Мощный лабораторный блок питания с повышенным КПД. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Регулируемый блок питания - неотъемлемая часть радиолюбительской лаборатории. В журнале "Радио" было описано немало подобных устройств, однако некоторые из них имеют низкий КПД. Дело в том, что чаще всего лабораторные блоки питания изготавливают на основе линейных стабилизаторов, поскольку устранить основной недостаток импульсных источников - повышенный уровень пульсаций - нередко очень сложно. Как правило, следствие подобного схемотехнического решения - повышенные потери мощности. Автор предлагает свой вариант решения этой проблемы.

Увеличить КПД стабилизатора можно, сделав его двуступенным: первая ступень - импульсный предварительный стабилизатор; вторая - обычный линейный. Обе ступени охвачены обратной связью, благодаря которой на линейном стабилизаторе поддерживается минимально допустимое падение напряжения и, тем самым, обеспечивается высокий КПД.

Импульсные стабилизаторы, собранные на современной элементной базе [1, 2], обеспечивают высокие эксплуатационные параметры, в том числе малые потери. Эти устройства были взяты за основу при разработке предлагаемого лабораторного блока питания.

Основные технические характеристики

• Входное напряжение, В......43
• Интервал выходного напряжения, В......0...35
• Максимальный ток нагрузки, А......7,5
• Частота преобразования импульсного стабилизатора, кГц......55

Схема устройства показана на рис. 1. Импульсный стабилизатор первой ступени собран на микросхеме ШИ-контроллера TL598 (DA4) фирмы Texas Instruments, которая управляет коммутирующим транзистором IRF9540 (VT3). Микросхема TL598 отличается от распространенной TL494 наличием на выходе двухтактного усилителя (ближайший по характеристикам отечественный ШИ-контроллер - КР1114ЕУ4). Применение именно этой микросхемы обусловлено ее высокими техническими параметрами: выходным током до 0,2 А, тактовой частотой до 300 кГц, а также небольшой ценой.

(нажмите для увеличения)

Использование коммутирующих полевого транзистора IRF9540 (VT3) и диода Шотки КД2998Г (VD2) с малыми падением напряжения и временем восстановления позволили увеличить КПД импульсного стабилизатора примерно до 90 %. Для увеличения пределов регулирования выходного напряжения буферный усилитель на транзисторной сборке VT2 питают от вспомогательного стабилизатора на микросхеме DA2. Параметрический стабилизатор напряжения на полевом транзисторе VT4 и стабилитроне VD9 улучшает коэффициент стабилизации и позволяет работать при большем входном напряжении. Резистор R9 в цепи фильтрующего конденсатора С8 защищает микросхему DA2 от перегрузки в момент включения устройства.

С выхода импульсного стабилизатора напряжение поступает на линейный стабилизатор, собранный на микросхеме DA1 с малым падением напряжения. При таком схемном решении выходные характеристики лабораторного блока определяются параметрами микросхемы, которая обеспечивает хорошее подавление пульсаций, защиту по току и от перегрева, а потери мощности на ней примерно равны 5 %.

Чтобы выходное напряжение блока регулировать от нуля, в цепь управляющего вывода микросхемы DA1 подают напряжение -15 В от отдельного источника.

Транзисторная оптопара U1 поддерживает падение напряжения на линейном стабилизаторе примерно 1,5 В. Если падение напряжения на микросхеме увеличивается (например, вследствие увеличения входного напряжения), излучающий диод оптопары и, соответственно, фототранзистор открываются. ШИ-контроллер выключается, закрывая коммутирующий транзистор. Напряжение на входе линейного стабилизатора уменьшится.

Для повышения стабильности резистор R3 размещают как можно ближе к микросхеме стабилизатора DA1.

Дроссели L1, L2 - отрезки ферритовых трубок, надетых на выводы затворов полевых транзисторов VT1, VT3. Длина этих трубок равна примерно половине длины вывода.

Дроссель L3 наматывают на двух сложенных вместе кольцевых магнитопроводах К36х25х7,5 из пермаллоя МП140. Его обмотка содержит 45 витков, которые намотаны в два провода ПЭВ-2 диаметром 1 мм, уложенных равномерно по периметру магнитопровода.

Поскольку при токе нагрузки, близком к максимальному, на стабилизаторе DA1 и транзисторе VT3 выделяется значительная мощность, их следует установить на теплоотводы площадью не менее 30 см2. Транзистор IRF9540 (VT3) допустимо заменить на IRF4905, а транзистор IRF1010N (VT1) - на BUZ11, IRF540, КП727Б.

Площадь теплоотводов рассчитывают по методике, изложенной в [3].

Если потребуется блок с выходным током, превышающим 7,5 А, необходимо добавить еще один стабилизатор DA5 параллельно DA1 (рис. 2). Тогда максимальный ток нагрузки достигнет 15 А. В этом случае дроссель L3 наматывают жгутом, состоящим из четырех проводов ПЭВ-2 диаметром 1 мм, и увеличивают примерно в два раза емкость конденсаторов С1- C3. Резисторы R18, R19 подбирают по одинаковой степени нагрева микросхем DA1, DA5. ШИ-контроллер следует заменить другим, допускающим работу на более высокой частоте, например, КР1156ЕУ2.

Если же необходимости в большом токе нагрузки нет, стабилизатор КР142ЕН22А можно заменить на КР142ЕН22 (максимальный ток 5 А) или КР142ЕН12А(1,5А).

Литература

1. Миронов А. Импульсный стабилизатор напряжения с повышенным КПД. - Радио, 2000, № 11, с. 44, 45.
2. Миронов А. Применение синхронных выпрямителей в импульсных стабилизаторах напряжения. - Радио, 2001, № 10, с. 38, 39.
3. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. - М.: Солон-Р 2001, с. 115-121

Автор: С.Коренев, г.Красноярск

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Смоделировано столкновение протонов 02.05.2022 Ученые из Национальной лаборатории им. Беркли воспользовались квантовым компьютером IBM Q, чтобы провести часть расчетов столкновения двух протонов. Для этого они раздробили теорию эффективного поля на несколько частей и разработали алгоритм, позволяющий выполнять определенные вычисления на квантовом компьютере. Лаборатория Беркли занимается изучением физики элементарных частиц, наблюдая за столкновением высокоэнергетических частиц в лабораторных условиях, например, с помощью Большого адронного коллайдера в Швейцарии. Ученые сравнивают теоретические расчеты этих столкновений с реальными результатами экспериментов. "Одна из главных сложностей такого рода вычислений в том, что мы хотим описать широкий диапазон энергий, - сказал Беньямин Нахман, один из исследователей. - Мы хотим описать процессы от самых высокоэнергетических до самых низкоэнергетических путем анализа соответствующих частиц, которые попадают в наш детектор". Использование исключительно квантового компьютера для решения такого рода задач потребовало бы слишком большого количества кубитов - современные квантовые машины не располагают такими мощностями. Ученые могут проводить эти расчеты на классических компьютерах при помощи аппроксимаций, однако в таком случае из сферы внимания выпадают важные квантовые эффекты. Поэтому команда физиков решила разделить вычисления между разными системами, классической и квантовой. Квантовые расчеты велись на IBM Q, оперирующим сотней кубитов. В дальнейшем ученые планируют добавить проблеме новые измерения, разбить ее на большее число компонентов и увеличить масштаб задачи. В конечном итоге они рассчитывают выполнять на квантовом компьютере такие вычисления, какие недоступны классическим.

Другие интересные новости:

▪ Система электрических автобусов TOSA

▪ Летучие мыши - главные переносчики вирусных заболеваний

▪ Создан пожирающий информацию квантовый демон Максвелла

▪ Умный пластырь для лечения диабета

▪ Полнокадровая беззеркальная камера Sony A7R IV

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Светодиоды. Подборка статей

▪ статья Томас Дьюар. Знаменитые афоризмы

▪ статья Когда применение компьютеров для создания спецэффектов в кино считалось мошенничеством? Подробный ответ

▪ статья Диспетчер автосалона. Должностная инструкция

▪ статья Переговорное устройство из старых телефонов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Парадокс с треугольником. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026