Импульсный стабилизатор напряжения с повышенным КПД

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

В статье описан мощный импульсный стабилизатор с высоким КПД, выполненный на специализированной микросхеме UC3843. Устройство имеет защиту от перегрузки по току.

Проблема увеличения КПД источников питания особенно актуальна для преобразователей большой мощности с низким выходным напряжением (3...5В). Ее удалось решить применением современных зарубежных элементов: специализированной микросхемы управления; диодов с малым падением напряжения и временем восстановления; полевых транзисторов с низким сопротивлением в открытом состоянии.

На рисунке показана схема мощного импульсного стабилизатора напряжения с защитой от перегрузки по току.

Основные технические характеристики

• Входное напряжение, В......8...16
• Выходное напряжение, В.....5
• Максимальный ток нагрузки, А....10
• Амплитуда пульсаций выходного напряжения, мВ, не более 100
• Нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения, тока нагрузки и температуры окружающей среды, %, от номинального значения......2
• Интервал рабочей температуры окружающей среды,°С......-10...+70
• Частота преобразования, кГц......100
• Среднее значение КПД при максимальном токе нагрузки во всем интервале изменения входного напряжения, %......90

В стабилизаторе применена управляющая микросхема UC3843 фирмы UNITRODE CORP (подробное ее описание см. в книге "Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение". - М.: ДОДЭКА. 1997). Здесь остановимся только на основных функциях ее узлов, участвующих в работе стабилизатора.

Микросхема UC3843 имеет в своем составе узел запуска, который при напряжении питания более 7,5.. .8 В (вывод 7) переводит все узлы из режима ожидания в рабочее состояние. При этом источник образцового напряжения (вывод 8) вырабатывает стабилизированное напряжение 5 В, а задающий генератор (вывод 4) - пилообразное напряжение, частоту и соотношение времени нарастания и спада которого определяют номиналы элементов R3 и С10. Выходной мощный буферный усилитель (вывод 6) формирует управляющее напряжение прямоугольной формы амплитудой, чуть меньшей напряжения питания микросхемы. Его частота, длительность импульса и паузы совпадают с аналогичными параметрами пилообразного напряжения задающего генератора.

Микросхема управления реализует широтно-импульсный способ стабилизации выходного напряжения. Для этого в ее состав включен узел сравнения на ОУ. на один вход подают часть образцового напряжения (2.5 В), а на другой - часть выходного с резистивного делителя напряжения R1R4. Элементы R2C8 - корректирующая цепь этого усилителя. Во время регулирования длительность выходного импульса начинает уменьшаться по сравнению с исходной, как только напряжение на выводе 2 микросхемы превысит значение 2,5 В. Частота же импульсов остается постоянной.

Для защиты стабилизатора от перегрузки по току в микросхеме предусмотрен быстродействующий компаратор. На один из его входов подано образцовое напряжение 1 В от встроенного источника, а на другой (вывод 3) - напряжение, пропорциональное току, протекающему через открытый транзистор VT2. Это напряжение формирует трансформатор тока Т1, первичная обмотка которого включена последовательно с транзистором VT2. Когда он находится в открытом состоянии. через вторичную обмотку трансформатора, диод VD1 и резистор R5 протекает ток, меньший тока первичной обмотки в к раз, где к = wп/w1 - коэффициент трансформации Т1. Таким образом, на резисторе R5 формируется напряжение, точно повторяющее форму тока транзистора VT2. мгновенное значение которого в каждый момент времени определяется из выражения: Ur5 = lvT2·R5/k.

В начале каждого периода управляющее выходное напряжение микросхемы открывает транзистор VT2, а при достижении напряжения на выводе 3 значения 1 В происходит его принудительное закрывание. Во время перегрузки стабилизатора этот процесс происходит каждый период, препятствуя тем самым увеличению тока через транзистор VT2. а значит, и через нагрузку.

IRF4905 - р-канальный полевой транзистор фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER. Его сопротивление в открытом состоянии - около 20 мОм. а задержка при открывании и закрывании - менее 0,1 мкс. Такие характеристики он приобретает только при управлении от мощного импульсного усилителя, обеспечивающего большой (в несколько А) ток перезарядки емкости затвор-исток и затвор-сток. В рассматриваемом стабилизаторе напряжения этот усилитель выполнен на транзисторах VT1.1, VT1.2 микросборки. Кроме того, он инвертирует управляющий сигнал, вырабатываемый микросхемой.

Выходной сглаживающий фильтр образуют конденсаторы С12 - С17. Их число (шесть) и выбор типа достаточны для качественной фильтрации выходного напряжения без дополнительного высокочастотного фильтра.

Входной П-образный фильтр необходим для подавления высокочастотных помех, возникающих из-за импульсного характера потребляемого стабилизатором тока.

Уменьшить коммутационные потери с одновременным повышением КПД стабилизатора стало возможным благодаря использованию в качестве VD2 диода Шоттки с малым падением напряжения и временем восстановления около 0,05 мкс.

