LM2596 smanjuje ulazni napon (na 40 V) - izlaz je regulisan, struja je 3 A. Idealno za LED diode u automobilu. Vrlo jeftini moduli - oko 40 rubalja u Kini.

Texas Instruments proizvodi visokokvalitetne, pouzdane, pristupačne i jeftine, jednostavne za korištenje DC-DC kontrolere LM2596. Kineske tvornice proizvode ultra jeftine impulsne stepdown pretvarače na temelju toga: cijena modula za LM2596 je približno 35 rubalja (uključujući isporuku). Savjetujem vam da kupite seriju od 10 komada odjednom - uvijek će biti koristi od njih, a cijena će pasti na 32 rublje, a manje od 30 rubalja kada naručite 50 komada. Pročitajte više o proračunu sklopa mikrokola, podešavanju struje i napona, njegovoj primjeni i nekim nedostacima pretvarača.

Tipičan način upotrebe je stabilizirani izvor napona. Lako je napraviti sklopno napajanje na bazi ovog stabilizatora, koristim ga kao jednostavno i pouzdano laboratorijsko napajanje koje može izdržati kratke spojeve. Privlačne su zbog postojanosti kvaliteta (svi izgledaju kao da se proizvode u istoj fabrici - i teško je pogrešiti u pet delova), kao i potpune usklađenosti sa podacima i deklarisanim karakteristikama.

Druga primjena je stabilizator impulsne struje za napajanje za LED diode velike snage. Modul na ovom čipu će vam omogućiti da povežete 10-vatnu automobilsku LED matricu, dodatno pružajući zaštitu od kratkog spoja.

Toplo preporučujem da ih kupite desetak - sigurno će vam dobro doći. Jedinstveni su na svoj način - ulazni napon je do 40 volti, a potrebno je samo 5 vanjskih komponenti. Ovo je zgodno - možete povećati napon na sabirnici pametne kuće na 36 volti smanjenjem poprečnog presjeka kablova. Takav modul ugrađujemo na mjesta potrošnje i konfiguriramo ga na potrebnih 12, 9, 5 volti ili po potrebi.

Pogledajmo ih pobliže.

Karakteristike čipa:

• Ulazni napon - od 2,4 do 40 volti (do 60 volti u HV verziji)
• Izlazni napon - fiksni ili podesivi (od 1,2 do 37 volti)
• Izlazna struja - do 3 ampera (uz dobro hlađenje - do 4,5A)
• Frekvencija konverzije - 150 kHz
• Kućište - TO220-5 (montaža kroz rupu) ili D2PAK-5 (površinska montaža)
• Efikasnost - 70-75% na niskim naponima, do 95% na visokim naponima

1. Stabilizirani izvor napona
2. Konvertorski krug
3. Datasheet
4. USB punjač baziran na LM2596
5. Strujni stabilizator
6. Koristi se u kućnim uređajima
7. Podešavanje izlazne struje i napona
8. Poboljšani analozi LM2596

Istorijat - linearni stabilizatori

Za početak, objasnit ću zašto su standardni linearni pretvarači napona poput LM78XX (na primjer 7805) ili LM317 loši. Evo njegovog pojednostavljenog dijagrama.

Glavni element takvog pretvarača je moćni bipolarni tranzistor, uključen u svom "izvornom" značenju - kao kontrolirani otpornik. Ovaj tranzistor je dio Darlington para (da bi se povećao koeficijent prijenosa struje i smanjila snaga potrebna za rad kola). Osnovnu struju postavlja operacioni pojačivač, koji pojačava razliku između izlaznog napona i onog koji je zadao ION (referentni izvor napona), tj. spojen je prema klasičnom krugu pojačala greške.

Dakle, pretvarač jednostavno uključuje otpornik u seriji s opterećenjem i kontrolira njegov otpor tako da se, na primjer, ugasi tačno 5 volti preko opterećenja. Lako je izračunati da kada se napon smanji sa 12 volti na 5 (veoma čest slučaj korištenja čipa 7805), ulaznih 12 volti se raspoređuje između stabilizatora i opterećenja u omjeru „7 volti na stabilizatoru + 5 volti na opterećenju.” Pri struji od pola ampera na opterećenju se oslobađa 2,5 vata, a kod 7805 - čak 3,5 vata.

Ispada da se "dodatnih" 7 volti jednostavno gase na stabilizatoru, pretvarajući se u toplinu. Prvo, to uzrokuje probleme sa hlađenjem, a drugo, potrebno je puno energije iz izvora napajanja. Kada se napaja iz utičnice, to nije strašno (iako i dalje nanosi štetu okolišu), ali kada se napaja iz baterije ili punjive baterije, to se ne može zanemariti.

Drugi problem je što je generalno nemoguće napraviti pojačani konvertor koristeći ovu metodu. Često se javlja takva potreba, a pokušaji da se ovo pitanje riješi prije dvadeset ili trideset godina su nevjerojatni - koliko je bila složena sinteza i proračun takvih kola. Jedno od najjednostavnijih kola ove vrste je push-pull 5V->15V pretvarač.

Mora se priznati da obezbeđuje galvansku izolaciju, ali ne koristi efikasno transformator - u svakom trenutku se koristi samo polovina primarnog namotaja.

Zaboravimo ovo kao ružan san i pređimo na moderna kola.

Izvor napona

Šema

Mikrokrug je pogodan za korištenje kao step-down pretvarač: unutra se nalazi snažan bipolarni prekidač, ostaje samo dodati preostale komponente regulatora - brzu diodu, induktivitet i izlazni kondenzator, također je moguće instalirajte ulazni kondenzator - samo 5 dijelova.

Verzija LM2596ADJ će također zahtijevati krug za podešavanje izlaznog napona, to su dva otpornika ili jedan varijabilni otpornik.

Krug pretvarača naponskog napona na bazi LM2596:

Cela šema zajedno:

Ovdje možete preuzmite tablicu sa podacima za LM2596.

Princip rada: snažan prekidač unutar uređaja, kontrolisan PWM signalom, šalje impulse napona na induktivitet. U tački A, x% vremena je pun napon, a (1-x)% vremena napon je nula. LC filter izglađuje ove oscilacije naglašavajući konstantnu komponentu jednaku x * naponu napajanja. Dioda završava krug kada se tranzistor isključi.

Detaljan opis posla

Induktivnost se odupire promjeni struje kroz nju. Kada se napon pojavi u tački A, induktor stvara veliki negativni napon samoindukcije, a napon na opterećenju postaje jednak razlici između napona napajanja i napona samoindukcije. Struja induktivnosti i napon na opterećenju postepeno rastu.

Nakon što napon nestane u tački A, induktor nastoji održati prethodnu struju koja teče iz opterećenja i kondenzatora, te je kratko spaja kroz diodu na masu - ona postepeno opada. Stoga je napon opterećenja uvijek manji od ulaznog napona i zavisi od radnog ciklusa impulsa.

Izlazni napon

Modul je dostupan u četiri verzije: sa naponom od 3,3V (indeks –3,3), 5V (indeks –5,0), 12V (indeks –12) i podesivom verzijom LM2596ADJ. Prilagođenu verziju ima smisla koristiti svuda, jer je dostupna u velikim količinama u skladištima elektronskih kompanija i malo je vjerovatno da ćete naići na nedostatak - a potrebna su joj samo dodatna dva peni otpornika. I naravno, verzija od 5 volti je također popularna.

Količina na zalihama je u zadnjoj koloni.

Izlazni napon možete podesiti u obliku DIP prekidača, dobar primjer za to je dat ovdje, ili u obliku okretnog prekidača. U oba slučaja trebat će vam baterija preciznih otpornika - ali možete podesiti napon bez voltmetra.

