Мощный преобразователь напряжения 12 - 5 В по простой схеме
Мощный преобразователь напряжения 12 - 5 В по простой схеме

Мощный преобразователь напряжения 12  5 В по простой схеме

Такой преобразователь может понадобиться для питания сильноточных 5-вольтовых схем от автомобильного аккумулятора, зарядки от него же литиевых аккумуляторов (тогда выходное напряжение придется уменьшить до 4 В); в авторском же варианте используется для питания внешнего компьютерного DVD-RW (USB) от автомобильного аккумулятора. Этот привод и сам по себе довольно сильно греется в процессе работы, поэтому охлаждать еще и микросхему линейного стабилизатора просто нечем. А импульсники знамениты своей экономичностью.

На микросхеме DD1 собраны умножитель напряжения и тактирующий генератор (рис. 1.10).

Умножитель необходим из-за того, что в схеме используются более дешевые и распространенные полевые транзисторы с каналом n-типа. Для полного отпирания полевого транзистора с изолированным затвором и индуцируемым каналом (к этому типу относятся все транзисторы серии IRF) напряжение на его затворе нужно поднять на 3...5 В выше напряжения на стоке - так что здесь без умножителя не обойтись.

Умножитель собран на элементах СЗ, VD1, VD2 и фильтрующем конденсаторе С4 по типовой схеме. Для ограничения напряжения (оно может подняться до 22 В, а для микросхемы 555 напряжение выше 18 В опасно) добавлен резистор R5. Благодаря ему напряжение на конденсаторе С4 составляет около 17...18 В, этого достаточно для нормальной работы полевого транзистора и недостаточно для пробоя микросхемы. Конденсатор СЗ может быть или многослойным керамическим (в виде параллелепипеда, для поверхностного монтажа), или пленочным, но не дисковым керамическим! Иначе, из-за значительного внутреннего сопротивления конденсатора, напряжение на С4 не повысится выше 15... 16 В даже без резистора R5, и ключевой транзистор будет сильно греться. Конденсатор С4 может быть рассчитан на 16 В.

Собственно широтно-импульсный модулятор собран на таймере DD2. Через конденсатор С2 и транзистор VT1 на вход S таймера поступают очень короткие синхроимпульсы с выхода генератора чем они короче, тем лучше (иначе выход таймера может возбуждаться). Емкости 10 пФ вполне достаточно, ее можно даже уменьшить до 5 пФ.

Регулировка длительности выходных импульсов производится через вход REF (вывод 5 микросхемы). Длительность выходного импульса равняется времени, за которое конденсатор С5 заряжается от нуля до напряжения на этом входе, то есть при уменьшении напряжения REF длительность импульсов (и напряжение на выходе) уменьшается, при напряжении менее 1,5 В она становится равной нулю.

1.3.1. Принцип работы устройства

Преобразователь напряжения построен по классической схеме нг полевом транзисторе VT2 и дросселе L1. В качестве обратноходового диода используется транзистор VT3. В мощных понижающих импульсниках в этом месте лучше всего ставить именно транзистор

 так как ток обратного хода практически равен прямому току, и если падение напряжения на ключевом транзисторе (VT2 по схеме) легко уменьшить до минимума, то с диодами все гораздо сложнее. В итоге получается парадокс: ключевой транзистор  холодный, дроссель почти не греется, зато диод  как утюг! А ведь чем меньше нагрев  тем выше КПД схемы, и с отводом тепла меньше проблем.

Транзистор VT3 работает в противофазе с ключевым транзистором VT2 благодаря инвертору на микросхеме DD3. Так как обратноходовой диод должен быть открыт не все время простоя ключевого транзистора, а только небольшое (иначе он будет замыкать через дроссель выход схемы) время сразу после закрытия ключевого транзистора (именно в это время импульс тока обратного хода имеет наибольшую амплитуду), в схему добавлен конденсатор С6 и для точной настройки  подстроечныи резистор R8. Все остальное время транзистор VT3 работает как диод  благодаря встроенному мощному защитному диоду между выводами стока и истока. То есть от замены диода транзистором хуже точно не будет.

Стабилизатор напряжения собран на стабилитроне VD3 и транзисторе VT4. Точность и величина выходного напряжения зависят только от качества и напряжения стабилизации стабилитрона. Его можно заменить микросхемой TL431.

Дроссель L1 можно намотать на каркасе трансформатора от старой радиоточки. Берем провод диаметром 1 мм (для тока нагрузки до 2 А) и мотаем до заполнения каркаса (около сотни витков). Так как дроссель работает на постоянном токе, то между пластинами обязателен диэлектрический зазор  то есть засовываем все Ш-об-разные пластины в одном направлении и между ними и «палочками» прокладываем 1-2 слоя газетной бумаги (или трансформаторной, если у вас есть), после чего все это дело очень хорошо сжимаем. Можно намотать дроссель и на ферритовом кольце диаметром примерно 30...40 мм, но опять-таки его лучше разрезать и снова склеить, или взять специальный разрезной сердечник (ферритовые чашки диаметром 20...30 мм и высотой 15...20 мм, примерно 50...80 витков).

1.3.2. Налаживание

Полностью собираем схему, не впаиваем только транзисторы VT2 и VT3. Подключаем питание  напряжение на выводах питания DD2 должно быть на 4...6 В больше напряжения питания; если оно меньше  убеждаемся в наличии генерации (напряжение на выходе генератора должно равняться половине питающего), уменьшаем сопротивление резистора R5, если это не помогает  ставим более качественный конденсатор СЗ. Если напряжение питания DD2 больше 18 В  увеличиваем сопротивление резистора R5. После этого впаиваем оба транзистора и уменьшаем сопротивление R8 до нуля. К выходу подключаем мощную нагрузку (рекомендуется  автомобильную лампочку на 12 В, 20 Вт) и подаем питание +12 В через подключенный амперметр. Если все работает нормально, напряжение на лампочке будет примерно равно напряжению стабилизации стабилитрона, а потребляемый схемой ток будет раза в два меньше тока через лампочку (в авторском варианте  0,5 А). Теперь отключаем лампочку-нагрузку. Напряжение на выходе должно увеличиться не более чем на 0,2...0,3 В, а напряжение на входе REF DD2 должно быть в пределах 0,8...2,5 В относительно общего провода. Если оно близко к нулю, следует уменьшить емкость конденсатора С5 раза в два.

Включите-отключите нагрузку: дроссель при этом должен коротко «стукать» (это цепь обратной связи отрабатывает резкое изменение тока нагрузки), никаких свистов (самовозбуждения) быть не должно. Если возникает возбуждение  скорее всего, неправильно нарисованы дорожки.

После этого можно начинать настройку «умного диода» (VT3). Медленно вращайте движок подстроечного резистора R8  потребляемый схемой ток (+12 В) начнет уменьшаться  примерно на 5...10%. Этот ток раньше расходовался исключительно на нагрев корпуса транзистора VT3. Но в какое-то время может возникнуть самовозбуждение выходного каскада - потребляемый схемой ток резко возрастает в 2...3 раза. Движок R8 нужно установить в такое положение, при котором потребляемый ток уменьшился, но до возбуждения еще далеко. Снова отключите-включите нагрузку, отключите-включите питание: возбуждения выхода и свиста в дросселе (даже очень короткого!) быть не должно. Если это не так  нужно чуть уменьшить сопротивление R8 и повторить провокацию.

Благодаря такой схеме включения транзистора VT3 он хоть и греется, но заметно слабее, чем хороший диод Шоттки (КД213, 1N5822). При токе нагрузки до 1...1,5 А радиаторы для обоих транзисторов не нужны, при токе до 3 А к корпусу VT3 нужно прикрутить небольшую пластинку-теплоотвод (КРЕН с такой силой греется уже при токе 0,2 А).

Вместо 1RFZ46 в авторском варианте стоят их белорусские аналоги КП723А с сопротивлением канала 0,1 Ом и менее, транзисторыКТ315 можно заменить любыми кремниевыми структуры п-р-п. Электролиты С7 и С8 желательно набрать из нескольких соединенных параллельно меньшей емкости, параллельно им можно включить парочку пленочных или многослойных керамических конденсаторов емкостью ОД мкФ и более.

При повторении схемы особое внимание нужно уделить проводам питания  все элементы и все провода должны быть подключены именно так, как показано на рисунке! Не экономьте на спичках иначе замучитесь с настройкой! Дорожки, нарисованные на рисунке более толстой линией, должны быть потолще  минимум 1,5...2 мм.

Мощный преобразователь напряжения 12 - 5 В по простой схеме
Мощный преобразователь напряжения 12 - 5 В по простой схеме

Источник: Оригинальные конструкции источников питания

Мощный преобразователь напряжения 12 - 5 В по простой схеме

Написанное простым и доступным языком о сложном мире импульсных источников питания, это издание позволит радиолюбителям легко разобраться в схемотехнике и самим стать конструкторами источников питания для собственных задач.

Оригинальные конструкции источников питания.Год-2010

Мощный преобразователь напряжения 12 - 5 В по простой схеме

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика