Стабилизаторы напряжения 5 вольт. l7805,lm2576.
Доброго времени суток!
Сегодня, хотелось бы затронуть тему питания электронных устройств.
Итак, прошивка готова, микроконтроллер куплен, схема собрана, остается лишь подключить питание, но где его взять? Предположим что микроконтроллер AVR и схема запитывается 5 вольтами.
Получить 5в нам помогут следующие схемы:
Линейный стабилизатор напряжения на микросхеме L7805
Данный способ самый простой и дешевый. Нам понадобятся:
- Микросхема L7805 или её аналоги.
- Крона 9v или любой другой источник питания (ЗУ телефона, планшета, ноутбука).
- 2 конденсатора (для l7805 это 0.1 и 0.33 микроФарад).
- Радиатор.
Соберем следующую схему:
Данный стабилизатор основывает свою работу на микросхеме l7805, которая обладает следующими характеристиками:
Максимальный ток: 1.5A
Входное напряжение: 7-36В
Выходное напряжение:5В
Конденсаторы служат для сглаживания пульсаций. Однако, падение напряжения происходит непосредственно на микросхеме. То есть если на вход мы подаем 9 вольт, то 4 вольта (Разница между входным напряжением и напряжением стабилизации) упадут на микросхеме l7805. Это приведет к выделению тепла на микросхеме, количество которого легко рассчитать по формуле:
(Входное напряжение – напряжения стабилизации)* ток через нагрузку.
То есть если мы подаем 12 вольт на стабилизатор, которым мы питаем схему, которая потребляет 0.1 Ампера, на l7805 рассеется (12-5)*0.1=0.7 вт тепла. Поэтому, микросхему необходимо закрепить на радиаторе:
Плюсы данного стабилизатора:
- Дешевизна (Без учета радиатора).
- Простота.
- Легко собирается навесным монтажом, т.е. отсутствует необходимость изготовления печатной платы.
Минусы:
- Необходимость размещения микросхемы на радиаторе.
- Отсутствует возможность регулировки стабилизируемого напряжения.
Данный стабилизатор отлично подойдет как источник напряжения для простых, нетребовательных к питанию схем.
Импульсный стабилизатор напряжения
Для сборки нам понадобится:
- Микросхема LM2576S-5.0 (Можно взять аналог, однако обвязка будет другой, уточните в документации конкретно вашей микросхемы).
- Диод 1N5822.
- 2 конденсатора(Для LM2576S-5.0, 100 и 1000 микроФарад).
- Дроссель (Катушки индуктивности) 100 микроГенри.
Схема подключения следующая:
Микросхема LM2576S-5.0 обладает следующими характеристиками:
- Максимальный ток: 3A
- Входное напряжение:7-37В
- Выходное напряжение: 5В
Стоит заметить что данный стабилизатор требует большего количества компонентов( А так же наличия печатной платы, для более аккуратного и удобного монтажа). Однако данный стабилизатор обладает огромным преимуществом перед линейным собратом — он не греется, да и максимальный ток в 2 раза выше.
Плюсы данного стабилизатора:
- Меньший нагрев (Отсутствует необходимость покупки радиатора).
- Больший максимальный ток.
Минусы:
- Дороже линейного стабилизатора.
- Сложность навесного монтажа.
- Отсутствует возможность изменения стабилизируемого напряжения (При применении микросхемы LM2576S-5.0).
Для питания простых любительских схем на микроконтроллерах AVR, представленных выше стабилизаторов достаточно. Однако в следующих статьях, мы попробуем собрать лабораторный блок питания, который позволит быстро и удобно настраивать параметры питания схем.
Спасибо за внимание!
RDC1-0013 5V, Импульсный понижающий стабилизатор напряжения. LM2575-5, 6-40В / 5В. 1А
То, что у вас уже есть, вы можете удалить в корзине.
Часто бывает, что в ваших проектах необходимы два источника питания. Например, один для аналоговой части и другой (5В) для цифровой. Самое простое это применить линейный стабилизатор типа LM7805. И получить стабильные 5В из источника питания для аналоговой части, который обычно гораздо выше 5В. Хорошо. А если этот источник вольт так 25 или 35? Прикрутить хороший радиатор и вперёд, скажете вы. А мы предлагаем построить высокоэффективную замену популярному линейному стабилизатору LM7805 (он же КР142ЕН5А) на импульсном понижающем стабилизаторе LM2575.
Из-за высокой эффективности преобразователя LM2575, используемого в модуле, на нем рассевается значительно меньше тепла, а это значит, что для отвода тепла достаточно радиатора выполненного печатным образом на плате. Что мы и сделали!