Okvir

Postoje dvije opcije kućišta: TO-263 kućište za planarnu montažu (model LM2596S) i TO-220 kućište kroz otvor (model LM2596T). Više volim da koristim planarnu verziju LM2596S, pošto je u ovom slučaju hladnjak sama ploča i nema potrebe za kupovinom dodatnog eksternog hladnjaka. Osim toga, njegova mehanička otpornost je mnogo veća, za razliku od TO-220, koji mora biti pričvršćen na nešto, čak i na ploču - ali tada je lakše instalirati planarnu verziju. Preporučujem korištenje čipa LM2596T-ADJ u izvorima napajanja jer je lakše ukloniti veliku količinu topline iz njegovog kućišta.

Izglađivanje valovitosti ulaznog napona

Može se koristiti kao efikasan “pametni” stabilizator nakon strujnog ispravljanja. Budući da mikrokolo direktno prati izlazni napon, fluktuacije ulaznog napona će uzrokovati obrnuto proporcionalnu promjenu koeficijenta konverzije mikrokola, a izlazni napon će ostati normalan.

Iz ovoga proizilazi da kada se LM2596 koristi kao step-down pretvarač nakon transformatora i ispravljača, ulazni kondenzator (tj. onaj koji se nalazi odmah nakon diodnog mosta) može imati mali kapacitet (oko 50-100 μF).

Izlazni kondenzator

Zbog visoke frekvencije konverzije, izlazni kondenzator također ne mora imati veliki kapacitet. Čak i moćni potrošač neće imati vremena da značajno smanji ovaj kondenzator u jednom ciklusu. Napravimo proračun: uzmimo kondenzator od 100 µF, izlazni napon od 5 V i opterećenje od 3 ampera. Potpuno napunjenost kondenzatora q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.

U jednom ciklusu konverzije, opterećenje će uzeti dq = I*t = 3 A * 6,7 μs = 20 μC od kondenzatora (ovo je samo 4% ukupnog naboja kondenzatora), a odmah će započeti novi ciklus i pretvarač će staviti novi dio energije u kondenzator.

Najvažnije je ne koristiti tantalske kondenzatore kao ulazne i izlazne kondenzatore. Oni pišu pravo u tablicama podataka - "ne koristiti u strujnim krugovima", jer vrlo slabo toleriraju čak i kratkotrajne prenapone i ne vole visoke impulsne struje. Koristite obične aluminijske elektrolitičke kondenzatore.

Efikasnost, efikasnost i gubitak toplote

Efikasnost nije tako visoka, jer se bipolarni tranzistor koristi kao moćan prekidač - i ima pad napona različit od nule, oko 1,2V. Otuda i pad efikasnosti pri niskim naponima.

Kao što vidite, maksimalna efikasnost se postiže kada je razlika između ulaznog i izlaznog napona oko 12 volti. Odnosno, ako trebate smanjiti napon za 12 volti, minimalna količina energije će ići u toplinu.

Šta je efikasnost pretvarača? Ovo je vrijednost koja karakterizira strujne gubitke - zbog stvaranja topline na potpuno otvorenom snažnom prekidaču prema Joule-Lenzovom zakonu i sličnih gubitaka tokom prolaznih procesa - kada je prekidač, recimo, samo napola otvoren. Efekti oba mehanizma mogu biti uporedivi po veličini, tako da ne treba zaboraviti na oba puta gubitka. Mala količina energije se također koristi za napajanje "mozga" samog pretvarača.

U idealnom slučaju, kada pretvarate napon iz U1 u U2 i izlaznu struju I2, izlazna snaga je jednaka P2 = U2*I2, ulazna snaga je jednaka njoj (idealan slučaj). To znači da će ulazna struja biti I1 = U2/U1*I2.

U našem slučaju, konverzija ima efikasnost ispod jedinice, tako da će dio energije ostati unutar uređaja. Na primjer, sa efikasnošću η, izlazna snaga će biti P_out = η*P_in, a gubici P_loss = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Naravno, pretvarač će morati povećati ulaznu struju kako bi održao specificiranu izlaznu struju i napon.

Možemo pretpostaviti da će pri pretvaranju 12V -> 5V i izlaznoj struji od 1A gubici u mikrokolu biti 1,3 vata, a ulazna struja 0,52A. U svakom slučaju, ovo je bolje od bilo kojeg linearnog pretvarača, koji će dati najmanje 7 vati gubitaka, a trošit će 1 amper iz ulazne mreže (uključujući i za ovaj beskorisni zadatak) - dvostruko više.

Inače, mikrokolo LM2577 ima tri puta nižu radnu frekvenciju, a efikasnost mu je nešto veća, jer ima manje gubitaka u prijelaznim procesima. Međutim, potrebne su mu tri puta veće snage induktora i izlaznog kondenzatora, što znači dodatni novac i veličinu ploče.

Povećanje izlazne struje

Unatoč već prilično velikoj izlaznoj struji mikrokola, ponekad je potrebna i veća struja. Kako izaći iz ove situacije?

1. Nekoliko pretvarača može biti paralelno. Naravno, moraju biti podešeni na potpuno isti izlazni napon. U ovom slučaju ne možete se snaći s jednostavnim SMD otpornicima u krugu za podešavanje napona povratne veze; trebate koristiti ili otpornike s točnošću od 1% ili ručno podesiti napon s promjenjivim otpornikom.

Ako niste sigurni u malo širenje napona, bolje je paralelno spojiti pretvarače kroz mali šant, reda veličine nekoliko desetina miljoma. Inače će cijelo opterećenje pasti na ramena pretvarača s najvećim naponom i možda se neće nositi. 2. Možete koristiti dobro hlađenje - veliki radijator, višeslojnu štampanu ploču sa velikom površinom. Ovo će omogućiti [povišenje struje](/lm2596-tips-and-tricks/ “Upotreba LM2596 u uređajima i rasporedu ploče”) na 4,5 A. 3. Konačno, možete [pomjeriti moćni ključ] (#a7) izvan kućišta mikrokola. Ovo će omogućiti korištenje tranzistora s efektom polja sa vrlo malim padom napona i značajno će povećati i izlaznu struju i efikasnost.

USB punjač za LM2596

Možete napraviti vrlo praktičan putni USB punjač. Da biste to učinili, potrebno je postaviti regulator na napon od 5V, osigurati mu USB priključak i napajati punjač. Koristim radio model litijum-polimersku bateriju kupljenu u Kini koja obezbeđuje 5 amper sati na 11,1 volti. Ovo je mnogo - dovoljno za 8 puta punite običan pametni telefon (ne uzimajući u obzir efikasnost). Uzimajući u obzir efikasnost, to će biti najmanje 6 puta.

Ne zaboravite kratko spojiti D+ i D- pinove USB utičnice kako biste rekli telefonu da je povezan na punjač i da je struja koja se prenosi neograničena. Bez ovog događaja, telefon će misliti da je povezan sa računarom i da će se puniti strujom od 500 mA – veoma dugo. Štoviše, takva struja možda neće ni nadoknaditi trenutnu potrošnju telefona, a baterija se uopće neće puniti.

Također možete obezbijediti odvojeni 12V ulaz iz akumulatora automobila sa konektorom za upaljač - i prebaciti izvore nekom vrstom prekidača. Savjetujem vam da instalirate LED koji će signalizirati da je uređaj uključen, kako ne biste zaboravili isključiti bateriju nakon potpunog punjenja - inače će gubici u pretvaraču potpuno isprazniti rezervnu bateriju za nekoliko dana.

Ova vrsta baterije nije baš prikladna jer je dizajnirana za velike struje - možete pokušati pronaći bateriju sa nižom strujom, a ona će biti manja i lakša.

Strujni stabilizator

Podešavanje izlazne struje

Dostupno samo sa verzijom podesivog izlaznog napona (LM2596ADJ). Inače, Kinezi prave i ovu verziju ploče, sa regulacijom napona, struje i svih vrsta indikacija - gotov modul za stabilizaciju struje na LM2596 sa zaštitom od kratkog spoja može se kupiti pod imenom xw026fr4.

