Импулсен стабилизатор на захранването със защита. Превключващи се стабилизатори Мощен превключващ стабилизатор

LM2596 намалява входното напрежение (до 40 V) - изходът е регулиран, токът е 3 A. Идеален за светодиоди в кола. Много евтини модули - около 40 рубли в Китай.

Texas Instruments произвежда висококачествени, надеждни, достъпни и евтини, лесни за използване DC-DC контролери LM2596. Китайските фабрики произвеждат ултра-евтини импулсни понижаващи преобразуватели въз основа на него: цената на модул за LM2596 е приблизително 35 рубли (включително доставка). Съветвам ви да закупите партида от 10 броя наведнъж - винаги ще има полза от тях, а цената ще падне до 32 рубли и по-малко от 30 рубли при поръчка на 50 броя. Прочетете повече за изчисляването на схемата на микросхемата, регулирането на тока и напрежението, нейното приложение и някои от недостатъците на преобразувателя.

Типичният метод на използване е стабилизиран източник на напрежение. Въз основа на този стабилизатор е лесно да се направи импулсен блокзахранване, използвам го като просто и надеждно лабораторно захранване, което може да издържи късо съединение. Те са привлекателни поради постоянното качество (изглежда, че всички са произведени в една и съща фабрика - и е трудно да се направят грешки в пет части) и пълното съответствие с листа с данни и декларираните характеристики.

Друго приложение е стабилизатор на импулсен ток за хранене мощни светодиоди . Модулът на този чип ще ви позволи да свържете вашия автомобил LED матрицапри 10 вата, като допълнително осигурява защита от късо съединение.

Силно препоръчвам да закупите дузина от тях - определено ще ви бъдат полезни. Те са уникални по свой собствен начин - входно напрежение до 40 волта и са необходими само 5 външни компонента. Това е удобно - можете да увеличите напрежението на захранващата шина умен домдо 36 волта, намалявайки напречното сечение на кабела. Инсталираме такъв модул в точките на потребление и го конфигурираме на необходимите 12, 9, 5 волта или според нуждите.

Нека ги разгледаме по-отблизо.

Характеристики на чипа:

• Входно напрежение - от 2,4 до 40 волта (до 60 волта във версия HV)
• Изходно напрежение - фиксирано или регулируемо (от 1,2 до 37 волта)
• Изходен ток - до 3 ампера (при добро охлаждане - до 4.5A)
• Честота на преобразуване - 150 kHz
• Корпус - TO220-5 (монтаж през отвор) или D2PAK-5 (повърхностен монтаж)
• Ефективност - 70-75% при ниско напрежение, до 95% при високо

1. Стабилизиран източник на напрежение
2. Конверторна схема
3. Лист с данни
4. USB зарядно базирано на LM2596
5. Стабилизатор на ток
6. Използвайте в домашни устройства
7. Регулиране на изходния ток и напрежение
8. Подобрени аналози на LM2596

История - линейни стабилизатори

Като начало ще обясня защо стандартните линейни преобразуватели на напрежение като LM78XX (например 7805) или LM317 са лоши. Ето неговата опростена диаграма.

Основният елемент на такъв преобразувател е мощен биполярен транзистор, включен в „оригиналния“ си смисъл - като контролиран резистор. Този транзистор е част от двойка Дарлингтън (за увеличаване на коефициента на пренос на ток и намаляване на мощността, необходима за работа на веригата). Базовият ток се задава от операционния усилвател, който усилва разликата между изходното напрежение и зададеното от ION (източник на референтно напрежение), т.е. той е разрешен от класическа схемаусилвател на грешки.

По този начин преобразувателят просто включва резистора последователно с товара и контролира съпротивлението му, така че, например, точно 5 волта да бъдат изгасени през товара. Лесно е да се изчисли, че когато напрежението намалява от 12 волта до 5 (много често срещан случай на използване на микросхема 7805), входните 12 волта се разпределят между стабилизатора и товара в съотношение „7 волта на стабилизатора + 5 волта на товара." При ток от половин ампер се отделят 2,5 вата при натоварване, а при 7805 - цели 3,5 вата.

Оказва се, че „допълнителните“ 7 волта просто се гасят на стабилизатора, превръщайки се в топлина. Първо, това създава проблеми с охлаждането и второ, отнема много енергия от източника на енергия. Когато се захранва от контакт, това не е много страшно (въпреки че все още причинява вреда на околната среда), но когато се захранва от батерия или захранван от батериятова не може да се забрави.

Друг проблем е, че по принцип е невъзможно да се направи усилващ преобразувател с този метод. Често възниква такава необходимост и опитите за решаване на този проблем преди двадесет или тридесет години са невероятни - колко сложен беше синтезът и изчисляването на такива схеми. Една от най-простите вериги от този вид е двутактен преобразувател 5V->15V.

Трябва да се признае, че той осигурява галванична изолация, но не използва ефективно трансформатора - във всеки момент се използва само половината от първичната намотка.

Нека го забравим като лош съни нека да преминем към съвременната схема.

Източник на напрежение

Схема

Микросхемата е удобна за използване като понижаващ преобразувател: вътре е разположен мощен биполярен ключ, остава само да добавите останалите компоненти на регулатора - бърз диод, индуктивност и изходен кондензатор, също е възможно да инсталирайте входен кондензатор- само 5 части.

Версията LM2596ADJ също ще изисква схема за настройка на изходното напрежение, това са два резистора или един променлив резистор.

Схема на понижаващ преобразувател на напрежение, базирана на LM2596:

Цялата схема заедно:

Тук можете изтеглете листа с данни за LM2596.

Принцип на работа: мощен превключвател вътре в устройството, управляван от PWM сигнал, изпраща импулси на напрежение към индуктивността. В точка A, x% от времето има пълно напрежение и (1-x)% от времето напрежението е нула. LC филтърът изглажда тези колебания, като подчертава постоянен компонент, равен на x * захранващото напрежение. Диодът завършва веригата, когато транзисторът е изключен.

Подробна длъжностна характеристика

Индуктивността се противопоставя на промяната в тока през нея. Когато се появи напрежение в точка А, индукторът създава голямо отрицателно напрежение на самоиндукция и напрежението върху товара става равно на разликата между захранващото напрежение и напрежението на самоиндукция. Токът на индуктивност и напрежението на товара постепенно се увеличават.

След като напрежението изчезне в точка А, индукторът се стреми да поддържа предишния ток, протичащ от товара и кондензатора, и го късо през диода към маса - постепенно пада. По този начин напрежението на товара винаги е по-малко от входното напрежение и зависи от работния цикъл на импулсите.

Изходно напрежение

Модулът се предлага в четири версии: с напрежение 3.3V (индекс –3.3), 5V (индекс –5.0), 12V (индекс –12) и регулируема версия LM2596ADJ. Има смисъл да използвате персонализираната версия навсякъде, тъй като тя е налична в големи количества в складовете на електронните компании и едва ли ще срещнете недостиг от нея - и изисква само допълнителни две стотинки резистора. И разбира се, версията с 5 волта също е популярна.

Количеството на склад е в последната колона.

Можете да зададете изходното напрежение под формата на DIP превключвател, добър пример за това е даден тук, или под формата на въртящ се превключвател. И в двата случая ще ви трябва батерия от прецизни резистори - но можете да регулирате напрежението без волтметър.

Рамка

Има два варианта на корпуса: корпус за планарно монтиране TO-263 (модел LM2596S) и корпус за проходен отвор TO-220 (модел LM2596T). Предпочитам да използвам планарната версия на LM2596S, тъй като в този случай радиаторът е самата платка и няма нужда да купувате допълнителен външен радиатор. Освен това механичната му устойчивост е много по-висока, за разлика от TO-220, която трябва да се завинти към нещо, дори към дъска - но тогава е по-лесно да се монтира планарната версия. Препоръчвам да използвате чипа LM2596T-ADJ в захранванията, тъй като е по-лесно да премахнете голямо количество топлина от корпуса му.

Изглаждане на пулсациите на входното напрежение

Може да се използва като ефективен "интелигентен" стабилизатор след коригиране на тока. Тъй като микросхемата директно следи изходното напрежение, колебанията във входното напрежение ще доведат до обратно пропорционална промяна в коефициента на преобразуване на микросхемата и изходното напрежение ще остане нормално.

От това следва, че когато се използва LM2596 като понижаващ преобразувател след трансформатор и токоизправител, входният кондензатор (т.е. този, който се намира непосредствено след диодния мост) може да няма голям капацитет(около 50-100uF).

Изходен кондензатор

Поради високата честота на преобразуване, изходният кондензатор също не трябва да има голям капацитет. Дори мощен потребител няма да има време да намали значително този кондензатор в един цикъл. Нека направим изчислението: вземете кондензатор от 100 µF, изходно напрежение 5 V и товар, консумиращ 3 ампера. Пълен заряд на кондензатора q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.

В един цикъл на преобразуване товарът ще отнеме dq = I*t = 3 A * 6,7 μs = 20 μC от кондензатора (това е само 4% от общия заряд на кондензатора) и веднага ще започне нов цикъл и преобразувателят ще постави нова порция енергия в кондензатора.

Най-важното е да не използвате танталови кондензатори като входни и изходни кондензатори. Те пишат точно в листовете с данни - „не използвайте в силови вериги“, защото те много лошо понасят дори краткотрайни пренапрежения и не обичат високи импулсни токове. Използвайте обикновени алуминиеви електролитни кондензатори.

Ефективност, ефективност и топлинни загуби

Ефективността не е толкова висока, тъй като биполярен транзистор се използва като мощен превключвател - и има ненулев спад на напрежението, около 1,2 V. Оттук и спадът на ефективността при ниски напрежения.

Както можете да видите, максимална ефективност се постига, когато разликата между входното и изходното напрежение е около 12 волта. Тоест, ако трябва да намалите напрежението с 12 волта, то ще отиде в топлина минимално количествоенергия.

Какво е ефективност на конвертора? Това е стойност, която характеризира текущите загуби - поради генериране на топлина при напълно отворен мощен ключ съгласно закона на Джаул-Ленц и на подобни загуби по време на преходни процеси - когато ключът е, да речем, само наполовина отворен. Ефектите и на двата механизма могат да бъдат сравними по големина, така че не трябва да забравяме и двата пътя на загуба. Малко количество енергия се използва и за захранване на „мозъците“ на самия преобразувател.

В идеалния случай при преобразуване на напрежение от U1 в U2 и изходен ток I2, изходната мощност е равна на P2 = U2*I2, входната мощност е равна на него (идеален случай). Това означава, че входният ток ще бъде I1 = U2/U1*I2.

В нашия случай преобразуването има ефективност под единица, така че част от енергията ще остане вътре в устройството. Например, с ефективност η, изходната мощност ще бъде P_out = η*P_in, а загубите P_loss = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Разбира се, преобразувателят ще трябва да увеличи входния ток, за да поддържа зададения изходен ток и напрежение.

Можем да предположим, че при преобразуване на 12V -> 5V и изходен ток от 1A, загубите в микросхемата ще бъдат 1,3 вата, а входният ток ще бъде 0,52A. Във всеки случай това е по-добре от всеки линеен преобразувател, който ще даде поне 7 вата загуби и ще консумира 1 ампер от входната мрежа (включително за тази безполезна задача) - два пъти повече.

Между другото, микросхемата LM2577 има три пъти по-ниска работна честота и нейната ефективност е малко по-висока, тъй като има по-малко загуби при преходни процеси. Въпреки това, той се нуждае от три пъти по-високи рейтинги на индуктора и изходния кондензатор, което означава допълнителни пари и размер на платката.

