Саморобні блоки живлення з імпульсними стабілізаторами напруги в минулі часи були дуже складні у виготовленні і налагодженні, оскільки їх доводилося виготовляти цілком на дискретних елементах. Тому, радіоаматорський середовищі значно більшою популярністю користувалися блоки живлення з лінійними стабілізаторами.
Головні недоліки лінійних стабілізаторів полягають у низькому ККД при великій різниці між вхідним і вихідним напругою, необхідністю застосування тепловідведення значних розмірів, що тягне за собою збільшення маси і габаритів конструкції. Пристрої з імпульсним стабілізатором забезпечують більш високий ККД, менше важать і зазвичай мають менші габарити, порівняно з конструкціями, в яких використовуються лінійні стабілізатори напруги. Застосовуючи спеціалізовані інтегральні мікросхеми імпульсних стабілізаторів, можна значно спростити схемотехніку імпульсних стабілізаторів, одночасно підвищивши їх надійність і експлуатаційні характеристики.
Принципова схема малопотужного блоку живлення з імпульсним стабілізатором напруги наведена на рис. 1. Цей блок живлення забезпечує вихідну напруга від 3,3 до 9 В при струмі навантаження до 0,5 А. імпульсний стабілізатор в цієї конструкції реалізований на популярній недорогий інтегральної мікросхеми типу МС34063АР фірми Motorola. Ця мікросхема зберігає працездатність при вхідній напрузі 3...40 В, дозволяє створювати підвищують, понижуючі та інвертують перетворювачі напруги. Мікросхема включена як імпульсний понижуючий перетворювач. використання її у такому режимі буде найбільш раціональним у випадку, якщо вхідна напруга перевищує стабілізовану не менш ніж в 1,5 рази. При меншій різниці вхідної та вихідної напруги економічність стабілізатора знижується, наближаючись до ККД лінійних стабілізаторів. Мінімальна різниця між вхідним і вихідним напругою, необхідна для нормальної роботи понижуючого перетворювача - 3 Ст.
Рис. 1
Напруга мережі змінного струму 220 В через плавкий запобіжник FU1 і незаймистий захисний резистор R1 поступає на первинну обмотку понижувального трансформатора Т1. Напруга з вторинної обмотки трансформатора через самовідновлюється запобіжник FU2 надходить на мостовий випрямляч, виконаний на діодах Шотткі VD1...VD4. Конденсатор С1 згладжує пульсації випрямленої напруги. Варистор RU1 захищає мережевий трансформатор і діоди мостового випрямляча від пошкодження при сплесків напруги мережі і імпульсних перешкодах.
Низькоомний резистор R2 необхідний для захисту мікросхеми DA1 від перевантаження, ніж більше його опір, тим при меншому струмі спрацьовує вбудована захисту мікросхеми. Частота генератора мікросхеми визначається конденсатором С4. Діод Шотткі VD5 і накопичувальний дросель L1 беруть участь в перетворенні високого вхідного напруги в низьке вихідну стабілізовану, величина якого залежить від опорів резистора R5 і сумарного опору послідовно включених постійного і змінного резистора R3 R4. Оскільки компаратор мікросхеми прагне підтримувати на виводі 5 напруга близько 1,25 В, то, чим більше сумарний опір резисторів R3 і R4, тим менше буде вихідна напруга стабілізатора. Дроселі L2 і L3 входять до складу LC-фільтрів, що згладжують пульсації вихідної стабілізованої напруги. Потужний стабілітрон VD7 захищає навантаження від пошкодження при несправності стабілізатора, при цьому, спрацює самовідновлюється запобіжник FU2. Діод VD6 зменшує ймовірність пошкодження мікросхеми. Світлодіод HL1 світить при наявності на виході стабілізатора напруги.
Безпомилково виготовлений за схемою рис. 1 з справних деталей блок живлення, не вимагає установки блоку живлення з імпульсним стабілізатором напруги постійного струму, виконаного на популярній інтегральної мікросхемі серії LM2575, імпульсні стабілізатори напруги, виконані на мікросхемах цієї серії здатні віддавати в навантаження струм до 1 А. Вхідна напруга інтегральних стабілізаторів серії LM2575T може бути до 40 Ст. В цій конструкції застосована мікросхема типу LM2575T-5.0, розрахована на фіксовану вихідну стабілізовану напругу +5 Ст. Щоб розширити область застосування пристрою з таким стабілізатором, використано схемне рішення, що дозволяє отримати і інші напруги на виході БЖ.
