3842 блок питания своими руками

Делаем импульсный блок питания на UC3842 своими руками

При создании какого-либо устройства может возникнуть проблема создания простого и надежного источника питания. Один из вариантов — импульсный источник питания.

Сегодня много простых схем импульсных блоков питания на минимальном количестве не дефицитных элементов.

В статье, ниже предлагаем описание одного из вариантов простого импульсного блока питания на недорогой микросхеме UC3842.

Схема реализована на основе микросхемы UC3842. Эта микросхема получила широкое распространение, начиная со второй половины 90-х годов. На ней реализовано множество различных источников питания для телевизоров, факсов, видеомагнитофонов и другой техники. Такую популярность UC3842 получила благодаря своей малой стоимости, высокой надежности, простоте схемотехники и минимальной требуемой обвязке.

Принципиальная схема импульсного источника питания на мс UC3842 (КА3842)

На входе блока питания, расположен сетевой выпрямитель напряжения, включающий плавкий предохранитель FU1 на ток 5 А, варистор Р1 на 275 В для защиты блока питания от превышения напряжения в сети, конденсатор С1, терморезистор R1 на 4,7 Ом, диодный мост VD1…VD4 на диодах FR157 (2 А, 600 В) и конденсатор фильтра С2 (220 мкФ на 400 В). Терморезистор R1 в холодном состоянии имеет сопротивление 4,7 Ом, и при включении питания ток заряда конденсатора С2 ограничивается этим сопротивлением. Далее резистор разогревается за счет проходящего через него тока, и его сопротивление падает до десятых долей ома. При этом он практически не влияет на дальнейшую работу схемы.

Резистор R7 обеспечивает питание ИМС в период запуска блока питания. Обмотка II трансформатора Т1, диод VD6, конденсатор С8, резистор R6 и диод VD5 образуют так называемую петлю обратной связи (Loop Feedback), которая обеспечивает питание ИМС в рабочем режиме, и за счет которой осуществляется стабилизация выходных напряжений. Конденсатор С7 является фильтром питания ИМС. Элементы R4, С5 составляют времязадающую цепочку для внутреннего генератора импульсов ИМС.

Резистивный делитель R2, R3 задает напряжение, вырабатываемое петлей обратной связи, на входе усилителя ошибки, другими словами, определяет напряжение стабилизации. Элементы R5, С6 необходимы для компенсации. АЧХ усилителя ошибки. Резистор R9 — токоограничивающий, резистор R13 защищает полевой транзистор VT1 в случае обрыва резистора R9. Резистор R11 является измерительным для определения тока через транзистор VT1. Элементы R10, C10 образуют интегрирующую цепочку, через которую напряжение с резистора R11, являющееся эквивалентом тока через транзистор VT1, поступает на второй компаратор ИМС. Элементы VD7, R8, С9, VD8, С11 и R12 формируют требуемую форму импульсов, устраняют паразитную генерацию фронтов и защищают транзистор от мощных импульсов напряжения.

Трансформатор преобразователя намотан на ферритовом сердечнике с каркасом ETD39 фирмы Siemens+Matsushita. Этот набор отличается круглым центральным керном феррита и большим пространством для толстых проводов. Пластмассовый каркас имеет выводы для восьми обмоток. Намоточные данные трансформатора приведены в таблице, ниже:

Сборка трансформатора осуществляется с помощью специальных крепежных пружин. Следует обратить особое внимание на тщательность изоляции каждого слоя обмоток с помощью лакоткани, а между обмотками I, II и остальными обмотками следует проложить несколько слоев лакоткани, обеспечив надежную изоляцию выходной части схемы от сетевой. Обмотки следует наматывать способом «виток к витку», не перекручивая провода. Естественно, не следует допускать перехлеста проводов соседних витков и петель.

Выходная часть блока питания представлена на рисунке, ниже. Она гальванически развязана от входной части и включает в себя три функционально идентичных блока, состоящих из выпрямителя, LC-фильтра и линейного стабилизатора. Первый блок — стабилизатор на 5 В (5 А) — выполнен на ИМС линейного стабилизатора А2 SD1083/84 (DV, LT). Эта микросхема имеет схему включения, корпус и параметры, аналогичные МС КР142ЕН12, однако рабочий ток составляет 7,5 А для SD1083 и 5 А для SD1084.

Второй блок — стабилизатор +12/15 В (1 А) — выполнен на ИМС линейного стабилизатора A3 7812 (12 В) или 7815 (15 В). Отечественные аналоги этих ИМС — КР142ЕН8 с соответствующими буквами (Б, В), а также К1157ЕН12/15. Третий блок — стабилизатор -12/15 В (1 А) — выполнен на ИМС линейного стабилизатора. А4 7912 (12 В) или 7915 (15 В). Отечественные аналоги этих ИМС- К1162ЕН12Д5.