Ako ne želite koristiti gotov modul, a želite sami napraviti ovaj krug, nema ništa komplicirano, s jednim izuzetkom: mikro krug nema mogućnost kontrole struje, ali ga možete dodati. Objasnit ću kako to učiniti i razjasniti teške tačke na tom putu.

Aplikacija

Stabilizator struje je stvar potrebna za napajanje moćnih LED dioda (usput - moj projekat mikrokontrolera LED drajveri velike snage), laserske diode, galvanizacija, punjenje baterije. Kao i kod stabilizatora napona, postoje dvije vrste takvih uređaja - linearni i impulsni.

Klasični linearni stabilizator struje je LM317 i prilično je dobar u svojoj klasi - ali njegova maksimalna struja je 1,5 A, što nije dovoljno za mnoge LED diode velike snage. Čak i ako napajate ovaj stabilizator vanjskim tranzistorom, gubici na njemu su jednostavno neprihvatljivi. Cijeli svijet diže galamu oko potrošnje energije sijalica u stanju pripravnosti, ali ovdje LM317 radi sa efikasnošću od 30% Ovo nije naš metod.

Ali naš mikro krug je zgodan pokretač za pretvarač impulsnog napona koji ima mnogo načina rada. Gubici su minimalni, jer se ne koriste linearni načini rada tranzistora, već samo ključni.

Prvobitno je bio namijenjen krugovima za stabilizaciju napona, ali ga nekoliko elemenata pretvara u strujni stabilizator. Činjenica je da se mikrokolo u potpunosti oslanja na "Feedback" signal kao povratnu informaciju, ali na nama je čime ćemo ga hraniti.

U standardnom sklopnom krugu, napon se dovodi na ovu nogu iz otpornog djelitelja izlaznog napona. 1.2V je balans; ako je Feedback manji, drajver povećava radni ciklus impulsa; ako je više, smanjuje ga. Ali možete primijeniti napon na ovaj ulaz iz strujnog šanta!

Shunt

Na primjer, pri struji od 3A trebate uzeti šant s nominalnom vrijednošću ne većom od 0,1 Ohm. Pri takvom otporu ova struja će osloboditi oko 1 W, tako da je to puno. Bolje je paralelno usporediti tri takva šanta, dobivajući otpor od 0,033 Ohma, pad napona od 0,1 V i oslobađanje topline od 0,3 W.

Međutim, za Feedback ulaz je potreban napon od 1,2V - a mi imamo samo 0,1V. Neracionalno je instalirati veći otpor (toplina će se oslobađati 150 puta više), tako da ostaje samo da se nekako poveća ovaj napon. Ovo se radi pomoću operativnog pojačala.

Neinvertujuće op-amp pojačalo

Klasična shema, što može biti jednostavnije?

Ujedinimo se

Sada kombiniramo konvencionalni krug pretvarača napona i pojačalo koristeći op-amp LM358, na čiji ulaz povezujemo strujni šant.

Snažan otpornik od 0,033 oma je šant. Može se napraviti od tri paralelno spojena otpornika od 0,1 Ohma, a da biste povećali dozvoljenu disipaciju snage, koristite SMD otpornike u paketu 1206, postavite ih sa malim razmakom (ne blizu jedan) i pokušajte ostaviti što više bakrenog sloja oko otpornici i ispod njih koliko god je to moguće. Mali kondenzator je povezan na izlaz povratne sprege kako bi se eliminisao mogući prijelaz u oscilatorski mod.

Regulišemo i struju i napon

Povežimo oba signala na Feedback ulaz - i strujni i napon. Za kombiniranje ovih signala koristit ćemo uobičajeni dijagram ožičenja "AND" na diodama. Ako je strujni signal veći od naponskog signala, on će dominirati i obrnuto.

Nekoliko riječi o primjenjivosti sheme

Ne možete podesiti izlazni napon. Iako je nemoguće istovremeno regulirati i izlaznu struju i napon - oni su proporcionalni jedni drugima, s koeficijentom "otpornosti opterećenja". A ako napajanje implementira scenario kao što je "konstantan izlazni napon, ali kada struja premaši, počinjemo da smanjujemo napon", tj. CC/CV je već punjač.

Maksimalni napon napajanja za krug je 30V, jer je to granica za LM358. Ovu granicu možete proširiti na 40V (ili 60V sa verzijom LM2596-HV) ako napajate op-amp iz zener diode.

U potonjoj opciji potrebno je koristiti diodni sklop kao sumirajuće diode, jer se obje diode u njemu izrađuju u okviru istog tehnološkog procesa i na istoj silikonskoj pločici. Širenje njihovih parametara bit će mnogo manje od širenja parametara pojedinačnih diskretnih dioda - zahvaljujući tome ćemo dobiti visoku točnost vrijednosti praćenja.

Također morate pažljivo osigurati da se krug op-pojačala ne uzbuđuje i ne pređe u način rada lasera. Da biste to učinili, pokušajte smanjiti duljinu svih vodiča, a posebno staze spojene na pin 2 LM2596. Ne postavljajte operacijsko pojačalo blizu ove staze, već SS36 diodu i filter kondenzator postavite bliže kućištu LM2596 i osigurajte minimalnu površinu petlje uzemljenja spojene na ove elemente - potrebno je osigurati minimalnu dužinu povratna strujna putanja “LM2596 -> VD/C -> LM2596”.

Primjena LM2596 u uređajima i nezavisnom rasporedu ploča

Detaljno sam govorio o upotrebi mikrokola u mojim uređajima, a ne u obliku gotovog modula u drugi članak, koji pokriva: izbor diode, kondenzatora, parametre induktora, a govori se i o ispravnom ožičenju i nekoliko dodatnih trikova.

Mogućnosti za dalji razvoj

Poboljšani analozi LM2596

Najlakši način nakon ovog čipa je prebaciti se na LM2678. U suštini, ovo je isti stepdown pretvarač, samo sa tranzistorom sa efektom polja, zahvaljujući kojem efikasnost raste na 92%. Istina, ima 7 krakova umjesto 5 i nije kompatibilan sa pin-to-pin. Međutim, ovaj čip je vrlo sličan i bit će jednostavna i zgodna opcija sa poboljšanom efikasnošću.

L5973D– prilično star čip, koji pruža do 2.5A, i nešto veću efikasnost. Takođe ima skoro duplo veću frekvenciju konverzije (250 kHz) - stoga su potrebne niže vrednosti induktora i kondenzatora. Međutim, vidio sam šta se događa s njim ako ga stavite direktno u mrežu automobila - prilično često otklanja smetnje.

ST1S10- visoko efikasan (90% efikasnosti) DC-DC stepdown pretvarač.

• Zahtijeva 5–6 vanjskih komponenti;

ST1S14- visokonaponski (do 48 volti) kontroler. Visoka radna frekvencija (850 kHz), izlazna struja do 4A, snaga Dobar izlaz, visoka efikasnost (ne gora od 85%) i zaštitni krug od viška struje opterećenja čine ga vjerovatno najboljim pretvaračem za napajanje servera od 36 volti izvor.

Ako je potrebna maksimalna efikasnost, morat ćete se obratiti neintegriranim stepdown DC-DC kontrolerima. Problem sa integrisanim kontrolerima je što oni nikada nemaju tranzistore hladne snage - tipični otpor kanala nije veći od 200 mOhm. Međutim, ako uzmete kontroler bez ugrađenog tranzistora, možete odabrati bilo koji tranzistor, čak i AUIRFS8409–7P s otporom kanala od pola miljoma

DC-DC pretvarači sa eksternim tranzistorom

Sledeći deo

Preklopni stabilizatori napona su nedavno postali prilično popularni zbog svoje kompaktne veličine i relativno visoke učinkovitosti, a u bliskoj budućnosti će u potpunosti zamijeniti stara dobra analogna kola.
Sada za par dolara u Kini možete kupiti gotov modul DC-DC pretvarača koji omogućava regulaciju izlaznog napona, ima mogućnost ograničavanja struje i radi u prilično širokom rasponu ulaznih napona.

