Основным недостатком линейных стабилизаторов средней и большой мощности является их низкий КПД. Причем, чем меньше выходное напряжение источника питания, тем меньше становится его КПД. Это объясняется тем, что в режиме стабилизации силовой транзистор источника питания обычно включен последовательно с нагрузкой, а для нормальной работы такого стабилизатора на регулирующем транзисторе должно действовать напряжение коллектор-эмиттер (Uкэ) не менее 3...5В. При токах более 1А это дает значительные потери мощности за счет выделения тепловой энергии, рассеиваемой на силовом транзисторе. Что приводит к необходимости увеличивать площадь теплоотводящего радиатора или применять вентилятор для принудительного охлаждения.
Широко распространенные благодаря низкой стоимости интегральные линейные стабилизаторы напряжения на микросхемах из серии 142ЕН(5...14) обладают таким же недостатком. В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии "LOW DROP" (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1...1.3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25...30В при токе в нагрузке 7,5 / 5 / 3А соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 5А.
При максимальном выходном токе режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса. Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1%/В.
Рис.1.
Типовая схема включения таких стабилизаторов напряжения приведена на рис.1. Конденсаторы С2 ... С4 должны располагаться вблизи от микросхемы и лучше, если они будут танталовые. Емкость конденсатора С1 выбирается из условия 2000 мкФ на 1А тока.
Рис.2.
Микросхемы выпускаются в трех видах конструктивного исполнения корпуса, показанных на рис.2. Вид корпуса задается последними буквами в обозначении. Такие стабилизаторы напряжения экономически целесообразно применять при токе в нагрузке более 1А, а также в случае недостатка места в конструкции.
Рис.3.
На дискретных элементах также можно выполнить экономичный источник питания. Приведенная на рис.3 схема рассчитана для выходного напряжения 5В и тока нагрузки до 1А. Она обеспечивает нормальную работу при минимальном напряжении на силовом транзисторе (0.7...1,3В).
Это достигается за счет использования в качестве силового регулятора транзистора (VT2) с малым напряжением Uэ в открытом состоянии. Что позволяет обеспечить работу схемы стабилизатора при меньших напряжениях вход - выход.
Рис.4.
Схема имеет защиту (триггерного типа) в случае превышения тока в нагрузке допустимой величины, а также превышения напряжения на входе стабилизатора величины 10,8В. Узел защиты выполнен на транзисторе VT1 и тиристоре VS1. При срабатывании тиристора он отключает питание микросхемы DA1 (вывод 7 закорачивается на общий провод).
В этом случае транзистор VT3, а значит и VT2 закроются и на выходе будет нулевое напряжение. Вернуть схему в исходное состояние после устранения причины, вызвавшей перегрузку, можно только выключением и повторным включением блока питания. Конденсатор СЗ обычно не требуется — его задача облегчить запуск схемы в момент включения.
Рис.5.
Топология печатной платы для монтажа элементов показана на рис.4 (она содержит одну объемную перемычку). Транзистор VT2 устанавливается на радиатор. При изготовлении использованы детали: подстроенный резистор R8 типа СП3-19а, остальные резисторы любого типа конденсаторы:
- С1 — К50 - 29В на 16В,
- С2 ... С5 — К10 - 17,
- С5 — К52 - 1 на 6,3В.
Схему можно дополнить светодиодным индикатором срабатывания защиты (HL1). Для этого потребуется установить дополнительные элементы: диод VD3 и резистор R10, как это показано на рис.5.
Материал подготовил Ю. Замятин, (UA9XPJ).
