Een eenvoudige schakelstabilisator. Schakelstabilisator op de XL4015-chip

De microschakeling waar we vandaag de dag over nadenken is een instelbare DC-DC-spanningsomvormer, of eenvoudigweg een traploos instelbare stroomstabilisator van 40 volt aan de ingang en van 1,2 tot 35 V aan de uitgang. De LM2576 vereist een ingangsvermogen van ongeveer 40-50 VDC. Omdat hij stromen tot 3 ampère aankan, werkt de LM2576 als een schakelende regelaar die een belasting van 3 ampère kan aandrijven met een minimaal aantal componenten en een klein koellichaam. De prijs van de LM2576-chip is ongeveer 140 roebel.

Schematisch diagram van de stabilisator

Kenmerken van het schema

• Uitgangsspanning instelbaar 1,2 - 35 V en lage rimpel
• Potentiometer voor soepele aanpassing van de uitgangsspanning
• Het bord heeft een AC-spanningsbruggelijkrichter
• LED-indicatie van ingangsvermogen
• Printplaatafmetingen 70 x 63 mm

De schakeling is bedoeld voor desktopvoedingen, batterijladers, als LED-driver. Hierna volgen 2 ontwerpopties - in standaard en vlakke vorm:

Waarom kunnen eenvoudige parametrische stabilisatoren zoals LM317 niet worden gebruikt in dergelijke gestabiliseerde voedingen? Omdat het vermogensverlies bij een spanning van 30 V 3 A enkele tientallen watts zal bedragen, is een enorme radiator en koeler vereist. Maar met pulsstabilisatie is het vermogen dat vrijkomt op de microschakeling bijna 10 keer minder. Daarom krijgen we met LM2576 een kleine en krachtige, universeel instelbare spanningsregelaar.

Deze recensie is gewijd aan de schakelstabilisatormodule, die door online winkels wordt aangeboden onder de naam "5A Lithium Charger CV CC Buck Step Down Power Module LED Driver". De module is dus een puls-step-down-omzetter die is ontworpen voor het opladen van lithium-ionbatterijen in de modi CV (constante spanning) en CC (constante stroom), en voor het voeden van LED's. Dit apparaat kost ongeveer 2 USD. Structureel is de module een printplaat waarop alle elementen zijn geïnstalleerd, inclusief signaal-LED's en instelbedieningen. Het uiterlijk van de module wordt getoond in figuur 1.

Een tekening van de printplaat wordt getoond in Fig. 2.

Volgens de specificaties van de fabrikant heeft de module de volgende technische kenmerken:

• Ingangsspanning 6-38V DC.
• Uitgangsspanning instelbaar 1,25-36 VDC.
• Uitgangsstroom 0-5 A (instelbaar).
• Belast vermogen tot 75 VA.
• Het rendement bedraagt ​​ruim 96%.
• Er is een ingebouwde beveiliging tegen oververhitting en kortsluiting in de belasting.
• Moduleafmetingen 61,7x26,2x15 mm.
• Gewicht 20 gram.

De combinatie van een lage prijs, een klein formaat en hoge technische kenmerken wekte de interesse en de wens van de auteur om experimenteel de belangrijkste kenmerken van de module te bepalen.
De fabrikant levert geen elektrisch schakelschema, dus ik moest het zelf tekenen. Het resultaat van dit werk wordt gepresenteerd in Fig. 3.

De basis van het apparaat is de DA2 XL4015-chip, een origineel Chinees ontwerp. Deze chip lijkt erg op de populaire LM2596, maar heeft verbeterde eigenschappen. Blijkbaar wordt dit bereikt door een krachtige veldeffecttransistor als stroomschakelaar te gebruiken. De beschrijving van deze microschakeling wordt gegeven in L1. In dit apparaat is de microschakeling volledig in overeenstemming met de aanbevelingen van de fabrikant opgenomen. De variabele weerstand “CV” is de uitgangsspanningsregelaar. Het instelbare is gebaseerd op de DA3.1 operationele versterker. Deze versterker vergelijkt de spanningsval over de stroomdetectieweerstand R9 met de geregelde spanning over de variabele weerstand “CC”. Met deze weerstand kunt u het gewenste niveau van stroombegrenzing in de stabilisatorbelasting instellen.

Als de opgegeven stroomwaarde wordt overschreden, verschijnt er een hoog niveau-signaal aan de uitgang van de versterker, gaat de rode HL2-LED open en neemt de spanning op ingang 2 van de DA2-chip toe, wat zal leiden tot een verlaging van de spanning en stroom aan de uitgang van de stabilisator. Bovendien geeft de gloed van HL2 aan dat de module in de huidige stabilisatiemodus (CC) werkt. Condensator C5 moet de stabiliteit van de huidige besturingseenheid garanderen.

De tweede operationele versterker DA3.2 bevat een signaleringsapparaat om de stroom in de belasting te verminderen tot een waarde van minder dan 9% van de gespecificeerde maximale stroom. Als de stroom de opgegeven waarde overschrijdt, brandt de blauwe LED HL3, anders brandt de groene LED HL1. Bij het opladen van lithium-ionbatterijen is een afname van de laadstroom een ​​van de tekenen dat het opladen is beëindigd.
De DA1-chip bevat een stabilisator met een uitgangsspanning van 5V. Deze spanning wordt gebruikt om de operationele versterker DA3 van stroom te voorzien, en wordt ook gebruikt om de referentiespanning te vormen voor de stroombegrenzer en het huidige lage alarm.

De spanningsval over de stroommeetweerstand wordt op geen enkele manier gecompenseerd; naarmate de stroom in de belasting toeneemt, neemt de uitgangsspanning van de stabilisator af. Om dit nadeel te verkleinen is de waarde van de stroommeetweerstand vrij klein gekozen (0,05 Ohm). Hierdoor kan drift in de operationele versterker van DA3 merkbare instabiliteit veroorzaken in zowel het uitgangsstroombegrenzingsniveau als het alarmniveau.
Tests van de module hebben aangetoond dat de uitgangsweerstand van de stabilisator in de spanningsregeling (CV) modus vrijwel volledig wordt bepaald door de stroommeetweerstand en ongeveer 0,06 Ohm bedraagt.
De spanningsstabilisatiefactor is ongeveer 400.
Om de warmteafvoer te evalueren, werd een spanning van 12V op de module-ingang aangelegd. De uitgangsspanning was ingesteld op 5V met een belastingsweerstand van 2,5 Ohm (stroom 2A). Na 30 minuten werden de DA2-chip, inductor L1 en diode VD1 opgewarmd tot respectievelijk 71, 64 en 48 graden Celsius.

De werking in de b(SS) ging gepaard met de overgang van de DA2-microschakeling naar de pulsburstvormingsmodus. De herhalingsfrequentie en duur van de uitbarstingen varieerden binnen ruime grenzen, afhankelijk van de grootte van de stroom. In dit geval vond het effect van stroomstabilisatie plaats, maar namen de rimpelingen bij de module-uitgang aanzienlijk toe. Bovendien ging de werking van het apparaat in de CC-modus gepaard met een nogal luid gepiep, waarvan de bron de inductor L1 was.
De werking van het stroomreductiealarm heeft geen klachten opgeleverd. De module heeft met succes een kortsluiting in de belasting doorstaan.

De module is dus operationeel in zowel de CV- als de CC-modus, maar bij gebruik moet rekening worden gehouden met de hierboven beschreven kenmerken.
Deze recensie is geschreven op basis van de resultaten van een onderzoek naar één exemplaar van het apparaat, waardoor de verkregen resultaten louter indicatief zijn.
Volgens de auteur kan de beschreven schakelstabilisator met succes worden gebruikt als een goedkope, compacte stroombron met bevredigende eigenschappen vereist is.

Lijst met radio-elementen

Aanduiding	Type	Denominatie	Hoeveelheid	Opmerking	Winkel	Mijn notitieblok
DA1	Lineaire regelaar	LM317L	1			Naar notitieblok
DA2	Chip	XL4015	1			Naar notitieblok
DA3	Operationele versterker	LM358	1			Naar notitieblok
VD1	Schottky-diode	SK54	1			Naar notitieblok
HL1	Lichtgevende diode	Groente	1			Naar notitieblok
HL2	Lichtgevende diode	Rood	1			Naar notitieblok
HL3	Lichtgevende diode	Blauw	1			Naar notitieblok
C1, C6	Elektrolytische condensator	220 µF 50 V	2			Naar notitieblok
C2-C4, C7	Condensator	0,47 µF	4			Naar notitieblok
C5	Condensator	0,01 µF	1			Naar notitieblok
R1	Weerstand	680 Ohm	1			Naar notitieblok
R2	Weerstand	220 Ohm	1			Naar notitieblok
R3	Weerstand	330 Ohm	1			Naar notitieblok
R4	Weerstand	18 kOhm	1			Naar notitieblok
R7	Weerstand	100 kOhm	1			Naar notitieblok
R8	Weerstand	10 kOhm	1

Een veelvoorkomend nadeel van compenserende spanningsstabilisatoren is hun lage efficiëntie als gevolg van verliezen in de transistors van het regelelement, wat bovendien krachtige koellichamen vereist die aanzienlijk groter en zwaarder zijn dan de stabilisatoren zelf. Een meer geavanceerde technische oplossing zijn pulsspanningsstabilisatoren (VST), waarbij de transistoren van de bedieningselementen in de sleutelmodus werken. Bij gebruik van hoogfrequente transistors wordt het probleem van efficiëntie en gewichtsdimensionale kenmerken in dergelijke stabilisatoren vrij radicaal opgelost.

Er zijn drie hoofd-ISN-circuits: seriële ISN van het bucking-type (Fig. 12.15), parallelle ISN van het boost-type (Fig. 12.16) en parallelle inverterende type (Fig. 12.17). Alle drie de circuits bevatten opslagsmoorspoel L, bedieningselement 1, blokkeerdiode VD, bedieningselementen 2, 3 en filtercondensator C.

Een serieregelaar met neerwaartse schakeling wordt gemaakt volgens het blokdiagram getoond in Fig. 12.15, waarbij het stuurelement 1 en de inductor L in serie zijn geschakeld met de belasting Rn. Als RE wordt een transistor gebruikt die in schakelmodus werkt. Wanneer de transistor een tijd T' open is, wordt energie van de ingangsgelijkstroombron Ui (of een gelijkrichter met uitgangsspanning Uo) via de inductor L naar de belasting overgedragen, waarin de energie wordt opgeslagen. Wanneer de transistor gedurende een tijd Tp gesloten is, wordt de in de inductor geaccumuleerde energie via de diode VD naar de belasting overgedragen. De schakel(conversie)periode is gelijk aan T=Ti+Tn. Schakel- (conversie)frequentie F=1/T. De verhouding tussen de duur van de open toestand van de transistor, waarbij een spanningspuls met de duur Ti wordt gegenereerd, en de schakelperiode T wordt de duty-cycle K3=Ti/T genoemd.

In een pulsstabilisator converteert (moduleert) het regelelement 1 dus de ingangsgelijkspanning Ui in een reeks opeenvolgende pulsen van een bepaalde duur en frequentie, en een afvlakkingsfilter bestaande uit een diode VD, een inductor L en een condensator C demoduleert ze naar een gelijkspanning Uo. Wanneer de uitgangsspanning Uo of de belastingsstroom Rn verandert in de pulsstabilisator met behulp van een terugkoppelcircuit bestaande uit meetelement 3 en stuurcircuit 2, verandert de pulsduur zodat de uitgangsspanning Uo onveranderd blijft (met een zekere mate van nauwkeurigheid).

De gepulseerde bedrijfsmodus maakt het mogelijk om de verliezen in het bedieningselement aanzienlijk te verminderen en daardoor de efficiëntie van de stroombron te verhogen en het gewicht en de afmetingen ervan te verminderen. Dit is het belangrijkste voordeel van pulsstabilisatoren ten opzichte van continue compensatiestabilisatoren.

Een puls-parallelle stabilisator (boost-type) wordt gemaakt volgens het blokdiagram in Fig. 12.16, waarbij het bedieningselement 1 parallel is geschakeld met de belasting Rn. Wanneer de stuurtransistor open is, stroomt de stroom van de stroombron Ui door de inductor L en slaat daarin energie op. Diode VD bevindt zich in een gesloten toestand en staat daarom niet toe dat condensator C zich ontlaadt via de open stuurtransistor. De stroom naar de belasting gedurende deze periode komt alleen van condensator C. Op het moment dat de stuurtransistor sluit, wordt de zelfinductie-emf van de inductor L opgeteld bij de ingangsspanning en wordt de energie van de inductor overgedragen naar de belasting, en de uitgangsspanning is groter dan de ingangsvoedingsspanning Ui. In tegenstelling tot het diagram in Fig. 12.15 Hier is de inductor geen filterelement en wordt de uitgangsspanning groter dan de ingangsspanning met een hoeveelheid die wordt bepaald door de inductantie van de inductor L en de open tijd van de stuurtransistor (of de werkcyclus van de stuurpulsen).

Stabilisatorregelcircuit in Fig. 12.16 is zo opgebouwd dat bijvoorbeeld bij het toenemen van de ingangsvoedingsspanning Ui de duur van de open toestand van de stuurtransistor zodanig afneemt dat de uitgangsspanning Uo onveranderd blijft.

De pulsparallelle inverterende stabilisator is gemaakt volgens het blokdiagram getoond in Fig. 12.17. In tegenstelling tot het diagram in Fig. 12.16 hier is de inductor L parallel geschakeld met de belasting Rn, en het bedieningselement 1 is daarmee in serie geschakeld. Een blokkeerdiode scheidt de filtercondensator C en de belasting Rn van het DC-regelelement. De stabilisator heeft de eigenschap de polariteit van de uitgangsspanning Uo te veranderen (omkeren) ten opzichte van de polariteit van de ingangsvoedingsspanning.