Устройство выполнено на стандартных элементах, за исключением моточных. Дроссель L1 намотан на кольце К10х6х4.5 из пермаллоя МП 140 и содержит 5 витков в 6 проводов ПЭВ 0,5. уложенных равномерно по всему периметру кольца. Дроссель L2 выполнен на кольце К19Х11x4,8 из того же материала и содержит 12 витков в 10 проводов того же диаметра. Трансформатор Т1 намотан на кольце К1Ох6хЗ из феррита 2000НМ1. Вторичная обмотка w„ выполнена проводом ПЭВ 0.2 и содержит 200 витков, равномерно уложенных по всему периметру кольца. Первичная обмотка представляет собой провод, проходящий через отверстие кольца, концы которого соединяют соответственно плюсовой вывод конденсаторов С2- С7 и исток транзистора VT2. При подключении трансформатора необходимо тщательно соблюдать правильную фазировку обмоток.

Для качественной фильтрации высокочастотных помех применены безвыводные танталовые конденсаторы (С 1- С7, С12-С17) в корпусе D (конденсаторы для поверхностного монтажа) фирм NEC, NICHCON, TDK и др. Из отечественных подойдут оксидные конденсаторы К53-28, К53-25, К53-22. Правда, конденсаторы последних двух типов необходимо герметизировать после установки.

В налаживании стабилизатор не нуждается, конечно, если качественно выполнен его монтаж. К особенностям работы микросхемы DA1 относится тот факт, что она не "любит" работать при значениях скважности управляющих импульсов менее 2, т. е. низком напряжении питания. Это проявляется в том, что пары импульсов соседних периодов имеют разную, но постоянную при данном напряжении питания длительность. Фактически же это означает, что форма пульсаций выходного напряжения получит еще одну огибающую на частоте

вдвое ниже частоты работы задающего генератора. Такую особенность можно устранить подключением между выводами 3 и 4 микросхемы последовательной цепи из резистора сопротивлением 0,1...2 кОм и конденсатора емкостью 1000... 10000 пФ. Однако частота этих "паразитных" колебаний высока, практически не увеличивает амплитуду пульсаций выходного напряжения и никак не влияет на динамические свойства стабилизатора в целом.

Импульсный стабилизатор необходимо смонтировать на печатной плате с короткими и широкими проводниками. Чем меньше будет ее размер, тем меньше станут наведенные помехи, которые в большой степени определяют устойчивость работы устройства в целом. Транзистор VT2 и диод VD2 устанавливают на теплоотводе с эффективной площадью поверхности не менее 100 см2, причем для уменьшения наведенных помех указанные элементы следует установить через изолирующие прокладки, а сам теплоотвод электрически соединяют с минусовым выводом конденсаторов С2 - С7. Правый по схеме вывод дросселя 12 следует соединить с плюсовым выводом конденсатора С12, а правый по схеме вывод резистора R4 - с плюсовым выводом конденсатора С17. С него же подают выходное напряжение на нагрузку. Макет стабилизатора был изготовлен на двухсторонней печатной плате размерами 60x90 мм и толщиной 2 мм. С верхней стороны платы размещены "высокие" элементы: дроссели, трансформатор, микросхема, а с "нижней" - фильтрующие танталовые конденсаторы, транзисторная сборка VT1, транзистор VT2 и диод VD2 фланцами наружу. Через шесть отверстий, расположенных равномерно по периметру, плата привинчена к алюминиевой пластине-теплоотводу таких же, как и плата, размеров и толщиной 3 мм. Получилась плоская конструкция толщиной 18 мм. Для эффективного охлаждения стабили затор установлен вертикально.

Автор: А.Миронов, г.Люберцы Московской обл.

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Таурин не является биомаркером старения 22.06.2025

В поисках биомаркеров старения ученые все чаще обращаются к молекулам, которые ранее демонстрировали многообещающие результаты на животных. Одной из таких субстанций стал таурин - аминокислота, известная широкому кругу людей как компонент энергетических напитков. В последние годы ей приписывали способность замедлять возрастные изменения и даже продлевать жизнь. Однако новое масштабное исследование, проведенное учеными из Национального института здоровья США (NIH), поставило под сомнение ее значимость в контексте старения человека. Исследование включало сравнительный анализ уровня таурина в крови у трех видов: людей, макак-резусов и лабораторных мышей. Авторы проекта изучали, как меняется концентрация вещества в организме от молодого возраста до глубокой старости. Ожидалось, что таурин будет снижаться с возрастом, подтверждая его возможную роль как биомаркера старения. Однако полученные данные оказались куда более сложными. Как пояснила Мария Эмилия Фернандес, одна из соавторов ра ...>>

