Компактный лабораторный блок питания, выбор пал на понижающий преобразователь LM2677-ADJ. Он имеет более высокую частоту переключения (260 кГц), чем LM2576-ADJ что делает возможным меньший выходной фильтр.
Технические характеристики:
Выходное напряжение: 0-30 В
- Макс. выходной ток: 3 A (ограничение напряжения при 3,2 A)
- Изменение напряжения от нагрузки до 3 А: 0,17 В
- Частота переключения 260 кГц
- Максимальная пульсация (260 кГц): 120 мВ pp
- Номинальное входное напряжение: 36-38 В
- Автоматическое выключение выхода при V в <34,2 В
- Эффективность при 30 В / 3 А: 93%
- Эффективность при 5 В / 3,1 А: 80%
- Компактная печатной плата
Компактный лабораторный блок питания схема:
Мы выбрали режим управления режимом переключения — чтобы сохранить размеры как можно меньше. В сравнении с линейным регулятором, это также имеет преимущество в том, что эффективность очень высока. Даже при низких выходных напряжениях и высокой температуре радиатор может оставаться довольно маленьким.
Стандартная схема для LM2677-ADJ имеет только несколько дополнительных компонентов. Диод, индуктивность, несколько конденсаторов и пару резисторов для установки выходного напряжения (см. рис.). Недостатком этой конфигурации является то, что минимальное выходное напряжение не может быть ниже 1,21 В, что является значением внутреннего опорное напряжения.
Для блока общего назначения которые мы хотели бы иметь в своей лаборатории, приятно иметь возможность регулировать выходное напряжение вплоть до 0 В.
Компактный лабораторный блок питания схема приведенная на рисунке может казаться довольно сложной с первого взгляда, но на самом деле это довольно простая схема.
Ядром схемы является стабилизатор IC1, дроссель L1 и обратного диода D2. Выходное напряжение регулируется прикладывая напряжение на потенциометр P3 к контакт обратной связи регулятора через IC2B.
Здесь IC2B позволяет выходное напряжение отрегулировать до 0 В, как описано в подробнее. Чувствительные резисторы R13-R16 в отрицательной линии питания используется для измерения выходного тока. IC2A усиливает напряжение над этими резисторами, и IC2D сравнивает напряжение на выход IC2A на напряжение, установленное с P4, поэтому положение этого потенциометра определяет максимальный выходной ток. Если измеренный выходной ток больше чем разрешено, IC2D подключает T2 для уменьшения выходного напряжения на понижение напряжение от P3. Для IC2 мы выбрали LM6134, быстродействующий операционный усилитель (10 МГц) с диапазон напряжения питания от 1,8 до 24 В. IC2 питается от отдельного источника напряжения 5 В который не зависит от заданного выходного напряжения.
Напряжение 5 В также используется как опорное напряжение для потенциометров P3 и P4. R34 и C17 подавляют любые помехи на входе регулятора. LM317 может выдерживать напряжение до 40 В между входом и выходом, поэтому он не имеет никаких проблем с входным напряжение около 36 В. Светодиод LED2 действует как индикатор питания. Чтобы избежать странных эффектов, когда напряжение питание отключено, сеть D1 / T1 / R1, работа отключает регулятор IC1, когда входное напряжение падает ниже 34 В. Это работает следующим образом: когда источник затвора напряжение p-канала JFET T1 составляет 0 В или очень низкая, JFET проводит и выход регулятора IC1, вывод 7 низкий.
Он остается отключенным как долго поскольку напряжение на этом входе ниже, чем 0,8 В (контакт 7 имеет внутреннее подтягивание 20 мкА Источник тока). Когда входное напряжение поднимается выше 30 В, запускается стабилитрон D1. Если напряжение повышается на один вольт или два, напряжение затвора выше резистора R1 поднимается на ту же величину. В конечном итоге достигая достаточно высокого уровня для отключения JFET (от 3 до 6 В) что приводит к запуску стабилизатора IC1.