Najpopularniji čip na kojem su izgrađeni takvi stabilizatori je LM2596. Maksimalni napon do 35 volti, sa strujom do 3 ampera. Mikrokrug radi u pulsnom režimu, grijanje na njemu nije jako jako pod prilično impresivnim opterećenjima, kompaktno je i košta peni.

Dodavanjem op-pojačala možete ograničiti i izlaznu struju; reći ću više - stabilizacija struje, drugim riječima - struja će se zadržati na postavljenom nivou bez obzira na napon.
Takvi moduli su prilično kompaktni i mogu se ugraditi u bilo koji domaći dizajn napajanja i punjača. Povezivanjem digitalnog voltmetra na izlaz, znat ćemo koji je napon na izlazu. .

Sama ploča ima trimming otpornike za ograničavanje izlazne struje i regulaciju napona. Opseg ulaznog napona će omogućiti da se takav modul instalira u automobil direktnim povezivanjem na 12-voltnu mrežu na vozilu. Šta će nam ovo dati?

1. 1) Univerzalni punjač sa velikom strujom. Možete puniti bilo koje pametne telefone, tablete, plejere i druge plejere, navigatore i prijenosne sigurnosne sisteme, a možete spojiti recimo 2-3 pametna telefona na uređaj u isto vrijeme i svi će se puniti jednako dobro.

2. 2) Povežite uređaj, recimo, na adapter za laptop, podesite izlaz na 14-15 Volti i slobodno punite bateriju! 3 ampera je prilično značajna struja za punjenje automobilske baterije, iako će se sama ploča pretvarača morati postaviti na mali radijator.

Definitivno se ne možete raspravljati o korisnosti ploče, a košta peni (ne više od 2-3 američka dolara). Ista ploča se može napraviti kod kuće, ako su određene komponente dostupne, iako gotovi modul košta mnogo manje od pojedinačnih komponenti.

Dvostruko operativno pojačalo, jedinica za ograničavanje struje je izgrađena na prvom oh elementu, a indikacija je izgrađena na drugom. Sama mikrokola ima svežanj, prigušnicu za napajanje koja se može samostalno namotati i par regulatora. Krug se gotovo ne pregrije pri malim strujama - ali mali hladnjak neće naštetiti.

U ovom članku ćete naučiti o:

Svako od nas u životu koristi veliki broj različitih električnih uređaja. Vrlo veliki broj njih zahtijeva napajanje niskog napona. Drugim riječima, oni troše električnu energiju koju ne karakteriše napon od 220 volti, već bi trebao imati od jedan do 25 volti.

Naravno, za opskrbu električnom energijom s takvim brojem volti koriste se posebni uređaji. Međutim, problem ne nastaje u snižavanju napona, već u održavanju njegovog stabilnog nivoa.

Da biste to učinili, možete koristiti uređaje za linearnu stabilizaciju. Međutim, takvo rješenje će biti vrlo glomazno zadovoljstvo. Ovaj zadatak će idealno obaviti bilo koji prekidački stabilizator napona.

Rastavljen stabilizator pulsa

Ako uporedimo impulsne i linearne stabilizacijske uređaje, njihova glavna razlika leži u radu upravljačkog elementa. U prvoj vrsti uređaja ovaj element radi kao ključ. Drugim riječima, nalazi se ili u zatvorenom ili otvorenom stanju.

Glavni elementi uređaja za stabilizaciju impulsa su regulacioni i integracioni elementi. Prvi osigurava dovod i prekid električne struje. Zadatak drugog je akumulirati električnu energiju i postupno je otpustiti na teret.

Princip rada impulsnih pretvarača

Princip rada stabilizatora impulsa

Glavni princip rada je da kada je regulacioni element zatvoren, električna energija se akumulira u integrišućem elementu. Ova akumulacija se posmatra povećanjem napona. Nakon što se upravljački element isključi, tj. otvara dovod električne energije, integrirajuća komponenta oslobađa električnu energiju, postepeno smanjujući napon. Zahvaljujući ovoj metodi rada, uređaj za stabilizaciju impulsa ne troši veliku količinu energije i može imati male dimenzije.

Regulacijski element može biti tiristor, bipolarni tranzistor ili tranzistor sa efektom polja. Kao integrirajući elementi mogu se koristiti prigušnice, baterije ili kondenzatori.

Imajte na umu da uređaji za stabilizaciju impulsa mogu raditi na dva različita načina. Prvi uključuje upotrebu modulacije širine impulsa (PWM). Drugi je Schmitt okidač. I PWM i Schmitt okidač se koriste za kontrolu prekidača stabilizacijskog uređaja.

Stabilizator koji koristi PWM

Preklopni stabilizator jednosmjernog napona, koji radi na bazi PWM-a, pored prekidača i integratora, sadrži:

1. generator;
2. Operational amplifier;
3. modulator

Rad prekidača direktno zavisi od nivoa ulaznog napona i radnog ciklusa impulsa. Na posljednju karakteristiku utječu frekvencija generatora i kapacitet integratora. Kada se prekidač otvori, počinje proces prijenosa električne energije od integratora do opterećenja.

Šematski dijagram PWM stabilizatora

U ovom slučaju, operacioni pojačavač upoređuje nivoe izlaznog i referentnog napona, utvrđuje razliku i prenosi traženo pojačanje modulatoru. Ovaj modulator pretvara impulse koje proizvodi generator u pravokutne impulse.

Konačne impulse karakteriše ista devijacija radnog ciklusa, koja je proporcionalna razlici između izlaznog i referentnog napona. Upravo ti impulsi određuju ponašanje ključa.

To jest, u određenom radnom ciklusu, prekidač se može zatvoriti ili otvoriti. Ispostavilo se da impulsi igraju glavnu ulogu u ovim stabilizatorima. Odatle zapravo potiče naziv ovih uređaja.

Schmittov pretvarač okidača

Oni uređaji za stabilizaciju impulsa koji koriste Schmitt okidač više nemaju tako veliki broj komponenti kao u prethodnom tipu uređaja. Ovdje je glavni element Schmitt okidač, koji uključuje komparator. Zadatak komparatora je da uporedi nivo napona na izlazu i njegov maksimalno dozvoljeni nivo.

Stabilizator sa Schmitt okidačem

Kada izlazni napon premaši svoj maksimalni nivo, okidač se prebacuje u nulti položaj i otvara prekidač. U ovom trenutku, induktor ili kondenzator se prazni. Naravno, karakteristike električne struje se konstantno nadziru od strane pomenutog komparatora.

A onda, kada napon padne ispod potrebnog nivoa, faza "0" prelazi u fazu "1". Zatim se ključ zatvara i električna struja teče u integrator.

Prednost takvog stabilizatora impulsnog napona je u tome što su njegov sklop i dizajn prilično jednostavni. Međutim, ne može se primijeniti u svim slučajevima.

Vrijedi napomenuti da uređaji za stabilizaciju impulsa mogu raditi samo u određenim smjerovima. Ono što ovdje mislimo je da oni mogu biti ili čisto prema dolje ili čisto prema gore. Postoje i još dvije vrste takvih uređaja, a to su invertni i uređaji koji mogu proizvoljno mijenjati napon.

Shema uređaja za stabilizaciju reduciranog impulsa

U budućnosti ćemo razmotriti sklop uređaja za stabilizaciju reduciranog impulsa. Sastoji se od:

1. Regulacioni tranzistor ili bilo koji drugi tip prekidača.
2. Induktori.
3. Kondenzator.
4. Diode.
5. Opterećenja.
6. Kontrolni uređaji.

Jedinica u kojoj će se akumulirati dovod električne energije sastoji se od samog zavojnice (induktora) i kondenzatora.

