Імпульсні стабілізатори напруги (ІСН) користуються великою популярністю у радіоаматорів. В останні роки такі пристрої будують на базі спеціалізованих мікросхем, польових транзисторів і діодів Шоттки. Завдяки цьому технічні характеристики ІСН значно покращилися, особливо ККД, що досягає 90%, при одночасному спрощенні схемотехніки. Описуваний стабілізатор є результат пошуку компромісу між якісними показниками, складністю і ціною.

Стабілізатор побудований по схемі з самозбудженням. Він має досить високими експлуатаційними характеристиками та надійністю, має захист від перевантажень і коротких замикань виходу, а також від появи на виході вхідної напруги в разі аварійного пробою регулюючого транзистора. Принципова схема ІСН зображена на рис. 5.21. Його основа – широкораспространенная ОУ КР140УД608А.

На відміну від багатьох пристроїв подібного призначення, для стеження за вихідним напругою і струмом перевантаження, використовується загальна ланцюг ООС, утворена транзистором VT4, а в якості датчика струму використовується котушка індуктивності L2 (активна складова її опору), яка одночасно є частиною LC-фільтра (L2, СЗ), що зменшує пульсації вихідної напруги. Вихідна напруга визначають стабілітрон VD2 і емітерний перехід транзистора VT4, а струм перевантаження – нормоване активний опір котушки індуктивності L2.

Все це дозволило в якійсь мірі спростити ІСН, зменшити пульсації вихідної напруги і збільшити ККД, завдяки поєднанню датчика струму з LC-фільтром. Недолік такого схемного рішення – Кілька завищене вихідний опір пристрою.

Основні технічні характеристики ІСН:

Вихідна напруга, В, при відсутності навантаження ……………….. 12г5;

при струмі навантаження 4 А. …………………….. 12;

Струм спрацьовування захисту, А. …………………………………….. ………….. 4,5;

Напруга пульсації (при ємкості

згладжує конденсатора випрямляча 4700 мкФ), мВ ………. 16;

Частота перетворення (при струмі навантаження 4 А), кГц ……. близько 20;

ККД (при струмі навантаження 4 А),%, не менше ……………………………… 80 ;

Вхідна напряженйе, В. ……………………………………… …………….. 16 … 27.

У разі живлення від стабілізованого джерела постійного струму працездатність пристрою зберігається при зниженні вхідної напруги практично до відкритого стану транзистора VT3. Подальше зменшення вхідної напруги призводить до зриву генерації, але VT3 залишається відкритим. Якщо при цьому на виході виникне перевантаження або коротке замикання, генерація відновлюється і стабілізатор починає працювати в режимі обмеження струму. Ця властивість дозволяє використовувати його в якості електронного запобіжника без «засувки». Працює стабілізатор наступним чином.

Через різного співвідношення опорі резисторів дільників R6, R7 і R8, R9 напруга на неінвертуючий вході ОП DA! в момент включення живлення виявляється більше, ніж на інвертується, тому на його виході встановлюється високий рівень. Транзистори VT1 ??… VT3 відкриваються і конденсатори С2, СЗ починають заряджатися, а котушка L1 – накопичувати енергію. Після того як напруга на виході стабілізатора досягне значення, відповідного пробою стабілітрона VD2 і відкриванню транзистора VT4, напруга на неінвертуючий вході ОП ОА1 стає менше, ніж на інвертується (через шунтування R9 резистором R10), і на його виході встановлюється низький рівень.

В результаті транзистори VT1 ??… VT3 закриваються, полярність напруги на висновках котушки L1 стрибком змінюється на протилежну, відкривається комутуючих діод VD1 і енергія, накопичена в котушці L1 і конденсаторах С2, СЗ, віддається в навантаження. При цьому вихідна напруга зменшується, стабілітрон VD2 і транзистор VT4 закриваються, на виході ОУ з'являється високий рівень і транзистор VT3 знову відкривається, починаючи тим самим новий робочий цикл стабілізатора.

При збільшенні струму навантаження понад номінального значення зростаюче падіння напруги на активному опорі котушки L2 починає більшою мірою відкривати транзистор VT4, ООС по току стає переважаючою, а стабілітрон VD2

 

 

закривається. Через дії ООС вихідний струм стабілізується, а вихідна напруга і вхідний струм зменшуються, забезпечуючи тим самим безпечний режим роботи транзистора VT3. Після усунення перевантаження або короткого замикання пристрій повертається в режим стабілізації напруги.

