Расчёт линейного стабилизатора
Выполнил: Зироту В.Т.
Вариант 30
Задание 1
Таблица 1 – Параметры для подбора линейного стабилизатора
№ИВ |
Uвх_min, В |
Uвх_max, В |
Uвых, В |
Iвых, мА |
Company |
30 |
19 |
20 |
17 |
180 |
Analog Devices |
1.1 Выбор стабилизатора
Для формирования фильтра не были заданы все параметры, заданные по варианту, для того чтобы поисковая система не ограничивала результаты поиска. Например, по заданию данного варианта, выходное напряжение 19-20В. Если указать данный параметр в фильтре,
то поисковая система попытается найти компонент с конкретным заданным напряжением и, скорее всего, не найдёт. Потому что производитель в характеристиках компонента указывает ДОПУСТИМЫЙ диапазон входного напряжения, например 3,3-20В. При выборе компонента необходимо чтобы ваш диапазон входных напряжений укладывался в диапазон приведённый в спецификации на компонент. При выборе компонентов зачастую удобнее пользоваться сайтами производителей, на которых применяются более удобные фильтры для подбора, но в рамках данного задания необходимо воспользоваться только разрешённым (но допускается выбор на сайте производителя, а для отчёта найти его на mouser.com).
Рис.1 – Настройка фильтра для выбора стабилизатора
Выбран линейный стабилизатор ADP7102. На рисунке 2 представлено общее описание характеристик стабилизатора. Для уточнения характеристик можно воспользоваться таблицами, приведёнными в этой же спецификации. Выбранный стабилизатор удовлетворяет параметрам индивидуального задания:
Uвх_мин 3,3 В (Input voltage range: 3.3 V to 20 V) Uвх_мах 20 В (Input voltage range: 3.3 V to 20 V)
Uвых 1.22-19.8 (Adjustable output from 1.22 V to VIN – VDO) С учётом того, что Low dropout voltage (VDO – падение напряжения на стабилизаторе): 200 mV at 300 mA load (VDO при токе нагрузки 300мА составляет 200мВ)
Iвых_мах = 300мА (Maximum output current: 300 mA)
1
Рис.2 – Описание выбранного стабилизатора из спецификации
1.2 Расчёт схемы
Рис.3 – Типовая схема подключения стабилизатора
В данной схеме необходимо произвести расчёт делителя напряжения R1 и R2. В
соответствии со спецификацией рекомендуется выбирать резистор менее 200кОм. Примем
R2 равным 10кОм. Воспользовавшись формулой, приведённой в спецификации, вычислим
R1.
V = 1.22 (1 + 1)2
|
V |
|
17 |
|
|
1 = 2 ( |
|
− 1) |
= 10к ( |
|
− 1) = 129кОм |
1.22 |
1.22 |
||||
1.3 Расчёт с учётом стандартного ряда номиналов резисторов
Для подбора резистора из ряда E24 я воспользовался сайтом
https://www.radiolibrary.ru/reference/resistorseries/e24.html
и выбрал R1 и R2 130к и 10к соответственно.
V = 1.22 (1 + |
1 |
) = 1.22 (1 + |
130к |
) = 17,08 В |
|
|
|||
|
|
10к |
||
|
2 |
|
|
|
2
Для моделирования схемы (не обязательно) со стабилизатором от Analog Devices,
можно воспользоваться программой LTspice.
Рис.4 – Проверка схемы в LTspice
1.4 Схема
Рис.5 – Схема электрическая принципиальная
1.5 Расчёт тока нагрузки |
|
|
|
|
|
нагр = |
вых |
= |
17 В |
= 0,17А = 170мА |
|
|
100 Ом |
||||
|
|
|
|||
|
нагр |
|
|
|
Не стоит путать ток, заданный по варианту и ток, рассчитанный в данном пункте. В
варианте указан максимальный ток, который должен обеспечивать стабилизатор, но это совсем не значит, что ток, потребляемый нагрузкой будет равен заданному в варианте. В
задании для примера задано значение резистора, имитирующего нагрузку = 100 Ом.
3
1.6 Расчёт рассеивающей мощности
В данном задании необходимо использовать ток Iвых, заданный в варианте задания.
Данный расчёт показывает какую мощность будет рассеивать стабилизатор при худших условиях работы (максимальном входном напряжении и максимальном заданным выходным током).
расс = вых ( вхмах − вых) = 0.18 А (20 В − 17 В) = 0,54 Вт
С учётом теплового сопротивления стабилизатора, можно рассчитать насколько нагреется микросхема, при вычисленной мощности.
Рис.6 – Параметры теплового сопротивления
Например, стабилизатор выбран в корпусе SOIC-8. Из таблицы используем параметр, который характеризует тепловое сопротивление микросхемы без учёта дополнительных радиаторов θJA = 48.5. Следовательно при заданной мощности нагрев микросхемы составит = расс θJA=26.19 C°. При комнатной температуре 24 C°
температура нагруженного стабилизатора составит приблизительно 60 C°. Расчёт приблизительный. Для уменьшения температуры стабилизатора при разработке топологии печатной платы прибегают к использованию дополнительных радиаторов в виде отдельных конструкций или выполняют прямо на плате в виде увеличенной площади металлизации.
С учётом вычисленной температуры и таблицы из спецификации, можно сделать вывод о том, что данный стабилизатор будет сохранять работоспособность в нагруженном состоянии.
Рис.7 – Абсолютные предельные значения рабочих параметров
4