Этот стабилизатор обладает неплохими характеристиками, имеет плавную регулировку тока и напряжения, хорошую стабилизацию, без проблем терпит короткие замыкания, относительно простой и не требует больших финансовых затрат. Он обладает высоким кпд за счет импульсного принципа работы, выходной ток может доходить до 15 ампер, что позволит построить мощное зарядное устройство и блок питания с регулировкой тока и напряжения. При желании можно увеличить выходной ток до 20-и и более ампер.
В интернете подобных устройств, каждое имеет свои достоинства и недостатки, но принцип работы у них одинаковый. Предлагаемый вариант – это попытка создания простого и достаточно мощного стабилизатора.
За счет применения полевых ключей удалось значительно увеличить нагрузочную способность источника и снизить нагрев на силовых ключах. При выходном токе до 4-х ампер транзисторы и силовой диод можно не устанавливать на радиаторы.
Номиналы некоторых компонентов на схеме могут отличаться от номиналов на плате, т.к. плату разрабатывал для своих нужд.
Диапазон регулировки выходного напряжения от 2-х до 28 вольт, в моем случае максимальное напряжение 22 вольта, т.к. я использовал низковольтные ключи и поднять напряжение выше этого значения было рискованно, а так при входном напряжении около 30 Вольт, на выходе спокойно можно получить до 28-и Вольт. Диапазон регулировки выходного тока от 60mA до 15A Ампер, зависит от сопротивления датчика тока и силовых элементов схемы.
Устройство не боится коротких замыканий, просто сработает ограничение тока.
Собран источник на базе ШИМ контроллера TL494, выход микросхемы дополнен драйвером для управления силовыми ключами.
Хочу обратить ваше внимание на батарею конденсаторов установленных на выходе. Следует использовать конденсаторы с низким внутренним сопротивлением на 40-50 вольт, с суммарной емкостью от 3000 до 5000мкФ.
Нагрузочный резистор на выходе применен для быстрого разряда выходных конденсаторов, без него измерительный вольтметр на выходе будет работать с запаздыванием, т.к. при уменьшении выходного напряжения конденсаторам нужно время, для разрядки, а этот резистор быстро их разрядит. Сопротивление этого резистора нужно пересчитать, если на вход схемы подается напряжение больше 24-х вольт. Резистор двух ваттный, рассчитан с запасом по мощности, в ходе работы может греться, это нормально.
Как это работает:
ШИМ контроллер формирует управляющие импульсы для силовых ключей. При наличии управляющего импульса транзистор, и питание по открытому каналу транзистора через дроссель поступает на накопительный конденсатор. Не забываем, что дроссель является индуктивной нагрузкой, которым свойственно накапливание энергии и отдача за счет самоиндукции. Когда транзистор закрывается накопленный в дросселе заряд через диод шоттки продолжит подпитывать нагрузку. Диод в данном случае откроется, т.к. напряжение с дросселя имеет обратную полярность. Этот процесс будет повторяться десятки тысяч раз в секунду, в зависимости от рабочей частоты микросхемы ШИМ. По факту ШИМ контроллер всегда отслеживает напряжение на выходном конденсаторе.
Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. На неинвертирующий вход первого усилителя ошибки микросхемы (вывод 1) поступает выходное напряжение стабилизатора, где оно сравнивается с опорным напряжением, которое присутствует на инверсном входе усилителя ошибки. При снижении выходного напряжения будет снижаться и напряжение на выводе 1, и если оно будет меньше опорного напряжения, ШИМ контроллер будет увеличивать длительности импульсов, следовательно транзисторы больше времени будут находиться в открытом состоянии и больше тока будет накачиваться в дроссель, если же выходное напряжение больше опорного, произойдет обратное – микросхема уменьшит длительность управляющих импульсов. Указанным делителем можно принудительно менять напряжение на неинвертирующщем входе усилителя ошибки, этим увеличивая или уменьшая выходное напряжение стабилизатора в целом. Для наиболее точной регулировки напряжения применён подстроечный многооборотный резистор, хотя можно использовать обычный.
Минимальное выходное напряжение составляет порядка 2 вольт, задается указанным делителем, при желании можно поиграться с сопротивлением резисторов для получения приемлемых для вас значений, не советуется снижать минимальное напряжение ниже 1 вольта.