Як видно зі схеми, транзистори VT1 ??і VT3 утворюють складовою транзистор. Таке схемне рішення оптимально при використанні як ключового елемента біполярного транзистора, тому що в цьому випадку забезпечується відносно невелике падіння напруги на відкритому транзисторі VT3 при відносно малих струмах керування. При цьому транзистор VT1 насичується, забезпечуючи оптимальні статичні втрати складеного транзистора, a VT3 не насичується, забезпечуючи оптимальні динамічні втрати. Як датчик струму VT4 застосований потужний транзистор серії КТ817. В принципі, тут можливе використання і більше дешевого малопотужного транзистора, проте у потужних при малих робочих струмах (як в даному випадку) напруга відкривання емітерного переходу – всього близько 0,4 В, тоді як у малопотужних, наприклад, КТ3102, воно – близько 0,55 В.

Таким чином, при одному і тому ж струмі спрацьовування захисту опір вимірювального резистора в разі використання потужного транзистора виходить менше, забезпечуючи тим самим виграш в ККД стабілізатора. У описуваному ІСН, як зазначалося, передбачений захист від появ вхідної напруги

на виході при пробої регулюючого транзистора VT3. У цьому випадку напруга на стабілітрон VD3 стає більш 15 В, струм в силовому ланцюзі різко зростає і запобіжник FU1 згоряє. Передбачається, що останній перегорить раніше, ніж це станеться зі стабілітронів (через теплових перевантажень).

Імітація аварії (замикання висновків колектора і емітера VT3) показала, що стабілітрони КС515А (у металевому корпусі) відмінно захищають живляться від ІСН пристрої: при згорянні запобіжника стабілітрони, виходячи з ладу, залишаються «в глибокому» короткому замиканні (не обриваються). Такі ж результати отримані при випробуванні стабілітронів КС515Г, а також аналогічних імпортних (в пластмасових корпусах). Незадовільно вели себе аналогічні стабілітрони в скляних корпусах – вони встигали перегоряти одночасно з запобіжником.

У ІСН можна застосувати будь-які транзистори зазначених на схемі серій (крім КТ816А в якості VT1). Оксидні конденсатори С2, СЗ – закордонного виробництва марки SR (наближений аналог К50-35). Найбільш відповідна заміна КР140УД608 – КР140УД708.

Накопичувальна котушка індуктивності L1 поміщена в броньовий магнітопровід з двох чашок 422 з фериту М2000НМ з зазором близько 0,2 мм, утвореним двома шарами самоклеющейся паперу. Намотують котушку проводом ПЕЛ-1, 0. Щоб котушка не «пищала» на частоті перетворення, чашку з обмоткою занурюють на деякий час в резервуар з нітролаком, потім витягують і дають лаку стекти. Після цього чашку надягають на попередньо вставлений у відповідний отвір плати стягує гвинт, надягають другу чашку і отриману таким чином збірку стягують гвинтом з гайкою і шайбою.

Після висихання лаку висновки котушки акуратно зачищають, опромінення-жива і припаюють до відповідних контактів плати. Потім монтують інші деталі. Датчик струму котушки L2 поміщають в магнітопровід з двох чашок 414 з фериту тієї ж марки, що і котушка L1, і такий же діелектричною прокладкою. Для обмотки використовують дріт ПЕЛ-0, 5 довжиною 700 мм, просочувати лаком її необов'язково. Цю котушку можна виготовити й інакше, намотавши провід зазначеного діаметра і довжини на стандартний дросель

 

 

ДПМ-0, 6, проте ефективність придушення імпульсів на частоті перетворення в цьому випадку трохи знизиться.

Стабілізатор збирають на друкованій платі з однобічного фольгованого склотекстоліти, креслення якої зображений на рис. 5.22. У випадку, якщо ІСН буде використовуватися при максимальному струмі навантаження, транзистор VT3 необхідно встановити на тепловідвід у вигляді алюмінієвої пластини площею не менше 100 см2 і товщиною 1,5 … 2 мм. На цьому ж тепловідвід через ізолюючу прокладку (наприклад, слюдяну) закріплюють і комутуючих діод VD1. При струмах навантаження менше 1 А тепло-відвід для транзистора VT3 і діода VD1 не буде потрібно, однак у цьому випадку струм спрацьовування захисту необхідно зменшити до 1,2 А, замінивши котушку L2 резистором С5-16 опором 0,33 Ом і потужністю 1 Вт.

У налагодженні описаний ІСН практично не потребує. Можливо, однак, доведеться уточнити струм спрацьовування захисту, для чого провід котушки L2 слід взяти спочатку більшої довжини. Припаявши його до відповідних контактів плати, поступово вкорочують до отримання необхідного струму спрацьовування захисту, а потім намотують котушку L2. Використовувати стабілізатор при струмах навантаження більше 4 А не слід. Обмеження пов'язано в основному з максимально допустимим імпульсним струмом колектора транзистора серії КТ805.