LM2596 mengurangi tegangan input (menjadi 40 V) - output diatur, arusnya 3 A. Ideal untuk LED di mobil. Modul yang sangat murah - sekitar 40 rubel di Cina.

Texas Instruments memproduksi pengontrol DC-DC LM2596 yang berkualitas tinggi, andal, terjangkau, dan murah. Pabrik-pabrik di China memproduksi konverter stepdown berdenyut ultra-murah berdasarkan itu: harga modul untuk LM2596 adalah sekitar 35 rubel (termasuk pengiriman). Saya menyarankan Anda untuk membeli 10 buah sekaligus - akan selalu ada gunanya, dan harganya akan turun menjadi 32 rubel, dan kurang dari 30 rubel saat memesan 50 buah. Baca lebih lanjut tentang menghitung rangkaian mikro, mengatur arus dan tegangan, penerapannya dan beberapa kelemahan konverter.

Metode penggunaan yang umum adalah sumber tegangan yang stabil. Sangat mudah untuk membuat catu daya switching berdasarkan stabilizer ini, saya menggunakannya sebagai catu daya laboratorium yang sederhana dan andal yang tahan terhadap korsleting. Mereka menarik karena konsistensi kualitasnya (semuanya tampaknya dibuat di pabrik yang sama - dan sulit untuk membuat kesalahan dalam lima bagian), dan kepatuhan penuh terhadap lembar data dan karakteristik yang dinyatakan.

Aplikasi lainnya adalah penstabil arus pulsa untuk catu daya untuk LED berdaya tinggi. Modul pada chip ini memungkinkan Anda menyambungkan matriks LED otomotif 10 watt, yang juga memberikan perlindungan terhadap arus pendek.

Saya sangat merekomendasikan membeli selusin - pasti akan berguna. Mereka unik dengan caranya sendiri - tegangan input hingga 40 volt, dan hanya diperlukan 5 komponen eksternal. Ini nyaman - Anda dapat meningkatkan tegangan pada bus listrik rumah pintar menjadi 36 volt dengan mengurangi penampang kabel. Kami memasang modul seperti itu di titik konsumsi dan mengkonfigurasinya ke 12, 9, 5 volt yang diperlukan atau sesuai kebutuhan.

Mari kita lihat lebih dekat.

Karakteristik chip:

• Tegangan input - dari 2,4 hingga 40 volt (hingga 60 volt dalam versi HV)
• Tegangan keluaran - tetap atau dapat disesuaikan (dari 1,2 hingga 37 volt)
• Arus keluaran - hingga 3 ampere (dengan pendinginan yang baik - hingga 4,5A)
• Frekuensi konversi - 150 kHz
• Perumahan - TO220-5 (pemasangan melalui lubang) atau D2PAK-5 (pemasangan permukaan)
• Efisiensi - 70-75% pada tegangan rendah, hingga 95% pada tegangan tinggi

1. Sumber tegangan stabil
2. Rangkaian konverter
3. Lembaran data
4. Pengisi daya USB berdasarkan LM2596
5. Penstabil saat ini
6. Gunakan di perangkat buatan sendiri
7. Penyesuaian arus dan tegangan keluaran
8. Analog yang ditingkatkan dari LM2596

Sejarah - stabilisator linier

Untuk memulainya, saya akan menjelaskan mengapa konverter tegangan linier standar seperti LM78XX (misalnya 7805) atau LM317 buruk. Berikut adalah diagram yang disederhanakan.

Elemen utama dari konverter semacam itu adalah transistor bipolar yang kuat, yang diaktifkan dalam arti "aslinya" - sebagai resistor yang dikendalikan. Transistor ini merupakan bagian dari pasangan Darlington (untuk meningkatkan koefisien transfer arus dan mengurangi daya yang dibutuhkan untuk mengoperasikan rangkaian). Arus basis diatur oleh penguat operasional, yang memperkuat perbedaan antara tegangan keluaran dan yang diatur oleh ION (sumber tegangan referensi), yaitu. itu terhubung sesuai dengan rangkaian penguat kesalahan klasik.

Jadi, konverter hanya menyalakan resistor secara seri dengan beban, dan mengontrol resistansinya sehingga, misalnya, tepat 5 volt padam pada beban. Sangat mudah untuk menghitung bahwa ketika tegangan turun dari 12 volt menjadi 5 (kasus yang sangat umum menggunakan sirkuit mikro 7805), input 12 volt didistribusikan antara stabilizer dan beban dengan perbandingan “7 volt pada stabilizer + 5 volt pada beban.” Pada arus setengah ampere, 2,5 watt dilepaskan pada beban, dan pada 7805 - sebanyak 3,5 watt.

Ternyata "ekstra" 7 volt padam begitu saja di stabilizer, berubah menjadi panas. Pertama, hal ini menyebabkan masalah pada pendinginan, dan kedua, memakan banyak energi dari sumber listrik. Jika diberi daya dari stopkontak, hal ini tidak terlalu menakutkan (walaupun tetap menimbulkan kerusakan bagi lingkungan), namun jika diberi daya dengan baterai atau baterai yang dapat diisi ulang, hal ini tidak dapat diabaikan.

Masalah lainnya adalah umumnya tidak mungkin membuat boost converter menggunakan metode ini. Seringkali kebutuhan seperti itu muncul, dan upaya untuk memecahkan masalah ini dua puluh atau tiga puluh tahun yang lalu sungguh menakjubkan - betapa rumitnya sintesis dan perhitungan rangkaian tersebut. Salah satu rangkaian paling sederhana dari jenis ini adalah konverter push-pull 5V->15V.

Harus diakui bahwa ini menyediakan isolasi galvanik, tetapi tidak menggunakan transformator secara efisien - hanya setengah dari belitan primer yang digunakan setiap saat.

Mari kita lupakan ini seperti mimpi buruk dan beralih ke sirkuit modern.

Sumber tegangan

Skema

Sirkuit mikro mudah digunakan sebagai konverter step-down: saklar bipolar yang kuat terletak di dalam, yang tersisa hanyalah menambahkan komponen regulator yang tersisa - dioda cepat, induktansi dan kapasitor keluaran, juga dimungkinkan untuk pasang kapasitor input - hanya 5 bagian.

Versi LM2596ADJ juga memerlukan rangkaian pengaturan tegangan keluaran, yaitu dua resistor atau satu resistor variabel.

Rangkaian konverter tegangan step down berbasis LM2596 :

Seluruh skema bersama-sama:

Di sini Anda bisa unduh lembar data untuk LM2596.

Prinsip operasi: saklar kuat di dalam perangkat, dikendalikan oleh sinyal PWM, mengirimkan pulsa tegangan ke induktansi. Di titik A, x% dari waktu terdapat tegangan penuh, dan (1-x)% dari waktu tersebut tegangannya nol. Filter LC menghaluskan osilasi ini dengan menyorot komponen konstan yang sama dengan tegangan suplai x*. Dioda melengkapi rangkaian ketika transistor dimatikan.

Deskripsi pekerjaan terperinci

Induktansi menolak perubahan arus yang melaluinya. Ketika tegangan muncul di titik A, induktor menciptakan tegangan induksi diri negatif yang besar, dan tegangan pada beban menjadi sama dengan perbedaan antara tegangan suplai dan tegangan induksi diri. Arus dan tegangan induktansi pada beban meningkat secara bertahap.

Setelah tegangan menghilang di titik A, induktor berusaha mempertahankan arus sebelumnya yang mengalir dari beban dan kapasitor, dan menghubungkannya melalui dioda ke ground - arus tersebut secara bertahap turun. Dengan demikian, tegangan beban selalu lebih kecil dari tegangan masukan dan bergantung pada siklus kerja pulsa.

Tegangan keluaran

Modul ini tersedia dalam empat versi: dengan tegangan 3.3V (indeks –3.3), 5V (indeks –5.0), 12V (indeks –12) dan versi yang dapat disesuaikan LM2596ADJ. Masuk akal untuk menggunakan versi khusus di mana pun, karena tersedia dalam jumlah besar di gudang perusahaan elektronik dan kemungkinan besar Anda tidak akan kekurangannya - dan ini hanya memerlukan tambahan dua sen resistor. Dan tentunya versi 5 volt juga populer.

Jumlah stok ada di kolom terakhir.

Anda dapat mengatur tegangan keluaran dalam bentuk saklar DIP, contoh bagusnya diberikan di sini, atau dalam bentuk saklar putar. Dalam kedua kasus tersebut, Anda memerlukan baterai resistor presisi - tetapi Anda dapat mengatur voltase tanpa voltmeter.

