Компромісний (ціна/якість) імпульсний стабілізатор. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Компромісний (ціна/якість) імпульсний стабілізатор. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Стабілізатори напруги

Коментарі до статті

Імпульсні стабілізатори напруги (ІДН) користуються великою популярністю у радіоаматорів. В останні роки такі пристрої будують на базі спеціалізованих мікросхем, польових транзисторів та діодів Шоттки. Завдяки цьому технічні характеристики ІСП значно покращилися, особливо ККД, який "перевалив" за 90 %, при одночасному спрощенні схемотехніки. Однак і вартість деталей для складання такого ІСН зросла у багато разів. Описуваний у статті ІДН - результат пошуку компромісу між якісними показниками, складністю та ціною.

Пропонований ІСН побудований за схемою із самозбудженням. Він має досить високі експлуатаційні характеристики і надійність, має захист від перевантажень і коротких замикань виходу, а також від появи на виході вхідної напруги у разі аварійного пробою регулюючого транзистора.

Принципова схема ІДН зображена на рис. 1. Його основа – поширений ОУ КР140УД608А. На відміну від багатьох пристроїв подібного призначення, для стеження за вихідною напругою та струмом перевантаження використовується загальний ланцюг ООС, утворений транзистором VT4, а як датчик струму використовується котушка індуктивності L2 (активна складова її опору), яка одночасно є частиною LC-фільтра (L2C3 ), що зменшує пульсації вихідної напруги. Вихідна напруга визначають стабілітрон VD2 і емітерний перехід транзистора VT4: Uвих = Uбе VT4 + UVD2, а струм перевантаження - нормований активний опір котушки індуктивності L2: lcpa6 = Uбе VT4/Rl2- Все це дозволило в якійсь мірі зменшити напруги та збільшити ККД завдяки поєднанню датчика струму з LC-фільтром. Недолік такого схемного рішення - дещо підвищений вихідний опір пристрою.

Компромісний (ціна/якість) імпульсний стабілізатор

Основні технічні характеристики ІСН наступні (отримані з використанням ЛАТРу, понижуючого трансформатора ~220/~18 В і двонапівперіодного випрямляча з конденсатором, що згладжує):

вихідна напруга за відсутності навантаження -12,5, при струмі навантаження 4 А-12 В;
струм спрацьовування захисту (перехід у режим стабілізації струму) – 4,5 А;
напруга пульсацій при ємності конденсатора, що згладжує, випрямляча 4700 мкФ - 16, при ємності, вдвічі більшій (2x4700 мкФ), - 8 мВ (виміряно мілівольтметром ВЗ-38). При оцінці пульсацій за допомогою осцилографа на виході спостерігалися практично тільки пульсації вхідної напруги частотою 100 Гц (у першому випадку розмахом 50, у другому - 25 мВ), імпульси з частотою перетворення практично повністю придушувалися LC-фільтром;
частота перетворення при струмі навантаження 4 А – близько 20 кГц;
споживаний струм – 10 мА;
ККД при струмі навантаження 4 А – не менше 80 %;
вхідна напруга - 16...27 ст.

У разі живлення від стабілізованого джерела постійного струму, працездатність пристрою зберігається при зниженні вхідної напруги практично до відкритого стану транзистора VT3. Подальше зменшення вхідної напруги призводить до зриву генерації, але VT3 залишається відкритим. Якщо на виході виникне перевантаження чи коротке замикання, генерація відновлюється і стабілізатор починає працювати у режимі обмеження струму. Ця властивість дозволяє використовувати його як електронний запобіжник без "засувки".

Працює стабілізатор у такий спосіб. Через різне співвідношення опорів резисторів дільників R6R7 і R8R9 напруга на неінвертуючому вході ОУ DA1 в момент включення живлення виявляється більшою, ніж на інвертуючому, тому на його виході встановлюється високий рівень. Транзистори VT1-VT3 відкриваються і конденсатори С2, C3 починають заряджатися, а котушка L1 – накопичувати енергію. Після того як напруга на виході стабілізатора досягне значення, відповідного пробою стабілітрона VD2 і відкривання транзистора VT4, напруга на вході, що не інвертує, ОУ DA1 стає менше, ніж на інвертуючому (через шунтування R9 резистором R10), і на його виході . В результаті транзистори VT1-VT3 закриваються, полярність напруги на виводах котушки L1 стрибком змінюється на протилежну, відкривається комутуючий діод VD1 і енергія, накопичена в котушці L1 і конденсаторах С2, C3 віддається в навантаження. При цьому вихідна напруга зменшується, стабілізатор VD2 і транзистор VT4 закриваються, на виході ОУ з'являється високий рівень і транзистор VT3 знову відкривається, починаючи тим самим новий робочий цикл стабілізатора.

При збільшенні струму навантаження понад номінальне значення зростаюче падіння напруги на активному опорі котушки L2 починає більшою мірою відкривати транзистор VT4, ООС по струму переважає, а стабілітрон VD2 закривається. Через дії ООС вихідний струм стабілізується, а вихідна напруга та вхідний струм зменшуються, забезпечуючи цим безпечний режим роботи транзистора VT3. Після усунення перевантаження або короткого замикання пристрій повертається у режим стабілізації напруги. Вольт-амперні характеристики стабілізатора показані на рис. 2.

