三个带开关稳压器的电源。方案、说明

三个带开关稳压器的电源。无线电电子电气工程百科全书

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过去，带有开关稳压器的自制电源非常难以制造和配置，因为它们必须完全由分立元件制成。因此，在业余无线电环境中，带有线性稳定器的电源更受欢迎。

线性稳压器的主要缺点是效率低、输入和输出电压差异大、需要使用相当大尺寸的散热器，这导致结构的重量和尺寸增加。与使用线性稳压器的设计相比，具有开关稳压器的器件效率更高、重量更轻且尺寸通常更小。使用开关稳压器的专用集成电路，可以显着简化开关稳压器的电路，同时提高其可靠性和性能。

带开关稳压器的小功率电源原理图如图 1 所示。 3,3. 该电源可在高达 9 A 的负载电流下提供 0,5 V 至 34063 V 的输出电压。该设计中的开关稳压器在流行的廉价集成电路（例如 Motorola 的 MC3AP）上实现。该微电路在 40 ... 1,5 V 的输入电压下保持运行，允许您创建升压、降压和反相电压转换器。该微电路作为脉冲降压转换器包含在内。如果输入电压超过稳定电压至少3倍，则在此模式下使用它是最合理的。当输入和输出电压之间的差异较小时，稳定器的效率降低，接近线性稳定器的效率。降压转换器正常工作所需的输入和输出电压之间的最小差值为XNUMXV。

三个带开关稳压器的电源
图。 1

交流电压220V通过熔断器FU1和不可燃保护电阻R1提供给降压变压器T1的初级绕组。来自变压器次级绕组的电压通过自恢复保险丝 FU2 馈送到由肖特基二极管 VD1 ... VD4 构成的桥式整流器。电容器C1平滑整流电压的纹波。变阻器 RU1 可保护电源变压器和桥式整流器二极管在电源电压浪涌和脉冲噪声期间免受损坏。

低阻值电阻R2是保护DA1芯片过载所必需的，其阻值越大，芯片内置保护启动的电流越小。微电路的振荡器频率由电容器C4设定。肖特基二极管VD5和存储电感L1的作用是将高输入电压转换为低稳定输出电压，其值取决于电阻R5的阻值以及串联的恒定电阻R3和可变电阻的总电阻。 R4。由于微电路的比较器力图将引脚5处的电压维持在1,25V左右，因此电阻R3和R4的总阻值越大，稳定器的输出电压就越低。电感器 L2 和 L3 是 LC 滤波器的一部分，用于平滑输出稳定电压的纹波。强大的齐纳二极管 VD7 可在稳定器发生故障时保护负载免受损坏，同时自复位保险丝 FU2 将起作用。二极管 VD6 降低了芯片损坏的可能性。当输出端有稳压器时，HL1 LED 会亮起。

按照图1的方案精确制作。可维修部件之一是电源，不需要设置带有开关直流稳压器的电源，采用流行的LM2575系列集成电路制成，采用该系列微电路制成的开关稳压器能够提供向负载提供高达 1 A 的电流。LM2575T 最高可达 40 V。在本设计中，使用了 LM2575T-5.0 型微电路，专为 +5 V 的固定输出稳定电压而设计。在具有此类稳定器的设备中，使用了允许在 PSU 输出处获得其他电压的电路解决方案。

降压变压器T1上的节点的工作方式与第一个器件中的类似节点相同。电容C1、C2、C3——DA1芯片的电源滤波器。扼流圈 L1 - 存储。稳定器的输出电压纹波由两段低通滤波器 C4C9L2C10C11L3 C12C13 平滑。通过开关SB1，可以选择5V或9V的输出电压。当该开关的触点打开时，DA4引脚1的电压通过电阻R2提供，电阻RXNUMX的阻值决定了稳压器的输出电压。该电阻的阻值越大，输出电压就越高。

当触点 SB1 闭合时，稳定器输出端的电压将等于所应用稳定器的工作输出电压。应该注意的是，降压开关稳压器从整流器消耗的电流比它们提供给负载的电流要少。此外，稳定器的输入和输出电压之间的差异越大，在恒定负载电流下该电流就越小。为了器件稳定工作，电容C2、C3必须尽可能靠近DA1芯片的电源引脚安装。电容器C1也需要满足这个条件。

上图。 2. 给出了更强大的微电路图，在本例中为 5,0 ... 5,2 V。

三个带开关稳压器的电源
图。 2

电阻器 R3 和二极管 VD6 降低了微电路损坏的可能性。

当输出电压为 5 V 时，“绿色”LED HL1 点亮。在输出电压为 9 V 时，“红色”LED HL2 也会发光，因为稳定器输出端的电压将大于 HL2 LED 和 VD8 齐纳二极管的总工作电压。安装在稳压器输出端的强大 VD7 齐纳二极管可降低稳压器发生故障时损坏负载的可能性。