Резисторы R14, R17, R18 необходимы для гашения излишнего напряжения на холостом ходу. Конденсаторы С12, С20, С25 выбраны с запасом по напряжению ввиду возможного возрастания напряжения на холостом ходу. Рекомендуется использовать конденсаторы С17, С18, С23, С28 типа К53-1А или К53-4А. Все ИМС устанавливаются на индивидуальные пластинчатые радиаторы с площадью не менее 5 см2.

Конструктивно блок питания выполнен в виде одной односторонней печатной платы, установленной в корпус от блока питания персонального компьютера. Вентилятор и входные сетевые разъемы используются по назначению. Вентилятор подключен к стабилизатору + 12/15 В, хотя возможно сделать дополнительный выпрямитель или стабилизатор на +12 В без особой фильтрации.

Все радиаторы установлены вертикально, перпендикулярно выходящему через вентилятор воздушному потоку.

К выходам стабилизаторов подключены по четыре провода длиной 30…45 мм, каждый комплект выходных проводов обжат специальными пластиковыми зажимами-ремешками в отдельный жгут и оснащен разъемом того же типа, который используется в персональном компьютере для подключения различных периферийных устройств.

Параметры стабилизации определяются параметрами ИМС стабилизаторов. Напряжения пульсаций определяются параметрами самого преобразователя и составляют примерно 0,05% для каждого стабилизатора.

Источник

Лабораторный импульсный блок питания. Часть 1. ЛБП на микросхемах серии 38xx: TL3842, UCC3804

Содержание / Contents

Схемы ЛБП, опубликованных в свое время в различных технических журналах, довольно громоздки, несмотря на неплохие параметры (много из этих схем мне довелось изготавливать). Думаю, что понятие «лабораторный» не должно ассоциироваться с большим объемом и неподъемной массой.

Я считаю основными характеристиками ЛБП:
1. Надежность.
2. Мобильность (для меня это важно) а, значит, малый вес и габариты.
3. Минимальные потери на регулирующем силовом элементе.
4. Высокие регулировочные и нагрузочные характеристики.
5. Доступность и дешевизна комплектующих.
6. Минимальная сложность схемы.
7. Простота в изготовлении и настройке.
7. Хорошая повторяемость и, конечно, — малые временные затраты на сборку девайса.

Понятно, что малые габариты и вес, высокий КПД и приличная мощность, — все это можно совместить лишь в импульсном блоке питания. Именно в этом направлении пытался продвинуться и я, собрав и испытав несколько незамысловатых схем импульсных ЛБП, о которых речь пойдет ниже. Все схемы собраны с применением элементной базы от старых компьютерных БП и электронных трансформаторов «Ташибра» и им подобных.

Как и говорилось выше, упор при конструировании данного ЛБП, как и всех последующих, делается на имеющиеся комплектующие, поэтому и предлагается здесь не технология изготовления каких-либо узлов (намотка дроссля или трансформатора), а подбор ИЗ ТОГО, ЧТО ЕСТЬ, коль уж, речь идет о достаточно быстром и бесдефицитном изготовлении ЛБП.
Безусловно, найдется пара узлов, нуждающихся в модернизации, но в большинстве случаев постараемся избегать ненужных трудозатрат.
Если согласны с такой концепцией, читаем дальше.

↑ Схема 1

была собрана и испытана на популярной серии микросхем 38ХХ. В конструкции применялись микросхемы TL3842 и UCC3804. При тестировании схемы на ее вход подавались напряжения от 42 до 60В. Снимаемые токи достигали величины до 4А в диапазоне регулировки от 3 до 35В (до 50В при входном напряжении 60В).
Эта схема, как и все последующие, описанные здесь, существовала и тестировалась лишь на беспаечной макетке, что значительно скрадывало ее эксплуатационные характеристики, как если бы схема была собрана на печатной, грамотно разведенной, плате.

Работа ЛБП происходит следующим образом. После подачи питания на ЛБП, на 7 вывод ШИ-регулятора DA1 подается напряжение 12В от параметрического стабилизатора R1/VD1, достаточное для его включения. Встроенный стабилизатор напряжения микросхемы «оживает» и начинает работать тактовый генератор, частота которого определяется компонентами R6, C4. Практически сразу же на выходе DA1 (pin 6) появляется положительный импульс, фронтом открывающий полевой транзистор VT1, который, в свою очередь, открывает составной силовой ключ на транзисторах VT2, VT3, осуществляющий в открытом состоянии «накачку» контура, образованного дросселем L1, конденсатором С3 и сопротивлением нагрузки.