Компромісний (ціна/якість) імпульсний стабілізатор

Як видно із схеми, транзистори VT1 і VT3 утворюють складовий транзистор. Таке схемне рішення оптимально при використанні як ключового елемента біполярного транзистора, так як в цьому випадку забезпечується відносно невелике падіння напруги на відкритому транзисторі VT3 при відносно малих струмах управління. У цьому транзистор VT1 насичується, забезпечуючи оптимальні статичні втрати складеного транзистора, а VT3 не насичується, забезпечуючи оптимальні динамічні втрати.

Як датчик струму VT4 застосований потужний транзистор серії КТ817. В принципі, тут можливе використання і більш дешевого малопотужного транзистора, проте у потужних при малих робочих струмах (як у даному випадку) напруга відкривання емітерного переходу - всього близько 0,4 В, тоді як у малопотужних, наприклад КТ3102, воно - близько 0,55 ,XNUMX В. Таким чином, при тому самому струмі спрацьовування захисту опір вимірювального резистора у разі використання потужного транзистора виходить менше, забезпечуючи тим самим виграш у ККД стабілізатора.

В описуваному ІСН, як зазначалося, передбачена захист від появи вхідної напруги на виході при пробої регулюючого транзистора VT3. У цьому випадку напруга на стабілітроні VD3 стає більше 15, струм в силовому ланцюгу різко зростає і запобіжник FU1 згоряє. Передбачається, що останній перегорить раніше, ніж це станеться зі стабілітроном (через теплові навантаження). Імітація аварії (замикання висновків колектора і емітера VT3) показала, що стабілітрони КС515А (у металевому корпусі) відмінно захищають пристрої, що живляться від ІСН: при згорянні запобіжника вони, виходячи з ладу, залишаються "в глибокому" короткому замиканні (не обриваються). Такі результати отримані при випробуванні стабілітронів КС515Г, а також аналогічних імпортних (у пластмасових корпусах). Незадовільно поводилися аналогічні стабілітрони у скляних корпусах - вони встигали перегоряти одночасно із запобіжником.

В ІДН можна застосувати будь-які транзистори зазначених на схемі серій (крім КТ816А як VT1). Оксидні конденсатори С2, C3 – зарубіжного виробництва марки SR (наближений аналог К50-35). В процессе макетирования стабилизатора проверялась возможность применения ОУ КР140УД708, КР140УД8А-КР140УД8В, КР544УД1 А, КР544УД2А, КР544УД2Б, КР574УД1А, КР574УД1 Б. При этом несколько изменялись частота преобразования, вид коммутационных процессов и КПД. Найбільш підходяща заміна КР140УД608 - КР140УД708 (у нього така ж "цоколівка"), проте увага: у практиці автора зустрічалися ці ОУ з "зворотним" розташуванням входів, тобто неінвертуючий вхід був підключений до висновку 2, а інвертуючий - до виводу 3 !). Про те, що це саме ОУ КР140УД708, свідчило маркування на корпусі.

Накопичувальна котушка індуктивності L1 поміщена в броньовий магнітопровід з двох чашок 422 М2000НМ із зазором близько 0,2 мм, утвореним двома шарами паперу, що самоклеїться. Робиться це так.

З листа самоклеючого паперу вирізують квадрат розмірами трохи більше за зовнішній діаметр чашки. Знявши захисний шар, папір кладуть стороною, що клеїться, вгору на тверду і рівну (не гладку) поверхню. Потім на бум біля торця вниз кладуть одну з чашок і щільно притирають до паперу. У результаті папір приклеюється до торця чашки настільки, що обрізати її надлишки гострим скальпелем по фрагментах контуру не складає труднощів. У такий же спосіб приклеюють прокладку і до другої чашки.

Намотують котушку проводом ПЕЛ 1,0 на розбірному каркасі, що складається з шпильки довжиною 50... 100 мм з різьбленням М4 на обох кінцях, двох обмежувальних шайб-щічок діаметром 16 і товщиною 0,5 мм, втулки зовнішнім діаметром 10, внутрішнім 5 довжиною 7,5 мм та двох гайок М4. Каркас збирають на шпильці (у послідовності: гайка, шайба, втулка, шайба, гайка) і щільно, виток до витка, намотують котушку - 20 витків у три ряди (7+7+6). Після намотування її висновки скручують приблизно на 90° (щоб витки не "розповзлися") і акуратно розбирають каркас з одного боку. Потім, притримуючи витки, котушку акуратно знімають з каркаса і вставляють в одну чашку, висновки розкручують і укладають у відповідні прорізи в чашці. Завдяки пружним властивостям дроту котушка досить добре фіксується в чашці.

Щоб котушка не "їла" на частоті перетворення, чашку з обмоткою занурюють на деякий час в резервуар з нітролаком, потім витягують і дають стекти лаку. Після цього чашку надягають на попередньо вставлений у відповідний отвір плати гвинт, що стягує, надягають другу чашку і отриману таким чином збірку стягують гвинтом з гайкою і шайбою. Після висихання лаку висновки котушки акуратно зачищають, облуджують і припаюють до контактів плати. Потім монтують решту деталей.

Датчик струму котушки L2 поміщають у магнітопровід з двох чашок Ч14 з фериту тієї ж марки, що і котушка L1 і такою ж діелектричною прокладкою. Для обмотки використовують провід ПЕЛ 0,5 довжиною 700 мм, просочувати її не обов'язково. Цю котушку можна виготовити і інакше, намотавши провід зазначених діаметра і довжини на стандартний дросель ДПМ-0,6, проте ефективність придушення імпульсів на частоті перетворення в цьому випадку дещо знизиться.

Стабілізатор збирають на друкованій платі з однобічно фольгованого склотекстоліту, креслення якої показано на рис. 3.

Компромісний (ціна/якість) імпульсний стабілізатор

Якщо ІСН буде використовуватися при максимальному струмі навантаження, транзистор VT3 необхідно встановити на тепловідводі у вигляді алюмінієвої пластини площею 100 м2 і товщиною 1,5...2 мм. Якщо ж передбачається довготривала робота пристрою в режимі джерела струму або короткого замикання, на цьому ж тепловідвід через ізолюючу прокладку (наприклад, слюдяну) закріплюють і комутуючий діод VD1. При струмах навантаження менше 1 А тепловідведення для транзистора VT3 і діода VD1 не потрібно, однак у цьому випадку струм спрацьовування захисту необхідно зменшити до 1,2 А, замінивши котушку L2 резистором С5-16 опором 0,33 Ом та потужністю 1 Вт.

Налагодження описаний ІСН практично не потребує. Можливо, однак, доведеться уточнити струм спрацьовування захисту, для чого провід котушки L2 слід взяти від початку більшої довжини. Припаявши його до відповідних контактів плати, поступово вкорочують до отримання необхідного струму спрацьовування захисту, а потім намотують описаним вище способом котушку L2.

Використовувати стабілізатор при струмах навантаження більше 4 А не слід. Обмеження пов'язано в основному з максимально-допустимим імпульсним струмом колектора транзистора серії КТ805 (8 А при tімп < 200 мс при Q=1,5), що, в принципі, може мати місце за несприятливих умов.

Автор: А.Москвін, м.Єкатеринбург

Дивіться інші статті розділу Стабілізатори напруги.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

3D-принтери XYZprinting Nobel 1.0A та da Vinci 1.0 Pro 3-in-1 24.12.2016

Компанія XYZprinting, що спеціалізується на випуску 3D-принтерів, представила дві нові моделі: Nobel 1.0A та da Vinci 1.0 Pro 3-in-1. За словами виробника, вони орієнтовані на професіоналів, забезпечуючи покращену деталізацію друку.

У моделі Nobel 1.0A використовується технологія стереолітографії (SLA), тобто затвердіння ультрафіолетовим світлом рідкого фотополімеру. Цей принтер є розвитком Nobel 1.0. У ньому суттєво – з 300 до 130 мкм – підвищена точність позиціонування лазера. За словами виробника, Nobel 1.0A добре підходить для виготовлення складних об'єктів з дрібними деталями. Він працює швидше за свого попередника, має датчик рівня фотополімеру і монохромний дисплей розміром 2,6 дюйма. Крім того, спектр застосування Nobel 1.0A розширено за рахунок підтримки більшої кількості матеріалів.

У моделі da Vinci Pro 1.0 Pro 3-in-1 використовується метод пошарового наплавлення (FDM), а відмінністю цього пристрою можна вважати наявність вбудованого 3D-сканера. Іншими словами, da Vinci Pro 1.0 Pro 3-in-1 – це 3D-МФУ. До речі, 3D-скануванням, 3D-друком та 3D-копіюванням можливості da Vinci Pro 1.0 Pro 3-in-1 не вичерпуються. Пристрій також може грати роль гравірувального верстата, здатного за допомогою лазерної головки, що купується окремо, переносити зображення на папір, дерево, пластмасу або картон.

Розміри робочої області – 20 х 20 см. Принтери оснащені підтримкою Wi-Fi.

Інші цікаві новини:

▪ Рідина система охолодження для ноутбуків XMG Oasis Mk2

▪ GPS допоможе сліпим

▪ Триколісний електромобіль Arcimoto FUV Evergreen Edition

▪ Чи допомагає іноземна мова думати?

▪ Чорні дірки допомогли вирішити проблему акумуляторів

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Електромонтажні роботи. Добірка статей

▪ стаття Декілька правил домашнього відео. Мистецтво відео

▪ стаття Як ростуть земляні горіхи? Детальна відповідь

▪ стаття Організація роботи служби охорони праці

▪ стаття Намотані електроізоляційні вироби. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Дзига в техніці. Фізичний експеримент

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт