При большой разности между входным и выходным напряжением постоянного тока целесообразно использовать импульсные стабилизаторы напряжения, которые в таком случае обеспечивают более высокий КПД по сравнению с линейными стабилизаторами. Применяя для этих целей специализированные микросхемы, можно значительно упростить разработку, сборку и налаживание импульсных стабилизаторов. Предлагаемый вниманию читателей стабилизатор на микросхеме фирмы Motorola обеспечивает регулируемое выходное напряжение от 1,2 до 15 В при токе нагрузки до 1 А.
Если имеется относительно высоковольтный источник постоянного или переменного напряжения, например, блок питания от старого принтера, сканера, настольного бухгалтерского микрокалькулятора, импульсный стабилизатор напряжения можно изготовить на интегральной микросхеме MC34165P, которая допускает входное постоянное напряжение до 65 В. На этой микросхеме можно собирать понижающие, повышающие и инвертирующие преобразователи постоянного напряжения (так называемые DC-DC конвертеры). Она по своим функциям похожа на более известные маломощные микросхемы серий MC34063, MC33063, но допускает больший ток нагрузки и более высокое входное напряжение.
Рис. 1
Схема понижающего стабилизатора постоянного напряжения, собранного на микросхеме MC34165P, показана на рис. 1. Стабилизатор изготовлен как универсальное устройство, он рассчитан на входное переменное напряжение 8...42 В или постоянное 8...60 В и обеспечивает выходное напряжение 1,2.15 В при токе нагрузки до 1 А. Такой интервал выходного напряжения чаще всего используется для питания различных маломощных промышленных и радиолюбительских конструкций.
Минимальное входное постоянное или переменное напряжение должно быть приблизительно на четыре и более вольт выше установленного выходного. Полимерные самовосстанавливающиеся предохранители FU1, FU2 защищают источники входного напряжения от перегрузки при неисправностях стабилизатора. Диод VD1 защищает стабилизатор от неправильной полярности входного напряжения. Диодный мост VD2 выпрямляет напряжение переменного тока. Конденсатор C6 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Светодиод HL1 синего цвета свечения сигнализирует о наличии входного напряжения.
Микросхема DA1 включена по схеме понижающего стабилизатора напряжения, близкой к типовой. Выходное напряжение стабилизатора зависит от отношения сопротивления резисторов R5 и R3. Чем больше установленное сопротивление переменного резистора R5, тем выше выходное напряжение. Максимальное выходное напряжение для этого устройства выбрано равным 15 В, но можно отрегулировать стабилизатор на другое, большее или меньшее значение. Резистор R2 - датчик тока для работы узла защиты микросхемы DA1. Частота внутреннего генератора микросхемы DA1 зависит от ёмкости конденсатора C8, при указанном на схеме значении она примерно равна 60 кГц. Резистор R4 и диод VD3 уменьшают вероятность повреждения микросхемы. Дроссель L1 - накопительный.
Пульсации выходного напряжения стабилизатора сглаживает конденсатор C9. На выход блока питания стабилизированное напряжение поступает через двухзвенный LC-фильтр L2C12- C14L3C15-C17. Для повышения надёжности работы относительно низковольтные конденсаторы C10-C13 и С15, С16 включены последовательно. Светодиод HL2 начинает светить, когда выходное напряжение стабилизатора превышает 2 В. Резистор R7 разряжает конденсаторы C9-C17 при понижении выходного напряжения стабилизатора или выключении его питания. Стабилитрон VD5 на номинальное напряжение стабилизации 20 В может защитить некоторые подключённые нагрузки от повреждений в случае неисправности стабилизатора.
При входном постоянном напряжении 45 В, выходном 15 В и отсутствии нагрузки собственный потребляемый стабилизатором ток не превышает 21 мА. Когда входное напряжение равно 42 В, выходное - 9 В, а ток нагрузки - 1 А, потребляемый стабилизатором от источника ток - около 0,28 А, что соответствует КПД 76 %. При входном напряжении 42 В, выходном 5 В и токе нагрузки 1 А стабилизатор потребляет ток около 0,19 А, КПД -примерно 62 %. Для сравнения, КПД обычного линейного стабилизатора в первом случае приблизительно равно 27 %, а во втором только 13 %. В этом случае регулирующий элемент - транзистор - потребовалось бы установить на внушительный теплоотвод с большой площадью охлаждающей поверхности. Амплитуда напряжения пульсаций и шумов на выходе стабилизатора менее 5 мВ при токе нагрузки 1 А.
Рис. 2
Большинство деталей стабилизатора напряжения расположены на монтажной плате размерами 130x45 мм. Вся конструкция помещена в металлический корпус размерами 155x57 мм с пластмассовыми вставками рис. 2. Металлические детали корпуса оклеены декоративной самоклеящейся плёнкой "под дерево". Корпус электрически соединён с общим проводом. Точка подключения корпуса к общему проводу - минусовый вывод конденсатора C9, к этой же точке подключена экранирующая оплётка провода, идущего к переменному резистору R5. Длина этого провода должна быть минимально возможной.
Резисторы в устройстве можно использовать любые общего применения, например, МЛТ, С1-4, С1-14, С2-23. Переменный резистор - СП4-1, СП4-3, СП3-9, СП3-33-32, его металлический корпус-экран соединяют с общим проводом. Оксидные конденсаторы - низкопрофильные импортные аналоги отечественных К50-68, К50-35. Конденсаторы C1-С5, C7 малогабаритные плёночные на номинальное напряжение не менее 100 В. Конденсатор C8 плёночный или керамический с низким ТКЕ. Конденсаторы C10-C13, C15, C16 керамические для поверхностного монтажа. Их припаивают под выводами соответствующих оксидных конденсаторов. Подойдут конденсаторы ёмкостью от 2,2 мкФ, по принципу "чем больше ёмкость, тем лучше" и чем больше размеры этих конденсаторов, тем лучше. Конденсатор C18 малогабаритный тан-таловый для поверхностного монтажа, его устанавливают внутри выходного разъёма (на схеме рис. 1 разъём не показан).
Диодный мост D2SB60 можно заменить на KBP02-KBP10, RS203-RS207, RC203-RC207. Вместо диода 1N4003 подойдёт любой из 1N4002-1N4007, UF4002-UF4007, КД243Б, КД247А, КД257А. Диод 1N5402 заменим на 1N5402-1N5408 или из серий КД226, КД257, КД411, КД213. Быстродействующий диод MR852 допустимо заменить на MR851-MR856, SRP300B-SRP300K, UF5402-UF5408, такими же приборами заменимы и другие диоды из этой конструкции, в том числе и мост VD2. Вместо стабилитрона 1 N5357 подойдут два последовательно включённых более мощных 1.5KE10CA или один Д816А. Светодиоды применимы любые, желательно с повышенной светоотдачей, например, из серий КИПД21, КИПД40, КИПД66, L-1513S. Самовосстанавливающиеся предохранители FU1, FU2 - любые на рабочее напряжение 60 или 250 В, например LP60-110. В отлажен
ном устройстве вместо них можно установить обычные плавкие вставки.
Микросхема MC34165P заменима на MC33165P, которая допускает работу в более широком температурном интервале. К микросхеме клеем БФ приклеивают дюралюминиевый или медный теплоотвод, площади охлаждающей поверхности которого должно быть достаточно, чтобы температура корпуса микросхемы не поднималась выше 60 оС во всех режимах работы стабилизатора напряжения. Если ограничиться максимальным входным постоянным напряжением 40 В или переменным 28 В, можно применить микросхему MC33163P или MC34163P, которая допускает ток нагрузки до 3 А. При отсутствии упомянутых микросхем можно применить LM2575HV-ADJ или LM2576HV-ADJ. В случае использования этих микросхем схему устройства незначительно изменяют (на рис. 3 показана отличающаяся часть), сопротивление резистора R4 увеличивают до 1 кОм, резистор R2 не устанавливают, а последовательно с дросселем L3 включают самовосстанавливающийся предохранитель с рабочим напряжением 15.60 В и током 900 мА, например LP60-090.
Рис. 3
Следует отметить, что при такой замене нет необходимости заново рассчитывать или подбирать резисторы R3, R5. Для устойчивой и надёжной работы микросхемы стабилизатора исключительно важна корректная разводка сильноточных и сигнальных цепей общего провода. К минусовому выводу конденсатора C6 отдельными печатными проводниками или проводами подключают соответствующие выводы элементов С8, С9, VD4, выводы 3-5, 12, 13 микросхемы DA1. Для минимизации пульсаций и помех на выходе стабилизатора минусовые выводы конденсаторов C14, C17 соединяют с минусовым выводом C9 последовательно, как показано на схеме. Общая длина печатных проводников или проводов до резистора R2 от соответствующих выводов микросхемы DA1 должна быть не более 6 см, включая длину выводов этого резистора. Экранированный провод от переменного резистора должен быть отдалён от дросселя L1.
Дроссель L1 применён промышленного изготовления из узла коррекции растра кинескопного компьютерного монитора. Он намотан на H-образном ферритовом магнитопроводе с внешним диаметром 13 и высотой 20 мм. Желательно применить экранированный дроссель в металлическом экране. Для самостоятельного изготовления дросселя L1 можно применить кольцевой магнитопровод Кз2х20х9 из феррита 3000НМ, намотав на него 180 витков самодельного литцендрата из 24 жил обмоточного провода диаметром 0,15.0,18 мм. Перед намоткой в кольце пропиливают немагнитный зазор 0,5.1 мм, который заполняют эпоксидным или термоклеем, а сам магнитопровод обматывают лакотканью или лавсановой плёнкой. Между слоями обмотки также прокладывают слой изоляции из тонкой лакоткани или лавсановой плёнки.
Дроссели L2, L3 могут иметь произвольную конструкцию, необходимо лишь, чтобы они были рассчитаны на рабочий ток не менее 1 А и имели сопротивление обмоток не более 0,1 Ом. На их месте также можно использовать дроссели узлов коррекции растра или фильтров блоков питания компьютерных мониторов, старых импортных телевизоров и другой радиоаппаратуры.
Проверять работоспособность и налаживать стабилизатор желательно при пониженном до 20...25 В входном напряжении, подключив устройство к блоку питания с узлом ограничения выходного тока. В случае успешной проверки в таких условиях стабилизатор последовательно испытывают при входных напряжениях около 40 и около 60 В. Если входное напряжение превышает 40 В, крайне нежелательно испытывать стабилизатор на стойкость к перегрузкам и замыканиям в цепи нагрузки. При желании изготовить полноценный сетевой блок питания на основе этого стабилизатора напряжения его можно оснастить понижающим трансформатором, например, ТП115-14, ТП115-15. В случае изготовления стабилизатора для питания конкретного устройства, например, МР3-плейера, или применения стабилизатора в качестве зарядного устройства мобильного телефонного аппарата вместо переменного резистора R5 можно установить постоянный необходимого сопротивления (около 1,3 кОм для выходного напряжения 5 В).
Автор: А. Бутов, с. Курба Ярославской обл.