Интегральные стабилизаторы напряжения из
серии 142 не всегда имеют полную маркировку
типа. В этом случае на корпусе стоит условный код
обозначения который и позволяет определить тип
микросхемы. Примеры расшифровки кодовой маркировки на
корпусе микросхем: Микросхемы стабилизаторов с приставкой КР
вместо К имеют те же параметры и отличаются
только конструкцией корпуса. При маркировке этих
микросхем часто используют укороченное
обозначение, например вместо КР142ЕН5А наносят
КРЕН5А. cxem.net Схемотехника и особенности применения отечественных микросхем для источников питания достаточно широко освещены в литературе [19, 21, 23, 25, 26]. Описание особенностей работы импульсных источников питания также можно найти в специальной литературе, например, [15, 18]. Как известно, в импульсных источниках питания входное нестабилизированное напряжение преобразуется в достаточно высокочастотное (более 20 кГц). При этом, чтобы получить требуемый уровень стабилизации, необходимо провести регулирование коэффициента заполнения импульсного напряжения и затем осуществить процесс выпрямления, что и обеспечивает стабильное постоянное выходное напряжение источника питания. В понижающих импульсных стабилизаторах значение выходного напряжения (£/вых) всегда ниже входного (ί/χ) и определяется простым выражением [26, 61]: где t — время открытого состояния выходного ключевого транзистора; Т— период следования импульсов. Коэффициент полезного действия (КПД) преобразования таких микросхем достаточно высокий — 70—95%, поскольку их входная цепь «развязана» с выходной по постоянному току. Как известно, импульсные стабилизаторы напряжения могут работать с использованием как релейного (гистерезисного) способа преобразования, так и путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ) (с регулированием по напряжению или по току) [27]. На рис. 3.31 приведена структурная схема релейного импульсного понижающего стабилизатора напряжения, построенная на основе микросхемы IL34063, которая может применяться в понижающих, повышающих и инвертирующих импульсных стабилизаторах. Здесь рабочая частота колебаний задается выбором соответствующих численных значений емкости конденсатора СЗ и сопротивления резистора R1. Кроме того, рабочая частота стабилизатора повышается с ростом входного напряжения, поскольку при этом увеличивается скорость нарастания тока в индуктивности L1. Когда напряжение на выводе 5 цепи обратной связи достигает значения, равного значению опорного напряжения, компаратор через логический элемент и триггер закрывает выходной каскад и прерывает прохождение импульсов на выход 2 микросхемы. Стабилизатор работает в режиме генерации пакетов импульсов, т.е. когда величина напряжения на выводе 5 больше величины опорного напряжения 1,25 В, на выходе присутствуют импульсы, а когда ниже — импульсы отсутствуют. Наличие пульсаций на входе обратной связи — обязательное условие нормальной работы импульсного гистерезисного стабилизатора. Так, на выходе представленного на рис. 3.31 понижающего стабилизатора значение пульсаций напряжения составляет 120 мВ. Для того чтобы его уменьшить до 40 мВ, к выходу стабилизатора дополнительно подключается фильтр L2, С4. КПД такого стабилизатора составляет -80%. Рис. 3.31. Структурная схема релейного импульсного стабилизатора напряжения с микросхемой IL34063, где: С1 — конденсатор электролитический емкостью 100 мкФ ± 10%; С2 — конденсатор емкостью 470 пФ ± 10%; СЗ — конденсатор электролитический емкостью 470 мкФ ± 10%; С4 — конденсатор электролитический емкостью 100 мкФ ± 10%; R1 — резистор сопротивлением 0,33 Ом ± 5%; R2 — резистор сопротивлением 1,2 кОм ± 5%; R3 — резистор сопротивлением 3,6 кОм ± 5%; L1 — индуктивность 220 мкГн; L2 — индуктивность 1,0 мкГн; VD1 — диод Максимальное численное значение величины выходного тока микросхемы импульсного стабилизатора напряжения IL34063 составляет от 0,8 до 1,5 А. Как известно [27], более качественные характеристики имеют импульсные стабилизаторы, использующие метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Их рабочая частота, как правило, постоянна, что позволяет оптимизировать параметры индуктивности и емкости выходного фильтра и упрощает решение задачи фильтрации помех. Численные значения пульсаций выходного напряжения таких стабилизаторов значительно меньше, чем в релейных. Недостаток ШИМ-стабилизаторов с управлением по напряжению — реакция на скачкообразное изменение тока нагрузки или входного напряжения. Для обеспечения их устойчивости обязательно использование частотной коррекции в цепи отрицательной обратной связи. Более совершенные динамические характеристики по сравнению со стабилизаторами с управлением по напряжению имеют ШИМ-стабилизаторы с управлением по току. Они же обладают и лучшей устойчивостью. В дополнение к цепи отрицательной обратной связи по напряжению их структурная схема включает и быстродействующую цепь обратной связи по току. Как правило, сигнал обратной связи по току поступает отдатчика тока выходного ключа, выделяется на токоизмерительном резисторе и суммируется с сигналом обратной связи по напряжению. В отечественном серийном производстве выпускается широкий спектр микросхем для понижающих импульсных стабилизаторов с ШИМ-регулированием — IL2576, IL2596,1L1501, ΙΖ1583, ΙΖ1591, ΙΖ1412 