Dok je prekidač (u našem slučaju tranzistor) povezan, struja teče do zavojnice i kondenzatora. Dioda je u zatvorenom stanju. Odnosno, ne može proći struju.

Početnu energiju prati kontrolni uređaj, koji u pravom trenutku isključuje ključ, odnosno stavlja ga u stanje isključenja. Kada je prekidač u ovom stanju, dolazi do smanjenja struje koja prolazi kroz induktor.

Stabilizator sniženog pulsa

U ovom slučaju, smjer napona u induktoru se mijenja i, kao rezultat toga, struja dobiva napon čija je vrijednost razlika između elektromotorne sile samoindukcije zavojnice i broja volti na ulaz. U ovom trenutku, dioda se otvara i induktor kroz nju napaja struju na opterećenje.

Kada je zaliha električne energije iscrpljena, ključ se spaja, dioda se zatvara i induktor se puni. Odnosno, sve se ponavlja.
Step-up prekidački stabilizator napona radi na isti način kao i step-down regulator napona. Sličan radni algoritam karakterizira uređaj za invertiranje stabilizacije. Naravno, njegov rad ima svojih razlika.

Glavna razlika između uređaja za pojačavanje impulsa je u tome što njegov ulazni napon i napon zavojnice imaju isti smjer. Kao rezultat toga, oni su sumirani. U stabilizatoru impulsa prvo se postavlja prigušnica, zatim tranzistor i dioda.

U invertirajućem stabilizacionom uređaju, smjer EMF-a samoindukcije zavojnice je isti kao i kod uređaja za smanjenje. Dok je prekidač povezan i dioda se zatvara, kondenzator daje napajanje. Bilo koji od ovih uređaja može se sastaviti vlastitim rukama.

Koristan savjet: umjesto dioda, možete koristiti i prekidače (tiristor ili tranzistor). Međutim, oni moraju izvoditi operacije koje su suprotne od primarnog ključa. Drugim riječima, kada se glavni ključ zatvori, ključ bi se trebao otvoriti umjesto diode. I obrnuto.

Na osnovu gore definisane strukture stabilizatora napona sa impulsnom regulacijom, moguće je odrediti one karakteristike koje se smatraju prednostima, a koje nedostatcima.

Prednosti

Prednosti ovih uređaja su:

1. Prilično je lako postići takvu stabilizaciju, koju karakterizira vrlo visok koeficijent.
2. Visok nivo efikasnosti. Zbog činjenice da tranzistor radi u algoritmu prekidača, javlja se mala disipacija snage. Ova disipacija je znatno manja nego kod uređaja za linearnu stabilizaciju.
3. Sposobnost izjednačavanja napona, koji na ulazu može fluktuirati u vrlo širokom rasponu. Ako je struja konstantna, tada ovaj raspon može biti od jedan do 75 volti. Ako je struja naizmjenična, tada ovaj raspon može varirati između 90-260 volti.
4. Nedostatak osjetljivosti na frekvenciju ulaznog napona i kvalitet napajanja.
5. Konačni izlazni parametri su prilično stabilni čak i ako dođe do vrlo velikih promjena struje.
6. Mreškanje napona koje izlazi iz impulsnog uređaja uvijek je unutar milivoltnog raspona i ne ovisi o snazi ​​priključenih električnih uređaja ili njihovih elemenata.
7. Stabilizator se uvijek lagano uključuje. To znači da izlaznu struju ne karakteriziraju skokovi. Iako treba napomenuti da kada se uključi po prvi put, struja je visoka. Međutim, da bi se ovaj fenomen izravnao, koriste se termistori koji imaju negativan TCR.
8. Male vrijednosti mase i veličine.

Nedostaci

1. Ako govorimo o nedostacima ovih stabilizacijskih uređaja, oni leže u složenosti uređaja. Zbog velikog broja različitih komponenti koje mogu prilično brzo otkazati, te specifičnog načina rada, uređaj se ne može pohvaliti visokom razinom pouzdanosti.
2. Stalno se suočava sa visokim naponom. Tokom rada dolazi do čestog prebacivanja i uočavaju se teški temperaturni uslovi za diodni kristal. To jasno utječe na prikladnost za strujno ispravljanje.
3. Često prebacivanje prekidača stvara frekventne smetnje. Njihov broj je veoma velik i to je negativan faktor.

Koristan savjet: da biste uklonili ovaj nedostatak, morate koristiti posebne filtere.

1. Postavljaju se i na ulazu i na izlazu, au slučaju kada je potrebno izvršiti popravke, takođe su praćene poteškoćama. Ovdje je vrijedno napomenuti da nespecijalista neće moći popraviti kvar.
2. Popravke može obaviti neko ko je dobro upućen u takve strujne pretvarače i ima potreban broj vještina. Drugim riječima, ako takav uređaj pregori, a njegov korisnik nema nikakvih saznanja o karakteristikama uređaja, onda je bolje da ga odnesete specijaliziranim tvrtkama na popravak.
3. Nespecijalistima je također teško konfigurirati preklopne stabilizatore napona, koji mogu uključivati ​​12 volti ili drugi broj volti.
4. Ako tiristor ili bilo koji drugi prekidač pokvari, na izlazu mogu nastati vrlo složene posljedice.
5. Nedostaci uključuju potrebu za korištenjem uređaja koji će kompenzirati faktor snage. Također, neki stručnjaci primjećuju da su takvi stabilizacijski uređaji skupi i ne mogu se pohvaliti velikim brojem modela.

Područja primjene

Ali unatoč tome, takvi se stabilizatori mogu koristiti u mnogim područjima. Međutim, oni se najviše koriste u radio-navigacijskoj opremi i elektronici.

Osim toga, često se koriste za LCD televizore i LCD monitore, napajanja za digitalne sisteme, kao i za industrijsku opremu kojoj je potrebna niskonaponska struja.

Koristan savjet: uređaji za stabilizaciju pulsa se često koriste u mrežama naizmjenične struje. Sami uređaji takvu struju pretvaraju u jednosmjernu struju, a ako trebate spojiti korisnike kojima je potrebna naizmjenična struja, onda je potrebno spojiti filter za izravnavanje i ispravljač na ulaz.

Vrijedi napomenuti da svaki niskonaponski uređaj zahtijeva upotrebu takvih stabilizatora. Mogu se koristiti i za direktno punjenje raznih baterija i napajanje LED dioda velike snage.

Izgled

Kao što je gore navedeno, pretvarači struje impulsnog tipa karakteriziraju male veličine. Ovisno o rasponu ulaznih volta za koji su dizajnirani, zavise i njihova veličina i izgled.

Ako su dizajnirani da rade s vrlo niskim ulaznim naponima, mogu se sastojati od male plastične kutije iz koje se proteže određeni broj žica.

Stabilizatori, dizajnirani za veliki broj ulaznih volti, su mikrokolo u kojem se nalaze sve žice i na koje su spojene sve komponente. Već ste naučili o njima.

Izgled ovih stabilizacionih uređaja zavisi i od njihove funkcionalne namene. Ako daju regulirani (naizmjenični) izlaz napona, tada se rezistorski razdjelnik postavlja izvan integriranog kola. U slučaju da iz uređaja izlazi fiksni broj volti, tada se ovaj razdjelnik već nalazi u samom mikrokrugu.

Važne karakteristike

Prilikom odabira sklopnog stabilizatora napona koji može proizvesti konstantan 5V ili drugi broj volti, obratite pažnju na brojne karakteristike.

Prva i najvažnija karakteristika su minimalne i maksimalne vrijednosti napona koje će biti uključene u sam stabilizator. Gornje i donje granice ove karakteristike su već navedene.

Drugi važan parametar je najviši nivo izlazne struje.

Treća važna karakteristika je nazivni nivo izlaznog napona. Drugim riječima, spektar veličina unutar kojih se može naći. Vrijedi napomenuti da mnogi stručnjaci tvrde da su maksimalni ulazni i izlazni naponi jednaki.

