Импулсен понижаващ регулируем стабилизатор + автоматично зарядно устройство за акумулатори 0,7-30V/10mA-5A
Предназначение: универсално лабораторно регулируемо токозахранващо устройство, автоматично зарядно устройство с автоматично изключване след приключване на заряда.
Предимства на схемата: голям КПД над 90 %, сравнително добра стабилизация, голяма стръмност на токовата защита (при заряд на акумулатори буквално до края зарежда с постоянна стойност на зададения ток), малък радиатор за транзистора, мах. за 20W, плавно регулиране на токовата защита в голям обхват, от 10mA до 5A, регулиране на изходното напрежение от 0,7V до 30V, автоматично изключване след заряд.
Как работи схемата: използван е ШИМ-контролера TL494, който има два усилвателя на грешка (ОУ). Единият се използва за стабилизация на напрежението а другият за токовата защита – ограничение. Тази ИС има предимство, че не се нуждае от допълнителен ОУ за реализиране на токовата защита, но пък недостатъка и е, че няма изходен вграден драйвер, което налага изграждането на външен псевдо драйвер с транзистора Q1. Друг недостатък на чипа е невъзможността му от край до край да регулира ШИМ, и понеже в случая се използва инверс на изхода, управляват се MOSFETи с P-канал, то изходното максимално напрежение на стабилизатора никога не може да бъде колкото входното и е по-малко с около 5-7V.
Ключът S1 се ползва единствено за задаване на режима на заряд на акумулатори и нормално е в положение отворен в режим на стабилизатор на ток и напрежение.
Стабилизация на напрежение: Ползва се единия от двата вградени операционни усилватели (ОУ) на TL494. Неговият - вход е свързан към R7 или =0,7V, а + входа е вързан чрез потенциометъра в изхода на схемата, т.е. минималното изходно напрежение на стабилизатора е по-голямо или равно на 0,7V.
Стабилизация на ток: Ползва се другия от вградените ОУ на TL494 и източника на опорно напрежение 5V на извод 14. С резисторни делители се подавa опорнo напрежениe на - входа на ОУ на 494. При 5А изходен ток, върху товарният резистор R16 ще има пад от 1,5V - точно толкова е и размаха на токовата защита, която се регулира с потенциометъра RP3. Напрежението в делителя R9-R10 е 2,5V на празен ход, а когато има консумация в изхода, падът на напрежение върху товарният резистор R16 понижава напрежението под R10 и когато тази разлика се изравни с избраното напрежение от потенциометъра на + входа, вграденият ОУ започва да намалява коеф. на запълване на ШИМ-а, което води до намаляване на изходния ток. С промяна на товарния резистор може да се разшири обхвата на тази защита, в случая е избрана за 5А при R13=0,33Ом.
Настройка на режимите при първоначално пускане на схемата: Потенциометърът за тока RP3 се поставя в положение на минимален ток при късо съединение (крайно нагоре по схемата). Включва се някакъв нискоомен товар през амперметър и с тримера RP1 се регулира минимален ток (примерно 8mА като за светодиод). Следят се напреженията на 15 и 16 крак (двата входа на единия ОУ) на TL494, като се има предвид, че на 16 крак напрежението трябва да е съвсем леко по-ниско от 15 крак!!!, защото ако тези напрежения се изравнят, TL494 спира да генерира. Максималния ток както споменах по-горе може да се увеличи с намаляване на товарния резистор R16.
Автоматично изключване от заряд на акумулатори: Компаратора за изключване от заряд (когато захранващия блок се използва за зарядно устройство) е изграден с TL082. Ползва се само единият от двата вградени ОУ. В автоматичен режим, компараторът прекъсва зарядният процес, когато зарядния ток спадне под някакъв минимум, който сме задали с потенциометъра RP2. Режимът на заряд се определя от прекъсвача S1. Ако е затворен, работи в режим на автоматично изключване. Ако е отворен, системата продължава да зарежда акумулатора с постоянно напрежение, като само следи тока и чрез светодиода указва дали той е спаднал под определения от нас минимум.
Принцип на работа: след като зарядният ток спадне под някаква стойност, на - входа на компаратора напрежението се намалява спрямо + входа му поради намаляване на пада на напрежение върху товарния резистор, компаратора сработва и подава 5V на крак 4 на TL494 (DTC), което надминава границата на клонящ към нула DTC при 3,5V и прекъсва генерациите на контролера. При това, светодиода LED1 изгасва и указва края на зарядния цикъл.
Настройване на границата на сработване:
1. Включва се ключът S1, настройва се изходното напрежение без товар с потенциометъра RP4.
2. Включва се като товар амперметър (късо съединение) и с тримера за регулиране на тока RP3 се задава тока, при които трябва да изключи заряда. Например 100мА да текат през амперметъра. Светодиода за зареждането светва.
3. Върти се тримера RP2, докато угасне светодиода. Това е и прага на сработване по ток на автоматичното изключване от заряд.
Прави се проверка на сработването, като се завърта леко тримера за тока RP3 към увеличаване на тока на късо, примерно 101мА, при което светодиода трябва да светне. След това RP3 се връща към намаляване на тока и като стигне стойността 100мА, светодиода трябва да угасне.
Мосфет драйвера е най-важната част в схемата, в случая той не е по-добър от тия с вграден такъв, но благодарение на Шотки диода се доближава до типичния.
Най-важното в схемата е изработката на платката или подредбата на елементите в нея, предвид на това, че е импулсна и тези импулси с техните хармоници се „разхождат” по цялата платка, като нарушават нормалната работа, самовъзбуждат и от там КПД спада значително. Въпреки, че съм спазил почти всички изисквания за подобен тип платки, то местата на някое елементи са подбрани опитно, особено на кондензаторите. Спестяването на елементи ще доведе до нестабилна работа – самовъзбуждане и лошо КПД. Ако се спази правилно изработката на платката, особени проблеми няма да има.
Настройката на подобен тип импулсни стабилизатори с токова защита е трудна дори и при фиксирано изходно напрежение, а още повече при регулиране в широк обхват.
Разработката на схемата ми отне не малко време, макар и да не е с висока степен на интеграция. Проблемът със самовъзбуждането е много трудно отстраним, затова не гарантирам, че тя ще работи добре ако някой импровизира собствена платка, препоръчвам да се ползва платката която съм разработил благодарение на многото опити.
Също е важно да се спазят стойностите на потенциометрите, защото участват в делители на напрежение и ако не са спазени, схемата няма да сработи.
Ако схемата се използва до 1,5А, радиатор на MOSFEТ-ите не е необходим, те едва затоплят, иначе за по-голям ток се слага малък радиатор.
Целият захранващ блок с мощност от 2х150W е събран в малка кутия и тежи 1,5 кг.
При мен схемата се държи перфектно. В една кутия съм сложил импулсно мрежово захранване и два отделни такива стабилизатора, два отделни захранващи блока, галванично отделени един от друг и мрежата - прилагам по-долу снимки.
Предвид сигурността и малките размери на захранващия блок, съм монтирал и вентилатор с електронен терморегулатор, който се включва изключително рядко и с променливи обороти, например при заряд на автомобилен акумулатор. Схемата и платката на терморегулатора са дадени в следващите постове.
Схема: sPlan 7
Платка: Sprint layout 5
Последен ъпдейт на схемата: 28.06.2010
Промените са отразени в червен цвят. Повече информация - в следващите постове. Има малки различия между схема и платка, но липсващите елементи (например светодиоди или места за запояване на външните потенциометри) могат да се монтират допълнително.
Altium: Има и друга версия на схемата с LM2576, която ще бъде качена в някои следващи постове.
