Обратная связь повышает КПД линейного регулятора

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2018

Линейные регуляторы отличаются простой схемотехникой и имеют лучшие характеристики шумов и дрейфа, чем импульсные преобразователи. Самым большим их недостатком является КПД: избыточная энергия рассеивается в виде тепла. Для минимизации разности напряжений между входом и выходом линейного регулятора применяется несколько общеизвестных технологий. Я искал недорогую, простую в использовании и эффективную схему предварительного стабилизатора, которая позволила бы снизить падение напряжения на линейном регуляторе. Автоколебательные предварительные стабилизаторы с обратной связью, сделанные на основе переключающего транзистора, компаратора и фильтра, запускаются на труднопредсказуемой частоте. Это, в свою очередь, затрудняет создание входного фильтра. Лучшим вариантом является сочетание импульсного предварительного стабилизатора с постоянной частотой переключения и линейного регулятора с низким падением напряжения. Всем этим требованиям удовлетворяет схема, показанная на Рисунке 1. Микросхема LM2576T-ADJ (IC₁) работает на фиксированной частоте 52 кГц. Для линейного стабилизатора IC₂ хорошо подходит микросхема LT1085. В цепи обратной связи предварительного стабилизатора используется операционный усилитель IC₃.

Рисунок 1.	Для повышения КПД в этом недорогом источнике питания используется предварительный стабилизатор.

При замкнутом контуре регулирования напряжение обратной связи на входе микросхемы IC₁ равно

(1)

Если R₃ = R₅ и R₄ = R₆ = kR₃, выражение (1) можно переписать в виде

(2)

Из Формулы (2) получаем

V_A – V_OUT = V_DROPOUT = kV_FB.

Устанавливая падение напряжения V_DROPOUT на микросхеме линейного стабилизатора, следует руководствоваться требованиями технического описания. При выборе LT1085 максимальное напряжение V_DROPOUT равно 1.5 В. Для LM2576T V_FB = 1.23 В и, если k=1.5, V_DROPOUT = 1.89 В – немного больше, чем значение, указанное в справочной документации. Падение напряжения не зависит от выходного напряжения, чем обеспечивается приемлемый уровень КПД. При выходном напряжении 5 В и токе 3 А КПД превышает 56%, а при напряжении 30 В и токе 3 А – составляет не менее 72%. Выходное напряжение V_OUT можно менять в диапазоне от 0 до 30 В, а входное напряжение V_IN должно превышать максимальное выходное напряжение хотя бы на 5 В. К микросхеме IC₃ никаких специальных требований не предъявляется, а в качестве IC₂ можно использовать любой линейный стабилизатор. Конденсатор C₆ снижает пульсации выходного напряжения, а C₂ частично фильтрует помеху 52 кГц на управляющем входе IC₃.В результате получился простой и надежный лабораторный источник питания с хорошими характеристиками, способный отдавать ток 3 А в диапазоне выходных напряжений от 0 В до 30 В при использовании лишь небольшого теплоотвода.

Материалы по теме