Лабораторный импульсный блок питания. Часть 4. ЛБП на ШИ-регуляторе TL494

Популярность TL494 неоспорима. Появившись более двух десятков лет назад, микросхема производится до сих пор, являясь основой многих промышленных и любительских силовых конструкций.
Замечена даже в схеме управления инвертором подсветки LCD-дисплея, не говоря уже о том, что существуют варианты любительских разработок звуковых усилителей (с ШИ-управлением, разумеется) на базе TL494.
Микросхему не обошли вниманием и разработчики лабораторных источников питания.
Предлагаю и я еще пару схем ЛБП с применением этой легендарной микросхемы.

↑ Схема 9

На схеме 9A изображен импульсный ЛБП, где вместо обычного трансформатора использован трансформатор электронный (далее ЭТ, в оригинальном исполнении предназначенный для питания галогенных ламп) с незначительно измененной схемой и повышенным до 45В выходным напряжением.

Регулируемый импульсный стабилизатор ЛБП построен на ШИ-регуляторе (ШИР - здесь и далее) DA1 TL494CN (самая дешевая и распространенная версия микросхемы в 16-типиновом DIP-корпусе), драйвере ключа (ДК) на полевом транзисторе VT5, составном силовом ключе на транзисторах VT4, VT3. Варианты включения драйвера и силового ключа (СК) показаны на схемах 9Б, В. Сама TL494 запитана вспомогательным параметрическим стабилизатором VT6/R9/R10/C9/C10/C11/VD4 (стабилитрон). Т.к. TL494 способна работать в широком диапазоне напряжений (+7+41В), а для гарантированного открывания драйвера достаточно уровня напряжения от 3-х Вольт (для вариантов включения по схемам А, Б, В), выходное напряжение стабилизатора вспомогательного следует выбирать в диапазоне +8+14,5В. Именно при таких рабочих напряжениях вспомогательного стабилизатора проверялась схема этого ЛБП.

Данный ЛБП, так же, как и его прототипы, описанные в предыдущих частях статьи, работает в совмещенном ШИ-релейном режиме, предполагающем использование в качестве компенсирующего фактора, в осуществлении стабилизации выходного напряжения, как ширину управляющего импульса (при более нагруженном режиме работы ЛБП), так и частоту следования управляющих импульсов (при «недогрузке» ЛБП, где частота определяется не задающим генератором ШИР, а входом усилителя ошибки (УО) ШИР, блокирующим работу самого ШИР до момента начала снижения уровня выходного напряжения). Характер такого регулирования иллюстрирован осциллограммами (практически однотипными для всех, описанных в статье, схем) в предыдущей части статьи.

Если не рассматривать работу ЭТ, то работа ЛБП на ШИР TL494 происходит следующим образом.
Выпрямленное диодами VD2, 3 (но не сглаженное в данном случае) напряжение после запуска преобразователя ЭТ подается на вход запертого СК (эмиттер VT4, коллектор VT3), принципиально не чувствительного к пульсирующему прямоугольному входному напряжению в непроводящем состоянии.

Сразу оговорюсь (чтобы в дальнейшем не возвращаться к этому моменту), что выпрямленное напряжение можно было бы и сгладить, но для корректного сглаживания, дабы большая емкость не оказывала бы влияния на запуск и работу автогенератора преобразователя, пришлось бы устанавливать еще и дроссель. В закрытом состоянии СК регулируемого стабилизатора нагрузка не оказывает никакого влияния на работу ЭТ, а в открытом состоянии СК токовой развязкой между ЭТ и нагрузкой становится LC-контур L1C16, принимающий порции энергии для непрерывной отдачи ее в нагрузку.

Таким образом, элементы контура имеют двойное назначение. ЛБП испытывался в двух вариантах: с поствыпрямительным LC-контуром и — без него. Значительных различий в работе обоих вариантов замечено не было, разве что чаще и хаотичней происходила коммутация самого СК за счет управления как по базе (управляющими импульсами от ШИР), так и по эмиттеру (входными импульсами ЭТ).

При поступлении напряжения питания на микросхему ШИР (pin 8, 11, 12), запускается ее тактовый генератор (pin 5,6 с навесными времязадающими элементами С15, R18) и на выходе ШИР (pin 9, 10)появляется положительный импульс, с помощью ДК VT5 открывая СК на VT4, VT3, который, открываясь насыщает LC-контур L1C16. По истечении некоторого времени контур, насытившись, передает накопленную энергию в нагрузку, которой в режиме холостого хода (для сокращения времени релаксации) может служить группа из нескольких резисторов (см. предыдущие схемы) суммарным сопротивлением от 500Ом.

Как только напряжение на прямом входе УО ШИР (pin 1 DA1), по достижении заданного делителем P1/R8 уровня выходного напряжения, сравнивается с напряжением на инверсном входе того же УО (pin 2 DA1), выходной импульс ШИР (какой бы временной ширины он не достиг) обрывается, спадом запирая драйвер, СК, — до «истощения» контура L1C16. Как только снижение выходного напряжения обнаруживается УО, процесс накачки контура возобновляется.

Второй УО TL494 используется для регулировки выходного тока ЛБП. Если в процессе работы ЛБП, падение напряжения на резисторе R23, возникшее в результате прохождения некоторого тока, достигнет величины, обеспечивающей преобладающее значение на прямом входе второго УО ШИР (pin 15 DA1) над значением, предустановленном делителем R11, 12 на инверсном входе этого же УО, выходной импульс ШИР будет блокирован до момента снижения значения силы протекающего тока. СК вновь будет закрыт, выходное напряжение будет соответствовать току, протекающему через нагрузку.

Для чувствительности к небольшим токам, протекающим через резистор, имеющим миллиомное сопротивление, на pin16 через P2/R21 подается некоторое напряжение смещения, с которым суммируется падение напряжения на R23. При указанных номиналах элементов цепи регулировки тока, минимальный ток, при котором происходит ограничение — 100 мА. Для улучшения чувствительности следует использовать схему регулировки тока, выполненную на отдельном операционном усилителе, как показано на схеме 9 Г. Окончательный вариант ЛБП, показанного на фото ниже, выполнен именно по этой схеме.

Вторичная обмотка трансформатора Тr2 преобразователя ЭТ, намотанная в оригинале 12-ю витками в два провода диаметром 0,9 мм, была дополнена витками числом до 36 такого же провода и сфазирована для двухполупериодного выпрямления. Обмотка связи содержит 2 витка провода диаметром 0,35 мм в эмалевой изоляции. Трансформатор Тr1 лишился токового полувитка и обрел обмотку насыщения из пары витков монтажного провода (от витой пары). Выходное выпрямленное напряжение холостого хода ЭТ — около 42В. Нагруженного током 2А — 36В. Все остальные изменения в виде дополнительных элементов и соединений обмоток трансформаторов — в схеме 9А.

↑ Фотки

↑ Монтаж ЛБП

Монтаж ЛБП выполнен в виде отдельных узлов, смонтированных в корпусе от компьютерного БП. Силовые компоненты схемы через изолирующие прокладки установлены на охлаждающую алюминиевую пластину, закрепленную на одной из стенок металлического корпуса. Жесткие выводы силовых элементов образуют достаточно прочную конструкцию, которая удерживает на себе небольшую перфорированную макетную плату со смонтированной на ней схемой управления ЛБП.

ЭТ смонтирован на этой же стенке корпуса, увеличивая стенками своей алюминиевой коробочки общую площадь охлаждения (так, на всякий случай). Органы управления, выходные гнезда и показометры, выполненные на базе стрелочных индикаторов, смонтированы на гетинаксовой панели, благодаря которой можно понять, где и что у избушки… «Амперметр» был проградуирован заблаговременно для других целей и разрешение шкалы вдвое выше, чем на самом деле. Приходиться все показания делить на 2, что в принципе не сложно при наличии компьютера и калькулятора.

Кроме покупных ручек регулировки в дизайне ЛБП ничего выдающегося нет, как и в дизайне всех моих поделок, но и в таком виде блок питания выручает меня практически ежедневно.

↑ Схема 10

На схеме 10 — импульсно-линейный ЛБП, отличающийся от своих концептуальных прототипов из предыдущих частей статьи лишь применением ШИР TL494.

Из особенностей работы ШИР в данной схеме стоит отметить лишь то, что упразднены оба УО из-за отсутствия необходимости сравнивать что-либо, т. к. функция гильотины для обрезки импульса управления передана оптрону IC1, отслеживающего падение напряжения на входе/выходе линейного регулятора DA2.

Транзистор оптрона, открываясь, подает положительное напряжение около 5В на pin3 ШИР, являющийся объединенным выходом обоих УО микросхемы DA1. При этом встроенная логика ШИР, реагируя на логическую «1», запрещает прохождение управляющего импульса (в любой из стадий его существования) на выход DA1. Драйвер СК (VT2 или комплиментарная пара VT1, 4, показанная на схеме 10Б) и сам силовой ключ (VT3) — запираются в ожидании снижения напряжения на электродах DA2.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации