Последние нововведения: ШИМ-контроллеры

Последние нововведения

Импульсные источники питания (ИИП) получили повсеместное распро-странение в середине уже теперь про-шлого столетия. И сегодня ИИП под-вергаются эволюционным изменениям практически ежегодно./

В качестве мощных (150 Вт и более) обыч-но применяют мостовые ИИП. Обратноходовые ИИП чаще используют как маломощные и средней мощности (до 150 Вт) и широко применяются в блоках питания телевизоров, компьютеров и другой электронной аппаратуре. В свою очередь широкое применение в этих ИИП получили ШИМ — контролеры микросхемы типа КР1033 у.е.10 и VIPer — 100A

Еще не успели внедриться в отече-ственную бытовую технику интеграль-ные ШИМ-контроллеры КР1033ЕУ5 (зарубежный аналог ТDА4605), как в зарубежной видеотехнике, и особенно видеомониторах, уже ши-роко используется их новая разно-видность UС3842, КА3842 и UС3844, КА3844 (отечественные аналоги КР1033ЕУ10 и КР1033ЕУ11 соответственно). Внешне и принци-пиально ничем не отличающиеся от прототипа, относительно новые ШИМ-контроллеры все же претерпе-ли ряд усовершенствований.

Кратко рассмотрим основные свой-ства и отличия микросхемы КР1033ЕУ10 (UС3842, КА3842), кото-рую дальше будем именовать ЕУ10, от КР1033ЕУ5 (ТDА4605), именуемой ЕУ5.

Обе микросхемы выполнены в пластмассовом корпусе 2101.8−1 (по зарубежной терминологии — DIР-8). Назначение выводов ЕУ10 приведено в таблице 1.

Таблица 1.

Основные характеристики

Пороговый уровень напря-жения питания при пере-ходе в состояние, В

" Включено" …14,5…17,5

" Выключено" …8,5…11,5

Максимальное напряжение

питания, В …30

Потребляемый ток в состоя-нии, мА

" Включено" …11…17

" Выключено" …0.5…1

Частота следования комму-тирующих импульсов, кГц, не более …500

Входное напряжение уси-лителя сигнала ошиб-ки, В …2,42…2,58

Пределы изменения комму-тирующего тока, А…-1 … + 1

ШИМ-контроллер ЕУ10, как и ЕУ5, рассчитан на подключение n-канального полевого транзистора с изолиро-ванным затвором и в основном облада-ет теми же функциональными возможностями.

Сегодня разработка импульсных ста-билизаторов значительно упростилась. Стали доступны (в том числе и по цене) интегральные микросхемы, включающие в себя все необходимые узлы. Кроме то-го, производители полупроводниковых приборов стали сопровождать свои изде-лия большим количеством информации по применению, содержащей типовые схемы включения, которые удовлетворя-ют потребителя в подавляющем боль-шинстве случаев. Это практически ис-ключает из разработки этапы предвари-тельных расчетов и макетирования. При-мер тому — микросхема КР1155ЕУ2.

В ее состав входят коммутатор, дат-чик тока, источник образцового напря-жения (5,1 В ± 2%), узел управления тринистором для защиты от превыше-ния напряжения на нагрузке, узел плав-ного запуска, узел сброса для внешних устройств, узел для дистанционного вы-ключения, узел защиты микросхемы от перегрева.

Рассмотрим источник питания, разработанный на основе КР1155ЕУ2.

Технические характеристики

Входное нестабилизирован-ное напряжение, В …35…46

Интервал регулирования вы-ходного стабилизирован-ного

напряжения, В…5,1 …30

Максимальный ток нагруз-ки, А …4

Размах (двойная амплитуда) пульсаций выходного на-пряжения при максималь-ной нагрузке, мВ…30

Интервал регулирования срабатывания защиты по току, А…1…4

Схема устройства приведена на рис. 9. Она мало отличается от стан-дартной схемы включения, причем по-зиционные обозначения элементов сов-падают. Здесь реализован способ уп-равления с фиксированным периодом следования импульсов, т. е. широтно-импульсное управление.

Конденсатор С1 — входной фильтр. Он имеет большую, чем указано в типо-вой схеме включения, емкость, что обусловлено сравнительно большим потребляемым током.

Резисторы R1 и R2 управляют уров-нем защиты по току. Максимальному суммарному их сопротивлению соот-ветствует максимальный ток срабаты-вания защиты, а минимальному сопро-тивлению — минимальный ток.

С помощью конденсатора С4 осуще-ствляется плавный запуск стабилизато-ра. Кроме того, его емкость определяет период перезапуска при превышении порога защиты по току.

Резистор R5 и конденсаторы С5, С6 — элементы частотной компенсации внутреннего усилителя ошибки.

Конденсатор СЗ и резистор RЗ опре-деляют несущую частоту широтно-импульсного преобразователя.

Конденсатор С2 задает время между резким уменьшением выходного напря-жения (вызванного внешними причина-ми, например, кратковременной пере-грузкой по выходу) и переходом сигнала RESО (вывод 14 DА1) в состояние, соот-ветствующее нормальной работе, когда транзистор, включенный между выво-дами RESО и GND внутри микросхемы, закрывается. Резистор R6 обеспечива-ет нагрузку открытого коллектора этого транзистора. Если планируется исполь-зовать сигнал RESО с привязкой его к напряжению, отличному от выходного напряжения стабилизатора, то резис-тор R6 не устанавливают, а нагрузку от-крытого коллектора подключают внутри приемника сигнала RESО.

Резистор R4 обеспечивает нулевой потенциал на входе INHI (вывод 6 DА1), что соответствует нормальной работе микросхемы. Стабилизатор можно вы-ключить внешним сигналом высокого ТТЛ уровня.

Применение диода КД636АС (его сум-марный допустимый ток значительно пре-восходит требуемый в этом стабилизато-ре) позволяет увеличить КПД на 3…5% при незначительном удорожании устрой-ства. Это приводит к снижению температуры теплоотвода и, следовательно, к уменьшению его габаритов и массы.

Резисторы R7 и R8 служат для регу-лирования выходного напряжения. Ког-да движок резистора R7 находится в нижнем по схеме положении, напря-жение на выходе минимально и равно образцовому напряжению микросхемы DА1, соответственно, когда в верхнем — выходное напряжение максимально.

Тринистор VS1 открывается сигна-лом СВО (вывод 15 DА1), если напряже-ние на входе СВI (вывод 1 DА1) превышает внутреннее образцовое микросхе-мы DА1 приблизительно на 20%. Так осуществляется защита нагрузки от превышения напряжения на выходе.

Все оксидные конденсаторы К50−35, кроме С1 — К50−53. Конденсатор С6 — керамический К10−176, остальные пленочные (К73−9, К73−17 и т. д.). Все по-стоянные резисторы — С2−23. Перемен-ные резисторы R2 и R7 — СПЗ-4аМ мощ-ностью 0,25 Вт. Их устанавливают на пла-те с помощью кронштейнов. Дроссель 11 наматывают на двух сложенных кольце-вых магнитопроводах К20×12×6,5 из пер-маллоя МП140.

.

Рис. 9.

Импульсный стабилизатор напряжения на микросхеме LM2576ADJ (рис.10)

Сегодня многие фирмы производят специализированные мик-росхемы для импульсных стабилизаторов напряжения. Рассмотрим применение в подобном уст-ройстве микросхемы фирмы National Semiconductor. Отличи-тельная ее особенность — возможность регулирования выходно-го напряжения при токе нагрузки 3 А.

Основное преимущество импульс-ных стабилизаторов по сравнению с аналоговыми — высокий КПД, по-скольку работающий в переключатель-ном режиме регулирующий транзистор рассеивает минимальную мощность. Благодаря этому не требуется боль-шой теплоотвод. Кроме того, в регули-руемых стабилизаторах можно осуще-ствить непрерывное перекрытие всего интервала выходного напряжения, без введения подинтервалов (без до-полнительных переключений), что осо-бенно важно для лабораторных блоков питания. Однако из-за присущих им-пульсным стабилизаторам специфиче-ских свойств — сложности, наличия импульсных помех и сквозного тока ре-гулирующего транзистора — на прак-тике их применяют гораздо реже ана-логовых.

Современные специализированные микросхемы позволяют значительно упростить импульсные стабилизаторы напряжения и снизить уровень им-пульсных помех, а применение мощных быстродействующих диодов с барье-ром Шотки практически решает про-блему сквозного тока регулирующего транзистора.

Сегодня такие микросхемы выпуска-ют многие отечественные предприятия и зарубежные фирмы. Например, фир-ма National Semiconductor производит несколько серий микросхем для интег-ральных импульсных стабилизаторов напряжения. Одна из них — LM2576 Основные технические характерис-тики микросхем этой серии Максимально допустимое входное напряжение, В …45

Интервал входного напря-жения, В …4,75…40

Номинальное напряжение сигнала обратной связи, В …1,23

Интервал напряжения об-ратной связи, В…1,217…1,243

Импульсный коммутируе-мый ток, А…5,8

Средний ток, А …3

Частота коммутации, кГц …52

КПД, % …77

Тепловое сопротивление кристалл—корпус, °С/Вт …2 «

Корпус…пластмассовый ТО220−5

Рис. 10.

1. Найвельт Г. С. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

М.Радио и связь. 1985 г.

2. Радио. Журналы. 2000 — 2003гг.