Bingkai

Terdapat dua opsi housing: housing dudukan planar TO-263 (model LM2596S) dan housing lubang tembus TO-220 (model LM2596T). Saya lebih suka menggunakan LM2596S versi planar, karena dalam hal ini heatsink adalah papan itu sendiri, dan tidak perlu membeli heatsink eksternal tambahan. Selain itu, ketahanan mekanisnya jauh lebih tinggi, tidak seperti TO-220, yang harus disekrup ke sesuatu, bahkan ke papan - tetapi lebih mudah untuk memasang versi planar. Saya merekomendasikan penggunaan chip LM2596T-ADJ pada catu daya karena lebih mudah menghilangkan panas dalam jumlah besar dari casingnya.

Penghalusan riak tegangan masukan

Dapat digunakan sebagai penstabil “pintar” yang efektif setelah penyearahan arus. Karena rangkaian mikro secara langsung memonitor tegangan keluaran, fluktuasi tegangan masukan akan menyebabkan perubahan berbanding terbalik pada koefisien konversi rangkaian mikro, dan tegangan keluaran akan tetap normal.

Oleh karena itu, ketika menggunakan LM2596 sebagai konverter step-down setelah transformator dan penyearah, kapasitor input (yaitu yang terletak tepat setelah jembatan dioda) mungkin memiliki kapasitansi kecil (sekitar 50-100 μF).

Kapasitor keluaran

Karena frekuensi konversinya yang tinggi, kapasitor keluarannya juga tidak harus berkapasitas besar. Bahkan konsumen yang kuat pun tidak akan punya waktu untuk mengurangi kapasitor ini secara signifikan dalam satu siklus. Mari kita lakukan perhitungan: ambil kapasitor 100 µF, tegangan keluaran 5 V dan beban yang memakan 3 ampere. Muatan penuh kapasitor q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.

Dalam satu siklus konversi, beban akan mengambil dq = I*t = 3 A * 6,7 μs = 20 μC dari kapasitor (ini hanya 4% dari total muatan kapasitor), dan siklus baru akan segera dimulai, dan konverter akan memasukkan sebagian energi baru ke dalam kapasitor.

Yang terpenting jangan menggunakan kapasitor tantalum sebagai kapasitor input dan output. Mereka menulis langsung di lembar data - “jangan gunakan di sirkuit listrik”, karena mereka sangat tidak tahan bahkan terhadap tegangan lebih jangka pendek, dan tidak menyukai arus pulsa yang tinggi. Gunakan kapasitor elektrolitik aluminium biasa.

Efisiensi, efisiensi dan kehilangan panas

Efisiensinya tidak terlalu tinggi, karena transistor bipolar digunakan sebagai saklar yang kuat - dan memiliki penurunan tegangan yang bukan nol, sekitar 1,2V. Oleh karena itu penurunan efisiensi pada tegangan rendah.

Seperti yang Anda lihat, efisiensi maksimum dicapai ketika perbedaan antara tegangan input dan output sekitar 12 volt. Artinya, jika Anda perlu menurunkan tegangan sebesar 12 volt, sejumlah energi minimal akan berubah menjadi panas.

Apa efisiensi konverter? Ini adalah nilai yang mencirikan kerugian saat ini - karena pembangkitan panas pada saklar kuat yang terbuka penuh menurut hukum Joule-Lenz dan kerugian serupa selama proses transien - ketika saklar, katakanlah, hanya setengah terbuka. Besarnya efek dari kedua mekanisme tersebut dapat dibandingkan, jadi kita tidak boleh melupakan kedua jalur kerugian tersebut. Sejumlah kecil daya juga digunakan untuk memberi daya pada “otak” konverter itu sendiri.

Idealnya, ketika mengubah tegangan dari U1 ke U2 dan arus keluaran I2, daya keluaran sama dengan P2 = U2*I2, daya masukan sama dengan itu (kasus ideal). Artinya arus masukannya adalah I1 = U2/U1*I2.

Dalam kasus kami, konversi memiliki efisiensi di bawah satu, sehingga sebagian energi akan tetap berada di dalam perangkat. Misalnya, dengan efisiensi η, daya keluarannya adalah P_out = η*P_in, dan rugi-rugi P_loss = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Tentu saja, konverter harus meningkatkan arus masukan untuk mempertahankan arus dan tegangan keluaran yang ditentukan.

Kita dapat berasumsi bahwa ketika mengkonversi 12V -> 5V dan arus keluaran 1A, rugi-rugi pada rangkaian mikro akan menjadi 1,3 watt, dan arus masukan akan menjadi 0,52A. Bagaimanapun, ini lebih baik daripada konverter linier mana pun, yang akan memberikan kerugian setidaknya 7 watt, dan akan mengkonsumsi 1 ampere dari jaringan input (termasuk untuk hal yang tidak berguna ini) - dua kali lebih banyak.

Omong-omong, sirkuit mikro LM2577 memiliki frekuensi operasi tiga kali lebih rendah, dan efisiensinya sedikit lebih tinggi, karena kerugian dalam proses transien lebih sedikit. Namun, diperlukan peringkat induktor dan kapasitor keluaran tiga kali lebih tinggi, yang berarti uang ekstra dan ukuran papan.

Meningkatkan arus keluaran

Meskipun arus keluaran sirkuit mikro sudah cukup besar, terkadang diperlukan arus yang lebih besar. Bagaimana cara keluar dari situasi ini?

1. Beberapa konverter dapat diparalelkan. Tentu saja, tegangan outputnya harus sama persis. Dalam hal ini, Anda tidak dapat bertahan dengan resistor SMD sederhana di rangkaian pengaturan tegangan Umpan Balik, Anda perlu menggunakan resistor dengan akurasi 1%, atau mengatur tegangan secara manual dengan resistor variabel.

Jika Anda tidak yakin dengan penyebaran tegangan yang kecil, lebih baik memparalelkan konverter melalui shunt kecil, pada urutan beberapa puluh miliohm. Jika tidak, seluruh beban akan berada di pundak konverter dengan tegangan tertinggi dan mungkin tidak dapat mengatasinya. 2. Anda dapat menggunakan pendinginan yang baik - radiator besar, papan sirkuit cetak multilayer dengan area yang luas. Hal ini akan memungkinkan untuk [menaikkan arus](/lm2596-tips-and-tricks/ “Penggunaan LM2596 pada perangkat dan tata letak papan”) menjadi 4,5A. 3. Terakhir, Anda dapat [memindahkan kunci kuat](#a7) ke luar wadah sirkuit mikro. Hal ini akan memungkinkan penggunaan transistor efek medan dengan penurunan tegangan yang sangat kecil, dan akan sangat meningkatkan arus keluaran dan efisiensi.

Pengisi daya USB untuk LM2596

Anda dapat membuat pengisi daya USB perjalanan yang sangat nyaman. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengatur regulator ke tegangan 5V, menyediakan port USB dan menyediakan daya ke pengisi daya. Saya menggunakan baterai lithium polimer model radio yang dibeli di China yang menyediakan 5 amp jam pada 11,1 volt. Ini banyak – cukup untuk 8 kali mengisi daya ponsel cerdas biasa (tidak memperhitungkan efisiensi). Dengan mempertimbangkan efisiensi, setidaknya akan menjadi 6 kali lipat.

Jangan lupa untuk menyingkat pin D+ dan D- pada soket USB untuk memberi tahu ponsel bahwa ponsel terhubung ke pengisi daya dan arus yang ditransfer tidak terbatas. Tanpa kejadian ini, ponsel akan mengira telah terhubung ke komputer dan akan diisi arus 500 mA - dalam waktu yang sangat lama. Selain itu, arus seperti itu bahkan mungkin tidak mengimbangi konsumsi telepon saat ini, dan baterai tidak akan terisi sama sekali.

Anda juga dapat memberikan input 12V terpisah dari aki mobil dengan konektor pemantik rokok - dan mengganti sumber dengan semacam saklar. Saya menyarankan Anda untuk memasang LED yang menandakan bahwa perangkat menyala, agar tidak lupa mematikan baterai setelah pengisian penuh - jika tidak, kerugian pada konverter akan menguras baterai cadangan sepenuhnya dalam beberapa hari.

Baterai jenis ini sangat tidak cocok karena dirancang untuk arus tinggi - Anda dapat mencoba mencari baterai dengan arus lebih rendah, dan baterai tersebut akan lebih kecil dan ringan.

Penstabil saat ini

Penyesuaian arus keluaran

Hanya tersedia dengan versi tegangan keluaran yang dapat disesuaikan (LM2596ADJ). Omong-omong, orang Cina juga membuat papan versi ini, dengan pengaturan tegangan, arus, dan segala jenis indikasi - modul penstabil arus siap pakai pada LM2596 dengan perlindungan hubung singkat dapat dibeli dengan nama xw026fr4.

Jika Anda tidak ingin menggunakan modul yang sudah jadi, dan ingin membuat rangkaian ini sendiri, tidak ada yang rumit, dengan satu pengecualian: sirkuit mikro tidak memiliki kemampuan untuk mengontrol arus, tetapi Anda dapat menambahkannya. Saya akan menjelaskan cara melakukan ini, dan mengklarifikasi poin-poin sulit sepanjang proses tersebut.

Aplikasi

Penstabil arus adalah sesuatu yang diperlukan untuk memberi daya pada LED yang kuat (omong-omong - proyek mikrokontroler saya driver LED berdaya tinggi), dioda laser, pelapisan listrik, pengisian baterai. Seperti halnya penstabil tegangan, ada dua jenis perangkat tersebut - linier dan berdenyut.

Penstabil arus linier klasik adalah LM317, dan cukup bagus di kelasnya - tetapi arus maksimumnya adalah 1,5A, yang tidak cukup untuk banyak LED berdaya tinggi. Sekalipun Anda memberi daya pada stabilizer ini dengan transistor eksternal, kerugian yang ditimbulkannya tidak dapat diterima. Seluruh dunia sedang meributkan konsumsi energi bola lampu siaga, namun di sini LM317 bekerja dengan efisiensi 30%. Ini bukan metode kami.

Tapi sirkuit mikro kami adalah driver yang nyaman untuk konverter tegangan pulsa yang memiliki banyak mode operasi. Kerugiannya minimal, karena mode operasi linier transistor tidak digunakan, hanya mode utama.

Awalnya ditujukan untuk rangkaian stabilisasi tegangan, tetapi beberapa elemen mengubahnya menjadi penstabil arus. Faktanya adalah bahwa sirkuit mikro sepenuhnya bergantung pada sinyal "Umpan Balik" sebagai umpan balik, tetapi apa yang akan diberikannya terserah kita.

Dalam rangkaian switching standar, tegangan disuplai ke kaki ini dari pembagi tegangan keluaran resistif. 1.2V adalah keseimbangan; jika Umpan Balik lebih kecil, driver meningkatkan siklus kerja pulsa; jika lebih besar, ia menurunkannya. Tetapi Anda dapat memberikan tegangan ke masukan ini dari shunt arus!

Melangsir

Misalnya pada arus 3A perlu mengambil shunt dengan nilai nominal tidak lebih dari 0,1 Ohm. Pada resistansi seperti itu, arus ini akan melepaskan sekitar 1 W, jadi itu jumlah yang besar. Lebih baik memparalelkan tiga shunt tersebut, memperoleh resistansi 0,033 Ohm, penurunan tegangan 0,1 V, dan pelepasan panas 0,3 W.

Namun, masukan Umpan Balik memerlukan tegangan 1,2V - dan kami hanya memiliki 0,1V. Tidak masuk akal untuk memasang resistansi yang lebih tinggi (panas akan dilepaskan 150 kali lebih banyak), jadi yang tersisa hanyalah meningkatkan tegangan ini. Ini dilakukan dengan menggunakan penguat operasional.

Penguat op-amp non-pembalik

Skema klasik, apa yang lebih sederhana?

Kami bersatu

Sekarang kita menggabungkan rangkaian konverter tegangan konvensional dan penguat menggunakan op-amp LM358, ke input yang kita sambungkan dengan shunt arus.

Resistor kuat 0,033 Ohm adalah shunt. Itu dapat dibuat dari tiga resistor 0,1 Ohm yang dihubungkan secara paralel, dan untuk meningkatkan disipasi daya yang diizinkan, gunakan resistor SMD dalam paket 1206, letakkan dengan celah kecil (tidak berdekatan) dan usahakan untuk meninggalkan lapisan tembaga sebanyak-banyaknya di sekelilingnya. resistor dan di bawahnya mungkin. Kapasitor kecil dihubungkan ke keluaran Umpan Balik untuk menghilangkan kemungkinan transisi ke mode osilator.

Kami mengatur arus dan tegangan

Mari kita sambungkan kedua sinyal ke input Umpan Balik - baik arus maupun tegangan. Untuk menggabungkan sinyal-sinyal ini, kita akan menggunakan diagram pengkabelan biasa “DAN” pada dioda. Jika sinyal arus lebih tinggi dari sinyal tegangan maka akan mendominasi dan sebaliknya.

Beberapa kata tentang penerapan skema ini

Anda tidak dapat mengatur tegangan keluaran. Meskipun tidak mungkin untuk mengatur arus dan tegangan keluaran secara bersamaan - keduanya sebanding satu sama lain, dengan koefisien "resistansi beban". Dan jika catu daya menerapkan skenario seperti “tegangan keluaran konstan, tetapi ketika arus melebihi, kita mulai mengurangi tegangan”, yaitu. CC/CV sudah menjadi charger.

Tegangan suplai maksimum untuk rangkaian adalah 30V, karena ini adalah batas untuk LM358. Anda dapat memperluas batas ini hingga 40V (atau 60V dengan versi LM2596-HV) jika Anda memberi daya pada op-amp dari dioda zener.

Dalam opsi terakhir, perlu menggunakan rakitan dioda sebagai dioda penjumlahan, karena kedua dioda di dalamnya dibuat dalam proses teknologi yang sama dan pada wafer silikon yang sama. Penyebaran parameternya akan jauh lebih kecil daripada penyebaran parameter masing-masing dioda diskrit - berkat ini kita akan memperoleh akurasi nilai pelacakan yang tinggi.

Anda juga perlu hati-hati memastikan bahwa rangkaian op-amp tidak menjadi bersemangat dan masuk ke mode penguat. Untuk melakukan ini, coba kurangi panjang semua konduktor, dan terutama track yang terhubung ke pin 2 LM2596. Jangan letakkan op amp di dekat jalur ini, tetapi tempatkan dioda SS36 dan kapasitor filter lebih dekat ke badan LM2596, dan pastikan luas minimum loop tanah yang terhubung ke elemen-elemen ini - perlu untuk memastikan panjang minimum dari kembalikan jalur saat ini “LM2596 -> VD/C -> LM2596”.

Penerapan LM2596 pada perangkat dan tata letak papan independen

Saya berbicara secara rinci tentang penggunaan sirkuit mikro di perangkat saya bukan dalam bentuk modul jadi artikel lain, yang meliputi: pilihan dioda, kapasitor, parameter induktor, dan juga berbicara tentang pengkabelan yang benar dan beberapa trik tambahan.

Peluang untuk pengembangan lebih lanjut

Analog yang ditingkatkan dari LM2596

Cara termudah setelah chip ini adalah beralih ke LM2678. Intinya, ini adalah konverter stepdown yang sama, hanya dengan transistor efek medan, sehingga efisiensinya meningkat hingga 92%. Benar, ia memiliki 7 kaki, bukan 5, dan tidak kompatibel dengan pin-to-pin. Namun, chip ini sangat mirip dan akan menjadi pilihan yang sederhana dan nyaman dengan peningkatan efisiensi.

L5973D– chip yang agak tua, menyediakan hingga 2,5A, dan efisiensi yang sedikit lebih tinggi. Ia juga memiliki frekuensi konversi hampir dua kali lipat (250 kHz) - oleh karena itu, diperlukan peringkat induktor dan kapasitor yang lebih rendah. Namun, saya melihat apa yang terjadi jika Anda memasukkannya langsung ke jaringan mobil - sering kali hal itu menghilangkan gangguan.

ST1S10- konverter stepdown DC–DC yang sangat efisien (efisiensi 90%).

• Membutuhkan 5–6 komponen eksternal;

ST1S14- pengontrol tegangan tinggi (hingga 48 volt). Frekuensi pengoperasian tinggi (850 kHz), arus keluaran hingga 4A, keluaran Daya Baik, efisiensi tinggi (tidak lebih buruk dari 85%) dan sirkuit perlindungan terhadap arus beban berlebih menjadikannya konverter terbaik untuk memberi daya pada server dari 36 volt sumber.