Увеличаване на изходния ток

Въпреки вече доста големия изходен ток на микросхемата, понякога се изисква повече по-висок ток. Как да излезем от тази ситуация?

1. Няколко конвертора могат да бъдат паралелизирани. Разбира се, те трябва да бъдат настроени на абсолютно същото изходно напрежение. В този случай не можете да използвате обикновени SMD резистори във веригата за настройка на напрежението за обратна връзка, трябва да използвате или резистори с точност от 1%, или ръчно да зададете напрежението с променлив резистор.

Ако не сте сигурни за малко разпространение на напрежението, по-добре е да успоредите преобразувателите чрез малък шунт от порядъка на няколко десетки милиома. В противен случай целият товар ще падне най-много върху плещите на конвертора високо напрежениеи може да не се справи. 2. Може да се използва добро охлаждане- голям радиатор, многослойна печатна платка голяма площ. Това ще направи възможно [повишаването на тока] (/lm2596-tips-and-tricks/ „Използване на LM2596 в устройства и оформление на платка“) до 4,5 A. 3. Накрая можете да [преместите мощния ключ](#a7) извън корпуса на микросхемата. Това ще направи възможно използването на полеви транзистор с много малък спад на напрежението и ще увеличи значително както изходния ток, така и ефективността.

USB зарядно за LM2596

Можете да направите много удобно USB зарядно за пътуване. За да направите това, трябва да настроите регулатора на напрежение от 5V, да му осигурите USB порт и да осигурите захранване на зарядното устройство. Използвам радиомодел литиево-полимерна батерия, закупена в Китай, която осигурява 5 ампер часа при 11,1 волта. Това е много - достатъчно за 8 пътизареждайте обикновен смартфон (без да се взема предвид ефективността). Като се вземе предвид ефективността, тя ще бъде поне 6 пъти.

Не забравяйте да свържете накъсо D+ и D- щифтовете на USB гнездото, за да кажете на телефона, че е свързан към зарядното устройство и прехвърленият ток е неограничен. Без това събитие телефонът ще мисли, че е свързан с компютъра и ще се зарежда с ток от 500 mA - много дълго време. Освен това такъв ток може дори да не компенсира текущото потребление на телефона и батерията изобщо няма да се зареди.

Можете също да осигурите отделен 12V вход от автомобилен акумулаторс конектор за запалка - и превключвайте източниците с някакъв ключ. Съветвам ви да инсталирате светодиод, който ще сигнализира, че устройството е включено, за да не забравите да изключите батерията след пълно зареждане - в противен случай загубите в преобразувателя ще изтощят напълно резервната батерия след няколко дни.

Този тип батерия не е много подходяща, защото е предназначена за големи токове - можете да опитате да намерите батерия с по-нисък ток и тя ще бъде по-малка и по-лека.

Стабилизатор на ток

Регулиране на изходния ток

Предлага се само с версия с регулируемо изходно напрежение (LM2596ADJ). Между другото, китайците също правят тази версия на платката, с регулиране на напрежението и тока и всякакви индикации - готов модул за стабилизатор на ток на LM2596 със защита от късо съединение може да се купи под името xw026fr4.

Ако не искате да използвате готов модул и искате сами да направите тази схема, няма нищо сложно, с едно изключение: микросхемата няма възможност да контролира тока, но можете да я добавите. Ще обясня как се прави това и ще изясня трудните точки по пътя.

Приложение

Стабилизатор на ток е нещо, необходимо за захранване на мощни светодиоди (между другото - моят проект за микроконтролер високомощни LED драйвери), лазерни диоди, галванопластика, зареждане на батерии. Както при стабилизаторите на напрежението, има два вида такива устройства - линейни и импулсни.

Класическият линеен токов стабилизатор е LM317 и е доста добър в своя клас - но максималният му ток е 1.5A, което не е достатъчно за много мощни светодиоди. Дори ако захранвате този стабилизатор с външен транзистор, загубите върху него са просто неприемливи. Целият свят вдига шум за консумацията на енергия на стендбай крушките, но тук LM317 работи с ефективност от 30% Това не е нашият метод.

Но нашата микросхема е удобен драйвер за преобразувател на импулсно напрежение, който има много режими на работа. Загубите са минимални, тъй като не се използват линейни режими на работа на транзисторите, а само ключови.

Първоначално е предназначен за вериги за стабилизиране на напрежението, но няколко елемента го превръщат в стабилизатор на ток. Факт е, че микросхемата разчита изцяло на сигнала „Обратна връзка“ като обратна връзка, но какво да я захранваме зависи от нас.

В стандартната превключваща верига напрежението се подава към този крак от резистивен делител на изходното напрежение. 1.2V е баланс; ако обратната връзка е по-малко, драйверът увеличава работния цикъл на импулсите; ако е повече, той го намалява. Но можете да подадете напрежение към този вход от токов шунт!

Шунт

Например, при ток от 3А трябва да вземете шунт с номинална стойност не повече от 0,1 Ohm. При такова съпротивление този ток ще освободи около 1 W, така че това е много. По-добре е да свържете три такива шунтове паралелно, като получите съпротивление от 0,033 Ohm, спад на напрежението от 0,1 V и отделяне на топлина от 0,3 W.

Входът за обратна връзка обаче изисква напрежение от 1,2 V - а ние имаме само 0,1 V. Поставете повече съпротивае нерационално (топлината ще се отделя 150 пъти повече), така че остава само да се увеличи по някакъв начин това напрежение. Това става с помощта на операционен усилвател.

Неинвертиращ операционен усилвател

Класическа схема, какво може да бъде по-просто?

Ние се обединяваме

Сега комбинираме обичайната схема на преобразувател на напрежение и усилвател, използвайки операционен усилвател LM358, към входа на който свързваме токов шунт.

