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.
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.
 |
||
| 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.
 |
||
| 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.
Купить LM4040BIZ-4.1 на РадиоЛоцман.Цены