Pulsstabilisatoren kunnen, afhankelijk van de methode voor het besturen van de stuurtransistor, worden gemaakt met pulsbreedtemodulatie (PWM), pulsfrequentiemodulatie (PFM) of relaisbesturing. Bij PWM-stabilisatoren verandert de pulsduur Ti tijdens bedrijf, maar de schakelfrequentie blijft ongewijzigd; bij PFM-stabilisatoren verandert de schakelfrequentie, maar de pulsduur Ti blijft constant; In relaisstabilisatoren veranderen tijdens het spanningsregelingsproces zowel de duur van de pulsen als hun herhalingssnelheid.

De meest gebruikte in de praktijk is de sequentiële ISN (Fig. 12.15), waarbij de opslagsmoorspoel ook een onderdeel is van het afvlakkende LC-filter. In de stabilisatoren in Fig. 12.16 en 12.17 neemt inductor L niet deel aan het afvlakken van de uitgangsspanningsrimpel. In deze schema's wordt rimpelafvlakking alleen bereikt door de capaciteit van condensator C te vergroten, wat leidt tot een toename van de massa en afmetingen van het filter en het apparaat als geheel.

Statische regelkarakteristiek bepaald voor de stabilisator in Fig. 12.15 volgens de formule Uo/Ui=Kз (1 - Kg), is een rechte lijn waarvan de helling afhangt (zonder rekening te houden met verliezen in de stuurtransistor en diode) van de verhouding van de actieve weerstanden van de inductor en de belasting Kg=Rd/Rn. De belastingsspanning Uo wordt bepaald door de relatieve duur van de stuurpulsen (bij constante Ui) en kan niet groter zijn dan de voedingsspanning, en de lineariteit van deze karakteristiek komt overeen met de voorwaarden voor een stabiele werking van het ISN.

Laten we de belangrijkste elementen van het ISN in Fig. 12.15. Laten we beginnen met het hoofdblok, waarvan het diagram wordt getoond in Fig. 12.18.

Het blok bevat een vermogensgedeelte en een regelelement op transistor VT1, bestuurd door een schakelaar op transistor VT2 (diode VD2 dient om de basisovergang VT2 te beschermen met een groot negatief ingangsstuursignaal). De weerstand van weerstand R1 wordt geselecteerd op basis van de voorwaarde dat de gesloten toestand van transistor VT1 (100...900 Ohm) wordt gegarandeerd, en R2 - ongeveer op basis van de voorwaarde kbUi=R2 Ikmax waarbij k=l,5...2 de waarde is verzadigingsveiligheidsfactor; b, Ikmax - huidige versterkingsfactor en maximale pulscollectorstroom van transistor VT1. De weerstand van weerstand R3 wordt op soortgelijke wijze gekozen, maar in de berekeningen wordt Ui vervangen door de amplitude van de stuurpuls van de functiegenerator. Merk op dat u zich bij het kiezen van het aantal RE-transistoren kunt laten leiden door de aanbevelingen voor het circuit in Fig. 12.12.

De initiële gegevens voor het kiezen van de circuitparameters in Fig. 12.18 zijn:

spanning Ui en grenzen van zijn verandering; interne weerstand Ri van de bron Ui; nominale uitgangsspanning van de stabilisator Uo en toegestane grenzen van de aanpassing ervan; maximale Inmax en minimale Imin belastingstromen, toegestane rimpelamplitude van de uitgangsspanning van de stabilisator; stabilisatiecoëfficiënt Kn en interne weerstand Ro; maximale temperatuurafwijking van spanning Uo, enz. De procedure voor het selecteren van parameters is als volgt:

1. Selecteer de conversiefrequentie F (tot 100 kHz, voor het model - eenheden van kilohertz) en neem ongeveer de efficiëntie = 0,85...0,95.

2. Bepaal de minimale en maximale waarden van de relatieve duur (duty-factor) van de spanningspuls aan de filteringang:

3. Vanuit de voorwaarde van het handhaven van de continuïteitsmodus van de inductorstromen bepalen we dit

minimale inductie

4. Bereken het product LC uit de gegeven waarde van de rimpelspanning U„

van waaruit we dan de capaciteit van de condensator C vinden.

Het LC-product bepaalt niet alleen het rimpelniveau, maar ook de aard van de uitgangsspanningstransiënten nadat de stabilisator is ingeschakeld.

In afb. Figuur 12.19 toont de resultaten van het simuleren van het circuit in figuur 1. 12.18 met de volgende gegevens: F=1 kHz, K=0,5, Rn=100 Ohm, L=200 mH, C=100 µF (voor Fig. 12.19, a) en C=1 µF (voor Fig. 12.19, b) . Zoals uit de figuren blijkt, heeft bij een relatief grote waarde van het LC-product de transiënte respons van het onderzochte circuit een oscillerend karakter, wat leidt tot uitgangsspanningspieken, die gevaarlijk kunnen zijn voor de consument (belasting).

Laten we verder gaan met de volgende functionele eenheid van het ISN: het besturingscircuit en het meetelement. In dit geval is het raadzaam om rekening te houden met de kenmerken van de modulatoren die in het ISN worden gebruikt.

Het schakelen van stabilisatoren met PWM heeft de volgende voordelen ten opzichte van stabilisatoren van de andere twee typen:

Hoge efficiëntie en optimale conversiefrequentie zijn gegarandeerd, ongeacht de spanning van de primaire stroombron en de belastingsstroom; de rimpelfrequentie bij de belasting is constant, wat voor een aantal elektriciteitsverbruikers significant is;

De mogelijkheid van gelijktijdige synchronisatie van de conversiefrequenties van een onbeperkt aantal ISN's wordt gerealiseerd, waardoor het risico van frequentieschommelingen wordt geëlimineerd wanneer meerdere ISN's worden gevoed vanuit een gemeenschappelijke primaire gelijkstroombron. Wanneer het ISN werkt op een ongereguleerde omzetter (bijvoorbeeld een eindversterker), is het bovendien mogelijk om de frequenties van beide apparaten te synchroniseren.

Het nadeel van een ISN met PWM ten opzichte van een relaisstabilisator is een complexer stuurcircuit, dat meestal een extra masteroscillator bevat.

Pulsstabilisatoren met PFM hebben, hoewel ze geen significante voordelen hebben ten opzichte van andere typen ISN, de volgende nadelen:

О de complexiteit van het implementeren van frequentieregelaars over een breed bereik, vooral bij grote veranderingen in voedingsspanning en belastingsstroom;

Er is geen mogelijkheid om de bovengenoemde voordelen van een PWM-besturingssysteem te realiseren.

Het laatste nadeel geldt ook voor relais- (of tweepunts-)ISN's, die eveneens worden gekenmerkt door een relatief grote spanningsrimpel bij de belasting (bij stabilisatoren met PWM of PWM kan de uitgangsspanningsrimpel in principe tot nul worden teruggebracht, wat onmogelijk te bereiken in relaisstabilisatoren).

In het algemene geval bevat blok 3 (Fig. 12.20) een spanningsdeler, een referentiespanningsbron ION, een vergelijkingselement en een mismatchversterker. Deze elementen vervullen dezelfde functies als compenserende stabilisatoren. Voor een ISN met PWM worden aan deze apparaten een synchronisatiespanningsvormer (masteroscillator) en een drempelapparaat toegevoegd, met behulp waarvan in duur gemoduleerde pulsen worden gegenereerd. De duur van de stuurpuls wordt gewijzigd door de voor- of achterflank te moduleren.

Wanneer de voorflank wordt gemoduleerd, neemt de lineair variërende synchronisatiespanning in elke periode toe, en wanneer de achterflank moduleert, neemt de stuurspanning in elke periode af. Bij het moduleren van de flanken stijgt en daalt de synchronisatiespanning bij elke periode. Dit type modulatie maakt het, vergeleken met eenrichtingsmodulatie, mogelijk snellere ISN's te implementeren, omdat in dit geval de momentane waarde van de stuurspanning de vorming van randen beïnvloedt.

De transmissiecoëfficiënt van het stuurcircuit, die de relatie vaststelt tussen veranderingen in de relatieve duur van de pulsen aan de ingang van het afvlakfilter en de belastingsspanning (voor PWM), is gelijk aan

respectievelijk de spanningsdeler en dedingen; Uy is de amplitude van de synchronisatiespanning.

Het volledige circuit van de ISN met PWM-elementen wordt getoond in Fig. 12.20. De spanningsdeler is gemaakt op weerstanden R3, R4, de referentiespanningsbron bevindt zich op weerstand R5 en zenerdiode VD2, de foutsignaalversterker bevindt zich op OU1, het drempelapparaat bevindt zich op OU2. Omdat beide op-amps worden gevoed vanuit een unipolaire bron, is er, om de niveaus in de toetstrap op VT2 te evenaren, een parametrische stabilisator (VD3, R8) in het emittercircuit opgenomen. Als master werd een functionele generator in de driehoekige pulsmodus gebruikt; Bij moduleren op een voorflank wordt de duty-cycle geselecteerd als maximaal (99%), bij moduleren op een dalende flank - als minimum (0,1%), bij moduleren op beide flanken - 50%. In afb. Figuur 12.21 toont het resultaat van het modelleren van het proces van het genereren van stuurpulsen tijdens modulatie langs de voorrand.

Getoond in afb. 12.21 werden de resultaten verkregen bij Rn = 100 Ohm en Ui = 20 V. Zoals te zien is in Fig. 12.21, onmiddellijk na het inschakelen van de stroombron worden stuurpulsen van maximale duur gevormd, waarna een lange pauze optreedt als gevolg van een positieve sprong in de uitgangsspanning Uo, waarna de geforceerde modus opnieuw begint als gevolg van een negatieve sprong in Uo. De stabiele toestand van de vorming van stuurpulsen vindt plaats na verschillende perioden van het stuursignaal van de hoofdoscillator.

Taken testen

1. Voor het circuit in Afb. 12.18 verkrijg de afhankelijkheid Uo=f(K,) bij F=1 kHz, Uy=3 V (unipolariteit van rechthoekige stuurpulsen wordt verzekerd door de constante component Offset=3 V in te stellen op de functionele generator, de werkcyclus K wordt ingesteld door door de parameter Dutycycle te selecteren), Ui= 30 V, Rn=100 Ohm, L=100 mH, C=100 µF.

2. Voor het circuit in Afb. 12.18, bestudeer de afhankelijkheid van de vorm van transiënte processen van de actieve verliesweerstand Rd, inclusief een weerstand van 0,1 ... 10 Ohm in serie met de inductor.

3. Onderzoek het ISN volgens het diagram in Afb. 12.20 bij het moduleren van de dalende flank, gelijktijdig langs de voor- en dalende flank en vergelijk de resultaten op het moment dat de apparaten de stabiele toestand bereiken.

4. Bepaal voor elke methode voor het genereren van stuursignalen in stabiele toestand de afhankelijkheid van de periode voor het genereren van stuursignalen van de belastingsweerstand Rn in het bereik van 10...1000 Ohm en de ingangsspanning Ui in het bereik van 15.. .40 V.

LM2596 verlaagt de ingangsspanning (tot 40 V) - de uitgang wordt geregeld, de stroom is 3 A. Ideaal voor LED's in een auto. Zeer goedkope modules - ongeveer 40 roebel in China.

Texas Instruments produceert hoogwaardige, betrouwbare, betaalbare en goedkope, gebruiksvriendelijke DC-DC-controllers LM2596. Chinese fabrieken produceren op basis daarvan ultragoedkope gepulseerde stepdown-converters: de prijs van een module voor LM2596 is ongeveer 35 roebel (inclusief levering). Ik raad je aan om in één keer een partij van 10 stuks te kopen - ze zullen er altijd nut voor hebben, en de prijs zal dalen tot 32 roebel, en minder dan 30 roebel bij het bestellen van 50 stuks. Lees meer over het berekenen van de circuits van de microschakeling, het aanpassen van de stroom en spanning, de toepassing ervan en enkele nadelen van de omzetter.

De typische gebruiksmethode is een gestabiliseerde spanningsbron. Op basis van deze stabilisator is eenvoudig een schakelende voeding te maken; ik gebruik hem als een eenvoudige en betrouwbare laboratoriumvoeding die bestand is tegen kortsluiting. Ze zijn aantrekkelijk vanwege de consistentie van kwaliteit (ze lijken allemaal in dezelfde fabriek te zijn gemaakt - en het is moeilijk om fouten te maken in vijf delen) en volledige overeenstemming met het gegevensblad en de aangegeven kenmerken.

Een andere toepassing is een pulsstroomstabilisator voor voeding voor krachtige LED's. Met de module op deze chip kunt u een 10 watt LED-matrix voor auto's aansluiten, die bovendien bescherming tegen kortsluiting biedt.

Ik raad ten zeerste aan om er een tiental te kopen - ze zullen zeker van pas komen. Ze zijn uniek op hun eigen manier: de ingangsspanning bedraagt ​​maximaal 40 volt en er zijn slechts 5 externe componenten vereist. Dit is handig: u kunt de spanning op de smart home powerbus verhogen tot 36 volt door de doorsnede van de kabels te verkleinen. Zo'n module installeren wij op de verbruikspunten en configureren deze op de benodigde 12, 9, 5 volt of naar behoefte.

Laten we ze eens nader bekijken.

Chip-eigenschappen:

• Ingangsspanning - van 2,4 tot 40 volt (tot 60 volt in de HV-versie)
• Uitgangsspanning - vast of instelbaar (van 1,2 tot 37 volt)
• Uitgangsstroom - tot 3 ampère (met goede koeling - tot 4,5 A)
• Conversiefrequentie - 150 kHz
• Behuizing - TO220-5 (doorvoermontage) of D2PAK-5 (opbouwmontage)
• Efficiëntie - 70-75% bij lage spanningen, tot 95% bij hoge spanningen

1. Gestabiliseerde spanningsbron
2. Convertercircuit
3. Data papier
4. USB-oplader gebaseerd op LM2596
5. Huidige stabilisator
6. Gebruik in zelfgemaakte apparaten
7. Aanpassing van uitgangsstroom en -spanning
8. Verbeterde analogen van LM2596

Geschiedenis - lineaire stabilisatoren

Om te beginnen zal ik uitleggen waarom standaard lineaire spanningsomzetters zoals LM78XX (bijvoorbeeld 7805) of LM317 slecht zijn. Hier is het vereenvoudigde diagram.