Для отслеживания потребляемого нагрузкой тока установлен шунт. Для организации функции ограничения тока задействован второй усилитель ошибки в составе ШИМ контроллера тл494. Падение напряжения на шунте поступает на неинвертирующий вход второго усилителя ошибки, опять сравнивается с опорным, а дальше происходит точно тоже самое, что и в случае стабилизации напряжения. Указанным резистором можно регулировать выходной ток.
Токовый шунт изготовлен из двух параллельно соединённых низкоомных резисторов с сопротивлением 0,05Ом.
Накопительный дроссель намотан на желто белом кольце от фильтра групповой стабилизации компьютерного блока питания.
Так как схема планировалась на довольно большой входной ток, целесообразно использовать два сложенных вместе кольца. Обмотка дросселя содержит 20 витков намотанных двумя жилами провода диаметром 1,25мм в лаковой изоляции, индуктивность около 80-90 микрогенри.
Диод желательно использовать с барьером Шоттки и обратным напряжением 100-200 вольт, в моем случае применена мощная диодная сборка MBR4060 на 60 вольт 40 Ампер.
Силовые ключи вместе с диодом устанавливают на общий радиатор, притом изолировать подложки компонентов от радиатора не нужно, т.к. они общие.
Подробное описание и испытания блока можно посмотреть в видео
Этот стабилизатор обладает неплохими характеристиками, имеет плавную регулировку тока и напряжения, хорошую стабилизацию, без проблем терпит короткие замыкания, относительно простой и не требует больших финансовых затрат. Он обладает высоким кпд за счет импульсного принципа работы, выходной ток может доходить до 15 ампер, что позволит построить мощное зарядное устройство и блок питания с регулировкой тока и напряжения. При желании можно увеличить выходной ток до 20-и и более ампер.
В интернете подобных устройств, каждое имеет свои достоинства и недостатки, но принцип работы у них одинаковый. Предлагаемый вариант – это попытка создания простого и достаточно мощного стабилизатора.
За счет применения полевых ключей удалось значительно увеличить нагрузочную способность источника и снизить нагрев на силовых ключах. При выходном токе до 4-х ампер транзисторы и силовой диод можно не устанавливать на радиаторы.
Номиналы некоторых компонентов на схеме могут отличаться от номиналов на плате, т.к. плату разрабатывал для своих нужд.
Диапазон регулировки выходного напряжения от 2-х до 28 вольт, в моем случае максимальное напряжение 22 вольта, т.к. я использовал низковольтные ключи и поднять напряжение выше этого значения было рискованно, а так при входном напряжении около 30 Вольт, на выходе спокойно можно получить до 28-и Вольт. Диапазон регулировки выходного тока от 60mA до 15A Ампер, зависит от сопротивления датчика тока и силовых элементов схемы.
Устройство не боится коротких замыканий, просто сработает ограничение тока.
Собран источник на базе ШИМ контроллера TL494, выход микросхемы дополнен драйвером для управления силовыми ключами.
Хочу обратить ваше внимание на батарею конденсаторов установленных на выходе. Следует использовать конденсаторы с низким внутренним сопротивлением на 40-50 вольт, с суммарной емкостью от 3000 до 5000мкФ.
Нагрузочный резистор на выходе применен для быстрого разряда выходных конденсаторов, без него измерительный вольтметр на выходе будет работать с запаздыванием, т.к. при уменьшении выходного напряжения конденсаторам нужно время, для разрядки, а этот резистор быстро их разрядит. Сопротивление этого резистора нужно пересчитать, если на вход схемы подается напряжение больше 24-х вольт. Резистор двух ваттный, рассчитан с запасом по мощности, в ходе работы может греться, это нормально.
Как это работает:
ШИМ контроллер формирует управляющие импульсы для силовых ключей. При наличии управляющего импульса транзистор, и питание по открытому каналу транзистора через дроссель поступает на накопительный конденсатор. Не забываем, что дроссель является индуктивной нагрузкой, которым свойственно накапливание энергии и отдача за счет самоиндукции. Когда транзистор закрывается накопленный в дросселе заряд через диод шоттки продолжит подпитывать нагрузку. Диод в данном случае откроется, т.к. напряжение с дросселя имеет обратную полярность. Этот процесс будет повторяться десятки тысяч раз в секунду, в зависимости от рабочей частоты микросхемы ШИМ. По факту ШИМ контроллер всегда отслеживает напряжение на выходном конденсаторе.
Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. На неинвертирующий вход первого усилителя ошибки микросхемы (вывод 1) поступает выходное напряжение стабилизатора, где оно сравнивается с опорным напряжением, которое присутствует на инверсном входе усилителя ошибки. При снижении выходного напряжения будет снижаться и напряжение на выводе 1, и если оно будет меньше опорного напряжения, ШИМ контроллер будет увеличивать длительности импульсов, следовательно транзисторы больше времени будут находиться в открытом состоянии и больше тока будет накачиваться в дроссель, если же выходное напряжение больше опорного, произойдет обратное – микросхема уменьшит длительность управляющих импульсов. Указанным делителем можно принудительно менять напряжение на неинвертирующщем входе усилителя ошибки, этим увеличивая или уменьшая выходное напряжение стабилизатора в целом. Для наиболее точной регулировки напряжения применён подстроечный многооборотный резистор, хотя можно использовать обычный.
Минимальное выходное напряжение составляет порядка 2 вольт, задается указанным делителем, при желании можно поиграться с сопротивлением резисторов для получения приемлемых для вас значений, не советуется снижать минимальное напряжение ниже 1 вольта.
Для отслеживания потребляемого нагрузкой тока установлен шунт. Для организации функции ограничения тока задействован второй усилитель ошибки в составе ШИМ контроллера тл494. Падение напряжения на шунте поступает на неинвертирующий вход второго усилителя ошибки, опять сравнивается с опорным, а дальше происходит точно тоже самое, что и в случае стабилизации напряжения. Указанным резистором можно регулировать выходной ток.
Токовый шунт изготовлен из двух параллельно соединённых низкоомных резисторов с сопротивлением 0,05Ом.
Накопительный дроссель намотан на желто белом кольце от фильтра групповой стабилизации компьютерного блока питания.
Так как схема планировалась на довольно большой входной ток, целесообразно использовать два сложенных вместе кольца. Обмотка дросселя содержит 20 витков намотанных двумя жилами провода диаметром 1,25мм в лаковой изоляции, индуктивность около 80-90 микрогенри.
Диод желательно использовать с барьером Шоттки и обратным напряжением 100-200 вольт, в моем случае применена мощная диодная сборка MBR4060 на 60 вольт 40 Ампер.
Силовые ключи вместе с диодом устанавливают на общий радиатор, притом изолировать подложки компонентов от радиатора не нужно, т.к. они общие.
Подробное описание и испытания блока можно посмотреть в видео
Автомобильный преобразователь на TL494 для усилителя НЧ, схема которого приведена ниже, преобразует бортовое напряжение +12В в двухполярное +-35В. На самом деле выходное напряжение зависит от параметров трансформатора.
Номиналы элементов и параметры трансформатора, которые будут указаны ниже, рассчитывались для мощности в 150Вт, что позволяет запитать усилитель НЧ на TDA7293 или на TDA7294. Я же запитал данным преобразователем один канал TDA7293, поэтому мощности преобразователя в 150Вт мне было достаточным.
Схема автомобильного преобразователя на TL494 для усилителя НЧ
Схема преобразования двухтактная. Применяется такая схема в основном в повышающих преобразователях. Дефицитных компонентов в ней нет, за исключением диодов Шоттки КД213, в своем городе я их не нашел. Поставил импульсные диоды FR607, но они слабые, на 6 ампер. Еще один минус этих диодов, у них нет охлаждения, как у сборок. Для одного канала TDA7293 или TDA7294 диодов FR607 в принципе хватает.
Мозгом нашего автомобильного преобразователя является ШИМ контроллер TL494. Я использую китайские TL494, работают они у меня без нареканий. Есть вариант сэкономить немного денег и выдернуть ШИМ из старого блока питания ПК, очень часто они построены на TL494. Параметры и характеристики контроллера можете прочесть в даташите.
