Понижающий импульсный стабилизатор на uc3842

понижающий

Журнал Радио 6 номер 2002 год. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

С. КОСЕНКО, г. Воронеж 

 Предлагаемая вниманию читателей статья посвящена обратноходовым импульсным источникам питания, широко применяемым в блоках питания телевизоров, компьютеров и другой электронной аппаратуре. Подобные источники пользуются популярностью и среди радиолюбителей. В статье речь пойдет о блоках питания, собранных на микросхемах КР1033ЕУ10 и VIPer-100A, и их расчете с помощью специализированного пакета программ.

ШИМ-КОНТРОЛЛЕР КР1033ЕУ10(иС3842)

Импульсные источники питания (ИИП) получили повсеместное распространение в середине уже теперь прошлого столетия. И сегодня ИИП подвергаются эволюционным изменениям практически ежегодно.

Каждый класс ИИП, однажды завоевав свою нишу, остается в ней навсегда или, по крайней мере, надолго, и развиваются они почти независимо. В качестве мощных (150 Вт и более) обычно применяют мостовые ИИП. Обрат-ноходовые ИИП чаще используют как маломощные и средней мощности (до 150 Вт). Сейчас элементная база для подобных источников обновляется настолько быстро, что рядовой радиолюбитель и отечественная радиопромышленность отслеживают эти изменения в своих разработках с большим запаздыванием.

Еще не успели внедриться в отечественную бытовую технику интегральные ШИМ-контроллеры КР1033ЕУ5 (зарубежный аналог ≈ TDA4605), о которых рассказывалось в статье [1], как в зарубежной видеотехнике, и особенно видеомониторах, уже широко используется их новая разновидность ≈ UC3842, КА3842 и UC3844, КА3844 (отечественные аналоги КР1033ЕУ10 и КР1033ЕУ11 соответственно). Внешне и принципиально ничем не отличающиеся от прототипа, относительно новые ШИМ-контроллеры все же претерпели ряд усовершенствований. И если с прототипом многие радиолюбители уже познакомились на страницах "Радио" в [2], то описания ИИП с ШИМ-контроллерами серии UC384X пока не публиковались, если не считать [3], где указанная микросхема используется несколько нетрадиционным способом ≈ как регулятор для понижающего импульсного стабилизатора напряжения.

Кратко рассмотрим основные свойства и отличия микросхемы КР1033ЕУ10 (UC3842, КА3842), которую дальше будем именовать ЕУ10, от КР1033ЕУ5 (TDA4605), именуемой ЕУ5.

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

Основные характеристики

Пороговый уровень напряжения питания при переходе в состояние, В
"Включено"........14,5... 17,5
"Выключено"........8,5...11,5
Максимальное напряжение питания, В..................30

Потребляемый ток в состоянии, мА
"Включено"...........11... 17
"Выключено"...........0.5...1
Частота следования коммутирующих импульсов, кГц, не более..................500
Входное напряжение усилителя сигнала ошибки, В.................2,42...2,58
Пределы изменения коммутирующего тока, А........-1...+1

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

Отметим первую особенность ЕУ10. Частота преобразования в ИИП на ЕУ5 устанавливается автоматически в зависимости от напряжения сетевого источника питания, параметров микросхемы и коммутирующего транзистора, индуктивности первичной обмотки импульсного трансформатора, потребляемой мощности в нагрузке и т. д. Поэтому при воздействии дестабилизирующих факторов частота преобразования оказывается "плавающей": для любого ИИП, выполненного на ЕУ5, в зависимости только от мощности нагрузки она может принимать значение от 18 кГц при максимальной и до 70 кГц при минимальной нагрузке. Эта особенность несколько затрудняет проектирование трансформатора такого ИИП, поэтому обычно для него вначале проводят ориентировочный расчет и макетирование, а затем, по результатам испытаний с реальной нагрузкой, вносят необходимые коррективы.

В микросхеме ЕУ10 рабочую частоту преобразования устанавливают внешней частотозадающей RC-цепью, подключаемой к выводу 4. Поскольку резистор RC-цепи подключен к внутреннему источнику прецизионного образцового напряжения 5 В ≈ выводу 8, независимо от различных дестабилизирующих факторов рабочая частота преобразования оказывается жестко фиксированной. На рис. 1, а показана экспоненциальная форма напряжения Uc на частотозадающем конденсаторе, соответствующая коммутирующим импульсам на выходе ШИМ-контроллера (вывод 6 Uouт), показанным на рис. 1, б.

Для характеристики рабочего режима ШИМ-контроллера удобно использовать коэффициент заполнения коммутирующих импульсов D ≈ это параметр, обратный их скважности. Значение коэффициента заполнения всегда меньше единицы. Однако выбирать его больше 0,5 не рекомендуют [3].

В выходную цепь ШИМ-контроллера КР1033ЕУ11 (UC3844) введен внутренний дополнительный счетный триггер, ограничивающий коэффициент заполнения D≤0,5, но при этом частотозадающую RC-цепь рассчитывают на удвоенную (по сравнению с частотой следования коммутирующих импульсов) рабочую частоту внутреннего генератора. Завершая общую краткую характеристику ШИМ-контроллеров серии UC384X, отметим, что UC3843 подобен UC3842, a UC3845 ≈ UC3844, но они рассчитаны на пониженное напряжение питания. Для них пороговый уровень напряжения питания при переходе в состояние "Включено" составляет для отдельных образцов 7,8...9 В (среднее значение 8,4 В), "Выключено" ≈ 7...8,2 В (среднее значение ≈ 7,6 В).

Поясним понятие шумовой устойчивости ШИМ-контроллера (рис. 1). За время toff частотозадающий конденсатор заряжается от напряжения приблизительно 1,5 В, соответствующего нижнему пороговому уровню внутреннего компаратора, до верхнего, составляющего около 2,75 В. В этот момент на выходе ШИМ-контроллера ≈ низкий уровень. Когда напряжение на конденсаторе Uc достигнет верхнего порогового уровня, включается внутренняя разрядная цепь и конденсатор разряжается примерно до 0,75 В. Напряжение на выходе ШИМ-контроллера в этот момент переходит в единичное состояние. Затем в течение времени tON. пока напряжение на конденсаторе не достигнет нижнего порогового уровня, коммутирующий транзистор включен. Из рисунка видно, что сигнал помехи Uпом напряжением 0,1...0,5 В в конце зарядного цикла может вызвать преждевременное срабатывание разрядной цепи и ложный запуск внутреннего генератора, показанные пунктирными линиями. Это свойство ≈ основной недостаток рассматриваемого класса ШИМ-контроллеров, но его можно значительно ослабить несколькими способами.

Во-первых, к выводам 7 и 8 микросхемы подключают керамические (с малой индуктивностью) конденсаторы емкостью около 0,1 мкФ. Во-вторых, выполняют определенные требования к топологии печатной платы и конструкции ИИП, снижающие амплитуду помеховых сигналов, о чем будет пояснено дальше. В-третьих, емкость частотозадающего конденсатора выбирают не менее 1000 пФ. И самый надежный способ, полностью устраняющий этот недостаток, ≈ синхронизация рабочей частоты ШИМ-контроллера внешним источником импульсного напряжения, о чем подробно рассказано в [4].

Второе главное отличие ЕУ10 заключается в способе мониторинга рабочего тока в ИИП. В ЕУ5 изменение тока в накопительной обмотке трансформатора имитируется внешней RC-цепью, и при неправильном выборе этих элементов возможен выход из строя коммутирующего транзистора.

В микросхеме ЕУ10 введен специальный компаратор контроля тока, имеющий два входа ≈ инвертирующий и неинвертирующий. Вывод 3 соединен внутри микросхемы с неинвертиру-ющим входом компаратора. Снаружи к нему подключают резистивный или трансформаторный датчик тока в истоковой цепи коммутирующего транзистора. Как только напряжение сигнала с датчика тока превысит пороговое значение 1 В, соответствующее пиковому значению тока в стоковой цепи транзистора, компаратор отключит выходной усилитель ШИМ-контроллера. Например, для транзистора с предельным током стока 4 А пиковое значение, соответствующее уровню срабатывания защиты, выбирают равным 3,7 А. При перегрузке ИИП такое отключение будет происходить в каждом импульсе, предотвращая повреждение коммутирующего транзистора. Регулировать уровень срабатывания защиты по току можно изменением сопротивления резистора в стоковой цепи транзистора или изменением коэффициента передачи трансформаторного датчика тока.

И последняя, третья особенность ЕУ10, вытекающая из второй, ≈ способ регулирования напряжения на выходе ИИП. Заметим, что принцип регулирования остается прежним ≈ широтноимпульсное управление.

Если ЕУ5 контролирует момент окончания передачи очередной части энергии по переходу напряжения во вторичных обмотках через ноль и затем выдает такую новую порцию, чтобы поддерживать неизменным напряжение на выходе вспомогательной обмотки связи, а следовательно, и на нагрузке, то ЕУ10 работает несколько иначе.

Для регулирования выходного напряжения ИИП, а также для нейтрализации негативного влияния дестабилизирующих факторов служит вход усилителя сигнала ошибки ≈ вывод 2, к которому подключают дополнительную вспомогательную обмотку трансформатора, образуя тем самым внешнюю петлю обратной связи, называемую первичным контуром регулирования. Усилитель отслеживает возмущающее воздействие дестабилизирующих факторов и корректирует параметры коммутирующих импульсов так, чтобы напряжение на выходе обмотки связи и на нагрузке оставалось постоянным. Частотные и фазовые свойства передаточной характеристики усилителя сигнала ошибки, определяющие его устойчивость, регулируют внешней RC-цепью, подключаемой к выводу 1, который внутри соединен с выходом этого усилителя.

Благодаря такой архитектуре микросхемы разработчики предусмотрели возможность использования вывода 1 для дистанционного или аварийного отключения ИИП (перевода в STANDBY MODE ≈ дежурный режим), замыкая его на общий провод с помощью внешнего транзистора. Если к этому выводу подключить оптоэлектронный датчик, электрически связанный с выходом, получают второй контур регулирования выходного напряжения, улучшающий стабилизирующие свойства ИИП и, кроме того, позволяющий реализовать "мягкий" запуск ИИП.

Стабилизация выходного напряжения ИИП происходит следующим образом. Выход усилителя сигнала ошибки внутри микросхемы через согласующие цепи соединен с инвертирующим входом компаратора контроля тока. К неинвертирующему входу компаратора подключен датчик тока. В компараторе тока с момента начала каждого коммутирующего импульса сравниваются эти два сигнала. При совпадении сигналов каждый коммутирующий импульс будет прекращаться в тот момент, когда ток в накопительной обмотке достигнет требуемого пикового значения. В нормальном режиме происходить это будет гораздо раньше, чем пиковый ток достигнет предельного значения тока стока коммутирующего транзистора.

В свою очередь, пиковый ток определяет рабочую мощность трансформатора. Запасаемая в накопительной обмотке трансформатора с индуктивностью L энергия определяется равенством W=LIP2/2, и если прекращать аккумуляцию энергии в этот момент, когда линейно возрастающий ток в обмотке достигнет требуемого пикового значения IР, вторичные цепи питания получат необходимую порцию энергии. Причем, если при неизменном напряжении сетевого источника питания U0 сравнивать два варианта преобразователя, отличающиеся, предположим, в два раза частотой преобразования, индуктивность накопительной обмотки также должна отличаться в два раза. Это необходимо для того, чтобы изменить скорость нарастания пилообразного тока, определяемую отношением U0 /L. Поэтому, например, если ток в обмотке на частоте преобразования 100 кГц в момент действия коммутирующего импульса достигнет пикового значения через 2 мкс, то на частоте 50 кГц из-за увеличения индуктивности вдвое при том же напряжении U0 ≈ через 4 мкс. Мощность для обоих вариантов остается одинаковой, поскольку в характеризующем ее выражении P=W/T (T=1/f ≈ период частоты преобразования) и числитель, и знаменатель будут изменяться пропорционально. Но размеры магнитопровода трансформатора для этих вариантов будут существенно отличаться: чем выше частота, тем меньше требуемый магнитопровод для одной и той же мощности.

Аналогично при неизменной индуктивности L и изменяющемся напряжении U0 будет варьироваться временной интервал tON. в течение которого накапливается энергия в первичной обмотке трансформатора, так как он обратно пропорционален отношению U0 /L. Таким образом, запасаемая энергия в каждом импульсе остается постоянной и не зависящей от дестабилизирующих факторов.

Радиолюбители, желающие более подробно изучить структурную схему, функциональное описание и особенности устройства микросхемы ЕУ10 могут обратиться к справочнику [4].

ЛИТЕРАТУРА
1. Федосеня И., Прокопенко В. Новые телевизоры "Рубин". — Радио, 2000, ╧ 3, с. 40; ╧ 5, с. 16, 17.
2. Косенко В., Косенко С, Федоров В. Обратноходовый импульсный ИП. — Радио, 1999, ╧12, с. 40, 41; 2000, ╧1, с. 42, 43.
3. Миронов А. Импульсный стабилизатор напряжения с повышенным КПД. — Радио, 2000, ╧ 11, с. 44, 45.
4. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Справочник. — М.: ДОДЭКА, 1997, с. 86—97.

(Продолжение следует)

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 6 номер 2002 год


Мне нравится

Ваш комментарий к статье

Источник: http://www.chipinfo.ru/literature/radio/200206/p43-44.html



Импульсный преобразователь 24В - 12В для автомобиля - Козловой подъемный кран



Понижающий импульсный стабилизатор на uc3842 Понижающий импульсный стабилизатор на uc3842 Понижающий импульсный стабилизатор на uc3842 Понижающий импульсный стабилизатор на uc3842 Понижающий импульсный стабилизатор на uc3842 Понижающий импульсный стабилизатор на uc3842 Понижающий импульсный стабилизатор на uc3842 Понижающий импульсный стабилизатор на uc3842
.