Вузол на знижувальному трансформаторі Т1 працює так само, як і за аналогічний вузол першому пристрої. Конденсатори C1, C2, C3 - фільтр живлення мікросхеми DA1. Дросель L1 - накопичувальний. Пульсації вихідної напруги стабілізатора згладжує дволанковий фільтр нижніх частот C4C9L2C10C11L3 С12С13. Перемикач SB1 можна вибрати вихідну напругу 5 або 9 Ст. При розімкнутих контакти цього перемикача напругу на висновок 4 DA1 надходить через резистор R2 від опору якого залежить вихідна напруга стабілізатора. Ніж більше опір цього резистора, тим вище буде вихідна напруга.
При замкнутих контактах SB1 напруга на виході стабілізатора буде дорівнює робочого вихідній напрузі застосованої. Слід зауважити, що знижують імпульсні стабілізатори напруги споживають від випрямляча менший струм, ніж звільнюється ними струм в навантаження. Причому, чим більше різниця між вхідним і вихідним напругою стабілізатора, тим менше цей струм буде при незмінному струмі навантаження. Для стабільної роботи пристрою конденсатори С2, С3 повинні бути встановлені як можна ближче до виводів живлення мікросхеми DA1. Це умова також бажано виконати і для конденсатора С1.
На рис. 2. представлена схема більш потужного мікросхеми, в даному випадку, 5,0...5,2 Ст.
Рис. 2
Резистор R3 і діод VD6 зменшують ймовірність пошкодження мікросхеми.
При вихідному напрузі 5 В світиться зелений світлодіод HL1. При вихідному напрузі 9 В світитиме і "червоний" світлодіод HL2, оскільки напруга на виході стабілізатора буде більше сумарного робочого напруги світлодіода HL2 і стабілітрона VD8. Потужний стабілітрон VD7, встановлений на виході стабілізатора напруги, зменшує вірогідність пошкодження навантаження при несправності стабілізатора.
Безпомилково виготовлений з справних деталей за схемою рис. 2 блок живлення починає працювати відразу після включення в мережу. При необхідності, підбором опору резистора R2 можна точніше встановити вихідну напругу 9 В або інше близьке до нього, яке вам потрібно. На місце R2 може бути встановлено і змінний резистор, тоді з'явиться можливість плавного регулювання вихідної напруги, наприклад, від 5 до 12 Ст. Металевий корпус-екран змінного резистора повинен бути з'єднаний із загальним проводом.
При вихідній напрузі стабілізатора 9 В, струм навантаження 1 А, вхідній напрузі 16 В споживаний стабілізатором струм складе близько 0,6 А, що відповідає його ККД близько 93% без урахування втрат в знижувальному трансформаторі і мостовому випрямлячі. Для порівняння, ККД лінійного стабілізатора при таких же умовах було б не більше 56%. При вхідній напрузі 19 В, вихідному 5 В, струмі навантаження 1 А споживаний стабілізатором від мостового випрямляча струм буде близько 0,31 А, що відповідає ККД близько 84%, амплітуда пульсацій напруги на виході стабілізатора при максимальному струмі навантаження не перевищує 20 мВ на частоті роботи імпульсного перетворювача DA1.
На рис. 3 представлена принципова схема ще більш потужного джерела живлення, що представляє собою зарядно-живить пристрій з імпульсним стабілізатором напруги. Цей пристрій дозволяє підключати до себе одночасно два апарати, наприклад, кишеньковий Flash плеєр, фотоапарат, мобільний телефонний апарат для підзарядки їх вбудованих акумуляторів через інтерфейсний кабель USB або безпосередньо для харчування цих апаратів з метою економії ресурсів акумуляторів. Крім того, цю конструкцію можна використати як потужний лабораторний блок живлення із захистом від перевантаження. Пристрій зібрано з застосуванням інтегральної мікросхеми фірми SGS-Thomson Microelectronics типу L4960, що представляє собою регульований понижуючий імпульсний стабілізатор напруги. Ця мікросхема здатна забезпечити струм в навантаження до 2,5 А, її вихідна напруга +5.40 В, ККД до 90%. Максимальна напруга живлення мікросхеми L4960 +46 Ст. Мікросхема має вбудований захист від перевантаження і перегріву.
Вузол на знижувальному трансформаторі Т1 працює так само, як і за аналогічний вузол розглянутих раніше пристроях. Згладжує пульсації випрямленої напруги оксидний конденсатор великої ємності С4. Напруга постійного струму надходить на інтегральний імпульсний стабілізатор DA1. На рис. 3 представлена принципова схема ще більш потужного джерела живлення.
