Как проектировать электронные схемы - [32]

На рис. 2.73а представлена блок-схема классического источника питания, а на рис. 2.73б — схема его импульсного аналога.

В последнем случае к сети подключен мостовой выпрямитель с фильтрующим конденсатором, обеспечивающий постоянное напряжение около 310 В. Это напряжение, прерываемое электронным переключателем (МОП транзистором), подводится к понижающему трансформатору, во вторичную обмотку которого включен выпрямитель с фильтром. Устройство управления обеспечивает работу транзистора в ключевом режиме на значительной частоте (до нескольких десятков килогерц), что позволяет существенно снизить размеры трансформатора и потребляемую им мощность. Стабилизация выходного напряжения осуществляется путем изменения длительности импульсов, поступающих на трансформатор. При разработке схемы необходимо добиться согласования потенциалов в различных ее частях. Кроме того, для подавления значительных импульсных помех устройство следует экранировать.

Импульсная техника используется не только для создания источников питания, работающих от сети. Часто необходимо понизить относительно высокое постоянное напряжение до заданного стабилизированного значения. Если для выполнения такой задачи используется серийный аналоговый стабилизатор, то неизбежно встает проблема рассеяния значительной мощности. Схема, данная на рис. 2.73в, представляет собой оригинальный вариант использования классической микросхемы LM723. Она управляет импульсным источником питания, способным обеспечить в нагрузке максимальный ток 2 А при напряжении 5 В. При этом напряжение на входе может достигать 28 В. Рабочая частота составляет около 20 кГц, остаточные колебания выходного напряжения не превышают 40 мВ.

При значительной разнице напряжений между входом и выходом мощность, рассеиваемая силовым регулирующим элементом (транзистор Дарлингтона р-n-р типа), намного ниже, чем в традиционных схемах.

На рис. 2.73 г показан пример использования специализированной микросхемы типа TL497. Здесь представлен преобразователь с входным напряжением 12 В, который может обеспечить на выходе до 28 В при максимальном токе 3 А.

Важную роль в работе устройства играет дроссель, накапливающий энергию и в нужный момент отдающий ее в нагрузку. Модель TL497 отличается от других аналогичных микросхем принципом генерации сигналов. Стабилизация производится не за счет варьирования длительности импульсов, а в связи с изменения частоты их следования. Если источник питания нагружен слабо или не нагружен совсем, импульсы следуют с частотой порядка 1 Гц. В таком режиме можно слышать легкие щелчки, исходящие от дросселя, частота которых при работе регулирующего устройства изменяется в соответствии с частотой следования импульсов.

СТАБИЛИЗАТОРЫ НА ДИСКРЕТНЫХ КОМПОНЕНТАХ

При разработке источника питания, как правило, используют одну из специализированных серийных микросхем стабилизаторов. Наряду с этим можно построить простую схему стабилизатора на дискретных компонентах. Схема, представленная на рис. 2.74а, позволяет получить на выходе высокостабильное регулируемое напряжение.

При необходимости переменный резистор можно вынести за пределы устройства для удобства регулировки. Тип балластного транзистора выбирается в соответствии с требуемым током. Если он не превышает 200 мА, можно использовать транзистор ВС547, при более высоких токах (вплоть до 1 А) потребуется составной транзистор Дарлингтона типа TIP 122. Мощность, рассеиваемая транзистором, определяется разностью входного (на коллекторе) и выходного (на эмиттере) напряжений, а также потребляемым током. При значительной величине рассеиваемой мощности требуется принять меры для охлаждения транзистора.

Вторая схема (рис. 2.74б) дополнительно обеспечивает ограничение выходного тока. Уровень ограничения определяется сопротивлением резистора, включенного последовательно с нагрузкой. Как только напряжение на его выводах достигает порога открывания третьего транзистора (около 0,6 В), по коллекторной цепи начинает протекать ток. Это приводит к уменьшению проводимости балластного транзистора и к снижению выходного напряжения стабилизатора. При выборе типа резистора необходимо, как обычно, оценить рассеиваемую им мощность.

СТАБИЛИЗАЦИЯ ТОКА

Сегодня ассортимент интегральных импульсных стабилизаторов напряжения весьма широк. Для их использования в устройствах с небольшим потребляемым током, как правило, достаточно добавить несколько резисторов, конденсаторов, дроссель и быстродействующий диод. К этому же семейству принадлежат и некоторые микросхемы стабилизаторов тока, в основном предназначенные для зарядки аккумуляторов. Они также работают при весьма ограниченных токах.

Для стабилизации и регулировки более значительных токов можно использовать устройства на базе стабилизатора напряжения. В данном случае задача состоит в том, чтобы преобразовать ток в соответствующее ему напряжение и приложить его к тому входу стабилизатора, который обычно используется для измерения выходного напряжения. Для получения нужного напряжения в цепь потребляемого тока включаются один или несколько резисторов (рис. 2.75).