Безопасный регулируемый стабилизатор

На Рисунке 1 показано типичное использование регулируемого стабилизатора LM350 (LM317), когда необходимо изменение его выходного напряжения.

Рисунок 1.

Это напряжение приблизительно равно

Потенциометр R2 часто является самой ненадежной частью схемы. Как видно из приведенного выше выражения, поломка потенциометра (например, потеря контакта движка, обрыв цепи) максимально увеличивает действующее значение R2, делая выходное напряжение также максимальным – примерно лишь на 1.5 В более низким, чем входное напряжение.

Это может быть не очень большой проблемой, когда регулировки выполняются редко, а безопасность нагрузки не имеет критического значения. Но если регулировки нужно делать часто или нагрузка заранее не известна, как, например, в случае с лабораторным блоком питания, схема на Рисунке 2а может быть гораздо лучшим выбором.

Рисунок 2а.

Однако эта схема имеет ограничение: ее выходное напряжение невозможно регулировать до минимального значения V_REF.

Рисунок 2б.

Существует несколько альтернативных конфигураций безопасных регулируемых стабилизаторов, которые более или менее исключают опасность возникновения недопустимых напряжений. В самом безопасном случае, когда выходное напряжение падает до значения, очень близкого к V_REF, потребуются 3 или 4 дополнительных элемента (например, резисторы и транзисторы), поэтому рассмотрим компромиссную конфигурацию на Рисунке 2б.

Эта схема может стабилизировать свое выходное напряжение до нижнего предела V_REF. Выходное напряжение при выходе из строя потенциометра R_P составляет порядка 2…5 вольт, что является компромиссным значением.

Поскольку расчет схемы на Рисунке 2б не очень прост, вычисление сопротивлений резисторов R22 и R23 будет представлено здесь в виде кода на языке Python (см. раздел Загрузки).

Схема имеет два диапазона выходных напряжений: от eo11 до eo12 и от eo21 до eo22 (см. код). Диапазон выбирается с помощью переключателя Sw, в качестве которого могут использоваться n-канальный полевой транзистор с p-n переходом, n-канальный MOSFET или любое хорошее механическое реле.

Обратите внимание: если сопротивления резисторов R11 и R_P слишком велики, чтобы обеспечить минимальную нагрузку, необходимую для микросхемы стабилизатора (максимум до 10 мА), стабилизация выходного напряжения может нарушиться, если общая нагрузка слишком мала.

Чтобы избежать этого, возможно, было бы разумнее начать вычисление, выбрав любое подходящее сопротивление для R11.

Необходимо также указать значения и диапазон(ы) сопротивления R_P.

Вытекающий из вывода ADJ ток I_A с типовым значением 50 мкА вызывает падение напряжения на резисторе R23, которое вносит ошибку в выходное напряжение схемы. Вместе с опорным напряжением V_REF, имеющим номинальное значение 1.25 В, это падение определяет выходное напряжение eoBreak при неисправности потенциометра R_P:

Таким образом, уменьшая сопротивление резистора R22, можно в некоторой степени уменьшить значение eoBreak.

Загрузки

1. Программа на Python

Материалы по теме

1. Datasheet Fairchild LM317
2. Datasheet Texas Instruments LM350