Проблемы стабилизаторов напряжений

Материал из Wiki.ROM.by
Перейти к: навигация, поиск

Содержание

Для начала разберёмся с теорией, а потом перейдём к практике :)

Итак, стабилизаторы... На данный момент на материнских платах и видекартах можно встретить как линейные так и импульсные стабилизаторы напряжения. Рассмотрим сначала их принцип действия и особенности.

Линейные стабилизаторы

Представляют собой активный элемент (обычно биполярный, составной биполярный или полевой транзистор), который управляется операционным усилителем.

Имеет невысокий КПД, так-как Iнагр.= Iпотр., соответственно для обеспечения приемлеемого КПД, надо чтобы Uвых. было меньше Uвх. на величину падения напряжения на активном элементе + запас на регулировку. НО! в таком случае ,при низком входном напряжении. может не хватить напряжения открывания транзистора.

Компромисным вариантом при высоком Uвх. является включение перед стабилизатором гасящего резистора соотв. мощности или одного-двух диодов.

Интегральный стабилизатор

Рассмотрим пример с интегральным стабилизатором LM1085:

Интегральный стабилизатор LM1085
Схема включения LM1085


Это был рассмотрен стабилизатор с изменяемым выходным напряжением (маркируются как Adj), но!!! если его вывод Adj заземлить, то напряжение на выходе будет равно V ref, т.е. 1.24 Вольта. Соответственно, если взять стабилизатор с фиксированным напряжением, допустим на 3.3 Вольта и включить по схеме подстраиваемого, (пересчитав делитель с учётом V Ref = 3.3B) то получим тот-же регулируемый :)

Связка TL431 + транзистор

Другим распространённым вариантом линейного стабилизатора является связка TL431 и её клонов + транзистор:

Что-же такое TL431?

Схема с TL431

Из рисунка видно, что это стабилитрон с каким-то средним выводом :) Так оно и есть: это управляемый стабилитрон:

Управляемый стабилитрон






Выпускаются модели со встроеным опорным источником как на 2,5, так и на 1,25..так что проверяйте что покупаете или сдуваете с платы :)

Типовая схема включения в режиме стабилизатора напряжения

В случае , когда активным элементом служит полевой транзистор может возникнуть необходимость в подаче отдельного напряжения смещения на затвор.








LM358+транзистор

Типовой стабилизатор Vtt

Повторение интегрального варианта на дискретных элементах (при нынешних ценах, ОУ - это дискретный элемент :))

Всё тоже самое, только опорное напряжение внешнее, и обычно формируется или внешним комбинированным контроллером, или TL431 в стабилитронном включении.



Импульсные стабилизаторы

Здесь будут рассмотрены понижающие стабилизаторы, т.к. на материнских платах повышающих я не видел (за исключением, пожалуй, ABIT с его ламповым предусилителем :) )

Понижаюший DC-DC преобразователь

В импульсных стабилизаторах регулируемое сопротивление заменяется ключом. В качестве ключа обычно применяют транзистор (биполярный или полевой), который периодически переходит из закрытого состояния в открытое и наоборот, то подсоединяя, то отсоединяя нагрузку, и тем самым регулируя среднюю мощность, забираемую ею от источника. Величина Uвых. зависит от соотношения длительности открытого и закрытого состояний ключа. Частота переключений регулирующего элемента от единиц до сотен кГц, поэтому сглаживание пульсаций достигается малогабаритным фильтром, включенным после регулирующего элемента. Так как потери мощности в ключе малы, КПД достигает 0.85 0.95 при относительной нестабильности 0.1%.

Схема понижающего DC-DC преобразователя

СУ - сравнивающее устройство, включающее ИОН. ИУ - импульсное устройство.

Регулирующий транзистор VT работает в режиме переключений и соединен последовательно с сопротивлением нагрузки Rн. Дроссель и конденсатор образуют сглаживающий фильтр для сглаживания пульсаций Uвых. Диод VD включен в обратном направлении.

Сигнал ошибки, возникший из-за дестабилизирующих факторов, подается со схемы сравнения, которая содержит ИОН, на вход ИУ. В ИУ происходит преобразование медленно меняющегося постоянного напряжения в последовательность импульсов. Если ИУ создает на своем выходе импульсную последовательность с постоянным периодом повторения и с меняющейся в зависимости от сигнала ошибки длительностью импульса tи, то схему называют стабилизатором с широтно - импульсной модуляцией (ШИМ), если tи=const, а меняется частота, то это стабилизатор с частотно - импульсной модуляцией (ЧИМ).

В-основном используются ШИМ стабилизаторы, хотя встречаются и ЧИМ стабилизаторов на базеMC34063A, причём на некоторых платах под Pentium || даже в питании процессора!!!

Понижаюший синхронный DC-DC преобразователь

Этот тип преобразователей, ввиду бОльшего КПД, применяется в самых сильноточных цепях материнских плат: преобразователях питания ядра процессора. Всё отличие от простого понижающего DC-DC преобразователя в том, что диод заменён на второй ключ. В первом случае диод "открывается " самостоятельно, после того как напряжение на диоде станет больше напряжения отпирания. Поэтому, чем ниже выходное напряжение, тем больше потери на диоде. Рассмотрим устройство ШИМ контроллера SC1164

Внутреннее устройствоSC1164
типовая схема включения SC1164
Диаграммы напряжений в силовой части

Как видно в неё интегрированы ещё и 2 контроллера линейных стабилизаторов 1,5 и 2,5 Вольт, но это непринципиально.

Частота переключения фиксирована и равна 200КГц.





Защиты: Защита по току: Резистор R8 является датчиком тока, резисторы R4 и R5 образуют делитель напряжения. Сигнал с делителя подаётся на CS+ CS- и сравнивается с опорой 70mV.

Обратная связь по напряжению: напрямую на VOSENCE

Защита от перенапряжения на выводе OVP формируется высокий уровень, при превышении выходного напряжения на 20% от установленного VID-ами


Персональные инструменты
Google