Простой ключевой стабилизатор напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

Электронные устройства, выполненные на цифровых микросхемах, не предъявляют слишком высоких требований к стабильности и уровню пульсации питающего напряжения. Поэтому для питания таких устройств можно с успехом применять простейшие ключевые стабилизаторы напряжения. Они имеют высокий КПД, меньшие габариты и массу по сравнению с непрерывными стабилизаторами. Правильное конструктивное исполнение ключевого стабилизатора позволяет избежать проникновения высокочастотных помех в питаемое устройство.

На рис. 1 показана принципиальная схема простого ключевого стабилизатора. При высоких энергетических показателях качество выходного напряжения позволяет подключать к стабилизатору устройства, выполненные на цифровых микросхемах серий К130, К133, К134, К156, К156, К561 и др.

Рис.1 (нажмите для увеличения)

Основные технические характеристики

Входное напряжение, В	15...25
Выходное напряжение, В	5
Максимальный ток нагрузки, А	4
Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем интервале питающего напряжения, мВ, не более	50
КПД, %. не хуже	60
Рабочая частота при входном напряжении 20 В, токе нагрузки 3 А, кГц	20

При подаче на вход устройства напряжения питания в цепи базы составного транзистора VT2, VT3 появляется ток, вследствие чего он открывается. Цепь R3C2 обеспечивает импульсный характер возникновения этого тока, что способствует форсированному открыванию составного транзистора. После его открывания через дроссель L1 начинает протекать возрастающий ток, заряжающий накопительные конденсаторы С3, С4. Когда напряжение на этих конденсаторах достигает некоторого уровня U1, открываются транзисторы VT4 и VT1. Последний из них, насыщаясь, подключает к эмиттерному переходу транзистора VT2 заряженный в закрывающей полярности конденсатор С2. Это способствует быстрому закрыванию составного транзистора.

Ток в дросселе L1 не может мгновенно прерваться, поэтому после закрывания транзисторов VT2, VT3 открывается диод VD1, который замыкает цепь тока через дроссель L1. В этот отрезок времени ток в дросселе уменьшается, а с момента, когда он сравняется с током нагрузки, начинает уменьшаться и напряжение на конденсаторах C3, С4. При некотором его значении U2 транзисторы VT4 и VT1 закрываются, а VT2 и VT3 - открываются, и ток в дросселе L1 начинает снова увеличиваться, диод VD1 закрывается.

Напряжение на конденсаторах С3, С4 продолжает уменьшаться до значения Из, когда ток в дросселе L1 становится равным току нагрузки; соотношение значений напряжения на накопительных конденсаторах таково: U3<U2<U1. Начиная с этого момента, напряжение на конденсаторах С3, С4 снова начинает увеличиваться, и цикл работы стабилизатора повторяется. Конденсатор С5 создает на базе транзистора VT4 необходимый фазовый сдвиг сигнала обратной связи, определяющий частоту следования рабочих циклов. Фильтр L2C6 служит для уменьшения пульсации выходного напряжения.

На рис. 2 представлены основные характеристики устройства. Как можно видеть (рис. 2, а), КПД вблизи оптимального значения тока нагрузки довольно высок для такого простого стабилизатора. Примечательно, что с увеличением тока нагрузки от минимума КПД увеличивается. Это объясняется тем, что ток управления составным транзистором VT2, VT3 остается практически постоянным. Мощность, рассеиваемая на транзисторе VT3 и диоде VD1, незначительна. Это позволяет получить значительный ток нагрузки без применения теплоотводов для мощных элементов. Однако при длительной работе с током нагрузки свыше 3,5 А установка этих элементов на теплоотвод становится необходимой.

Рис.2

Нагрузочная характеристика (рис. 2, б) показывает стабилизирующие способности устройства. Необходимо отметить, что уменьшение выходного напряжения при токе нагрузки более 2 А происходит в основном из-за падения напряжения на активном сопротивлении дросселя L2.

На рис. 3 изображены осциллограммы выходного напряжения стабилизатора при его испытании импульсной нагрузкой при различных токе нагрузки и емкости конденсатора Сб. Переходный процесс сопровождается выбросами выходного напряжения, не превышающими 0,4 В. Это обстоятельство накладывает некоторые ограничения на область применения стабилизатора. Улучшить вид переходного процесса можно, либо увеличивая емкость конденсатора С6, либо вообще отказавшись от фильтра L2С6 и значительно увеличив емкость накопительных конденсаторов С3, С4 (в 8...10 раз). Второй вариант более целесообразен, поскольку уменьшится и время переходного процесса.

