Недорогой прецизионный источник питания

Texas Instruments LM4040BIZ-4.1 TLV9051

Бывает ли вам иногда нужен недорогой точный источник питания? В этой статье представлен прецизионный источник питания, защищенный от тепловой перегрузки и короткого замыкания, который может обеспечивать выходной ток 100 мА. Такой источник питания понадобился мне, и я начал с Google, чтобы найти подходящую схему в Интернете. Приемлемого решения я не нашел, но у меня появилось несколько идей, которые помогли мне начать работу над этой конструкцией.

Вебинар «Новинки и решения Traco для промышленных и отраслевых приложений» (28.10.2021)

Схема создана на основе регулятора напряжения LM317L. Да, это регулятор старого типа, но он все еще активно используется, дешев и легко доступен. В схеме, показанной на Рисунке 1, в цепи обратной связи от выхода микросхемы LM317L к ее входу регулировки используется rail-to-rail (по входу и выходу) операционный усилитель. Опорное напряжение для операционного усилителя формируется недорогой микросхемой прецизионного источника опорного напряжения LM4040BIZ с точностью 0.2%.

На веб-сайте LTspice groups [1] я нашел SPICE-модель микросхемы LM317 и смоделировал несколько вариантов схемы, чтобы увидеть, смогу ли я реализовать устойчивую конфигурацию. Полученная конфигурация, согласно моделированию в LTspice и SPICE-модели, консервативно устойчива с запасом по фазе около 70 градусов. Включение на выходе LM317L последовательного резистора 3.3 Ом может показаться нелогичным, но он хорошо повышает устойчивость схемы, а потери мощности в резисторе при максимальном выходном токе 100 мА составляют всего 33 мВт.

Эта схема источника питания разработана на основе регулятора напряжения LM317L.
Рисунок 1. Эта схема источника питания разработана на основе регулятора напряжения LM317L.

Цепь обратной связи поддерживает выходное сопротивление схемы на очень низком уровне (Рисунок 2), поэтому резистор 3.3 Ом не создает проблем. Конденсатор выходного фильтра C4 способствует устойчивости петли обратной связи. Петля стабильна при емкости C4, равной 10 мкФ, но большее значение 22 мкФ обеспечивает лучший запас для наихудшего случая. Низкие сопротивления R7 и R8 позволяют гарантированно получить минимально необходимый выходной ток, и также делают контур обратной связи более устойчивым.

Эта схема источника питания разработана на основе регулятора напряжения LM317L.
Рисунок 2. Цепь обратной связи поддерживает выходное сопротивление схемы на очень
низком уровне.

Внутренние схемы LM317L несколько различаются в зависимости от производителя, а также LTspice-модель LM317 может не совсем точно соответствовать устройству, поэтому при стабилизации петли обратной связи я решил перестраховаться.

Обратите внимание, что фильтр R9-C5 на выходе микросхемы источника опорного напряжения может не потребоваться. Он предназначен для устранения большей части шумов, создаваемых LM4040BIZ. Вполне возможно, что будет достаточно сильной фильтрации, обеспечиваемой схемой операционного усилителя и выходным конденсатором C4.

Я собрал и протестировал эту схему, и она работала так, как и ожидалось. В качестве R7 и R8 я использовал два согласованных резистора с сопротивлениями 243 Ом, при этом точность схемы составила 0.2% при выходном напряжении 4.99 В. И, как и предсказывало моделирование в LTspice, петля обратной связи была устойчивой как при нагрузке менее 10 мА, так и при максимальной нагрузке 100 мА.

Наихудшая точность выходного напряжения составляет 1.2%, когда используются резисторы R7 и R8 с допуском 1%. Если используется согласованная пара R7 и R8, точность выходного напряжения близка к 0.2%. Для лучшей точности при некотором увеличении стоимости можно использовать версию LM4040 с гарантированным отклонением не более 0.1%. Мои результаты показывают, что схема хорошо работает как недорогой точный источник питания с выходным током до 100 мА.

Ссылки

  1. LTspice groups.io website

Материалы по теме

  1. Datasheet Fairchild LM317L
  2. Datasheet Texas Instruments LM4040BIZ-4.1
  3. Datasheet Texas Instruments TLV9051
  4. Datasheet Vishay MMBZ5231

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: An inexpensive, precision power supply

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

9 предложений от 9 поставщиков
Эталоны напряжения и тока Prec MicroPwr Shunt Vtg Ref
ЭИК
Россия
LM4040BIZ-4.1/NOPB
Texas Instruments
36,82 ₽
T-electron
Россия и страны СНГ
LM4040BIZ-4.1/NOPB
Texas Instruments
37,60 ₽
Зенер
Россия и страны ТС
LM4040BIZ-4.1/NOPB
Texas Instruments
по запросу
ЗУМ-СМД
Россия
LM4040BIZ-4.1/NOPB
Texas Instruments
по запросу
Синхронизатор тактового сигнала с двумя цифровыми контурами ФАПЧ AD9546 от Analog Devices
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя