Превращаем LM7805 в ШИМ-контроллер: гибридный импульсный стабилизатор 5 В своими руками
⚙️ Назначение и особенности схемы
На первый взгляд — это обычный стабилизатор напряжения с использованием популярной микросхемы LM7805. Однако при внимательном рассмотрении видно: устройство работает в импульсном режиме, используя транзистор BD242 как ключевой элемент. Это превращает схему из линейным стабилизатора в импульсный. А LM7805 в ШИМ-контроллер, позволяя обеспечить выход 5 В с высоким КПД и хорошей токовой отдачей.
Идея схемы
На базе широко распространённого стабилизатора LM7805 реализуем DC/DC преобразователь с высоким КПД. Вместо обычного линейного режима микросхема работает в импульсном (ШИМ) режиме с использованием внешнего p-n-p транзистора (BD242), дросселя и диода Шоттки.
Такой подход позволяет достичь более высоких токов , при этом схема остаётся простой и доступной для повторения даже начинающим радиолюбителям.
Подробный разбор схемы
Входной каскад
J2 — разъём для подключения источника питания 24 В DC.
C1 (47 мкФ) — электролит для сглаживания начальных пульсаций и выбросов.
R1 (47 Ом) — ограничивает ток в базу транзистора, формируя условия для импульсной работы.
Импульсный модуль
Q1 — BD242 (NPN транзистор):Работает в ключевом режиме: включается и выключается с частотой, определяемой динамикой обратной связи.
Основная задача — подавать энергию на дроссель L1 и тем самым заряжать выходной конденсатор C2.
IC1 — LM7805:Используется здесь не как линейный стабилизатор в традиционном смысле.
Он контролирует напряжение на выходе и задаёт уровень для обратной связи, косвенно влияя на длительность включения транзистора.
ШИМ-функциональность и фильтрация
L1 (680 мкГн) — дроссель сглаживает импульсы, формируя стабильное постоянное напряжение.
C2 (470 мкФ) — конечный фильтр, накопительный элемент, сглаживающий выход.
D1 — 1N5817:Диод Шоттки с низким прямым падением и быстрым восстановлением.
Позволяет току дросселя течь при закрытом транзисторе (freewheeling режим).
R2 и R3 — формируют цепь обратной связи. Они передают информацию о состоянии выхода в управляющую часть схемы.
Как это работает
Первоначальный запуск
После включении питание поступает через R1 и LM7805 на выход. Напряжение также подаётся на базу транзистора Q1, который открывается. Через L1 начинает протекать ток, заряжая выходной конденсатор C2.
Установка напряжения
Когда напряжение на выходе достигает 5 В, LM7805 закрывается. Ток через резистор R1 прекращается и Базовый ток Q1 исчезает, и транзистор закрывается.
Импульсный режим
После выключения Q1, ток через дроссель L1 также прекращается. Но в дросселе накоплено магнитное поле и происходит самоиндукция. Ток начинает опять течь только в противоположную сторону через диод D1, обеспечивая непрерывное питание нагрузки. Когда напряжение на выходе немного проседает, LM7805 снова начинает проводить, и цикл повторяется.
Автоматический переход в линейный режим
При низкой нагрузке (или её отсутствии) транзистор Q1 остаётся закрытым, и схема ведёт себя как обычный линейный стабилизатор — выходной ток течёт только через LM7805. Это упрощает работу при холостом ходе и повышает надёжность.
Характеристики и КПД
При входе 24 В и выходе 5 В, КПД достигает 60–65%, что значительно лучше обычного линейного регулятора.
При использовании LM7812/7815 и выходах 12 В / 15 В КПД возрастает до 75%.
При этом схема не требует сложных контроллеров, трансформаторов или микросхем с ШИМ.
Гибкость: другие напряжения
Хотите 12 В или 15 В? Просто замените LM7805 на LM7812 или LM7815. Чтобы обеспечить стабильную работу в ШИМ-режиме при повышенном напряжении,
Практические рекомендации
Резистор R1 можно подбирать под нужный порог включения ключа.
Используйте радиаторы для транзистора Q1 1 А.
Для повышения КПД — замените BD242 на MOSFET и подберите схему драйвера.
При желании можно добавить индикатор перегрузки
Преимущества схемы
Повышенный КПД по сравнению с линейными стабилизаторами.
Простая реализация ШИМ на дискретных элементах.
Поддержка больших токов за счёт внешнего транзистора.
Меньшая тепловая нагрузка на LM7805.
