Проектирование маломощного источника питания со стабилизацией тока
15 января 2026В промышленности для снижения затрат на кабель часто применяется двухпроводная схема 4-20 мА. В этой системе два проводника одновременно используются для питания полевого датчика или передатчика и для передачи аналогового сигнала. Поскольку самой схеме датчика или передатчика для работы требуется определенный ток, структура такого решения должна быть маломощной. Ток нулевой точки 4 мА гарантирует, что устройство сможет запуститься и работать нормально. Передача аналогового сигнала реализуется за счет динамической регулировки схемы источника постоянного тока, чтобы суммарный ток в петле точно поддерживался в диапазоне от 4 мА до 20 мА.
Рисунок 1. Схема стабилизации тока и напряжения
Рисунок 2. Схема внутренней структуры LM317
На рисунке 1 показан стабилизатор тока, построенный на BL317. Это маломощная схема источника постоянного тока, которая точно удерживает выходной ток на уровне 3.8 мА. Схема обеспечивает, что ток, поступающий в U1, остается постоянным и равным 3.8 мА, не изменяясь вслед за колебаниями нагрузки на выходе. Как видно из внутренней структуры LM317 на рисунке 2, при нормальной работе напряжение между выводами Vout и ADJ стабилизируется примерно на уровне 1.25 В, поэтому ток I1 через резистор R1 также остается постоянным. Направление тока показано стрелками, откуда можно вывести следующее соотношение: I2 = I1 + IADJ, где IADJ составляет 50μA и им можно пренебречь. Следовательно, I2 приблизительно равно I1, то есть I2 ≈ I1 = 1.25V/330Ω = 3.8mA.
В следующем каскаде схемы на рисунке 1 используется маломощный опорный стабилитрон LM385-2.5 для формирования стабилизированного питания 2.5 В для маломощной системы. LM385-2.5 работает в диапазоне токов от 20μA до 20 мА, отличается крайне низким динамическим сопротивлением и хорошей температурной стабильностью. В схеме также рационально использованы свойства высокоточного источника опорного напряжения TL431: вывод опоры 1 и катод 2 замкнуты между собой, а сам элемент включен последовательно в цепь. В такой конфигурации падение напряжения между анодом и катодом TL431 составляет 2.5 В, благодаря чему на выходе источника тока I2 обеспечивается напряжение 5 В. Этого напряжения достаточно для питания схемы обработки сигнала.