Мощный импульсный стабилизатор с высоким КПД, 8-16/5 вольт 10 ампер

Вашему вниманию предлагается импульсный стабилизатор напряжения с узлом синхронного выпрямителя. Его схема показана на рис. 5.39.

Рис. 5.39

Основные технические характеристики:

входное напряжение, В.....8...16; выходное напряжение, В.....5; максимальный ток нагрузки, А.....10; амплитуда пульсаций выходного напряжения, мВ, не более.....100; нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения, тока нагрузки и температуры окружающей среды ,% от номинального значения.....2; интервал рабочей температуры окружающей среды, °С.....-10...+70; частота преобразования, кГц.....100; среднее значение КПД при максимальном токе нагрузки во всем интервале изменения входного напряжения, %.....90.

В стабилизаторе применена управляющая микросхема UC3843 фирмы Unitrode Corp. Микросхема управления реализует широтно-импульсный способ стабилизации выходного напряжения. Для этого в ее состав включен узел сравнения на ОУ, на один вход подают часть образцового напряжения (2,5 В), а на другой - часть выходного с резистивного делителя напряжения R1, R4. Элементы R2, С8 - корректирующая цепь этого усилителя. Во время регулирования длительность выходного импульса начинает уменьшаться по сравнению с исходной, как только напряжение на выводе 2 микросхемы превысит значение 2,5 В. Частота же импульсов остается постоянной.

Для защиты стабилизатора от перегрузки по току в микросхеме предусмотрен быстродействующий компаратор. На один из его входов подано образцовое напряжение 1 В от встроенного источника, а на другой (вывод 3) - напряжение, пропорциональное току, протекающему через открытый транзистор VT2.

В качестве силового элемента применен IRF4905 - p-канальный полевой транзистор фирмы International Rectifier. Его сопротивление в открытом состоянии - около 20 мОм, а задержка при открывании и закрывании - около 80 н.с. Узел синхронного выпрямителя выполнен на элементах VD2, VT3. Транзистор VT3 - n-канальный полевой IRF3205 той же фирмы - выбран также с малым сопро-тиэленцем открытого канала (8 мОм). Тогда при максимальном токе нагрузки падение напряжения вместо типового для диодов Шотки 0,5 В уменьшится примерно до 100 мВ, что также снижает потери мощности в ИСН в целом.

Такие характеристики он приобретает только при управлении от мощного импульсного усилителя, обеспечивающего большой (в несколько ампер) ток перезарядки емкости затвор-исток и затвор-сток. В рассматриваемом стабилизаторе напряжения этот усилитель выполнен на транзисторах микросборки VT1. Кроме того, он инвертирует управляющий сигнал, вырабатываемый микросхемой DA1.

Выходной сглаживающий фильтр образуют конденсаторы С12...С17. Их число (шесть) и выбор типа достаточны для качественной фильтрации выходного напряжения без дополнительного высокочастотного фильтра. Входной П-образный фильтр необходим для подавления высокочастотных помех, возникающих из-за импульсного характера потребляемого стабилизатором тока. Уменьшить коммутационные потери с одновременным повышением КПД стабилизатора стало возможным благодаря использованию в качестве VD2 диода Шоттки с малым падением напряжения и временем восстановления около 0,05 мкс.

Устройство выполнено на стандартных элементах, за исключением моточных. Дроссель L1 намотан на кольце. К10х6х4,5 из пермаллоя. МП 140 и содержит 5 витков в 6 проводов ПЭВ-0,5, уложенных равномерно по всему периметру кольца. Дроссель L2 выполнен на кольце К19х11x4,8 из того же материала и содержит 12 витков в 10 проводов того же диаметра. Трансформатор Т1 намотан на кольце. К10х6хЗ из феррита 2000НМ1 Вторичная обмотка выполнена проводом ПЭВ-0,2 и содержит 200 витков, равномерно уложенных по всему периметру кольца. Первичная обмотка представляет собой провод, проходящий через отверстие кольца, концы которого соединяют, соответственно, к стоку транзистора VT2 и токе соединения стока транзистора VT3 с левым по схеме выводом дросселя L2. При подключении трансформатора необходимо тщательно соблюдать правильную фазировку обмоток.

Для качественной фильтрации высокочастотных помех применены безвыводные танталовые конденсаторы (С1...С7, С12...С17) в корпусе D (конденсаторы для поверхностного монтажа) фирм NEC, Nichicon, TDK и др. Из отечественных подойдут оксидные конденсаторы К53-28, К53-25, К53-22. Правда, конденсаторы последних двух типов необходимо герметизировать после установки. В налаживании стабилизатор не нуждается, конечно, если качественно вы полнен его монтаж.

К особенностям работы микросхемы DA1 относится тот факт, что она "не любит" работать при значениях скважности управляющих импульсов менее 2, т.е. низком напряжении питания. Это проявляется в том, что пары импульсов соседних периодов имеют разную, но постоянную при данном напряжении питания длительность. Фактически же это означает, что форма пульсаций выходного напряжения получит еще одну огибающую на частоте вдвое ниже частоты работы задающего генератора. Такую особенность можно устранить подключением между выводами 3 и 4 микросхемы последовательной цепи из резистора сопротивлением 0,1...2 кОм и конденсатора емкостью 1000...10000 пФ. Однако частота этих "паразитных" колебаний высока, практически не увеличивает амплитуду пульсаций выходного напряжения и никак не влияет на динамические свойства стабилизатора в целом.

Импульсный стабилизатор необходимо смонтировать на печатной плате с короткими и широкими проводниками. Чем меньше будет ее размер, тем меньше станут наведенные помехи, которые в большой степени определяют устойчивость работы устройства в целом. Транзистор VT2 и диод VD2 устанавливают на теплоотводе с эффективной площадью поверхности не менее 100 см2, причем для уменьшения наведенных помех указанные элементы следует установить через изолирующие прокладки, а сам тепло-отвод электрически соединяют с минусовым выводом конденсаторов С2...С7. Правый по схеме вывод дросселя L2 следует соединить с плюсовым выводом конденсатора С12, а правый по схеме вывод резистора R4 - с плюсовым выводом конденсатора С17. С него же подают выходное напряжение на нагрузку.

Автор: Семьян А.П.

Источник: www.diagram.com.ua