и ΙΖ2307. Рассмотрим более подробно схемотехнику и особенности применения этих наиболее распространенных ИМС. Так, микросхемы IL2576, IL2596, IL1501 предназначены для импульсных стабилизаторов напряжения с фиксированным выходным напряжением 3,3; 5,0 и 12 В, а также для стабилизаторов с регулируемым внешним резистивным делителем на напряжение в диапазоне 1,2—37 В. Их выходной ток достигает 3 А. Рабочая частота фиксирована и составляет 52 кГц для IL2576 и 150 кГц для IL2596 и IL1501. Рассмотрим более детально работу импульсного стабилизатора, построенного на основе микросхемы IL1501 (рис. 3.32, 3.33). Микросхема имеет встроенный источник опорного напряжения, примерно равного ширине запрещенной зоны полупроводника — 1,235 В. Опорное напряжение подается на неинвертирующий вход усилителя ошибки А1, на инвертирующий вход усилителя через резистивный делитель R1/R2 подается часть выходного напряжения. Усиленная разность напряжений через блок частотной компенсации поступает на инвертирующий вход ШИМ-компаратора А2. На его неинвертирующий вход подается пилообразное напряжение внутреннего генератора на частоту 150 кГц. Ширина импульса на выходе ШИМ-компаратора тем больше, чем меньше напряжение на выходе стабилизатора, причем коэффициент заполнения может регулироваться от 0 до 100%. Рассмотренная цепь обеспечивает регулирование по напряжению. Рис. 3.32. Функциональная схема микросхемы IL1501, где: А1 — усилитель; А2—А4 – компараторы; G1 – источник постоянного напряжения 200 мВ; G2 – источник постоянного напряжения 220 мВ; Rl — R3 — резисторы; VT1, VT2 — транзисторы В микросхеме предусмотрена защита от превышения рабочего тока выходного транзистора и критической температуры кристалла. При превышении тока резистора R3 компаратор АЗ автоматически выключает внутренний генератор, а компаратор А4 — драйвер выходного транзистора. В результате транзистор отключается, и на выходе импульсы отсутствуют. При превышении температуры кристалла Т > 150 °С срабатывает встроенный блок температурной защиты и блокируется прохождение импульсов на выходной транзистор. Микросхема также имеет вход управления SD с ТТЛ уровнями управляющего напряжения. Подача на этот вход напряжения меньше 0,6 В разрешает работу стабилизатора, выше 2,0 В — блокирует его работу. В рабочем состоянии типовое значение тока потребления составляет 5 мА, в режиме сброса — 150 мкА. Рис. 3.33. Блок-схема импульсного стабилизатора напряжения с микросхемой IL1501, где: Cl, С2 — конденсаторы электролитические; L1 — катушка индуктивности; VD1 — диод Шоттки 1Ν5825 Отечественные микросхемы ΙΖ1583, ΙΖ1591, ΙΖ1412, ΙΖ2307 — это регуляторы с управлением по току. Предназначены они для проектирования энергосберегающих импульсных стабилизаторов напряжения с регулируемым выходным внешним резистивным делителем напряжения от 1,2 до 21 В (ΙΖ1583 и ΙΖ1591), от 0,92 до 16 В (ΙΖ1412) и от 0,925 до 20 В (ΙΖ2307). Значение выходного тока у ΙΖ1583 и 1Ζ2307 достигает величины 3 А и 2 А, соответственно, у ΙΖ1591 и ΙΖ1412. Рабочая частота этих микросхем фиксирована и составляет 330—385 кГц. В микросхеме ΙΖ2307 (рис. 3.34), кроме того, предусмотрена возможность синхронного выпрямления — вместо внешнего выпрямляющего диода Шоттки используется внутренний МОП-транзистор, падение напряжения которого во включенном состоянии меньше, чем у открытого диода Шоттки. Пониженное значение опорного напряжения (0,92—0,925 В) у ΙΖ1412, ΙΖ2307 и синхронное выпрямление у ΙΖ2307 позволяют создавать на их основе импульсные стабилизаторы с высоким КПД. Это особенно важно для источников питания с низким выходным напряжением. На рис. 3.35 представлена блок-схема малогабаритного энергосберегающего импульсного стабилизатора напряжения, построенного на базе микросхемы ΙΖ2307. Как видно из этого рисунка, для построения стабилизатора требуется минимальное количество внешних дискретных элементов. Даже любой радиолюбитель легко может построить это энергосберегающее устройство для использования в бытовой аппаратуре. Рис. 3.34. Функциональная схема микросхемы ΙΖ2307 Алгоритмы работы микросхем ΙΖ1583, ΙΖ1591, ΙΖ1412 и ΙΖ2307 достаточно близки. Рассмотрим для примера работу стабилизатора, построенную на основе микросхемы ΙΖ1412 (рис. 3.36). Величина напряжения на выводе СОМР микросхемы всегда будет пропорциональна значению пикового тока индуктивности стабилизатора. В начале рабочего цикла микросхемы верхний транзистор VT4 закрыт, нижний транзистор VT5 открыт. Значение напряжения на выводе СОМР выше, чем на выходе усилителя токового сигнала, и, следовательно, на выходе ШИМ-компаратора присутствует низкий уровень напряжения. Высокий уровень тактирующего сигнала внутреннего генератора переключает RS-триггер, выходы которого закрывают транзистор VT5 и открывают VT4. В индуктивности через транзистор VT4 начинает протекать ток от входного источника. Возрастающий ток индуктивности создает падение напряжения на резисторе R2, которое усиливается усилителем токового сигнала. Пилообразное напряжение внутреннего генератора суммируется с выходным напряжением усилителя токового сигнала и сравнивается ШИМ-компаратором с выходным напряжением усилителя ошибки. Когда сумма напряжений усилителя токового сигнала и генератора пилообразного сигнала превышает напряжение на