В последнее время не только производители радиоэлектронной аппаратуры, вычислительной техники, коммуникационного оборудования и связи, но и радиолюбители все больше применяют импульсные источники питания (ИБП). Особое место среди ИБП, которые используют радиолюбители в своих конструкциях, занимают импульсные понижающие стабилизаторы. Они более экономичны, чем линейные стабилизаторы, и удобны для применения вместо микросхем 7805, 7812 и им подобных.
Рис. 1
Разберемся в работе такого стабилизатора по рис.1. Он содержит:
- дроссель L;
- электронный ключ (транзистор биполярный или полевой);
- защитный диод D;
- широтно-импульсный модулятор (ШИМ).
Ключ открывается до насыщения импульсами от ШИМ и запирается в паузах между ними. Когда ключ открыт, накопительный конденсатор С заряжается через дроссель L. Когда ключ запирается, в дросселе возникает ЭДС самоиндукции («плюс» справа, «минус» слева) дополнительно подзаряжающая конденсатор С через защитный диод D. Чем короче импульс и больше пауза, тем меньше напряжение, до которого зарядится накопительный конденсатор, а значит, меньше выходное напряжение. Чтобы уменьшить падение напряжения на диоде D, а значит, снизить и потери, в этой позиции может использоваться диод Шоттки.
Теперь предположим, что напряжение на нагрузке (RH) по какой-либо причине уменьшается. Импульсы на выходе ШИМ, поступающие на регулирующий элемент, за счет ООС с выхода стабилизатора на вход ШИМ, будут иметь большую, чем ранее, длительность. Это приведет к увеличению напряжения на выходе стабилизатора до прежнего значения. При увеличении напряжения на нагрузке схема ведет себя аналогично, но с точностью «до наоборот».
Понижающие импульсные стабилизаторы последовательного типа могут быть изготовлены как на дискретных элементах, так и на специализированных микросхемах, которых существует множество. Так, например, фирмой National Semiconductor выпускается семейство микросхем для импульсных стабилизаторов SIMPLE SWITCHER®. Подробную информацию о микросхемах этого семейства, и не только, можно найти на сайте [1]. Характерным представителем этого семейства является микросхема LM2675. Эта микросхема обеспечивает жесткую стабилизацию выходных напряжений при увеличении входного напряжения до 40 В. Для стабилизатора 5 В диапазон изменения входного напряжения 8…40 В. Максимальный КПД микросхемы может достигать 96%. Частота преобразования 260 кГц. Гарантированный ток нагрузки до 1 А. Несомненным достоинством микросхемы LM2675 является то, что для создания полноценного стабилизатора на ее базе необходимо всего пять внешних деталей. Еще одна важная особенность — это наличие у МС LM2675 дежурного режима.
Рис. 2
Микросхема выпускается в трех различных корпусах (рис.2), два из которых имеют по восемь выводов: SO-8 (микросхема LM2675M) и DIP-8 (LM2675N), а один LLP (LM2675LD) — шестнадцать. Назначение выводов микросхемы LM2675 в разных корпусах приведено в табл. 1, а функциональная схема показана на рис.3.
Рис. 3
Таблица 1
| Выводы | Обозначение | Назначение | |
| SO-8, DIP-8 | LLP-16 | ||
| 1 | 1 | Св | Конденсатор ОС (вольтодобавки) |
| 2,3 | 2-7, 10, 13 | NC | Свободные выводы |
| 4 | 8 | FB | Вход ООС |
| 5 | 9 | ON/OFF | Вход вкл. (лог. «1») и выкл. (лог. «0») |
| 6 | 11, 12 | GND | Корпус |
| 7 | 14 | VlN | Вход стабилизатора |
| 8 | 15, 16 | Vsw | Выход |
Кроме того, микросхема имеет четыре модификации по выходным напряжениям, три из них фиксированные: 3,3 В, 5 В, 12 В и одно регулируемое, точнее, задающееся внешним делителем, от 1,7 В до 37 В. Модификацию микросхемы легко определить по маркировке. Например, LM2675N-3.3 — это стабилизатор напряжения 3,3 В. Аналогично можно расшифровать и другие микросхемы (LM2675LD-5.0, LM2675M-12, LM2675LD-ADJ и т.д.), помня, что ADJ — это сокращение от английского слова adjustment — регулировка.
Все модификации LM2675, кроме корпуса, отличаются номинальными сопротивлениями резисторов внутреннего делителя напряжения R1 и R2. Для стабилизатора 3,3 В номиналы этих резисторов указаны на схеме рис.3 возле этих резисторов. Номиналы R1 и R2 для других модификаций микросхемы LM2675 — в левой части рис.3.
