Lm2576 лабораторный блок питания с регулировкой тока и напряжения
Обновлено: 04.07.2024
Двухканальный блок питания на LM2576HVT-ADJ
Представляю вниманию довольно простой и в тоже в ремя достаточно мощный лабораторный блок питания на основе микросхемы LM2576HVT-ADJ . Почему именно её, да потому что она позволяет получить вполне достойные характеристики , а так же возможность регулировки по по напряжени. Вот только в типовой схемме регулировка напряжения идёт не от ноля, а от 0.7-1.5в,а одновременная регулировка по току отсуцтвует.
В приводимом мной варианте включения такой досадный дедостаток устранён, а так же увеличен максимальный ток с 3А до 10А (возможно получить ток и более этих значений, к примеру 50А и более , но на практике такие токи бывают редко востебованны, так что заострять внимания на них не буду).
Итак рассмотрим схемму включения.
Первым делом мы видим, что блок питания работает по принципу понижающего DC-DC преобразователя напряжения с КПД до 95%. Во всяком случае так нас заверяет даташит. В реальности цифры не такие радужные и чтобы покорилась отметка 90% -нужно ещё постараться.
По сути микросхемма уже имеет в своём корпусе мощный полевой транзистор , который способер работать на токах до 3А. Некоторые экземпляры способны работать и на токе до 5А.
Так же не маловажно и то, что микросхема LM2576HVT-ADJ имеет б0льшее входное напряжение относительно микросхемы LM2576T-ADJ . То есть если микросхемма имеет индекс *HV* , то её входное напряжение может достигать 60В , а если этого индекса нет, то всего лишь 40В. Для себя я выбрал с индексом *HV* , так как на вход подал гораздо больше 40В, при этом хотел иметь запас по напряжению. Если у Вас источник питания выдаёт меньшее напряжение, то смело ставим микросхемку без индекса, тем более разнице в цене может составлять 5-6 раз. Конкретно мне одна микросхемка обошлась в 3$, а покупал я их через интернет и к этой сумме следует прибавить ещё стоимость доставки.
Так же обратите внимание на тот момент, что в данной схеме используется компаратор , который и даёт возможность применить сразу две обратные связи, как по току так и по напряжению, причём регулировка тока и напряжения получается от чистого нолика , ограничение тока является основным защитным фактором данного блока питания, так как защиты от короткого замыкания здесь нет, она по сути здесь и не нужна, так как при певышении заданого тока , блок питания с источника напряжения переходит в режим работы источника тока. Так же в схеме присуцтвует индикатор стабилизации тока, таким образом облегчая визуальный конроль при работе .
Andrey 69 (22.02.2017), sergant_007 (23.04.2017), Vadim 161 (22.02.2017), WoGo (22.02.2017), кочевник (19.03.2017), Филиппыч (22.02.2017)
Решил недавно отреставрировать свои колонки от ПК, которые достались мне, не помню когда и от кого. Данные колонки хрипели уже на пол громкости. Вид мне был не важен, так как они звучали в моей лаборатории, главное, чтобы был звук без треска и фона. Было принято решение собрать новый усилитель и темброблок. Но питать данные устройства я решил стабилизированным источником, поэтому стал собирать стабилизированный источник с возможностью регулировки выходного напряжения. Вообще мне было нужно однополярное напряжение +15 Вольт, но на всякий случай решил сделать регулируемое выходное напряжение.
Выбор пал на LM2576, их у меня было много, когда-то покупал для ремонта БП. LM2576 есть на фиксированное выходное напряжение 3.3В, 5В, 12В, 15, а также с регулируемым выходным напряжением. В регулируемой версии выходное напр-ие меняется от 1.23В до 37В, а у LM2576HV до 57 Вольт.
Схема регулируемого стабилизатора напряжения на LM2576
Ничего сложного нет. Дроссель можете выдернуть из блока питания ПК, например как этот.
Если будете покупать или мотать, то 150 мкГн и на 5 Ампер, не менее. 20-30 Витков провода диаметром 0,8 мм достаточно.
Остальные все элементы доступные.
Добавив диодный мост, получим регулируемый блок питания.
Диодный мост можете собрать из диодов, или использовать любой с током 5 Ампер и более. Я применил KBU810, на 8 Ампер, другого не было.
Забыл на схеме подписать, тот вывод моста, который соединен с выводом №1 микросхемы, это плюс (+) диодного моста, а минус (-) диодного моста соединен с минусом выхода.
Испытывая стабилизатор напряжения на LM2576, я использовал трансформатор с одной вторичной обмоткой, напряжением 20 Вольт и током 0.9 Ампер.
Выставил выходное напряжение 15 Вольт.
Нагрузил сопротивлением 7.5 Ом. Выходной ток составил почти 2 Ампера.
