Главная » Питание
Призовой фонд
на сентябрь 2020 г.
1. 1500 руб
Сайт Паяльник
2. Осциллограф DSO138
Сайт Паяльник
3. 50 руб.

Блок питания на LM2576 c увеличенным выходным током до 8А

Импульсные преобразователи на МС LM2576 до сих пор пользуются большой популярностью за счёт их надёжности и минимальной «обвязки». Однако, максимальный ток в нагрузке 3А не всегда может оказаться достаточным. Ниже предлагается решение этого затруднения.

Характеристики:

  • Питающее напряжение - 35...45В;
  • Выходное напряжение - 1,23...27В;
  • Выходной ток - 8А;
  • Ограничение тока - 0,1...8А;
  • КПД при Uвх=40В, Uвых=12,2В и токе 3,5А - 70%;
  • КПД при Uвх=33В, Uвых=18В и токе 5А - 77%;
  • Пульсации на нагрузке при выходном напряжении 12В и токе в 5А:

Основа схемы - МС DA2. Транзистор VT1, включенный последовательно с выходом DA2, выступает в роли эмиттерного повторителя, что и позволяет увеличить ток в нагрузке. Резистор R8 ограничивает выходной ток DA2 на уровне около 100 мА, он же закрывает транзистор VT1 по спаду импульса DA2. Ограничение по току в нагрузке реализовано на резисторе R14. Уровень тока нагрузки отслеживается с помощью дифференциального усилителя на DA3.2. Для минимизации потерь и рассеиваемой мощности на шунте R14 он имеет коэффициент усиления по напряжению равному 10ти, что позволяет уменьшить номинал шунта R14. ОУ DA3.1 используется в качестве компаратора, который ограничивает ток в нагрузке. Опорное напряжение (уровень ограничения) поступает со стабилизатора DA1 через делитель R3...R5 на выв.2 DA3.1. На выв.3 поступает сравниваемое напряжение с усилителя на DA3.2. В том случае, когда уровень напряжения на выв.3 DA3.1 начинает превышать уровень напряжения на выв.2, на выходе ОУ DA3.1 выв.1 появляется высокий уровень (более 1,23В, опорное напряжение LM2576), который, поступая на выв.4 ООС DA2 через диод VD2, ограничивает выходное напряжение, стабилизируя тем самым ток в нагрузке. При этом осуществляется индикация ограничения тока через элементы R9, VT2, R10, HL1. Обратная связь по напряжению осуществляется за счёт делителя R17, R18. Выходное напряжение определяется формулой Uвых=(((R17/R18)+1)*1,23)В. Резистор R16 необходим для развязки обратной связи по напряжению от сигнала ограничения тока на ОУ DA3.1. Диод VD3, включенный в обратную связь ОУ DA3.2, а так же резистор R7 устраняют на выходе ОУ DA3.2 постоянную составляющую при отсутствии тока в нагрузке (шунт R14), поскольку при однополярном питании МС LM358 имеет на выходе минимальное напряжение отличное от нуля.

В случае, если питающее напряжение схемы БП менее 33В, необходимо пересчитать номиналы делителя R1, R2 стабилизатора DA1 по формуле Uвых=(((R1/R2)+1)*1,25)В. Задача стабилизатора DA1 - в стабильном напряжении питания ОУ DA3 и опорного напряжения для схемы ограничения тока на делителе R3, R4, R5. При этом следует иметь ввиду, что разница между входным и выходным напряжением стабилизатора DA1 с учётом имеющих место пульсациях должна составлять не менее 3В. Примерно такая же разница необходима для нормальной работы БП в целом, т.е. максимальное выходное напряжение должно быть меньше питающего по крайней мере на 3 вольта, но лучше иметь запас в 5 вольт или более.

Ниже представлены фотографии собранного устройства.

Настройка устройства начинается с проверки уровня напряжения стабилизации DA1. Если оно соответствует требуемому, можно впаять/установить ОУ DA3. Далее проверяется необходимый диапазон регулируемого выходного напряжения. Поскольку переменный резистор R17 может иметь разброс сопротивления до 10%, возможно придётся подобрать номинал резистора R18. Для установки максимального тока БП подстроечный резистор R3 выкручивается до максимального сопротивления. Затем, подключив на выход амперметр, и уменьшая сопротивление R3, добиваются требуемого значения ограничения максимального тока.

Кольца для дросселей L1 и L2 имеют типоразмер К28х14х11, жёлтое кольцо с белым торцом, и К24х14х10, салатовое с синим торцом. Оба работали в компьютерном блоке питания ATX - L1 в качестве дросселя групповой стабилизации, L2 в цепи +3,3В. L1 имеет 62 витка, намотанного проводом диаметром 1,5мм, L2 используется готовый, для 40 мкГн он содержит 22 витка, намотанного в 2 провода диаметром 1,2мм и для самостоятельной намотки можно использовать жёлтое кольцо такого же типоразмера. Для минимизации звуковых эффектов оба дросселя пропитаны эпоксидной смолой.

Транзисторы VT1, VT2 и диод VD1 тоже из блока питания ATX. Искать именно эти элементы не обязательно, их можно заменить на аналогичные по характеристикам. Радиатор - половинка от процессорного кулера к материнской плате, в данном случае Soket-A. При питающем напряжении свыше 45В, необходимо заменить диод VD1 на аналогичный, с большим допустимым обратным напряжением, например SBL4060PT.