Het belangrijkste element van een dergelijke omzetter is een krachtige bipolaire transistor, ingeschakeld in de "oorspronkelijke" betekenis - als een geregelde weerstand. Deze transistor maakt deel uit van een Darlington-paar (om de stroomoverdrachtscoëfficiënt te verhogen en het vermogen dat nodig is om het circuit te laten werken te verminderen). De basisstroom wordt ingesteld door de operationele versterker, die het verschil versterkt tussen de uitgangsspanning en de spanning ingesteld door de ION (referentiespanningsbron), d.w.z. het is aangesloten volgens het klassieke foutversterkercircuit.

De omzetter schakelt dus eenvoudigweg de weerstand in serie met de belasting in en regelt de weerstand ervan zo dat bijvoorbeeld precies 5 volt over de belasting wordt gedoofd. Het is eenvoudig te berekenen dat wanneer de spanning daalt van 12 volt naar 5 (een veel voorkomend geval bij het gebruik van de 7805-chip), de ingangsspanning van 12 volt wordt verdeeld tussen de stabilisator en de belasting in de verhouding "7 volt op de stabilisator + 5 volt op de belasting.” Bij een stroomsterkte van een halve ampère komt er 2,5 watt vrij bij de belasting, en bij 7805 - maar liefst 3,5 watt.

Het blijkt dat de "extra" 7 volt eenvoudigweg op de stabilisator wordt gedoofd en in warmte verandert. Ten eerste levert dit problemen op met de koeling en ten tweede kost het veel energie van de stroombron. Bij stroomvoorziening via een stopcontact is dit niet erg eng (hoewel het nog steeds schade toebrengt aan het milieu), maar als het wordt gevoed door een batterij of oplaadbare batterij, kan dit niet worden genegeerd.

Een ander probleem is dat het over het algemeen onmogelijk is om met deze methode een boost-converter te maken. Vaak ontstaat zo'n behoefte, en pogingen om dit probleem twintig of dertig jaar geleden op te lossen zijn verbazingwekkend: hoe complex de synthese en berekening van dergelijke circuits was. Een van de eenvoudigste circuits van dit soort is een push-pull 5V->15V-omzetter.

Toegegeven moet worden dat het galvanische isolatie biedt, maar de transformator niet efficiënt gebruikt - slechts de helft van de primaire wikkeling wordt op elk moment gebruikt.

Laten we dit vergeten als een nare droom en verder gaan met moderne circuits.

Voltage bron

Schema

De microschakeling is handig te gebruiken als een step-down-omzetter: er zit een krachtige bipolaire schakelaar in, het enige dat overblijft is het toevoegen van de resterende componenten van de regelaar - een snelle diode, een inductie en een uitgangscondensator, het is ook mogelijk om installeer een ingangscondensator - slechts 5 onderdelen.

De LM2596ADJ-versie heeft ook een uitgangsspanningsinstelcircuit nodig, dit zijn twee weerstanden of één variabele weerstand.

Step-down spanningsomzettercircuit gebaseerd op LM2596:

Het hele schema samen:

Hier kan je download het gegevensblad voor LM2596.

Werkingsprincipe: een krachtige schakelaar in het apparaat, bestuurd door een PWM-signaal, stuurt spanningspulsen naar de inductantie. Op punt A is x% van de tijd de volledige spanning aanwezig, en (1-x)% van de tijd is de spanning nul. Het LC-filter verzacht deze oscillaties door een constante component gelijk aan x * voedingsspanning te benadrukken. De diode voltooit het circuit wanneer de transistor wordt uitgeschakeld.

Gedetailleerde functiebeschrijving

Inductantie is bestand tegen de verandering in de stroom er doorheen. Wanneer er spanning verschijnt op punt A, creëert de inductor een grote negatieve zelfinductiespanning en wordt de spanning over de belasting gelijk aan het verschil tussen de voedingsspanning en de zelfinductiespanning. De inductiestroom en spanning over de belasting nemen geleidelijk toe.

Nadat de spanning op punt A is verdwenen, probeert de inductor de vorige stroom die van de belasting en de condensator vloeit, in stand te houden, en sluit deze door de diode naar aarde - deze daalt geleidelijk. De belastingsspanning is dus altijd lager dan de ingangsspanning en hangt af van de werkcyclus van de pulsen.

Uitgangsspanning

De module is verkrijgbaar in vier versies: met een spanning van 3,3V (index –3,3), 5V (index –5,0), 12V (index –12) en een verstelbare versie LM2596ADJ. Het is logisch om de aangepaste versie overal te gebruiken, omdat deze in grote hoeveelheden verkrijgbaar is in de magazijnen van elektronische bedrijven en het onwaarschijnlijk is dat je er een tekort aan zult tegenkomen - en er zijn slechts twee cent extra weerstanden nodig. En natuurlijk is ook de 5 volt-versie populair.

Het aantal op voorraad staat in de laatste kolom.

De uitgangsspanning kun je instellen in de vorm van een DIP-schakelaar, een goed voorbeeld hiervan vind je hier, of in de vorm van een draaischakelaar. In beide gevallen heb je een batterij precisieweerstanden nodig, maar je kunt de spanning aanpassen zonder voltmeter.

Kader

Er zijn twee behuizingsopties: de TO-263 planaire montagebehuizing (model LM2596S) en de TO-220 behuizing met doorlopende gaten (model LM2596T). Ik geef er de voorkeur aan om de vlakke versie van de LM2596S te gebruiken, omdat in dit geval het koellichaam het bord zelf is en het niet nodig is om een ​​extra extern koellichaam te kopen. Bovendien is de mechanische weerstand veel hoger, in tegenstelling tot de TO-220, die ergens op moet worden geschroefd, zelfs op een plank, maar dan is het gemakkelijker om de vlakke versie te installeren. Ik raad aan om de LM2596T-ADJ-chip in voedingen te gebruiken, omdat het gemakkelijker is om een ​​grote hoeveelheid warmte uit de behuizing te verwijderen.

Rimpelafvlakking van de ingangsspanning

Kan worden gebruikt als effectieve “slimme” stabilisator na stroomrectificatie. Omdat de microschakeling de uitgangsspanning direct bewaakt, zullen schommelingen in de ingangsspanning een omgekeerd evenredige verandering in de conversiecoëfficiënt van de microschakeling veroorzaken, en zal de uitgangsspanning normaal blijven.

Hieruit volgt dat bij gebruik van de LM2596 als een step-down converter na een transformator en gelijkrichter, de ingangscondensator (dat wil zeggen degene die zich direct na de diodebrug bevindt) een kleine capaciteit kan hebben (ongeveer 50-100 μF).

Uitgangscondensator

Door de hoge conversiefrequentie hoeft de uitgangscondensator ook geen grote capaciteit te hebben. Zelfs een krachtige consument zal geen tijd hebben om deze condensator in één cyclus aanzienlijk te verminderen. Laten we de berekening uitvoeren: neem een ​​condensator van 100 µF, een uitgangsspanning van 5 V en een belasting die 3 ampère verbruikt. Volledige lading van de condensator q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.