Типовая схема стабилизатора на микросхемах с фиксированным напряжением стабилизации показана на рис.4.
Рис. 4
Эта схема отличается от показанной на рис.1 наличием конденсатора вольтодобавки (BOOTSTRAP) Св, который повышает экономичность (КПД) схемы (почти так, как в двухтактных транзисторных УМЗЧ).
Кроме того, микросхема LM2675 имеет вход ON/OFF, низкий потенциал на котором переводит микросхему в дежурный режим.
Для подбора дросселя существуют специальные номограммы, которые можно найти в [2]. По этим номограммам, зная максимальные значения тока нагрузки и входного напряжения, можно определить индуктивность дросселя, точнее, код этого дросселя (например, L13 или L21). Используя этот код, по специальной таблице можно подобрать конкретный типономинал этого дросселя. Для дросселей фирмы Pulse Engineering [3] эта информация приведена в табл.2. Подобная информация по дросселям производства компаний Schott, Renco и Coilcraft также имеется в [2], но изделия этих фирм в постсоветских странах менее распространены.
Таблица 2
| Код
|
Ток
(A) |
Индуктивность
(мкГн) |
Монтаж |
|
| через отверстие | поверхностный | |||
| L2 | 150 | РЕ-53802 | PE-53802-S | |
| L3 | 100 | РЕ-53803 | PE-53803-S | |
| L4 | 0,32 | 68 | РЕ-53804 | PE-53804-S |
| L5 | 0,37 | 47 | РЕ-53805 | PE-53805-S |
| L6 | 0,44 | 33 | РЕ-53806 | РЕ 53806-S |
| L7 | 0,52 | 22 | РЕ-53807 | PE-53807-S |
| L9 | 0,32 | 220 | РЕ-53809 | PE-53809-S |
| L10 | 0,39 | 150 | РЕ-53810 | РЕ-53810-S |
| Lll | 0,48 | 100 | РЕ-53811 | РЕ-53811-S |
| L12 | 0,58 | 68 | РЕ-53812 | РЕ-53812-S |
| L13 | 0,70 | 47 | РЕ-53813 | PE-53813-S |
| L14 | 0,83 | 33 | РЕ-53814 | PE-53814-S |
| L15 | 0,99 | 22 | РЕ-53815 | PE-53815-S |
| L18 | 0,55 | 220 | РЕ-53818 | РЕ-53818-S |
| L19 | 0,66 | 150 | РЕ-53819 | РЕ-53819-S |
| L20 | 0,82 | 100 | РЕ-53820 | PE-53820-S |
| L21 | 0,99 | 68 | РЕ-53821 | РЕ-53821-S |
| L22 | 1,17 | 47 | РЕ-53822 | PE-53822-S |
| L23 | 1,40 | 33 | РЕ-53823 | РЕ 53823-S |
| L24 | 1,70 | 22 | РЕ-53824 | PE-53824-S |
| L27 | 1,00 | 220 | РЕ-53827 | PE-53827-S |
| L28 | 1,20 | 150 | РЕ-53828 | PE-53828-S |
| L29 | 1,47 | 100 | РЕ-53829 | PE-53829-S |
| L30 | 1,78 | 68 | РЕ-53830 | PE-53830-S |
Типовая схема стабилизатора на микросхемах с регулируемым напряжением стабилизации показана на рис.5.
Рис. 5
Эта схема отличается от предыдущей схемы (рис.4) наличием внешнего делителя напряжения R1R2 в цепи обратной связи. Сопротивление резистора R1 выбирается равным 1,5 кОм, a R2 рассчитывается по формуле:
где UREF = 1,21 В
Учитывая высокую частоту работы микросхемы (260 кГц), нужно тщательно разрабатывать печатную плату стабилизатора с минимальной длиной печатных проводников. Для микросхем в корпусе SO-8 (LM2675M) рекомендуют использовать только SMD- компоненты и топологию печатных плат стабилизаторов размерами 31×25 мм, которая показана на рис.6 (для стабилизатора на микросхеме с фиксированным напряжением стабилизации) и рис.7 (для стабилизатора на микросхеме с регулируемым напряжением стабилизации).
Рис. 6
Рис. 7
Ссылки
- national.com — сайт компании National Semiconductor.
- LM2675 SIMPLE SWITCHER® Power Converter High Efficiency, 1A, Step-Down Voltage Regulator. Режим доступа: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/Im2675.pdf.
- pulseeng.com — сайт компании Pulse Engineering.
Автор: Игорь Безверхний, г. Киев
Источник: журнал Радиоаматор №11-12, 2015