Импульсный стабилизатор на 12В 10-20А, нет необходимости убеждать кого-либо в имении в наличии мощного источника питания. Его можно использовать по прямому назначению или как зарядное устройство. Такой стабилизатор, имеет неоспоримые преимущества в высокой производительности, что ведет к небольшим размерам и стоимости устройства. Блок-схема импульсный стабилизатор на 12В 10-20А представлена на рисунке.
Задача контроллера состоит в том, чтобы генерировать прямоугольную импульсы, которые управляют транзисторным ключом K. Полученный амплитудный прямоугольный сигнал с большой амплитудой фильтруется в выходном фильтре, состоящем из катушки и конденсатора. Задача диода поддержка индукционного тока при закрытом ключе.
На выходе получаем постоянное напряжение с низкой пульсацией и частотой переключения. Регулирование напряжения осуществляется путем изменения коэффициента заполнения, то есть соотношения времени до включения ключа. Это регулирование называется управлением широтно-импульсной модуляцией. Выходное напряжение — это входное равновесие, умноженное на коэффициент заполнения. Транзистор работает только в двух состояниях, включен — при небольшом падении напряжения и выключен — при отсутствии тока, протекающего через него. Благодаря такой работе выходная мощность на транзисторе незначительна, а КПД всего стабилизатора часто доходит до 90%.
В импульсный стабилизатор на 12В 10-20А используется микросхема TL494. Простейшим ключом является транзистор MOSFET с каналом P, но, как многие знают, транзисторы этого типа имеют худшие параметры, чем их собратья по N-каналу, и стоят дороже, хотя на сегодняшний день все относительно по цене. Использование MOSFET с каналом N проблематично, поскольку для него требуется управляющее напряжение выше, чем источник питания. Это неудобство можно решить с помощью простой схемы. На рисунке показана принципиальная схема импульсный стабилизатор на 12В 10-20А.
Микросхема TL494 была включена для работы с одним выходным сигналом ШИМ. Рабочая частота 50 кГц, за которую отвечают элементы R1 и C1. Восьмой вывод микросхемы U1 — это выходной сигнал ШИМ, который поступает на инвертирующий транзистор Т3. Затем, после усиления в симметричном повторителе T1, T4 переходит на затвор силового транзистора T2. Элементы D2, C14 создают схему начальной загрузки, которая динамически увеличивает напряжение на затворе T2, чтобы полностью его насыщать.
Далее следует диод Шоттки D1 и фильтр, состоящий из дросселя L1 и фильтрующих конденсаторов C8, C9. Резисторы R20, R21 служат шунтом для измерения тока в цепи защиты. Усилитель ошибки, который находится в структуре микросхемы TL494, отвечает за стабилизацию выходного напряжения. Опорное напряжение подается на контакт 2 с помощью резистивного делителя R2, R3 соединённым с напряжением 5В, которое доступно на выводе 14.
Выходное напряжение подается на вывод 1 через делитель напряжения R9, R16 и P2, которые мы используем, чтобы определить его. R5, C5 — элементы обратной связи усилителя ошибки. Второй усилитель ошибки использовался как ограничитель тока. Он реагирует на повышение напряжения, возникающее на измерительных резисторах R20, R21. Для этого, вывод 16 был соединен с этими резисторами и выводом 15 к регулируемому опорного напряжения, соответствующего максимальному выходному току.
Это напряжение получается на диоде D4, подключенном к выходу стабилизатора и питающемся от резистора R12 входного напряжения. Благодаря такому включению падение напряжения на R20, R21 при максимальном выходном токе меньше 0,7В, что сопровождалось бы классическим ограничением тока на транзисторе. В принципе, это напряжение может быть установлено равным даже 100 мВ, что уменьшило бы максимальную потерю мощности резисторов R20, R21. Однако для такого низкого напряжения требуемые сопротивления были бы порядка 1000 тысяч долей Ом.
Следовательно, диапазон регулирования напряжения составляет примерно 300-600 мВ, что позволяет использовать относительно популярные силовые резисторы. Дополнительные цепи стабилизатора включают в себя «плавный» запуск (C6, R7), ограничитель коэффициента заполнения (R6), переключатель пониженного напряжения, который активируется при напряжениях ниже 20В (R10, R11, T5) и тепловую защиту, в ней термистор является датчиком. Он подключен к простому компаратору с гистерезисом, реализованным на T6, T7, R8.