Jika efisiensi maksimum diperlukan, Anda harus beralih ke pengontrol DC-DC stepdown yang tidak terintegrasi. Masalah dengan pengontrol terintegrasi adalah mereka tidak pernah memiliki transistor daya dingin - resistansi saluran tipikal tidak lebih dari 200 mOhm. Namun, jika Anda menggunakan pengontrol tanpa transistor internal, Anda dapat memilih transistor apa pun, bahkan AUIRFS8409–7P dengan resistansi saluran setengah miliohm

Konverter DC-DC dengan transistor eksternal

Bagian selanjutnya

Penstabil tegangan switching baru-baru ini menjadi sangat populer karena ukurannya yang ringkas dan efisiensi yang relatif tinggi, dan dalam waktu dekat mereka akan sepenuhnya menggantikan sirkuit analog lama yang bagus.
Sekarang dengan beberapa dolar di Cina Anda dapat membeli modul konverter DC-DC siap pakai yang menyediakan pengaturan tegangan keluaran, memiliki kemampuan untuk membatasi arus dan beroperasi pada rentang tegangan masukan yang cukup luas.

Chip paling populer yang menjadi dasar stabilisator tersebut adalah LM2596. Tegangan maksimum hingga 35 volt, dengan arus hingga 3 ampere. Sirkuit mikro beroperasi dalam mode pulsa, pemanasan di dalamnya tidak terlalu kuat di bawah beban yang cukup mengesankan, kompak dan berharga satu sen.

Dengan menambahkan op-amp, Anda juga dapat membatasi arus keluaran; Saya akan mengatakan lebih banyak - stabilisasi arus, dengan kata lain - arus akan dipertahankan pada tingkat yang ditentukan terlepas dari tegangannya.
Modul semacam itu cukup kompak dan dapat dipasang pada catu daya dan desain pengisi daya apa pun yang dibuat sendiri. Dengan menghubungkan voltmeter digital ke output, kita akan mengetahui berapa tegangan pada output. .

Papan itu sendiri memiliki resistor pemangkas untuk membatasi arus keluaran dan mengatur tegangan. Kisaran tegangan input akan memungkinkan modul tersebut dipasang di mobil dengan menghubungkannya langsung ke jaringan terpasang 12 Volt. Apa manfaatnya bagi kita?

1. 1) Pengisi daya universal dengan arus tinggi. Anda dapat mengisi daya ponsel cerdas, tablet, pemutar, dan pemutar lain apa pun, navigator, dan sistem keamanan portabel, dan Anda dapat menghubungkan, misalnya, 2-3 ponsel cerdas ke perangkat secara bersamaan dan semuanya akan mengisi daya dengan sama baiknya.

2. 2) Hubungkan perangkat, misalnya, ke adaptor laptop, atur output ke 14-15 Volt dan jangan ragu untuk mengisi baterai! 3 ampere adalah arus yang cukup besar untuk mengisi aki mobil, meskipun papan konverternya sendiri harus dipasang pada radiator kecil.

Anda pasti tidak dapat membantah kegunaan papan tersebut, dan harganya satu sen (tidak lebih dari 2-3 dolar AS). Papan yang sama dapat dibuat di rumah, jika komponen tertentu tersedia, meskipun biaya modul yang sudah jadi jauh lebih murah daripada komponen individual.

Penguat operasional ganda, unit pembatas arus dibangun pada elemen oh pertama, dan indikasi dibangun pada elemen kedua. Sirkuit mikro itu sendiri memiliki harness, power choke yang dapat diputar secara independen, dan sepasang regulator. Sirkuit hampir tidak terlalu panas pada arus rendah - tetapi heat sink kecil tidak akan merugikan.

Pada artikel ini Anda akan belajar tentang:

Masing-masing dari kita menggunakan sejumlah besar peralatan listrik yang berbeda dalam hidup kita. Sejumlah besar diantaranya memerlukan daya bertegangan rendah. Dengan kata lain, mereka mengkonsumsi listrik, yang tidak bercirikan tegangan 220 volt, tetapi harus berkisar antara satu hingga 25 volt.

Tentu saja, perangkat khusus digunakan untuk menyuplai listrik dengan jumlah volt tersebut. Namun, masalahnya bukan pada penurunan tegangan, tetapi pada pemeliharaan level tegangan yang stabil.

Untuk melakukan ini, Anda dapat menggunakan perangkat stabilisasi linier. Namun, solusi seperti itu akan menjadi kesenangan yang sangat rumit. Tugas ini idealnya dilakukan oleh penstabil tegangan switching apa pun.

Penstabil pulsa dibongkar

Jika kita membandingkan perangkat stabilisasi pulsa dan linier, perbedaan utamanya terletak pada pengoperasian elemen kontrol. Pada perangkat jenis pertama, elemen ini berfungsi seperti kunci. Dengan kata lain, keadaannya tertutup atau terbuka.

Elemen utama perangkat stabilisasi pulsa adalah elemen pengatur dan pengintegrasi. Yang pertama memastikan pasokan dan gangguan arus listrik. Tugas kedua adalah mengumpulkan listrik dan secara bertahap melepaskannya ke beban.

Prinsip pengoperasian konverter pulsa

Prinsip pengoperasian penstabil pulsa

Prinsip utama pengoperasiannya adalah ketika elemen pengatur ditutup, energi listrik diakumulasikan dalam elemen pengintegrasi. Akumulasi ini diamati dengan meningkatnya tegangan. Setelah elemen kontrol dimatikan, mis. membuka jalur pasokan listrik, komponen pengintegrasi melepaskan listrik, secara bertahap mengurangi tegangan. Berkat metode pengoperasian ini, perangkat stabilisasi pulsa tidak mengonsumsi banyak energi dan dapat berukuran kecil.

Elemen pengaturnya dapat berupa thyristor, transien bipolar, atau transistor efek medan. Tersedak, baterai atau kapasitor dapat digunakan sebagai elemen pengintegrasi.

Perhatikan bahwa perangkat stabilisasi pulsa dapat beroperasi dengan dua cara berbeda. Yang pertama melibatkan penggunaan modulasi lebar pulsa (PWM). Yang kedua adalah pemicu Schmitt. Pemicu PWM dan Schmitt digunakan untuk mengontrol sakelar perangkat stabilisasi.

Penstabil menggunakan PWM

Penstabil tegangan DC switching, yang beroperasi berdasarkan PWM, selain sakelar dan integrator, berisi:

1. generator;
2. penguat operasional;
3. alat modulasi

Pengoperasian sakelar secara langsung bergantung pada level tegangan input dan siklus kerja pulsa. Karakteristik terakhir dipengaruhi oleh frekuensi generator dan kapasitansi integrator. Ketika saklar terbuka maka proses perpindahan listrik dari integrator ke beban dimulai.

Diagram skema penstabil PWM

Dalam hal ini, penguat operasional membandingkan tingkat tegangan keluaran dan tegangan referensi, menentukan perbedaannya dan meneruskan penguatan yang diperlukan ke modulator. Modulator ini mengubah pulsa yang dihasilkan oleh generator menjadi pulsa persegi panjang.

Pulsa akhir dicirikan oleh deviasi siklus kerja yang sama, yang sebanding dengan perbedaan antara tegangan keluaran dan tegangan perbandingan. Impuls inilah yang menentukan perilaku kuncinya.

Artinya, pada siklus kerja tertentu, saklar dapat menutup atau membuka. Ternyata impuls memainkan peran utama dalam stabilisator tersebut. Dari sinilah sebenarnya nama perangkat ini berasal.

Konverter pemicu Schmitt

Perangkat stabilisasi pulsa yang menggunakan pemicu Schmitt tidak lagi memiliki komponen sebanyak pada perangkat jenis sebelumnya. Di sini elemen utamanya adalah pemicu Schmitt, yang mencakup pembanding. Tugas komparator adalah membandingkan level tegangan pada output dan level maksimum yang diijinkan.

Stabilizer dengan pemicu Schmitt

Ketika tegangan keluaran telah melampaui level maksimumnya, pemicu beralih ke posisi nol dan membuka sakelar. Pada saat ini, induktor atau kapasitor habis. Tentu saja karakteristik arus listrik selalu dipantau oleh pembanding tersebut di atas.

Dan kemudian, ketika tegangan turun di bawah level yang diperlukan, fase “0” berubah menjadi fase “1”. Selanjutnya kunci ditutup dan arus listrik mengalir ke integrator.

Keuntungan dari penstabil tegangan pulsa adalah rangkaian dan desainnya cukup sederhana. Namun, hal ini tidak dapat diterapkan di semua kasus.

Perlu dicatat bahwa perangkat stabilisasi pulsa hanya dapat bekerja pada arah tertentu. Yang kami maksud di sini adalah bahwa mereka bisa murni ke bawah atau murni ke atas. Ada juga dua jenis alat tersebut, yaitu alat pembalik dan alat yang dapat mengubah tegangan secara sewenang-wenang.

Skema perangkat stabilisasi pulsa pereduksi

Di masa depan, kami akan mempertimbangkan rangkaian perangkat stabilisasi pulsa pereduksi. Terdiri dari:

1. Mengatur transistor atau jenis saklar lainnya.
2. Induktor.
3. Kapasitor.
4. Dioda.
5. Banyak.
6. Perangkat kontrol.

Unit tempat akumulasi pasokan listrik terdiri dari kumparan itu sendiri (induktor) dan kapasitor.

Saat saklar (dalam kasus kita, transistor) terhubung, arus mengalir ke kumparan dan kapasitor. Dioda dalam keadaan tertutup. Artinya, tidak bisa melewatkan arus.

Energi awal dipantau oleh perangkat kontrol, yang pada saat yang tepat mematikan kunci, yaitu menempatkannya dalam keadaan terputus. Ketika saklar dalam keadaan ini, terjadi penurunan arus yang melewati induktor.

Penstabil pulsa buck

Dalam hal ini, arah tegangan pada induktor berubah dan, sebagai akibatnya, arus menerima tegangan, yang nilainya merupakan perbedaan antara gaya gerak listrik induksi sendiri kumparan dan jumlah volt pada masukan. Pada saat ini, dioda terbuka dan induktor menyuplai arus ke beban melaluinya.

Ketika suplai listrik habis, kunci disambungkan, dioda ditutup dan induktor diisi. Artinya, semuanya terulang kembali.
Penstabil tegangan switching step-up bekerja dengan cara yang sama seperti regulator tegangan step-down. Perangkat stabilisasi pembalik dicirikan oleh algoritma operasi yang serupa. Tentu saja karyanya memiliki perbedaan.

Perbedaan utama antara perangkat penambah pulsa adalah tegangan input dan tegangan koilnya memiliki arah yang sama. Hasilnya, mereka dijumlahkan. Dalam penstabil pulsa, pertama-tama ditempatkan choke, kemudian transistor dan dioda.

Pada alat stabilisasi pembalik, arah EMF induksi sendiri kumparan sama dengan pada alat penurun. Saat sakelar terhubung dan dioda menutup, kapasitor menyediakan daya. Semua perangkat ini dapat dirakit dengan tangan Anda sendiri.

Saran yang berguna: selain dioda, Anda juga dapat menggunakan sakelar (thyristor atau transistor). Namun, mereka harus melakukan operasi yang merupakan kebalikan dari kunci utama. Dengan kata lain, ketika kunci utama ditutup, kuncinya harus terbuka, bukan dioda. Dan sebaliknya.

Berdasarkan struktur stabilisator tegangan dengan pengaturan pulsa yang dijelaskan di atas, dimungkinkan untuk menentukan fitur-fitur yang dianggap kelebihan dan kekurangan.

Keuntungan

Keunggulan perangkat ini adalah:

1. Sangat mudah untuk mencapai stabilisasi seperti itu, yang ditandai dengan koefisien yang sangat tinggi.
2. Efisiensi tingkat tinggi. Karena fakta bahwa transistor beroperasi dalam algoritma saklar, terjadi disipasi daya yang rendah. Disipasi ini jauh lebih kecil dibandingkan perangkat stabilisasi linier.
3. Kemampuan untuk menyamakan tegangan, yang pada input dapat berfluktuasi dalam rentang yang sangat luas. Jika arusnya konstan, maka kisaran ini bisa dari satu hingga 75 volt. Jika arusnya bolak-balik, maka kisaran ini bisa berfluktuasi antara 90-260 volt.
4. Kurangnya sensitivitas terhadap frekuensi tegangan input dan kualitas catu daya.
5. Parameter keluaran akhir cukup stabil meskipun terjadi perubahan arus yang sangat besar.
6. Riak tegangan yang keluar dari suatu perangkat pulsa selalu berada dalam kisaran milivolt dan tidak bergantung pada daya peralatan listrik yang terhubung atau elemennya.
7. Stabilizer selalu menyala dengan lembut. Artinya arus keluaran tidak ditandai dengan lonjakan. Meski perlu diperhatikan saat pertama kali dinyalakan, lonjakan arusnya tinggi. Namun, untuk meratakan fenomena ini, digunakan termistor yang memiliki TCR negatif.
8. Nilai massa dan ukuran kecil.

Kekurangan

1. Jika kita berbicara tentang kelemahan perangkat stabilisasi ini, maka kelemahannya terletak pada kompleksitas perangkat tersebut. Karena banyaknya komponen berbeda yang dapat rusak dengan cepat, dan metode pengoperasian yang spesifik, perangkat ini tidak dapat membanggakan tingkat keandalan yang tinggi.
2. Dia terus-menerus menghadapi tegangan tinggi. Selama operasi, peralihan sering terjadi dan kondisi suhu yang sulit untuk kristal dioda diamati. Hal ini jelas mempengaruhi kesesuaian untuk perbaikan saat ini.
3. Peralihan sakelar yang sering menimbulkan interferensi frekuensi. Jumlah mereka sangat besar dan ini merupakan faktor negatif.

Saran yang berguna: untuk menghilangkan kekurangan ini, Anda perlu menggunakan filter khusus.

1. Dipasang baik di pintu masuk maupun di pintu keluar, jika perlu dilakukan perbaikan juga disertai kesulitan. Perlu dicatat di sini bahwa orang yang bukan spesialis tidak akan dapat memperbaiki kerusakan tersebut.
2. Pekerjaan perbaikan dapat dilakukan oleh seseorang yang berpengalaman dalam konverter arus tersebut dan memiliki sejumlah keterampilan yang diperlukan. Dengan kata lain, jika perangkat tersebut terbakar dan penggunanya tidak memiliki pengetahuan tentang fitur perangkat tersebut, maka lebih baik membawanya ke perusahaan khusus untuk diperbaiki.
3. Juga sulit bagi non-spesialis untuk mengkonfigurasi penstabil tegangan switching, yang mungkin mencakup 12 volt atau jumlah volt lainnya.
4. Jika thyristor atau saklar lainnya gagal, konsekuensi yang sangat kompleks mungkin timbul pada keluarannya.
5. Kerugiannya termasuk kebutuhan untuk menggunakan perangkat yang mengimbangi faktor daya. Selain itu, beberapa ahli mencatat bahwa perangkat stabilisasi semacam itu mahal dan tidak dapat membanggakan model dalam jumlah besar.

Area aplikasi

Namun meskipun demikian, stabilisator semacam itu dapat digunakan di banyak bidang. Namun, mereka paling banyak digunakan dalam peralatan navigasi radio dan elektronik.

Selain itu sering digunakan untuk televisi LCD dan monitor LCD, catu daya untuk sistem digital, serta untuk peralatan industri yang membutuhkan arus tegangan rendah.

Saran yang berguna: perangkat stabilisasi pulsa sering digunakan di jaringan AC. Perangkat itu sendiri mengubah arus tersebut menjadi arus searah, dan jika Anda perlu menghubungkan pengguna yang membutuhkan arus bolak-balik, maka Anda perlu menghubungkan filter penghalusan dan penyearah pada input.

Perlu dicatat bahwa perangkat bertegangan rendah memerlukan penggunaan stabilisator tersebut. Mereka juga dapat digunakan untuk mengisi langsung berbagai baterai dan menyalakan LED berdaya tinggi.

Penampilan

Seperti disebutkan di atas, konverter arus tipe pulsa berukuran kecil. Tergantung pada kisaran volt input yang dirancang untuknya, ukuran dan tampilannya bergantung.

Jika dirancang untuk beroperasi dengan tegangan masukan yang sangat rendah, maka dapat berupa kotak plastik kecil yang di dalamnya terdapat sejumlah kabel.

Stabilisator, yang dirancang untuk sejumlah besar volt masukan, adalah sirkuit mikro tempat semua kabel berada dan semua komponen dihubungkan. Anda telah mempelajarinya.

Tampilan perangkat stabilisasi ini juga bergantung pada tujuan fungsionalnya. Jika mereka memberikan keluaran tegangan yang diatur (bolak-balik), maka pembagi resistor ditempatkan di luar rangkaian terpadu. Jika sejumlah volt keluar dari perangkat, maka pembagi ini sudah terletak di sirkuit mikro itu sendiri.

Fitur Penting

Saat memilih penstabil tegangan switching yang dapat menghasilkan tegangan konstan 5V atau jumlah volt lainnya, perhatikan sejumlah karakteristik.

Karakteristik pertama dan terpenting adalah nilai tegangan minimum dan maksimum yang akan dimasukkan dalam stabilizer itu sendiri. Batas atas dan bawah dari karakteristik ini telah dicatat.

Parameter penting kedua adalah tingkat arus keluaran tertinggi.

Karakteristik penting ketiga adalah level tegangan keluaran nominal. Dengan kata lain, spektrum besaran di mana ia dapat ditemukan. Perlu dicatat bahwa banyak ahli menyatakan bahwa tegangan input dan output maksimum adalah sama.

Namun kenyataannya tidak demikian. Alasannya adalah voltase input berkurang pada transistor saklar. Hasilnya adalah jumlah volt pada output sedikit lebih kecil. Kesetaraan hanya dapat terjadi bila arus beban sangat kecil. Hal yang sama berlaku untuk nilai minimum.

Karakteristik penting dari setiap konverter pulsa adalah keakuratan tegangan keluaran.

Saran yang berguna: Anda harus memperhatikan indikator ini ketika perangkat stabilisasi memberikan keluaran sejumlah volt yang tetap.

Alasannya adalah karena resistor terletak di tengah konverter dan pengoperasian pastinya ditentukan dalam produksi. Ketika jumlah volt keluaran disesuaikan oleh pengguna, keakuratannya juga disesuaikan.

Rangkaian konverter tegangan DC-DC pulsa buatan sendiri menggunakan transistor, tujuh contoh.

Karena efisiensinya yang tinggi, penstabil tegangan switching akhir-akhir ini semakin tersebar luas, meskipun biasanya lebih kompleks dan mengandung lebih banyak elemen.

Karena hanya sebagian kecil dari energi yang disuplai ke penstabil switching diubah menjadi energi panas, transistor keluarannya menjadi lebih sedikit panas, oleh karena itu, dengan mengurangi luas unit pendingin, berat dan ukuran perangkat berkurang.

Kerugian nyata dari pensaklaran stabilisator adalah adanya riak frekuensi tinggi pada keluaran, yang secara signifikan mempersempit cakupan penggunaan praktisnya - paling sering penstabil pensaklaran digunakan untuk memberi daya pada perangkat pada sirkuit mikro digital.

Penstabil tegangan switching step-down

Stabilizer dengan tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan dapat dirakit menggunakan tiga transistor (Gbr. 1), dua di antaranya (VT1, VT2) membentuk elemen pengatur utama, dan yang ketiga (VT3) adalah penguat sinyal ketidakcocokan .

Beras. 1. Rangkaian penstabil tegangan pulsa dengan efisiensi 84%.

Perangkat beroperasi dalam mode berosilasi sendiri. Tegangan umpan balik positif dari kolektor transistor komposit VT1 melalui kapasitor C2 masuk ke rangkaian basis transistor VT2.

Elemen perbandingan dan penguat sinyal ketidakcocokan adalah kaskade berdasarkan transistor VTZ. Emitornya terhubung ke sumber tegangan referensi - dioda zener VD2, dan basis - ke pembagi tegangan keluaran R5 - R7.

Pada penstabil pulsa, elemen pengatur beroperasi dalam mode sakelar, sehingga tegangan keluaran diatur dengan mengubah siklus kerja sakelar.

Menghidupkan/mematikan transistor VT1 berdasarkan sinyal dari transistor VTZ dikendalikan oleh transistor VT2. Pada saat transistor VT1 terbuka, energi elektromagnetik disimpan dalam induktor L1 akibat aliran arus beban.

Setelah transistor ditutup, energi yang tersimpan ditransfer ke beban melalui dioda VD1. Riak tegangan keluaran stabilizer dihaluskan oleh filter L1, SZ.

Karakteristik stabilizer sepenuhnya ditentukan oleh sifat transistor VT1 dan dioda VD1, yang kecepatannya harus maksimal. Dengan tegangan input 24 V, tegangan output 15 V dan arus beban 1 A, nilai efisiensi terukur sebesar 84%.

Choke L1 memiliki 100 lilitan kawat dengan diameter 0,63 mm pada cincin ferit K26x16x12 dengan permeabilitas magnet 100. Induktansinya pada arus bias 1 A adalah sekitar 1 mH.

Konverter tegangan DC-DC step-down menjadi +5V

Rangkaian stabilizer switching sederhana ditunjukkan pada Gambar. 2. Choke L1 dan L2 dililitkan pada bingkai plastik yang ditempatkan pada inti magnet lapis baja B22 yang terbuat dari ferit M2000NM.

Choke L1 berisi 18 putaran harness 7 kabel PEV-1 0,35. Gasket setebal 0,8 mm dimasukkan di antara cangkir sirkuit magnetnya.

Resistansi aktif belitan induktor L1 adalah 27 mOhm. Choke L2 memiliki 9 putaran harness 10 kabel PEV-1 0,35. Kesenjangan antara cangkirnya adalah 0,2 mm, resistansi aktif belitan adalah 13 mOhm.

Gasket dapat dibuat dari bahan keras dan tahan panas - textolite, mika, karton listrik. Sekrup yang menyatukan cangkir sirkuit magnetik harus terbuat dari bahan non-magnetik.

Beras. 2. Rangkaian penstabil tegangan kunci sederhana dengan efisiensi 60%.

Untuk mengatur stabilizer, beban dengan resistansi 5...7 Ohm dan daya 10 W dihubungkan ke outputnya. Dengan memilih resistor R7, tegangan keluaran pengenal diatur, kemudian arus beban ditingkatkan menjadi 3 A dan, dengan memilih ukuran kapasitor C4, frekuensi pembangkitan diatur (kira-kira 18...20 kHz) pada frekuensi tinggi lonjakan tegangan pada kapasitor SZ minimal.

Tegangan keluaran stabilizer dapat ditingkatkan menjadi 8...10V dengan meningkatkan nilai resistor R7 dan mengatur frekuensi operasi baru. Dalam hal ini daya yang dihamburkan oleh transistor VTZ juga akan meningkat.

Dalam rangkaian switching stabilizer, disarankan untuk menggunakan kapasitor elektrolitik K52-1. Nilai kapasitansi yang dibutuhkan diperoleh dengan menghubungkan kapasitor secara paralel.

Karakteristik teknis utama:

• Tegangan masukan, V - 15...25.
• Tegangan keluaran, V - 5.
• Arus beban maksimum, A - 4.
• Riak tegangan keluaran pada arus beban 4 A pada seluruh rentang tegangan masukan, mV, tidak lebih dari 50.
• Efisiensi, %, tidak lebih rendah dari 60.
• Frekuensi operasi pada tegangan input 20 b dan arus beban 3A, kHz - 20.

Versi yang ditingkatkan dari penstabil peralihan +5V

Dibandingkan dengan penstabil pulsa versi sebelumnya, desain baru A. A. Mironov (Gbr. 3) telah meningkatkan dan meningkatkan karakteristik seperti efisiensi, stabilitas tegangan keluaran, durasi dan sifat proses transien saat terkena beban pulsa .

Beras. 3. Rangkaian penstabil tegangan pulsa.

Ternyata ketika prototipe beroperasi (Gbr. 2), apa yang disebut arus tembus terjadi melalui transistor saklar komposit. Arus ini muncul pada saat, berdasarkan sinyal dari node pembanding, transistor kunci terbuka, tetapi dioda switching belum sempat menutup. Kehadiran arus seperti itu menyebabkan kehilangan pemanasan tambahan pada transistor dan dioda serta mengurangi efisiensi perangkat.

Kelemahan lainnya adalah riak tegangan keluaran yang signifikan pada arus beban yang mendekati batas. Untuk mengatasi riak, filter LC keluaran tambahan (L2, C5) dimasukkan ke dalam stabilizer (Gbr. 2).

Ketidakstabilan tegangan keluaran akibat perubahan arus beban hanya dapat dikurangi dengan mengurangi resistansi aktif induktor L2.

Meningkatkan dinamika proses transien (khususnya, mengurangi durasinya) dikaitkan dengan kebutuhan untuk mengurangi induktansi induktor, tetapi hal ini pasti akan meningkatkan riak tegangan keluaran.

Oleh karena itu, ternyata disarankan untuk menghilangkan filter keluaran ini, dan meningkatkan kapasitansi kapasitor C2 sebanyak 5...10 kali (dengan menghubungkan beberapa kapasitor secara paralel ke dalam baterai).