выводе СОМР, RS триггер переключается и транзисторы VT4 и VT5 возвращаются в исходное состояние. Суммирование значений выходного напряжения усилителя токового сигнала и генератора пилообразного сигнала приводит к тому, что к управлению по напряжению добавляется управление по току. Если суммарное напряжение меньше напряжения на выводе СОМР, то низкий уровень напряжения на выходе внутреннего генератора тактирующего сигнала «сбрасывает» RS-триггер. Выход усилителя ошибки усиливает разницу напряжений между входом обратной связи FB и опорным напряжением, равным 0,92 В. Рис. 3.36. Функциональная схема микросхемы IZ1412 Если напряжение на входе FB меньше 0,92 В, напряжение на выводе СОМР увеличивается и наоборот. Таким образом, ширина импульса на выходе ШИМ- компаратора тем больше, чем меньше напряжение на выходе стабилизатора. Выходное напряжение импульсного стабилизатора определяется резистивным делителем R3/R2 по формуле где UFB = 0,92В — напряжение обратной связи на выводе FB. Типовое значение R2 = 10 кОм. Частота работы микросхемы — 380 кГц. Однако в режиме короткого замыкания (t/FB = 0) частота уменьшается до 240 кГц. Микросхема имеет вход управления EN, который работает следующим образом: если напряжение на нем меньше 0,4 В, то работа стабилизатора блокируется, а выше 3,0 В — его работа разрешается. В рабочем состоянии типовое значение тока потребления составляет 1,1 мА, в режиме сброса — всего 23 мкА. Необходимо отметить то, что низкие значения токов потребления достигнуты благодаря изготовлению микросхемы по совмещенной комбинированной БиКДМОП-технологии, позволяющей реализовать достоинства биполярных, пМОП, рМОП (КМОП) и высоковольтных ДМОП-транзисторов. Микросхема также имеет регулируемую подключаемую внешней емкостью к выводу SS функцию «мягкого старта», которая позволяет минимизировать ток потребления и исключить вероятность перегрузки выхода при старте микросхемы, что существенно повышает ее надежность. На рис. 3.37 представлена блок-схема энергосберегающего импульсного стабилизатора напряжения, построенного на базе микросхемы IZ1412 и одиннадцати «внешних» по отношению к микросхеме дискретных элементов. Как известно, характеристики импульсного стабилизатора напряжения определяются не только электрическими параметрами используемой микросхемы, но и параметрами схемы «обвязки» — емкостей, индуктивности, диода. На примере определения параметров «внешних» компонентов микросхемы IZ1412 покажем основные правила их выбора [28]. Так, индуктивность L1 обеспечивает постоянное численное значение тока в нагрузке даже при допустимых изменениях входного напряжения. Чем больше индуктивность, тем меньше будут пульсации тока и, как результат, меньше и пульсации выходного напряжения. Однако существенное увеличение значения индуктивности приведет к увеличению габаритов стабилизатора, последовательного сопротивления и/или к уменьшению тока насыщения. Поэтому на практике рекомендуется применять следующее правило: пульсации тока в индуктивности Δ/L не должны превышать 30% максимального ограничения тока выходного ключевого транзистора (для IZ1412 это 3,4 А). Тогда значение индуктивности может быть рассчитано по формуле: где fs = 380 кГц — рабочая частота микросхемы. Индуктивность не будет насыщаться при достижении максимального тока. Максимальный ток индуктивности /Ыакс может быть рассчитан по формуле: Выходной выпрямительный диод проводит ток индуктивности, когда верхний транзистор VT4 закрыт. Для повышения КПД импульсного стабилизатора рекомендуется использовать диод Шоттки, обратное пробивное напряжение которого больше, чем максимальное входное напряжение стабилизатора UBX МАКС, и максимальный ток больше тока нагрузки стабилизатора /вых. Входное напряжение стабилизатора может изменяться, поэтому на входе необходим конденсатор С1. Лучше всего использовать керамический конденсатор, поскольку у него небольшое эквивалентное последовательное сопротивление Resr. Можно также применять электролитический или танталовый конденсатор с низким значением /?ESR. Действующее значение тока конденсатора С1 можно определить с помощью уравнения: В худшем случае, когда UBX = 2 t/Bblx, /С1 = /вых/2. Необходимо выбирать конденсатор, диапазон токов которого превышает половину максимального тока нагрузки стабилизатора /вых. Пульсации входного напряжения Δί/ΒΧ определяются выражением: В отличие от релейного стабилизатора, для работы импульсного стабилизатора с ШИМ-регулированием не требуется наличия пульсаций выходного напряжения. Значение пульсаций напряжения на выходе А1/вых определяется в основном типом используемого конденсатора и вычисляется по формуле: Применять можно керамический, танталовый или электролитический конденсаторы с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления Resr. Самые низкие значения Resr у керамических конденсаторов, поэтому для них выражение (3.19) упрощается: При С6 = 22 мкФ, LI = 15 мкГн,/5 = 380 кГц, UBX = 5 В, UBb]X = 3,3 В значение пульсаций выходного напряжения составляет всего 2,9 мВ. Значения эквивалентного последовательного сопротивления Resr у электролитических и танталовых конденсаторов больше, чем у керамических. Для них выражение (4.19) имеет следующий вид: При С6 = 560 мкФ, Resr = 0,03 Ом (использован электролитический конденсатор