Мощен резистор от 0,033 ома е шунт. Може да се направи от три резистора 0,1 Ohm, свързани паралелно, и за да увеличите допустимото разсейване на мощността, използвайте SMD резистори в корпус 1206, поставете ги на малка междина (не близо един до друг) и се опитайте да оставите възможно най-много меден слой около резистори и по възможност под тях. Малък кондензатор е свързан към изхода за обратна връзка, за да се елиминира евентуален преход към режим на осцилатор.

Регулираме както ток, така и напрежение

Нека свържем двата сигнала към входа за обратна връзка - и ток, и напрежение. За да комбинираме тези сигнали, ще използваме обичайната електрическа схема "И" на диоди. Ако токовият сигнал е по-висок от сигнала за напрежение, той ще доминира и обратно.

Няколко думи за приложимостта на схемата

Не можете да регулирате изходното напрежение. Въпреки че е невъзможно да се регулира едновременно изходният ток и напрежението - те са пропорционални един на друг, с коефициент на "товарно съпротивление". И ако захранването изпълнява сценарий като „постоянно изходно напрежение, но когато токът надвиши, започваме да намаляваме напрежението“, т.е. CC/CV вече е зарядно устройство.

Максималното захранващо напрежение за веригата е 30V, тъй като това е ограничението за LM358. Можете да разширите това ограничение до 40V (или 60V с версията LM2596-HV), ако захранвате операционния усилвател от ценеров диод.

В последния вариант е необходимо да се използва диоден монтаж като сумиращи диоди, тъй като в него и двата диода са направени в един технологичен процеси на една силиконова пластина. Разпространението на техните параметри ще бъде много по-малко от разпръскването на параметрите на отделните дискретни диоди - благодарение на това ще получим висока точност на проследяване на стойностите.

Също така трябва внимателно да се уверите, че веригата на операционния усилвател няма да се възбуди и да премине в лазерен режим. За да направите това, опитайте се да намалите дължината на всички проводници и особено на пистата, свързана към щифт 2 на LM2596. Не поставяйте операционния усилвател близо до тази писта, но поставете диода SS36 и филтърния кондензатор по-близо до тялото на LM2596 и осигурете минимална площ на заземяващия контур, свързан към тези елементи - необходимо е да осигурите минимална дължина на връщане на текущия път “LM2596 -> VD/C -> LM2596”.

Приложение на LM2596 в устройства и независимо оформление на платката

Говорих подробно за използването на микросхеми в моите устройства не под формата на завършен модул в друга статия, който обхваща: избора на диод, кондензатори, параметри на индуктор, а също така се говори за правилно окабеляванеи няколко допълнителни трика.

Възможности за по-нататъшно развитие

Подобрени аналози на LM2596

Най-лесният начин след този чип е да преминете към LM2678. По същество това е същият понижаващ преобразувател, само с полеви транзистор, благодарение на който ефективността се повишава до 92%. Вярно е, че има 7 крака вместо 5 и не е съвместим от щифт до щифт. Въпреки това, този чип е много подобен и ще бъде проста и удобна опция с подобрена ефективност.

L5973D– доста стар чип, който осигурява до 2.5А, че и малко повече висока ефективност. Освен това има почти два пъти по-висока честота на преобразуване (250 kHz) - следователно са необходими по-ниски номинални стойности на индуктора и кондензатора. Видях обаче какво става с него, ако го поставиш директно автомобилна мрежа- Доста често избива смущенията.

ST1S10- високоефективен (90% ефективност) DC–DC понижаващ преобразувател.

• Изисква 5–6 външни компонента;

ST1S14- контролер за високо напрежение (до 48 волта). Висока работна честота (850 kHz), изходен ток до 4A, мощност Добър изход, висока ефективност (не по-лоша от 85%) и защитна верига срещу прекомерен ток на натоварване го правят вероятно най-добрият преобразувател за захранване на сървър от 36-волтова източник.

Ако се изисква максимална ефективност, ще трябва да се обърнете към неинтегрирани понижаващи DC–DC контролери. Проблемът с интегрираните контролери е, че те никога нямат готини мощни транзистори - типичното съпротивление на канала не е по-високо от 200 mOhm. Ако обаче вземете контролер без вграден транзистор, можете да изберете всеки транзистор, дори AUIRFS8409–7P със съпротивление на канала половин милиом

DC-DC преобразуватели с външен транзистор

Следваща част

Това ревю е посветено на превключващия стабилизаторен модул, който се предлага от онлайн магазините под името "5A Lithium Charger CV CC Buck Step Down Power Module LED Driver". По този начин модулът е импулсно-понижаващ преобразувател, предназначен за зареждане литиево-йонни батериив режими CV (постоянно напрежение) и CC (постоянен ток), както и за захранване на светодиоди. Това устройство струва около 2 USD. Структурно модулът представлява печатна платка, на която са монтирани всички елементи, включително сигнални светодиоди и контроли за настройка. Външният вид на модула е показан на фиг.1.

рисуване печатна платкапоказано на фиг. 2.

Съгласно спецификациите на производителя, модулът има следните технически характеристики:

• Входно напрежение 6-38 V DC.
• Регулируемо изходно напрежение 1.25-36 VDC.
• Изходен ток 0-5 A (регулируем).
• Мощност на натоварване до 75 VA.
• Ефективността е повече от 96%.
• Има вградена защита срещу прегряване и късо съединение в товара.
• Размери на модула 61.7x26.2x15 мм.
• Тегло 20 грама.

Комбинацията от ниска цена, малък размер и високо технически характеристикипредизвика интереса и желанието на автора експериментално да определи основните характеристики на модула.
Производителят не предоставя електрическа схема, така че трябваше да я начертая сам. Резултатът от тази работа е представен на фиг. 3.

