Настройка импульсного блока питания на uc3842

Обновлено: 06.07.2024

Любой разработчик может столкнуться с проблемой создания простого и надежного источника питания для конструируемого им устройства.

Еще недавно это представляло определенную сложность. Однако в настоящее время существуют достаточно простые схемные решения и соответствующая им элементная база, позволяющие создавать импульсные источники питания на минимальном количестве элементов.

В настоящей статье вниманию читателей предлагается описание одного из существующих вариантов простого сетевого импульсного блока питания.

Сетевая часть блока питания

Предлагаемый вашему вниманию вариант импульсного блока питанияреализован на основе микросхемы UC3842. Эта микросхема (МС) получила распространение, начиная со второй половины 90-х годов.

На ней реализовано множество различных источников питания для телевизоров, факсов, видеомагнитофонов и другой техники. Такую популярность UC3842 получила благодаря своей малой стоимости, высокой надежности, простоте схемотехники и минимальной требуемой обвязке.

Семейство МС 384х с незначительными отличиями выпускают многие производители:

UC3842 (Unitrode, Unitra, Solitron, Phillips Semiconductors),
KA3842 (Fairchild Semiconductor),
DBL3842 (Daewoo),
SG3842 (MicroSemi, Silicon General),
TL3842 (Texas Instruments),
KIA3842 (KEC),
GL3842 (LG) ,
и многие другие.

Существуют также отечественные микросхемы КР1033ЕУ10 и КР1033ЕУ16, которые являются модифицированными аналогами UC3842/43/44.

Рис. 1. Обобщенная функциональная схема семейства микросхем 384х.

Обобщенная функциональная схема семейства микросхем 384х представлена на рис. 1.

МС семейства 384х выпускаются в различных корпусах — DIP8, SOIC8, DIP14, SOIC14. Между ними существуют незначительные различия, которые сводятся, например, к наличию отдельных выводов питания и земли у выходного транзисторного каскада. Однако наибольшей популярностью пользуются МС в корпусе DIP8. В дальнейшем

Таблица 1. Назначение выводов микросхем семейства 3842/3843:

SOIC14

вывода

мы будем рассматривать именно такое исполнение МС. Назначение выводов МС семейства 384х приведено в табл. 1.

Микросхема содержит следующие основные узлы:

стабилитрон ограничения напряжения питания (между выв. 5 и 7), обычно на напряжение 36 В (у некоторых производителей это напряжение отличается, например, в DBL3842A указана величина 29);
компаратор 1, неинвертирующий вход которого соединен с источником питания, а инвертирующий вход - с внутренним источником опорного напряжения +16 В (у других МС семейства используются другие значения источника опорного напряжения). Этот компаратор определяет напряжение включения МС;
управляемый выходным сигналом компаратора СОМР1 источник опорного напряжения Vref (+5 В, <50 мА), выход которого соединен с выв. 8. Кроме того, к источнику подключены внутренние цепи смещения;
источник опорного напряжения (+5 В), который через резистивный делитель на 2 соединен с неинвертирующим входом усилителя ошибки. Инвертирующий вход этого усилителя соединен с выв. 2, а выход - с выв. 1;
усилитель ошибки, с выхода которого напряжение через два диода и резистивный делитель на 3 поступает на инвертирующий вход компаратора 2, к которому также подключен стабилитрон на напряжение 1 В; второй неинвертирующий вход компаратора соединен с выв. 3 (Current Sense);
встроенный генератор импульсов, вход которого соединен с выв. 4 МС, к которому подсоединяется время-задающая RC цепочка;

Выход компаратора 2 соединен с входом R триггера ШИМ.

Выход генератора соединен с входом S триггера ШИМ; его инверсный выход соединен с многовходовым элементом ИЛИ, другие входы которого соединены с выходом компаратора 1 и генератора импульсов; выходы элемента ИЛИ управляют мощным транзисторным выходным каскадом, выход которого соединен с выв. 6.

Принцип работы МС легче рассматривать при сопоставлении ее функциональной схемы и принципиальной схемы сетевой части источника питания, изображенной на рис. 2.

На входе блока питания расположен сетевой выпрямитель напряжения, включающий плавкий предохранитель PR1 на ток 5 А, варистор Р1 на 275 В для защиты блока питания от превышения напряжения в сети, конденсатор С1, терморезистор R1 на 4,7 Ом, диодный мост VD1-VD4 на диодах FR157 (2А, 600 В) и конденсатор фильтра С2 (220 мкФ х 400 В).

Терморезистор R1 в холодном состоянии имеет сопротивление 4,7 Ом, и при включении питания ток заряда конденсатора С2 ограничивается этим сопротивлением.