с низким Resr), L\ = 15 мкГн,/5 = 380 кГц, UBX = 5 В, £/вых = 3,3 В значение пульсаций выходного напряжения будет составлять 5,9 мВ. Таким образом, при выборе выходного конденсатора следует иметь в виду, что для уменьшения пульсаций выходного напряжения необходимы конденсаторы с малым последовательным сопротивлением Resr. Устойчивость работы стабилизатора обеспечивают внешние элементы коррекции С4, СЗ, R1. Схема коррекции наклона пилообразного напряжения устраняет возможность самовозбуждения стабилизатора на субгармониках, особенно при коэффициенте заполнения более 50%, который присущ стабилизаторам с обратной связью по току. Используется коррекция по типу «полюс—нуль» частотной характеристики [16] с несколькими полюсами и нулями. Как известно, для обеспечения устойчивости систем с отрицательной обратной связью необходимо, чтобы фазовый сдвиг был меньше 180е на всех частотах, на которых коэффициент передачи цепи обратной связи превышает единицу. Для этого проще всего включить в схему емкость, с помощью которой можно задать частоту (полюс) и наклон характеристики, равный —6 дБ/октава (20 дБ/декада). За счет этого в большей части полосы пропускания фазовый сдвиг будет равен 90°. Иногда лучший результат можно получить, если использовать схему коррекции, которая сначала обеспечивает спад усиления с наклоном 6 дБ/октава (20 дБ/декада), а затем, начиная с некоторой частоты, — ровную характеристику (нуль характеристики). Схема коррекции, применяемая для микросхемы IZ1412, имеет несколько «полюсов» и «нулей» характеристики. Коэффициент усиления петли обратной связи определяется выражением где RBb]X – значение сопротивления нагрузки; Gcs = 1,95А/В – крутизна усилителя тока; ΛνΕΑ = 400 В/В — коэффициент усиления усилителя ошибки. Микросхема ΙΖ1412 имеет два полюса характеристики. Один определяется компенсирующей емкостью С4 и выходным сопротивлением усилителя ошибки. Второй — выходным конденсатором С6 и резистором нагрузки ЛВЬ|Х: где Gea = 830 мкА/В — крутизна усилителя ошибки. Система имеет один «нуль» характеристики, обусловленной компенсирующей емкостью С4 и компенсирующим резистором RI Если емкость выходного конденсатора С6 большая и/или сопротивление Resrвелико, возможны и другие «нули» характеристики системы. «Нуль», определяемый Resr и С6, равен Для обеспечения устойчивости системы важно правильно выбрать частоту единичного усиления петли обратной связи (fc). Слишком низкая частота приводит к медленной реакции микросхемы на изменения нагрузки, слишком высокая частота может привести к нестабильности системы. На практике лучше использовать частоту единичного усиления петли обратной связи, не превышающую одну десятую рабочей частоты микросхемы (fc < 0,l/s). Сопротивление компенсирующего резистора R\ задает частоту единичного усиления и определяется по формуле: Значение компенсирующей емкости С4 определяет запас по фазе. Желательно, чтобы частота/21 была меньше одной четвертой частоты единичного усиления (fZ] < 0,25/с). Тогда значение емкости будет определяться следующим выражением: В случае, когда последовательное сопротивление Resr выходной емкости С6 велико и частота/ESR меньше половины рабочей частоты/s, т.е. требуется вторая компенсирующая емкость СЗ, и необходимо добавить третий полюс характеристики, определяемый значениями емкости СЗ и сопротивлением резистора R\: Таблица 3.7. Основные технические характеристики базовой серии микросхем управления импульсными источниками питания имс Напря жение питания ЧсВ Ток потребления, мА Частота работы, кГц Обратная связь по току Защиты Технология от перегрузок по току (ОСР, OLP) гистерезис по питанию (UVLO) от повышенного напряжения питания (OVP) от пониженного напряжения питания от перегрева кристалла (ОТР) IL494 7,0-40,0 < 50 1-300 – – – – – – Биполярн. ILA4605-2, КР1087ЕУ1 7,5-15,5 < 16 10-100 – + + + + + Биполярн. ILA3842A, IL3844 12-25 < 17 10-500 + + + + + – Биполярн. IL44608N40 < 500 В при запуске, 6,6-15 В рабочее < 3,6 40 ± 4 + + + + + + БиКДМОП IL44608N75 < 4,0 75 ±7 IL44608N100 < 4,5 100 ± 10 ILP223 36-700 1,1-1,6 100 + + + + + + БиКДМОП ΙΖΡ233 36-700 1,0-2,0 132/66 + + + + + + БиКДМОП ΙΖΥ266 50-700 0,32 132 + + + + + + БиКДМОП Значение СЗ задается выражением: Приведенные практические рекомендации и теоретические выражения для определения параметров компенсирующих элементов применимы как для микросхем IZ1583, IZ1591, 1Z1412, IZ2307, так и для других микросхем импульсных стабилизаторов с управлением по току. Представленные серии микросхем импульсных понижающих стабилизаторов напряжения представляют собой современную элементную базу для экономичных малогабаритных источников питания портативной вычислительной, промышленной и бытовой техники. Приведенные выше схемотехнические особенности организации, практические рекомендации по их применению, а также представленные математические выражения и формулы для выбора и расчета параметров элементов обрамления позволят специалистам более эффективно использовать все возможности этих микросхем при построении широкого спектра энергосберегающих источников питания различного назначения. В табл. 3.8 представлены основные технические характеристики базовой серии отечественных микросхем импульсных стабилизаторов напряжения. Таблица 3.8. Основные технические