Основата на устройството е чипът DA2 XL4015, който е оригинален китайски дизайн. Този чип е много подобен на популярния LM2596, но има подобрени характеристики. Очевидно това се постига чрез използване на мощен полеви транзистор. Описанието на тази микросхема е дадено в L1. IN това устройствоМикросхемата е включена в пълно съответствие с препоръките на производителя. Променливият резистор “CV” е регулаторът на изходното напрежение. Регулируемата верига за ограничаване на изходния ток е базирана на операционния усилвател DA3.1. Този усилвател сравнява спада на напрежението на резистора за измерване на ток R9 с регулираното напрежение, взето от променлив резистор"CC." С помощта на този резистор можете да зададете желаното ниво на ограничение на тока в натоварването на стабилизатора.

Ако определената стойност на тока бъде превишена, на изхода на усилвателя ще се появи сигнал с високо ниво, червеният светодиод HL2 ще се отвори и напрежението на вход 2 на чипа DA2 ще се увеличи, което ще доведе до намаляване на напрежението и ток на изхода на стабилизатора. В допълнение, светенето на HL2 ще покаже, че модулът работи в режим на текуща стабилизация (CC). Кондензаторът C5 трябва да осигури стабилността на блока за управление на тока.

Вторият операционен усилвател DA3.2 съдържа сигнализатор за намаляване на тока в товара до стойност под 9% от определения максимален ток. Ако токът надвишава определената стойност, тогава синият светодиод HL3 светва, в противен случай светва зелен светодиод HL1. При зареждане на литиево-йонни батерии намалението заряден токе един от признаците, че зареждането е приключило.
Чипът DA1 съдържа стабилизатор с изходно напрежение 5V. Това напрежение се използва за захранване на операционния усилвател DA3 и също така се използва за формиране на референтното напрежение за ограничителя на тока и алармата за нисък ток.

Спадът на напрежението в резистора за измерване на ток не се компенсира по никакъв начин; следователно, когато токът в товара се увеличава, изходното напрежение на стабилизатора намалява. За да се намали този недостатък, стойността на токоизмервателния резистор е избрана да бъде доста малка (0,05 Ohm). Поради това дрейфът в операционния усилвател DA3 може да причини забележима нестабилност както в нивото на ограничаване на изходния ток, така и в нивото на алармата.
Тестовете на модула показват, че изходното съпротивление на стабилизатора в режим на регулиране на напрежението (CV) се определя почти изцяло от токоизмервателния резистор и е около 0,06 Ohm.
Коефициентът на стабилизиране на напрежението е около 400.
За да се оцени разсейването на топлината, към входа на модула беше приложено напрежение от 12 V. Изходното напрежение беше настроено на 5V със съпротивление на натоварване от 2,5 ома (ток 2A). След 30 минути чипът DA2, индукторът L1 и диодът VD1 се нагряват съответно до 71, 64 и 48 градуса по Целзий.

Работата в режим на стабилизиране на тока на натоварване (SS) беше придружена от преминаване на микросхемата DA2 към режим на генериране на импулсен пакет. Честотата на повторение и продължителността на изблиците варира в широки граници в зависимост от големината на тока. В този случай има ефект на стабилизиране на тока, но пулсациите на изхода на модула се увеличават значително. В допълнение, работата на устройството в режим CC беше придружена от доста силен скърцане, източникът на който беше индуктор L1.
Работата на алармата за текущо намаление не предизвика никакви оплаквания. Модулът успешно издържа късо съединение в товара.

По този начин модулът работи както в режим CV, така и в режим CC, но при използването му трябва да се вземат предвид описаните по-горе характеристики.
Този преглед е написан въз основа на резултатите от изследване на едно копие на устройството, което прави получените резултати чисто индикативни.
Според автора, описаният превключващ стабилизатор може да се използва успешно, ако е необходим евтин, компактен източник на енергия със задоволителни характеристики.

Списък на радиоелементите

Наименование	Тип	Деноминация	Количество	Забележка	Магазин	Моят бележник
DA1	Линеен регулатор	LM317L	1			Към бележника
DA2	Чип	XL4015	1			Към бележника
DA3	Операционен усилвател	LM358	1			Към бележника
VD1	диод на Шотки	SK54	1			Към бележника
HL1	LED	Зелено	1			Към бележника
HL2	LED	червено	1			Към бележника
HL3	LED	Синьо	1			Към бележника
C1, C6	Електролитен кондензатор	220 µF 50 V	2			Към бележника
C2-C4, C7	Кондензатор	0,47 µF	4			Към бележника
C5	Кондензатор	0,01 µF	1			Към бележника
R1	Резистор	680 ома	1			Към бележника
R2	Резистор	220 ома	1			Към бележника
R3	Резистор	330 ома	1			Към бележника
R4	Резистор	18 kOhm	1			Към бележника
R7	Резистор	100 kOhm	1			Към бележника
R8	Резистор	10 kOhm	1

Линейни стабилизатори имат общ недостатък– това е ниска ефективност и високо генериране на топлина. Мощните устройства, които създават ток на натоварване в широк диапазон, имат значителни размери и тегло. За компенсиране на тези недостатъци са разработени и използвани импулсни стабилизатори.

Устройство, което поддържа постоянно напрежение на консуматор на ток чрез регулиране на електронен елемент, работещ в ключов режим. Превключващият стабилизатор на напрежението, подобно на линейния, съществува в последователни и паралелни типове. Ролята на ключ в такива модели се играе от транзистори.

Тъй като ефективната точка на стабилизиращото устройство е почти постоянно разположена в областта на прекъсване или насищане, преминавайки през активната област, в транзистора се генерира малко топлина, следователно превключващият стабилизатор има висока ефективност.

Стабилизирането се осъществява чрез промяна на продължителността на импулсите, както и чрез контролиране на тяхната честота. В резултат на това се прави разлика между импулсна честота и, с други думи, регулиране на ширина-широчина. Импулсните стабилизатори работят в комбиниран импулсен режим.