In één conversiecyclus zal de belasting dq = I*t = 3 A * 6,7 µs = 20 µC van de condensator afnemen (dit is slechts 4% van de totale lading van de condensator), en onmiddellijk zal een nieuwe cyclus beginnen, en de omzetter zal een nieuw deel van de energie in de condensator stoppen.

Het belangrijkste is om geen tantaalcondensatoren als ingangs- en uitgangscondensatoren te gebruiken. Ze schrijven precies in de datasheets - "niet gebruiken in stroomcircuits", omdat ze zelfs kortstondige overspanningen zeer slecht verdragen en niet van hoge pulsstromen houden. Gebruik gewone aluminium elektrolytische condensatoren.

Efficiëntie, efficiëntie en warmteverlies

De efficiëntie is niet zo hoog, omdat een bipolaire transistor wordt gebruikt als een krachtige schakelaar - en deze heeft een spanningsval die niet nul is, ongeveer 1,2 V. Vandaar de daling van de efficiëntie bij lage spanningen.

Zoals u kunt zien, wordt het maximale rendement bereikt als het verschil tussen de ingangs- en uitgangsspanning ongeveer 12 volt bedraagt. Dat wil zeggen, als u de spanning met 12 volt moet verlagen, gaat er een minimale hoeveelheid energie naar warmte.

Wat is omvormerefficiëntie? Dit is een waarde die stroomverliezen karakteriseert - als gevolg van warmteontwikkeling op een volledig open krachtige schakelaar volgens de wet van Joule-Lenz en soortgelijke verliezen tijdens transiënte processen - wanneer de schakelaar bijvoorbeeld slechts half open is. De effecten van beide mechanismen kunnen qua omvang vergelijkbaar zijn, dus we mogen beide verliespaden niet vergeten. Een kleine hoeveelheid stroom wordt ook gebruikt om de ‘hersenen’ van de converter zelf van stroom te voorzien.

Idealiter is bij het omzetten van de spanning van U1 naar U2 en de uitgangsstroom I2 het uitgangsvermogen gelijk aan P2 = U2*I2, het ingangsvermogen is daaraan gelijk (ideaal geval). Dit betekent dat de ingangsstroom I1 = U2/U1*I2 zal zijn.

In ons geval heeft de conversie een rendement lager dan één, waardoor een deel van de energie in het apparaat achterblijft. Met efficiëntie η zal het uitgangsvermogen bijvoorbeeld P_out = η*P_in zijn, en de verliezen P_loss = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Uiteraard zal de omzetter de ingangsstroom moeten verhogen om de gespecificeerde uitgangsstroom en -spanning te behouden.

We kunnen aannemen dat bij het converteren van 12V -> 5V en een uitgangsstroom van 1A de verliezen in de microschakeling 1,3 watt zullen zijn en de ingangsstroom 0,52A. In ieder geval is dit beter dan welke lineaire converter dan ook, die minstens 7 watt aan verliezen zal opleveren en 1 ampère uit het ingangsnetwerk zal verbruiken (inclusief voor deze nutteloze taak) - twee keer zoveel.

Trouwens, de LM2577-microschakeling heeft een drie keer lagere werkfrequentie en de efficiëntie is iets hoger, omdat er minder verliezen zijn bij voorbijgaande processen. Er zijn echter drie keer hogere nominale waarden van de inductor en de uitgangscondensator nodig, wat extra geld en bordgrootte betekent.

Uitgangsstroom verhogen

Ondanks de toch al vrij grote uitgangsstroom van de microschakeling is soms zelfs nog meer stroom nodig. Hoe kom je uit deze situatie?

1. Er kunnen meerdere converters worden geparalleliseerd. Uiteraard moeten ze op exact dezelfde uitgangsspanning worden ingesteld. In dit geval kun je niet rondkomen met eenvoudige SMD-weerstanden in het feedbackspanningsinstelcircuit; je moet weerstanden gebruiken met een nauwkeurigheid van 1%, of de spanning handmatig instellen met een variabele weerstand.

Als u niet zeker bent van een kleine spanningsspreiding, is het beter om de converters parallel te schakelen via een kleine shunt, in de orde van enkele tientallen milliohm. Anders valt de hele belasting op de schouders van de omvormer met de hoogste spanning en kan deze het misschien niet aan. 2. Je kunt goede koeling gebruiken: een grote radiator, een meerlaagse printplaat met een groot oppervlak. Dit maakt het mogelijk om [de stroom te verhogen](/lm2596-tips-and-tricks/ “Gebruik van LM2596 in apparaten en bordindeling”) naar 4,5A. 3. Ten slotte kunt u [de krachtige sleutel verplaatsen] (#a7) buiten de behuizing van de microschakeling. Dit maakt het mogelijk om een ​​veldeffecttransistor met een zeer kleine spanningsval te gebruiken, en zal zowel de uitgangsstroom als het rendement aanzienlijk vergroten.

USB-oplader voor LM2596

U kunt een zeer handige USB-reislader maken. Om dit te doen, moet u de regelaar instellen op een spanning van 5V, deze voorzien van een USB-poort en de oplader van stroom voorzien. Ik gebruik een lithium-polymeerbatterij van het radiomodel, gekocht in China, die 5 ampère-uren levert bij 11,1 volt. Dit is veel – genoeg 8 keer een gewone smartphone opladen (zonder rekening te houden met efficiëntie). Rekening houdend met de efficiëntie, zal dit minimaal 6 keer zijn.

Vergeet niet de D+ en D- pinnen van de USB-aansluiting kort te sluiten om de telefoon te laten weten dat deze is aangesloten op de oplader en dat de overgedragen stroom onbeperkt is. Zonder deze gebeurtenis zal de telefoon denken dat hij op de computer is aangesloten en gedurende een zeer lange tijd zal worden opgeladen met een stroomsterkte van 500 mA. Bovendien compenseert een dergelijke stroom mogelijk niet eens het huidige verbruik van de telefoon en wordt de batterij helemaal niet opgeladen.

Je kunt ook een aparte 12V-ingang van een auto-accu voorzien van een sigarettenaanstekeraansluiting - en de bronnen schakelen met een soort schakelaar. Ik raad u aan een LED te installeren die aangeeft dat het apparaat aan staat, om niet te vergeten de batterij uit te schakelen nadat deze volledig is opgeladen - anders zullen de verliezen in de converter de back-upbatterij binnen een paar dagen volledig leegmaken.

Dit type batterij is niet erg geschikt omdat deze is ontworpen voor hoge stromen. U kunt proberen een batterij met een lagere stroomsterkte te vinden, maar deze zal kleiner en lichter zijn.

Huidige stabilisator

Uitgangsstroom aanpassing

Alleen verkrijgbaar met versie met instelbare uitgangsspanning (LM2596ADJ). Overigens maken de Chinezen ook deze versie van het bord, met regeling van spanning, stroom en allerlei indicaties - een kant-en-klare stroomstabilisatormodule op LM2596 met kortsluitbeveiliging kan worden gekocht onder de naam xw026fr4.