характеристики базовой серии микросхем импульсных стабилизаторов напряжения Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл. nauchebe.net Импортные микросхемы стабилизаторы напряжения используются для стабилизации положительного (серия 79) и отрицательного напряжения (серия 78). Индекс L на маркировке микросхемы означает, что она маломощная. И приборы, в которых они применяются, изготавливаются небольших размеров и в пластмассовых корпусах. Приведенный ряд микросхем, который производится зарубежными компаниями, отечественной стандартизированной системе не соответствует. Перед обозначениями 78,79 и так далее могут присутствовать буквы. Обычно букв две или одна и в них зашифрована фирма-производитель микросхемы. После этих цифр указываются в маркировке буквы или цифровые значения, которые обозначают конструктивные или эксплутационные особенности. Типовая схема прибора с такими параметрами приведена на рисунке ниже. Вообще, диапазон напряжений от 1,25 до 37 В довольно хороший параметр для микросхемы. Максимальный ток на выходе оставляет 1,5 А. В оборонной промышленности, самой требовательной к оборудованию и устройствам, принято все микросхемы использовать на 30-50% их допустимых предельных величин. Радиатор для микросхемы требует подбора. В промышленности он выбирается по расчетным показаниям. Температура микросхемы не должна превышать 40-50 градусов. Микросхемы, выпускаемые для стабилизаторов, имеют четкое назначение и предназначены только для использования в данных устройствах. На рисунке изображены наиболее применяемые микросхемы стабилизаторов напряжения отечественного производства В паспортах микросхем обычно не указывают сведения о рассеиваемой мощности микросхемы. На это следует обратить внимание и при ее выборе обращаться к дополнительным источникам информации о них. myfta.ru Стабилизатор напряжения с широтно-импульсным управлением А. Колдунова (рис. 7.1) является усовершенствованным вариантом стабилизатора П. Беляцкого [7.1]. Рис. 7.1. Схема стабилизатора регулируемого напряжения (0…25 В) с широтно-импульсным управлением На микросхеме DA1 типа КР1006ВИ1 собран генератор прямоугольных импульсов с широтно-импульсным управлением. Генератор питается от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1. Выходные импульсы с генератора поступают на двухкаскадный транзисторный ключ (транзисторы VT2 и VT3), коммутирующий индуктивный накопитель энергии’— катушку индуктивности (дроссель) L1. Выходное напряжение заряжает конденсатор большой емкости СЗ. Напряжение, снимаемое с этого конденсатора, через регулируемый резистивный делитель R7 и R8 поступает на базу транзистора VT1, управляющего длительностью генерируемых импульсов, и, следовательно, определяющего величину энергии, накапливаемой в индуктивном накопителе энергии. Величину выходного напряжения можно изменять в пределах от О до 25 Б при величине питающего напряжения 40 В. Поскольку устройство имеет высокий КПД, то при токе нагрузки менее 200 мА теплоотвод для транзистора VT2 не обязателен. Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 10… 15 мм проводом ПЭВ-2 0,6.. .0,8 мм до заполнения и залит парафином для снижения свиста. Импульсные стабилизаторы обладают более высоким КПД при среднем и большом токе нагрузки, однако при малом токе КПД у них меньше. Схема устройства, показанная на рис. 7.2, лишена такого недостатка [7.2]. Это позволяет применять его практически в любой аппаратуре: как в различных цифровых, так и в звуковоспроизводящих и радиоприемных устройствах. Технические характеристики: Ток холостого хода, не более — 0,25 мА. Длительный номинальный ток нагрузки — 100 мА. Максимальный ток нагрузки — 200 мА. Входное напряжение—11… 15 Б. Выходное стабилизированное напряжение — 9 В. КПД: при входном напряжении 11 В и номинальном токе нагрузки — 82% при 13 В и токе нагрузки ^0 мА — 65%; 100 М/А — 72%; 200 мА — 69Vo. Коэффициент стабилизации при номинальном токе нагрузки не менее — 300. Амплитуда пульсаций при максимальном токе нагрузки не более 2 мБ. Стабилизатор (рис. 7.2) содержит коммутирующий составной транзистор VT1, VT2, коммутирующий диод VD2 и дроссель L1. В узел управления входят опорный элемент на транзисторе VT3 и компаратор DA1. На выходе стабилизатора включен транзисторный фильтр VT4, VT5. Основа узла управления — компаратор DA1 на ОУ типа К140УД12. К его инвертирующему входу подключен микромощный опорный элемент, выполненный на обратносмещенном эмиттерном переходе транзистора VT3. Напряжение его стабилизации (лавинного пробоя) 7…7,5 В обеспечивается при токе 20…30 мкА. Рис. 7.2. Схема экономичного импульсного стабилизатора напряжения На неинвертирующий вход ОУ подается сигнал с резистивного делителя R5 — R7. Выходное напряжение регулируется потенциометром R6. Конденсатор 03 увеличивает фазовый сдвиг сигнала обратной связи, что необходимо для циклического характера работы устройства. Он же определяет рабочую частоту и в значительной мере влияет на величину пульсаций. Выход компаратора подключен к базе составного транзистора (VT1, VT2) через резистор R3, задающий ток управления, и стабилитрон VD1, который обеспечивает отсечку управляющего тока и надежное закрывание коммутирующего транзистора во всем интервале входного напряжения. Конденсатор 02 подавляет