Список Элементов.
| ОБОЗНАЧЕНИЕ | ТИП | НОМИНАЛ | КОЛИЧЕСТВО | КОММЕНТАРИЙ |
| ШИМ контроллер | TL494 | 1 | ||
| VT1,VT2 | Биполярный транзистор | BC557 | 2 | |
| VT3,VT4 | MOSFET-транзистор | IRFZ44N | 2 | |
| VD3-VD6 | Диод Шоттки | КД213 | 4 | FR607 и мощнее |
| VD1,VD2 | Выпрямительный диод | 1n4148 | 2 | |
| R1 | Резистор 2Вт | 18кОм | 1 | |
| C1 | Электролит | 47мкФ 16В | 1 | |
| С2,С11,С12 | Конденсатор неполярный | 0.1 мкф | 3 | Керамика любое напряж. |
| С3 | Электролит | 470 мкФ 16В | 1 | |
| C4 | Конденсатор неполярный | 1нФ | 1 | Керамика любое напряж. |
| C5,С6 | Электролит | 2200 мкФ 16В | 2 | |
| C7,С8 | Конденсатор неполярный | 0,01 мкФ | 2 | Керамика любое напряж. |
| C9,С10 | Электролит | 2200мкФ 50В | 2 | |
| R1 | Резистор | 1 кОм 0.25Вт | 1 | |
| R2 | Резистор | 4.7 кОм 0.25Вт | 1 | |
| R3 | Резистор | 11 кОм 0.25Вт | 1 | |
| R4 | Резистор | 56 Ом 2Вт | 1 | |
| R5,R6 | Резистор | 22 Ом 0.25Вт | 2 | |
| R7,R8 | Резистор | 820 Ом 0.25Вт | 2 | |
| R9,R10 | Резистор | 22 Ом 2Вт | 2 | |
| F1 | Предохранитель | 15А | 1 |
Частота ШИМ задается элементами C4,R3. С помощью этого калькулятора вы сможете рассчитать приближенную частоту. На выходах она делится на два, но трансформатор работает именно на той частоте, которую мы рассчитываем и задаем.
Изначально я рассчитывал ШИМ и трансформатор под частоту 50кГц (С4-1нф, R3-22кОм), но видимо марка сердечника трансформатора, фактически отличалась от заявленной марки продавцом, плюс погрешности в расчете. В итоге, количество витков первичной обмотки было недостаточным, вследствие чего, в обмотке протекал очень большой ток холостого хода, ключи ужасно грелись, и был слышен писк. Пришлось повысить частоту до 100 кГц, симптомы болезни исчезли.
Если у вас случится подобная ситуация с неточным расчетом, то необходимо увеличить, либо уменьшить частоту элементами C4,R3. Если на холостом ходу горячие ключи и горячий трансформатор, то следует повысить частоту, либо добавить витки в первичной обмотке. Совсем забыл, это если во вторичке нет короткого замыкания и нет ошибок в выходном выпрямителе, а то если есть КЗ на выходе, то естественно все будет греться и сгорит, так как в данной схеме нет защиты от КЗ.
Если на холостом ходу ничего не греется, а при нагрузке происходит чрезмерное выделение тепла в трансформаторе, значит нужно понизить частоту элементами C4,R3, либо уменьшить количество витков первичной обмотки.
Расчет и намотка трансформатора автомобильного преобразователя.
Теперь приступим к самой увлекательной части, намотке трансформатора!
Габариты моего кольцевого сердечника 40мм-25мм-11мм, марка 2000МН.
Скачиваем и запускаем программу Lite-CalcIT(2000).
Схему преобразования выбираем Пуш-пул, схема выпрямления двухполярная со средней точкой, тип контроллера TL494, частоту ставьте 50-100 кГц, в зависимости от частотозадающих элементов C4,R3, далее выбираем нужное нам на выходе и на входе напряжения, выбираем также диаметр провода.
Пару слов скажу про напряжение. При расчете я указал входное напряжение 10В-11В-13В, а после того как собрал преобразователь, при испытаниях замерил напряжение на клеммах аккумулятора 13,5 Вольт, в итоге на выходе получил не +-35В а +-46В на холостом ходу. Поэтому номинальное ставьте не 11В, а 13,5В. Минимальное и максимальное соответственно 11В и 14,5В.
