Імпульсні стабілізатори на ШІМ-контролері КР1114ЕУ4. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Стабілізатори напруги

 Коментарі до статті

В даний час на ринку широко представлені мікросхеми (вітчизняні та імпортні), які реалізують різний набір функцій ШІМ-управління для імпульсних джерел живлення. Серед мікросхем подібного типу КР1114ЕУ4 (виробник. ЗАТ "Кремній-Маркетинг", Росія) досить популярна. Її імпортний аналог – TL494CN (Texas Instrument). Крім того, вона випускається поряд фірм під різними найменуваннями. Наприклад, (Японія) випускає мікросхему IR3M02, (Корея) – КА7500, ф. Fujitsu (Японія) МВ3759.

Мікросхема КР1114ЕУ4 (TL494) являє собою ШІМ-контролер імпульсного джерела живлення, що працює на фіксованій частоті. Структура мікросхеми наведено на рис.1.

На основі цієї мікросхеми можна розробляти схеми управління для двотактних і однотактних імпульсних джерел живлення. Мікросхема реалізує повний набір функцій ШІМ-управління: формування опорної напруги, посилення сигналу помилки, формування пилкоподібної напруги, ШІМ-модуляцію, формування 2-тактного виходу, захист від наскрізних струмів та ін. Випускається в 16-вивідному корпусі, цоколівка представлена ​​на рис. 2.

Вбудований генератор пилкоподібної напруги вимагає для встановлення частоти двох зовнішніх компонентів - Rt і Ct.Частота генератора визначається за формулою:

Для дистанційного вимикання генератора можна зовнішнім ключем замкнути вхід RT (висновок 6) на вихід ІОН (висновок 14) або замкнути вхід СТ (висновок 5) на загальний провід.

Мікросхема має вбудоване джерело опорної напруги (Uref=5,0 В), здатне забезпечити струм, що витікає, до 10 мА для зміщення зовнішніх компонентів схеми. Опорна напруга має похибку 5% діапазоні робочих температур від 0 до +70°С.

Структурна схема імпульсного знижувального стабілізатора наведено на рис.3.

Регулюючий елемент РЕ перетворює вхідну постійну напругу UBX в послідовність імпульсів певної тривалості і частоти, а згладжуючий фільтр (дросель L1і конденсатор С1 перетворює їх знову у вихідну постійну напругу. Діод VD1 замикає ланцюг струму через зворотний зв'язок СУ З вимкненням РЕ. управляє регулюючим елементом в такий спосіб, що у результаті виходить задана стабільність вихідної напруги Uн.

Стабілізатори, залежно від способу стабілізації, можуть бути релейними, з частотно-імпульсною модуляцією (ЧІМ) та з широтноімпульсною модуляцією (ШІМ). У стабілізаторах з ШІМ частота імпульсів (період) - величина постійна, а їх тривалість обернено пропорційна значенню вихідної напруги. На рис.4 показані імпульси з різним коефіцієнтом наповнення Кs.

Стабілізатори з ШІМ порівняно зі стабілізаторами інших типів мають такі переваги:

• частота перетворення оптимальна (з погляду ККД), визначається внутрішнім генератором схеми управління і залежить від будь-яких інших чинників;
• частота пульсації на навантаженні є постійною величиною, що зручно для побудови переважних фільтрів;
• можлива синхронізація частот перетворення необмеженої кількості стабілізаторів, що унеможливлює виникнення биття при живленні кількох стабілізаторів від загального первинного джерела постійного струму.

Єдино, схеми із ШІМ відрізняються порівняно складною схемою управління. Але розробка інтегральних мікросхем типу КР1114ЕУ4, що містять усередині більшу частину вузлів СУ з ШІМ, дозволяє значно спростити імпульсні стабілізатори.

Схема імпульсного понижуючого стабілізатора з урахуванням КР1114ЕУ4 наведено на рис.5.

Максимальна вхідна напруга стабілізатора - 30 В, вона обмежена гранично допустимою напругою стік-витік р-канального польового транзистора VT1 (RFP60P03). Резистор R3 та конденсатор С5 задають частоту генератора пилкоподібної напруги, яка визначається за формулою (1). З джерела опорної напруги (висновку 14) D1 через резистивний дільник R6-R7 на інвертуючий вхід першого підсилювача помилки (висновок 2) подається частина зразкової напруги. Сигнал зворотного зв'язку через дільник R8-R9 подається на вхід першого підсилювача помилки (висновок 1) мікросхеми, що не інвертує. Вихідна напруга регулюється резистором R7. Резистор R5 і конденсатор С6 здійснюють частотну корекцію першого підсилювача.