Далее резистор разогревается за счет проходящего через него тока, и его сопротивление падает до десятых долей ома. При этом он практически не влияет на дальнейшую работу схемы.

Резистор R2 обеспечивает питание МС в период запуска блока питания. Обмотка трансформатора W2, диод VD6, конденсатор С8, резистор R6 и диод VD5 образуют так называемую петлю обратной связи (Loop Feedback), которая обеспечивает питание МС в

Рис. 2. Принципиальная схема сетевой части самодельного импульсного источника питания на микросхеме .

рабочем режиме, и за счет которой осуществляется стабилизация выходных напряжений. Конденсатор С7 является фильтром питания МС. Элементы R4C5 составляют времязадающую цепочку для внутреннего генератора импульсов МС.

Резистивный делитель R2R3 задает напряжение, вырабатываемое петлей обратной связи, на входе усилителя ошибки, другими словами, определяет напряжение стабилизации.

Элементы R5C6 необходимы для компенсации АЧХ усилителя ошибки. Резистор R9 - токоограничивающий, резистор R13 защищает полевой транзистор VТ1 в случае обрыва резистора R9.

Резистор R11 является измерительным для определения тока через транзистор VТ1. Элементы R10C10 образуют интегрирующую цепочку, через которую напряжение с резистора R11, являющееся эквивалентом тока через транзистор VТ1, поступает на второй компаратор МС.

Элементы VD7, R8, С9, VD8, С11 и R12 формируют требуемую форму импульсов, устраняют паразитную генерацию фронтов и защищают транзистор от мощных импульсов напряжения.

Возрастающее напряжение на конденсаторе фильтра С2 приводит к заряду конденсатора С7 через резистор R7. Ток заряда достаточно мал и не превышает 3. 5 мА.

При достижении напряжения на конденсаторе С7 уровня 16 В (порог срабатывания первого компаратора, обусловленный величиной напряжения внутреннего источника опорного напряжения, подключенного к инвертирующему входу компаратора), компаратор включается и на его выходе формируется высокий уровень. Следует

отметить, что компаратор имеет гистерезис, т. е. напряжение срабатывания равно 16 В, а напряжение выключения— 10 В для МС 3842 (для 3843 — 8,4 В и 7,6 В соответственно).

Пока компаратор не включен, низкий уровень на его выходе блокирует элемент ИЛИ и выходной транзисторный каскад (управляющий полевым транзистором VТ1), который в это время закрыт.

Когда компаратор 1 включен, его высокое выходное напряжение включает источник опорного напряжения +5 В (Vref) и разблокирует элемент ИЛИ.

При включении источника опорного напряжения встроенный генератор начинает вырабатывать узкие положительные прямоугольные импульсы, частота которых определяется элементами R4C5 и которые поступают на вход S триггера ШИМ и третий вход элемента ИЛИ.

Эти импульсы через элемент ИЛИ (и, соответственно, транзисторный выходной каскад), открывают полевой транзистор VТ 1. Ток через VТ1, первичную обмотку W1 трансформатора Т1 и резистор R11 начинает возрастать.

Напряжение с резистора R11, пропорциональное протекающему току, через интегрирующую цепочку R10C10 поступает на вход 3 МС (неинвертирующий вход компаратора 2).

Поскольку преобразователь еще не достиг рабочего режима (не запустился), конденсатор С8 еще не зарядился, и его напряжение меньше напряжения на конденсаторе С7.

Следовательно, диод VD5 еще закрыт. Конденсатор С7 в момент импульса теряет напряжение, и при достижении на нем напряжения выключения компаратор 1 выключится (за счет гистерезиса).

Напряжение с конденсатора С7 через делитель R2R3 попадает на инвертирующий вход усилителя ошибки. Оно оказывается ниже 2,5 В, получаемых на неинвертирующем входе усилителя ошибки за счет деления опорного напряжения (+5 В) на два (на внутренних резисторах R-R).

Как следствие, напряжение на выходе усилителя ошибки высокое, и через делитель 2R-R включается стабилитрон на инвертирующем входе компаратора 2.

Как только напряжение на истоке транзистора VТ 1 превысит 1 В, компаратор 2 включится и сбросит триггер ШИМ по входу R. Выходной каскад выключается, следовательно, выключается транзистор VТ1.

Поскольку сопротивление резистора R7 достаточно велико, за время одного описанного цикла запуска конденсатор С7 успевает разрядиться, а конденсатор С8 в цепи обмотки обратной связи W2 успевает немного подзарядиться через диод VD6.

Попытки запуска будут повторяться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе С8 не превысит напряжение на конденсаторе С7. Тогда диод VD5 откроется, и обмотка обратной связи начнет питать МС. Периодичность попыток запуска определяется постоянной времени элементов R7C7.

Как только напряжение на делителе R2R3 превысит 2,5 В, напряжение на выходе усилителя ошибки уменьшится и стабилитрон выключится. Наступит режим стабилизации по обмотке обратной связи, а следовательно, и по всем другим обмоткам.

В этом режиме любое уменьшение напряжения в цепи обратной связи и на делителе R2R3 вызывает увеличение напряжения на выходе усилителя ошибки и на инвертирующем входе компаратора СОМР2, а следовательно увеличение тока через полевой транзистор VТ1 и первичную обмотку W1 трансформатора Т1 и возрастание передаваемой мощности, а значит и повышение выходных напряжений. Очевидно, что уменьшение напряжения в цепи обратной связи вызовет обратный эффект.

Отметим некоторые особенности применяемых элементов.

1. Из приведенного выше описания следует, что измерительный резистор R11 фактически задает возможный максимальный ток через полевой транзистор VТ1. Так, при максимальном токе 2 А его номинал должен быть 0,51 Ом, при максимальном токе 1А -соответственно 1 Ом и т. д. Рекомендуемый тип резистора - С5-16МВ.

2. Несмотря на то, что внутри МС имеется стабилитрон, ограничивающий максимальное напряжение на выв. 7 (питание), в особо ответственных блоках питания рекомендуется устанавливать мощный дополнительный внешний стабилитрон примерно на 22. 24 В.

3. Элементы коррекции АЧХ усилителя ошибки R5C6 следует устанавливать в соответствии с указанными номиналами, причем емкость конденсатора С6 особенно критична и должна находиться в диапазоне 91. 110 пФ.

4. Элементы времязадающей цепи R4C5 определяют частоту внутреннего генератора импульсов. Эта частота может изменяться в достаточно широких пределах и достигать 250 кГц. Желательно использовать конденсатор С5 с большим сопротивлением постоянному току.

Соотношение элементов RC цепочки может быть различным, однако при больших значениях R и малых значениях С диапазон регулирования значительно больше, чем при малых значениях R и больших значениях С. Оптимальными являются емкости конденсатора от 2700 до 5100 пФ и номиналы резистора от 91 до 130 кОм.

5. Следует отметить, что общий провод сетевой части является виртуальным, он ни в коем случае не должен быть соединен с выходным общим проводом блока питания или корпусом изделия.

6. Иногда для улучшения формы импульса на трансформаторе параллельно резистору R9 можно подключать импульсный диод анодом к затвору полевого транзистора. Параметры используемых диодов или их возможной замены приведены в табл. 2.

7. В некоторых случаях бывает необходимо осуществлять регулировку выходного напряжения, для чего в схему следует ввести переменный резистор, включив его в разрыв делителя R2R3, а вывод движка соединив со входом 2 МС.

8. Резисторы R8 и R12 рассеивают достаточно большую мощность. Их мощность рассеивания должна быть не менее 5 Вт. В случае отсутствия таких резисторов возможно последовательное включение резисторов меньшей мощности (так часто и поступают многие изготовители блоков питания на описываемой МС).

9. Поскольку паразитные выбросы на первичной обмотке при переключении транзистора могут достигать достаточно высоких напряжений (до 700-800 В), рекомендуется использовать конденсаторы С9 и С11 на напряжение 1000 В.

10. Следует применять в схеме полевые транзисторы с запасом по току и напряжению. Параметры используемого транзистора и возможные варианты его замены приведены в табл. 3.

11. Полевой транзистор следует установить на пластинчатый радиатор с площадью не менее 6 см2 (при учете постоянного обдува).

Таблица 2. Параметры диодов и их возможной замены:

Таблица 3. Параметры полевых транзисторов

мость

напряжение,

Макс.
ток, А Мощ

ность,

Вт

Сопротивление
открытого
транзистора, Ом Тип

кор

пуса

12. Трансформатор преобразователя намотан на ферритовом сердечнике с каркасом ETD39 фирмы Siemens+Matsushita. Этот набор отличается круглым центральным керном феррита и большим пространством для толстых проводов. Пластмассовый каркас имеет выводы для восьми обмоток. Сборка трансформатора осуществляется с помощью специальных крепежных пружин.

Следует обратить особое внимание на тщательность изоляции каждого слоя обмоток с помощью лакоткани, а между обмотками W1, W2 и остальными обмотками следует проложить несколько слоев лакоткани, обеспечив надежную изоляцию выходной части схемы от сетевой. Обмотки следует наматывать способом “виток к витку”, не перекручивая провода.

Естественно, не следует допускать перехлеста проводов соседних витков и петель. Намоточные данные трансформатора приведены в табл. 4.

В заключение следует отметить, что при отладке сетевой части рекомендуется помнить о мерах безопасности, поскольку элементы сетевой части преобразователя гальванически связаны с сетью. Не рекомендуется включать отдельно сетевую часть без нагрузки: это может привести к значительному возрастанию напряжения на отдельных элементах и их пробою.

