Применение
При анализе доступных в сети схем мощных источников питания с регулируемым выходом в широких пределах, подавляющее большинство имеют следующие недостатки:
- у линейных стабилизаторов большие габариты (из-за необходимости применения оксидных конденсаторов большой ёмкости и теплоотводов);
-у ШИМ стабилизаторов довольно узок диапазон регулирования и в выходном напряжении присутствуют высокочастотные пульсации;
- приборы с улучшенными потребительскими качествами (ограничением по току, индикацией режимов, коммутацией обмоток трансформатора и т д.) относительно сложны.
Пришлось искать иные решения, и в результате был разработан источник питания, свободный от названных недостатков.
В предлагаемом регулируемом источнике питания применено двухступенчатое преобразование выпрямленного напряжения: ШИМ преобразование в промежуточное напряжение и последующая линейная стабилизация.
Основные технические характеристики:
Предел регулирования выходного напряжения: 1,3…30 В;
Коэффициент нестабильности по напряжению: 0,07%/В;
Нестабильность по току нагрузки: 0,1%;
Входное напряжение: 27VAC;
КПД при максимальном токе нагрузки: 70%;
Максимальный ток ограничения: 1,2 А.
В схеме предусмотрена возможность изменения порога ограничения тока до 1,2 А, а также имеется не триггерная защита от короткого замыкания со световой индикацией.
Источник отличается малыми габаритами, минимальными тепловыми потерями (при токе нагрузки до 0,3 А теплоотводы не требуются).
Структурная схема блока питания
Входное напряжение Uвх трансформируется ШИМ-преобразователем DA1 в промежуточное Uпр которое, в свою очередь, является входным для аналогового стабилизатора DA2.
Обратная связь через дифференциальный усилитель DA3 поддерживает необходимое для DA2 падение напряжения (для LM317 – 2,5 В) благодаря чему тепловые потери на DA2 минимальны.
Схема электрическая
Выпрямленное напряжение с выхода моста VD1 сглаживается конденсатором С1 и подаётся на вход ШИМ преобразователя, собранного на элементах DA1, VT2, VD3, L1.
Схема включения DA1 – типовая понижающая и позволяет свести к минимуму число пассивных элементов, но накладывает ограничение на максимальное входное напряжение, которое в таком включении не должно превышать 40 В.
ШИМ с помощью накопительного дросселя L1 и диода VD3 формирует промежуточное напряжение Uпp на конденсаторе С4.
На микросхемном стабилизаторе DA2 собран линейный регулятор напряжения. Регулируют его переменным резистором R11.
Диоды VD5 и VD6 защищают микросхему от обратных токов и отрицательных напряжений и введены в соответствии с рекомендациями по её применению.
ОУ DA3 и резисторы R7…R10 образуют дифференциальный усилитель, следящий за падением напряжения на стабилизаторе DA2.
Коэффициент усиления DA3 выбран равным 1,5, что позволяет поддерживать установленное значение во всем интервале напряжений и токов в том числе и при коротком замыкании выхода. Подстроечным резистором R2 регулируют падение напряжения при налаживании.
На элементах VT1, VD2, R1 выполнен сигнализатор короткозамкнутого состояния выхода. В нормальном режиме транзистор VT1 открыт, и падение напряжения на нем не превышает нескольких десятых долей вольта. При снижении напряжения на выходе источника до 0,7 В и менее, транзистор VT1 закрывается и светодиод VD2 начинает светиться.
О включённом состоянии источника питания сигнализирует светодиод VD4.
Весьма интересна роль резистора R5. При напряжении на нем более 120 мВ (среднее значение, определённое опытным путём) вступает в действие внутренний ограничитель ширины импульсов микросхемы DA1, превращая её в источник тока. Этим свойством можно воспользоваться для ограничения максимального тока нагрузки.
Так на пример, при сопротивлении этого резистора, равном 0,1 Ом источник способен выдавать в нагрузку ток до 1,2 А, а при R5 = 1 Ом – только до 120 мА. Установив резистор сопротивлением 0,5 Ом и ограничив тем самым ток нагрузки значением 240 мА, можно отказаться от теплоотвода для микросхемы DA2 и от внешнего токового ключа ШИМ преобразователя (исключив транзистор VT2, резистор R3 и подключив вывод 2 DA1 к точке соединения дросселя L1 и диода VD2). В этом случае габариты изделия будут ненамного больше спичечного коробка.
Конструкция, детали и наладка
Чертёж печатной платы для схемы приведён выше на рисунке.
В качестве ключа VT2 можно применить любой транзистор со статическим коэффициентом передачи тока базы более 30 и допустимым током коллектора не менее 3 А, например КТ805АМ. Очень хорошо ведёт себя на этом месте полевой транзистор IRF3205 – ему не нужен теплоотвод при токе до 1 А.
Индуктивность дросселя L1 может быть любой от 40 до 200 мкГн. Единственное требование – он должен быть рассчитан на ток не менее 1,5 А.
Светодиоды можно применять любые с номинальным током 20 мА, зелёного (VD4) и красного (VD2) цвета свечения.
ШИМ-преобразователь DA1 MC34063 можно заменить на отечественный аналог – КР1156ЕУ5.
Вместо VT1 можно поставить КТ503Г, а операционный усилитель DA3 заменить на КР140УД17.
Налаживание источника питания сводится к установке подстроечным резистором R2 напряжения 2,5 В между выводами 2 и 3 DA2 (при 50-процентной нагрузке).