Слід зазначити, що незалежні вихідні формувачі мікросхеми забезпечують роботу вихідного каскаду як двотактному, і в однотактному режимах. У стабілізаторі вихідний формувач мікросхеми включено в однотактному режимі. Для цього висновок 13 включений на загальний провід. Два вихідні транзистори (їх колектори - висновки 8, 11, емітери - висновки 9, 10) включені за схемою із загальним емітером і працюють паралельно. При цьому вихідна частота дорівнює частоті генератора. Вихідний каскад мікросхеми через резистивний дільник

R1-R2 управляє регулюючим елементом стабілізатора - польовим транзистором VT1. Для більш стійкої роботи стабілізатора живлення мікросхеми (висновок 12) включений LC-фільтр L1-C2-C3. Як видно із схеми, при застосуванні КР1114ЕУ4 потрібна порівняльна невелика кількість зовнішніх елементів. Зменшити комутаційні втрати та підвищити ККД стабілізатора вдалося завдяки використанню діода Шоттки (VD2) КД2998Б (Unp=0,54, Uобр=30, lпр=30 A, fmax=200кГц).

Для захисту стабілізатора від перевантаження по струму застосований запобіжник FU1 MF-R400, що самовідновлюється. Принцип роботи подібних запобіжників ґрунтується на властивості різко збільшувати свій опір під впливом певного значення струму або температури навколишнього середовища та автоматично відновлювати свої властивості при усуненні цих причин.

Стабілізатор має максимальний ККД (близько 90%) на частоті 12 кГц, а ККД при вихідній потужності до 10 Вт (Uвих = 10 В) досягає 93%.

Деталі та конструкція. Постійні резистори – типу С2-ЗЗН, змінні – СП5-3 або СП5-2ВА. Конденсатори С1 С3, С5-К50-35; С4, С6, С7-К10-17. Діод VD2 можна замінити будь-яким іншим діодом Шоттки з параметрами не гірше вищезазначених, наприклад, 20TQ045. Мікросхема КР1114ЕУ4 замінюється на TL494LN чи TL494CN. Дросель L1 – ДМ-0,1-80 (0,1 А, 80 мкГн). Дросель L2 індуктивністю близько 220 мкГн виконаний на двох складених разом кільцевих магнітопроводів. МП-140 К24х13x6,5 і містить 45 витків дроту ПЕТВ-2 01,1 мм, покладених рівномірно в два шари по всьому периметру кільця. Між шарами прокладено два шари лакотканини. ЛШМС-105-0.06 ГОСТ 2214-78. Запобіжник типу MF-RXXX, що самовідновлюється, можна підібрати для кожного конкретного випадку.

Стабілізатор виконаний на макетній платі розміром 55x55 мм. Транзистор встановлюється на радіаторі площею щонайменше 110 см2. При монтажі доцільно розділити загальний провід силової частини та загальний провід мікросхеми, а також мінімізувати довжину провідників (особливо силової частини). У налагодженні стабілізатор при правильному монтажі не потребує.

Загальна вартість покупних радіоелементів стабілізатора склала у мене близько 10 $, причому вартість транзистора VT1 - 3 ... 4 $. Для зниження вартості замість транзистора RFP60P03 можна застосувати більш дешевий RFP10P03, але, звичайно, це дещо погіршить технічні характеристики стабілізатора.

Структурну схему імпульсного паралельного стабілізатора підвищуючого типу наведено на рис.6.

У цьому стабілізаторі регулюючий елемент РЕ, що працює в імпульсному режимі, увімкнений паралельно навантаженню Rh. Коли РЕ відкрито, струм від вхідного джерела (Ubx) протікає через дросель L1, запасаючи у ньому енергію. Діод VD1 у своїй відсікає навантаження і дозволяє конденсатору С1 розряджатися через відкритий РЕ. Струм у навантаження в цей проміжок часу надходить тільки від конденсатора С1 У наступний момент, коли РЕ закритий, ЕРС самоіндукції дроселя L1 підсумовується вхідною напругою, і енергія дроселя віддається в навантаження. При цьому вихідна напруга буде більшою за вхідну. На відміну від понижуючого стабілізатора (рис.1), тут дросель не є елементом фільтра, а вихідна напруга стає більшою за вхідну на величину, яка визначається індуктивністю дроселя L1 і шпаруватістю імпульсів регулюючого елемента РЕ.