Таблица 4. Намоточные данные трансформатора Т1:

№	Контакт	Назначение	Провода	Витки	Предельный ток, А	Напряжение холостого хода, В
1	1-16	Первичная W1	4*ПЭВ-2-0,15	90	2	-
2	2-15	Обратная W2	3*ПЭВ-2-0,15	10	0,1	18
3	3-14	W3 для +5 В	4*ПЭВ-2-0,35	11	6	16
4	4-13	W4 для +15/12 В	2*ПЭВ-2-0,35	16	1,5	20
5	5-12	W5 для-15/12 В	2* ПЭ В-2-0,35	16	1,5	20

Выходная часть блока питания представлена на рис. 3. Она гальванически развязана от входной части и включает в себя три функционально идентичных блока, состоящих из выпрямителя, LC-фильтра и линейного стабилизатора.

Первый блок - стабилизатор 5 В (5 А) - выполнен на МС линейного стабилизатора А2 SD1083/84 (DV, LT). Эта микросхема имеет схему включения, корпус и параметры, аналогичные МС КР142ЕН12, однако рабочий ток составляет 7,5 А для 1083 и 5 А для 1084. Отечественный аналог - КР142ЕН22.

Второй блок-стабилизатор +12/15 В (1 А) - выполнен на МС линейного стабилизатора АЗ 7812 (12 В) или 7815 (15 В). Отечественные аналоги этих МС - КР142ЕН8 с соответствующими буквами (Б, В), а также К1157ЕН12/15.

Рис. 3. Выходная часть самодельного импульсного блока питания, схемы выпрямителей и стабилизаторов напряжения.

Третий блок-стабилизатор -12/15 В (1 А) - выполнен на МС линейного стабилизатора А4 7912 (12 В) или 7915 (15 В). Отечественные аналоги этих МС - К1162ЕН12/15.

Резисторы R14, R17, R18 необходимы для гашения излишнего напряжения на холостом ходу. Конденсаторы С12, С20, С25 выбраны с запасом по напряжению ввиду возможного возрастания напряжения на холостом ходу. Рекомендуется использовать конденсаторы С17, С18, С23, С28 типа К53-1А или К53-4А. Все МС устанавливаются на индивидуальные пластинчатые радиаторы с площадью не менее 5 см2.

Вентилятор подключен к стабилизатору +12/15 В, хотя возможно сделать дополнительный выпрямитель или стабилизатор на +12 В без особой фильтрации. Все радиаторы установлены вертикально, перпендикулярно выходящему через вентилятор воздушному потоку.

К выходам стабилизаторов подключены по четыре провода длиной 30. 45 мм, каждый комплект выходных проводов обжат специальными пластиковыми зажимами-ремешками в отдельный жгут и оснащен разъемом того же типа, который используется в персональном компьютере для подключения различных периферийных устройств.

В заключение следует отметить, что на трансформаторе предусмотрены выводы еще для двух обмоток, а при аккуратной плотной намотке остается еще 1/3 свободной площади окна, так что при необходимости номенклатуру напряжений можно легко расширить.

Параметры стабилизации определяются параметрами МС стабилизаторов. Напряжения пульсаций определяются параметрами самого преобразователя и составляют примерно 0,05% для каждого стабилизатора.

Схема представляет собой классический обратноходовый БП на базе ШИМ UC3842. Поскольку схема базовая, выходные параметры БП могут быть легко пересчитаны на необходимые. В качестве примера для рассмотрения выбран БП для ноутбука с питанием 20В 3А. При необходимости можно получить несколько напряжений, независимых или связанных.

Выходная мощность на открытом воздухе 60Вт (длительно). Зависит главным образом от параметров силового трансформатора. При их изменении можно получить выходную мощность до 100Вт в данном типоразмере сердечника. Рабочая частота блока выбрана 29кГц и может быть перестроена конденсатором С1. Блок питания рассчитан на неизменяющуюся или мало меняющуюся нагрузку, отсюда отсутствие стабилизации выходного напряжения, хотя оно стабильно при колебаниях сети 190. 240вольт. БП работает без нагрузки, есть настраиваемая защита от к/з. КПД блока - 87%. Внешнего управления нет, но можно ввести с помощью оптопары или реле.

Силовой трансформатор (каркас с сердечником), выходной дроссель и дроссель по сети заимствованы с компьютерного БП. Первичная обмотка силового трансформатора содержит 60витков, обмотка на питание микросхемы - 10витков. Обе обмотки наматываются виток к витку проводом 0,5мм с одинарной межслойной изоляцией из фторопластовой ленты. Первичная и вторичная обмотки разделяются несколькими слоями изоляции. Вторичная обмотка пересчитывается из расчета 1,5вольта на виток. К примеру, 15вольтовая обмотка будет 10витков, 30вольтовая - 20 и т.д. Поскольку напряжение одного витка достаточно велико, при малых выходных напряжениях потребуется точная подстройка резистором R3 в пределах 15. 30кОм.

