Сегодня разработка импульсных стабилизаторов значительно упростилась. Стали доступны (в том числе и по цене) интегральные микросхемы, включающие в себя все необходимые узлы. Кроме того, производители полупроводниковых приборов стали сопровождать свои изделия большим количеством информации по применению, содержащей типовые схемы включения, которые удовлетворяют потребителя в подавляющем большинстве случаев.
Это практически исключает из разработки этапы предварительных расчетов и макетирования. Пример тому - микросхема КР1155ЕУ2 [5].
В ее состав входят коммутатор, датчик тока, источник образцового напряжения (5 ,1В ± 2 %), узел управления тринистором для защиты от превышения напряжения на нагрузке, узел плавного запуска, узел сброса для внешних устройств, узел для дистанционного выключения, узел защиты микросхемы от перегрева.
Рассмотрим лабораторный источник питания, разработанный на основе КР1155ЕУ2.
Технические характеристики:
- Входное нестабилизированное напряжение, В ........35...46
- Интервал регулирования выходного стабилизированного напряжения, В .......5,1...30
- Максимальный ток нагрузки, А .....
....................4
Размах (двойная амплитуда) пульсаций выходного напряжения при максимальной нагрузке, мВ..............30
Интервал регулирования срабатывания защиты по току, А.....................1...4
Схема устройства приведена на рис. 1 .
Она мало отличается от стандартной схемы включения, причем позиционные обозначения элементов совпадают.
Здесь реализован способ управления с фиксированным периодом следования импульсов, т. е. широтно-импульсное управление.
Рис.1.
Конденсатор С1 — входной фильтр.
Он имеет большую, чем указано в типовой схеме включения, емкость, что обусловлено сравнительно большим потребляемым током.
Резисторы R1 и R2 управляют уровнем защиты по току.
Максимальному суммарному их сопротивлению соответствует максимальный ток срабатывания защиты, а минимальному сопротивлению — минимальный ток. С помощью конденсатора С4 осуществляется плавный запуск стабилизатора.
Кроме того, его емкость определяет период перезапуска при превышении порога защиты по току. Резистор R5 и конденсаторы С5, С6 — элементы частотной компенсации внутреннего усилителя ошибки. Конденсатор СЗ и резистор R3 определяют несущую частоту широтно-импульсного преобразователя.
Конденсатор С2 задает время между резким уменьшением выходного напряжения (вызванного внешними причинами, например, кратковременной перегрузкой по выходу) и переходом сигнала RESO (вывод 14 DA1) в состояние, соответствующее нормальной работе, когда транзистор, включенный между выводами RESO и GND внутри микросхемы, закрывается. Резистор R6 обеспечивает нагрузку открытого коллектора этого транзистора. Если планируется использовать сигнал RESO с привязкой его к напряжению, отличному от выходного напряжения стабилизатора, то резистор R6 не устанавливают, а нагрузку открытого коллектора подключают внутри приемника сигнала RESO. 
Резистор R4 обеспечивает нулевой потенциал на входе INHI (вывод 6 DA1), что соответствует нормальной работе микросхемы. Стабилизатор можно выключить внешним сигналом высокого ТТЛ уровня.
Рис.2.
Применение диода КД636АС (его суммарный допустимый ток значительно превосходит требуемый в этом стабилизаторе) позволяет увеличить КПД на 3...5% при незначительном удорожании устройства. Это приводит к снижению температуры теплоотвода и, следовательно, к уменьшению его габаритов и массы. Резисторы R7 и R 8 служат для регулирования выходного напряжения. Когда движок резистора R7 находится в нижнем по схеме положении, напряжение на выходе минимально и равно образцовому напряжению микросхемы DA1, соответственно, когда в верхнем — выходное напряжение максимально.
Тринистор VS1 открывается сигналом СВО (вывод 15 DA1), если напряжение на входе CBI (вывод 1 DA1) превышает внутреннее образцовое микросхемы DA1 приблизительно на 20 %. Так осуществляется защита нагрузки от превышения напряжения на выходе.
Все оксидные конденсаторы К50-35, кроме С1 — К50-53. Конденсатор С6 — керамический К10-176, остальные пленочные (К73-9, К73-17 и т. д.). Все постоянные резисторы — С2-23. Переменные резисторы R2 и R7 — СПЗ-4аМ мощностью 0,25 Вт. Их устанавливают на плате с помощью кронштейнов. Дроссель L1 наматывают на двух сложенных кольцевых магнитопроводах К20х12х6,5 из пермаллоя МП 140. Обмотка содержит 42 витка провода ПЭТВ-2 1,12, намотанных в два слоя: первый — 27—28 витков, второй — остальные.
Стабилизатор собран на плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы показан на рис. 2, а раскладка деталей на рис.3 .
Микросхему, диод и тринистор закрепляют на одном теплоотводе. При этом микросхему в большинстве случаев можно не изолировать от поверхности теплоотвода, поскольку ее фланец соединен с выводом 8 (GND).
Диод и тринистор необходимо изолировать. Теплоотвод выбирают из расчета рассеиваемой мощности приблизительно 15...20 Вт и перегрева 30 °С. Уменьшить габариты и массу теплоотвода можно, применяя вентилятор (если это возможно).
Рис.3.
Следует уделить особое внимание сетевому трансформатору и выпрямителю. Трансформатор рассчитывают на выходную мощность не менее 150 Вт и выходное напряжение холостого хода приблизительно 33 В.
При максимальной нагрузке допустимо уменьшение выходного напряжения не более чем на 1,5В относительно напряжения холостого хода.
Выпрямитель выбирают на ток 3...3.5А при суммарном падении напряжения на его диодах не более 2 В. Выпрямитель (в случае монолитного исполнения) или отдельные диоды можно закрепить на том же теплоотводе, что и стабилизатор.
Хорошей альтернативой сетевому трансформатору и выпрямителю может служить импульсный преобразователь.
Анализируя два рассмотренных устройства, можно увидеть их различия. Очевидно, что первый стабилизатор дешевле второго.
Более того, пути дальнейшего удешевления первого весьма очевидны (замена диода КД2997В на КД213В при незначительном ухудшении КПД и дорогостоящего пермаллоевого дешевым ферритовым магнитопроводом).
Во втором устройстве КД213В (как, впрочем, и КД2997В) уже не подойдет из-за инерционности, а замена магнитопровода не приведет к заметному уменьшению стоимости. Детали для первого стабилизатора можно найти в рабочем столе любого радиолюбителя, чего не скажешь о втором.
Однако первое устройство требует повышенных затрат времени на этапе проектирования. Кроме этого, оно имеет большее число элементов при меньших функциональных возможностях.
О. Семенов
| 