Međutim, u stvarnosti to nije slučaj. Razlog za to je što su ulazni volti smanjeni na tranzistoru prekidača. Rezultat je nešto manji broj volti na izlazu. Jednakost se može dogoditi samo kada je struja opterećenja vrlo mala. Isto vrijedi i za minimalne vrijednosti.

Važna karakteristika svakog impulsnog pretvarača je tačnost izlaznog napona.

Koristan savjet: obratite pažnju na ovaj indikator kada stabilizacijski uređaj daje izlaz od fiksnog broja volti.

Razlog tome je što se otpornik nalazi u sredini pretvarača i njegov tačan rad se određuje u proizvodnji. Kada korisnik podesi broj izlaznih volti, podešava se i točnost.

Krugovi kućnih impulsnih DC-DC naponskih pretvarača pomoću tranzistora, sedam primjera.

Zbog svoje visoke efikasnosti, u posljednje vrijeme sve su rasprostranjeniji sklopni stabilizatori napona, iako su obično složeniji i sadrže veći broj elemenata.

Budući da se samo mali dio energije koja se dovodi u prekidački stabilizator pretvara u toplinsku energiju, njegovi se izlazni tranzistori manje zagrijavaju, pa se smanjenjem površine hladnjaka smanjuje težina i veličina uređaja.

Uočljiv nedostatak prekidačkih stabilizatora je prisutnost visokofrekventnih talasa na izlazu, što značajno sužava opseg njihove praktične upotrebe - najčešće se prekidački stabilizatori koriste za napajanje uređaja na digitalnim mikro krugovima.

Step-down prekidački stabilizator napona

Stabilizator sa izlaznim naponom manjim od ulaznog može se sastaviti pomoću tri tranzistora (slika 1), od kojih dva (VT1, VT2) čine ključni regulatorni element, a treći (VT3) je pojačavač signala neusklađenosti .

Rice. 1. Kolo impulsnog stabilizatora napona sa efikasnošću od 84%.

Uređaj radi u samooscilirajućem režimu. Napon pozitivne povratne sprege sa kolektora kompozitnog tranzistora VT1 kroz kondenzator C2 ulazi u bazni krug tranzistora VT2.

Element za poređenje i pojačalo signala neusklađenosti je kaskada bazirana na VTZ tranzistoru. Njegov emiter je spojen na izvor referentnog napona - zener diodu VD2, a baza - na djelitelj izlaznog napona R5 - R7.

U impulsnim stabilizatorima regulacioni element radi u prekidačkom režimu, tako da se izlazni napon reguliše promjenom radnog ciklusa prekidača.

Uključivanje/isključivanje tranzistora VT1 na osnovu signala sa tranzistora VTZ kontroliše tranzistor VT2. U trenucima kada je tranzistor VT1 otvoren, elektromagnetna energija se pohranjuje u induktoru L1, zbog protoka struje opterećenja.

Nakon što se tranzistor zatvori, pohranjena energija se prenosi na opterećenje kroz diodu VD1. Mreškanje izlaznog napona stabilizatora je uglađeno filterom L1, SZ.

Karakteristike stabilizatora u potpunosti su određene svojstvima tranzistora VT1 i diode VD1, čija brzina treba biti maksimalna. Uz ulazni napon od 24 V, izlazni napon od 15 V i struju opterećenja od 1 A, izmjerena vrijednost efikasnosti iznosila je 84%.

Prigušnica L1 ima 100 zavoja žice prečnika 0,63 mm na feritnom prstenu K26x16x12 sa magnetskom permeabilnošću od 100. Njegova induktivnost pri struji prednapona od 1 A je oko 1 mH.

Step-down DC-DC naponski pretvarač na +5V

Krug jednostavnog prekidača stabilizatora prikazan je na Sl. 2. Prigušnice L1 i L2 su namotane na plastične okvire smještene u oklopna magnetna jezgra B22 od ferita M2000NM.

Prigušnica L1 sadrži 18 zavoja snopa od 7 žica PEV-1 0,35. Zaptivač debljine 0,8 mm je umetnut između čašica njegovog magnetnog kola.

Aktivni otpor namota induktora L1 je 27 mOhm. Prigušnica L2 ima 9 zavoja snopa od 10 žica PEV-1 0,35. Razmak između njegovih čašica je 0,2 mm, aktivni otpor namota je 13 mOhm.

Brtve mogu biti izrađene od čvrstog materijala otpornog na toplinu - tekstolita, liskuna, elektrokartona. Vijak koji drži čašice magnetnog kola zajedno mora biti napravljen od nemagnetnog materijala.

Rice. 2. Kolo jednostavnog ključnog stabilizatora napona sa efikasnošću od 60%.

Za postavljanje stabilizatora na njegov izlaz je priključeno opterećenje otpora od 5...7 Ohma i snage od 10 W. Odabirom otpornika R7 postavlja se nazivni izlazni napon, zatim se struja opterećenja povećava na 3 A i odabirom veličine kondenzatora C4 postavlja se frekvencija generiranja (približno 18...20 kHz) na kojoj se visokofrekventna skokovi napona na kondenzatoru SZ su minimalni.

Izlazni napon stabilizatora može se povećati na 8...10V povećanjem vrijednosti otpornika R7 i postavljanjem nove radne frekvencije. U ovom slučaju će se povećati i snaga koju troši VTZ tranzistor.

U krugovima prekidača stabilizatora preporučljivo je koristiti elektrolitičke kondenzatore K52-1. Potrebna vrijednost kapacitivnosti dobiva se paralelnim povezivanjem kondenzatora.

Glavne tehničke karakteristike:

• Ulazni napon, V - 15...25.
• Izlazni napon, V - 5.
• Maksimalna struja opterećenja, A - 4.
• Mreškanje izlaznog napona pri struji opterećenja od 4 A u cijelom rasponu ulaznih napona, mV, ne više od 50.
• Efikasnost, %, ne niža od 60.
• Radna frekvencija pri ulaznom naponu od 20 b i struji opterećenja od 3A, kHz - 20.

Poboljšana verzija +5V prekidača stabilizatora

U poređenju sa prethodnom verzijom stabilizatora impulsa, novi dizajn A. A. Mironova (slika 3) je poboljšao i poboljšao karakteristike kao što su efikasnost, stabilnost izlaznog napona, trajanje i priroda prelaznog procesa kada je izložen pulsnom opterećenju. .

Rice. 3. Krug impulsnog stabilizatora napona.

Ispostavilo se da kada prototip radi (slika 2), takozvana prolazna struja se javlja kroz kompozitni tranzistor prekidača. Ova struja se pojavljuje u onim trenucima kada se, na osnovu signala iz čvora za usporedbu, otvori ključni tranzistor, ali prekidačka dioda još nije imala vremena da se zatvori. Prisutnost takve struje uzrokuje dodatne gubitke grijanja tranzistora i diode i smanjuje učinkovitost uređaja.

Još jedan nedostatak je značajno talasanje izlaznog napona pri struji opterećenja blizu granice. Za suzbijanje mreškanja, u stabilizator je uveden dodatni izlazni LC filter (L2, C5) (slika 2).

Nestabilnost izlaznog napona zbog promjena struje opterećenja može se smanjiti samo smanjenjem aktivnog otpora induktora L2.

Poboljšanje dinamike prelaznog procesa (posebno smanjenje njegovog trajanja) povezano je s potrebom da se smanji induktivnost induktora, ali to će neizbježno povećati talasanje izlaznog napona.

Stoga se ispostavilo da je preporučljivo eliminirati ovaj izlazni filter i povećati kapacitet kondenzatora C2 za 5...10 puta (paralelnim povezivanjem nekoliko kondenzatora u bateriju).

Krug R2, C2 u originalnom stabilizatoru (slika 6.2) praktički ne mijenja trajanje pada izlazne struje, pa se može ukloniti (otpornik kratkog spoja R2), a otpor otpornika R3 može se povećati na 820 Ohma.

