Принципиальная схема импульсного понижающего стабилизатора на ИС TL494

В предлагаемом на рис. 37 стабилизаторе максимальное входное напряжение составляет 30 В, оно ограничено максимально допустимым напряжением сток-исток р-канального полевого транзистора VT 1 RFP60P03 фирмы Mitsubishi Electric [ ]. Резистор R 3 и конденсатор С 6 задают частоту внутреннего генератора пилообразного напряжения, она определяется по формуле

Рис. 37

На рис. 37 указано: VD 1-КД212А; VD 2-2Д2998Б; VТ 1-RFP60PO3; C 1, C2-2200 мк×40 В; C 3-10 мк×63В; C 4-0,1мк; C 5-1000 мк×25В; C 6-4700; C 7-0,1 мк; FU 1-MF R400; R 1-200 Ом, 0,125 Вт; R 2-510 Ом, 0,5 Вт; R 3-30 кОм, 0,125 Вт; R 4-1 М, 0,125 Вт; R 5-47 кОм, 0,125 Вт; R 6-4,7 кОм, 0,125 Вт; R 7-4,7 кОм; R 8-5,6 кОм, 0,125 Вт; R 9-1 кОм, 0,125 Вт; L 1-80 мкГн; I-6 А; U_вх =24 В; U_вых =0…11 В.

С источника опорного напряжения (вывод 14) через резистивный делитель R 6, R 7 на инвертирующий вход усилителя ошибки № 1 (вывод 2) подается часть образцового напряжения. Сигнал обратной связи через делитель R 8, R 9 подают на не инвертирующий вход усилителя ошибки (вывод 1) микросхемы. Выходное напряжение регулируется резистором R 7. Резистор R 5 и конденсатор С 7 осуществляют частотную коррекцию усилителя ошибки.

Следует отметить, что независимые выходные формирователи микросхемы обеспечивают работу выходного каскада как в двухтактном, так и в однотактном режимах. В стабилизаторе выходной формирователь микросхемы включен в однотактном режиме. Для этого вывод 13 соединен с общим проводом. Два выходных транзистора (коллекторы – выводы 8, 11; соответственно эмиттеры – выводы 9, 10) включены по схеме с общим эмиттером и работают параллельно. При этом выходная частота равна частоте генератора. Выходной каскад микросхемы через резистивный делитель R 1, R 2 управляет ключевым элементом КЭ стабилизатора – полевым транзистором VT 1. В цепи питания микросхемы (вывод 12). Для подавления различных высокочастотных помех и более устойчивой работы стабилизатора в целом включен LC -фильтр на элементах L 1, C 3, C 4. Как видно из принципиальной схемы стабилизатора, при применении микросхемы TL494 требуется сравнительное небольшое число внешних элементов.

Для защиты стабилизатора от перегрузки по току применен самовосстанавливающийся предохранитель FU 1 MF-R400 фирмы Bourns. Принцип работы подобных предохранителей основан на свойстве резко увеличивать свое сопротивление при превышении определенного порогового значения тока или температуры окружающей среды и автоматически восстанавливать свои свойства при устранении этих причин. Ниже приведены технические характеристики вышеуказанного предохранителя:

· максимально рабочее напряжение – 30 В;

· максимальный ток, которые не приводит к изменению параметров предохранителя – 4 А;

· ток, который приводит к скачку сопротивления – 8 А;

· диапазон рабочей температуры – от −40 до +85 ºС.

Уменьшить коммутационные потери и повысить КПД стабилизатора удалось благодаря использованию диода Шоттки (VD 2) КД2998Б с параметрами:

· постоянное прямое напряжение – 0,54 В;

· средний прямой ток – 30 А;

· диапазон частот без снижения электрических параметров–10..200 кГц;

· импульсное обратное напряжение – 30 В.

Основные технические характеристики понижающего стабилизатора (рис.37)

· Входное напряжение – 24 В;

· Выходное напряжение – 0…11 В;

· Максимальный ток нагрузки – 6 А;

· Амплитуда пульсаций выходного напряжения – не более 100 мВ;

· Нестабильность выходного при изменении тока нагрузки и температуры окружающей среды – не более 1%;

· Среднее значение КПД при максимальном токе нагрузки во всем интервале выходного напряжения – порядка 90 %;

· Частота преобразования – 15 кГц;

· Диапазон рабочей температуры – от −25 до +85 ºС.

Экспериментально было установлено, что стабилизатор имеет максимальный КПД (≈90 %) на частоте 12 кГц, но при выходной мощности порядка 40 Вт наблюдается едва заметный свист [ ]. Свист пропадает, если увеличить частоту преобразования до 20 кГц (при снижении КПД на 2…3 %). КПД при выходной мощности до 10 Вт (U_вых = 10 В) достигает 93 %.

Дроссель L2 намотан на двух сложенных вместе кольцевых магнитопроводах МП-140 К24×13×6,5 и содержит 45 витков провода ПЭТВ-2 диаметром 1,1 мм, уложенных равномерно в два слоя по всему периметру кольца. Между слоями следует проложить два слоя лакоткани ЛШМС-105-0,06 ГОСТ 2214-78. Индуктивность дросселя – 220 мкГн. Резисторы – С2-33Н. Конденсаторы С 1, С 2, С 3, С 5 – К50-35, С 4, С 6, С 7 – К10-17. Переменные резисторы – СП5-3 или СП5-2ВА. Микросхему TL494CN можно заменить на TL494LN или КР1114ЕУ4. Дроссель L 1 – ДМ-0,1 индуктивностью 80 мкГн. Самовосстанавливающийся предохранитель серии MF-R можно подобрать для каждого конкретного случая. Диод VD 2 можно заменить любым другим диодом Шоттки с параметрами не хуже вышеуказанных, например 20TQ045.

В стабилизаторе узел защиты от перегрузки по току можно выполнить по-другому. В TL494 есть усилитель ошибки № 2 (инвертирующий вход/выход 15, не инвертирующий вход/выход 16). Выходы обоих усилителей ошибки имеют активный высокий уровень и объединены по ИЛИ на не инвертирующем входе ШИМ-компаратора. В такой конфигурации усилитель, требующий минимального времени для включения выхода, является доминирующим в петле усиления.

Фрагмент схемы стабилизатора с узлом защиты от перегрузки по току приведен на рис. 38 [ ].

Рис. 38

Параллельные резисторы R 12- R 14 выполняющие роль датчика тока, включены последовательно с нагрузкой. Напряжение с датчика тока подается на не инвертирующий вход (вывод 16) усилителя ошибки № 2. Пороговое значение тока (напряжение на инвертирующем входе усилителя, вывод 15) в нагрузке задается делителем R 10, R 11.

На рис. 38 указано: VD 2-2Д2998Б; C 5-1000 мк×25В; C 6-4700; C 7-0,1 мк; R 3-30 кОм, 0,125 Вт; R 4-1 М, 0,125 Вт; R 5-47 кОм, 0,125 Вт; R 6-4,7 кОм, 0,125 Вт; R 7-4,7 кОм; R 8-5,6 кОм, 0,125 Вт; R 9-1 кОм, 0,125 Вт; R 10-4,7 кОм, 0,125 Вт; R 11-270 Ом; R 12, R 13, R 14-0,1 кОм, 1 Вт; L 1-80 мкГн; I-6 А; U_вых = 0…11 В.

Как только ток в нагрузке превысит установленное пороговое значение и усилитель ошибки №2 микросхемы будет доминирующим в петле управления, стабилизатор начнет работать в режиме стабилизации тока. Если ток нагрузки будет меньше порогового значения, стабилизатор вновь перейдет в режим стабилизации напряжения. Для уменьшения потерь мощности датчик тока выполнен с минимальным сопротивление 0,03 Ом: при максимальном токе нагрузке 6 А рассеиваемая мощность на датчике
составляет всего 1,08 Вт. Резисторы R 12... R 14 – типа С5-16МВ 1 Вт, 0,1 Ом ± 1%. Резистор R 11 – СП5-3 или СП5-2ВА. При необходимости для уменьшения потерь можно еще уменьшить сопротивление датчика тока.

Стабилизатор выполнен на плате с размерами 55×55 мм. При монтаже целесообразно разделить общий провод силовой части стабилизатора и общий провод микросхемы и соединить их у выхода стабилизатора, а также минимизировать длину проводников (особенно силовой части).

Транзистор устанавливают на радиатор с площадью эффективной поверхности не менее 110 см². В налаживании стабилизатор при правильном монтаже не нуждается. В стабилизаторе с узлом защиты от перегрузки по току (рис. 38) необходимо выставить напряжение на выводе 15 микросхемы, которое вычисляется по формуле: U₁₅ = I×R, где I – максимальный ток нагрузки; R – сопротивление датчика тока.

Вначале без нагрузки резистором R 11 необходимо выставить требуемое напряжение U для максимального тока нагрузки (для тока I_пор = 8 А, U = 0,24 В). Первое включение лучше сделать при нагрузке 0,2…0,4 А. Затем медленно увеличить выходное напряжение до максимального значения и далее, увеличивая ток нагрузки, проверить переход стабилизатора в режим стабилизации тока.

Вместо транзистора RFP60P03, можно применить более дешевый RFP10P03, но применение более дешевой элементной базы может привести к ухудшению технических характеристик стабилизатора.