Импульсный стабилизатор напряжения 10А, на рынке представлен очень большой выбор блоков питания с различными параметрами, размерами и ценами. Тем не менее, стоимость покупки высокоэффективного, мощного импульсного блока питания достаточно затратна. Так что давайте посмотрим возможно ли самим сделать блок питания.

Выбор был сделан на известном стабилизаторе LM2575 он используется в качестве управления. Это недорогой импульсный стабилизатор с максимальным током нагрузки 1А. Существует целый ряд вариантов для различных постоянных выходных напряжений (3,3; 5,0; 12; 15 В), а также LM2575T-ADJ (регулируемый). Это стабилизатор с возможностью регулировки выходного напряжения в пределах 1,2 ... 37В.

Все перечисленные микросхемы отличаются по сопротивлению одного из резисторов (R2) делителя напряжения (рисунок а), который встроен в структуру микросхемы, если это выполнено как вариант с постоянным выходным напряжением.

В версии ADJ делитель вынесен наружу, что дает возможность регулировать выходное напряжение. Стабилизатор изменяет выходное напряжение таким образом, чтобы поддерживать выходное напряжение постоянного напряжения делителя R1-R2 равным 1,23В.

Делитель питается от выходного напряжения, а изменение сопротивления R2 приводит к изменению выходного напряжения до такой степени, что напряжение делителя по-прежнему равно 1,23V. Вывод прост при изменении R2 изменяется выходное напряжение. Если вы посмотрите более внимательно на структуру микросхем с постоянным выходным напряжением, вы увидите, что у нас есть доступ к делителю в точке FB (обратная связь).

Давайте рассмотрим на примере LM2575-3.3. Если мы включим потенциометр последовательно с R2, как показано на рисунке. 1b, мы можем отрегулировать U вых от U вых min = 3,3В (R3 = 0) до U вых max = 37 В (R3 = 27,4 ом). Может возникнуть вопрос, зачем эти телодвижения, поскольку существует целый ряд микросхем для разных напряжений? Во-первых, у нас может не быть необходимой микросхемы стабилизатора, а во-вторых, с небольшими затратами мы получаем регулируемый стабилизатор.

И что нам делать, когда мы хотим уменьшить U вых ниже номинального уровня? Просто увеличьте U вых в цепи обратной связи (рисунок. 2). Как уже упоминалось, что максимальный выходной ток микросхемы не превышает 1А, что не всегда достаточно. Ограничение вызвано внутренним ключом транзистора. Его можно обойти, подключив внешний ключевой транзистор с гораздо более высоким током.

Представленная схема использует LM2575 в качестве контроллера, а ключевым элементом является транзистор IRF1404, сопротивление которого RDS (on) = 0.004, а максимальный ток I DS составляет 162А! Если мы обеспечим полное открытие и закрытие ключевого транзистора, то мощность, статически теряемая на стоке при токе 10А, равна 0,4Вт. Это вполне удовлетворительно, поскольку транзистор не требует радиатора.

Для обеспечения полного открытия транзистора между источником и затвором должно быть приложено напряжение 10 ... 20В. Поэтому на вход стабилизатора подается напряжение на 12В выше, чем входное напряжение (ножка 1). С выхода стабилизатора это напряжение подается на затвор транзистора, и в открытом состоянии затвор всегда имеет напряжение на 12В выше, чем напряжение на источнике (рисунок. 3). Это происходит, когда транзистор открыт. Когда транзистор закрыт, это напряжение по отношению к массе близки к нулю.

Рабочая частота инвертора составляет около 52 кГц, и в этом случае время переключения транзистора является важным, то есть время, когда транзистор находится в активной рабочей области, и мощность для его нагрева теряется. Время переключения ключевого транзистора зависит от свойств самого элемента, мы не имеем влияния и зависит от схемы, которая во многом зависит от нас. Собственное время переключения транзистора (сумма времени включения и выключения) составляет около 0,25мс, что дает чуть более 1% времени одного цикла.

Второй причиной увеличения времени переключения является наличие входной емкости транзистора, которую необходимо заряжать и разряжать как можно быстрее. Эта емкость довольно значительная и составляет около 7500 пФ. Зарядка входной емкости ключевого транзистора обеспечивает выходной каскад стабилизатора, разрядка происходит через резистор R3. Значение сопротивления R3 составляет 270 ом, что является компромиссом между мощностью, потерянной на стабилизаторе и сопротивлении R3, и временем разряда входной емкости (около 1,5мс).

Схема предлагаемого преобразователя приведена на рисунке выше, а печатная плата на следующем. Дополнительное напряжение, приложенное к клеммам P3-4, получается путем намотки на трансформатор нескольких десятков витков провода диаметром 0,35 ... 0,5 мм. Коэффициент полезного действия этой вспомогательной обмотки должен быть не менее 0,2 А.

Единственный элемент, который необходимо изготовить, это дроссель L1, намотанная на ферритовый стержень длиной 100 мм и диаметром 10 мм. Использовался стержень из ферритовой антенны старого радиоприемника, на котором произведена намотка двумя слоями эмалированной провода диаметром 1,5 мм. Индуктивность катушки составляет около 500 микрогенри.

Диод D1 представляет собой два диода Шоттки, соединенных вместе. Каждый из них может (при надлежащем охлаждении) проводить ток 10 А. Резистор R4 представляет собой шунт с сопротивлением 0,05 ом. (3 резистора соединены параллельно 0,15ом / 5 Вт). Используется для измерения тока и может использоваться в цепи ограничения тока. Чтобы выключить стабилизатор, просто нужно подать логическую «1» на ножку 5 (EN).

Потенциометр R2 на самом деле представляет собой два точных, связанных друг с другом потенциометра, обеспечивающих плавную и грубую регулировку. Марка его СП5-35. Его можно заменить двумя потенциометрами, соединенными последовательно с сопротивлениями 5 ... 10К и 200 ... 400 ом. Резистор R3 используется для ограничения максимального выходного напряжения, для Uвых = 16В и R2 = 10 К – 820 ом.

Полупроводниковые элементы, которые нагреваются (транзистор, диод D1 и стабилизатор) были установлены на одном радиаторе (120 × 50 × 17 мм) с использованием прокладок и изолирующих втулок. Циркуляция охлаждающего воздуха осуществляется вентилятором. На этом же радиаторе также установлен диодный мост на 35A, который нагревается сильнее всего. В значительной степени присутствие вентилятора обусловлено необходимостью охлаждения моста.