Rangkaian R2, C2 pada stabilizer asli (Gbr. 6.2) praktis tidak mengubah durasi penurunan arus keluaran, sehingga dapat dihilangkan (resistor hubung singkat R2), dan resistansi resistor R3 dapat ditingkatkan menjadi 820 Ohm.

Namun kemudian, ketika tegangan input meningkat dari 15 6 menjadi 25 6, arus yang mengalir melalui resistor R3 (pada perangkat asli) akan meningkat sebesar 1,7 kali lipat, dan disipasi daya akan meningkat sebesar 3 kali lipat (hingga 0,7 W).

Dengan menghubungkan output bawah dari resistor R3 (dalam diagram stabilizer yang dimodifikasi ini adalah resistor R2) ke terminal positif kapasitor C2, efek ini dapat dilemahkan, tetapi pada saat yang sama resistansi R2 (Gbr. 3) harus dikurangi menjadi 620 Ohm.

Salah satu cara efektif untuk mengatasi arus tembus adalah dengan meningkatkan waktu naik arus melalui transistor kunci terbuka.

Kemudian, ketika transistor terbuka penuh, arus yang melalui dioda VD1 akan berkurang hingga hampir nol. Hal ini dapat dicapai jika bentuk arus yang melalui transistor kunci mendekati segitiga.

Seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan, untuk mendapatkan bentuk arus seperti itu, induktansi induktansi penyimpanan L1 tidak boleh melebihi 30 μH.

Cara lain adalah dengan menggunakan dioda switching yang lebih cepat VD1, misalnya KD219B (dengan penghalang Schottky). Dioda tersebut memiliki kecepatan operasi yang lebih tinggi dan penurunan tegangan yang lebih rendah dengan nilai arus maju yang sama dibandingkan dengan dioda silikon frekuensi tinggi konvensional. Kapasitor C2 tipe K52-1.

Parameter perangkat yang ditingkatkan juga dapat diperoleh dengan mengubah mode operasi transistor kunci. Keunikan pengoperasian transistor VTZ yang kuat pada stabilisator asli dan yang ditingkatkan adalah ia beroperasi dalam mode aktif, dan bukan dalam mode jenuh, dan oleh karena itu memiliki koefisien transfer arus yang tinggi dan menutup dengan cepat.

Namun, karena peningkatan tegangan dalam keadaan terbuka, disipasi daya adalah 1,5...2 kali lebih tinggi dari nilai minimum yang dapat dicapai.

Anda dapat mengurangi tegangan pada transistor kunci dengan menerapkan tegangan bias positif (relatif terhadap kabel daya positif) ke emitor transistor VT2 (lihat Gambar 3).

Nilai tegangan bias yang diperlukan dipilih saat mengatur stabilizer. Jika ditenagai oleh penyearah yang dihubungkan ke trafo listrik, maka dapat disediakan belitan terpisah pada trafo untuk mendapatkan tegangan bias. Namun tegangan bias akan berubah seiring dengan tegangan jaringan.

Rangkaian konverter dengan tegangan bias stabil

Untuk mendapatkan tegangan bias yang stabil, stabilizer harus dimodifikasi (Gbr. 4), dan induktor harus diubah menjadi transformator T1 dengan melilitkan belitan tambahan II. Ketika transistor kunci ditutup dan dioda VD1 terbuka, tegangan pada belitan I ditentukan dari ekspresi: U1=UBыx + U VD1.

Karena tegangan pada keluaran dan dioda sedikit berubah saat ini, berapa pun nilai tegangan masukan pada belitan II, tegangannya hampir stabil. Setelah perbaikan, diumpankan ke emitor transistor VT2 (dan VT1).

Beras. 4. Skema penstabil tegangan pulsa yang dimodifikasi.

Kehilangan pemanasan pada versi pertama dari stabilizer yang dimodifikasi berkurang sebesar 14,7%, dan pada versi kedua - sebesar 24,2%, yang memungkinkannya beroperasi pada arus beban hingga 4 A tanpa memasang transistor kunci pada unit pendingin.

Dalam stabilizer opsi 1 (Gbr. 3), induktor L1 berisi 11 putaran, dililitkan dengan seikat delapan kabel PEV-1 0,35. Belitan ditempatkan dalam inti magnetik lapis baja B22 yang terbuat dari ferit 2000NM.

Di antara cangkir Anda perlu meletakkan paking textolite setebal 0,25 mm. Pada stabilizer opsi 2 (Gbr. 4), transformator T1 dibentuk dengan melilitkan dua lilitan kawat PEV-1 0,35 pada kumparan induktor L1.

Alih-alih dioda germanium D310, Anda dapat menggunakan dioda silikon, misalnya KD212A atau KD212B, dan jumlah belitan belitan II harus ditingkatkan menjadi tiga.

Penstabil tegangan DC dengan PWM

Stabilizer dengan kontrol lebar pulsa (Gbr. 5) pada prinsipnya mirip dengan stabilizer yang dijelaskan dalam, tetapi, tidak seperti itu, ia memiliki dua sirkuit umpan balik yang dihubungkan sedemikian rupa sehingga elemen kunci menutup ketika tegangan beban atau arus melebihi meningkat , dikonsumsi oleh beban.

Ketika daya dialirkan ke input perangkat, arus yang mengalir melalui resistor R3 membuka elemen kunci yang dibentuk oleh transistor VT.1, VT2, sebagai akibatnya arus muncul di rangkaian transistor VT1 - induktor L1 - beban - resistor R9. Kapasitor C4 diisi dan energi terakumulasi dalam induktor L1.

Jika resistansi beban cukup besar, maka tegangan yang melewatinya mencapai 12 B, dan dioda zener VD4 terbuka. Hal ini menyebabkan pembukaan transistor VT5, VTZ dan penutupan elemen kunci, dan berkat kehadiran dioda VD3, induktor L1 mentransfer akumulasi energi ke beban.

Beras. 5. Rangkaian stabilizer dengan kontrol lebar pulsa dengan efisiensi hingga 89%.

Karakteristik teknis penstabil:

• Tegangan masukan - 15...25 V.
• Tegangan keluaran - 12 V.
• Arus pembebanan terukur adalah 1 A.
• Riak tegangan keluaran pada arus beban 1 A adalah 0,2 V. Efisiensi (pada UBX = 18 6, IN = 1 A) adalah 89%.
• Konsumsi arus pada UBX=18 V dalam mode penutupan rangkaian beban adalah 0,4 A.
• Arus hubung singkat keluaran (pada UBX =18 6) - 2,5 A.

Ketika arus yang melalui induktor berkurang dan kapasitor C4 dilepaskan, tegangan pada beban juga akan berkurang, yang akan menyebabkan penutupan transistor VT5, VTZ dan pembukaan elemen kunci. Selanjutnya, proses pengoperasian stabilizer diulangi.

Kapasitor C3, yang mengurangi frekuensi proses osilasi, meningkatkan efisiensi stabilizer.

Dengan tahanan beban yang rendah, proses osilasi pada stabilizer terjadi secara berbeda. Peningkatan arus beban menyebabkan peningkatan penurunan tegangan pada resistor R9, pembukaan transistor VT4 dan penutupan elemen kunci.

Dalam semua mode pengoperasian stabilizer, arus yang dikonsumsi lebih kecil daripada arus beban. Transistor VT1 sebaiknya dipasang pada heat sink berukuran 40x25 mm.

Choke L1 terdiri dari 20 lilitan seikat tiga kabel PEV-2 0,47, ditempatkan dalam cangkir inti magnet B22 yang terbuat dari ferit 1500NMZ. Inti magnet memiliki celah setebal 0,5 mm yang terbuat dari bahan non magnet.

Stabilizer dapat dengan mudah disesuaikan dengan tegangan keluaran dan arus beban yang berbeda. Tegangan keluaran diatur dengan memilih jenis dioda zener VD4, dan arus beban maksimum diatur dengan perubahan proporsional pada resistansi resistor R9 atau dengan mensuplai arus kecil ke basis transistor VT4 dari penstabil parametrik terpisah melalui a resistor variabel.

Untuk mengurangi tingkat riak tegangan keluaran, disarankan untuk menggunakan filter LC yang serupa dengan yang digunakan pada rangkaian pada Gambar. 2.