высокочастотные помехи. На выходе стабилизатора включен не традиционный LC-фильтр, а транзисторный, что позволяет улучшить динамические характеристики устройства и подавить пульсации не менее чем на 40 дБ. У транзисторного фильтра есть еще одно преимущество — «мягкое» включение стабилизатора: его выходное напряжение плавно нарастает в течение 2…4 с. Негативным моментом использования транзисторного фильтра является снижение КПД стабилизатора на Q…8%. Дроссель L1 содержит 28 витков провода ПЭВ-2 0,57, намотанного на броневом магнитопроводе В14 из феррита 2000НМ. Немагнитный зазор 0,2 мм в магнитопроводе обеспечен прокладкой из бумаги. Транзисторы устройства при номинальном токе не требуют теплоотвода. Если стабилизатор предполагают эксплуатировать, при токе нагрузки более 50 мА, то транзистор VT1 должен быть типа КТ81х и его следует установить на теплоотвод площадью 10… 16 сл/. Допустимо использовать транзисторы КТ639, КТ644, тогда выходной ток стабилизатора можно увеличить до 0,5 А. Типовая схема импульсного стабилизатора напряжения, построенного на микросхеме КР142ЕП1А, изображена на рис. 7.3 [7.3, 7.4]. Источник опорного напряжения микросхемы питается непосредственно входным напряжением стабилизатора, а пороговое устройство — стабилизированным, снимаемым с вывода 6 (оно поступает через транзистор VT1, являющийся усилителем тока). Коммутирующим элементом стабилизатора, собранным на транзисторах VT2, VT3, управляет импульсный сигнал, снимаемый с выводов 2, 3 микросхемы. На базу (выв. 4) внутреннего составного транзистора микросхемы, служащего встроенным коммутирующим элементом, сигнал поступает с выхода порогового устройства (выв. 11). Сигнал обратной связи снимается с выхода стабилизатора и через резистивный делитель напряжения R6 и R9 подводится ко входу дифференциального усилителя порогового устройства (выв. 12). На второй вход усилителя (выв. 13) подано стабильное напряжение с источника опорного напряжения. Рис. 7.3. Типовая схема импульсного стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕП1А При работе микросхемы в составе ключевого стабилизатора пороговое устройство переключается с частотой, зависящей от параметров элементов стабилизатора, режима микросхемы и тока нагрузки. Если при воздействии дестабилизирующих факторов выходное напряжение стабилизатора изменяется, то в силу действия обратной связи изменяется и частота переключения, причем так, что выходное напряжение возвращается к установленному уровню. Если по тем или иным причинам необходимо, чтобы работа порогового устройства была синхронизирована с частотой какого-либо внешнего генератора, его синхронизирующий сигнал подают на выводы 14 и 15 микросхемы. Это дает возможность строить импульсные стабилизаторы с широтно-импульсным (ШИ) регулированием. Частота переключения коммутирующего элемента в ШИ стабилизаторе постоянна, а под влиянием дестабилизирующих факторов изменяется соответствующим образом длительность открытого состояния коммутирующего элемента. Основные электрические характеристики микросхемы: Входное напряжение (подводимое к выв. 5) — 10…40 В. Максимальная частота коммутации при входном напряжении 40 В, выходном токе 50 мА и температуре окружающей среды -10.. .+25°С — до 300 кГц. Для получения стабильных выходных напряжений -i-12 и -1-5 В от автомобильного или иного аккумулятора напряжением 9… 12 (9… 18) В может быть использован повышающий импульсный стабилизатор напряжения (рис. 7.4), на выходе которого включены микросхема DA2 типа 7812 на напряжение 12 В и микросхема DA3 типа 7805 на напряжение 5 В [7.5]. Рис. 7.4. Схема повышающего импульсного стабилизатора напряжения Повышающий импульсный стабилизатор напряжения собран на микросхеме DA1 типа UC3843N, выход которой подключен к ключевому полевому транзистору VT1 типа BUZ11. В схеме используется дроссель индуктивностью 50 мкГн (20…60 мкГн). Он намотан на ферритовом кольце К25х11×22 ЮООНМ и содержит 20 витков максимально толстого провода. Диод выпрямителя — типа 1N5818. Напряжение на конденсаторе С6 — 18 В. Частота преобразования 50 кГц. Выходной ток преобразователя до ЗА при КПД примерно 70%. Двухполярный импульсный стабилизатор напряжения [7.6], предназначен для питания измерительного прибора, его схема показана на рис. 7.5. Стабилизатор выполнен на основе специализированной микросхемы МАХ743. Рис. 7.5. Схема двухполярного импульсного стабилизатора напряжения Для создания современных импульсных стабилизаторов напряжения с высокой рабочей частотой (более 100 кГц) и КПД до 90% и выше разработана специализированная микросхема управления типа UC3843 фирмы UNITRODE CORP. Для создания серии импульсных стабилизаторов напряжения может быть использован типовой блок управления, в состав которого входит микросхема UC3843 (рис. 7.6) [7.7, 7.8]. Схема мощного импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа [7.7, 7.8] с защитой от перегрузок по току с использованием типового блока управления показана на рис. 7.7. Дроссель L1 (рис. 7.6) намотан на кольце К10x6x4,5 из пермаллоя МП140 и содержит 5 витков жгута из 6 проводов ПЭВ 0,51 мм, уложенных по всему периметру кольца в один слой. Дроссель L1 (рис. 7.7) выполнен на кольце К19x11x4,8 из того же материала и содержит 12 витков из 10 скрученных вместе проводов того же диаметра. Трансформатор Т1 намотан на кольце Рис. 7.6. Схема типового блока управления с микросхемой Рис. 7.7. Схема мощного импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа K^ 0x6x3 2000НМ1. Вторичная обмотка II намотана проводом ПЭВ 0,2 мм и содержит 200 витков, равномерно уложенных по периметру. Первичная обмотка — 1 виток многожильного провода сечением 1 мм^, проходящего через отверстие кольца. Концы его подключены к стоку транзистора VT2 и точке соединения катода диода VD1 и левого по схеме вывода дросселя L1. Необходимо соблюдение полярности подключения обмоток. Основные характеристики стабилизатора: входное напряжение — 8… 15 В; выходное напряжение — 5 В; максимальный выходной ток — 10 Л; амплитуда пульсаций выходного напряжения — не более 100 мБ, нестабильность выходного напряжения — 2%; частота преобразования — 100 кГц; среднее значение КПД—90%. Усовершенствованный вариант схемы предыдущего стабилизатора (рис. 7.8) имеет повышенный КПД за счет использования нового схемотехнического решения, которое позволяет значительно уменьшить падение напряжения на коммутирующем диоде [7.7, 7.8]. Суть этого решения состоит в том, что коммутирующий диод заменяется на биполярный или полевой транзистор. Его включают, когда диод должен быть открыт, а выключают — когда закрыт. Падение напряжения на открытом транзисторе может быть в 5… 10 раз меньше, чем даже на диоде Шотки. Так, за счет использования в качестве коммутирующего диода л-канального полевого транзистора IRF3205 (VT3) с сопротивлением открытого канала 8 мОм, падение напряжения на нем не превышает 100 мВ при максимальном токе нагрузки. Для сравнения — соответствующее падение напряжения в тех же условиях для диодов Шотки достигает 500 мВ. Рис. 7.8. Схема усовершенствованного варианта импульсного стабилизатора Рис. 7.9. Схема импульсного стабилизатора с повышенной эффективностью преобразования При примерно тех же основных параметрах потери в новом варианте стабилизатора снижены до минимума, его КПД приближается к 95%. Еще одна схема импульсного стабилизатора [7.7, 7.8] с использованием полевого транзистора показана на рис. 7.9. Большинство его характеристик в основном такие же, как и у схемы на рис. 7.7, однако амплитуда пульсаций выходного напряжения снижена до 80 мБ, а частота преобразования повышена до 120 кГц. При этом среднее значение КПД при максимальном токе нагрузки во всем интервале изменения входного напряжения составляет не менее 95%. Данные намоточных элементов те же, что и для схемы на рис. 7.7. nauchebe.net Выпускаемые отечественной промышленностью интегральные стабилизаторы напряжения серии КР142 позволяют простыми схемными методами получить стабилизированные напряжения в достаточно большом диапазоне — от единиц вольт до нескольких десятков вольт. Рассмотрим некоторые схемные решения, которые могут представить интерес для радиолюбителей. Микросхема КР142ЕН5А — это интегральный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением +5 В. Типовая схема включения этой микросхемы уже была представлена в книге (см. рис. 105). Однако, несколько изменив схему включения, можно на базе этой микросхемы построить стабилизатор с регулируемым выходным напряжением в диапазоне от 5,6 В до 13 В. Схема представлена на рис. 148. На вход интегрального стабилизатора (вывод 17 микросхемы DA1) поступает нестабилизированное напряжение +16 В, а на вывод 8 — сигнал с выхода стабилизатора, регулируемый переменным резистором R2 и усиленный по току транзистором VT1. Минимальное напряжение (5,6 В) складывается из напряжения между коллектором и эмиттером полностью открытого транзистора, которое равно около 0,6 В, и номинального выходного напряжения интегрального стабилизатора в его типовом включении (5 В). При этом движок переменного резистора R2 находится в верхнем по схеме положении. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения; конденсатор С2 устраняет возможное высокочастотное возбуждение микросхемы. Ток нагрузки стабилизатора — до 3 А (микросхема при этом должна быть размещена на теплоотводящем радиаторе). Микросхемы К142ЕН6А (Б, В, Г) представляют собой интегральные двуполярные стабилизаторы напряжения с фиксированным выходным напряжением 15 В. При этом максимальное входное напряжение каждого из плеч 40 В, а максимальный выходной ток — 200 мА. Однако на базе этого стабилизатора можно построить двуполярный регулируемый источник стабилизированного напряжения. Схема представлена на рис. 149. Изменяя напряжение на выводе 2 интегрального стабилизатора, можно изменять выходное напряжение каждого плеча от 5 В до 25 В. Пределы регулировки для обоих плеч устанавливают резисторами R2 и R4. Следует помнить, что максимальная рассеива- емая мощность стабилизатора — 5 Вт (разумеется, при наличии теплоотвода). Микросхемы КР142ЕН18А и КР142ЕН18Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения с выходным напряжением 1,2...26,5 В и выходным током 1 А и 1,5 А соответственно. Регулирующий элемент стабилизатора включен в минусовой провод источников питания. Корпус и цоколевка стабилизаторов этого типа аналогичны микросхеме КР142ЕН5А. Микросхемы оснащены системой защиты от перегрузки выходным током и от перегрева. Входное напряжение должно находиться в диапазоне 5...30 В. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 8 Вт. Типовая схема включения микросхем КР142ЕН18А (Б) приведена на рис. 150. При всех условиях эксплуатации емкость входного конденсатора С 1 не должна быть менее 2 мкФ. При наличии сглаживающего фильтра выходного напряжения, если длина проводников, соединяющих его со стабилизатором, не превышает 1 м, входным кон денсатором стабилизатора может служить выходной конденсатор фильтра. Выходное напряжение устанавливают выбором номиналов резисторов R1 и R2. Они связаны соотношением:Uвых=Uвых мин(1+R2/R1), при этом ток, протекающий через эти резисторы, должен быть не менее 5 мА. Емкость конденсатора С2 выбирают обычно большей 2 мкФ. В тех случаях, когда суммарная емкость на выходе стабилизатора превышает 20 мкФ, случайное замыкание входной цепи стабилизатора может привести к выходу из строя микросхемы, поскольку к ее элементам будет приложено напряжение конденсатора в обратной полярности. Для защиты микросхемы от подобных перегрузок необходимо включать защитный диод VD1 (рис. 151), шунтирующий ее при аварийном замыкании входной цепи. Аналогично диод VD2 защищает микросхему по выводу 17 в тех случаях, когда по условиям эксплуатации емкость конденсатора С2 должна быть более 10 мкФ при выходном напряжении более 25 В. На базе интегрального стабилизатора напряжения можно выполнить и стабилизатор тока (рис. 152). Выходной ток стабилизации ориентировочно равен 1вых=1,5 B/R1, где R1 выбирают в пределах 1...120 Ом. С помощью переменного резистора R3 можно регулировать выходной ток. Если обратиться к справочным характеристикам интегральных стабилизаторов напряжения КР142ЕН12А (Б), то можно заметить у них много общего с КР142ЕН18А (Б). Типовая схема включения микросхемы КР142ЕН12А аналогична схеме включения КР142ЕН18А, только регулирующий элемент включен в плюсовой провод источника питания. На базе этих микросхем несложно собрать двуполярный стабилизатор напряжения. Его схема представлена на рис. 153. Каких-либо особых комментариев здесь не требуется. Для одновременного изменения напряжения плеч стабилизатора переменные резисторы R2 и R3 можно заменить одним, сдвоенным. riostat.ruИмпульсные стабилизаторы напряжения на микросхемах теория и практика. Микросхемы стабилизаторов напряжения
Микросхемы стабилизаторов напряжения
Кодовая маркировка микросхем
стабилизаторов напряжения
Наименование
микросхемы
Uстаб.,
В
Iст.макс.,
А
Рмах.,
Вт
Iпотр.,
мА
Корпус
Код на
корпусе
(К)142ЕН1А
3...12±0,3
0,15
0,8
4
DIP-16
(К)06
(К)142ЕН1Б
3...12±0,1
(К)07
К142ЕН1В
3...12±0,5
К27
К142ЕН1Г
3...12±0,5
К28
К142ЕН2А
3...12±0,3
К08
К142ЕН2Б
3...12±0,1
К09
142ЕНЗ
3...30±0,05
1,0
6
10
10
К142ЕНЗА
3...30±0,05
1,0
К10
К142ЕНЗБ
5...30±0,05
0,75
К31
142ЕН4
1.2...15±0,1
0,3
11
К142ЕН4А
1.2...15±0,2
0,3
К11
К142ЕН4Б
3...15±0,4
0,3
К32
(К)142ЕН5А
5±0,1
3,0
5
10
(К)12
(К)142ЕН5Б
6±0,12
3,0
(К)13
(К)142ЕН5В
5±0,18
2,0
(К)14
(К)142ЕН5Г
6±0,21
2,0
(К)15
142ЕН6А
±15±0,015
0,2
5
7,5
16
К142ЕН6А
±15±0,3
К16
142ЕН6Б
±15±0,05
17
К142ЕН6Б
±15±0,3
К17
142ЕН6В
±15±0,025
42
К142ЕН6В
±15±0,5
КЗЗ
142ЕН6Г
±15±0,075
0,15
5
7,5
43
К142ЕН6Г
±15±0,5
К34
К142ЕН6Д
±15±1,0
К48
К142ЕН6Е
±15±1,0
К49
(К)142ЕН8А
9±0,15
1,5
6
10
(К)18
(К)142ЕН8Б
12±0,27
(К)19
(К)142ЕН8В
15±0,36
(К)20
К142ЕН8Г
9±0,36
1,0
6
10
К35
К142ЕН8Д
12±0,48
К36
К142ЕН8Е
15±0,6
К37
142ЕН9А
20±0.2
1,5
6
10
21
142ЕН9Б
24±0,25
22
142ЕН9В
27±0,35
23
К142ЕН9А
20±0,4
1,5
6
10
К21
К142ЕН9Б
24±0,48
1,5
К22
К142ЕН9В
27±0,54
1,5
К23
К142ЕН9Г
20±0,6
1,0
К38
К142ЕН9Д
24±0,72
1,0
К39
К142ЕН9Е
27±0,81
1,0
К40
(К)142ЕН10
3...30
1,0
2
7
(К)24
(К)142ЕН11
1 2...37
1 5
4
7
(К)25
(К)142ЕН12
1.2...37
1 5
1
5
КТ-28
(К)47
КР142ЕН12А
1,2...37
1,0
1
КР142ЕН15А
±15±0,5
0,1
0,8
DIP-16
КР142ЕН15Б
±15±0,5
0,2
0,8
КР142ЕН18А
-1,2...26,5
1,0
1
5
КТ-28
(LM337)
КР142ЕН18Б
-1,2...26,5
1,5
1
КМ1114ЕУ1А
-
-
-
-
-
К59
КР1157ЕН502
5
0,1
0,5
5
КТ-26
78L05
КР1157ЕН602
6
78L06
КР1157ЕН802
8
78L08
КР1157ЕН902
9
78L09
КР1157ЕН1202
12
78L12
КР1157ЕН1502
15
78L15
КР1157ЕН1802
18
78L18
КР1157ЕН2402
24
78L24
КР1157ЕН2702
27
78L27
КР1170ЕНЗ
3
0,1
0,5
1,5
КТ-26
См. рис
КР1170ЕН4
4
КР1170ЕН5
5
КР1170ЕН6
6
КР1170ЕН8
8
КР1170ЕН9
9
КР1170ЕН12
12
КР1170ЕН15
15
КР1168ЕН5
-5
0,1
0,5
5
КТ-26
79L05
КР1168ЕН6
-6
79L06
КР1168ЕН8
-8
79L08
КР1168ЕН9
-9
79L09
КР1168ЕН12
-12
79L12
КР1168ЕН15
-15
79L15
КР1168ЕН18
-18
79L18
КР1168ЕН24
-24
79L24
КР1168ЕН1
-1,5...37
Схемотехника микросхем импульсных стабилизаторов напряжения – Полупроводниковая силовая электроника
I
Микросхема стабилизатор напряжения | Производители, параметры, технические сведения – на промышленном портале Myfta.Ru
Стабилизаторы напряжения, собранные на транзисторах, в настоящее время используются очень редко. Широко же применяются устройства на интегральных микросхемах. Микросхема стабилизатора напряжения может быть отечественного и импортного производства.
Аналогом импортных микросхем является микросхема стабилизатора напряжения КР142ЕН12А отечественного производства. Достоинством этой микросхемы является то, что параметр выходного минимального напряжения находится в переделах 5 В. 
На рисунке показан также внешний вид прибора и его цоколевка. Импульсные стабилизаторы напряжения на микросхемах теория и практика
7.8 Стабилизаторы напряжения на микросхемах серии КР142
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: