Простий ключовою стабілізатор напруги

Електронні пристрої, виконані на цифрових мікросхемах, не пред'являють дуже високі вимоги до стабільності і рівнем пульсацій напруги живлення. Тому для живлення таких пристроїв можна з успіхом застосовувати найпростіші ключові стабілізатори напруги. Вони мають високий ККД, менші габарити і масу в порівнянні з безперервними стабілізаторами. Правильне конструктивне виконання ключового стабілізатора дозволяє уникнути проникнення високочастотних перешкод в живильний пристрій.

На рис. 1 показана принципова схема простого ключового стабілізатора. При високих енергетичних показниках якість вихідної напруги дозволяє підключати до стабілізатору пристрої, виконані на цифрових мікросхемах серій К130, К133, К134, К.155, К156, К561 і ін

Основні технічні характеристики

Вхідна напруга, В … 15 … 25

Вихідна напруга, В … 5

Максимальний струм навантаження, А 4

Пульсації вихідної напруги при струмі навантаження 4 А в усьому інтервалі живлячої напруги, мВ, не більше. . 50

ККД,%, не гірше ….. 60

Робоча частота при вхідній напрузі 20 В, струмі навантаження 3 А, кГц …… 20

При подачі на вхід пристрою напруги живлення в ланцюзі бази складеного транзистора VT2, VT3 з'являється струм, внаслідок чого він відкривається. Ланцюг R3C2 забезпечує імпульсний характер виникнення цього струму, що сприяє форсованого відкриванню складеного транзистора. Після його відкриття через дросель L1 починає протікати зростаючий струм, що заряджає накопичувальні конденсатори СЗ, С4. Коли напруга на цих конденсаторах досягає деякого рівня U1, відкриваються транзистори VT4 і VT1. Останній з них, насичуючись, підключає до емітерний переходу транзистора VT2 заряджений в закриває полярності конденсатор С2. Це сприяє швидкому закривання складеного транзистора.

Струм в дроселі L1 не може миттєво перерватися, тому після закривання транзисторів VT2, VT3 відкривається діод VD1, який замикає ланцюг струму через дросель L1. У цей відрізок часу струм у дроселі зменшується, а з моменту, коли він зрівняється зі струмом навантаження, починає зменшуватися і напруга на конденсаторах СЗ, С4. При деякому його значенні U2 транзистори VT4 і VT1 закриваються, a VT2 і VT3 – відкриваються, і струм в дроселі L1 починає знову збільшуватися, діод VD1 закривається.

Напруга на конденсаторах СЗ, С4 продовжує зменшуватися до значення з, коли струм у дроселі L1 стає рівним струму навантаження; співвідношення значень напруги на накопичувальних конденсаторах таке: U3 <U2 <U1. Починаючи з цього моменту, напруга на конденсаторах СЗ, С4 знову починає збільшуватися, і цикл роботи стабілізатора повторюється. Конденсатор С5 створює на базі транзистора VT4 необхідну фазовий зсув сигналу зворотного зв'язку, що визначає частоту слідування робочих циклів. Фільтр L2C6 служить для зменшення пульсацій вихідної напруги.

На рис. 2 представлені основні характеристики пристрою. Як можна бачити (рис. 2, а), ККД поблизу оптимального значення струму навантаження досить високий для такого простого стабілізатора. Примітно, що зі збільшенням струму навантаження від мінімуму ККД збільшується. Це пояснюється тим, що струм управління складовим транзистором VT2, VT3 залишається практично постійним. Потужність, розсіюють на транзисторі VT3 і діод VD1, незначна. Це дозволяє отримати значний струм навантаження без застосування тепловідводів для потужних елементів. Однак при тривалій роботі зі струмом навантаження понад 3,5 А установка цих елементів на тепловідвід стає необхідною.

Навантажувальна характеристика (рис. 2, б) показує стабілізуючі здатності пристрою. Необхідно відзначити, що зменшення вихідної напруги при струмі навантаження більше 2 А відбувається в основному через падіння напруги на активному опорі дроселя L2.

На рис. 3 зображені осцилограми вихідної напруги стабілізатора при його випробуванні імпульсної навантаженням при різних струмі навантаження

і ємності конденсатора СБ Перехідний процес супроводжується викидами вихідної напруги, що не перевищують 0,4 В. Це обставина накладає деякі обмеження на область застосування стабілізатора. Цим відрізняється від перехідного процесу можна, або збільшуючи ємність конденсатора С6, або взагалі відмовившись від фільтра L2C6 і значно збільшивши ємність накопичувальних конденсаторів СЗ, С4 (у 8 .. 10 разів). Другий варіант більш доцільний, оскільки зменшиться і час перехідного процесу.

