Cтабилизаторы напряжения и источники питания
Источники питания специального назначения
6.22. Микромощные стабилизаторы
Как мы уже ранее упоминали, можно спроектировать схему с батарейным питанием с очень низким током покоя, порядка десятков микроампер. Это как раз то, что нужно, чтобы сделать схему, которая работала бы в течение нескольких месяцев или лет от одной маленькой батареи (например, наручные часы или калькулятор). Щелочной 9-вольтовый транзисторный аккумулятор, к примеру, полностью исчерпывает себя после 400 мА-ч работы; следовательно, 50-микроамперная схема будет работать около года (8800 часов). Если для такой схемы потребуется стабилизированное напряжение, то вы, очевидно, не можете позволить себе тратить 3 мА тока покоя в ИС 78L05, поскольку это снизило бы срок службы батареи до недели!
Решить эту проблему можно либо с помощью стабилизатора на дискретных компонентах, либо используя одну из микромощных ИС. К счастью, в последние годы выпускают несколько хороших ИС Одними из лучших являются стабилизаторы серии LP2950 фирмы National - трехвыводной нерегулируемый стабилизатор 5 В. выпускаемый в небольшом транзисторном корпусе ТО-92 (LP2950ACZ-5.0), или многовыводной регулируемый стабилизатор 1,2-30 В (LP2951). Обе версии имеют ток покоя 75 мкА. Существуют ИС с ее более низким током покоя - ICL7663/4 (или МАХ 663/4), регулируемые стабилизаторы на обе полярности с током покоя 4 мкА. В гл. 14 мы рассмотрим микромошные стабилизаторы при обсуждении схем с батарейным питанием.
Как пример того, что можно сделать на дискретных компонентах, на рис. 6.57 мы приводим микромощную схему, которую можно использовать в электростимуляторе сердечной мышцы, работающем от литиевой батареи. Эта схема преобразует входное напряжение в диапазоне от + 5 до 4-3 В (по мере старения батареи) в стабилизированное напряжение + 5,5 В. Этот источник имеет ток покоя 1 мкА, обеспечивает стабилизацию по входу и нагрузке 5% и эффективность преобразования 85% при полной нагрузке для всего диапазона напряжений батареи. Как мы отмечали при обсуждении импульсных источников, традиционные линейные источники, использующие генератор, удвоитель и последовательный проходной стабилизатор, были бы гораздо менее эффективными, потому что при более высоких нестабилизированных напряжениях потери в стабилизаторе возрастают. Схемы с обратным выбросом эффективны как умножители напряжения с переменным коэффициентом умножения; они дают чрезвычайно высокий КПД и поэтому достаточно привлекательны для использования в микромощных схемах.
Рис. 6.57. Микромощный импульсный стабилизатор.
На управляемом однопереходном транзисторе 2N6028 собран релаксационный генератор. Его анодный вывод не проводит ток, пока напряжение на нем не превысит напряжение на управляющем электроде на величину падения на диоде: в этот момент он начинает пропускать большой ток, разряжая конденсатор. Результирующий положительный импульс на базе Т2 «тянет» коллектор Т2 к земле, запуская схему 4098, известную под названием «одновибратор» (см. разд. 8.20), которая генерирует положительный импульс постоянной длительности на своем выходе Q. Т3 в этой схеме снимает выходное напряжение и «отнимает» часть разрядного тока у С1, снижая скорость врастания импульса преобразования энергии до величины, необходимой для полдержания требуемого выходного напряжения. Обратите внимание на большие величины сопротивлений резисторов во всей схеме. Температурная компенсация в данном случае не тема для разговора, поскольку схема работает в условиях постоянной температуры 36,6°С «передвижной печи». (Предостережение: рекомендуем читателю еще раз заглянуть в «Юридическую справку» в предисловии.)