Настройка
При необходимости получить несколько напряжений можно воспользоваться схемами (1), (2) или (3). Числа витков считаются отдельно для каждой обмотки в (1), (3), а (2) - иначе. Поскольку вторая обмотка является продолжением первой, то число витков второй обмотки определяется как W2=(U2-U1)/1.5, где 1.5 - напряжение одного витка. Резистор R7 определяет порог ограничения выходного тока БП, а также максимальный ток стока силового транзистора. Рекомендуется выбирать максимальный ток стока не более 1/3 паспортного на данный транзистор. Ток можно высчитать по формуле I(Ампер)=1/R7(Ом).

Сборка
Силовой транзистор и выпрямительный диод во вторичной цепи устанавливаются на радиаторы. Их площадь не приводится, т.к. для каждого варианта исполнения (в корпусе, без корпуса, высокое выходное напряжение, низкое, и.т.д.) площадь будет отличаться. Необходимую площадь радиатора можно установить экспериментально, по температуре радиатора во время работы. Фланцы деталей не должны нагреваться выше 70градусов. Силовой транзистор устанавливается через изолирующую прокладку, диод - без неё.

ВНИМАНИЕ!
Соблюдайте указанные значения напряжений конденсаторов и мощностей резисторов, а также фазировку обмоток трансформатора. При неверной фазировке блок питания заведется, но мощности не отдаст.
Не касайтесь стока (фланца) силового транзистора при работающем БП! На стоке присутствует выброс напряжения до 500вольт.

Замена элементов
Вместо 3N80 можно применить BUZ90, IRFBC40 и другие. Диод D3 - КД636, КД213, BYV28 на напряжение не менее 3Uвых и на соответствующий ток.

Запуск
Блок заводится через 2-3 секунды после подачи сетевого напряжения. Для защиты от выгорания элементов при неверном монтаже первый запуск БП производится через мощный резистор 100 Ом 50Вт, включенный перед сетевым выпрямителем. Также желательно перед первым запуском заменить сглаживающий конденсатор после моста на меньшую емкость (около 10. 22мкФ 400В). Блок включают на несколько секунд, потом выключают и оценивают нагрев силовых элементов. Далее время работы постепенно увеличивают, и в случае удачных запусков блок включается напрямую без резистора со штатным конденсатором.

Ну и последнее.
Описываемый БП собран в корпусе МастерКит BOX G-010. В нем держит нагрузку 40Вт, на большей мощности необходимо позаботиться о дополнительном охлаждении. В случае выхода БП из строя вылетает Q1, R7, 3842, R6, могут погореть C3 и R5.

Сегодня много простых схем импульсных блоков питания на минимальном количестве не дефицитных элементов.

В статье, ниже предлагаем описание одного из вариантов простого импульсного блока питания на недорогой микросхеме UC3842.

Схема реализована на основе микросхемы UC3842. Эта микросхема получила широкое распространение, начиная со второй половины 90-х годов. На ней реализовано множество различных источников питания для телевизоров, факсов, видеомагнитофонов и другой техники. Такую популярность UC3842 получила благодаря своей малой стоимости, высокой надежности, простоте схемотехники и минимальной требуемой обвязке.

Принципиальная схема импульсного источника питания на мс UC3842 (КА3842)

Резистор R7 обеспечивает питание ИМС в период запуска блока питания. Обмотка II трансформатора Т1, диод VD6, конденсатор С8, резистор R6 и диод VD5 образуют так называемую петлю обратной связи (Loop Feedback), которая обеспечивает питание ИМС в рабочем режиме, и за счет которой осуществляется стабилизация выходных напряжений. Конденсатор С7 является фильтром питания ИМС. Элементы R4, С5 составляют времязадающую цепочку для внутреннего генератора импульсов ИМС.

Трансформатор преобразователя намотан на ферритовом сердечнике с каркасом ETD39 фирмы Siemens+Matsushita. Этот набор отличается круглым центральным керном феррита и большим пространством для толстых проводов. Пластмассовый каркас имеет выводы для восьми обмоток. Намоточные данные трансформатора приведены в таблице, ниже:

Резисторы R14, R17, R18 необходимы для гашения излишнего напряжения на холостом ходу. Конденсаторы С12, С20, С25 выбраны с запасом по напряжению ввиду возможного возрастания напряжения на холостом ходу. Рекомендуется использовать конденсаторы С17, С18, С23, С28 типа К53-1А или К53-4А. Все ИМС устанавливаются на индивидуальные пластинчатые радиаторы с площадью не менее 5 см2.