Напряжение при этом просело до 13.7 Вольт. Не обращайте внимания друзья, это все из-за слабого трансформатора, пока другого нет.
Вот переменное напр-ние на трансформаторе без нагрузки 23.7 Вольт.
А вот оно же под нагрузкой 15.2 Вольта.
Видите, это не стабилизатор просаживает напругу, а трансформатор “не вывозит”. Был бы, трансформатор мощнее, напруга на выходе бы почти не проседала.
Различные адаптеры и стабилизаторы напряжения являются одной из самых популярных тем среди радиолюбителей. Представленный в данной статье стабилизатор построен на популярной микросхеме LM2576, выпускаемой National Semiconductor. В своем корпусе она содержит практически все элементы высококачественного импульсного стабилизатора.
Микросхема LM2576 в своей структуре имеет систему защиты, которая предотвращает перегрев и повреждение структуры выходного транзистора вследствие перегрузки.
Особенность LM2576
- Версии с фиксированным выходным напряжением на 3,3 В, 5,0 В, 12 В, 15 В
- Версия с регулируемым напряжением: от 1,23 до 37 В ± 4%
- Выходной ток до 3,0 A
- Широкий диапазон входного напряжения: до 45В
- Для работы LM2576 достаточно всего четыре внешних компонента
- Фиксированная частота внутреннего генератора 52 кГц
- Высокая эффективность
- Применение легкодоступных типовых индуктивностей
- Защита по температуре и по току
Распиновка LM2576
Принципиальная схема применения LM2576 в качестве источника питания показана ниже.
В данном случае, к стандартной схеме подключения из datasheet, был добавлен выпрямительный мост, светодиод играющий роль индикатора и конденсатор C1 в качестве фильтра входного напряжения.
Выходное напряжение стабилизатора устанавливается с помощью потенциометра R2. Оно изменяется в соответствии с формулой:
Uвых = 1,23 [В] * (1 + R2/R3)
Максимальное напряжение, которое можно подать на вход микросхемы LM2576, не должно превышать 45 В. Монтажная схема стабилизатора показана на следующем рисунке. Вся схема собрана на небольшой односторонней печатной плате.
Ранее мы размещали схемы зарядных устройств на 6В и на 12В, собранных на микросхеме LM317. Сегодня предлагаем вариант лабораторного блока питания В. Болдырева на микросхеме LM2576-ADJ. Блок питания обеспечивает плавную регулировку напряжения от 1,2 до 34 вольт при токе нагрузки до 3А.
Принципиальная схема блока питания на микросхеме LM 2576-ADJ
Это стандартная схема включения микросхемы LM 2576-ADJ. Конденсаторы С1 и С4 керамические 0,1 — 1 мкф, С2 — С3 электролитические 1000 мкф х 63В, можно установить один на 2000 — 4000мкф. С5 — С6 1000 мкф х 40в, тоже можно заменить одним конденсатором на 1000 — 2000 мкф.
Печатная плата блока питания
Размеры платы 61 х 89 мм.
Изготовление дросселя L1.
В описаниях блоков питания на микросхеме LM 2576-ADJ указывается только индуктивность этого дросселя от 100 до 330 микрогенри, а вот описания самого дросселя (на чем мотать, каким проводом, сколько витков) информации почти нигде нет.
В качестве сердечника для дросселя использовано кольцо дросселя групповой стабилизации от неисправного компьютерного блока питания вот такого вида:
Обмотка была намотана шестью отрезками провода ПЭВ-0,35 длиной 2,5 метра, концы отрезков проводов были зачищенны и спаяны между собой с обоих концов.
Собранная плата блока питания
Испытания блока питания проводил под нагрузкой 2А, в течении 2 часов. Просадка напряжения при такой нагрузке составила 0,2 вольта, что считаю вполне нормально. Радиатор микросхемы был чуть теплый.
Корпус остался прежний (когда-то это были электронные часы) замене подверглись внутренности и лицевая панель.
Цифровой вольтметр расположенный над выходными разъемами был установлен просто как дублирующий стрелочный для того, что бы заполнить свободное место.
Модули-преобразователи можно использовать в автомобиле с 24В питанием (КАМАЗ) для подключения приборов на 12В (автомагнитол, радиостанций).
ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ
П О П У Л Я Р Н О Е:
В место батареек используем зарядку от сотового.
Простой регулятор мощности для паяльника (лампы) на MAC97A
Простой регулятор мощности до 100Вт можно сделать всего из нескольких деталей. Его можно приспособить для регулирования температуры жала паяльника, яркости настольной лампы, скорости вентилятора и т.п. Регулятор на тиристоре получается по размерам сильно большой и конструктивно имеет недочеты и большую схему. Регулятор мощности на импортном малогабаритном симисторе mac97a (600В; 0,6А) можно коммутировать и более мощные нагрузки, простая схема, плавная регулировка, маленькие габариты.
