|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ VIPER-100А та кишеньковий зарядний пристрій на його основі
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи Нова лінійка мікросхем характеризується всіма перевагами свого попередника - ШІМ-контролерів серії UC384X - і, крім того, має кілька істотних переваг. Перш за все це скорочується приблизно вдвічі число дискретних елементів "обв'язки" мікросхеми. Важлива обставина - висока надійність теплового захисту VIPer-комутованого ІІП. У разі поганого теплового контакту комутувального транзистора з тепловідведенням окремо розташований ШІМ-контролер реагуватиме тільки на перегрів корпусу мікросхеми. Тяжкий режим роботи транзистора може призвести до його теплового пробою, і під час лавиноподібного наростання струму стоку транзистор стає фактично некерованим. Випрямлена мережна напруга через несправний транзистор ще до спрацювання запобіжника може встигнути вивести ШИМ-контролер. Для VIPer-комутованого ІІП така ситуація виключена. І найголовніша перевага – можливість автоматизованого проектування ІІП. Мікросхема VIPer-110А виконана в пятивыводном металопластмасовому корпусі ТО-220-5 із зигзагоподібним розташуванням висновків. Розглянемо алгоритм роботи та спрощену функціональну схему виробу, показану на рис. 1 [1].
Порівнюючи рис. 1 і функціональну схему ШІМ-контролера UC384X [2], легко помітити їхню подобу. Призначення багатьох вузлів або збігається абсолютно, або незначно відрізняється. Зокрема, компаратор вхідної напруги живлення мікросхеми А1 забезпечує пороговий рівень при переході VIPer-комутатора в стан "включено" приблизно 11, "вимкнено" - 8 В. Аналогічно працює тепловий захист. При підвищенні температури кристала до 140...170°С тригер безпечного режиму D1 блокує роботу ШІМ D2 на вході R1. Робота буде відновлена автоматично, коли температура кристала знизиться на 40°С порівняно з рівнем спрацьовування теплового захисту. Струм, що споживається мікросхемою, не перевищує 1 мА в стані "Вимкнено" і 15 мА - "Включено". Одна з особливостей виробу VIPer - на час пуску висновки 3 (DRAIN) і 2 (Vdd) всередині мікросхеми з'єднані ланцюгом, що обмежує струм. Рівень обмеження становить 3 мА. Цей струм розподіляється між компаратором вхідної напруги А1 (1 мА) та оксидним конденсатором фільтра, підключеним до виведення 2 (зарядний струм конденсатора - близько 2 мА). Після порівняно повільного зростання напруга на оксидному конденсаторі досягає порогового рівня включення мікросхеми (11), потім конденсатор розряджається робочим струмом мікросхеми 15 мА. Якщо мікросхема з якихось причин (велика ємність розрядженого перед включенням конденсатора фільтра або замикання в навантаженні) не вдається перейти з пускового в робочий режим, напруга на конденсаторі швидко знижується до порогового рівня вимкнення, після чого процес циклічно повторюється. При спробах переходу в робочий режим мікросхема формує "пачки" імпульсів, що запускають. Коефіцієнт заповнення "пачок" визначається ставленням зарядного струму конденсатора до розрядного і становить всього 2/15" 13 %, що запобігає пошкодженню вхідного та вихідного випрямлячів у пусковому режимі або при замиканнях у навантаженні. Формування кількох "пачок" у пусковому режимі сприяє плавному збільшенню вихідного напруги ІІП і характеризує його "м'яке" включення. Процес регулювання вихідної напруги ІІП аналогічний розглянутому для прототипу. Внутрішні ланцюги забезпечують стабілізацію напруги живлення мікросхеми на рівні 13 за допомогою двох контурів регулювання: внутрішнього і зовнішнього. Внутрішній контур – звичайний стабілізатор для живлення всіх вузлів мікросхеми. Зовнішній контур регулювання утворюють допоміжна обмотка трансформатора, підключена до виведення через зовнішній резистор 2, і з'єднаний з цим висновком підсилювач сигналу помилки A3. Подвійна стабілізація напруги живлення мікросхеми забезпечує мінімальне відхилення частоти комутуючих імпульсів. В [1] вказано, що при зміні напруги живлення в інтервалі 9...15 В, а також невідповідності номіналів частотозадаючих резистора і конденсатора розрахунковим значенням в межах ±1% і ±5% відповідно відхилення частоти імпульсів не перевищить ±10%. Температурна нестабільність частоти не перевищить -4%, якщо температура кристала збільшиться від 25 до 125°С. Так само, як і в ШІМ-контролері UC384X, однойменний і функціонально рівноцінний висновок 5 (СОМР) мікросхеми VIPer з напругою на ньому в робочому режимі близько 4,5 можна використовувати для примусового вимикання ІІП. Усередині мікросхеми цей висновок може з'єднуватися із загальним проводом польовим транзистором V2 під впливом тригера безпечного режиму D1, що реагує на блокуючі сигнали вузла теплового захисту А2 і компаратора вхідної напруги А1. Якщо примусове з'єднання виведення 5 із загальним проводом сталося під час дії імпульсу, що комутує, черговий імпульс можливий не раніше ніж через 1,7...5 мкс, хоча генератор весь цей час продовжує працювати. Під'єднаний до висновку 5 конденсатор ще на деякий час затримає зростання напруги до порогового рівня 0,5, і як мінімум один комутуючий імпульс буде пропущений. Зміною числа імпульсів, що пропускаються, також можна регулювати вихідну напругу ИИП. Тимчасову затримку імпульсів комутації здійснює елемент А5 підключений до виходу компаратора контролю струму А4. Особливий інтерес у виробі VIРег представляє використаний метод контролю струму, для чого на кристалі сформовані всі необхідні елементи. Сигнал, пропорційний струму, подають з додаткового виведення комутує транзистора V3 на перетворювач струм-напруга U1, а потім підсилюють в підсилювачі датчика струму А9. Рівень напруги на вході R3 ШИМ D2 пропорційний струму стоку, і при досягненні заданого порогового рівня тривалість імпульсу комутує буде обмежена. Спеціальний вузол гасіння протягом 0,25 мкс після початку імпульсу комутації пригнічує викиди на фронті, обумовлені струмом зворотного відновлення випрямного діода у вторинній обмотці і розподіленою ємністю накопичувальної обмотки. Ці викиди можуть спричинити передчасне обмеження тривалості імпульсу. При нормальному функціонуванні ІІП тривалість комутувальних імпульсів обмежується входом R2 ШІМ. У разі замикання в навантаженні після включення ІІП вихідний струм спочатку повільно збільшуватиметься відповідно до динамічних характеристик контуру регулювання, а при досягненні граничного для VIPer-100A значення 3 А обмеження струму відбуватиметься в кожному імпульсі комутації. Слід звернути увагу на той факт, що граничний струм ЗА, що наводиться в довідниках, - мінімальний з інтервалу можливих для окремих зразків. Типове значення струму для більшості становить 4 А, а окремі мікросхеми працездатні і при рівні обмеження 5,4 А. Обмежити струм через транзистор, що комутує, можна і на більш низькому рівні, якщо використовувати зовнішній перетворювач струм-напруга, вихід якого підключають до висновку 5 (СОМР ). Все це гарантує запобігання пошкодженню ІІП в екстремальних ситуаціях. Поява мікросхеми VIPer-100A дозволяє абсолютно по-новому підійти до проблеми створення простого та надійного зарядного пристрою (ЗП) для автомобільних акумуляторних батарей (АБ). Більшість ЗП заряджають АБ стабільним струмом. Однак у всіх транспортних засобах, у тому числі легкових автомобілях, зарядка відбувається при постійній напрузі. У бортовій мережі реле-регулятори підтримують напругу на рівні 14±0,5 В. Тому розрядка АБ в режимі пуску струмом в кілька десятків ампер супроводжується наступним коротким проміжком часу, коли зарядний струм може досягати 30 і більше ампер, а потім швидко знижується до одиниць та часток ампера. Аналогічний зарядний режим може бути використаний автолюбителями для вирішення іншого завдання. Якщо необхідно терміново виїхати, а автомобіль довгий час не експлуатувався, то, швидше за все, через саморозряджання АБ спроби запустити двигун, особливо в зимовий час, виявляться безуспішними. Деякі автолюбителі в подібних випадках застосовують тривалу (протягом півдоби і більше) підзарядку АБ малим струмом, прискорюючи тим самим корозію ґрат позитивних електродів [3] і наближаючи вихід батареї з ладу. Більш раціонально в цьому випадку використовувати протягом 15 ... 