В многофункциональных телефонных аппаратах с номинальным током потребления 60...200 мА (по цепи питания 5 В) чаще всего используются линейные стабилизаторы напряжения на микросхеме КР142ЕН5А или ее аналогах. Бывает, что теплоотвод стабилизатора рассчитан по "нижнему пределу", и микросхема сильно греется. Для улучшения теплового режима и повышения надежности предлагаю заменить линейный стабилизатор несложным в сборке и настройке импульсным, выполненным на специализированной микросхеме МC3406ЗА ф. Motorola.
Схема модернизированного сетевого адаптера с установленным в него импульсным стабилизатором напряжения приведена на рис.1.
Микросхема МC34063А выпускается в двух вариантах: в корпусе DIP-8 (с индексом Р) и в миниатюрном корпусе SO-8 (с индексом D). Микросхема сохраняет работоспособность при входном напряжении 3...40 В и позволяет создавать повышающие, понижающие и инвертирующие преобразователи напряжения [1].
В данном случае эта микросхема включена как понижающий преобразователь. Использование ее в таком режиме рационально в том случае, если входное напряжение превышает стабилизированное выходное более чем в 2 раза. При меньшей разнице входного и выходного напряжений экономичность стабилизатора снижается, приближаясь к КПД линейных. Минимальная разница между входным и выходным напряжением, необходимая для нормальной работы понижающего преобразователя, - 3 В.
Напряжение сети (220 В) через плавкий предохранитель FU1 поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора Т1. Трансформатор использован от адаптера из комплекта телефонного аппарата, а плавкий предохранитель введен при его доработке. К сожалению, большинство производителей сетевых адаптеров упорно не желают устанавливать в свои изделия предохранители, ставя тем самым под угрозу безопасность техники и жилища. Варистор R1 защищает сетевой трансформатор от пробоя изоляции провода первичной обмотки при всплесках напряжения сети.
Напряжение с вторичной обмотки трансформатора через предохранительный резистор R2 поступает на мостовой выпрямитель на диодах VD1...VD4. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Резистор R3 необходим для защиты микросхемы DA1 от перегрузки. Частота генератора микросхемы задается конденсатором С11. Диод Шотки VD5 и дроссель L1 участвуют в преобразовании высокого входного напряжения в низкое выходное стабилизированное, величина которого зависит от сопротивлений R4 и R5. Так как компаратор микросхемы стремится поддерживать на выводе 5 DA1 напряжение около 1,25 В, то чем больше сопротивление R5, тем выше выходное напряжение. Дроссели L2...L4 входят в состав LC-фильтров. сглаживающих пульсации выходного напряжения. Стабилитрон VD6 защищает нагрузку от повреждения при неисправности стабилизатора (при этом перегорает защитный резистор R2).
Детали и конструкция. Большинство деталей установлено на монтажной плате размерами 44x32 мм (рис.2).
Выводы деталей соединены проводными перемычками. Трансформатор Т1 подойдет любой с габаритной мощностью не менее 4 Вт и напряжением на вторичной обмотке 10...17 В. Чем выше напряжение на выходе выпрямителя, тем меньший ток потребляет стабилизатор при неизменном токе нагрузки. Варистор R1 может быть любым из серий TNR, FNR на номинальное напряжение 430 (470) В, например, FNR-07К471. Резистор R2 применен в SMD-исполнении. На ого месте можно использовать самовосстанавливающийся предохранитель на номинальный ток 0,2 А [2] или аналогичный плавкий.
Резистор R3 - самодельный проволочный, изготовленный из тонкого эмалированного провода с высоким сопротивлением, намотанного на маломощном резисторе. Остальные резисторы - малогабаритные, любого типа. Оксидные конденсаторы - импортные аналоги К50-35, неполярные - керамические, в SMD-исполнении. На месте диода VD5 можно применить любой маломощный диод Шотки, например, 1N5819. Стабилитрон КС162А можно заменить на КС162В, 1N5341. Мостовой выпрямитель обычно подходит тот. который установлен в адаптере изначально. Можно собрать его из четырех диодов серий 1N4000...1N4007. КД243. КД247, КД208. Подойдут и маломощные диоды Шотки, при этом экономичность стабилизатора немного возрастет.
Все дроссели я использовал малогабаритные, промышленного изготовления, с сопротивлением обмоток не более 0.1 Ом. На экономичность стабилизатора в первую очередь влияют характеристики дросселя L1, который может быть индуктивностью 100...500 мкГн и более. Для начала я взял дроссель, состоящий из 35 витков обмоточного провода 00.37 мм. намотанных на кольце из низкочастотного феррита М2000НН с внешним диаметром 16 мм, а затем подобрал дроссель из имеющихся готовых (малогабаритных) с Н-образным ферритовым сердечником (с которым экономичность стабилизатора не ухудшилась). К микросхеме МC34063АО (МC34063АР) для повышения ее надежности с помощью теплопроводного клея приклеен небольшой П-образный радиатор из латунной пластинки размерами 30x4x0,3 мм.
Мой стабилизатор настроен на выходное напряжение 5,45 В с учетом потерь в соединительном шнуре (0,05 В), поскольку питаемый от модернизированного адаптера телефонный аппарат имеет узел подзарядки резервного источника питания и измененную по этой причине схему питания процессорной платы. Если необходимо выходное напряжение 5 В, то сопротивление R5 нужно уменьшить до 3,6 кОм.
До модернизации сетевого адаптера стабилизатор напряжения на микросхеме КР142ЕН5А при подключенной нагрузке потреблял от вторичной обмотки трансформатора ток около 110 мА. а при замене его импульсным потребляемый ток уменьшился до 70 мА. При этом заметно снизился нагрев корпуса адаптера. Амплитуда пульсаций напряжения на выходе стабилизатора при токе нагрузки 100 мА не превышает 40 мВ на частоте работы преобразователя.
Литература
Автор: А.Бутов, с.Курба Ярославской области.