根据图 2 的方案，毫无疑问由可维修部件制成。 2 电源插入网络后立即开始工作。如有必要，通过选择电阻器 R9 的阻值，您可以更准确地将输出电压设置为 2 V 或您需要的其他接近电压。也可以安装一个可变电阻来代替R5，这样就可以平滑地调节输出电压，例如从12V到XNUMXV。可变电阻的金属壳屏蔽必须连接到公共线。

当稳定器输出电压为 9 V、负载电流为 1 A、输入电压为 16 V 时，稳定器消耗的电流约为 0,6 A，相当于其效率约为 93%（不包括阶跃损耗）降压变压器和桥式整流器。相比之下，相同条件下线性稳定器的效率不会超过56%。当输入电压为19V、输出为5V、负载电流为1A时，稳定器从桥式整流器消耗的电流约为0,31A，对应的效率约为84%，幅度为在脉冲转换器DA20的频率操作下，最大负载电流下稳定器输出端的纹波电压不超过1mV。

上图。图3显示了更强大的电源的示意图，它是带有开关稳压器的充电器和电源。该设备允许您同时连接两个设备，例如袖珍Flash播放器、相机、手机，通过USB接口电缆为其内置电池充电或直接为这些设备供电以节省电池资源。此外，该设计还可用作具有过载保护功能的强大实验室电源。该器件采用 SGS-Thomson MicroElectronics L4960 型集成电路组装而成，是一款可调降压开关稳压器。该微电路能够提供高达2,5A的负载电流，输出电压为+5.40V，效率高达90%。 L4960微电路的最大电源电压为+46V。该微电路具有内置的过载和过热保护功能。

降压变压器 T1 上的节点的工作方式与前面讨论的器件中类似节点的工作方式相同。整流电压的纹波由大容量氧化电容器C4平滑。直流电压提供给集成开关调节器DA1。上图。图3显示了更强大的电源的示意图。

米。 3（点击放大）

负载电流为1A时，转换频率DA83约为1kHz。电感L1为储能电感。输出电压取决于电阻器R5、R6和R3的阻值比。当可变电阻器 R5 和电阻器 R6 的总电阻为零时，开关调节器的输出电压将为 5,0 ... 5,2 V。输出电压纹波由两链 LC P 滤波器 C12C13 L2C15C16L3C17C18 平滑。在负载电流为 20 A 时，转换器频率下的输出电压纹波不超过 1 mV。电阻器 R7 和二极管 VD1 保护 DA1 免受可能的损坏。

该电源可以工作在两种模式下，通过SB1按钮选择，在电路图所示的位置，该设备作为USB充电器工作，输出电压为+5V，与可变电阻的位置无关R5滑块。如果将SB1移至第二位置，该器件将作为输出电压可调的电源工作。工作模式由 HL3 LED 指示。当该结构在“充电器”模式下运行时，当设备用作实验室电源时，该 LED 呈绿色或黄色闪烁。晶体管VT1、VT2上的节点被设计为指示充电电流的存在。根据电路图中电阻R9、R12的阻值，当流过相应负载的电流大于1mA时，发光二极管HL2、HL150发光。如果你想让LED在较低的充电电流下发光，那么2SA105硅晶体管可以用锗晶体管代替，例如MP39B。 MP25A、MP26比较好，或者将电阻R9、R12设置大一些。自复位熔断器 FU3、FU4 在短路或过载时工作。强大的齐纳二极管 VD7 和电容器 C14 可保护连接到 USB 插座的设备免受输出电压浪涌的影响（这种情况可能在切换 SB1 时发生）。

请注意，插座 XS1 由更高电流的自恢复保险丝 FU3 供电。此外，SB2按钮的存在允许您将电流消耗相对较高的设备连接到该插孔。为此，触点 SB2 必须闭合，这将消除电阻器 R9 上的输出电压下降。强大的 VD8 齐纳二极管可降低稳压器发生故障时损坏负载的机会。如果由于某种原因稳定器输出端的电压超过 15 V，则微电路的内置保护或自复位保险丝 FU2 将起作用。如果同时不尽快关闭电源，则VD8稳压二极管将被击穿。为了避免本设计和先前设计中的保护性齐纳二极管击穿，可以用标准三极管组件来补充浪涌保护，该组件由一个中等功率三极管、一个齐纳二极管和一个电阻器组成。

而不是降压变压器。 TP112-8 适用于总功率为 7 W、次级绕组电压为 14 ... 18 V 的任何人。代替变压器。 TP114-7 适合总功率至少为 13 W、次级绕组电压为 15.20V 的任何人。型变压器。可以用TP-30-2代替。 TTP40 或类似设备，总功率至少为 30 瓦。桥式整流器输出端的电压越高，稳定器在恒定负载电流下消耗的电流就越少。压敏电阻TNR10G471K可以替换为任何430V、470V，例如FNR-07K471、FNR-14K471 MLT、C1-4、C2-23、C1-14。所有电路中的电阻器R1最好使用不可燃的，例如。 P1-7 或陶瓷外壳中功率为 1 或 2 W 的小尺寸电线。可变电阻器 - SDR-4 或具有线性特性的类似电阻器。必须将绝缘材料制成的手柄放在可变电阻器的轴上。

氧化物电容器-K50-35、K50-68、K53-19的进口类似产品。无极性电容——陶瓷电容，进口类似的K10-17、KM-5、KM-6或不利于SMD设计。与桥式整流器的二极管并联安装在稳压器输入端的陶瓷电容器的工作电压必须至少为 30 V。其余陶瓷电容器的工作电压必须为 16 V。

您可以使用 MBR360、350N1、MBR5825、DQ360、MBRD06CT、MBR660、1060WR50 二极管代替 SR06 肖特基二极管。同样的二极管可以替代肖特基二极管1N5822和低功耗肖特基二极管——1N5819，在没有带肖特基势垒的二极管的情况下，可以用KD213、2D213系列的二极管代替，KD1。齐纳二极管KS4001A可以用KS1V代替。 4001N1。齐纳二极管 4007N4001 可以用 4007RMT208VTZ 替换。 209SMB243BT162、162N1。 BZV5341C-1V5339稳压二极管可用1N5919A代替，TZMC-1V5919代替稳压二极管。 R3KE1A可安装5919N55或D4D。而不是齐纳二极管。 R3KE1A 将适合 4731 个 N4、D3E。 LED 适合任何类似的连续发光颜色。 SS6、12SA1、KT5349、KT815、KT6 KT15 系列中的任何一个都可以代替 pn-p 低功率晶体管 1SA5352。

MC34063AP 集成电路可以用 MC34063AP1 或更可靠的 MC33063A（采用 DIP-8 封装）替代。为了借助导热胶来提高此类微电路的可靠性，需要粘合冷却表面积为8 cm2575的铜肋散热器。集成电路LM5.0T-5设计用于+220V输出电压，它采用五引脚封装TO-2575制成，您可以使用LM5.0TV-220微电路代替。体内制造的。 TO-2575 或 L.M2D5.0T-2576，或 LM2576 系列的类似芯片。 LM3系列的微电路允许高达2575A的负载电流。在LM2576、LM3,3系列的微电路中，还有用于固定输出电压12V、15V、1,23V和可调输出电压的微电路。 37 ... 60 V。微电路必须安装在冷却表面积至少为 2 cm3 的铜或硬铝散热器上。如果是电源，则按照图2576的方案进行组装。 200、设计负载电流为300A，则LM4960系列微电路的散热片必须至少为200cmXNUMX。在狭窄、通风不良的建筑物中，至少 XNUMX 平方厘米。 LXNUMX芯片还必须安装在冷却表面积至少为XNUMX cmXNUMX的散热器上。（一边）。

可以使用类似的 LP60 系列代替 MF-R 系列的聚合物自复保险丝。类型开关。 P2K、PKN、自由触点组并联。存储扼流圈（所有电路中的 L1）必须具有 150.300 μH 的电感，它可以在由 32NN 铁氧体制成的 K20x6x2000 环形磁路上制成。使用金刚石圆锯或优质钢锯在环上切出 1 ... 1.5 毫米宽的贯穿切口。将一块没有箔的textolite粘到形成的间隙中。用漆布缠绕环后，用 22x0,18 毫米利兹线在其上缠绕 50 ... 60 匝，这将是大约 2 米的线。如果戒指在切割过程中分成两半，可以用瞬间强力胶将其粘在一起。

在绕组的各层之间需要放置一层漆布或。 PVC胶带。每层绕组均浸渍有 zaponlak。所有电路中的电感器 L2 和 L3 均包含 15 匝相同的导线，缠绕在由 M20NM 铁氧体制成的 K12x6x2000 环上。在铺设绕组之前，将环稍微锉平并分成两半。然后用瞬间强力胶或胶水粘合。 BF 并在室温下干燥至少一天。对于稳压器，按图1的方案制作。 0,05、可以使用更小的磁路。您还可以使用绕组电阻不超过 3 欧姆的合适工业制造扼流圈。对于按照图 0,02 的方案组装的稳定器。 2、电感线圈的电阻最好不大于3欧姆。另外，可以使用自制的扼流圈来代替扼流圈LXNUMX和LXNUMX。例如，显像电视和监视器的光栅校正线圈中的 H 形铁氧体磁芯。

作者：Butov A.L.

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