Als je geen kant-en-klare module wilt gebruiken en deze schakeling zelf wilt maken, is er niets ingewikkelds, met één uitzondering: de microschakeling heeft niet de mogelijkheid om de stroom te regelen, maar je kunt deze wel toevoegen. Ik zal uitleggen hoe je dit moet doen en onderweg de moeilijke punten verduidelijken.

Sollicitatie

Een stroomstabilisator is nodig om krachtige LED's van stroom te voorzien (trouwens, mijn microcontrollerproject krachtige LED-drivers), laserdiodes, galvaniseren, opladen van de batterij. Net als bij spanningsstabilisatoren zijn er twee soorten van dergelijke apparaten: lineair en gepulseerd.

De klassieke lineaire stroomstabilisator is de LM317, en deze is redelijk goed in zijn klasse, maar de maximale stroom is 1,5 A, wat niet genoeg is voor veel krachtige LED's. Zelfs als je deze stabilisator van stroom voorziet met een externe transistor, zijn de verliezen erop simpelweg onaanvaardbaar. De hele wereld maakt zich druk over het energieverbruik van stand-by-lampen, maar hier werkt de LM317 met een rendement van 30%. Dit is niet onze methode.

Maar onze microschakeling is een handige driver voor een pulsspanningsomzetter die veel bedrijfsmodi heeft. De verliezen zijn minimaal, omdat er geen lineaire bedrijfsmodi van transistors worden gebruikt, alleen de belangrijkste.

Het was oorspronkelijk bedoeld voor spanningsstabilisatiecircuits, maar verschillende elementen maken er een stroomstabilisator van. Feit is dat de microschakeling volledig afhankelijk is van het "Feedback" -signaal als feedback, maar wat we ermee moeten voeden, is aan ons.

In het standaard schakelcircuit wordt spanning aan deze tak geleverd via een resistieve uitgangsspanningsdeler. 1,2V is een balans; Feedback is minder, de driver verhoogt de duty-cycle van de pulsen; als deze groter is, wordt deze verlaagd. Maar u kunt spanning op deze ingang toepassen via een stroomshunt!

Shunt

Bij een stroomsterkte van 3A moet u bijvoorbeeld een shunt nemen met een nominale waarde van niet meer dan 0,1 Ohm. Bij een dergelijke weerstand zal deze stroom ongeveer 1 W vrijgeven, dus dat is veel. Het is beter om drie van dergelijke shunts parallel te plaatsen, waardoor een weerstand van 0,033 Ohm, een spanningsval van 0,1 V en een warmteafgifte van 0,3 W worden verkregen.

De Feedback-ingang vereist echter een spanning van 1,2 V - en we hebben slechts 0,1 V. Het is irrationeel om een ​​hogere weerstand te installeren (de warmte zal 150 keer meer vrijkomen), dus het enige dat overblijft is om deze spanning op de een of andere manier te verhogen. Dit gebeurt met behulp van een operationele versterker.

Niet-inverterende op-amp-versterker

Klassiek schema, wat is eenvoudiger?

Wij verenigen ons

Nu combineren we het gebruikelijke spanningsomvormercircuit en een versterker met behulp van een LM358 op-amp, op de ingang waarvan we een stroomshunt aansluiten.

Een krachtige weerstand van 0,033 Ohm is een shunt. Het kan worden gemaakt van drie parallel geschakelde weerstanden van 0,1 Ohm, en om de toegestane vermogensdissipatie te vergroten, gebruikt u SMD-weerstanden in een 1206-verpakking, plaatst u ze met een kleine opening (niet dicht bij elkaar) en probeert u zoveel mogelijk koperlaag rond de weerstanden achter te laten. weerstanden en eronder mogelijk. Op de Feedback-uitgang is een kleine condensator aangesloten om een ​​mogelijke overgang naar de oscillatormodus te elimineren.

Wij regelen zowel stroom als spanning

Laten we beide signalen verbinden met de Feedback-ingang - zowel stroom als spanning. Om deze signalen te combineren, gebruiken we het gebruikelijke bedradingsschema “AND” op diodes. Als het stroomsignaal hoger is dan het spanningssignaal, zal het domineren en omgekeerd.

Een paar woorden over de toepasbaarheid van de regeling

U kunt de uitgangsspanning niet aanpassen. Hoewel het onmogelijk is om zowel de uitgangsstroom als de spanning tegelijkertijd te regelen, zijn ze evenredig aan elkaar, met een coëfficiënt van "belastingsweerstand". En als de stroomvoorziening een scenario implementeert als ‘constante uitgangsspanning, maar wanneer de stroom groter wordt, beginnen we de spanning te verlagen’, d.w.z. CC/CV is al een lader.

De maximale voedingsspanning voor het circuit is 30V, aangezien dit de limiet is voor de LM358. U kunt deze limiet uitbreiden tot 40 V (of 60 V met de LM2596-HV-versie) als u de op-amp voedt via een zenerdiode.

Bij de laatste optie is het noodzakelijk om een ​​diodesamenstel te gebruiken als somdiodes, omdat beide diodes erin zijn gemaakt binnen hetzelfde technologische proces en op dezelfde siliciumwafel. De spreiding van hun parameters zal veel kleiner zijn dan de spreiding van parameters van individuele discrete diodes - hierdoor zullen we een hoge nauwkeurigheid van de volgwaarden verkrijgen.

Je moet er ook zorgvuldig voor zorgen dat het op-amp-circuit niet opgewonden raakt en in de lasermodus gaat. Probeer hiervoor de lengte van alle geleiders te verkleinen, en vooral het spoor dat is aangesloten op pin 2 van de LM2596. Plaats de opamp niet in de buurt van dit spoor, maar plaats de SS36-diode en filtercondensator dichter bij de LM2596-behuizing en zorg voor een minimaal oppervlak van de aardlus die op deze elementen is aangesloten. Het is noodzakelijk om een ​​minimale lengte van de aardlus te garanderen. retourstroompad “LM2596 -> VD/C -> LM2596”.

Toepassing van LM2596 in apparaten en onafhankelijke bordindeling

Ik sprak gedetailleerd over het gebruik van microschakelingen in mijn apparaten, niet in de vorm van een voltooide module nog een artikel, waarin wordt behandeld: de keuze van de diode, condensatoren, inductorparameters, en ook over de juiste bedrading en een paar extra trucs.

Mogelijkheden voor verdere ontwikkeling

Verbeterde analogen van LM2596

De eenvoudigste manier na deze chip is om over te schakelen naar LM2678. In wezen is dit dezelfde stepdown-omzetter, alleen met een veldeffecttransistor, waardoor het rendement stijgt tot 92%. Het is waar dat het 7 poten heeft in plaats van 5, en het is niet pin-to-pin-compatibel. Deze chip lijkt echter sterk op elkaar en zal een eenvoudige en handige optie zijn met verbeterde efficiëntie.

L5973D– een vrij oude chip, die tot 2,5 A levert, en een iets hoger rendement. Het heeft ook bijna tweemaal de conversiefrequentie (250 kHz) - daarom zijn lagere spoel- en condensatorwaarden vereist. Ik heb echter gezien wat ermee gebeurt als je het rechtstreeks op het autonetwerk aansluit - vaak wordt de interferentie uitgeschakeld.

