改进开关稳压器。方案、说明

改进开关稳压器。无线电电子电气工程百科全书

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8年《无线电》第1985期杂志《简单的关键稳压器》一文中介绍了一种开关稳压器，其技术方案相对简单，具有较高的能量性能，非常适用于为 TTL 微电路上的设备供电。同时，随着稳压器的进一步完善，其效率、输出电压的不稳定性、脉冲负载下瞬态过程的持续时间和性质等特性都得到了显着改善。

已经确定，在稳定器的工作过程中，所谓的直通电流通过一个复合键晶体管发生。该电流出现在比较节点的信号下，关键晶体管打开，而开关二极管还没有来得及关闭的时刻。该电流的存在会导致加热晶体管和二极管的额外损耗，并降低整个设备的效率。

另一个缺点是在负载电流接近极限时输出电压的明显纹波。为了对抗纹波，在稳定器中引入了一个额外的输出 LC 滤波器 (L2C6)。仅通过降低电感器L2的有源电阻，就可以降低负载电流变化引起的输出电压的不稳定性。改善瞬态过程的动态特性（特别是减少其持续时间）与降低电感器电感的需求相关，但这将不可避免地增加输出电压纹波。

图1（点击放大）

因此，建议排除 L2C6 滤波器（图 1），并通过将多个电容器并联到电池，将电容器 C3、C4 的总电容增加 5 ... 10 倍。图上。图 2 显示了带有脉冲负载的改进型稳定器中的瞬态过程视图。与图 3 中的图表比较。上述文章中的 XNUMXa 显示了瞬态的显着改善。

改进开关稳压器
Ris.2

修改后的稳定器的不同输入电压值的负载特性 Uout=f(In)（另见同一篇文章的图 2，b）如图 3 所示。 0,5、从这些图的比较可以看出，在输入电压为4～15V的情况下，输出电流在25～2A的范围内，输出电压的不稳定性降低了XNUMX倍。

改进开关稳压器
Ris.3

原稳压器中的R3C2电路实际上并没有改变输出电流下降的持续时间，所以可以去掉（关闭电阻R3），电阻R4的阻值可以增加到820欧姆。但随后，随着输入电压从 15 V 增加到 25 V，流过电阻 R4（在原器件中）的电流将增加 1,7 倍，耗散功率将增加 3 倍（最高 0,7 W )。根据输出电路将下电阻R4（在修改后的稳压器电路上也是R4）连接到电容C3、C4的正极，可以减弱这种影响，但其阻值应降低到620欧姆.

对抗通过电流的有效方法之一是增加通过打开的关键晶体管的电流的上升时间。然后，当晶体管完全打开时，通过 VD1 二极管的电流将减小到几乎为零。如果通过关键晶体管的电流形状接近三角形，则可以实现这一点。如计算所示，要获得这种形式的电流，存储电感L1的电感不应超过30 μH。

另一种方法是使用更快的开关二极管（VD1），例如KD219B。这就是所谓的肖特基势垒二极管。与传统的高频硅相比，这种二极管在相同电流值下具有更高的速度和更小的压降。电容器 C3-C7 - 来自 K52-1 系列。

上述所有变化都不会导致稳定器的电路图和印刷电路板发生重大变化。

通过改变关键晶体管的工作模式也可以获得器件参数的改进。原来的和改进的稳压器中的大功率晶体管VT3工作的特点是它工作在有源模式，但在不饱和模式，因此具有高电流传递系数和快速关闭。然而，由于其上的电压增加，当它打开时，功耗比最小可实现值高 1,5 ... 2 倍。

您可以通过将相对于正电源线的正偏置电压施加到晶体管 VT2 的发射极来降低关键晶体管上的电压（见图 1）。调整稳压器时选择偏置电压的值。如果它由连接到电源变压器的整流器供电，则可以在变压器上提供一个单独的绕组来获得偏置电压。但是，在这种情况下，偏置电压会随着电源电压而变化。

为了获得稳定的偏置电压，必须修改稳压器（图 4），并且必须通过缠绕额外的绕组 II 将电感器变成变压器 T1。当关键晶体管闭合而二极管 VD1 断开时，绕组 1 上的电压由以下表达式确定：U1==Uout+Uvd1。由于此时输出端和二极管两端的电压略有变化，因此无论绕组 II 上的输入电压值如何，电压实际上是稳定的。整流后馈入晶体管VT2的发射极。

图4（点击放大）

第二版改进稳定器的能量特性改进如图 5 所示。在图 2 中，为了比较，为第一个变体显示了类似的依赖关系（也与上述文章中的图 14,7a 进行比较）。同时，修改后的稳定器的第一个版本的热损失减少了 24,2%，第二个版本减少了 4%，这使它们能够在高达 XNUMX A 的负载电流下运行，而无需在控制器上安装关键晶体管散热器。

改进开关稳压器
Ris.5

在选项 1 的稳定器中，L1 扼流圈包含 11 匝，由一束 1 根 PEV-0,35 22 导体缠绕而成。绕组置于由 2000NM 铁氧体制成的 B0,25 铠装磁路中。在杯子之间，您需要放置一个由 textolite 制成的垫片，厚度为 2 mm。在方案1的稳压器中，变压器T1是通过在电感线圈L1上绕两圈PEV-0.35 310的导线形成的。可以用硅代替锗二极管D212，例如KD212A或KDXNUMXB，而绕组II的匝数必须增加到三。

作者：A. Mironov，Lyubertsy，莫斯科地区；出版物：N. Bolshakov，rf.atnn.ru

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