30 хв ЗУ, що заряджає АБ при постійній напрузі. Включений послідовно з АБ резистор з невеликим (часткою) опором обмежить зарядний струм у початковий момент, і в міру зарядки напруга на батареї буде збільшуватися, а струм зменшуватися. VIPer-коммутируемое ЗУ без клопоту можна доставити в гараж навіть у кишені завдяки його малим габаритам та масі. З іншого боку, його можна використовувати не тільки як повноцінний зарядний пристрій, а й як джерело живлення для інших цілей. Оскільки такий ІІП схемотехнічно захищений від замикань, до нього можна підключати як частково, так і повністю розряджену батарею. Залежно від ступеня розрядженості ІІП "перекачуватиме" в АБ енергію, обмежену потужністю близько 100 Вт, тобто зарядний струм буде регулюватися автоматично, не виходячи за межі режиму безпечної роботи ІІП. ЗУ дозволяє заряджати АБ струмом не менше 6 А на початку та доводити напругу на ній до 15 В наприкінці зарядки. Робоча частота перетворення використовуваного ІІП – 100 кГц. ККД пристрою - не менше 87%. Габарити ІІП без корпусу – 55x80x42,5 мм. Сервісні функції ЗУ визначаються властивостями мікросхеми VIPer-100А, що використовується. Вони вже згадувалися: захист від замикань та урвищ у навантаженні, реалізація безпечних робочих режимів, тепловий захист, автоматичне регулювання зарядного струму залежно від ступеня розрядженості АБ. Єдиний недолік ЗУ, до якого потрібно поставитися дуже серйозно, - уразливість від переполюсування. При неправильному підключенні АБ можливе пошкодження трансформатора та інших елементів ЗУ, тому його треба підключати дуже уважно. Схема ЗУ, розроблена за допомогою DESIGNE SOFTWARE ("Еволюція зворотноходових імпульсних ІП" в "Радіо", 2002 № 8), показана на рис. 2. Методика проектування була докладно описана раніше. Параметри напруги не змінювалися, частота перетворення обрана рівною 100 кГц, вихідні параметри відповідають напрузі 15 В при струмі 6 А. Магнітопровід трансформатора обраний RM10 (вітчизняний аналог KB 10) з матеріалу N67 (аналог - М2500НМС1).
Завдяки докладному аналізу алгоритму функціонування виробу VIPer-100А, що використовується в ЗУ, повторно описувати призначення окремих елементів пристрою не має сенсу. Креслення друкованої плати показано на рис. 3.
Незважаючи на мінімальну кількість використовуваних елементів, монтаж вийшов досить щільним, що пояснюється бажанням автора використовувати як готовий корпус пристрою несправний високовольтний конденсатор К41-1а ємністю 0,1 мкФ на напругу 10 кВ. Мікросхема VIPer-100А встановлена на штирьовий тепловідведення з ефективною площею близько 60 см2 через слюдяну пластину із застосуванням теплопровідної пасти, з'єднаний із загальним проводом. Діодний міст - імпортний, розрахований на прямий струм 1,5 А і зворотна напруга 1000 В. Діодне складання VD4-VD7 являє собою з'єднані двома гвинтами три дюралюмінієві пластини (товщина крайніх - 1,5 мм, середньої - 2 мм) розмірами 30x40 мм, між якими попарно з кожної сторони від центральної пластини затиснуті без золятора із застосуванням теплопровідної пасти чотири діоди КД213Б катодом до центру. При монтажі слід звернути увагу до ізоляцію всіх анодних висновків. Струмообмежувальний резистор R6 - С5-16МВ потужністю 5 Вт встановлений перпендикулярно до плати. Мікроамперметр РА1 - М4283 або будь-який інший, який використовується у переносних магнітофонах для індикації рівня запису. При налагодженні його підключають до джерела стабілізованої напруги 0,6 і підбором резистора R5 встановлюють стрілку на край зеленого сектора. Оксидні конденсатори – імпортні, оскільки вітчизняні не "впишуться" у зазначені габарити ІІП. Конденсатор С7 підпаюють паралельно до резистори R3, а потім останній одним висновком впаюють перпендикулярно до плати, а другий з'єднують навісним способом з вільним виведенням аналогічно встановленого діода VD2. Особливу увагу слід приділити виготовленню та монтажу імпульсного трансформатора. Його магнітопровід має бути з немагнітним зазором 0,7 мм. Обмотки трансформатора намотують на саморобному каркасі. Скальпелем або гострим ножем розшаровують невелику склотекстолітову пластину і відокремлюють від неї один шар завтовшки 0,1...0,15 мм. Вирізавши смужку необхідних розмірів, із застосуванням нітроклею без перекосів, намотують її в 2-3 шари на стрижень відповідного діаметра, а після висихання клею знімають. На отриманий таким чином каркас намотують перший шар - 11 витків дроту ПЕВ-2 0,41 у два провідники, потім міжшарову ізоляцію з лавсанової плівки або лакоткані та другий шар - 9 витків. Потім намотують міжобмотувальну ізоляцію. Обмотку III, що складається з 7 витків дроту ПЕВ-2 1,5, намотують на стрижні трохи більшого діаметра з розрахунком, щоб вона помістилася на обмотці I. З кожного боку котушки залишають висновки довжиною 8...10 мм. Отриману обмотку III обережно надягають на першу секцію обмотки I так, щоб їх висновки були діаметрально протилежні, центрують і за допомогою клею фіксують міжобмотувальний шар ізоляції. Після цього корисно перевірити розміщення котушки в магнітопроводі, і якщо обидві пластини вільно з'єднуються, котушку виймають та заливають її торці клеєм для фіксації та герметизації обмоток. Після висихання клею на котушці намотують у два шари по 8 і 7 витків кожен другу секцію обмотки I. Завершують намотування обмоткою II з 6 витків "врозрядку" проводу ПЕВ-2 0,15 і після пробного розміщення котушки в магнітопроводі знову гер. Виміряна індуктивність обмотки I трансформатора збіглася з розрахованою в DESIGNE SOFTWARE і становила 225 мкГн. Готовий трансформатор по бічній поверхні закривають електростатичним екраном – одним шаром мідної фольги та фіксують на платі за допомогою скоби. Між трансформатором та скобою прокладають смужку гуми завтовшки 1 мм. Склеювати пластини магнітопроводу при складанні необов'язково. Усі висновки трансформатора, крім 7, 2 і 3, запаюють у відповідні отвори на платі. Висновки 2 і 3 з'єднують навісним способом, ізолюють, а потім ховають під електростатичний екран. Висновок 7 з'єднують з платою коротким відрізком коаксіального кабелю з багатожильним центральним провідником. На кришці пристрою розміщують вимикач живлення, утримувач запобіжника на 2 А, мікроамперметр та дві клеми для підключення АБ. Крім того, для полегшення теплового режиму ІІП на кришці корпусу фіксують малогабаритний вентилятор, що використовується для обдування мікропроцесорів, бажано максимально можливої продуктивності, і передбачають для нього отвори повітря. Висновки вентилятора, розрахованого на напругу 12, підключають до конденсатора С9 через струмообмежуючий резистор МЛТ-0,125 опором 8,2 Ом. Залежно від моделі та продуктивності споживаний вентилятором струм складатиме від 40...50 мА при 12 В до 55...65 мА при 15 В. Якщо ЗУ зібрано зі справних деталей без помилок та відхилення робочої частоти від розрахункового значення не більше 10 %, налагодження пристрою не потрібне. На рис. 4 показані залежності вихідної напруги (суцільна лінія) та вихідної потужності (штрихова лінія) від струму навантаження. Вимірювання проведено при замкнутому резисторі R6.
Для зменшення пульсацій на виході було підключено оксидний конденсатор ємністю 22000 мкФ. література
Автор: С.Косенко, м.Воронеж
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Мозок музикантів підлаштовується під різну музику ▪ Планшет Asus Transformer Pad Infinity з екраном 2560x1600 та процесором Nvidia Tegra 4 ▪ Бронежилет із системою охолодження ▪ Їдальні прилади впливають на смак їжі ▪ Відеокарта AMD Radeon Pro W6600X
▪ розділ сайту Металошукачі. Добірка статей ▪ стаття Чому Землю називають блакитною планетою? Детальна відповідь ▪ стаття Органи контролю та нагляду за безпекою та охороною праці в РФ ▪ стаття Терморегулятор для теплиць. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page