Самое яркое изменение в этом проекте измененная схема обратной связи для IC1. Что-бы разрешить регулировку выходного напряжения до 0 В, мы должны подать напряжение на входе обратной связи IC1 (контакт 6) соответствует внутреннему опорному напряжению 1.21 В. Для этой цели мы используем коэффициент усиления постоянного тока в виде IC2B.
Комбинация-регулятора напряжения IC1 и операционного усилителя IC2B можно рассматривать как усилитель мощности с контактами 5 и 6 IC2B в качестве инвертирования и не инвертирующие входы соответственно управляющее напряжение в диапазоне от 0 до 5 В от P3 применяется к инвертирующему входу IC2B, который является не инвертирующим входом нашего воображаемого силового операционного усилителя.
С выхода стабилизатора напряжение IC1 (после L1) подается обратно через делитель напряжения, на инвертирующий вход IC2B. Коэффициент усиления IC2B -1 для инвертирующего входа. Но выходное напряжение на не инвертированном выходном напряжении, входной сигнал усиливается в 2 раза. Что касается размера напряжения делитель P1 / R10 / R9, это означает, что с выходным напряжением 30 В нам необходимо напряжение 2,5 В на контакте 5 IC2B. Поэтому сопротивление P1 плюс R10 должно быть в 11 раз больше сопротивления R9. Как упоминалось ранее, обратная связь сигнал должна быть немного выше 1,21 В для того чтобы разрешить регулировку выходного напряжения до 0 В. Это стало возможным благодаря дополнительному делителю напряжения P2 / R8 / R7. Он обеспечивает напряжение около 0,66 В на контакте 5, что приводит к 1,21 В амплитудного значения в 2 раза – точно такой же, как опорное напряжение.
Напряжение P2, R8 и P7 являются относительно низкими по сравнению со значением R9, поэтому любое изменение тока через R9 мало влияет на напряжение R7. Напряжение выше R7 пренебрежимо мало при относительно высоком выходном напряжении. Все это означает, что выход можно настроить на 0 В с помощью P2 и максимальное выходное напряжение с P1. Чтобы поддерживать общую схему как недорогую насколько это возможно, токовый резистор состоит из четырех резисторов 0,1 Ом, подключенных в параллель (R13-R16). Они имеют 5%, что может привести к отклонению от нескольких процентов в измеренном напряжении.
При необходимости это можно было бы компенсировать используя более чувствительный счетчик с подходящий делителем напряжения. IC2A усиливает напряжение над чувствительным резистором в 20 раз. У этого операционного усилителя достаточно запаса, чтобы справляться с текущими пиками выше 3 А — напряжение на выход IC2A составляет всего 1,5 В и выходным током 3 А. IC2D сравнивает текущее заданное значение предела напряжение от P4 до выходного напряжения от IC2A. Поскольку мы хотим ограничить максимальный выходной ток до 3 А, напряжение делитель R24 / R25 уменьшает максимальное напряжение от P4 до 1,5 В.
Схема вокруг IC2D образует комбинацию усилитель с высоким коэффициентом усиления и компаратора, поскольку чрезмерное усиление может привести к нестабильной текущей регулировки. Когда выходной ток превышает установленный лимиту, приводы IC2D MOSFET T2 в проводимость для уменьшения напряжение от P3. Здесь R6 предотвращает T2 от короткого замыкания напряжения питания когда потенциометр P3 находится на верхнем конце.
Сопротивление R5 + R6 равно сопротивление R4, поэтому инвертирующее усиление IC2B — равно -1. Светодиод 1 загорается, когда активное ограничение тока. Несколько других деталей стоит упомянуть: резистор R12 является нагрузочный, выделяет выходное напряжение от растущих при выходе слегка загружен или нет загружен. Он также улучшает стабилизацию положения.
Однако это увеличивает мощность (2,7 Вт при 30 В), снижая общую эффективность. Резисторы R11, R22 и R27 и конденсаторы C5, C9, C10, C11, C12, C13 и C18 включены для повышения стабильности напряжения и текущее регулирование. Их значения были определяется эмпирически, поэтому может быть возможности для совершенствования. Значения были полученных путем наблюдения источника питания с переменным коммутируемыми нагрузками при различных скоростях переключения и выходного напряжения.
Резистор R3 размещен между выходом IC2B и каналом подачи, обратный вход IC1, поскольку он, вероятно, не рекомендуется подключать вывод операционная система непосредственно к входу обратной связи регулятора напряжения. Он также позволяет C5 для добавления в схему.
Наконец, R2 и R6 подавляют шумовые импульсы от переключения. Диапазон входного напряжения цепи от 36 до 38 В. Вы можете использовать любой силовой трансформатор с выходным напряжением и током удовлетворяющие требования данного стабилизатора.
Настройка
Основной монтаж выполнен на печатной плате которая прилагается ниже на рисунке.
Регулятор напряжения IC1 и диод D2 установлены на одном теплоотводе, который также установленный на печатной плате. Заметим, что D2 должны быть изолированы от радиатора с помощью прокладки.
Нанесите немного термопасты на IC1, D2 и прокладку (не слишком много, так как в противном случае вы причиняете больше вреда чем пользы). Установите IC1 и D2 с помощью винтов M3 x 10 мм с гайкой и шайбой. Крепление R12 расположено немного выше. Регулятор напряжения IC3 не требуется радиатор.
Потенциометры для регулировки выходного напряжения и тока (P3 и P4) не установлены непосредственно на печатную плату они соединены короткими отрезками многожильного провода. Это дает вам больше свободы для установки схемы в корпус. Держите соединительные провода как можно короче. При установке в корпус, убедитесь, что на задней панели LM317 (IC3) не прикасается других металлических частей корпуса.
Как упоминалось ранее, вы можете использовать стандартный импульсный источник питания для входного напряжения схемы. Для прототипа использовался 200-ваттный блок питания. Это может поставлять 5,5 А, что означает, что это также подходит, если вы хотите изменить схему для максимального выходного тока 5 A.
Вы можете добавить два вольтметра для отображения выходного напряжение и тока. Если необходимо, можете использовать делители напряжения для получения точных указаний. После сборки платы и монтажа, вы должны настроить минимальное и максимальное напряжение, это довольно легко. Установите напряжение потенциометром P3 до нуля, P4 на максимум и подключить нагрузку резистор 12 Ом / 5 Вт к выходу.
Медленно поверните потенциометр P2 из нулевого положения до тех пор, пока напряжение не будет увеличиваться. Минимальное напряжение будет составлять около 10 мВ на данный момент. Подключить нагрузочный резистор; минимум выходное напряжение вырастет примерно до 0,3В. Затем установите P3 на максимум и настройте максимальное выходное напряжение до 30В P1.
Почему ограничен выходной ток этой схемы до 3 А,
когда регулятор напряжения может обрабатывать 5 A? При тестировании первого этого источника питания обнаружилось то, что заставило принять решение уменьшить выходной ток.
Если импульсная нагрузка подключена к выходу с частотой импульсов соответствующая резонансной частоте выходного фильтра. Состоящий из L1, C7 и C8 с резонансной частотой 3,36 кГц, оказывается, что ток через индуктивность может в 1,5 раза превышать ток через импульсную нагрузку. При импульсах нагрузки 3 А, это означает, что регулятор напряжения подает импульсы тока около 5 А. Чтобы избежать внутреннее ограничение тока LM2677 в этой ситуации мы устанавливаем максимальный выходной ток на 3 А.
Это определяется значениями R24 и R25. Если вы все же хотите иметь выходной ток 5 А от источника питания. Можете изменить значение этих двух резисторов до 10 кОм. Вы также должны заменить предохранитель F1 на 5 A. Однако, если это сделаете, вы должны быть осторожны с большими импульсными нагрузками. Так как в противном случае существует вероятность того, что выходное напряжение станет неустойчивым или внезапно понизиться. Резисторы R13,R14,R15,R16 = 0.1Ω, 5% 0.5W Дроссель L1 = 22µH, 15%, 11A, 0.014Ω