Миниатюрный импульсный стабилизатор напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, о котором пойдет речь, разрабатывался под кон­кретный корпус, в качестве которого был взят корпус из белого полистирола от миниатюрной телефонной розетки 2xRJ11 размерами 58x42x21 мм. Устройство предназначено для подключения в качестве дополни­тельного модуля к лабораторному блоку питания с выходным напряжением 10...24 В постоянного тока и рассчитано на подключение нагрузки с номинальным напряжением питания 5 В при'токе до 0,5 А. Практи­ческая необходимость в таком стабилизаторе была обусловлена тем, что при отладке макетов конструк­ций для их питания часто требуется несколько напря­жений, обычно +5 В, и одно или несколько напряже­ний в диапазоне +8 +24 В Это вынуждает использо­вать или многоканальный лабораторный блок питания, который может быть занят питанием других устройств, или вынуждает задействовать несколько вспомога­тельных блоков питания, что не только загромождает рабочий стол, но и нередко требует их синхронного включения/выключения.

Схема

Стабилизатор напряжения +5 В постоянного тока построен на широко распространенной интегральной микросхеме МС34063АР. Структурный состав этой микросхемы показан на рис. 1.

 Использованная в кон­струкции ИМС выполнена в корпусе DIP-8, более эф­фективно отводящим тепло, чем вариант исполнения этой микросхемы в корпусе SO-8, предназначенного для поверхностного монтажа Микросхема работоспо­собна при входном напряжении до 40 В. Максималь­ный импульсный ток выходного транзистора может до­стигать 1,5 А.

Принципиальная схема устройства представлена на рис. 2.

 Напряжение питания 10...24 В через фильтр С1, L1, С2, самовосстанавливающийся предохрани­тель FU1 и защитный диод Шоттки VD1 поступает на вход микросхемы импульсного стабилизатора напря­жения DA1. Конденсаторы С4, С5, С6 сглаживают пуль­сации входного напряжения. Конденсатор С7 опреде­ляет рабочую частоту преобразователя напряжения, которая в этом устройстве составляет 30...80 кГц в за­висимости от входного напряжения питания и потреб­ляемом нагрузкой токе. Дроссель L2 - накопительный. Конденсаторы С8 , С12 и дроссель L3 сглаживают пуль­сации выходного напряжения, размах амплитуды ко­торых при максимальном токе нагрузки на превыша­ет 5 мВ на частоте преобразования. Выходное напря­жение определяется соотношением сопротивлений ре­зисторов R2 и R3 Чем больше сопротивление R3, тем будет выше выходное напряжение. Стабилитрон VD3 с напряжением стабилизации 6,2 В защищает нагруз­ку от повреждения высоким выходным напряжением при неисправности DA1. В случае, если составной клю­чевой транзистор микросхемы будет пробит, выход­ное напряжение стабилизатора будет стремиться по величине достигнуть входного, стабилитрон VD3 от­кроется и ограничит выходное напряжение на уровне напряжения стабилизации VD3. Ток через этот стаби­литрон резко возрастет, также возрастет ток и через самовосстанавливающийся предохранитель FU1, пре­дохранитель быстро разогреется и перейдет в состояние высокого сопротивления, протекающий через него и через нагрузку ток резко снизится. Сверхъяркий светодиод HL1 сигнализирует о наличии выходного на­пряжения. Самовосстанавливающийся предохранитель необходим также и для защиты исправной микросхемы от перегрузки, поскольку, при некоторых сочетаниях тока нагрузки и входного напряжения стабилизатора, встро­енная в микросхему защита может оказаться неэф­фективной.

При входном напряжении импульсного стабилиза­тора 12 В и потребляемом нагрузкой токе 0,5 А, потреб­ляемый стабилизатором ток составит около 280 мА. Та­ким образом, КПД преобразователя напряжения со­ставит около 60 %. Если бы на месте импульсного ста­билизатора был линейный стабилизатор напряжения, то при таких же условиях его КПД оказался бы не бо­лее 41 %. Причем, с ростом входного напряжения раз­рыв в КПД между импульсным и линейным стабили­затором будет увеличиваться. Микросхемы серии МС34063 при работе в качестве понижающих преоб­разователей напряжения не являются лидерами по КПД, одна из причин этого - составной транзистор Дарлингтона в качестве силового ключа. Тем не ме­нее, понижающие преобразователи напряжения на этих ИМС экономичнее линейных, дешевы, компакт­ны, благодаря чему широко распространены и в про­мышленных устройствах. Например, импульсные ста­билизаторы на МС34063 можно встретить в многофунк­циональных телефонных модемах Zyxel серии Omni 56К, планшетных сканерах Genius ColorPage.

