Импульсные преобразователи на МС LM2576 до сих пор пользуются большой популярностью за счёт их надёжности и минимальной «обвязки». Однако, максимальный ток в нагрузке 3А не всегда может оказаться достаточным. Ниже предлагается решение этого затруднения.
Характеристики:
- Питающее напряжение — 35…45В;
- Выходное напряжение — 1,23…27В;
- Выходной ток — 8А;
- Ограничение тока — 0,1…8А;
- КПД при Uвх=40В, Uвых=12,2В и токе 3,5А — 70%;
- КПД при Uвх=33В, Uвых=18В и токе 5А — 77%;
- Пульсации на нагрузке при выходном напряжении 12В и токе в 5А:
Основа схемы — МС DA2. Транзистор VT1, включенный последовательно с выходом DA2, выступает в роли эмиттерного повторителя, что и позволяет увеличить ток в нагрузке. Резистор R8 ограничивает выходной ток DA2 на уровне около 100 мА, он же закрывает транзистор VT1 по спаду импульса DA2. Ограничение по току в нагрузке реализовано на резисторе R14. Уровень тока нагрузки отслеживается с помощью дифференциального усилителя на DA3.2. Для минимизации потерь и рассеиваемой мощности на шунте R14 он имеет коэффициент усиления по напряжению равному 4,3, что позволяет уменьшить номинал шунта R14 до 0,05 Ом. ОУ DA3.1 используется в качестве компаратора, который ограничивает ток в нагрузке. Опорное напряжение (уровень ограничения) поступает со стабилизатора DA1 через делитель R3…R5 на выв.2 DA3.1. На выв.3 поступает сравниваемое напряжение с усилителя на DA3.2. В том случае, когда уровень напряжения на выв.3 DA3.1 начинает превышать уровень напряжения на выв.2, на выходе ОУ DA3.1 выв.1 появляется высокий уровень (более 1,23В, опорное напряжение LM2576), который, поступая на выв.4 ООС DA2 через диод VD2, ограничивает выходное напряжение, стабилизируя тем самым ток в нагрузке. При этом осуществляется индикация ограничения тока через элементы R9, VT2, R10, HL1. Обратная связь по напряжению осуществляется за счёт делителя R17, R18. Выходное напряжение определяется формулой Uвых=(((R17/R18)+1)*1,23)В. Резистор R16 необходим для развязки обратной связи по напряжению от сигнала ограничения тока на ОУ DA3.1. Диод VD3, включенный в обратную связь ОУ DA3.2, а так же резистор R7 устраняют на выходе ОУ DA3.2 постоянную составляющую при отсутствии тока в нагрузке (шунт R14), поскольку при однополярном питании МС LM358 имеет на выходе минимальное напряжение отличное от нуля.
В случае, если питающее напряжение схемы БП менее 33В, необходимо пересчитать номиналы делителя R1, R2 стабилизатора DA1 по формуле Uвых=(((R1/R2)+1)*1,25)В. Задача стабилизатора DA1 — в стабильном напряжении питания ОУ DA3 и опорного напряжения для схемы ограничения тока на делителе R3, R4, R5. При этом следует иметь ввиду, что разница между входным и выходным напряжением стабилизатора DA1 с учётом имеющих место пульсациях должна составлять не менее 3В. Примерно такая же разница необходима для нормальной работы БП в целом, т.е. максимальное выходное напряжение должно быть меньше питающего по крайней мере на 3 вольта, но лучше иметь запас в 5 вольт или более.
Ниже представлены фотографии собранного устройства.
Настройка устройства начинается с проверки уровня напряжения стабилизации DA1. Если оно соответствует требуемому, можно впаять/установить ОУ DA3. Далее проверяется необходимый диапазон регулируемого выходного напряжения. Поскольку переменный резистор R17 может иметь разброс сопротивления до 10%, возможно придётся подобрать номинал резистора R18. Для установки максимального тока БП подстроечный резистор R3 выкручивается до максимального сопротивления. Затем, подключив на выход амперметр, и уменьшая сопротивление R3, добиваются требуемого значения ограничения максимального тока.
Кольца для дросселей L1 и L2 имеют типоразмер К28х14х11, жёлтое кольцо с белым торцом, и К24х14х10, салатовое с синим торцом. Оба работали в компьютерном блоке питания ATX — L1 в качестве дросселя групповой стабилизации, L2 в цепи +3,3В. L1 имеет 62 витка, намотанного проводом диаметром 1,5мм, L2 используется готовый, для 40 мкГн он содержит 22 витка, намотанного в 2 провода диаметром 1,2мм и для самостоятельной намотки можно использовать жёлтое кольцо такого же типоразмера. Для минимизации звуковых эффектов оба дросселя пропитаны эпоксидной смолой.
Транзисторы VT1, VT2 и диод VD1 тоже из блока питания ATX. Искать именно эти элементы не обязательно, их можно заменить на аналогичные по характеристикам. Радиатор — половинка от процессорного кулера к материнской плате, в данном случае Soket-A. При питающем напряжении свыше 45В, необходимо заменить диод VD1 на аналогичный, с большим допустимым обратным напряжением, например SBL4060PT.
Минимальный порог ограничения выходного тока зависит от напряжения смещения ОУ DA3. Если есть необходимость уменьшить его минимальное значение, можно применить ОУ AD823N, напряжение смещение которого на порядок меньше. Резисторы R11…R13, R15 тоже могут иметь номиналы, отличные от схемы. В этом случае должны выполняться условия: R11=R13, R12=R15, R11/R12=10.
КПД устройства, а следовательно и нагрев силовых элементов зависит от тока нагрузки и уровня питающего и выходного напряжения. Поэтому при длительной работе и токе в нагрузке более 4А имеет смысл предусмотреть обдув платы небольшим вентилятором, как это делается, к примеру, в компьютерных блоках питания.
Для снижения нагрева и потерь на силовых дорожках печатной платы к ним припаиваются отрезки медного провода диаметром 1 мм:
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| С1,С2,С5,С6,С10…С12,С14,С16 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 9 | |||
| С3 | Электролитический конденсатор | 2200 мкФ 50В | 1 | |||
| С4 | Электролитический конденсатор | 47 мкФ 63В | 1 | |||
| С7, С9 | Конденсатор | 4700 пФ | 2 | |||
| С8 | Электролитический конденсатор | 4700 мкФ 35В | 1 | |||
| С13,С15 | Электролитический конденсатор | 220 мкФ 35В | 2 | |||
| DA1 | Линейный регулятор | LM317 | 1 | |||
| DA2 | DC/DC импульсный конвертер | LM2576HV | 1 | |||
| DA3 | Операционный усилитель | LM358N | 1 | |||
| HL1 | Светодиод | 1 | ||||
| L1 | дроссель | 260 мкГн | 1 | |||
| L2 | дроссель | 40 мкГн | 1 | |||
| VD1 | Диод Шоттки | SBL4045PT | 1 | |||
| VD2, VD3 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 2 | |||
| VT1 | Транзистор | 13009L | 1 | TO-3 | ||
| R1 | Резистор | 6.2 кОм | 1 | |||
| R2 | Резистор | 270 Ом | 1 | |||
| R3 | Подстроечный резистор | 100 кОм | 1 | |||
| R4 | Переменный резистор | 1.5 кОм | 1 | |||
| R5 | Резистор | 15 Ом | 1 | |||
| R6, R16 | Резистор | 10 кОм | 2 | |||
| R7 | Резистор | 510 Ом | 1 | |||
| R8 | Резистор | 6.8 Ом | 1 | |||
| R9 | Резистор | 22 кОм | 1 | |||
| R10 | Резистор | 6.8 кОм | 1 | |||
| R11, R13 | Резистор | 430 кОм | 2 | |||
| R12, R15 | Резистор | 100 кОм | 2 | |||
| R14 | Резистор | 0.15 Ом | 3 | |||
| R17 | Переменный резистор | 22 кОм | 1 | |||
| R18 | Резистор | 1 кОм | 1 | |||
| XP1, XP3 | Штекер | WF-3 | 2 | |||
| XP2 | Штекер | WF-2 | 1 | |||