Подайте на вход напряжение до 36В и на выходе вы получите стабильные 5В и с током до 1А. Нужен больший ток? Замените LM2575 на LM2576S-5.0 и будет вам 3А! На той же плате.
Электрическая схема
Схема подключения RDC1-0013 12V
Печатная плата и монтажная схема
Внешний вид собранного модуля
RDC1-0013 5V на макетной плате breadboard
Это открытый проект! Лицензия, под которой он распространяется – Creative Commons — Attribution — Share Alike license. Проект выполнен в KiCad. Любые файлы доступны для скачивания.
Мелкие стабилизаторы с 2.5-15В до 3.3/5 В.
Всем привет! Дошли мне универсальные модули, которые можно запитывать от 2.5 до 15 Вольт и получать на выходе стабильные 3.3 или 5 Вольт и 600мА(в пике больше). В лоте две позиции, обе и заказал, дабы быстро определиться с «перемычкой» для переключения режимов. Но так получилось, что мне пришли платы разных ревизий и все резисторы были разных номиналов, да и контроллеры малость отличались, так что придется лезть в даташит. Под катом посмотрим как они себя ведут в цепи, сколько потребляют в разных режимах, какую нагрузку держат, в общем как всегда =)Характеристики.
Наименование: DC-DC Step Up Step Down Module
Входное напряжение: 2.5В-15В
Выходное напряжение: опционально 3.3В/5В
Выходной ток: 0.6A
КПД: 85%
Пульсации выхода: <50mv
Погрешность: ±0.1В
Размер: 17×13мм
Вес: 1.2г
Распаковка и внешний вид.
Серый пакет. По факту было 2 пакета, каждый модуль пришел отдельно.
Пенополиэтилен.
И вот такие пакетики. Один ноунейм, второй с принтом от Лантиан(5 Вольт).
На вид абсолютно одинаковые. Маркировка контроллеров B6287m и B6287l. Даташит на что-то похожее.
С обратной стороны продублирована маркировка контактов, выходное напряжение и ревизия
Автономность.
Зачастую это не последние по значимости данные для повышающих/понижающих плат, ведь никто не хочет, чтобы инструмент высаживал источник питания за пару дней безделья. И показатели неплохие. 5 Вольтовую плату я к этому моменту уже спалил, поэтому проверил только модуль с 3.3В выходом.
Минимальное напряжение входа 1.8В, потребление платы 112 мкА
2 Вольта. Потребление упало до 107 мкА
2.5 Вольта. Потребление 100 мкА
3 Вольта. 96 мкА
3.7В -среднее напряжение элемента 18650. Плата перешла в режим «понижайки», потребление 113 мкА.
4.2 Вольта — полностью заряженный литиевый аккумулятор. Потребление 139 мкА.
5 Вольт, например питание от USB. Потребление 166 мкА
12 Вольт, блок питания или 3S сборка лития. Потребление 186 мкА
15 Вольт, например та же 3S сборка и максимально допустимое напряжение входа. Потребление 188 мкА
А я напоминаю, что 100 мкА это 0.1 мА или 0,0001 Ампера. Получается, что во время простоя на разряд литиевого RC аккумулятора емкостью 600 мАч(к которому можно скотчем примотать эту плату) потребуется 5 тысяч часов или 7 месяцев. Да, в месяцах уже кажется не так много =)
Но это конечно при условии, что запитываемое устройство не будет потреблять ничего в выключенном состоянии.
Автономность меня полностью устраивает, поэтому переходим к тестам под нагрузкой(в любом случае перешли бы).
Функционал.
Чтобы не путаться, для начала подключу стаб на 3.3 Вольта.
Плата «заводится» от 1.8В.
Но максимальный ток без просадки ниже 3 Вольт может достигать только 70 мА
При 2 Вольтах на входе уже можно поднять до 200 мА
Выходим на минимально заявленный порог. 2.5 Вольт — 350 мА
3 Вольта — 500 мА
Еще 0,1 Вольта и достигаем заявленного максимального тока в 600 мА.
Но нужно же максимум выжать, правильно? Продолжаем. 3.5 Вольта — 700 мА
4 Вольта — 1 Ампер.
10 Вольт — 2 Ампера. Немного запахло горячим лаком, решил до 15 не поднимать )
Стабилизатор на 5 Вольт ведет себя похоже.
Так же стартанул с 1.8 Вольта
При 2 Вольтах удалось поднять нагрузку до 150 мА
2.5В — 320мА
3В — 400мА
3.7В — 540мА
4В — 580мА
5В — 680мА
Ну и 10 Вольт — 780мА. А потом я случайно проверил защиту от смены полярности питания. В общем, нет её.
Температура.
Тепловизора у меня пока нет, а измерять пирометром температуру элементов, размером с горошину, то еще удовольствие, так что я пошел другим путем. Просто зажал модуль пальцами и менял напряжение и нагрузку пока не начинало припекать. Так же не стал превышать заявленный максимальный ток 600мА.
10 Вольт. Плата в режиме «понижайки», нагрев не ощущается.
5 Вольт. Аналогично, немного нагревается если убрать палец на время.
4 Вольта. Не замечаю разницы.
3 Вольта. Завелась повышайка, катушки начали прогревать пальцы. Опустил до 400мА, стало нормально.
2.5 Вольта. Снова неприятные ощущения, но при 350мА вполне комфортно.
Без активного охлаждения при питании ниже выходного, я бы не рекомендовал нагружать выше 300мА, дабы избежать излишнего перегрева платы и оплавления частей корпуса, в который планируется ее встраивать. Так же нужно учитывать эту особенность при питании от литиевых аккумуляторов. На старте при тех же 500мА модуль будет теплый, но по мере разряда напряжение упадет ниже 3.3 Вольта и станет горячевато.
Пульсации.
Проверял на еще «живом» 5В конвертере. 5 Вольт. 3 МГц, 50 мВ пульсации, а обещали
10 Вольт. 5.5 МГц, 47мв.
Опустил до 3.5В, чтобы включилась повышайка. Так конечно малость «шумнее». Всплески до 195 мВ.
Модуль 3.3В ведет себя аналогично, просто диапазон сдвинут по понятным причинам, так что не буду сорить картинками — и так объемно получилось =)
Итоги.
В общем, мне кажется получились довольно удачные модели. Жалко 5 Вольтовую платку, но 3.3 больше нужна была. Планирую использовать в аккумуляторном отсеке вместо 2хАА с вот таким «пакетом» и индикатором заряда. Места хватит с запасом )
Потребление в «холостую» низкое, нет нижней границы нагрузки, при которой плата «засыпает».
В режиме «понижайки» заявленные 600мА держит без проблем.
Единственное, что нужно обязательно учитывать — в режиме «повышайки» при минимальном входном напряжении будет излишний перегрев уже на 400мА.
Надеюсь информация была полезна. Как всегда буду рад конструктивной критике в комментариях. Всем добра =)
Схема стабилизатора напряжения — простой расчёт
Чаще всего радиотехнические устройства для своего функционирования нуждаются в стабильном напряжении, не зависящем от изменений сетевого питания и от тока нагрузки. Для решения этих задач используются компенсационные и параметрические устройства стабилизации.
Параметрический стабилизатор
Его принцип работы заключается в свойствах полупроводниковых приборов. Вольтамперная характеристика полупроводника – стабилитрона показана на графике.
Во время включения стабилитрона свойства подобны характеристике простого диода на основе кремния. Если стабилитрон включить в обратном направлении, то электрический ток сначала будет расти медленно, но при достижении некоторой величины напряжения наступает пробой. Это режим, когда малый прирост напряжения создает большой ток стабилитрона. Пробойное напряжение называют напряжением стабилизации. Во избежание выхода из строя стабилитрона, течение тока ограничивают сопротивлением. При колебании тока стабилитрона от наименьшего до наибольшего значения, напряжение не изменяется.
На схеме показан делитель напряжения, который состоит из балластного сопротивления и стабилитрона. К нему параллельно подключена нагрузка. Во время изменения величины питания меняется и ток резистора. Стабилитрон берет изменения на себя: меняется ток, а напряжение остается постоянным. При изменении резистора нагрузки ток изменится, а напряжение останется постоянным.
Компенсационный стабилизатор
Прибор, рассмотренный ранее очень простой по конструкции, но дает возможность подключать питание прибора с током, который не превышает наибольшего тока стабилитрона. Вследствие этого используют приборы, стабилизирующие напряжение, и получившие название компенсационных. Они состоят из двух видов: параллельные и последовательные.
Называется прибор по методу подключения элементу регулировки. Обычно используются компенсационные стабилизаторы, относящиеся к последовательному виду. Его схема:
Элементом регулировки выступает транзистор, соединенный последовательно с нагрузкой. Напряжение выхода равняется разности значения стабилитрона и эмиттера, которое составляет несколько долей вольта, поэтому считается, что выходное напряжение равно стабилизирующему напряжению.