Детали

Вид на монтаж устройства показан на рис. 3.

Интегральную микросхему МС34063АР можно за­менить ~на МС34063АР1, МС33063АР1, MC33063AVP (термостойкая), КА34063А, IP33063N, IP34063N. Для повышения надежности микросхемы к ее корпусу не­обходимо приклеить латунный или медный теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности 6... 10 см² (одна сторона). Приклеить теплоотвод можно с помо­щью теплопроводящего клея "Алсил", "Радиал". Такой клей должен быть консистенции жидкой сметаны (в продаже очень часто встречается просроченный или уже затвердевающий клей). При отсутствии такого клея можно воспользоваться моментальным клеем "Секунда" или аналогичным, способным склеивать ме­таллы. Склеиваемые поверхности зачищают средне- зернистой наждачной бумагой и обезжиривают аце­тоном, чистым спиртом. После нанесения на обе по­верхности первого тонкого слоя моментального клея его просушивают 20 минут. Затем надо нанести второй слой, после чего склеиваемые компоненты соединяют. Дио­ды с барьером Шоттки 1N5819 можно заменить на MBRS140T3, MBR150, MBR160, BYV10-40. Вместо ста­билитрона 1 N5341 подойдет 2С456А, КС162А. Светодиод RL30-CD744D можно заменить любым аналогич­ным сверхъярким синего или белого свечения. Подой­дут и другие светодиоды общего применения. Конден­саторы С1, С2, СЗ - керамические или пленочные на рабочее напряжение не ниже 35 В. С4, С6 - керами­ческие или танталовые (SMD) на рабочее напряжение не менее 25 В. С7 - пленочный или керамический. С8, С10, С12-танталовые. С11 - керамический. С5, С9- оксидные алюминиевые. Резистор R1 - МЛТ, С1 -4 или импортный аналог. Остальные резисторы применены малогабаритные для поверхностного монтажа (SMD). Все дроссели могут быть изготовлены на кольцах из низкочастотного феррита НМ2000 размером 10x6x5. Дроссель L1 содержит один виток сложенного вдвое многожильного монтажного провода. Дроссель L2 со­стоит из двух таких колец, склеенных вместе -15 вит­ков литцендрата ПЭВ-1 11x0,13. Дроссель L3- 10 вит­ков такого же или одножильного провода ПЭВ-2 0,68. Перед укладкой обмоток острые края колец затупля­ют, после чего кольца плотно обматывают лакотканью. Собранные дроссели L2, L3 желательно пропитать трансформаторным лаком или компаундом. Самовос­станавливающийся предохранитель можно заменить на MF-R030, LP60-025, LP60-030.

Эксплуатация

Безошибочно собранный из исправных деталей стабилизатор начинает работать сразу. При необхо­димости подбором сопротивления резистора R3 мож­но изменить выходное напряжение. При настройке ста­билизатора на питание нагрузки напряжением +5 В ре­комендуется устанавливать выходное напряжение в пределах 5,05.. 5,1 В, чтобы компенсировать падение напряжения в соединительных проводах. Благодаря наличию диода VD1 этот стабилизатор можно подклю­чать к сетевым адаптерам с выходным напряжением переменного тока. Подойдут адаптеры питания с на­пряжением на вторичной обмотке силового трансфор­матора 12... 16 В.

Литература

1. Бутов А.Л Импульсный стабилизатор для телефонного аппарата. - Радиомир, 2008, №11, стр. 6, 7

2. Бутов А.Л. Регулируемый блок питания с импульсным стабилизатором напряжения. - Радио, 2008 №10,

Андрей Бутов

Ярославская область, с. Курба E-mail: andrey-rad@yandex.ru