Рис. 3
Частота перетворення DA1 близько 83 кГц при струмі навантаження 1 А. Дросель L1 -накопичувальний. Вихідна напруга залежить від співвідношення опорів резисторів R5, R6 та R3. При нульовому сумарному опорі змінного резистора R5 і резистора R6 вихідна напруга імпульсного стабілізатора буде 5,0...5,2 Ст. Пульсації вихідної напруги згладжує дволанковий LC П-фільтр С12С13 L2C15С16L3C17С18. Пульсації вихідної напруги не перевищують 20 мг на частоті роботи перетворювача при струмі навантаження 1 А. Резистор R7 і діод VD1 захищають DA1 від можливих пошкоджень.
Цей блок живлення може працювати в двох режимах, обираних кнопкою SB1 В положенні, показаному на принциповій схемі, пристрій працює як USB зарядний пристрій з вихідним напругою +5 В, яке не залежить від положення движка змінного резистора R5. Якщо SB1 перевести в друге положення, то пристрій буде працювати як блок живлення з регульованим вихідним напругою. Режим роботи відображається світлодіод HL3. При роботі конструкції в режимі "Зарядний пристрій" цей світлодіод світить зеленим або жовтим кольором кольором, коли пристрій працює як лабораторний блок живлення. Вузли на транзисторах VT1, VT2 призначені для індикації наявності струму зарядки. При зазначених на принциповій схемі опір резисторів R9, R12 світлодіоди HL1, HL2 світять при протіканні струму через відповідну навантаження понад 150 мА. Якщо потрібно, щоб світлодіоди світили при меншому струмі зарядки, то кремнієві транзистори 2SA105 можна замінити на германієві, наприклад, МП39Б. МП25А, МП26, що краще, або встановити резистори R9, R12 на більш високу опір. Самовідновлювальні запобіжники FU3, FU4 спрацьовують при коротке замикання або перевантаження. Потужний стабілітрон VD7 і конденсатор С14 захищають підключені до USB розеток пристрою від сплеску вихідного напруги, який може мати місце при перемиканні SB1.
Слід звернути увагу, що харчування на гніздо XS1 подається через більш сильноточный самовідновлюється запобіжник FU3. Крім того, наявність кнопки SB2 дозволяє підключати до цього гнізда пристрою з відносно великим струмом споживання. Для цього контакти SB2 повинні бути замкнуті, що виключить падіння вихідної напруги на резисторі R9. Потужний стабілітрон VD8 зменшує ймовірність пошкодження навантаження при несправності стабілізатора напруги. Якщо з якихось причин напруга на виході стабілізатора стане більше 15 В той або спрацює захист мікросхеми, або самовідновлюється запобіжник FU2. Якщо при цьому блок живлення не буде вимкнений в найкоротший термін, то стабілітрон VD8 буде пробитий. Щоб виключити пробій захисного стабілітрона в цій та попередніх конструкціях, захист від перенапруги можна доповнити стандартним тринисторным вузлом, що складається з одного тріністора середньої потужності, одного стабілітрона і одного резистора.
Замість понижуючого трансформатора. ТП112-8 підійде будь-який з габаритною потужністю від 7 Вт і напругою на вторинній обмотці 14...18 Ст. Замість трансформатора типу. ТП114-7 підійде будь-який з габаритною потужністю не менше 13 Вт і напругою на вторинній обмотці 15.20 Ст. Трансформатор типу. ТП-30-2 можна замінити на. ТТП40 або іншим аналогічним з габаритною потужністю не менше 30 Вт. Чим вище напруга на виході мостового випрямляча, тим менший струм споживає стабілізатор при незмінному струмі навантаження. Варистор TNR10G471K можна замінити будь на 430, 470, наприклад, FNR-07К471, FNR-14K471 МЛТ, С1-4, С2-23, С1-14. Резистор R1 у всіх схемах бажано використовувати незаймистий, наприклад. Р1-7 або дротяний малогабаритний потужністю 1 або 2 Вт в керамічному корпусі. Змінний резистор - СПЗ-4 або аналогічний з лінійною характеристикою. На вісь змінного резистора потрібно надіти ручку з ізоляційного матеріалу.
Оксидні конденсатори - імпортні аналоги К50-35, К50-68, К53-19. Неполярні конденсатори - керамічні, імпортні аналоги К10-17, КМ-5, КМ-6 або безвыгодные в SMD виконанні. Керамічні конденсатори, встановлювані паралельно діоди мостового випрямляча і на вході стабілізаторів напруги повинні бути на робочу напругу не менше 30 Ст. Інші керамічні конденсатори можна встановлювати на робочу напругу 16 Ст.