В устройствата за стабилизиране с контрол на ширината на импулса честотата на импулса има постоянна стойност, а продължителността на импулса е променлива стойност. При устройства с импулсно-честотно управление продължителността на импулсите не се променя, променя се само честотата.

На изхода на устройството напрежението се представя под формата на вълни, съответно не е подходящо за захранване на потребителя. Преди да се подаде захранване към потребителския товар, той трябва да бъде изравнен. За да направите това, изравняващите капацитивни филтри са монтирани на изхода на импулсните стабилизатори. Предлагат се многозвенни, L-образни и други.

Средното напрежение, приложено към товара, се изчислява по формулата:

• Ti – продължителност на периода.
• ti – продължителност на импулса.
• Rн – стойност на потребителското съпротивление, Ohm.
• I(t) – стойност на тока, преминаващ през товара, ампери.

Токът може да спре да тече през филтъра до началото на следващия импулс, в зависимост от индуктивността. В случая говорим за режим на работа с променлив ток. Токът може също да продължи да тече, което означава работа с постоянен ток.

При повишена чувствителност на товара към силови импулси се изпълнява режимът DC, въпреки значителните загуби в намотката на индуктора и проводниците. Ако размерът на импулсите на изхода на устройството е незначителен, тогава се препоръчва работа с променлив ток.

Принцип на действие

Като цяло импулсният стабилизатор включва импулсен преобразувателс устройство за настройка, генератор, изравнителен филтър, който намалява импулсите на напрежението на изхода, сравнително устройство, което подава сигнал за разликата между входното и изходното напрежение.

Диаграма на основните части на стабилизатора на напрежението е показана на фигурата.

Напрежението на изхода на устройството се подава към сравнително устройство с базовото напрежение. Резултатът е пропорционален сигнал. Той се подава към генератора, като предварително го е усилил.

Когато се регулира в генератор, разликата аналогов сигналмодифицирани в пулсации с постоянна честота и променлива продължителност. При импулсно-честотно управление продължителността на импулсите има постоянна стойност. Той променя честотата на импулсите на генератора в зависимост от свойствата на сигнала.

Генерираните от генератора управляващи импулси преминават към преобразувателните елементи. Контролният транзистор работи в ключов режим. Чрез промяна на честотата или интервала на импулсите на генератора е възможно да се промени напрежението на товара. Преобразувателят променя стойността на изходното напрежение в зависимост от свойствата на управляващите импулси. Според теорията, в устройства с регулиране на честотата и ширината импулсите на напрежение при потребителя може да липсват.

При релеен принципсигнал за действие, който се управлява от стабилизатора, се генерира с помощта на тригер. При постъпване DC напрежениеВ устройството транзистор, работещ като ключ, е отворен и увеличава изходното напрежение. сравняващото устройство определя разликата в сигнала, която след достигане на определена горна граница, ще промени състоянието на тригера и управляващият транзистор ще превключи на прекъсване.

Изходното напрежение ще започне да намалява. Когато напрежението падне до долната граница, сравнителното устройство определя сигнала за разлика, превключвайки отново тригера и транзисторът отново ще премине в насищане. Потенциалната разлика в натоварването на устройството ще се увеличи. Следователно, когато релейна формастабилизиране, изходното напрежение се увеличава, като по този начин се изравнява. Границата на задействане се регулира чрез регулиране на амплитудата на стойността на напрежението на сравнителното устройство.

Стабилизаторите от релеен тип имат повишена скорост на реакция, за разлика от устройствата с контрол на честотата и ширината. Това е тяхното предимство. На теория, с релеен тип стабилизация, винаги ще има импулси на изхода на устройството. Това им е минусът.

Усилващ стабилизатор

Превключващите усилващи регулатори се използват заедно с товари, чиято потенциална разлика е по-висока от напрежението на входа на устройствата. Стабилизаторът няма галванична изолация между захранването и товара. Импортираните усилващи стабилизатори се наричат ​​усилващи преобразуватели. Основните части на такова устройство:

Транзисторът влиза в състояние на насищане и токът протича през веригата от положителния полюс през индуктора за съхранение, транзистора. В този случай енергията се натрупва в магнитното поле на индуктора. Токът на натоварване може да бъде създаден само чрез разреждане на капацитет C1.

Нека изключим превключващото напрежение от транзистора. В същото време той ще влезе в положение на прекъсване и следователно на дросела ще се появи ЕМП на самоиндукция. Той ще бъде включен последователно с входното напрежение и свързан чрез диод към консуматора. Токът ще тече през веригата от положителния полюс към индуктора, през диода и товара.

В този момент магнитното поле индуктивен дроселдоставя енергия, а капацитетът C1 запазва енергия за поддържане на напрежението при консуматора, след като транзисторът влезе в режим на насищане. Дроселът е за енергиен резерв и не работи в силовия филтър. Когато напрежението се приложи отново към транзистора, той ще се отвори и целият процес ще започне отново.

Стабилизатори със спусък на Шмит

Този вид импулсно устройствоима свои собствени характеристики с най-малък набор от компоненти. Спусъкът играе основна роля в дизайна. Включва компаратор. Основната задача на компаратора е да сравни стойността на изходната потенциална разлика с най-високата допустима стойност.

Принципът на работа на устройство с тригер на Шмит е, че когато най-високото напрежение се увеличи, тригерът се превключва в нулева позиция с отваряне електронен ключ. По едно време газта се разрежда. Когато напрежението достигне най-ниската си стойност, се извършва превключване с единица. Това гарантира, че превключвателят се затваря и токът протича към интегратора.

Такива устройства се отличават с опростена схема, но те могат да се използват в специални случаи, тъй като превключващите стабилизатори са само нагоре и надолу.

Бак стабилизатор

Стабилизаторите от импулсен тип, работещи с намаляване на напрежението, са компактни и мощни захранващи устройства токов удар. В същото време те имат ниска чувствителност към потребителски смущения с постоянно напрежение със същата стойност. В понижаващите устройства няма галванична изолация на изхода и входа. Вносните устройства се наричат ​​хеликоптер. Изходна мощностВ такива устройства винаги има по-малко входно напрежение. Веригата на импулсен стабилизатор тип "долар" е показана на фигурата.

Нека свържем напрежението, за да контролираме източника и портата на транзистора, който ще влезе в позиция на насищане. Той ще пренася ток през веригата от положителния полюс през изравнителния дросел и товара. През диода в права посока не протича ток.

Нека го изключим управляващо напрежение, който изключва ключовия транзистор. След това той ще бъде в позиция на изключване. Индуктивната едс на изравнителния дросел ще блокира пътя за промяна на тока, който ще тече през веригата през товара от дросела, по общия проводник, диод и отново ще стигне до дросела. Капацитет C1 ще се разреди и ще поддържа напрежението на изхода.

Когато се приложи отключваща потенциална разлика между източника и гейта на транзистора, той ще премине в режим на насищане и цялата верига ще се повтори отново.

Инвертиращ стабилизатор

Превключващите стабилизатори от инвертиращ тип се използват за свързване на консуматори с постоянно напрежение, чиято полярност е с обратна посока на полярността на потенциалната разлика на изхода на устройството. Стойността му може да бъде над захранващата мрежа и под мрежата, в зависимост от настройките на стабилизатора. Няма галванична изолация между захранването и товара. Импортираните устройства от инвертиращ тип се наричат ​​преобразуватели с понижаващо усилване. Изходното напрежение на такива устройства винаги е по-ниско.

Нека свържем контролна потенциална разлика, която ще отвори транзистора между източника и портата. Той ще се отвори и токът ще тече през веригата от плюса през транзистора, индуктора, към минуса. В този процес индукторът запазва енергия, използвайки своята магнитно поле. Нека изключим контролната потенциална разлика от ключа на транзистора, той ще се затвори. Токът ще тече от индуктора през товара, диода и ще се върне в първоначалното си положение. Резервната енергия на кондензатора и магнитното поле ще се консумират от товара. Нека подадем захранване към транзистора отново към сорс и гейт. Транзисторът отново ще се насити и процесът ще се повтори.

Предимства и недостатъци

Както всички устройства, модулният превключващ стабилизатор не е идеален. Следователно, той има своите плюсове и минуси. Нека да разгледаме основните предимства:

• Лесно постигане на подравняване.
• Гладка връзка.
• Компактни размери.
• Стабилност на изходното напрежение.
• Широк стабилизационен интервал.
• Повишена ефективност.

Недостатъци на устройството:

• Сложен дизайн.
• Има много специфични компоненти, които намаляват надеждността на устройството.
• Необходимостта от използване на устройства за компенсиране на мощността.
• Трудност на ремонтните работи.
• образование голямо количествочестотни смущения.

Допустима честота

Работата на импулсен стабилизатор е възможна при значителна честота на преобразуване. Това е основната отличителна черта от устройствата, които имат мрежов трансформатор. Увеличаването на този параметър дава възможност да се получат най-малките размери.

За повечето устройства честотният диапазон ще бъде 20-80 килохерца. Но при избора на ШИМ и ключови устройства е необходимо да се вземат предвид хармониците с висок ток. Горната граница на параметъра е ограничена от определени изисквания, които се прилагат към радиочестотните устройства.

Схема на електрическа верига на много прост регулируем регулатор на напрежението с висока мощност и висока ефективност

Добър ден, скъпи радиолюбители!
Добре дошли в сайта ““

Днес сме с вас Нека разгледаме веригата на мощен импулсен регулируем стабилизатор на напрежението. Тази схемаможе да се използва както за монтаж в радиолюбителски устройства с фиксирано изходно напрежение, така и в захранвания с регулируемо изходно напрежение. Въпреки че веригата е много проста, тя има достатъчно добри характеристикии е достъпен за повторение от радиолюбители с всякакво основно обучение.

Основата на този стабилизатор е специализирана микросхема LM-2596T-ADJ, който е предназначен именно за изграждане на импулсни стабилизатори регулируемо напрежение. Микросхемата има вградена защита от изходен ток и термична защита. Освен това веригата съдържа диод D1 – диод на Шотки тип 1N5822И дроселфабрично направен (по принцип можете да го направите сами) индуктивност 120 микрохенри.Кондензатори C1 и C2 - включени работно напрежениене по-ниско от 50 волта, резистор R1 с мощност 0,25 вата.

За да получите регулируемо изходно напрежение, е необходимо да свържете променлив резистор към щифтове 1 и 2 (с възможно най-късата дължина на свързващите проводници). Ако е необходимо да се получи фиксирано напрежение на изхода, тогава вместо променлив резистор се инсталира постоянен, чиято стойност се избира експериментално.

В допълнение, серията LM-2596 има фиксирани стабилизатори за напрежение от 3,3 V, 5 V и 12 V, чиято схема на свързване е още по-проста (може да се види в листа с данни).

Спецификации:

Както можете да видите, характеристиките за използване на тази схема в захранване са доста прилични (според листа с данни изходното напрежение се регулира в рамките на 1,2-37 волта). Ефективността на стабилизатора при входно напрежение 12 волта, изходно напрежение 3 волта и ток на натоварване 3 ампера е 73%. Когато правите този стабилизатор, не трябва да забравяме, че колкото по-високо е входното напрежение и колкото по-ниско е изходното напрежение, допустимият ток на натоварване ще намалее, така че този стабилизатор трябва да се монтира на радиатор с площ най-малко 100 кв.см. . Ако веригата ще работи при ниски токове на натоварване, тогава не е необходимо да инсталирате радиатор.

По-долу са външният вид на основните части, тяхната приблизителна цена в онлайн магазините и местоположението на частите на дъската.

Въз основа на подреждането на частите, самопроизводствопечатна платка не е трудно.

Тази схема може да работи в режим на стабилизиране на изходния ток, което позволява да се използва за зареждане батерии, захранване на мощен такъв или група мощни светодиоди и др.

За да включите веригата в режим на стабилизиране на тока, е необходимо да инсталирате резистор паралелно на резистор R1, чиято стойност се определя по формулата: R = 1,23 / I

Цената на тази схема е приблизително 300 рубли, което е поне 100 рубли по-евтино от закупуването на готов продукт.

За нормално функциониранедомакинските уреди изискват стабилно напрежение. По правило в мрежата могат да възникнат различни повреди. Напрежението от 220 V може да се отклони и устройството може да се повреди. Първи ударени са лампите. Ако вземем предвид домакински уредив къщата, телевизори, аудио оборудване и други устройства, които работят от електрическата мрежа, могат да се повредят.

В тази ситуация на помощ на хората идва стабилизатор на импулсно напрежение. Той е напълно способен да се справи с вълните, които се случват ежедневно. Много хора са загрижени за въпроса как възникват спадове на напрежението и с какво са свързани. Те зависят основно от натоварването на трансформатора. Днес броят на електрическите уреди в жилищните сгради непрекъснато се увеличава. В резултат на това търсенето на електроенергия ще се увеличи.

Трябва да се има предвид и че жилищна сградамогат да бъдат инсталирани кабели, които вече са остарели. От своя страна окабеляването на апартамента в повечето случаи не е предназначено за големи натоварвания. За да защитите вашето оборудване в къщата, трябва да се запознаете по-подробно с дизайна на стабилизаторите на напрежението, както и с принципа на тяхната работа.

Какви функции изпълнява стабилизаторът?

Основно стабилизаторът на превключващото напрежение служи като мрежов контролер. Всички скокове се следят от него и се елиминират. В резултат на това оборудването получава стабилно напрежение. Електромагнитните смущения също се вземат предвид от стабилизатора и не могат да повлияят на работата на устройствата. Така мрежата се отървава от задръстванията и случаите на практика се елиминират.

Просто стабилизиращо устройство

Ако вземем предвид стандартно импулсно напрежение, тогава в него е инсталиран само един транзистор. По правило те се използват изключително от превключващ тип, тъй като днес те се считат за по-ефективни. В резултат на това ефективността на устройството може да бъде значително увеличена.

Вторият важен елемент на превключващия стабилизатор на напрежението трябва да се нарече диоди. В обичайната схема можете да намерите не повече от три от тях. Те са свързани помежду си с помощта на дросел. Филтрите са важни за нормалната работа на транзисторите. Те се монтират в началото, а също и в края на веригата. В този случай контролният блок е отговорен за работата на кондензатора. Резисторният делител се счита за неразделна част от него.

как става това

В зависимост от вида на устройството принципът на работа на импулсния стабилизатор на напрежението може да се различава. Разглеждайки стандартния модел, можем да кажем, че първият ток се прилага към транзистора. На този етап се извършва неговата трансформация. След това се включват диоди, чиито отговорности включват предаване на сигнала към кондензатора. С помощта на филтри се елиминират електромагнитните смущения. В този момент кондензаторът изглажда колебанията на напрежението и тока през индуктора резистивен делителсе връща към транзисторите за преобразуване.

Домашни устройства

Можете да направите превключващ стабилизатор на напрежение със собствените си ръце, но те ще имат ниска мощност. В този случай са инсталирани най-често срещаните резистори. Ако използвате повече от един транзистор в едно устройство, можете да постигнете висока ефективност. Важна задачав тази връзка е инсталирането на филтри. Те влияят на чувствителността на устройството. От своя страна размерите на устройството изобщо не са важни.

Стабилизатори с един транзистор

Превключващ стабилизатор на постоянно напрежение от този тип може да се похвали с ефективност от 80%. По правило те работят само в един режим и могат да се справят само с незначителни смущения в мрежата.

Обратната връзка в този случай напълно липсва. Транзисторът в стандартната схема на превключващ стабилизатор на напрежение работи без колектор. В резултат на това към кондензатора веднага се прилага голямо напрежение. Друга отличителна черта на устройствата от този тип може да се нарече слаб сигнал. Различни усилватели могат да решат този проблем.

В резултат на това може да се постигне по-добра производителност на транзисторите. Резисторът на устройството във веригата трябва да бъде разположен отзад. В този случай ще бъде възможно да се постигне по-добра работа на устройството. Като регулатор във веригата импулсният стабилизатор на постоянно напрежение има контролен блок. Този елемент е в състояние да отслаби и също така да увеличи мощността на транзистора. Това явление се случва с помощта на дросели, които са свързани към диоди в системата. Натоварването на регулатора се контролира чрез филтри.

Ключови стабилизатори на напрежението

Защо да инсталирате компенсатори?

В повечето случаи компенсаторите играят второстепенна роля в стабилизатора. Свързано е с регулирането на импулсите. Транзисторите се справят главно с това. Компенсаторите обаче все още имат своите предимства. В този случай много зависи от това кои устройства са свързани към източника на захранване.

Ако говорим за радио оборудване, тогава е необходим специален подход. Той е свързан с различни вибрации, които се възприемат по различен начин от такова устройство. В този случай компенсаторите могат да помогнат на транзисторите да стабилизират напрежението. Инсталирането на допълнителни филтри във веригата, като правило, не подобрява ситуацията. В същото време те значително влияят на ефективността.

Недостатъци на галваничната изолация

За предаване на сигнали между тях са монтирани галванични изолации важни елементисистеми. Основният им проблем може да се нарече неправилна оценка на входното напрежение. Това се случва най-често с остарели модели стабилизатори. Контролерите в тях не са в състояние бързо да обработват информация и да свързват кондензатори за работа. В резултат на това първо страдат диодите. Ако системата за филтриране е инсталирана зад резистори в електрическа верига, тогава просто изгарят.