ST1S10- zeer efficiënte (90% efficiëntie) DC-DC stepdown-omzetter.

• Vereist 5–6 externe componenten;

ST1S14- hoogspanningsregelaar (tot 48 volt). Hoge werkfrequentie (850 kHz), uitgangsstroom tot 4A, vermogen Goede output, hoog rendement (niet slechter dan 85%) en een beveiligingscircuit tegen overmatige belastingsstroom maken het waarschijnlijk de beste converter voor het voeden van een server vanaf een 36 volt bron.

Als maximale efficiëntie vereist is, zult u zich moeten wenden tot niet-geïntegreerde stepdown DC-DC-controllers. Het probleem met geïntegreerde controllers is dat ze nooit coole vermogenstransistors hebben: de typische kanaalweerstand is niet hoger dan 200 mOhm. Als u echter een controller zonder ingebouwde transistor neemt, kunt u elke transistor kiezen, zelfs AUIRFS8409–7P met een kanaalweerstand van een halve milliohm

DC-DC-converters met externe transistor

Volgend deel

Hallo. Ik breng een recensie onder uw aandacht van de geïntegreerde lineair instelbare spannings- (of stroom-) stabilisator LM317 voor een prijs van 18 cent per stuk. In een plaatselijke winkel kost zo'n stabilisator een orde van grootte meer, daarom was ik geïnteresseerd in dit kavel. Ik besloot te kijken wat er voor die prijs werd verkocht en het bleek dat de stabilisator van vrij hoge kwaliteit was, maar daarover hieronder meer.
De beoordeling omvat testen in de spannings- en stroomstabilisatormodus, evenals het controleren van de bescherming tegen oververhitting.
Voor de geïnteresseerden, graag...

Een beetje theorie:

Er zijn stabilisatoren lineair En pols.
Lineaire stabilisator is een spanningsdeler, waarvan de ingang wordt voorzien van een ingangsspanning (onstabiel) en de uitgangsspanning (gestabiliseerde) wordt verwijderd van de onderarm van de verdeler. Stabilisatie wordt uitgevoerd door de weerstand van een van de verdeelarmen te veranderen: de weerstand wordt constant gehandhaafd zodat de spanning aan de uitgang van de stabilisator binnen de vastgestelde grenzen ligt. Met een grote verhouding van ingangs-/uitgangsspanningen heeft de lineaire stabilisator een laag rendement, aangezien het grootste deel van het vermogen Pdis = (Uin - Uout) * Het wordt afgevoerd als warmte op het bedieningselement. Daarom moet het bedieningselement voldoende vermogen kunnen afvoeren, dat wil zeggen dat het op een radiator met het vereiste oppervlak moet worden geïnstalleerd.
Voordeel lineaire stabilisator - eenvoud, gebrek aan interferentie en een klein aantal gebruikte onderdelen.
Gebrek- laag rendement, hoge warmteontwikkeling.
Stabilisator schakelen spanning is een spanningsstabilisator waarbij het regelelement in een schakelmodus werkt, dat wil zeggen dat het zich meestal in een uitschakelmodus bevindt, wanneer de weerstand maximaal is, of in een verzadigingsmodus - met minimale weerstand, wat betekent dat het kan worden beschouwd als een schakelaar. Een soepele spanningsverandering vindt plaats vanwege de aanwezigheid van een integrerend element: de spanning neemt toe naarmate deze energie accumuleert en neemt af naarmate deze aan de belasting wordt vrijgegeven. Deze bedrijfsmodus kan het energieverlies aanzienlijk verminderen en de gewichts- en maatindicatoren verbeteren, maar heeft zijn eigen kenmerken.
Voordeel pulsstabilisator - hoog rendement, lage warmteontwikkeling.
Gebrek- een groter aantal elementen, de aanwezigheid van interferentie.

Held van de recensie:

Het kavel bestaat uit 10 microschakelingen in een TO-220-verpakking. De stabilisatoren werden geleverd in een plastic zak omwikkeld met polyethyleenschuim.






Vergelijking met waarschijnlijk de bekendste lineaire stabilisator 7805 voor 5 volt in dezelfde behuizing.

Testen:
Soortgelijke stabilisatoren worden hier door veel fabrikanten geproduceerd.
De stand van de benen is als volgt:
1 - aanpassing;
2 - uitgang;
3 - ingang.
We assembleren een eenvoudige spanningsstabilisator volgens het diagram uit de handleiding:


Dit is wat we hebben kunnen bereiken met 3 posities van de variabele weerstand:
De resultaten zijn eerlijk gezegd niet erg goed. Ik zou het geen stabilisator durven noemen.
Vervolgens heb ik de stabilisator geladen met een weerstand van 25 Ohm en het beeld veranderde compleet:

Vervolgens besloot ik de afhankelijkheid van de uitgangsspanning van de belastingsstroom te controleren, waarvoor ik de ingangsspanning op 15V instelde, de uitgangsspanning op ongeveer 5V zette met behulp van een trimmerweerstand en de uitgang laadde met een variabele draadgewonden weerstand van 100 Ohm. . Dit is wat er gebeurde:
Het was niet mogelijk om een ​​stroomsterkte van meer dan 0,8A te verkrijgen, omdat De ingangsspanning begon te dalen (de voeding is zwak). Als resultaat van deze tests werd de stabilisator met de radiator opgewarmd tot 65 graden:

Om de werking van de stroomstabilisator te controleren, werd het volgende circuit samengesteld:


In plaats van een variabele weerstand heb ik een constante weerstand gebruikt, hier zijn de testresultaten:
De huidige stabilisatie is ook goed.
Hoe kan er een recensie zijn zonder de held te verbranden? Om dit te doen, heb ik de spanningsstabilisator opnieuw in elkaar gezet, 15V op de ingang toegepast, de uitgang ingesteld op 5V, d.w.z. Er viel 10V op de stabilisator en laadde deze op 0,8A, d.w.z. Er kwam 8 W vermogen vrij op de stabilisator. De radiateur werd verwijderd.
Het resultaat werd gedemonstreerd in de volgende video:

Ja, de oververhittingsbeveiliging werkt ook; het was niet mogelijk om de stabilisator te verbranden.

Resultaat:

De stabilisator is volledig operationeel en kan zowel als spanningsstabilisator (afhankelijk van de aanwezigheid van belasting) als als stroomstabilisator worden gebruikt. Er zijn ook veel verschillende toepassingsschema's om het uitgangsvermogen te vergroten, het te gebruiken als oplader voor batterijen, enz. De kosten van het onderwerp zijn redelijk, aangezien ik offline zo'n minimum kan kopen voor 30 roebel, en voor 19 roebel , dat aanzienlijk duurder is dan het product dat wordt beoordeeld.

Daarmee neem ik afscheid, veel succes!

Het product werd ter beschikking gesteld voor het schrijven van een recensie door de winkel. De recensie is gepubliceerd in overeenstemming met artikel 18 van de siteregels.

Ik ben van plan +37 te kopen Toevoegen aan favorieten Ik vond de recensie leuk +59 +88