强大的开关直流电压调节器。方案、说明

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在开关稳压器中，有一类特殊的器件是采用脉冲宽度 (PW) 原理输出电压调节的器件。它们的独特特性是在整个负载电流范围内纹波水平保持恒定。可以将稳定器与供电的数字设备同步，这在某些情况下可以简化其兼容性问题的解决方案。

该稳定器设计用于为数字微电路制成的电子设备供电。具有软启动，无输出电压浪涌，负载电流两级保护，过载解除后自动返回工作模式，并能长时间处于输出电路闭合模式。

稳定器示意图如图1所示

图1（点击放大（）

在元件DD1.1、DD1.2上制作了矩形脉冲时钟发生器。该电路由电阻器 R9 和元件 DD2.2 的输入电容组成，产生一定的脉冲时间延迟。因此，在 DD2.2 元件的输出端，产生一个矩形信号，相对于 DD1.1 元件输出端的信号延迟 0,4 ... 0,5 µs。

脉冲宽度控制节点建立在元件DD1.3、DD2.1、DD2.2和触发器DD3.1之上。稳定器关键元件的控制脉冲由触发器DD3.1产生。在发生器延迟脉冲的边缘，触发器切换到单一状态。 R2C2电路根据电路在DD2.1元件的顶部输入处产生幅度约为100mV的三角电压脉冲。触发器在输入 R 上切换至状态 0。

启动时，第一时刻的输出电压为零，在DD2元件的输入端（引脚2.1），只有三角脉冲工作，其幅度小于元件的阈值电压（对于CMOS微电路）用于稳定器时，它是其电源电压的 0,55 ... 0,6）。在元件DD1.3的下部输入处有单个信号，并且当元件DD3.1的输出处出现低电平信号时触发器DD1.1切换到零状态。在这种情况下，触发器DD3.1的单个状态的持续时间是最大的并且接近发电机振荡的半周期，这对应于关键元件的打开状态的最大时间。

当输出电压达到控制区时，在 DD2.1 元件的上输入端出现脉冲衰减之前，DD1.3 元件的上输入端的电压将有时间增加到阈值，并且持续时间触发器DD3.1的单一状态减小到稳态时的值。从此时起，输出电压停止增加——器件进入稳定模式。

如果由于某种原因（例如，负载电流急剧下降）输出电压增加，则单个触发输出脉冲变得更短，并且稳定器的输出电压再次接近其稳定值。

SHI控制单元的输出连接到基于晶体管VT2、VT3的脉冲放大器的输入，该脉冲放大器是具有变压器输出的受控稳定电流发生器。通过变压器 T3 次级绕组的电流由电阻器 R11 的电阻决定，约为 1,5 A。通过电流发生器控制关键晶体管 VT4，可以强制其开关过程并获得低饱和电压。

在触发器DD3.1的单一状态下，电流发生器在控制单元的输出脉冲期间通过变压器T3的初级绕组提供恒定电流。磁化电流的线性增加分量出现在初级绕组中。选择变压器T3的初级绕组的电感，使得磁化电流的最大值不超过晶体管VT10的集电极电流的15…2%。因此，晶体管VT4的基极电流在其打开时实际上保持不变。

晶体管VT2截止后，变压器T3与电源断开，磁化电流分量开始减少，流经VD8VD9R15电路。这导致变压器两个绕组上的电压极性发生变化。向晶体管VT4的发射结提供负电压确保其强制关闭。

Техническиехарактеристики

输入电压，V.......21...34
输出电压，V....... 5
保护装置的脱扣电流，А.......17±1
在整个输入电压值范围内，负载电流为 15 A 时的输出纹波电压摆幅，mV，不大于......30
负载电流从 1 到 15 A、输入电压从 21 到 34 V 变化时输出电压变化的限制.......4,9...5,1
工作频率，千赫...... 30

当晶体管VT4闭合时，输入和输出电压之间的差值施加到电感器L3上，并且通过它的电流增加。晶体管VT4截止后，电感中的电流不能立即中断，因此二极管VD11、VD12断开，形成电流流通的电路。在指定的电感值下，振幅。电感电流（以及滤波器的电容器 C10-C13）的可变分量在平均电流值高达 3 A 时为 15 A。为了减少输出电压纹波，有必要收集通过并联多个电容器进行滤波。为了更好的平滑，额外安装了一个滤波器L4C14，可以将纹波幅度降低3...5倍，并防止高频干扰渗透到负载中。

为了减少 VT4 晶体管切换时的动态损耗，器件中引入了附加元件 T2、VD5、C7、L2 和 C9R16VD10 电路。在器件的每个工作周期中，当晶体管VT4开通时，其饱和电压在几十纳秒内达到其稳态值。 VD10 二极管闭合，不影响该电压的下降速率。晶体管VT4的集电极电流以由变压器T2的初级绕组的电感确定的速率增加，并在大约12μs内达到15…2A的值。因此，晶体管VT4的集电极电流的增加发生在其饱和电压的低值处，这急剧降低了晶体管打开时的动态损耗。经过规定的时间后，变压器T2的磁路饱和，其绕组上的电压降至零，直至该时间段结束，不影响稳压器的工作。

当晶体管VT4闭合时，变压器T2绕组上的电压改变符号，二极管VD5打开，变压器中存储的能量转换为电容器C7的电荷。同时，晶体管VT4的集电极和发射极之间的电压开始升高，二极管VD10打开，与该晶体管并联电容器C9。此时晶体管电压上升的速率决定了电容器C9的电容值（上升时间约为1μs）。下一次晶体管VT4打开时，该电容器通过电阻器R16放电。

保护系统的主要环节是负载电流传感器，制作在电流互感器T1上。利用时钟发生器的单个信号，组装在元件DD2.3、DD2.4上的保护装置的触发器被重置为零(元件DD0的输出处的电平2.4)。此时，晶体管VT4截止。当它打开时，线性增加的电压被提供给DD2.3元件的上部输入。当负载电流小于最大值时，元件DD2.3上部输入端的电压不超过阈值。如果发生过载，晶体管 VT4 的集电极电流达到某个值，此时 DD2.3 元件上部输入端的电压超过其阈值，保护触发器切换到单一状态（输出端为 1 级） DD2.4 元素）。在这种情况下，触发器DD3.1被设置为零状态并且晶体管VT4闭合。稳压器进入负载限流模式，输出电压下降。

这种模式对于稳定器来说并不危险（VT4晶体管的集电极电流受到限制），但对于负载来说可能是不可接受的。为了保护负载，保护系统的第二级被打开，该系统由集成电路VD2R6R10C6和DD3.2触发器上的单个振动器组成。触发器DD3.2的初始状态-零。如果过载持续超过 70 ... 150 ms（取决于其多重性），电容器 C6 两端的电压会增加并达到阈值，并且触发器 DD3.2 会切换到单一状态约 2 s。元件DD2.2的下部输入处的单一状态禁止向触发器DD3.1提供时钟脉冲并且稳定器被关闭。在此期间，电容器C6通过电阻R10放电，电容器C8通过电阻R13充电至阈值，触发器DD3.2被设置为其原始状态。稳定器将自动启动。如果未消除过载，则重复该过程。

通过选择电阻R7，可以在很宽的范围内改变保护系统的工作电流。随着电阻的增加，电流将成比例地减少。

SHI 控制单元的电源由 VD4 齐纳二极管上的参数稳定器提供，输出电压的高稳定性由 VT1 VD1 电流发生器供电。

图2以图形方式显示了在电源电压的三个特征值下稳定器效率对负载电流的依赖性。很容易看出，效率在 3 ... 8 A 的负载电流范围内达到最大值。如果稳定器假设在 10 ... 15 A 的负载电流范围内使用，那么它是建议通过用另一个电阻 11 ... 2,2 欧姆替换电阻器 R2,4 来将其最大效率转向更高的电流。

强大的开关直流稳压器
Ris.2

图3显示了稳定器的负载特性。该图显示输出电压的稳定性非常高（5 V ± 2%），足以为任何系列的数字微电路制成的设备供电。

强大的开关直流稳压器
Ris.3

变压器 T1-T3 和扼流圈 L2、L4 采用尺寸为 K20x12x6 的环形磁芯（由 2000NM1 铁氧体制成）。在变压器T2和扼流圈L2、L4的磁路中，需要提供0.4mm宽的非磁隙。为此，最好用金刚石圆盘将环切成两半，或者在极端情况下将其劈开，然后在两个切口中放置由几层薄纸制成的 0,2 毫米厚的垫圈重新组装，该垫圈充分浸渍了环氧树脂。连接磁路的两半后，将它们紧紧地压缩并使树脂硬化。用锉刀去除多余的硬化树脂。扼流圈 L4 缠绕在两个相同的环上，并堆叠在一起，以便它们的间隙必须匹配。

变压器T1的绕组1为一匝截面至少为1mm2的绞线。由于确保绕组之间的最大电磁耦合非常重要，因此该匝不能沿着其起点和终点之间的最短距离缠绕。它铺设在磁路（用几层漆布包裹）上，使线圈的起点和终点并排在环筒的外侧，中间与距起点最远的点相邻并终止于环孔的内表面。

绕组 II 包含 200 匝 PEV-1 0,1 线。 T1 变压器的绕组 2 包含 7 匝截面至少为 1 mm2 的绞线，绕组 II - 7 匝 PEV-1 0,68 线。 T3变压器的绕组I包含120匝PEV-1 0,25电线，绕组II包含10匝PEV-1 0,68电线。

油门 L1 - D-0,1。您也可以使用另一台允许电流至少为 30 mA 的电源。 L2 扼流圈的绕组包含 35 匝 1 mm 的 PEV-0,68 线，L4 扼流圈包含 5 匝横截面至少为 2 mm2 的绞线。电感L3采用48NM2000铁氧体制成的B1铠装磁芯，中间杆间隙为0,6毫米。其绕组包含 10 匝，由一束 25 根 PEV-1 0,44 电线制成。绕组的有源电阻约为4MΩ。流经电感L2的电流平均值为2A，L3、L4为18A。

该器件中使用的微电路可以用 K564 系列中的类似微电路替换。

电容器 C7 C10-C14 - K50-24。也可以使用 K50-27、K50-29、K50-31、K52-1。电容器 C8、C4 - K50-6，其余 - 来自 KM 系列。固定电阻-MLT，调谐电阻R18-SP14-1。

测试器件时，晶体管VT2、VT4，二极管VD5、VD11。 VD13安装在厚度为5毫米、表面积为400平方厘米的硬铝制成的普通板式散热器上。稳定器在负载电流为2A、采用立式散热片的情况下长期运行时，其温度不超过15℃。

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