Мы знакомы с линейным регуляторами, особенно трехвыводные TO-220 типа 7805 и LM317, Они являются недорогими, и их малошумящая и быстрая переходная характеристика делают их идеальными для многих приложений. Их один недостаток - неэффективность. Например, 7805, при входном напряжении 12В и токе 1А, на нагрузке будет 5 Ватт, и 7 Ватт рассеется на 7805. Плюс, требуется радиатор для охлаждения.
Когда важна эффективность — при работе от батареи — мы выбираем импульсный регулятор. Фактически, самое современное оборудование использует в виде автономных источников питания и импульсных регуляторов. Но много радиолюбителей, увлечённых своим хобби, уклоняются от импульсных регуляторов. Использование LM3524 требует большое количество внешних деталей, так-же и внешнего коммутационного транзистора. И большие требования для катушки индуктивности. Как выбрать правильно, и где их взять?
К счастью, более новый импульсный регулятор, типа LM2576 от National Semiconductor's, позволяет собирать так же легко, как использование 7805.
Микросхема выпускается в пятивыводном корпусе типа TO-220 как показано на рис. 1, так же и ТО-263 для поверхностного монтажа. Выходной ток - до 3А и на несколько напряжений (3.3V, 5 V, 12V, 15V) и в версии регулируемого выхода.
При проектировании получается малый размер платы. Мы спроектируем схему, использующую LM2576T-AD (версия с регулируемым выходом в корпусе ТО-220). Схема показана на рис.2.
Перечень элементов
| Пункт | Описание |
| Катушка индуктивности | 220-330 мкГн 1A постоянного тока (см. текст) |
| R1 | Проволочный, 2 kОм |
| C1 | 330 мкФ 35VDC, с малым ESR |
| C2 | 1200 мкФ 35VDC |
| D1 | 1N4001 |
| D2 | 1N5819 |
| 1C | LM2576T-ADJ |
Немного теории
В линейных регуляторах внутренний транзистор всегда проводит ток. Но в импульсном регуляторе, внутренний транзистор работает в импульсном режиме.Когда транзистор полностью открыт, на нем почти не рассеивается мощность. Когда же он отключен, ток через него не проходит, и таким образом, Рассеиваемая мощность - 0. Но как получить регулируемое напряжение, если транзистор находится только во включенном и выключенном состоянии? Здесь нам поможет катушка индуктивности. Посмотрите Рис.3, здесь показана упрощенная версия нашей схемы.
Рис.3(A), выключатель закрыт. Ток проходит от источника питания, через катушку индуктивности, через нагрузку, и назад, к источнику питания. Магнитное поле повышается в катушке индуктивности, и на конденсаторе повышается напряжение. Поскольку ее магнитное поле расширяется с увеличением тока, катушка индуктивности противодействует потоку тока, генерируя обратный эдс, что обозначено положительным знаком. Заметьте, что диод подключен в обратной полярности и ток не проводит.
Рис.3(B), выключатель разомкнут. Ток не проходит через катушку индуктивности. Но магнитное поле запасло энергию в катушке индуктивности, и энергия не может просто исчезнуть. Таким образом магнитное поле катушки индуктивности генерирует напряжение, которое держит ток, текущий в том же самом направлении, что обозначено положительным знаком. Ток, протекающий при незамкнутом выключателе - свободная энергия передается от катушки индуктивности до нагрузки. Напряжение, генерируемое катушкой индуктивности будет проходить через диод и течет в замкнутом контуре.
При включении выключателя снова, цикл повторяется. Выходное напряжение определено рабочим циклом выключателя. Рабочий цикл установлен контуром обратной связи, не показанным в иллюстрации 3. Конденсатор понижает пульсации напряжения на нагрузке.
Рабочий цикл и Выходное напряжение
Давайте определять время цикла импульсов как инверсия частоты импульсов: T = 1/f. Тогда рабочий цикл (d) - отношение времени, пока импульсник закрыт для времени цикла.
В импульсном регуляторе отношения между выходным напряжением (Vout) и входным напряжением (Vin) зависит от рабочего цикла:
Vout = d x Vin
Теперь, когда мы знаем теорию, давайте соберем схему.
Построение
Перед созданием платы, соберем схему на макетной плате. На Рис.4 схема собрана на перфорированной макетной плате.
На Рис. 4, Вы можете видеть, что все связи спаяны с другой стороны монтажной платы. Токовые цепи пропаиваем толстым проводом для уменьшения сопротивления проводника. В Импульсном регуляторе важно соеденить все части заземления коротким проводом с низким сопротивлением. Если микросхема греется, необходимо установить нгебольшой радиатор.
