В линейных источниках питания, выполненных по стандартным схемам регулирования на эмиттерном повторителе, силовой транзистор, как правило, управляется током из его коллекторной цепи. Поэтому, несмотря на фильтрующий конденсатор в цепи базы, в цепь управления все равно проходят пульсации, которые усиливаются, и появляются на выходе источника питания. Логически рассуждая, если мы относительно эмиттера подадим на базу идеальное напряжение, то на выходе должны получить идеальный ток. Исходя из этих рассуждения, была опробована следующая схема:
Для питания базы силового транзистора Т2 был введен дополнительный источник Тр2. Можно использовать другую обмотку этого же трансформатора, если стабилизировать напряжение на выходе выпрямителя. Величина тока, который может пропустить через себя Т2 определяется током, проходящим через R9. Для КТ819БМ и токе на нагрузке около 3 ампер ток через R9 не превышал 20 мА. Так как для управления напряжением у нас используется Д10 (TL431), у которого минимальное напряжение равно 2 вольта, для компенсации этого напряжения включены диоды Д7, Д11, Д12.
Стабилитрон Д9 ограничивает максимальное напряжение на Д10 и выходе источника. R5 обеспечивает устойчивой закрытие Т2 при отключении базового питания, а С5 убирает пульсации с базовой цепи. С2 обеспечивает привязку базы Т2 к минусовой цепи. Его номинал не превышает 100 мкф. С3 выполняет дополнительную фильтрацию в базовой цепи Т2. Для аварийного отключения Т2 в его базовую цепь включен термостат t60 (KSD301 на 60 градусов), укрепленный на радиаторе, рядом с Т2.
Принцип работы следующий: С конденсатора С7 ток поступает через R9, Д12, Д11, Д7 на базу Т2. Транзистор открывается максимально, но не более, чем ему позволяет ток через R9. То есть, применяется предварительное ограничение тока через Т2. У меня это порядка 3 ампер. Регулирование напряжения на выходе осуществляется стабилитроном Д10. Отбирая часть тока у R9, он уменьшает количество тока, поступающее в базу Т2, и подзакрывает его. Напряжение на выходе (на R12) уменьшается.
Макетирование показало, что при С5=620 нФ, С2=100 мкф, при отсутствии С8 амплитуда пульсаций на выходе при токе 2 ампера не превышала 10 милливольт.
Идея себя оправдала. Однако, применение TL431 имеет недостаток – напряжение на выходе нельзя опустить ниже 2,5 вольт. Для обхода этой проблемы введем вольтодобавку:
Дополнительные 2,5 вольта с Д18 позволят напряжению на выходе опустится практически до нуля.
Но при работе на большом токе Т2 будет разогреваться, и ток увеличится. Поэтому дополнительно введем ограничитель тока:
При увеличении тока на шунте Rш транзистор Т1 откроется и откроет транзистор Т3, который прикроет Т2. Ток стабилизируется. Ради интереса к базе Т1 подцепил два терморезистора (Х2, Х3), укрепленных на радиаторе Т2. При разогреве радиатора сопротивление терморезисторов уменьшается, и Т2 прикрывается.
Однако, в случае КЗ радиатор все равно нагреется до срабатывания термостата. Введем отключение Т2 при КЗ:
В обычном режиме Т4 закрыт, так как на эмиттере потенциал больше, чем на базе. В случае КЗ эмиттер сядет на землю, и Т4 откроется, зашунтировав Д10. Т2 полностью закроется.
Правда при макетировании всплыла одна проблемка. Так как трансформатор слабенький, при некоторых режимам просадка напряжения на коллекторе Т2 проходит на выход. Пришлось ввести узел слежения за перепадом напряжения на Т2.
В обычном состоянии стабилитрон Д17 полностью открыт, так как напряжение на управляющем электроде превышает 2,5 вольта, и шунтирует R10. Поэтому Т3 закрыт и не оказывает влияния на Т2. Однако, если просадка напряжения будет большая, Д17 начнет прикрываться, и С4 станет заряжаться, приоткрывая Т3. Т2 немного прикроется. Напряжение на выходе немного уменьшится, зато останется чистым.
Дополнение: При повторении модернизированного линейного источника питания следует учесть, что если силовой транзистор имеет коэффициент усиления меньше 100, то чтобы раскачать его, нужно через R9 подать ток, при котором TL431 при работе будет перегружаться. Нужно дополнительно включить, например КТ815 в разрыв между D7 и базой Т2. Эмитер на базу Т2, Коллектор к коллектору, а базу к D7.
Первый раз сел за MicroCap, попробовал нарисовать красиво схему. Вроде что-то получилось. Что касается схемы, напряжение на выходе получается удивительно чистое. Раньше мастерил БП, мучился давить шумы, а здесь чистота. Интересненько. Профессионалов прошу сильно не ругаться, потому-что я самоучка, и только набираюсь опыта. От советов не откажусь.
Обновление
Эта схема – дальнейшее развитие идеи питания силового транзистора от отдельного источника.
Испытав несколько схемных вариантов, я пришел к оптимальному, как мне кажется решению. Первая схема – это чистый вариант по напряжению. LM317 включен как генератор тока, который открывает силовой транзистор Т1 (КТ819Б). Номинал R1 зависит от того, какой ток нужен, чтобы раскачать один или несколько параллельных транзисторов. Привязка к минусовой цепи осуществляется TL431. При выборе R1 нужно иметь ввиду, что почти весь рассчитанный ток при регулировке будет идти через TL431. Конденсаторы С3 и С5 обязательны. С5 срезает игольчатые импульсы в цепи управления Т1 и выход получается чистым. С3 препятствует самовозбуждению Т1. У меня стоят конденсаторы по 3,3 микрофарады. Но реально емкость может быть меньше.
При любом токе на пассивной нагрузке на выходе получается очень ровное напряжение. Шумы не превышают 2 милливольт. Присутствуют игольчатые выбросы до 10 милливольт. При мгновенном изменении тока от 0 до 2 ампер и наоборот выбросы не превышают 30 милливольт.
Следует иметь ввиду, что схему я собирал из тех деталей, что имелись в заначке, поэтому не все может быть оптимально. Главное-идея.
Если нужно осуществлять регулировку тока, то можно добавить следующий узел: Регулировка тока осуществляется транзистором Т2. Напряжение на шунте Rш складывается с напряжением на вольтодобавке Д10, Д11 и открывает транзистор Т2. Напряжением с конденсатора С7 приоткрывается транзистор Т3 и напряжение на выходе, и, соответственно ток, уменьшаются. Резистор R4 устанавливает максимальный ток, а R6 – минимальный. Номиналы резисторов нужно выбирать, исходя из шунта и максимального тока.
П. Владимир
