Схема ограничения бросков напряжения при включении регулятора

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2017

Необычные конструктивные ограничения иногда демонстрируют недружественную сторону привычных компонентов и схем. В качестве примера можно привести схему стабилизации питания, в которой величина тока первичного источника жестко ограничена, что характерно для солнечных батарей космических аппаратов и радиоизотопных термоэлектрических генераторов. Такие приложения требуют пристального внимания к контролю потребления тока, включая потребление в переходных режимах, а также нечастые пики потребления, которые обычно возникают при включении питания. Проблема заключается в том, что у первичных источников питания с ограничением тока могут происходить катастрофические провалы напряжения, даже при очень кратковременной перегрузке по току. Общими причинами таких ситуаций являются выбросы тока, заряжающие выходной конденсатор регулятора.

Если эти выбросы не ограничиваются регулятором, их величины равны произведению скорости нарастания выходного напряжения на сумму емкостей параллельных выходных конденсаторов (C_OUT):

где

I_MAX – максимальный ток;
dV/dt – производная напряжения по времени;
C_OUT – выходная емкость.

Из формулы видно, что наилучшей стратегией ограничения максимального тока при включении будет ограничение dV/dt. Именно это используется в схеме на Рисунке 1, которая может работать со стандартными регулируемыми линейными LDO стабилизаторами, такими, например, как популярный LM2941.

Рисунок 1.	При включении питания ток, идущий через R3, CT и D2, снижает скорость нарастания VOUT, предотвращая большие броски максимального выходного тока IMAX.

Основу схемы ограничения dV/dt составляют шесть дополнительных компонентов: R₃, R₄, C_T, D₁, D₂ и Q₁. При включении питания управляющий ток через R₃, C_T и D₂ тормозит нарастание выходного напряжения, предотвращая чрезмерные броски максимального тока.

Пару слов о том, как это работает. Когда питание V_IN включено и транзистор Q₁ закрыт, ток, идущий через R₃, C_T и D₂, тянет потенциал вывода A_DJ регулятора вниз. В результате скорость dV/dt нарастания выходного напряжения V_OUT ограничивается до скорости, с которой C_T заряжается через сопротивление

и, таким образом, ограничивает I_MAX до любого требуемого значения, определяемого формулами

и

Например, при использовании компонентов с номиналами, указанными на Рисунке 1, и при C_OUT = 100 мкФ скорость нарастания dV/dt равна 2500 В/с и I_MAX = 0.25 А. В конце этой нестандартной процедуры включения диоды D₁ и D₂ отрывают схему ограничения dV/dt от цепи обратной связи регулятора, предотвращая проникновение входных пульсаций в выходное напряжение.

Материалы по теме