Ali tada, kada se ulazni napon poveća sa 15 6 na 25 6, struja koja teče kroz otpornik R3 (u originalnom uređaju) će se povećati za 1,7 puta, a rasipanje snage će se povećati za 3 puta (do 0,7 W).

Povezivanjem donjeg izlaza otpornika R3 (na dijagramu modifikovanog stabilizatora to je otpornik R2) na pozitivni terminal kondenzatora C2, ovaj efekat se može oslabiti, ali u isto vrijeme otpor R2 (slika 3) treba biti smanjen na 620 Ohma.

Jedan od efikasnih načina za borbu protiv struje je povećanje vremena porasta struje kroz otvoreni ključ tranzistora.

Zatim, kada se tranzistor potpuno otvori, struja kroz diodu VD1 će se smanjiti na gotovo nulu. To se može postići ako je oblik struje kroz ključni tranzistor blizu trokutastog.

Kako pokazuju proračuni, da bi se dobio takav oblik struje, induktivnost prigušnice L1 ne bi trebala prelaziti 30 μH.

Drugi način je korištenje brže preklopne diode VD1, na primjer, KD219B (sa Schottky barijerom). Takve diode imaju veću radnu brzinu i manji pad napona pri istoj vrijednosti prednje struje u odnosu na konvencionalne silikonske visokofrekventne diode. Kondenzator C2 tip K52-1.

Poboljšani parametri uređaja mogu se postići i promjenom načina rada ključnog tranzistora. Posebnost rada snažnog tranzistora VTZ u originalnim i poboljšanim stabilizatorima je da radi u aktivnom načinu, a ne u zasićenom načinu rada, te stoga ima visok koeficijent prijenosa struje i brzo se zatvara.

Međutim, zbog povećanog napona na njemu u otvorenom stanju, disipacija snage je 1,5...2 puta veća od minimalno dostižne vrijednosti.

Možete smanjiti napon na ključnom tranzistoru primjenom pozitivnog (u odnosu na pozitivnu strujnu žicu) prednapona na emiter tranzistora VT2 (vidi sliku 3).

Potrebna vrijednost prednapona se odabire prilikom postavljanja stabilizatora. Ako ga napaja ispravljač spojen na mrežni transformator, tada se može osigurati poseban namotaj na transformatoru kako bi se dobio prednapon. Međutim, prednapon će se promijeniti zajedno sa naponom mreže.

Kolo pretvarača sa stabilnim prednaponom

Da bi se dobio stabilan prednapon, stabilizator mora biti modifikovan (slika 4), a induktor se mora pretvoriti u transformator T1 namotavanjem dodatnog namotaja II. Kada je ključ tranzistora zatvoren, a dioda VD1 otvorena, napon na namotu I se određuje iz izraza: U1=Ubyx + U VD1.

Budući da se napon na izlazu i na diodi u ovom trenutku neznatno mijenja, bez obzira na vrijednost ulaznog napona na namotu II, napon je gotovo stabilan. Nakon ispravljanja, napaja se na emiter tranzistora VT2 (i VT1).

Rice. 4. Šema modificiranog impulsnog stabilizatora napona.

Gubici grijanja smanjeni su u prvoj verziji modificiranog stabilizatora za 14,7%, au drugoj - za 24,2%, što im omogućava da rade na struji opterećenja do 4 A bez instaliranja ključnog tranzistora na hladnjak.

U stabilizatoru opcije 1 (slika 3), induktor L1 sadrži 11 zavoja, namotan sa snopom od osam žica PEV-1 0,35. Namotaj je smešten u blindirano magnetno jezgro B22 od 2000NM ferita.

Između čaša potrebno je postaviti brtvu od tekstolita debljine 0,25 mm. U stabilizatoru opcije 2 (slika 4), transformator T1 je formiran namotavanjem dva navoja žice PEV-1 0,35 preko zavojnice induktora L1.

Umjesto germanijeve diode D310, možete koristiti silikonsku diodu, na primjer, KD212A ili KD212B, a broj zavoja namota II mora se povećati na tri.

DC naponski stabilizator sa PWM

Stabilizator sa kontrolom širine impulsa (slika 5) je u principu blizak stabilizatoru opisanom u, ali, za razliku od njega, ima dva povratna kola povezana na način da se ključni element zatvara kada napon opterećenja pređe ili struju povećava, troši opterećenje.

Kada se napajanje dovede na ulaz uređaja, struja koja teče kroz otpornik R3 otvara ključni element formiran od tranzistori VT.1, VT2, zbog čega se struja pojavljuje u krugu tranzistor VT1 - induktor L1 - opterećenje - otpornik R9. Kondenzator C4 se puni i energija se akumulira u induktoru L1.

Ako je otpor opterećenja dovoljno velik, tada napon na njemu doseže 12 B, a zener dioda VD4 se otvara. To dovodi do otvaranja tranzistora VT5, VTZ i zatvaranja ključnog elementa, a zahvaljujući prisutnosti diode VD3, induktor L1 prenosi akumuliranu energiju na opterećenje.

Rice. 5. Stabilizatorsko kolo sa kontrolom širine impulsa sa efikasnošću do 89%.

Tehničke karakteristike stabilizatora:

• Ulazni napon - 15...25 V.
• Izlazni napon - 12 V.
• Nazivna struja opterećenja je 1 A.
• Mreškanje izlaznog napona pri struji opterećenja od 1 A je 0,2 V. Efikasnost (pri UBX = 18 6, IN = 1 A) je 89%.
• Potrošnja struje pri UBX=18 V u režimu zatvaranja strujnog kola je 0,4 A.
• Izlazna struja kratkog spoja (na UBX =18 6) - 2,5 A.

Kako se struja kroz induktor smanjuje i kondenzator C4 se prazni, tako će se smanjiti i napon na opterećenju, što će dovesti do zatvaranja tranzistora VT5, VTZ i otvaranja ključnog elementa. Zatim se ponavlja proces rada stabilizatora.

Kondenzator C3, koji smanjuje frekvenciju oscilatornog procesa, povećava efikasnost stabilizatora.

S malim otporom opterećenja, oscilatorni proces u stabilizatoru se odvija drugačije. Povećanje struje opterećenja dovodi do povećanja pada napona na otporniku R9, otvaranja tranzistora VT4 i zatvaranja ključnog elementa.

U svim režimima rada stabilizatora, struja koju troši manja je od struje opterećenja. Tranzistor VT1 treba postaviti na hladnjak dimenzija 40x25 mm.

Prigušnica L1 se sastoji od 20 zavoja snopa od tri žice PEV-2 0,47, smještene u čašičasto magnetno jezgro B22 od 1500NMZ ferita. Magnetna jezgra ima razmak debljine 0,5 mm od nemagnetnog materijala.

Stabilizator se lako može podesiti na različiti izlazni napon i struju opterećenja. Izlazni napon se postavlja odabirom vrste zener diode VD4, a maksimalna struja opterećenja se postavlja proporcionalnom promjenom otpora otpornika R9 ili dovodom male struje na bazu tranzistora VT4 iz zasebnog parametarskog stabilizatora kroz varijabilni otpornik.

Da biste smanjili nivo talasanja izlaznog napona, preporučljivo je koristiti LC filter sličan onom koji se koristi u kolu na sl. 2.

Preklopni stabilizator napona sa efikasnošću konverzije 69...72%

Uklopni stabilizator napona (slika 6) sastoji se od triger jedinice (R3, VD1, VT1, VD2), izvora referentnog napona i uređaja za upoređivanje (DD1.1, R1), pojačivača jednosmjerne struje (VT2, DD1.2 , VT5), tranzistorski prekidač (VTZ, VT4), induktivni uređaj za skladištenje energije sa prekidačkom diodom (VD3, L2) i filterima - ulaz (L1, C1, C2) i izlaz (C4, C5, L3, C6). Frekvencija uključivanja induktivnog uređaja za skladištenje energije, u zavisnosti od struje opterećenja, je u opsegu od 1,3...48 kHz.