Рассмотренные приборы обоих типов имеют недостатки: невозможно получить точную величину напряжения выхода и производить регулировку во время работы. Если нужно создать возможность регулирования, то стабилизатор компенсационного вида изготавливают по схеме:
В этом приборе регулировка осуществляется транзистором. Основное напряжение выдает стабилитрон. Если напряжение выхода повышается, база транзистора получается отрицательной в отличие от эмиттера, транзистор откроется на большую величину и ток возрастет. Вследствие этого, напряжение отрицательного значения на коллекторе станет ниже, так же как и на транзисторе. Второй транзистор закроется, его сопротивление повысится, напряжение выводов повысится. Это приводит к снижению напряжения выхода и возвращению к бывшему значению.
При снижении напряжения выхода проходят подобные процессы. Отрегулировать точное напряжение выхода можно резистором настройки.
Стабилизаторы на микросхемах
Такие устройства в интегральном варианте имею повышенные характеристики параметров и свойств, которые отличаются от подобных приборов на полупроводниках. Также они обладают повышенной надежностью, небольшими габаритами и весом, а также небольшой стоимостью.
Последовательный стабилизатор
- 1 – источник напряжения;
- 2 – Элемент регулировки;
- 3 – усилитель;
- 4 – источник основного напряжения;
- 5 – определитель напряжения выхода;
- 6 – сопротивление нагрузки.
Элемент регулировки выступает в качестве изменяемого сопротивления, подключенного по последовательной схеме с нагрузкой. При колебании напряжения меняется сопротивление элемента регулировки так, что происходит компенсация таких колебаний. Воздействие на элемент регулировки производится по обратной связи, которая содержит элемент управления, источник основного напряжения и измеритель напряжения. Этот измеритель является потенциометром, с которого приходит часть напряжения выхода.
Обратная связь регулирует напряжение выхода, использующееся для нагрузки, напряжение выхода потенциометра становится равным основному напряжению. Колебания напряжения от основного создает некоторое падение напряжения на регулировке. Вследствие этого, измеряющим элементом в определенных границах можно осуществлять регулировку напряжения выхода. Если стабилизатор планируется изготовить на определенную величину напряжения, то измеряющий элемент создается внутри микросхемы с компенсацией температуры. При наличии большого интервала напряжения выхода, измеряющий элемент выполняется за микросхемой.
Параллельный стабилизатор
- 1 – источник напряжения;
- 2 –элемент регулирующий;
- 3 – усилитель;
- 4 – источник основного напряжения;
- 5 – измерительный элемент;
- 6 – сопротивление нагрузки.
Если сравнить схемы стабилизаторов, то прибор последовательного вида имеет повышенный КПД при неполной загрузке. Прибор параллельного вида расходует неизменную мощность от источника и выдает ее на элемент регулировки и нагрузку. Стабилизаторы параллельные рекомендуется использовать при неизменных нагрузках при полной загруженности. Стабилизатор параллельный не создает опасности при КЗ, последовательный вид при холостом ходе. При неизменной нагрузке оба прибора создают высокий КПД.
Стабилизатор на микросхеме с 3-мя выводами
Инновационные варианты схем стабилизаторов последовательного вида выполнены на 3-выводной микросхеме. Вследствие того, что есть всего лишь три вывода, их проще использовать в практическом применении, так как они вытесняют остальные виды стабилизаторов в интервале 0,1-3 ампера.
- U вх – необработанное напряжение входа;
- U вых –напряжение выхода.
Можно не использовать емкости С1 и С2, однако они позволяют оптимизировать свойства стабилизатора. Емкость С1 применяется для создание стабильности системы, емкость С2 нужна по той причине, что внезапное повышение нагрузки нельзя отследить стабилизатором. В таком случае поддержка тока осуществляется емкостью С2. Практически часто применяются микросхемы серии 7900 от компании Моторола, которые стабилизируют положительную величину напряжения, а 7900 – величину со знаком минус.
Микросхема имеет вид:
Для увеличения надежности и создания охлаждения стабилизатор монтируют на радиатор.
Стабилизаторы на транзисторах
На 1-м рисунке схема на транзисторе 2SC1061.
На выходе прибора получают 12 вольт, на напряжение выхода зависит прямо от напряжения стабилитрона. Наибольший допустимый ток 1 ампер.
При применении транзистора 2N 3055 наибольший допускаемый ток выхода можно повысить до 2 ампер. На 2-м рисунке схема стабилизатора на транзисторе 2N 3055, напряжение выхода, как и на рисунке 1 зависит от напряжения стабилитрона.
- 6 В — напряжение выхода, R1=330, VD=6,6 вольт
- 7,5 В — напряжение выхода, R1=270, VD = 8,2 вольт
- 9 В — напряжение выхода, R1=180, Vd=10
На 3-м рисунке – адаптер для автомобиля – аккумуляторное напряжение в автомобиле равно 12 В. Для создания напряжения меньшего значения применяют такую схему.
|