Минимальный порог ограничения выходного тока зависит от напряжения смещения ОУ DA3. Если есть необходимость уменьшить его минимальное значение, можно применить ОУ AD823N, напряжение смещение которого на порядок меньше. Резисторы R11...R13, R15 тоже могут иметь номиналы, отличные от схемы. В этом случае должны выполняться условия: R11=R13, R12=R15, R11/R12=10.

КПД устройства, а следовательно и нагрев силовых элементов зависит от тока нагрузки и уровня питающего и выходного напряжения. Поэтому при длительной работе и токе в нагрузке более 4А имеет смысл предусмотреть обдув платы небольшим вентилятором, как это делается, к примеру, в компьютерных блоках питания.  

Для снижения нагрева и потерь на силовых дорожках печатной платы к ним припаиваются отрезки медного провода диаметром 1 мм:

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
С1,С2,С5,С6,С10...С12,С14,С16 Конденсатор0.22 мкФ9 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С3 Электролитический конденсатор2200 мкФ 50В1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С4 Электролитический конденсатор47 мкФ 63В1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С7, С9 Конденсатор4700 пФ2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С8 Электролитический конденсатор4700 мкФ 35В1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
С13,С15 Электролитический конденсатор220 мкФ 35В2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
DA1 Линейный регулятор
LM317
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
DA2 DC/DC импульсный конвертер
LM2576HV
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
DA3 Операционный усилитель
LM358N
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
HL1 Светодиод1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
L1 дроссель260 мкГн1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
L2 дроссель40 мкГн1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VD1 Диод Шоттки
SBL4045PT
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VD2, VD3 Выпрямительный диод
1N4148
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VT1 Транзистор13009L1 TO-3Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R1 Резистор
6.2 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R2 Резистор
270 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R3 Подстроечный резистор100 кОм1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R4 Переменный резистор1.5 кОм1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R5 Резистор
15 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R6, R16 Резистор
10 кОм
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R7 Резистор
510 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R8 Резистор
6.8 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R9 Резистор
22 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R10 Резистор
6.8 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R11, R13 Резистор
27 кОм
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R12, R15 Резистор
2.7 кОм
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R14 Резистор
0.1 Ом
4 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R17 Переменный резистор22 кОм1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R18 Резистор
1 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
XP1, XP3 ШтекерWF-32 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
XP2 ШтекерWF-21 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (11) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
Klepko #
Хорошая конструкция с аккуратным монтажом. Автор поясни пожалуйста, на осциллограмме период пульсаций 1 мс, частота преобразования соответственно 1 кГц? Почему? Слышен ли писк во во время работы?
Ответить
0

[Автор]
Grenik #
Там не мс - миллисекунда на картинке, а "мю" - микросекунда. Соответственно частота преобразования около 50 кГц, а частота пульсаций - вторая гармоника, которую и показывает осциллограф - около 100 кГц.
Писк может появляться в зависимости от режима работы преобразователя - напряжения и тока в нагрузке, но он, как по мне, приемлимый. Для регулируемых преобразователей - это неизбежное зло.
Ответить
0
Alexeysokolov #
Если VT1 коллектор -эмитер пробъётся на короткое, то на выходе будет входное напряжение?
Ответить
0

[Автор]
Grenik #
Именно так. И если пробьётся ключевой транзистор в самой LM2576 - тоже.
Ответить
0
evgeni9115 #
Можно прикрутить к нему простую защиту на тиристоре, нагрузка жива останется. А так классная схемка, из доступных деталей.
Ответить
0

[Автор]
Grenik #
Да, можно, но выходное напряжение БП регулируемое, так что уровень срабатывания защиты тоже придётся делать регулируемым.
Ответить
0
tester1111 #
Небольшой оффтоп.
А в какой программе начерчена принципиальная схема?
Ответить
0

[Автор]
Grenik #
PCAD 8.5. Старый, но не бесполезный. Печатная плата разведена там же.
Ответить
0
Беляев Сергей Львович #
Минимальный порог ограничения выходного тока зависит от напряжения смещения ОУ DA3. Если есть необходимость уменьшить его минимальное значение, можно применить ОУ AD823N, напряжение смещение которого на порядок меньше.
Автор, в вашей схеме минимальный порог ограничения выходного тока для LM358N сильно занижен. Это даже по осциллограмме видно! На частоте 50 кГц там будет уже не стабилизация, а сборник помех и переходных процессов. Кроме того, смещение нуля даже таких (AD823N) прецизионных ОУ около 0.25 мВ. При усилении 10, это уже 2.5 мВ смещения на выходе. А LM358N в этом плане в 10 раз хуже. О какой стабилизации может идти речь — непонятно! Сложность схемы неоправданно завышена для такой сомнительной точности.
Ответить
0

[Автор]
Grenik #
Ваши наукообразные домыслы не подкреплены цифрами. На осциллограмме показана амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке, а не тока на шунте. Это разные вещи.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Регулятор мощности 2 кВт
Регулятор мощности 2 кВт
Паяльник с регулировкой температуры UNI-T UT-61A
вверх