Rice. 6. Krug impulsnog stabilizatora napona sa efikasnošću konverzije od 69...72%.

Svi induktori L1 - L3 su identični i namotani su u B20 oklopna magnetna jezgra od 2000NM ferita sa razmakom između čašica od oko 0,2 mm.

Nazivni izlazni napon je 5 V kada se ulazni napon promijeni od 8 do 60 b i efikasnost konverzije je 69...72%. Koeficijent stabilizacije - 500.

Amplituda talasa izlaznog napona pri struji opterećenja od 0,7 A nije veća od 5 mV. Izlazna impedansa - 20 mOhm. Maksimalna struja opterećenja (bez hladnjaka za tranzistor VT4 i diodu VD3) je 2 A.

Uklopni stabilizator napona 12V

Stabilizator preklopnog napona (slika 6.7) sa ulaznim naponom od 20...25 V daje stabilan izlazni napon od 12 V pri struji opterećenja od 1,2 A.

Izlazna valovitost do 2 mV. Zbog svoje visoke efikasnosti, uređaj ne koristi hladnjake. Induktivnost induktora L1 je 470 μH.

Rice. 7. Kolo impulsnog stabilizatora napona sa niskim talasom.

Analogi tranzistora: VS547 - KT3102A] VS548V - KT3102V. Približni analozi tranzistora BC807 - KT3107; BD244 - KT816.

Napajanja
[Sadržaj izdanja] [Sadržaj godine] [Arhiva] [Članci]
Jednostavan uklopni stabilizator

S. Zasukhin, Sankt Peterburg

Poznate su prednosti komutacionih stabilizatora jednosmernog napona: visoka efikasnost i stabilne performanse sa velikom razlikom između ulaznog i izlaznog napona. Opisi takvih stabilizatora su već objavljeni na Radiju, ali oni ili nemaju zaštitu od kratkih spojeva u opterećenju, ili su vrlo složeni. Predloženi stabilizator sa kontrolom širine impulsa (slika 1) je u principu blizak stabilizatoru opisanom u, ali, za razliku od njega, ima dva povratna kola povezana na način da se ključni element zatvara kada je napon na opterećenju prekoračen. ili prekoračena struja koju troši opterećenje.

Fig.1

Kada se napajanje dovede na ulaz uređaja, struja koja teče kroz otpornik R2 otvara ključni element koji čine tranzistori VT2, VT3, zbog čega se struja pojavljuje u krugu tranzistor VT3 - induktor L1 - opterećenje - otpornik R6. Kondenzator C4 se puni, a energija se pohranjuje u induktoru L1. Ako je otpor opterećenja dovoljno velik, tada napon na njemu doseže 12 V i zener dioda VD4 se otvara. To dovodi do otvaranja tranzistora VT5, VT1 i zatvaranja ključnog elementa, a zahvaljujući prisutnosti diode VD1, induktor L1 prenosi akumuliranu energiju na opterećenje.

Kako se struja kroz induktor smanjuje i kondenzator C4 se prazni, napon na opterećenju će se smanjiti, što dovodi do zatvaranja tranzistora VT5, VT1 i otvaranja ključnog elementa. Zatim se ponavlja proces rada stabilizatora.

Kondenzator SZ, koji smanjuje frekvenciju oscilatornog procesa, povećava efikasnost stabilizatora.

Rad takvog stabilizatora detaljnije je opisan u.

S malim otporom opterećenja, oscilatorni proces u stabilizatoru se odvija drugačije. Povećanje struje opterećenja dovodi do povećanja pada napona na otporniku R6, otvaranja tranzistora VT4 i zatvaranja ključnog elementa. Proces se zatim odvija slično gore opisanom. Diode VD2 i VD3 doprinose oštrijem prijelazu uređaja iz načina stabilizacije napona u način koji ograničava struju koju troši opterećenje.

Karakteristike opterećenja stabilizatora prikazane su na slici 2. U dijelu a-b uređaj radi kao stabilizator napona, u dijelu b-c - kao stabilizator struje. U sekciji c-d, iako izlazna struja raste sa smanjenjem otpora opterećenja, čak i u režimu kratkog spoja (tačka d) sigurna je za dijelove stabilizatora.

Fig.2

Zanimljivo je napomenuti: u svim režimima rada stabilizatora, struja koju troši manja je od struje opterećenja.

Stabilizator je izrađen na štampanoj ploči od jednostrane folije od stakloplastike (sl. 3). Otpornici - MLT i S5-16T (R6). Oksidni kondenzator C4 se sastoji od dva kondenzatora K50-6 kapaciteta 500 μF svaki; kondenzatori C2 i SZ - K10-7V. Dioda KD226A (VD1) će biti zamijenjena sa KD213; VD2 i VD3 mogu biti bilo koji impuls. Tranzistori VT1, VT4, VT5 - bilo koje odgovarajuće strukture male snage sa Uke max > Uin. Tranzistor VT2 (s nekim pogoršanjem efikasnosti) može biti bilo koji iz serije KT814, VT3 - bilo koja moćna N-P-N struktura u plastičnom kućištu, koju treba ugraditi na hladnjak dimenzija 40x25 mm od legure aluminija.

Prigušnica L1 se sastoji od 20 zavoja snopa od tri žice PEV-2 0,47, smještene u čašičasto magnetno jezgro B22 od 1500NM3 ferita. Magnetna jezgra je sastavljena sa razmakom debljine 0,5 mm od nemagnetnog materijala.

Pravilno instaliran stabilizator ne zahtijeva podešavanje.

Stabilizator se lako može podesiti na različiti izlazni napon i struju koju troši opterećenje. Potreban izlazni napon se postavlja odabirom odgovarajuće zener diode VD4, a maksimalna struja opterećenja proporcionalnom promjenom otpora otpornika R6 ili dovođenjem male struje na bazu tranzistora VT4 iz zasebne parametarske zener diode kroz promjenjivi otpornik.

Odjeljak b-v na karakteristici opterećenja omogućuje vam korištenje uređaja za punjenje baterija sa stabilnom strujom. Istovremeno, međutim, efikasnost stabilizatora se smanjuje, a ako se očekuje dugotrajan rad u ovom dijelu karakteristike opterećenja, tada će se VT3 tranzistor morati instalirati na efikasniji hladnjak. U suprotnom će se morati smanjiti dozvoljena izlazna struja.

Da biste smanjili nivo talasanja izlaznog napona, preporučljivo je koristiti LC filter sličan onom koji se koristi u.

Izmislio sam sličan stabilizator za napon od 18 V sa strujom opterećenja podesivom od 1 do 5 A. Takav uređaj se može koristiti, na primjer, za punjenje automobilskih baterija, ako je osigurana zaštita od promjene polariteta. Njegovi tranzistori VT1 i VT2 su KT914A, VT3 su KT935A, VT4 i VT5 su KT645A; dioda VD1 - KD213; VD4 - dvije zener diode D814A povezane u seriju. Kondenzator C4 - dva oksidna kapaciteta od 500 mikrofarada svaki za nazivni napon od 25 V. Prigušnica L1 - 12 zavoja snopa od šest žica PEV-2 0,57 u magnetnom jezgru B36 od 1500NM3 ferita sa razmakom od 0,5 mm. Otpornik R6 je žičana namotana otpornost od 0,05 Ohma. Tranzistor VT3 i dioda VD1 ugrađeni su na zajednički hladnjak površine 300 cm² kroz odstojnike od liskuna.

Za napajanje takvog punjača korišten je transformator TN54 sa serijski spojenim namotima. Mostni ispravljač na bazi D242 dioda sa filterskim kondenzatorom kapaciteta 10.000 μF za nazivni napon od 50 V.