Линейные стабилизаторы напряжения с высоким КПД

Основным недостатком линейных стабилизаторов средней и большой мощности является их низкий КПД. Причем, чем меньше выходное напряжение источника питания, тем меньше становится его КПД. Это объясняется тем, что в режиме стабилизации силовой транзистор источника питания обычно включен последовательно с нагрузкой, а для нормальной работы такого стабилизатора на регулирующем транзисторе должно действовать напряжение коллектор-эмиттер (Uкэ) не менее 3,5 В. При токах более 1 А это дает значительные потери мощности за счет выделения тепловой энергии, рассеиваемой налиловом транзисторе.

Что приводит к необходимости увеличивать площадь теплоотводящего радиатора или применять вентилятор для принудительного охлаждения. Широко распространенные благодаря низкой стоимости интегральные линейные стабилизаторы напряжения на микросхемах из серии 142ЕН(5.14) обладают таким же недостатком.

В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии "LOW DROP'' (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1...1,3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25...30 В при токе в нагрузке 7,5/5/3 А соответственно.

Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 5 А.

При максимальном выходном токе режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса. Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1% В.

Типовая схема включения таких стабилизаторов напряжения приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема включения стабилизаторов из серии "LOW DROP "

Конденсаторы С2...С4 должны располагаться вблизи от микросхемы и лучше, если они будут танталовые. Емкость конденсатора С1 выбирается из условия 2000 мкФ на 1 А тока.

Микросхемы выпускаются в трех видах конструктивного исполнения корпуса, показанных на рис. 4.2. Вид корпуса задается последними буквами в обозначении.

Рис. 4.2 Вид корпуса и расположение выводов у стабилизаторов

Такие стабилизаторы напряжения экономически целесообразно применять при токе в нагрузке более 1 А, а также в случае недостатка места в конструкции.

На дискретных элементах также можно выполнить экономичный источник питания. Приведенная на рис. 4.3 схема рассчитана для выходного напряжения 5 В и тока нагрузки до 1 А. Она обеспечивает нормальную работу при минимальном напряжении на силовом транзисторе (0,7...1,3 В). Это достигается за счет использования в качестве силового регулятора транзистора (VT2) с малым напряжением Uкэ в открытом состоянии, что позволяет обеспечить работу схемы стабилизатора при меньших напряжениях вход-выход.

Рис. 4.3. Схема стабилизатора напряжения, работающего при пониженном напряжении вход-выход

Схема имеет защиту (триггерного типа) в случае превышения тока в нагрузке допустимой величины, а также превышения напряжения на входе стабилизатора величины 10,8 В.

Узел защиты выполнен на транзисторе VT1 и тиристоре VS1. При срабатывании тиристора он отключает питание микросхемы DA1 (вывод 7 закорачивается на общий провод). В этом случае транзистор VT3, а значит и VT2 закроются и на выходе будет нулевое напряжение. Вернуть схему в исходное состояние после устранения причины, вызвавшей перегрузку, можно только выключением и повторным включением блока питания.

Конденсатор С3 обычно не требуется - его задача облегчить запуск схемы в момент включения.

Топология печатной платы для монтажа элементов показана на рис. 4.4 (она содержит одну объемную перемычку).

Рис. 4.4. Топология печатной платы для монтажа элементов

Транзистор VT2 устанавливается на радиатор.

При изготовлении использованы детали: подстроенный резистор R8 типа СПЗ-19а, остальные резисторы любого типа; конденсаторы С1 - К50-29В на 16 В, С2...С5 - К10-17, С5 - К52-1 на 6,3 В.

Схему можно дополнить светодиодным индикатором срабатывания защиты (HL1). Для этого потребуется установить дополнительные элементы: диод VD3 и резистор R10, как это показано на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Подключение индикатора срабатывания защиты

Автор: Шелестов И.П.

Источник: www.diagram.com.ua