Імпульсний стабілізатор напруги з підвищеним ККД

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Стабілізатори напруги

 Коментарі до статті

У статті описаний потужний стабілізатор імпульсний з високим ККД, виконаний на спеціалізованій мікросхемі UC3843. Пристрій має захист від перевантаження струмом.

Проблема збільшення ККД джерел живлення є особливо актуальною для перетворювачів великої потужності з низькою вихідною напругою (3...5В). Її вдалося вирішити застосуванням сучасних зарубіжних елементів: спеціалізованої мікросхеми керування; діодів з малим падінням напруги та часом відновлення; польових транзисторів із низьким опором у відкритому стані.

На малюнку показано схему потужного імпульсного стабілізатора напруги із захистом від перевантаження по струму.

Основні технічні характеристики

• Вхідна напруга, В......8...16
• Вихідна напруга, В.....5
• Максимальний струм навантаження, А.10
• Амплітуда пульсацій вихідної напруги, мВ, не більше 100
• Нестабільність вихідної напруги при зміні вхідної напруги, струму навантаження та температури навколишнього середовища, %, від номінального значення......2
• Інтервал робочої температури довкілля,°С......-10...+70
• Частота перетворення, кГц......100
• Середнє значення ККД при максимальному струмі навантаження у всьому інтервалі зміни вхідної напруги, %......90

У стабілізаторі застосовано керуючу мікросхему UC3843 фірми UNITRODE CORP (докладний її опис див. у книзі "Інтегральні мікросхеми: Мікросхеми для імпульсних джерел живлення та їх застосування". - М.: ДОДЕКА. 1997). Тут зупинимося лише з основних функціях її вузлів, що у роботі стабілізатора.

Мікросхема UC3843 має у своєму складі вузол запуску, який при напрузі живлення більше 7,5.. .8 (висновок 7) переводить всі вузли з режиму очікування в робочий стан. При цьому джерело зразкової напруги (висновок 8) виробляє стабілізовану напругу 5, а генератор, що задає (висновок 4) - пилкоподібну напругу, частоту і співвідношення часу наростання і спаду якого визначають номінали елементів R3 і С10. Вихідний потужний буферний підсилювач (висновок 6) формує напругу прямокутної форми амплітудою, трохи меншої напруги живлення мікросхеми. Його частота, тривалість імпульсу і паузи збігаються з аналогічними параметрами пилкоподібної напруги генератора, що задає.

Мікросхема керування реалізує широтно-імпульсний спосіб стабілізації вихідної напруги. Для цього до її складу включено вузол порівняння на ОУ. на один вхід подають частину зразкової напруги (2.5), а на інший - частина вихідного з резистивного дільника напруги R1R4. Елементи R2C8 - коригуючий ланцюг цього підсилювача. Під час регулювання тривалість вихідного імпульсу починає зменшуватися порівняно з вихідною, як тільки напруга на виведенні 2 мікросхеми перевищить значення 2,5 В. Частота імпульсів залишається постійною.

Для захисту стабілізатора від перевантаження струмом у мікросхемі передбачений швидкодіючий компаратор. На один з його входів подано зразкову напругу 1 від вбудованого джерела, а на інший (висновок 3) - напруга, пропорційна струму, що протікає через відкритий транзистор VT2. Ця напруга формує трансформатор струму Т1, первинна обмотка якого послідовно включена з транзистором VT2. Коли він перебуває у відкритому стані. через вторинну обмотку трансформатора, діод VD1 і резистор R5 протікає струм, менший струму первинної обмотки в раз, де до = wп/w1 - коефіцієнт трансформації Т1. Таким чином, на резисторі R5 формується напруга, що точно повторює форму струму транзистора VT2. миттєве значення якого в кожний момент часу визначається виразом: Ur5 = lvT2·R5/k.

На початку кожного періоду керуюча вихідна напруга мікросхеми відкриває транзистор VT2, а при досягненні напруги на виведенні 3 значення 1 відбувається його примусове закриття. Під час перевантаження стабілізатора цей процес відбувається кожен період, перешкоджаючи тим самим збільшення струму через транзистор VT2. отже, і через навантаження.

IRF4905 – р-канальний польовий транзистор фірми INTERNATIONAL RECTIFIER. Його опір у відкритому стані – близько 20 мОм. а затримка при відкриванні та закриванні - менше 0,1 мкс. Такі характеристики він набуває тільки при керуванні від потужного імпульсного підсилювача, що забезпечує великий (у кілька А) струм перезарядки ємності затвор-витік та затвор-стік. У стабілізаторі напруги цей підсилювач виконаний на транзисторах VT1.1, VT1.2 мікроскладання. Крім того, він інвертує керуючий сигнал, що виробляється мікросхемою.

Вихідний фільтр, що згладжує, утворюють конденсатори С12 - С17. Їх число (шість) та вибір типу достатні для якісної фільтрації вихідної напруги без додаткового високочастотного фільтра.

Вхідний П-подібний фільтр необхідний для придушення високочастотних перешкод, що виникають через імпульсний характер споживаного стабілізатором струму.

Зменшити комутаційні втрати з одночасним підвищенням ККД стабілізатора стало можливим завдяки використанню як VD2 діода Шоттки з малим падінням напруги та часом відновлення близько 0,05 мкс.