Как только схема на макетной плате была проверена, можно собрать печатную плату, как показано на рис.5 (катушка индуктивности - за большим конденсатором в середине). И хотя на Рис. 5 показана двусторонняя печатная плата, на стороне монтажа - одна перемычка. Остальная часть со стороны монтажа - надписи (V и т.д.). Можно собрать односторонюю плату с единственной проволочной перемычкой.
Катушка индуктивности
Так как это - ключевой компонент, мы сначала обсудим ее. В даташите от National Semiconductor для LM2576 описано, как выбрать катушку индуктивности.
Мы собираем проект с током до 1 ампера и напряжением 12-32 В. Посмотрите на Рис.6, На графике видна зависимось индуктивности от тока и напряжения. Наша область применения лежит в пределах 220-330 мкГн. Заметьте, что более высокое входное напряжение требует большей индуктивности. Я фактически не подхожу к 40 В, таким образом мы выбираем индуктивность - 220 мкГн. (Можно использовать и 330 мкГн, ничего не сгорит, но изменится частота переключения.)
Диоды
Как упомянуто раньше, диод D1 защищает от входного напряжения обратной полярности. Можно использовать 1N4001 или подобный диод. Диод D2 - импульсный диод. Как обсуждалось, импульсный диод обеспечивает петлю для катушки индуктивности, когда выключатель открывается. В импульсном регуляторе выключатель открывается и закрывается намного быстрее чем 60 раз в секунду. LM2576 переключает с частотой 52 кГц; другие регуляторы переключают в частотах выше мегагерц, таким образом выбор импульсного диода важен.
В то время как диоды1N4001 прекрасно работают с частотой в 50-60 Гц, они не работают так хорошо над высокими частотами, используемыми в импульсных регуляторах. Определенное количество емкости связано со смещением диода. Время, требуемое для переключения диода, называют обратным временем восстановления (trr). Для 1N4001, trr - приблизительно 30 нСек.
Но при частоте 52 кГц, время цикла - T - 1 / (52 x 1000) который является приблизительно 19 нСек. Что случилось бы, Если бы мы использовали 1N4001 как импульсный диод в нашей схеме? Со временем восстановления почти в два раза больше, чем время цикла, диод никогда не прекращал бы проводить. Мы могли бы также заменить это частью провода! Очевидно, мы нуждаемся в более быстром диоде. Есть несколько типов импульсных диодов, разработанных, чтобы использовать как импульсные диоды; они имеют маленький trr. Один тип, обычно используемый - диод Шотки. В этом проекте мы будем использовать 1N5819 диод Шотки, который имеет trr меньше чем 10 наносекунд и падение напряжения 0.6 В при одном ампере. Для сравнения, диод 1N4001 имеет падение напряжения 1.1 В при 1 А.
Конденсаторы
В нашем регуляторе требуется два электролитических конденсатора, C1 и C2. C2 должен отфильтровывать пульсации выходного напряжения. Так как у нас частота переключения 52 кГц, требования к C2 меньше чем, если бы он отфильтровывал при частоте в 50-60 Гц при линейном регуляторе напряжения. Рис.8 показывает пульсации, которые отфильтровывает C2. С другой стороны, функция C1 должна гасить импульсы тока при работе LM2576. Рис.9 показывает, как проходил бы ток LM2576. Отметьте быстрое время переключения. Без C1, индуктивность в проводе между Vin и LM2576 вызывала бы снижение напряжения каждый раз при переключении, и схема будет непостоянна.
Как и с диодами, подходят не все электролитические конденсаторы. Два важных параметра для конденсаторов фильтра - ток пульсаций и эквивалентное сопротивление (ESR).
Для C2, мы можем использовать универсальный алюминиевый электролитический конденсатор. Я использовал 1200 uF.
Посмотрите еще раз на Рис.9. Та квадратная волновая форма означает высокий ток пульсаций, таким образом C1 должен иметь очень низкий ESR, чтобы препятствовать конденсатору нагреваться. (Я видел, что конденсаторы становятся настолько горячими, что обжигали палец.).
Обратная связь
Потенциометр R1 параллельно выходному напряжению обеспечивает обратную связь, требуемую LM2576 для поддержки выходного напряжения постоянным. Значение R1 важно. Если будет слишком большим, то выходное напряжение понизится при увеличении тока. Если будет слишком маленьким, Вы теряете мощность. Значение 2 кОма будет оптимальным. Я использовал проволочное сопротивление.
Диапазон Напряжений
Выходное напряжение может быть отрегулировано от минимума приблизительно 1.2 вольта до максимума близко к входному напряжению. Стандартная версия LM2576 рассчитана на 40 вольт. Версия HV имеет максимальное напряжение 60 вольт. Для этого проекта, Vin ограничено в 35В конденсаторами.
Читайте также: