Источник питания 13,8В до 20 А

Источник питания 13,8В до 20 А

Источник питания 13,8В до 20 А, приведенная схема понижающего преобразователя, используемого в источнике питания 13,8 В / 20 А, показана на рисунке.

Источник питания 13,8В до 20 А 

В управлении источник питания 13,8В до 20 А используется микросхема UC3843, эта микросхема изначально была разработана для работы с транзисторами N-каналом. Поэтому ее выходной сигнал должен быть инвертирован с помощью транзистора T4 для транзисторов с P-каналом. Чтобы минимизировать тепловые потери, рекомендуется использовать от двух до трех транзисторов, соединенных параллельно. Один транзистор может пропускать максимальный ток до 19А, но его сопротивление вызывает падение напряжения и, как следствие, выделение тепла. Благодаря параллельному включению нескольких транзисторов эти тепловые потери снижаются.

На всех переключающих транзисторах рассеивается около 20Вт. Также следует рассчитывать на значительные тепловые потери на диоде D2. В этом случае приходится применять диод Шоттки, который отличается малым временем восстановления. Мы должны подобрать его для максимального выходного тока, который реально проходит через него в определенные моменты. Падение напряжения около 0,5В приводит к значительной потере мощности.

Рекомендуется выбрать для преобразователя частоту 50 кГц. На более высоких частотах потери в сердечнике катушки будут увеличиваться, и возникнут проблемы с поверхностным эффектом из-за требований к толщине проводника катушки. Конденсаторы C1, C6, C7 и C8 должны иметь небольшое последовательное сопротивление (ESR) и небольшую индуктивность, поэтому предпочтительно включить большее количество конденсаторов с меньшей емкостью. Большая площадь поверхности конденсаторов легче рассеивает выделяемое в них тепло.

Хотя источник входного напряжения содержит фильтрующий конденсатор емкостью до 20 000 мкФ, нам необходимо разместить на плате несколько конденсаторов малой емкости в качестве конденсатора C1. Единственная серьезная проблема такой конструкции — это намотка дросселей, особенно L1. По возможности лучшим вариантом будет использовать максимально возможный тороидальный сердечник из порошкового железа. (Ферритовые сердечники используются в фильтрах, а не в источниках питания.)

Катушка L1 должна иметь индуктивность от 50 до 100 μH. При меньшей индуктивности эффективность источника питания снизится. Конструкция катушки L1 представляет собой компромисс между требованиями к индуктивности, плотности тока и размерами сердечника, подходящими для обмотки. Одновременно наматываем несколько более тонких проводов (диаметром от 0,4 до 0,6 мм). В прототипе использовался тороидальный сердечник (желтый) с внутренним диаметром 15 мм и внешним диаметром 26 мм, в который помещалось 20 витков провода, индуктивность катушки составляла 80 мкг.

Индуктивность катушек L2 и L3 может быть меньше, например, от 20 до 30 μH, не критична и не оказывает такого большого влияния на параметры устройства (для подавления пульсаций выходного напряжения используются конденсаторы C6 - C8). Поэтому для этих катушек были применены тороидальные сердечники меньшего диаметра. Они имеют внешний диаметр 20 мм, внутренний диаметр 10 мм, на них намотано от 15 до 20 витков провода.

Выходное напряжение стабилизируется обратной связью с выхода источника на вход VFB цепи управления микросхемы IO1 (вывод 2). Выходное напряжение сравнивается с опорным напряжением 2,5В. Когда максимальный выходной ток превышен (например, в случае короткого замыкания на выходе), напряжение между базой и эмиттером T5 будет 0,6В, и этот транзистор откроется.

Падение напряжения на резисторе R9 увеличивается выше 1В, загорается светодиод D6 (ток более 2 мА), и защита в цепи управления микросхемы IO1 начинает работать. При этом обнаруживаем падение напряжения, вызванное потреблением тока, для простоты подключения и минимизации потерь на обмотках катушек L2 и L3. Источник питания также можно отключить, приложив к выводу 3 внешнее положительное напряжение. При больших токах этот метод выключения более щадящий.

Резисторы R5 и R6 должны иметь как можно меньшее сопротивление, чтобы минимизировать влияние емкости управляющего электрода МОП-транзистора, которая задерживает переключение и увеличивает тепловые потери. Высокая скорость переключения обеспечивается диодом Шоттки D3, который включен между базой и коллектором транзистора Т4. Конденсатор C10, диоды D1, D2 и резистор R12 обеспечивают задержку запуска блока питания после включения, что при больших токах нагрузки предпочтительно.

Импульсные блоки питания не могут нормально работать в режиме холостого хода, поэтому включен резистор R11 в качестве нагрузки. При указанном включении можно реализовать источник питания с другими параметрами входного и выходного напряжения, только резисторы R7 и R8 подбираются так, что при требуемом величине выходного напряжения можно установить напряжение 2,5В на 2 выводе микросхемы I01.

Например, мы могли бы использовать почти такую схему для создания зарядного устройства. При этом можно не устанавливать конденсаторы C7 и C8, а вместо катушек L2 и L3 включить подходящий резистор Rn для ограничения выходного тока, который можно рассчитать по формуле (Rn = 0,6 / IN, где lN - требуемый зарядный ток).

Вариант односторонней печатной платы источник питания 13,8В до 20 А показан на рисунке, на ней размещены практически все компоненты.

Вариант односторонней печатной платы 

Разводка печатной платы 

После пайки всех компонентов и визуального осмотра платы рекомендуется сначала подключить настраиваемый источник от стабилизированного источника питания и подать напряжение около 20 В (с выходным током от 1 до 2 А), далее подключим нагрузку приблизительно от 10 до 12 ом мощностью 10 Вт к источнику, а к точке между транзистором T1, D2 и L1 включим осциллограф. После включения проверяются основные режимы схемы и регулируется выходное напряжение подстроечным резистором P1. На выходе транзистора Т1 должно быть напряжение прямоугольной формы. Кроме того, можно подключить резистор 1 - 2 ома между катушками L2 и L3 и проверить работу защиты.

Если все в порядке, проверим работоспособность блока питания в рабочих условиях. Подключим мощный источник входного напряжения и соответствующую нагрузку (по возможности, желательно реостат с сопротивлением единиц Ом). Мы меняем выходной ток и измеряем входное напряжение и ток, а также выходное напряжение и ток. За напряжением на катоде диода D2 следим с помощью осциллографа. Рассчитываем КПД источника и проверяем, не слишком ли большие потери.

Добавить комментарий

Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Радиолюбительские конструкции