Принципова схема імпульсного стабілізатора, що підвищує, показана на рис.7.

У ньому застосовані, переважно, самі електронні компоненти, що у схемі понижуючого стабілізатора (рис.5).

Зменшити пульсацію можна за рахунок збільшення ємності вихідного фільтра. Для "м'якшого" запуску між загальним проводом і неінвертуючим входом першого підсилювача помилки (висновком 1) включений конденсатор С9.

Постійні резистори – С2-ЗЗН, змінні – СП5-3 або СП5-2ВА.

Конденсатори С1, С3, С5, С6, С9 - К50-35; С4, С7, С8 – К10-17. Транзистор VT1 - IRF540 (n-канальний польовий транзистор з Uсі=100, lc=28 A, Rси=0,077 Ом) - встановлюється на радіаторі з площею ефективної поверхні не менше 100 см2. Дросель L2 - такий самий, як і в попередній схемі.

Перше включення стабілізатора краще зробити при невеликому навантаженні (0,1...0,2 А) та мінімальній вихідній напрузі. Потім повільно збільшувати вихідну напругу та струм навантаження до максимальних значень.

Якщо підвищуючий і знижуючий стабілізатори будуть працювати від однієї вхідної напруги Uin, то їх частоту перетворення можна засинхронізувати. Для цього (якщо понижувальний стабілізатор буде провідним, а підвищує веденим) у підвищувальному стабілізаторі потрібно видалити резистор R3 і конденсатор С7, замкнути висновки 6 і 14 мікросхеми D1, а висновок 5 D1 з'єднати з виведенням мікросхеми 5 D1 понижуючого стабілізатора.

У стабілізаторі підвищуючого типу дросель L2 не бере участь у згладжуванні пульсації вихідної постійної напруги, тому для якісної фільтрації вихідної напруги необхідно застосовувати фільтри з досить великими значеннями L і С. Це, відповідно, призводить до збільшення маси та габаритів фільтру та пристрою в цілому. Тому питома потужність понижуючого стабілізатора більша, ніж підвищує.

Автор: С.Шишкін, м.Сарів Нижегородської обл.

Дивіться інші статті розділу Стабілізатори напруги.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву 5G на Евересті 07.05.2020 Huawei та China Mobile встановили на північному схилі найвищої гори у світі, якою проходить китайсько-непальський кордон, три базові станції 5G. Станції встановлені в альпіністських таборах на висотах 5300, 5800 та 6500 метрів. Для їх монтажу China Mobile направила на Еверест 150 своїх співробітників, які під час виконання робіт проклали на горі 25 кілометрів оптоволоконного кабелю. Обладнання призначене в першу чергу для вимірювання Евересту, але мережею також зможуть користуватися вчені та альпіністи - для зв'язку, а також, наприклад, для прямої трансляції відео у високій якості. І тим, хто піднімається на вершину, тепер не доведеться брати з собою важкі апарати супутникової телефонії. Задоволення, однак, обіцяє бути недовгим. Після завершення вимірювальних робіт компанії мають намір демонтувати обладнання ще до кінця цього року. Але поки що станція 5G, встановлена ​​на висоті 6500 метрів, залишається найвисотнішою у світі.

Інші цікаві новини:

▪ myFC JAQ: кишеньковий зарядний пристрій на паливному елементі

▪ Системна плата Biostar J3160MD

▪ Thubber: наделастична гума з властивостями металу

▪ Lenovo – найбільший виробник ноутбуків

▪ Сигнал тривоги – у кожний будинок

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Конспекти лекцій, шпаргалки. Добірка статей

▪ стаття Чи буду в фатальний час ганьбити громадянина сан? Крилатий вислів

▪ стаття Де живуть терміти? Детальна відповідь

▪ стаття Виконання копіювальних офсетних процесів. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Конструкції гучномовців. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Киргизькі прислів'я та приказки. Велика добірка

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024