七、我的恒压+完美可调限流电路
一个电源电压的稳定是最重要的指标,因此恒压是主要的应用。但白菜电路没有限流,这是缺陷。
上节的建议限压,是以恒流为主的,电压限制的不理想,曲线弯曲。
为了能够完美限流,看来必须用运放了。这样才能放大检流电阻上的微小信号,控制输出。
经过考虑,采用了带有片内基准的低功耗、宽电压运放LM10:
安装起来也比较顺利,关键是两个主要元件体积大,没办法进行了磨边。布局设计时,要满足不超过板子大小的要求,高度不超过卧式可调的高度,管脚引线尽量短。
正面,只把5.1V稳压管取下,换成10uF电容,其余没做任何改动,保持3.3V定压输出。如果需要其它电压,可以调节25.5k电阻。但若改成可调的,那板子背面就没有空间了,只能放在外边。
背面,先刻出输出槽,接地点去掉油漆,焊接运放,焊接检流电阻,焊接可调。最后,只有那个二极管“飞”了一下。
其中的0.05欧检流电阻,是从一个小型水泥电阻里拆出来的,否则体积太大,根本放不下。即便这样,也在适当的地方弯折了90度。
之所以称为完美限流,主要是限流点非常精确,限流之前对输出没有任何影响,达到限流点后马上限制。
以下曲线,是设置在2.00A限流点后测试的,输入电压6.0V。
发现一个小毛病,电位器顺时针调节的时候,电流是减少的。其实,把电位器反转安装即可,只不过背面向下了。
3.3V、2A放电了1个小时,用手感觉温度,电感大约温升25度,芯片温升35度,检流电阻温升也大约35度。因此,在2A下长期使用看来是没有问题的。
顺便测试一下3.3V、2A输出的效率,电压读数用Fluke289从模块引脚根部进行,电流从电源和假负载上读出。
输入5.60V、1.265A、7.084W,输出为3.178V、2.000A、6.356W,效率=89.7%
当然,电路加上了检流电阻,还有LM10的消耗,否则是超过90%的。
八、应用
本模块,具有体积小、效率高、发热小、输出比较大的特点,尤其是价格便宜,弄坏了不心疼,还可以拆元件用。
由于这些特点,非常受DIY者青睐,以下列举一些应用场合。
1、LED灯DIY
市场上存在大量的照明LED,但LED需要恒流,这是组装时最头痛的。有了白菜模块,可以简单的组成350mA或者700mA的恒流源,输出电压可以自适应,最大可以达到20V。
2、便携电源
可以用锂电供电,输出固定电压,具有输出稳定、输出电流大、效率高、体积小的特点。
3、充电器
市面上1A以下的充电器很多,但缺少2A、3A的。本模块经过限压改进后,可以用在锂电充电上。但这个应用要慎重,因为模块没有逆放电保护,当充电的过程中万一断电,则电池会对模块放电。
4、车充
实现13.8V到5V的转换,具有电流大、效率高的特点。
5、太阳能转换器
太阳能电池的输出具有功率、电压变化大的特点,很难直接使用或给电池充电。采用本模块,就可以高效的转换成统一的电压,直接使用,或者可以给电池充电。
6、作为电池供电设备的稳压电源
电池供电的设备大多都是携带式的,例如笔记本电脑、收音机、随身听、万用表、LED灯等。这些设备目前的电源,绝大多数都是采用开关电源,以便达到适应范围宽、高效利用能源的目的。因此,这个模块也自然可以用于此种目的。最适合2节到4节锂电输入、2W到20W输出的场合。也可以用于4节5号电池或4节镍氢电池供电。
7、做灵敏开关
利用模块的ON/OFF使能端,可以关闭或唤醒,灵敏度很高。
对应芯片的En端口,标称2.5V附近实现开关,类似施密特触发器,有0.2V的回差。例如电压大于2.6V开启,电压小于2.4V关闭,
模块关闭后耗电极小,可以长期接入电池。而En端是高阻输入,只需很小的电流就可以导通,达到启动目的,启动后可以从电池转换成稳定的电压输出。
因此,可以用在光敏、热敏、力敏等场合。
例子:
http://www.crystalradio.cn/bbs/viewthread.php?tid=217602
http://bbs.yleee.com.cn/viewthread.php?tid=3783
8、做电池放电自我保护
电池供电推动模块输出的场合,为了保护电池,应该在低于某一电压时,自动断开,以免电池过渡放电。
以下面的方法为例,En端不再是通过一个R1=100k的电阻接到电源上,而是下面再并联一个R2到地,计算公式是:
R2=2.4*R1/(V1-2.4V)
当V1取5.8V、R1=100k时,R2=70.6k
9、防倒灌的问题
GandF网友在下面帖子的4楼作为缺点特意提到模块的倒灌问题:
http://bbs.yleee.com.cn/viewthread.php?tid=2869
我试验了一下,的确倒灌电流很大。
当然,在某些特殊场合,倒灌现象可以基本被抑制:
当倒灌电压不超过5.3V下,把En接地,则倒灌电流大大减少,从几百mA减少到几mA。当然,这几mA对于电池来讲还是很大,只能防止短时间电池被放光。
对比测试:当输入开路或输入为零,En端开路时,倒灌电压5V下就有很大的倒灌电流。因此,作为充电使用的话,必须采取防倒灌措施。
10、低压升压的启动
很多人提出用这个模块把单节锂电升压,但升压电路至少要4.1V才能启动,而且不排除模块有离散,启动电压可能更高一些,这就超出单节锂电的供电能力了,造成电压稍微低一些就启动不了的毛病。这样,有必要做一个启动电路,使得能启动的电压降低一半,不仅可以适合单锂,也可以适用与单铁锂,甚至可以用两节镍氢电池。
所用的元件,包括一个双刀暂稳开关,一个电容、二个电阻。平时电容通过两个电阻充电到与电池一样的电压,当启动开关压下后,电容的这个电压加到了输出上,也等价为电容与电池串联起来加到了正常的输入上,因此2.5V就变成了5V,就可以顺利启动了。
如果能采用双刀双掷开关(必须是那种先断开后接触的),那么可以把两个电阻也省掉,同时电容也可以与输入电容共用:
九、未来的话题
并联
很多场合下,3A的最大电流还是不够。很多实验室电源就是3A的,但电压较高(比如30V),而高效降压后,按理说可以取得低压、大电流。而白菜模块廉价、体积小、数量多,如果能进行并联,增大输出电流,那么就可以取得更广泛的用途。
并联要解决的难题,就是在各模块的开路输出电压有少许差异的时候,解决均流问题。
均流,分为被动型和主动型两类,或者可以说是无源型和有源型。
被动无源型,主要就是利用均流电阻进行自然均流。
均流最不利的场合,是热失控,类似thermal runaway:
某个器件因发热造成电压升高,而升高的电压会使得该模块承担更大的电流,从而温度更加升高、电压更高,而别热模块电流分担减少而电压降低,最后造成该模块损坏。
为了避免热失控,有必要故意把模块的输出电压做成负温度系数的,这样温度升高后电压降低,承担的电流就减少,会自然均流。
因此,白菜模块要想进行简单均流,可以首先挑选温度系数为负的。测试也很简单,用万用表测试电压,单个模块加上额定负载(3A),看电压变化趋势。加电后模块温度逐渐上升,选出电压逐渐下降的即可。
其实,温度升高电压下降,也不是坏事,这就像人如果发烧了,出力要自然减少一样,总比硬撑损坏强。很多用电器和被充电的电池,也要求最好温度升高的时候电压降低。
其次,无源均流最重要的就是均流电阻的选择。选择小了起的作用小,但选择大了功耗就大、效率降低、负载调整率也变差。如果各模块一致性好,具有类似的负温度系数,那么均流电阻就可以选的比较小,甚至可以用一段导线替代。
为了让模块有负温度系数,可以增加热敏电阻。
主动有源型,要采集自己的电流,与目标电流对比,然后控制自己的电流达到规定的电流。例如三个期间并联输出6A,那么每个理想电流要求2A,所以每个器件都要有自己的电流采样,才能知道自己的输出与规定的2A差多少,然后进行主动控制。
这个技术比较复杂,具体讲可以再细分为主从控制和对等控制两类。前者有个主控部分,负责对整体电流监控,并给各个分模块以控制信号。后者没有主控,靠个模块自己对等的控制。
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