Замість діодів Шотткі SR360 можна застосувати діоди MBR350, 1N5825, MBR360, DQ06, MBRD660CT, MBR1060, 50WR06. Цими ж діодами можна замінити діоди Шотткі 1N5822 і малопотужні діоди Шотткі - 1N5819, При відсутності діодів з бар'єром Шотткі замість них можна застосувати діоди серій КД213, 2Д213 Замість діода 1N4001 можна застосувати будь-який з серій 1N4001 -1N4007, UF4001 - UFN4007, КД208, КД209, КД243. Стабілітрон КС162А можна замінити на КС162В. 1N5341. Стабілітрон 1N5339 можна замінити на 1РМТ5919ВТЗ. 1SMB5919BT3, 1N5919. Стабілітрон BZV55C-4V3 можна замінити на 1N4731A, TZMC-4V3 Замість стабілітрона. Р6КЕ12А можна встановити 1N5349 або Д815Д. Замість стабілітрона. Р6КЕ15А підійде 1 N5352, Д815Е. Світлодіоди підійдуть будь-які аналогічні безперервного кольору світіння. Замість p-n-р малопотужних транзисторів 2SA105 підійдуть будь-які з серій SS9015, 2SA542, КТ361, КТ3107, КТ208 КТ209.
Інтегральну мікросхему МС34063АР можна замінити на МС34063АР1 або більше надійною МС33063А, виконаної в корпусі DIP-8. Для підвищення надійності на такі мікросхеми з допомогою теплопровідного клею потрібно приклеїти мідний ребристий тепловідвід з площею охолоджуючої поверхні 8 см. кв. інтегральна мікросхема LM2575T-5.0 розрахована на вихідну напругу +5 В, виконана в п'ятививідному корпусі ТО-220 Замість неї можна застосувати мікросхеми LM2575TV-5.0. виконані у корпусі. ТО-220 або L. M2575D2T-5.0 або аналогічну мікросхему із серії LM2576. Мікросхеми серії LM2576 допускають струм навантаження до 3 А. Серед мікросхем серій LM2575, LM2576 є також мікросхеми на фіксовані вихідні напруги 3,3 В, 12 В, 15 В і регульовані - Adj на вихідну напругу 1,23...37 Ст. Мікросхему необхідно встановити на мідний або дюралюмінієва тепловідвід з площею охолоджуючої поверхні не менше 60 см. кв. Якщо блок живлення, зібраний за схемою рис. 2, буде розрахований на струм навантаження 3 А, то тепловідвід для мікросхеми серії LM2576 повинен бути не менше 200 см. кв. а в тісному погано вентильованому корпусі не менше 300 см. кв. Мікросхему L4960 також необхідно встановити на тепловідвід з площею охолоджуючої поверхні не менше 200 см. кв. (одна сторона).
Замість полімерних самовідновлюються запобіжників серії MF-R підійдуть аналогічні серії LP60. Перемикачі типу. П2К, ПКН, вільні групи контактів яких з'єднують паралельно. Накопичувальний дросель (L1 на всіх схемах) повинен бути індуктивністю 150.300 мкГн, можна виготовити на кільцевому магнітопроводі К32х20х6 з фериту 2000НН. У кільці алмазної дискової пилкою або хорошою ножівкою по металу робиться наскрізний розріз шириною 1...1.5 мм. В утворену щілину вклеюють шматок текстоліту без фольги. Після обмотки кільця лакотканью, на нього литцендратом 22x0,18 мм намотують 50...60 витків, це буде близько 2 метрів дроту. Якщо при виготовленні розрізу кільце розколеться на дві половинки, то його можна склеїти моментальним суперклеєм.
Між шарами обмотки потрібно прокласти один шар лакотканини або. ПВХ ізоляційної стрічки. Кожен шар обмотки просочують цапонлаком. Дроселі L2 і L3 у всіх схемах містять 15 витків такого ж дроту, намотаних на кільці К20х12х6 з фериту М2000НМ. Перед укладанням обмотки кільце трохи надпиливают і розламують на дві половинки. Після чого склеюють моментальним суперклеєм або клеєм. БФ і просушують не менше доби при кімнатній температурі. Для стабілізатора напруги, виконаного за схемою рис. 1, можна застосувати магнітопроводи меншого розміру. Можна застосувати також відповідні дроселі промислового виготовлення, мають опір обмоток не більше 0,05 Ом. Для стабілізатора, зібраного за схемою рис. 3, бажано, щоб опір обмоток дроселів було не більше 0,02 Ом. Крім того, на місці дроселів L2 і L3 можна застосувати дроселі, виконані. Н-подібних феритових сердечниках, наприклад, від котушок корекції растру кінескопних телевізорів і моніторів.
Автор: Бутов А. Л.