Рис.3 (нажмите для увеличения)

В устройстве использованы стандартные детали, кроме дросселей L1 и L2. Они самодельные, намотаны на пластмассовых каркасах, помешенных в броневые магнитопроводы Б22 из феррита М2000НМ. Дроссель L1 содержит 18 витков жгута из 7 проводов ПЭВ-1 0,35. Между чашками его магнитопровода вложена прокладка толщиной 0,8 мм. Активное сопротивление обмотки дросселя L1 27 мОм. Дроссель L2 содержит 9 витков жгута из 10 проводов ПЭВ-1 0,35. Зазор между его чашками - 0,2 мм, активное сопротивление обмотки - 13 мОм. Прокладки можно изготовить из жесткого теплостойкого материала - текстолита, слюды, электрокартона. Винт, скрепляющий чашки магнитопровода, должен быть из немагнитного материала, например из латуни.

Конденсаторы С1, С3, С4 работают в режиме больших токовых импульсов. Для этого режима наиболее подходят оксидные конденсаторы К52-1. Можно попробовать заменить их на К53-1а, К50-24, К50-16 на напряжение не менее 15 В (C3, С4) и 25 В (С1). Однако частотные свойства этих конденсаторов хуже, чем у К52-1, поэтому ту же емкость нужно будет набрать параллельным соединением 4-5 конденсаторов с одинаковым номиналом. Транзистор VT2 можно заменить на КТ644, КТ626 с любыми буквенными индексами.

Конструктивно стабилизатор смонтирован на печатной плате, чертеж которой и расположение деталей на ней показаны на рис. 4. При монтаже стабилизатора провода, подводящие входное напряжение, рекомендуется свить в шнур во избежание возникновения дополнительных высокочастотных импульсных помех от входного тока.

Для налаживании стабилизатора к его выходу подключают нагрузочный резистор сопротивлением 5...7 Ом и мощностью 10 Вт. При исправности всех деталей стабилизатор сразу начинает работать. Сначала подборкой резистора R7 устанавливают номинальное выходное напряжение. Далее увеличивают ток нагрузки до 3 А и, подбирая конденсатор С5, устанавливают такую частоту генерации (примерно 18...20 кГц), при которой высокочастотные выбросы напряжения на конденсаторах С3, С4 минимальны. На этом налаживание считают законченным.

Стабилизатор рассчитан на работу При выходном напряжении 5 В, однако его можно и увеличить до 8...10 В, увеличив номинал резистора R7 и подобрав новое значение рабочей частоты. Однако при этом мощность, рассеиваемая на транзисторе VT3, также увеличится, что потребует либо ограничения тока нагрузки, либо увеличения размеров теплоотвода.

Тщательно смонтированный и налаженный стабилизатор имеет весьма незначительные высокочастотные пульсации выходного напряжения, поэтому никаких дополнительных мер принимать не нужно. Если же он будет работать в широком диапазоне температуры, то настройка "уходит" и высокочастотные выбросы выгодного напряжения, хотя и незначительные, появляются. Если к качеству выходного напряжения предъявляются повышенные требования, необходимо конденсаторы С3, С4 зашунтировать несколькими керамическими конденсаторами КМ-6б общей емкостью 3...5 мкФ. Кроме того, такие же конденсаторы желательно предусмотреть и непосредственно на входе питаемого устройства, но их емкость может быть в 10...20 раз меньше.

Если необходимо избежать распространения высокочастотных помех во входные цепи стабилизатора, его нужно питать через Г-образный LC-фильтр. Катушка должна иметь индуктивность 5...10 мкГн и ток насыщения не менее 2 А (наматывать ее желательно на замкнутом магнитопроводе). Конденсатор - керамический, емкостью 1...2,2 мкФ (например, КМ-6б).

Так как во время работы устройства некоторые элементы могут нагреваться до температуры 90...100 °С, плату желательно расположить вертикально, и принять меры против нагревания стабилитрона VD2, иначе выходное напряжение будет уменьшаться.

Автор: А. Миронов, г. Люберцы Московской обл.; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Пепел вулкана 08.12.2011 Когда в апреле 2010 года извержение исландского вулкана Эйяфьятлайокудль привело к прекращению полетов над Европой, некоторые специалисты утверждали, что это излишняя перестраховка - выброшенное вулканом облако пепла не так уж опасно для авиационных двигателей. Однако в университете Копенгагена (Дания) недавно изучили частицы вулканического пепла под растровым электронным микроскопом, и это исследование показало, что частицы всех размеров - от сотни нанометров до десятых долей миллиметра - действительно обладали острыми краями и потому могли повредить лопатки турбин и сделать матовым стекло пилотской кабины.

Другие интересные новости:

▪ Биологическое время можно определить по анализу крови

▪ Слуховой аппарат для орнитолога

▪ Качественное выращивание на кремнии полупроводниковых лазеров

▪ Божьи коровки - прототипы для спасательных роботов

▪ Часовые гены меняются с возрастом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аудиотехника. Подборка статей

▪ статья Внутренние болезни. Конспект лекций

▪ статья Кем был царь Эдип? Подробный ответ

▪ статья Раскладчик лекал (раскладчик-обмеловщик). Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Программирование микросхем FLASH-памяти. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вч генератор на НЧ кварце. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025