력 전압에 따라 달라지므로 선형 안정기의 미세 회로가 과부하로부터 안정적으로 보호됨을 알 수 있습니다.전압 차이 Uin-Uout이 제너 다이오드 VD2의 안정화 전압을 초과하면 저항 R4 및 R5의 분배기는 트랜지스터 VT2의 베이스에 충분한 전류를 생성하여 트랜지스터를 끄고 베이스 전류 제한을 발생시킵니다. 조절 트랜지스터 VT1을 증가시킵니다.
ADP3303과 같은 최신 선형 레귤레이터 모델에는 크리스탈이 165°C로 가열될 때 출력 전류가 급격히 떨어질 때 열 과부하 보호 기능이 장착되어 있습니다. 위 다이어그램의 커패시터는 주파수를 균등화하는 데 필요합니다.
그건 그렇고, 커패시터에 대해. 마이크로 회로의 내부 회로의 잘못된 활성화를 방지하기 위해 최소 용량이 100nf 인 커패시터를 통합 스태빌라이저의 입력 및 출력에 연결하는 것이 일반적입니다. 한편, 입력 및 출력에 안정화 커패시터를 설치할 필요가 없는 REG103과 같은 소위 무캡 스태빌라이저가 있습니다.
출력 전압이 고정된 선형 안정기 외에도 안정화를 위해 출력 전압을 조정할 수 있는 안정기가 있습니다. 그들에서 저항 R1과 R2의 분배기가 누락되고 트랜지스터 VT4의베이스가 142EN4 칩과 같은 외부 분배기를 연결하기 위해 칩의 별도 다리로 나옵니다.
LM317과 같이 제어 회로의 전류 소비가 수십 마이크로 암페어로 감소되는 보다 현대적인 스태빌라이저에는 핀이 세 개뿐입니다.공정하게 말하면 오늘날 TPS70151과 같은 고정밀 전압 조정기도 있습니다. 몇 개의 추가 핀이 있기 때문에 연결 전선, 부하 방전 제어 등에 전압 강하 보호를 적용할 수 있습니다. .
위에서 우리는 공통 와이어와 관련된 양의 전압 안정기에 대해 이야기했습니다. 유사한 방식이 음의 전압을 안정화하는 데에도 사용되며 공통 지점에서 입력의 출력 전압을 전기적으로 분리하는 것만으로 충분합니다. 그런 다음 출력 핀은 공통 출력 지점에 연결되고 음의 출력 지점은 스태빌라이저 칩의 공통 지점에 연결된 입력 마이너스 지점이 됩니다. 1168ENxx와 같은 음극 전압 조정기는 매우 편리합니다.
한 번에 두 개의 전압(양극성 및 음극성)을 얻어야 하는 경우 이를 위해 대칭적으로 안정화된 양전압 및 음전압을 동시에 제공하는 특수 안정기가 있으므로 양 및 음의 입력 전압을 적용하는 것으로 충분합니다. 입력에. 이러한 양극성 안정기의 예는 KR142EN6입니다.
위의 그림은 이를 단순화한 다이어그램입니다. 여기서 차동 증폭기 # 2는 트랜지스터 VT2를 구동하므로 평등 -UoutR1 / (R1 + R3) = -Uop이 관찰됩니다. 그리고 증폭기 #1은 트랜지스터 VT1을 제어하여 저항 R2와 R4의 접합점에서 전위가 0으로 유지되도록 합니다. 동시에 저항 R2와 R4가 같으면 출력 전압(양과 음)은 대칭을 유지합니다.
두 개의 (포지티브 및 네거티브) 출력 전압 간의 균형을 독립적으로 조정하기 위해 추가 트리밍 저항을 마이크로 회로의 특수 핀에 연결할 수 있습니다.
위의 선형 조절 회로의 최소 전압 강하 특성은 3볼트입니다. 이는 배터리 또는 배터리 전원 공급 장치의 경우 상당히 많으며 일반적으로 전압 강하를 최소화하는 것이 바람직합니다. 이를 위해 출력 트랜지스터는 차동 스테이지의 콜렉터 전류가 조정 트랜지스터 VT1의 베이스 전류와 동시에 되도록 pnp 유형으로 만들어집니다. 이제 최소 전압 강하는 1볼트 정도가 됩니다.
네거티브 전압 조정기는 처짐을 최소화하면서 유사한 방식으로 작동합니다. 예를 들어, 1170ENxx 시리즈 레귤레이터는 약 0.6V의 전압 강하를 가지며 최대 100mA의 부하 전류에서 TO-92 케이스로 만들 때 과열되지 않습니다. 스태빌라이저 자체는 1.2mA 이하를 소비합니다.
이러한 안정제는 낮은 처짐으로 분류됩니다. MAX8865 칩과 같은 MOSFET 기반 조정기(1mA 칩 전류 소비에서 약 55mV)에서는 훨씬 더 낮은 전압 강하가 달성됩니다.
일부 스태빌라이저 모델에는 대기 모드에서 장치의 전력 소비를 줄이기 위해 셧다운 핀이 장착되어 있습니다. 로직 레벨이 이 핀에 적용되면 스태빌라이저의 소비가 거의 0으로 줄어듭니다(라인 LT176x).
일체형 선형 안정 장치에 대해 말하면 동적 및 정확한 매개 변수뿐만 아니라 특성에 주목합니다.
정확도 매개변수는 안정화 계수, 출력 전압 설정 정확도, 출력 임피던스 및 전압 온도 계수입니다. 이러한 각 매개변수는 문서에 나열되어 있습니다. 이들은 입력 전압과 크리스탈의 현재 온도에 따른 출력 전압의 정확도와 관련이 있습니다.
리플 억제 비율 및 출력 임피던스와 같은 동적 매개변수는 부하 전류 및 입력 전압의 다른 주파수에 대해 설정됩니다.
입력 전압 범위, 정격 출력 전압, 최대 부하 전류, 최대 전력 손실, 최대 부하 전류에서의 최대 입력 및 출력 전압 차이, 무부하 전류, 작동 온도 범위와 같은 성능 특성은 이러한 모든 매개변수가 하나 또는 특정 회로에 대한 other.stabilizer.
선형 안정기를 포함하는 일반적이고 가장 많이 사용되는 회로는 다음과 같습니다.
고정 출력 전압으로 선형 안정기의 출력 전압을 증가시켜야 하는 경우 제너 다이오드가 공통 단자에 직렬로 추가됩니다.
허용 가능한 출력 전류를 최대화하기 위해 더 강력한 트랜지스터가 스태빌라이저와 병렬로 연결되어 미세 회로 내부의 조정 트랜지스터를 복합 트랜지스터의 일부로 바꿉니다.
전류 안정화가 필요한 경우 다음 구성표에 따라 전압 안정기가 켜집니다.
이 경우 저항 양단의 전압 강하는 안정화 전압과 같아 안정화 전압이 높으면 상당한 손실이 발생합니다.이와 관련하여 1.2V용 KR142EN12와 같이 가능한 가장 낮은 출력 전압을 위한 스태빌라이저를 선택하는 것이 더 적절할 것입니다.