В ходе расчета, я получил количество витков первичной обмотки 5+5, провод диаметра 0.85мм сложенный в пять жил. И как же это понять, спросите меня вы! Но тут ничего сложного, итак, приступим…
Мотаем первичную обмотку.
Сначала, обмотаем наше колечко диэлектриком.
Все обмотки будем мотать в одну сторону, в какую, выбирать вам. Единственное правило, в одну сторону!
Мотаем одним куском проволоки 5 витков. Берем еще кусок проволоки, и виток к витку мотаем еще 5 витков, и так далее виточек к виточку, пока не получим 5 витков в 10 жил (5+5 жил).
Далее разделим по 5 жил и скрутим выводы.
Кладем изоляцию на первичную обмотку.
Сразу зачищаем хвосты, скручиваем и усаживаем в термоусадку.
Все, первичная обмотка у нас готова.
Объясню, что мы получили. Нам нужна первичная обмотка, имеющая 10 витков в 5 жил с отводом от середины (5+5 витков). Мы могли намотать так, сначала мотаем 5 витков 5 жилами, распределенными равномерно по всему кольцу, далее делаем отвод , кладем изоляцию, и сверху еще 5 витков 5 жилами. Получим тоже самое 5+5 витков проводом в 5 жил., ну или 10 витков с отводом от середины, кому как нравится называть. Минус данного способа в том, что обмотки могут быть не одинаковыми, а это плохо, так же чем больше слоев у трансформатора, тем ниже его КПД.
Поэтому, мы мотали сразу 10 жилами 5 витков, далее разделили, и получили две одинаковых обмотки имеющих по 5 витков из 5 жил. Давайте разберемся, как соединить данные обмотки. Тут ничего сложного, начало одной обмотки соединяем с концом другой. Главное не перепутать, и не соединить начало одной обмотки с её же концом.)))))
В статье “Расчет и намотка импульсного трансформатора” описан именно такой метод намотки вторичной обмотки понижающего преобразователя, предлагаю посмотреть.
Соединяются выводы первички на самой плате. Если все правильно соединили, то средняя точка должна прозвониться с верхним и нижним плечом , показав нулевое сопротивление на мультиметре.
Ну, вроде бы объяснил. Друзья простите если много воды!
Мотаем вторичные обмотки.
По расчетам я получил 16+16 витков, проводом диаметр, которого равен 0.72мм, сложенным в 2 жилы. То есть 32 витка с отводом от середины. Запомните, если есть отвод от середины, то значит каждую половину нужно распределять по всему кольцу, а не на половине кольца.
Берем двойной провод и мотаем 16 витков в ту же сторону, что и первичную обмотку. У меня влезло 17 витков, я не стал перематывать и оставил 17 виточков. Далее выводы зачистил, скрутил и посадил в термоусадку.
Берем двойной провод и мотаем еще 16 витков (у меня 17 витков) между витками предыдущей обмотки, в том же направлении. Посадил в термоусадку другого цвета, чтобы не ошибиться при соединении.
Вторичная обмотка соединяется на плате, аналогично первичной обмотке (начало одной соединяется с концом другой).
Далее кладем изоляцию.
С трансформатором вроде бы закончили. Ура, Ура, Ура!
Дроссель мотается на желтом колечке, двумя жилами проводом, диаметр которого составляет 0,85мм, имеет 11 витков. Колечко выдернуто из БП ПК.
Если найдете диоды Шоттки КД213, ставьте их. Можно попробовать спаять по два штуки FR607. Либо переделать схему выпрямления и установить сборки из диодов Шоттки, которые можно поставить на радиатор.
Получился вот такой автомобильный преобразователь на TL494 для усилителя НЧ.
В итоге после испытаний, пришлось по два виточка с каждой вторичной обмотки убрать.
В итоге после испытаний, пришлось по два виточка с каждой вторичной обмотки убрать. Данное действие вызвано большим выходным напряжением. В результате получил 15+15 витков во вторичной обмотке.
В архиве под статьей две печатные платы, одна под КД213, вторая под FR607. Изначально плата под КД213 была взята из интернета, переработана и адаптирована мной под FR607. При желании вы можете сами развести печатную плату под ваши типоразмеры элементов, трансформатора и внутренние размеры корпуса.
Калькулятор расчета частоты TL494 СКАЧАТЬ