Пристрій виконаний на стандартних елементах, за винятком моточних. Дросель L1 намотаний на кільці К10х6х4.5 з пермалою МП 140 і містить 5 витків у 6 проводів ПЕВ 0,5. покладених рівномірно по всьому периметру кільця. Дросель L2 виконаний на кільці К19Х11x4,8 з того ж матеріалу і містить 12 витків у 10 дротів того ж діаметра. Трансформатор Т1 намотаний на кільці К1Ох6хЗ із фериту 2000НМ1. Вторинна обмотка w„ виконана проводом ПЕВ 0.2 і містить 200 витків, рівномірно укладених по всьому периметру кільця. Первинна обмотка є провід, що проходить через отвір кільця, кінці якого з'єднують відповідно плюсовий висновок конденсаторів С2- С7 і виток транзистора VT2. При підключенні трансформатора необхідно ретельно дотримуватися правильного фазування обмоток.

Для якісної фільтрації високочастотних перешкод застосовані безвивідні танталові конденсатори (С1-С7, С12-С17) у корпусі D (конденсатори для поверхневого монтажу) фірм NEC, NICHCON, TDK та ін. З вітчизняних підійдуть оксидні конденсатори К53-28, К53 К25-53. Щоправда, конденсатори двох останніх типів необхідно герметизувати після установки.

Налагодження стабілізатор не потребує, звичайно, якщо якісно виконаний його монтаж. До особливостей роботи мікросхеми DA1 відноситься той факт, що вона не "любить" працювати при значеннях шпаруватості керуючих імпульсів менше 2, тобто низькому напрузі живлення. Це в тому, що пари імпульсів сусідніх періодів мають різну, але постійну при цьому напрузі живлення тривалість. Фактично ж це означає, що форма пульсацій вихідної напруги отримає ще одну огинаючу на частоті

вдвічі нижче частоти роботи генератора, що задає. Таку особливість можна усунути підключенням між висновками 3 і 4 мікросхеми послідовного ланцюга з резистора опором 0,1...2 кОм та конденсатора ємністю 1000... 10000 пФ. Однак частота цих "паразитних" коливань висока, практично не збільшує амплітуду пульсацій вихідної напруги і ніяк не впливає на динамічні властивості стабілізатора загалом.

Імпульсний стабілізатор необхідно змонтувати на друкованій платі з короткими та широкими провідниками. Чим меншим буде її розмір, тим меншими стануть наведені перешкоди, які великою мірою визначають стійкість роботи пристрою в цілому. Транзистор VT2 і діод VD2 встановлюють на тепловідведення з ефективною площею поверхні не менше 100 см2, причому для зменшення наведених перешкод зазначені елементи слід встановити через ізолюючі прокладки, а сам тепловідведення електрично з'єднують з мінусовим виведенням конденсаторів С2 - С7. Правий за схемою виведення дроселя 12 слід з'єднати з плюсовим виведенням конденсатора С12, а правий за схемою виведення резистора R4 - з плюсовим виведенням конденсатора С17. З нього ж подають вихідну напругу на навантаження. Макет стабілізатора був виготовлений на двосторонній друкованій платі розмірами 60x90 мм та товщиною 2 мм. З верхньої сторони плати розміщені "високі" елементи: дроселі, трансформатор, мікросхема, а з "нижньої" - танталові конденсатори, що фільтрують, транзисторне складання VT1, транзистор VT2 і діод VD2 фланцями назовні. Через шість отворів, розташованих рівномірно по периметру, плата пригвинчена до алюмінієвої пластини-тепловідведення таких же, як і плата, розмірів і товщиною 3 мм. Вийшла плоска конструкція завтовшки 18 мм. Для ефективного охолодження стабілізатора затор встановлено вертикально.

Автор: А.Миронов, м.Люберці Московської 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 Автомобіль дізнається обличчя водія 08.12.2013 Компанія Panasonic шукає партнерства з виробниками автомобільних виробів та готова придбати деяких із них. Про плани японської компанії з автопрому розповів її співробітник Йосіхіко Ямада (Yoshihiko Yamada), який обіймає посаду голови підрозділу Panasonic з випуску автомобільної та промислової продукції. За словами топ-менеджера, компанія веде переговори із деякими виробниками автозапчастин. Великий інтерес для Panasonic представляють системи допомоги водію, наприклад, автоматичний паркувальник. Для подібних розробок компанія готова створювати датчики та камери, що кріпляться до бампера машини, заявив Ямада. Він зазначив, що Panasonic може скористатися своїм досвідом на ринку споживчої електроніки та взяти звідти деякі технології для автомобілів. Наприклад, камери кругового огляду, які використовуються в моделях Nissan, BMW та інших, зможуть розпізнавати обличчя завдяки спеціальному софту від камер Lumix, повідомив Йосіхіко Ямада, не вдаючись до подробиць. Через 6 років на продажі виробів для автотранспорту Panasonic хоче заробляти до 2 трлн ієн (близько $19 млрд) на рік, що приблизно вдвічі більше, ніж зараз. У цю суму входить прибуток від продажів інформаційно-розважальних системах, серед яких популярні Chrysler Uconnect і Chevy MyLink, а також літій-іонних акумуляторних батарей, що застосовуються в електромобілях Toyota і Tesla Motors. Ямада додав, що 2% автомобільних компонентів Panasonic продають японським виробникам машин.

Інші цікаві новини:

▪ NVMe PCIe SSD-накопичувач Kingston A2000 на основі 3D NAND TLC пам'яті

▪ Цільнозернова дієта знижує ризик серцево-судинних захворювань

▪ Метеопрогрноз на основі ГІС

▪ Новий матеріал для утилізації ядерних відходів

▪ Трикутні сніжинки

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Електричні лічильники. Добірка статей

▪ стаття Трубка світу. Крилатий вислів

▪ статья Які птахи допомагають людям шукати мед та чому? Детальна відповідь

▪ стаття Машиніст електролебідки. Посадова інструкція

▪ стаття Монтаж електропроводок. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Пристрій для швидкого заряджання Ni-Cd і Ni-MH акумуляторів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

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