Как только напряжение в точке соединения элементов P1-R8 достигнет порога срабатывания усилителя ошибки (2,5В), импульс на выводе 6 микросхемы перестает существовать, запирая своим спадом транзисторы ключей в ожидании разряда контура, отдающего накопленную энергию в нагрузку. При напряжении ниже порога срабатывания усилителя ошибки, процесс «накачки» контура, с последующей отдачей энергии в нагрузку, возобновляется.

В качестве лирического отступления замечу, что ШИМ-управляемые ЛБП по большому счету — нонсенс, т. к. при простой схемотехнике, сопоставимой по сложности с линейными регулируемыми источниками питания, весьма трудно добиться внятного ШИ-регулирования из-за плохой привязки процессов, происходящих в реактивных накопительных цепях ШИ-регулируемых БП, к собственно регулируемому выходному напряжению. Мы пойдем другим путем и легко допустим сваливание ШИ-регулятора в обычный релейный режим, где пропуск 4-5 импульсов на такт регулирования будет считаться нормой. Чтобы при этом не происходило характерного свиста или гудения дросселя, повысим частоту тактового генератора ШИ-регулятора, уменьшим индуктивность дросселя.

Таким образом, ШИ-регулирование будет происходить не всегда, а лишь на участках регулирования, требующих частой «накачки» контура — на «холостом ходу» ЛБП, либо в зависимости от потребляемого тока — при подключенной нагрузке. Все остальное время работа ШИ-регулятора будет блокирована малой активностью контура, накопившего, но не отдавшего энергию, вследствии чего, напряжение на входе усилителя ошибки будет удерживаться значительное время.

Налаживание схемы заключается в подборе накопительного дросселя L1 и уточнении номиналов резисторов R8/P1. Частота генератора DA1 может быть выбрана в диапазоне 25-80кГц (что справедливо и для других схем на базе ШИМ 38ХХ) с учетом того, что индуктивность дросселя должна быть большей для меньшей частоты и наоборот. Сам дроссель должен работать без нагрева в заданом диапазоне токов, следовательно, габариты его магнитопровода не должны минимизироваться. Все дроссели, используемые в экспериментах с импульсными ЛБП были изъяты из выходных силовых цепей компьютерных БП и применялись как есть — без перемотки. Наиболее подходящими оказались дроссели на кольцах с внешним диаметром 28-32 мм, используемые когда-то в 3,3-вольтовых шинах питания компьютерных БП. Обмотки этих дросселей содержат 15-25 витков провода диаметром 1,0-1,3 мм, а индуктивность варьируется от 30 до 120 микрогенри.

О прочих компонентах схемы. Для DA1 с названием UCC3804, указанной на схеме, напряжение запуска составляет 12В. Для микросхем TL3842, так же испытанных в этом ЛБП, напряжение запуска — не менее 17В. В качестве VT1 использован КП501А (240mA/180V), который можно заменить на биполярный транзистор, как показано на схеме Б. Правда, полевой транзистор гораздо лучше справляется с ролью драйвера ключа и не нуждается в подборе сопротивлений, обладая лучшими пороговыми свойствами. VT2 — 2N5401 (0,8A/200V); VT3 — 2SC5200 (15A/230V). Транзистор VT3 при необходимости можно заменить на прибор противоположной проводимости, выполнив ключ, как показано на схеме В. Мощность каждого из резисторов, примененных в схеме, не превышает полуватта. Входной электролитический конденсатор большой емкости (отсутствующий на схеме) устанавливается по вкусу в соответствии с входным напряжением, — в случае применения классического трансформатора.

В случае использования данного ЛБП с электронным трансформатором, необходимости особой в конденсаторе нет. Почему? Об этом несколько позже.

Плюсы ЭТОГО ЛБП: простая схемка, возможны небольшие габариты конструктива, малый нагрев, позволяющий использование силового ключа без радиатора при токе до 2-х Ампер (при использоваиии указанного транзистора VT3-гарантировано), неплохая стабилизация (провал напряжения в диапазоне от 5 до 30В и подключении нагрузки, обеспечивающей ток не менее 3-х Ампер , составил не более 0,2В), бесшумная работа в рабочем диапазоне токов и напряжений, нет сложностей в настройке, возможность подачи достаточно высоких входных напряжений, определяемых лишь электрическими характеристиками полупроводниковых приборов и номиналами резисторов (в разумных, конечно, пределах).

Минусы: пульсации с частотой коммутации ключа при максимальной нагрузке достигают 200 мВ, желательна экранировка конструкции, нет защиты от КЗ (но и задача такая перед автором не стояла, а на базе данного ШИ-регулятора защита реализуется легко). Плавность регулировки так же не мешало бы улучшить путем добавления в цепь регулирования дополнительного потенциометра.

↑ Схема 2

Следующая схема имеет несколько лучшие характеристики по сравнению со Схемой 1, имея на порядок меньший уровень пульсаций во всем диапазоне регулировки выходного напряжения от +1,2 до +30В.

Концепция построения подобных схем известна мне, по меньшей мере с 1979 года, когда впервые в журнале «Радио» я увидел схему лабораторного БП, где обычный линейный регулируемый стабилизатор был совмещен со схемой импульсного регулятора, что позволяло данному ЛБП обрести характеристики линейного регулятора с высоким КПД, малыми пульсациями и высоким коэффициентом стабилизации.

Импульсный регулятор отслеживал падение напряжения на силовых электродах регулирующего транзистора стабилизатора, и в момент достижения напряжения между его входным и выходным электродами значения в 2В, прекращал подачу напряжения в LC-контур, установленный на входе линейного стабилизатора. Таким образом, при любом значении напряжения, установленного на выходе линейного стабилизатора, падение напряжения на его силовых электродах (К-Э или Э-К, — неважно в данном случае) не превышало 2-х Вольт. В самом худшем случае, мощность, рассеиваемая на транзисторе, не превысила бы 10Вт, при том, что стабилизатор был расчитан на выходной ток 5А. Что меня останавливало тогда от сборки этого ЛБП, так это большое количество деталей, которых у меня тогда не было вовсе, как, впрочем, и средств для их приобретения.

Ну, что же, ЛБП, изображенный на схеме 2, является эхом того самого, описанного в журнале «Радио» ЛАБОРАТОРНОГО БП. Эхом достаточно далеким, т. к. в различной технической литературе этот концепт в различных схемных воплощениях засвечивался не раз.

Как и в Схеме 1, ШИ-регулятор выполнен на микросхеме семейства 38ХХ (DA1), где усилитель ошибки выполняет лишь команды оптрона IC1, отслеживающего, собственно, падение напряжения на входе-выходе микросхемы DA2, являющейся классическим линейным стабилизируемым регулятором — КР142ЕН22А. Эта микросхема способна выдать ток до 7,5А при регулировке выходного напряжения от 1,2 до 37В.
Многим ЕН22А нравится именно поэтому. Но не все так просто. Мощность, которую способна выдержать микросхема, всего 30Вт. Посчитаем. При входном напряжении 40В и выходном — 30В, ток 3А будет для нее максимальным. Да и при использовании ее в обычном линейном режиме понадобится радиатор больших размеров. Ну, а, если представить, что падение напряжения на силовых электродах этой микросхемы не будет превышать 3-х Вольт?

Правильно. Это нам подойдет. Напряжение зажигания светодиода оптрона около 1,5В. Еще 0,7В упадет на последовательно включенным со светодиодом оптрона диоде VD1 и токоограничительном резисторе R2 при рабочем токе через светодиод около 10 мА — 0,33В при номинале R2 — 33Ома = 2,53В. Приблизительно. Минимальное падение напряжения на электродах микросхемы не должно быть меньше этого значения, т. к. меньшее падение напряжения на силовых электродах микросхемы может ухудшить параметры стабилизатора. Поэтому, нанеся некоторый ущерб КПД, можем увеличить сопротивление R2 до 200-300Ом.

Эксперементально доказано, что светодиоды оптронов зажигаются уже при токе 1 мА, а «светочувствительности» входа ошибки DA1 хватает для срабатывания ШИ-регулятора. Впрочем, все познается в эксперименте и при возможном повторении конструкции, подбор номинала R2 все равно будет необходим, если только кого-то не устроят значения по умолчанию.

Ключ на мощном полевом транзисторе (пробовались IRFP460A, IRF1407, 55N80) имеет стандартное включение по отношению к DA1 и пусть никого не смущает то обстоятельство, что выход ЛБП не имеет «общего» провода.

О деталях. Дроссель — все тот же. Оптрон использовал первый попавшийся LV817. Другие не пробовал, но думаю, что результат при использовании других оптронов получится не хуже.

Наладка заключается в установке диапазона выходных напряжений (путем подбора дросселя, сопротивлений R10, 11), установке оптимального падения напряжения на DA2 путем подбора R2. Схема работоспособна в широком диапазоне входных напряжений (номиналы ориентированы 40-60В по входу).

Все плюсы ЛБП по схеме 2 уже расписаны в тексте. Можно добавить лишь то, что при проверке на нагрев, все силовые компоненты схемы, включая транзистор параметрического стабилизатора, были расположены на одном небольшом радиаторе. При токе 3А нагрев радиатора не был ощутимым. Он был просто теплым. Схема самая простая из тех (данного концепта), что мне доводилось встречать ранее.

Из минусов: Требуется параметрический стабилизатор для питания DA1, что несколько снижает общий КПД. Ну и, немного больше деталей по сравнению с предыдущей схемой. Остальные минусы найдете сами.

Спасибо за внимание!
Продолжение следует…

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Источник