スイッチング電圧安定器の改善。スキーム、説明

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スイッチング電圧スタビライザの改善。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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8年の雑誌「ラジオ」第1985号の記事「シンプルなキー電圧安定器」で、スイッチング電圧レギュレータが説明されました。これは、技術的ソリューションが比較的単純であり、エネルギー性能が高く、非常に適していますTTLマイクロ回路上のデバイスに電力を供給します。同時に、スタビライザーのさらなる改良により、効率、出力電圧の不安定性、パルス負荷にさらされたときの過渡プロセスの持続時間および性質などの特性が大幅に改善されました。

スタビライザーの動作中に、いわゆる貫通電流が複合キートランジスタを介して発生することが確立されています。この電流は、比較ノードの信号でキートランジスタが開き、スイッチングダイオードがまだ閉じる時間がない瞬間に現れます。この電流が存在すると、トランジスタとダイオードを加熱するための追加の損失が発生し、デバイス全体の効率が低下します。

もう2つの欠点は、制限に近い負荷電流での出力電圧の大きなリップルです。リップルに対抗するために、追加の出力LCフィルター（L6C2）がスタビライザーに導入されました。インダクタLXNUMXの有効抵抗を下げるだけで、負荷電流の変化による出力電圧の不安定性を低減することができます。過渡プロセスのダイナミクスを改善する（特にその持続時間を短縮する）ことは、インダクタのインダクタンスを低減する必要性に関連していますが、これは必然的に出力電圧リップルを増加させます。

図1（クリックすると拡大）

したがって、L2C6フィルター（図1）を除外し、バッテリーに複数のコンデンサーを並列に接続して、コンデンサーC3、C4の総静電容量を5 ... 10倍に増やすことをお勧めします。図上。図２は、パルス負荷を伴う修正スタビライザにおける過渡プロセスの図を示す。図に示されているグラフとの比較。上記の記事の 2a は、トランジェントの大幅な改善を示しています。

スイッチング電圧レギュレータの改善
Pic.2

変更されたスタビライザーの入力電圧のさまざまな値に対する負荷特性Uout=f（In）（同じ記事の図2、bも参照）を図3に示します。 0,5.これらの数値を比較すると、4〜15 Vの入力電圧で25〜2Aの出力電流範囲での出力電圧の不安定性がXNUMX分のXNUMXに減少していることがわかります。

スイッチング電圧レギュレータの改善
Pic.3

元のスタビライザーのR3C2回路は、出力電流の低下の持続時間を実質的に変更しないため、削除でき（抵抗R3を閉じる）、抵抗R4の抵抗を820オームに増やすことができます。ただし、入力電圧が 15 V から 25 V に増加すると、(元のデバイスの) 抵抗 R4 を流れる電流は 1,7 倍に増加し、消費電力は 3 倍に増加します (最大 0,7 W)。）。出力回路に応じて下側の抵抗R4（修正されたスタビライザーの回路ではR4でもある）をコンデンサC3、C4の正端子に接続することにより、この効果を弱めることができますが、その抵抗は620オームに減らす必要があります.

貫通電流に対抗する効果的な方法の 1 つは、開いたキートランジスタを流れる電流の立ち上がり時間を長くすることです。次に、トランジスタが完全に開くと、VD1 ダイオードを流れる電流はほぼゼロに減少します。これは、キートランジスタを流れる電流の形状が三角形に近い場合に実現できます。計算が示すように、このような形の電流を得るには、ストレージインダクタ L30 のインダクタンスが XNUMX μH を超えないようにする必要があります。

もう 1 つの方法は、KD219B などのより高速なスイッチングダイオード (VD3) を使用することです。これがいわゆるショットキーバリアダイオードです。このようなダイオードは、従来の高周波シリコンと比較して、同じ電流値でより高速で電圧降下が少なくなります。コンデンサ C7-C52 - K1-XNUMX シリーズから。

上記の変更はすべて、スタビライザーの回路図とプリント基板に大きな変更をもたらすものではありません。

デバイスのパラメータの改善は、キートランジスタの動作モードを変更することによっても得られます。オリジナルおよび改良されたスタビライザーでの強力なトランジスタVT3の動作の特徴は、それがアクティブモードで動作するが、不飽和モードで動作するため、高い電流伝達係数を持ち、すばやく閉じることです。ただし、電圧が高くなるため、開いているときの消費電力は、達成可能な最小値の 1,5 ～ 2 倍になります。

トランジスタVT2のエミッタに正の電源線に対して正のバイアス電圧を印加することにより、キートランジスタの電圧を下げることができます（図1を参照）。バイアス電圧の値は、スタビライザーを調整するときに選択されます。主変圧器に接続された整流器から電力が供給される場合は、バイアス電圧を得るために変圧器に別の巻線を設けることができます。ただし、この場合、バイアス電圧は主電源電圧とともに変化します。

安定したバイアス電圧を得るには、スタビライザーを変更する必要があり（図4）、追加の巻線IIを巻いてインダクタをトランスT1にする必要があります。キートランジスタが閉じ、ダイオード VD1 が開いている場合、巻線 1 の電圧は次の式から決定されます。U1==Uout+Uvd1。この時点での出力とダイオードの両端の電圧はわずかに変化するため、巻線IIの入力電圧の値に関係なく、電圧は実質的に安定します。整流後、トランジスタVT2のエミッタに供給されます。

図4（クリックすると拡大）

改良型スタビライザーの第5バージョンのエネルギー特性の改善を図2に示します。ここで、比較のために、最初のバリアントについて同様の依存関係が示されています（上記の記事の図14,7aとも比較してください）。同時に、変更されたスタビライザーの最初のバージョンでは24,2％、4番目のバージョンではXNUMX％の加熱損失が減少しました。これにより、キートランジスタを取り付けなくても最大XNUMXAの負荷電流で動作できます。ヒートシンク。

スイッチング電圧レギュレータの改善
Pic.5

オプション 1 のスタビライザーでは、L1 チョークには、11 つの PEV-1 0,35 導体の束が巻かれた 22 ターンが含まれています。巻線は、2000NM フェライト製の B0,25 装甲磁気回路に配置されています。カップの間には、厚さ2 mmのテキソライト製のガスケットを敷く必要があります。オプション 1 のスタビライザーでは、変圧器 T1 は、インダクタコイル L1 に 0.35 のワイヤ PEV-310 を 212 回巻くことによって形成されます。ゲルマニウムダイオード D212 の代わりに、KDXNUMXA や KDXNUMXB などのシリコンを使用できますが、巻線 II の巻数を XNUMX に増やす必要があります。

著者：A.ミロノフ、リュベルツィ、モスクワ地方。出版物: N. ボルシャコフ、rf.atnn.ru

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