Линейный источник питания с импульсным регулированием

Для создания небольших регулируемых сетевых источников питания можно использовать простые схемы. В базовой схеме на Рисунке 1 показан универсальный источник питания 5 В, в котором используются стабилитрон и эмиттерный повторитель. Необходимо рассчитать и спроектировать трансформатор таким образом, чтобы транзистор Q₁ был близок к насыщению при низком сетевом напряжении и номинальном выходном токе. Кроме того, следует выбрать такое значение сопротивления R₁, чтобы обеспечить правильный рабочий ток стабилитрона. На Рисунке 2 показано, что Q₁ должен рассеивать около 0.75 Вт при номинальных уровнях входного напряжения и выходного тока. Для токов до 300 мА подходит малосигнальный транзистор в корпусе TO-92, такой как BC337, но лучше выбрать устройство средней мощности, например, BD135. Чтобы снизить цену, радиатор в этой конструкции не используется. Поскольку схема находится внутри невентилируемого корпуса сетевого блока питания, температура перехода транзистора BD135 достигает 100 °C и более.

Рисунок 1.	Этот простой сетевой блок питания эффективен, но не имеет ограничения тока.

При использовании линейной схемы ограничения тока транзистор Q₁ в случае короткого замыкания выхода должен рассеивать почти 2.5 Вт. Вероятным результатом является расплавление пластикового корпуса и выход из строя транзистора Q₁. Чтобы избежать этой катастрофы, можно использовать ограничение тока в импульсном режиме. На Рисунке 3 показана схема Рисунка 1 с некоторыми дополнительными компонентами, а Рисунок 2 помогает понять преимущества импульсного ограничения тока. Q₁ и Q₂ работают как один эмиттерный повторитель, но с меньшим током базы. Малосигнальный диод Шоттки BAT85, получающий ток смещения через резисторы R₃ и R₂, обеспечивает приблизительно 0.25 В опорного напряжения для неинвертирующего входа компаратора IC_1A. Инвертирующий вход считывает падение напряжения, создаваемое выходным током на резисторе R₃. Пока выходной ток меньше уровня 300 мА, выход компаратора находится в высокоимпедансном состоянии (открытый коллектор), и схема работает как линейный регулятор.

Рисунок 2.	Без использования импульсного режима ограничения тока схема на Рисунке 1 может выйти из строя и сгореть.

Рисунок 3.	Добавление нескольких компонентов защищает схему на Рисунке 1 от перегрузки по току.

Если выходной ток достигает 300 мА, на выходе компаратора устанавливается низкий уровень, выключающий транзисторы Q₁ и Q₂. Ток через дроссель L₁ экспоненциально убывает, протекая через диод Шоттки D₁. Поскольку напряжение эмиттера транзистора Q₁ в этом случае составляет примерно 0.5 В, ток смещения диода D₂ уменьшается, и падение напряжения на диоде D₂ снижается примерно на 10%. Вследствие этого выходной ток уменьшается, пока не достигнет 270 мА. Затем компаратор снова переключается в высокоимпедансное состояние, включая транзисторы Q₁ и Q₂ и снова смещая D₂ током через резисторы R₁ и R₂. Ток дросселя L₁ экспоненциально увеличивается, пока снова не достигнет 300 мА. L₁ представляет собой дроссель индуктивностью 300 мкГн с сердечником из порошкового железа. Действие импульсной схемы ограничения тока иллюстрирует Рисунок 4.

Рисунок 4.	Импульсный режим ограничения удерживает ток в схеме на Рисунке 3 на уровне примерно 320 мА.

Материалы по теме

1. Datasheet Fairchild 1N5818
2. Datasheet Vishay BAT85
3. Datasheet Texas Instruments LM393