Конструктивно блок питания выполнен в виде одной односторонней печатной платы, установленной в корпус от блока питания персонального компьютера. Вентилятор и входные сетевые разъемы используются по назначению. Вентилятор подключен к стабилизатору + 12/15 В, хотя возможно сделать дополнительный выпрямитель или стабилизатор на +12 В без особой фильтрации.

Все радиаторы установлены вертикально, перпендикулярно выходящему через вентилятор воздушному потоку.

Параметры стабилизации определяются параметрами ИМС стабилизаторов. Напряжения пульсаций определяются параметрами самого преобразователя и составляют примерно 0,05% для каждого стабилизатора.

Схемы ЛБП, опубликованных в свое время в различных технических журналах, довольно громоздки, несмотря на неплохие параметры (много из этих схем мне довелось изготавливать). Думаю, что понятие «лабораторный» не должно ассоциироваться с большим объемом и неподъемной массой.

Я считаю основными характеристиками ЛБП:
1. Надежность.
2. Мобильность (для меня это важно) а, значит, малый вес и габариты.
3. Минимальные потери на регулирующем силовом элементе.
4. Высокие регулировочные и нагрузочные характеристики.
5. Доступность и дешевизна комплектующих.
6. Минимальная сложность схемы.
7. Простота в изготовлении и настройке.
7. Хорошая повторяемость и, конечно, — малые временные затраты на сборку девайса.

Понятно, что малые габариты и вес, высокий КПД и приличная мощность, — все это можно совместить лишь в импульсном блоке питания. Именно в этом направлении пытался продвинуться и я, собрав и испытав несколько незамысловатых схем импульсных ЛБП, о которых речь пойдет ниже. Все схемы собраны с применением элементной базы от старых компьютерных БП и электронных трансформаторов «Ташибра» и им подобных.

Как и говорилось выше, упор при конструировании данного ЛБП, как и всех последующих, делается на имеющиеся комплектующие, поэтому и предлагается здесь не технология изготовления каких-либо узлов (намотка дроссля или трансформатора), а подбор ИЗ ТОГО, ЧТО ЕСТЬ, коль уж, речь идет о достаточно быстром и бесдефицитном изготовлении ЛБП.
Безусловно, найдется пара узлов, нуждающихся в модернизации, но в большинстве случаев постараемся избегать ненужных трудозатрат.
Если согласны с такой концепцией, читаем дальше.

↑ Схема 1

была собрана и испытана на популярной серии микросхем 38ХХ. В конструкции применялись микросхемы TL3842 и UCC3804. При тестировании схемы на ее вход подавались напряжения от 42 до 60В. Снимаемые токи достигали величины до 4А в диапазоне регулировки от 3 до 35В (до 50В при входном напряжении 60В).
Эта схема, как и все последующие, описанные здесь, существовала и тестировалась лишь на беспаечной макетке, что значительно скрадывало ее эксплуатационные характеристики, как если бы схема была собрана на печатной, грамотно разведенной, плате.

Работа ЛБП происходит следующим образом. После подачи питания на ЛБП, на 7 вывод ШИ-регулятора DA1 подается напряжение 12В от параметрического стабилизатора R1/VD1, достаточное для его включения. Встроенный стабилизатор напряжения микросхемы «оживает» и начинает работать тактовый генератор, частота которого определяется компонентами R6, C4. Практически сразу же на выходе DA1 (pin 6) появляется положительный импульс, фронтом открывающий полевой транзистор VT1, который, в свою очередь, открывает составной силовой ключ на транзисторах VT2, VT3, осуществляющий в открытом состоянии «накачку» контура, образованного дросселем L1, конденсатором С3 и сопротивлением нагрузки.

Как только напряжение в точке соединения элементов P1-R8 достигнет порога срабатывания усилителя ошибки (2,5В), импульс на выводе 6 микросхемы перестает существовать, запирая своим спадом транзисторы ключей в ожидании разряда контура, отдающего накопленную энергию в нагрузку. При напряжении ниже порога срабатывания усилителя ошибки, процесс «накачки» контура, с последующей отдачей энергии в нагрузку, возобновляется.

В качестве лирического отступления замечу, что ШИМ-управляемые ЛБП по большому счету — нонсенс, т. к. при простой схемотехнике, сопоставимой по сложности с линейными регулируемыми источниками питания, весьма трудно добиться внятного ШИ-регулирования из-за плохой привязки процессов, происходящих в реактивных накопительных цепях ШИ-регулируемых БП, к собственно регулируемому выходному напряжению. Мы пойдем другим путем и легко допустим сваливание ШИ-регулятора в обычный релейный режим, где пропуск 4-5 импульсов на такт регулирования будет считаться нормой. Чтобы при этом не происходило характерного свиста или гудения дросселя, повысим частоту тактового генератора ШИ-регулятора, уменьшим индуктивность дросселя.