У пристрої використані стандартні літали, крім дроселів L1 і L2. Вони саморобні, намотані на пластмасових каркасах, поміщених в броньові магнітопроводи Б22 з фериту М2000НМ. Дросель L1 містить 18 витків джгута з 7 проводів ПЕВ-1 0,35. Між чашками його магнітопро-вода вкладена прокладка товщиною 0,8 мм. Активний опір обмотки дроселя L1 27 мОм. Дросель L2 містить 9 витків джгута з 10 проводів ПЕВ-1 0,35. Зазор між його чашками – 0,2 мм, активний опір обмотки – 13 мОм. Прокладки можна виготовити з жорсткого теплостійкого матеріалу – текстоліту, слюди, електрокартоіа. Гвинт, скріплює чашки магнітопровода, повинен бути з немагнітного матеріалу, наприклад з латуні.

Конденсатори С1, СЗ, С4 працюють в режимі великих струмових імпульсів. Для цього режиму найбільш підходять оксидні конденсатори К52-1. Можна спробувати замінити їх на К53-1а, К50 24, K50-1G на напругу не менше 15 В (СЗ, С4) та 25 В (С1). Однак частотні властивості атіх конденсаторів гірше, ніж у К52-1, тому ту ж ємність потрібно буде набрати паралельним з'єднанням 4-5 конденсаторів з однаковим номіналом. Транзистор VT2 можна замінити на КТ644, КТ626 з будь-якими буквеними індексами.

Конструктивно стабілізатор змонтований на друкованій платі, креслення якої і розташування деталей на ній показані на рис. 4. При монтажі стабілізатора проводи, які підводять вхідна напруга, рекомендується звити в шнур, щоб уникнути виникнення додаткових високочастотних імпульсних перешкод від вхідного струму.

Для налагодження стабілізатора до його виходу підключають витримку навантаження резистор опором 5 … 7 Ом і потужністю 10 Вт. При справності всіх деталей стабілізатор відразу починає працювати. Спочатку підбіркою резистора R7 встановлюють номінальне вихідна напруга. Далі збільшують струм навантаження до 3 А і, підбираючи конденсатор С5, встановлюють таку частоту генерації (приблизно 18 … 20 кГц), при якій високочастотні викиди напруги на конденсаторах СЗ, C4 мінімальні. На цьому налагодження вважають закінченим.

Стабілізатор розрахований на роботу при вихідному напрузі 5 В, проте його можна і збільшити до 8 … 10 В, збільшивши номінал резистора R7 і підібравши нове значення робочої частоти. Однак при цьому потужність, розсіюють на транзисторі VT3, також збільшиться, що потребують або обмеження струму навантаження, або збільшення розмірів тепловідведення.

Ретельно змонтований і налагоджений стабілізатор має вельми незначні високочастотні пульсації вихідної напруги, тому ніяких додаткових заходів приймати не потрібно. Якщо ж він буде працювати в широкому діапазоні температури, то настройка "йде" і високочастотні викиди вихідної напруги, хоча і незначні, з'являються. Якщо до якості вихідної напруги пред'являються підвищені вимоги, необхідно конденсатори СЗ, С4 за шунтувати не скільки керамічними конденсаторами КМ-6б загальною ємністю 3 … 5 мкФ. Крім того, такі ж конденсатори бажано передбачити і безпосередньо на вході питомого пристрої, але їх ємність може бути в 10. .20 Разів менше.

Якщо необхідно уникнути розповсюдження високочастотних перешкод під вхідні ланцюги стабілізатора, його потрібно живити через Г-подібний LC-фільтр. Котушка повинна мати індуктивність 5 … 10 мкГн і ток насичення не менше 2 А (намотувати її бажано на замкнутому магнітопроводі). Конденсатор – керамічний, ємністю 1 … 2,2 мкФ (наприклад, КМ-6б).

Так як під час роботи пристрою деякі елементи можуть нагріватися до температури 90 … 100 ° С, плату бажано розташувати вертикально, і вжити заходів проти нагріванні стабілітрон VD2, інакше вихідна напруга буде зменшуватись.

А. МИРОНОВ

р. Люберці Московської обл ..

РАДІО № 8, 1985 р., с. 44.