Penstabil tegangan switching dengan efisiensi konversi 69...72%

Penstabil tegangan switching (Gbr. 6) terdiri dari unit pemicu (R3, VD1, VT1, VD2), sumber tegangan referensi dan perangkat pembanding (DD1.1, R1), penguat arus searah (VT2, DD1.2 , VT5), saklar transistor (VTZ, VT4), perangkat penyimpanan energi induktif dengan dioda switching (VD3, L2) dan filter - input (L1, C1, C2) dan output (C4, C5, L3, C6). Frekuensi switching perangkat penyimpan energi induktif, tergantung pada arus beban, berada pada kisaran 1,3...48 kHz.

Beras. 6. Rangkaian penstabil tegangan pulsa dengan efisiensi konversi 69...72%.

Semua induktor L1 - L3 identik dan dililitkan pada inti magnet lapis baja B20 yang terbuat dari ferit 2000NM dengan jarak antar cangkir sekitar 0,2 mm.

Tegangan keluaran terukur adalah 5 V ketika tegangan masukan berubah dari 8 menjadi 60 b dan efisiensi konversinya adalah 69...72%. Koefisien stabilisasi - 500.

Amplitudo riak tegangan keluaran pada arus beban 0,7 A tidak lebih dari 5 mV. Impedansi keluaran - 20 mOhm. Arus beban maksimum (tanpa heat sink untuk transistor VT4 dan dioda VD3) adalah 2 A.

Beralih penstabil tegangan 12V

Penstabil tegangan switching (Gbr. 6.7) dengan tegangan input 20...25 V memberikan tegangan output yang stabil sebesar 12 V pada arus beban 1,2 A.

Output riak hingga 2 mV. Karena efisiensinya yang tinggi, perangkat ini tidak menggunakan unit pendingin. Induktansi induktor L1 adalah 470 μH.

Beras. 7. Rangkaian penstabil tegangan pulsa dengan riak rendah.

Analog transistor: VS547 - KT3102A] VS548V - KT3102V. Perkiraan analog transistor BC807 - KT3107; BD244 - KT816.

Pasokan listrik
[Isi Masalah] [Isi Tahun] [Arsip] [Artikel]
Penstabil peralihan sederhana

S.Zasukhin, Saint Petersburg

Keuntungan dari penstabil tegangan DC switching diketahui: efisiensi tinggi dan kinerja stabil dengan perbedaan besar antara tegangan input dan output. Deskripsi stabilisator tersebut telah dipublikasikan di Radio, tetapi stabilisator tersebut tidak memiliki perlindungan terhadap korsleting pada beban, atau sangat kompleks. Stabilizer yang diusulkan dengan kontrol lebar pulsa (Gbr. 1) pada prinsipnya mirip dengan stabilizer yang dijelaskan dalam, tetapi, tidak seperti itu, memiliki dua sirkuit umpan balik yang dihubungkan sedemikian rupa sehingga elemen kunci menutup ketika tegangan pada beban terlampaui. atau melebihi arus yang dikonsumsi oleh beban.

Gambar.1

Ketika daya dialirkan ke input perangkat, arus yang mengalir melalui resistor R2 membuka elemen kunci yang dibentuk oleh transistor VT2, VT3, sebagai akibatnya arus muncul di rangkaian transistor VT3 - induktor L1 - beban - resistor R6. Kapasitor C4 diisi dan energi disimpan dalam induktor L1. Jika resistansi beban cukup besar, maka tegangan yang melewatinya mencapai 12 V dan dioda zener VD4 terbuka. Hal ini menyebabkan pembukaan transistor VT5, VT1 dan penutupan elemen kunci, dan berkat kehadiran dioda VD1, induktor L1 mentransfer akumulasi energi ke beban.

Ketika arus yang melalui induktor berkurang dan kapasitor C4 dilepaskan, tegangan pada beban akan berkurang, yang menyebabkan penutupan transistor VT5, VT1 dan pembukaan elemen kunci. Selanjutnya, proses pengoperasian stabilizer diulangi.

Kapasitor SZ, yang mengurangi frekuensi proses osilasi, meningkatkan efisiensi stabilizer.

Pengoperasian stabilizer semacam itu dijelaskan lebih rinci di.

Dengan tahanan beban yang rendah, proses osilasi pada stabilizer terjadi secara berbeda. Peningkatan arus beban menyebabkan peningkatan penurunan tegangan pada resistor R6, pembukaan transistor VT4 dan penutupan elemen kunci. Prosesnya kemudian berjalan serupa dengan yang dijelaskan di atas. Dioda VD2 dan VD3 berkontribusi pada transisi perangkat yang lebih tajam dari mode stabilisasi tegangan ke mode pembatasan arus yang dikonsumsi oleh beban.

Karakteristik beban stabilizer ditunjukkan pada Gambar 2. Pada bagian a-b perangkat berfungsi sebagai penstabil tegangan, pada bagian b-c - sebagai penstabil arus. Pada bagian c-d, meskipun arus keluaran meningkat seiring dengan menurunnya tahanan beban, meskipun dalam mode hubung singkat (titik d) aman untuk bagian stabilizer.

Gambar.2

Menarik untuk dicatat: di semua mode pengoperasian stabilizer, arus yang dikonsumsi lebih kecil daripada arus beban.

Stabilizer dibuat pada papan sirkuit tercetak yang terbuat dari fiberglass foil satu sisi (Gbr. 3). Resistor - MLT dan S5-16T (R6). Kapasitor oksida C4 terdiri dari dua kapasitor K50-6 dengan kapasitas masing-masing 500 μF; kapasitor C2 dan SZ - K10-7V. Diode KD226A (VD1) akan diganti dengan KD213; VD2 dan VD3 bisa pulsa apa saja. Transistor VT1, VT4, VT5 - struktur terkait berdaya rendah apa pun dengan Uke max > Uin. Transistor VT2 (dengan beberapa penurunan efisiensi) dapat berupa salah satu seri KT814, VT3 - struktur N-P-N kuat apa pun dalam wadah plastik, yang harus dipasang pada unit pendingin berukuran 40x25 mm yang terbuat dari paduan aluminium.

Choke L1 terdiri dari 20 lilitan seikat tiga kabel PEV-2 0,47, ditempatkan dalam cangkir inti magnet B22 yang terbuat dari ferit 1500NM3. Inti magnetik dirakit dengan celah setebal 0,5 mm dari bahan non-magnetik.

Stabilizer yang dipasang dengan benar tidak memerlukan penyesuaian.

Stabilizer dapat dengan mudah disesuaikan dengan tegangan keluaran dan arus berbeda yang dikonsumsi oleh beban. Tegangan keluaran yang diperlukan diatur dengan memilih dioda zener VD4 yang sesuai, dan arus beban maksimum dengan mengubah resistansi resistor R6 secara proporsional atau dengan mensuplai arus kecil ke basis transistor VT4 dari dioda zener parametrik terpisah melalui resistor variabel.

Bagian b-v tentang karakteristik beban memungkinkan Anda menggunakan perangkat untuk mengisi daya baterai dengan arus yang stabil. Namun, pada saat yang sama, efisiensi stabilizer menurun, dan jika operasi jangka panjang diharapkan terjadi pada bagian karakteristik beban ini, maka transistor VT3 harus dipasang pada heat sink yang lebih efisien. Jika tidak, arus keluaran yang diizinkan harus dikurangi.

Untuk mengurangi tingkat riak tegangan keluaran, disarankan untuk menggunakan filter LC yang serupa dengan yang digunakan pada.

Saya telah membuat tiruan stabilizer serupa untuk tegangan 18 V dengan arus beban yang dapat disesuaikan dari 1 hingga 5 A. Perangkat semacam itu dapat digunakan, misalnya, untuk mengisi daya aki mobil, jika perlindungan terhadap pembalikan polaritas disediakan. Transistornya VT1 dan VT2 adalah KT914A, VT3 adalah KT935A, VT4 dan VT5 adalah KT645A; dioda VD1 - KD213; VD4 - dua dioda zener D814A yang dihubungkan secara seri. Kapasitor C4 - dua kapasitansi oksida masing-masing 500 mikrofarad untuk tegangan pengenal 25 V. Choke L1 - 12 putaran seikat enam kabel PEV-2 0,57 dalam inti magnetik B36 yang terbuat dari ferit 1500NM3 dengan celah 0,5 mm. Resistor R6 merupakan lilitan kawat dengan hambatan 0,05 Ohm. Transistor VT3 dan dioda VD1 dipasang pada heat sink umum dengan permukaan 300 cm² melalui spacer mika.

Untuk memberi daya pada pengisi daya seperti itu, digunakan transformator TN54 dengan belitan yang dihubungkan secara seri. Penyearah jembatan berbasis dioda D242 dengan kapasitor filter berkapasitas 10.000 μF untuk tegangan pengenal 50 V.