Таким образом, ШИ-регулирование будет происходить не всегда, а лишь на участках регулирования, требующих частой «накачки» контура — на «холостом ходу» ЛБП, либо в зависимости от потребляемого тока — при подключенной нагрузке. Все остальное время работа ШИ-регулятора будет блокирована малой активностью контура, накопившего, но не отдавшего энергию, вследствии чего, напряжение на входе усилителя ошибки будет удерживаться значительное время.

В случае использования данного ЛБП с электронным трансформатором, необходимости особой в конденсаторе нет. Почему? Об этом несколько позже.

Плюсы ЭТОГО ЛБП: простая схемка, возможны небольшие габариты конструктива, малый нагрев, позволяющий использование силового ключа без радиатора при токе до 2-х Ампер (при использоваиии указанного транзистора VT3-гарантировано), неплохая стабилизация (провал напряжения в диапазоне от 5 до 30В и подключении нагрузки, обеспечивающей ток не менее 3-х Ампер , составил не более 0,2В), бесшумная работа в рабочем диапазоне токов и напряжений, нет сложностей в настройке, возможность подачи достаточно высоких входных напряжений, определяемых лишь электрическими характеристиками полупроводниковых приборов и номиналами резисторов (в разумных, конечно, пределах).

Минусы: пульсации с частотой коммутации ключа при максимальной нагрузке достигают 200 мВ, желательна экранировка конструкции, нет защиты от КЗ (но и задача такая перед автором не стояла, а на базе данного ШИ-регулятора защита реализуется легко). Плавность регулировки так же не мешало бы улучшить путем добавления в цепь регулирования дополнительного потенциометра.

↑ Схема 2

Следующая схема имеет несколько лучшие характеристики по сравнению со Схемой 1, имея на порядок меньший уровень пульсаций во всем диапазоне регулировки выходного напряжения от +1,2 до +30В.

Концепция построения подобных схем известна мне, по меньшей мере с 1979 года, когда впервые в журнале «Радио» я увидел схему лабораторного БП, где обычный линейный регулируемый стабилизатор был совмещен со схемой импульсного регулятора, что позволяло данному ЛБП обрести характеристики линейного регулятора с высоким КПД, малыми пульсациями и высоким коэффициентом стабилизации.

Импульсный регулятор отслеживал падение напряжения на силовых электродах регулирующего транзистора стабилизатора, и в момент достижения напряжения между его входным и выходным электродами значения в 2В, прекращал подачу напряжения в LC-контур, установленный на входе линейного стабилизатора. Таким образом, при любом значении напряжения, установленного на выходе линейного стабилизатора, падение напряжения на его силовых электродах (К-Э или Э-К, — неважно в данном случае) не превышало 2-х Вольт. В самом худшем случае, мощность, рассеиваемая на транзисторе, не превысила бы 10Вт, при том, что стабилизатор был расчитан на выходной ток 5А. Что меня останавливало тогда от сборки этого ЛБП, так это большое количество деталей, которых у меня тогда не было вовсе, как, впрочем, и средств для их приобретения.

Ну, что же, ЛБП, изображенный на схеме 2, является эхом того самого, описанного в журнале «Радио» ЛАБОРАТОРНОГО БП. Эхом достаточно далеким, т. к. в различной технической литературе этот концепт в различных схемных воплощениях засвечивался не раз.

Как и в Схеме 1, ШИ-регулятор выполнен на микросхеме семейства 38ХХ (DA1), где усилитель ошибки выполняет лишь команды оптрона IC1, отслеживающего, собственно, падение напряжения на входе-выходе микросхемы DA2, являющейся классическим линейным стабилизируемым регулятором — КР142ЕН22А. Эта микросхема способна выдать ток до 7,5А при регулировке выходного напряжения от 1,2 до 37В.
Многим ЕН22А нравится именно поэтому. Но не все так просто. Мощность, которую способна выдержать микросхема, всего 30Вт. Посчитаем. При входном напряжении 40В и выходном — 30В, ток 3А будет для нее максимальным. Да и при использовании ее в обычном линейном режиме понадобится радиатор больших размеров. Ну, а, если представить, что падение напряжения на силовых электродах этой микросхемы не будет превышать 3-х Вольт?