Стандарт NFC 15 22.06.2025

Технология ближней бесконтактной связи NFC стала повседневным инструментом для миллионов пользователей по всему миру. Она обеспечивает быстрые и удобные платежи, позволяет открывать двери, оплачивать проезд и мгновенно подключать устройства. Однако, несмотря на широкое распространение, сам стандарт NFC развивался почти незаметно - без резонансных версий и громких анонсов. И вот теперь, в июне 2025 года, организация NFC Forum представила пятнадцатую версию протокола, которая принесет ощутимые улучшения в ежедневном взаимодействии с гаджетами. Одним из ключевых изменений стало увеличение радиуса действия: если раньше для работы NFC нужно было почти прикасаться телефоном к терминалу, то теперь соединение возможно уже на расстоянии до двух сантиметров. Хотя разница кажется незначительной, именно этот промежуток в доли сантиметра часто мешал корректной работе - пользователи нередко вынуждены были искать "тот самый угол" или точку, где произойдет считывание. В реальности некоторые устр ...>>

Эффективная защита от коррозии 21.06.2025

Коррозия - один из главных врагов железа и его сплавов, ежегодно причиняющий ущерб на миллиарды долларов в инфраструктуре, транспорте и промышленности. Существующие антикоррозионные решения, такие как цинковое покрытие, со временем теряют эффективность: они отслаиваются, повреждаются или дают микротрещины, открывая путь влаге и соли. На этом фоне ученые активно ищут способы сделать защиту от коррозии более стойкой, долговечной и экономичной. Группа исследователей из Института химии Еврейского университета в Иерусалиме предложила новый подход к решению этой задачи. В отличие от традиционных защитных покрытий, которые опираются лишь на физическую адгезию к металлу, их метод включает создание прочной химической связи на молекулярном уровне. Основа разработки - двухслойная структура, где первым наносится слой N-гетероциклических карбенов, а вторым - полимер высокой прочности. Карбены играют роль своеобразного "молекулярного суперклея", надежно соединяя металл и полимер в единую систе ...>>

Случайная новость из Архива Антибиотики замедляют старение 01.06.2013 Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны обнаружили группу генов, которые имеют существенное влияние на продолжительность жизни, причем управлять этим процессом можно с помощью доступных препаратов, в частности антибиотиков. Швейцарские ученые первыми обнаружили механизм, действующий внутри митохондрий и значительно замедляющий процесс старения, по крайней мере в лаборатории и на модельных организмах - червях нематодах и мышах. Оказывается, введение антибиотиков молодым особям может значительно продлять жизнь животных, а возможно и человека. Почему в однородной популяции одного и того же вида, некоторые люди живут в три раза дольше, чем другие? Этот вопрос ставил в тупик ученых на протяжении столетий. Швейцарские ученые полагают, что нашли на него ответ. Раскрыт механизм, нарушение которого с помощью антибиотиков увеличивает продолжительность жизни нематод в 1,6 раза. Судя по всему, тот же механизм добавляет мышам (обычно живущим 365-900 дней) дополнительные 250 дней жизни. Механизм работает внутри митохондрий, органелл, которые преобразуют питательные вещества в белки и АТФ, используемую в качестве источника энергии для мышц. Ученые проанализировали геном мышей с разной продолжительностью жизни и обнаружили группу из трех генов расположенных на хромосоме номер два, которая до сих пор не рассматривалась как цель для поиска важных факторов старения. Однако измерения показали: 50%-ное снижение экспрессии этих трех генов, и, следовательно, количества белков, которые они кодируют, прибавляет мышам 250 "лишних" дней жизни. Затем ученые проверили свое открытие на нематодах: сокращение производства тех же белков также продлило жизнь: на 60% (с обычных 19 до более чем 30 дней). В целом исследование показало, что наличие митохондриальных рибосомных белков (MRP) обратно пропорционально продолжительности жизни. Снизить количество этих белков можно с помощью доступных препаратов, например, антибиотиков. К сожалению, продлить жизнь таким способом можно только молодым особям: аналогичная терапия на взрослых особей не действует. Открытие швейцарских ученых обещает блестящие перспективы в плане продления жизни. Новый механизм прост и не только увеличивает время жизни, но и позволяет длительное время поддерживать здоровье. Так, нематоды, которые подверглись лечению, находились в превосходной форме гораздо дольше своих собратьев и обладали повышенными выносливостью и силой мышц. Ученые считают, что обнаруженный ими механизм работает и у других млекопитающих, включая людей. Правда, для создания соответствующей терапии, продляющей здоровую жизнь, требуются весьма сложные и продолжительные исследования. Во-первых, терапию нужно проводить в строго конкретный период развития молодого организма, и это период для людей еще не определен, а во-вторых, для получения результатов проведенной на людях терапии придется собирать статистику длиной в жизнь подопытных. Но, скорее всего, желающих принять участие в подобном эксперименте будет достаточно.

Другие интересные новости:

▪ Портативный диск Samsung T5 EVO 8 Тб

▪ Транзистор, который можно растворить звуком и водой

▪ Омоложение клеток

▪ Размораживание поверхности за секунду

▪ Компьютер научили отличать мужской текст от женского

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Культурные и дикие растения. Подборка статей

▪ статья Приемы видеомонтажа. Искусство видео

▪ статья Зачем в древнерусских медальонах христианские сюжеты объединяли с изображением змей? Подробный ответ

▪ статья Рами. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Простой экономичный металлоискатель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Опыты с гироскопом. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025