Резистор R24 определяет температуру выключения, а R8 — гистерезис системы, то есть температуру включения. На выходе есть защита для ограничения выходного напряжения. Она защищает подключенное оборудование от повреждений в случае выхода из строя контроллера или повреждения транзистора T2. Схема работает таким образом, активируется симистор TR1 в случае увеличения напряжения на выходе, и, таким образом, происходит короткое замыкание выходного напряжения и перегорание предохранителя. Схема реализована на симисторе или тиристоре, а стабилитрон определяет напряжение срабатывания. Такое включение называется CROW-BAR и часто используется.
По поводу настройке и запуск в эксплуатацию в принципе, правильно собранная схема работает сразу. Чтобы избежать неприятных сюрпризов, лучше всего первое включение провести от регулируемого источника питания с ограничением тока. После подключения стабилизатора к источнику питания светодиод 1 должен загореться. Мы проверяем наличие напряжений в схеме, и это 12В стабилизатора U2 и 5В на 14 выводе TL494. Нам еще нужно установить выходное напряжение, и это делаем с помощью потенциометра P2, с помощью P1 мы устанавливаем защиту по току. Монтаж импульсный стабилизатор на 12В 10-20А выполнена на печатной плате, показанной на рисунке.
Первым делом проверить работу ограничителя тока и его диапазон регулировки. Максимальный выходной ток можно рассчитать по закону Ома, и это напряжение, преобладающее на резисторе R4, деленное на результирующее сопротивление R20, R21. Наконец, установите значение этих резисторов и отрегулируйте соответствующее напряжение на R4, используя P1.
Чтобы терморегулятор работал должным образом, выбираем R24 для своего термистора. Для начала необходимо определить его сопротивление при температуре выключения, что можно сделать в кипящей воде. Резистор R24 должен иметь значение примерно в 6 раз меньше, чем результат измерения.
Более высокое значение R24 приведет к включению тепловой защиты при более низкой температуре, поэтому рекомендуется сначала увеличить ее. Осциллографом должны видеть прямоугольную форму сигнала на транзисторе Т2 и его затворе, они должны иметь резкие наклоны без значительных колебаний, а затвор должен иметь амплитуду примерно на 10В выше, чем напряжение питания.
Изначально импульсный стабилизатор на 12В 10-20А был рассчитан на ток 10А, но оказалось, что она может выдерживать токи выше 20А. Без каких-либо изменений. Основными ограничениями здесь являются элементы, выходной дроссель, силовой транзистор Т2 и диод D1. Используемый транзистор STP50N06 имеет максимальный ток 50А. На практике такие токи не получаются из-за тонких выводов корпуса TO220. Вместо него можно использовать любой низковольтный транзистор N-MOSFET с приемлемым током 20А.
Конечно, чем лучше транзистор, тем меньше он будет нагреваться. В качестве диода D1 лучше всего использовать двойной диод Шоттки MBR2045 или с меньшими токами MBR1045. Что касается L1, проще всего выполнить дроссель на кольце диаметром около 30 мм. Такой сердечник можно взять из старого блока питания AT / ATX от компьютера. На него следует намотать 25 витков максимально толстым проводом, что даст индуктивность около 50 мкГн.
Это значение не критично и должно быть вдвое ниже для версии 20А. Дроссель может сильно нагреваться при работе с большими токами, что типично для таких сердечников, работающих в таких условиях. Выходные конденсаторы C8, C9 должны быть хорошего качества и применимы для импульсных схем.
Для тех, кто желает сделать стационарный источник питания, рекомендуется использовать трансформатор с выходным напряжением 2 x 24В. В выпрямителе следует использовать только два диода, которые будут нагреваться меньше, чем выпрямитель на четырех диодах и одной обмотке. Практически на трансформаторе 2 x 24В емкость фильтра должна составлять 20 000мкф для 10А и, соответственно, выше для больших токов. Мощность трансформатора выбирается в соответствии с выходной мощностью источника питания, прибавляя 10-20% к потерям мощности стабилизатора и выпрямителя.