Правильно. Это нам подойдет. Напряжение зажигания светодиода оптрона около 1,5В. Еще 0,7В упадет на последовательно включенным со светодиодом оптрона диоде VD1 и токоограничительном резисторе R2 при рабочем токе через светодиод около 10 мА — 0,33В при номинале R2 — 33Ома = 2,53В. Приблизительно. Минимальное падение напряжения на электродах микросхемы не должно быть меньше этого значения, т. к. меньшее падение напряжения на силовых электродах микросхемы может ухудшить параметры стабилизатора. Поэтому, нанеся некоторый ущерб КПД, можем увеличить сопротивление R2 до 200-300Ом.

Эксперементально доказано, что светодиоды оптронов зажигаются уже при токе 1 мА, а «светочувствительности» входа ошибки DA1 хватает для срабатывания ШИ-регулятора. Впрочем, все познается в эксперименте и при возможном повторении конструкции, подбор номинала R2 все равно будет необходим, если только кого-то не устроят значения по умолчанию.

Ключ на мощном полевом транзисторе (пробовались IRFP460A, IRF1407, 55N80) имеет стандартное включение по отношению к DA1 и пусть никого не смущает то обстоятельство, что выход ЛБП не имеет «общего» провода.

О деталях. Дроссель — все тот же. Оптрон использовал первый попавшийся LV817. Другие не пробовал, но думаю, что результат при использовании других оптронов получится не хуже.

Наладка заключается в установке диапазона выходных напряжений (путем подбора дросселя, сопротивлений R10, 11), установке оптимального падения напряжения на DA2 путем подбора R2. Схема работоспособна в широком диапазоне входных напряжений (номиналы ориентированы 40-60В по входу).

Все плюсы ЛБП по схеме 2 уже расписаны в тексте. Можно добавить лишь то, что при проверке на нагрев, все силовые компоненты схемы, включая транзистор параметрического стабилизатора, были расположены на одном небольшом радиаторе. При токе 3А нагрев радиатора не был ощутимым. Он был просто теплым. Схема самая простая из тех (данного концепта), что мне доводилось встречать ранее.

Из минусов: Требуется параметрический стабилизатор для питания DA1, что несколько снижает общий КПД. Ну и, немного больше деталей по сравнению с предыдущей схемой. Остальные минусы найдете сами.

ШИМ-контроллеры – достаточно популярный элемент в схемах импульсных блоков питания. Они способствуют повышению КПД конечного устройства, выступают в роли задающего генератора.

Микросхема UC 3842 реализует ШИМ-контроллер с обратной связью, построенный на базе полевых транзисторов.

Структурная схема (может пригодиться для глубокого понимания принципа работы) выглядит следующим образом.

Рис. 1. Структурная схема

Рис. 2. Распиновка для первого типа

Производителем предполагается несколько вариантов использования данной ИМС, например, в качестве:

Генератора импульсов;
Усилителя сигнала ошибки;
Элемента организации обратной связи по току;
Выключателя по уровню напряжения;
И т.д.

Но самое популярное – построение преобразователей тока и блоков питания.

Простейшая схема, рекомендуемая производителем (можно найти в даташите), выглядит так.

Рис. 3. Простейшая схема, рекомендуемая производителем

Как и всегда с импульсными БП, здесь придётся повозиться с намоткой трансформатора.

Для расчёта его параметров необходимо использовать специальный софт (для непрофессионалов так будет проще и быстрее). Например – Flyback 8.1 и т.п.

В промышленных БП, собранных на той же микросхеме, часто используется типовая схема. Она ниже.

Рис. 4. Типовая схема

Ещё одна проверенная схема.

Рис. 5. Ти повая схема

Реальные БП, собранные по ней, могут длительно отдавать мощность до 60 Вт (20 В, 3 А). При перекомпоновке трансформатора можно добиться и более высокого показателя.

Трансформатор можно намотать на сердечнике, взятом из компьютерного БП, например, из сломанного. Но можно рассчитать и намотать с нуля.

Еще одна схема, но на базе аналогичной микросхемы (из той же серии) – UC3844.

Рис. 6. Схема на базе микросхемы UC3844

Работает она на частоте 100 кГц, обеспечивает выходное напряжение 12 В и силу тока 2 А (24 Вт в итоге). Допускаются колебания входного напряжения с отклонением до 20% от номинала (будет работать даже от напряжения в 175 В).

Номиналы и подробную инструкцию по намотке трансформатора можно найти в этом файле.

UC3844 можно легко заменить на UC3842, но перед этим нужно согласовать рабочую частоту. Это делается за счёт конденсатора в колебательном контуре.

Мнения читателей

Почему после диодного моста стоит конденсатор на 250 вольт, когда везде ставится на 400 вольт?

В этих схемах НЕТ колебательных контуров! Напротив, с любыми колебаниями ведут непримириую борьбу.

Номиналы и подробную инструкцию по намотке трансформатора можно найти в этом файле. Эта сноска битая.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Читайте также: