효율성이 향상된 스위칭 전압 안정기. 계획, 설명

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효율성이 향상된 스위칭 전압 안정기

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이 기사는 특수 UC3843 마이크로 회로에서 만들어진 고효율의 강력한 스위칭 레귤레이터에 대해 설명합니다. 장치에는 과전류 보호 기능이 있습니다.

전원 공급 장치의 효율을 높이는 문제는 특히 출력 전압이 낮은(3...5V) 고전력 컨버터와 관련이 있습니다. 현대적인 외국 요소를 사용하여 해결되었습니다. 특수 제어 마이크로 회로; 전압 강하 및 복구 시간이 낮은 다이오드; 온 저항이 낮은 전계 효과 트랜지스터.

그림은 과전류 보호 기능이 있는 강력한 스위칭 전압 조정기의 다이어그램을 보여줍니다.

효율성이 향상된 스위칭 전압 안정기

주요 기술 특성

입력 전압, V.......8...16
출력 전압, V.....5
최대 부하 전류, A .... 10
출력 전압 리플 진폭, mV, 100 이하
공칭 값에서 입력 전압, 부하 전류 및 주변 온도 %의 변화에 따른 출력 전압의 불안정성.......2
주변 작동 온도 범위, °С......-10...+70
변환 주파수, kHz.......100
전체 입력 전압 변동 범위에 대한 최대 부하 전류에서의 효율 평균값, %......90

스태빌라이저는 UNITRODE CORP의 UC3843 제어 칩을 사용합니다(자세한 설명은 "집적 회로: 스위칭 전원 공급 장치 및 응용 분야용 미세 회로" 책 참조 - M .: DODEKA. 1997). 여기서는 스태빌라이저 작동과 관련된 노드의 주요 기능에 대해서만 설명합니다.

UC3843 마이크로 회로는 공급 전압이 7,5...8V(핀 7)보다 높을 때 모든 노드를 대기 모드에서 작동 상태로 전환하는 시작 노드를 통합합니다. 이 경우 예시적인 전압 소스(핀 8)는 5V의 안정화된 전압을 생성하고 마스터 오실레이터(핀 4)는 톱니파 전압을 생성하며 상승 및 하강 시간의 주파수와 비율은 정격에 의해 결정됩니다. 요소 R3 및 C10의. 출력 강력한 버퍼 증폭기(핀 6)는 마이크로 회로의 공급 전압보다 약간 작은 진폭으로 직사각형 제어 전압을 생성합니다. 주파수, 펄스 지속 시간 및 일시 중지는 마스터 발진기의 톱니파 전압의 유사한 매개 변수와 일치합니다.

제어 칩은 출력 전압을 안정화하기 위해 펄스 폭 방식을 구현합니다. 이를 위해 OS에 비교 노드를 포함합니다. 기준 전압(2.5V)의 일부는 한 입력에 공급되고 저항 전압 분배기 R1R4의 출력 일부는 다른 입력에 공급됩니다. 요소 R2C8 - 이 증폭기의 수정 회로. 조절하는 동안 미세 회로의 핀 2의 전압이 2,5V를 초과하자마자 출력 펄스의 지속 시간이 원본에 비해 감소하기 시작합니다. 펄스의 주파수는 일정하게 유지됩니다.

스태빌라이저를 과전류로부터 보호하기 위해 마이크로 회로에 고속 비교기가 제공됩니다. 내장 소스에서 1V의 예시적인 전압이 입력 중 하나에 적용되고 개방 트랜지스터 VT3를 통해 흐르는 전류에 비례하는 전압이 다른 하나(핀 2)에 적용됩니다. 이 전압은 트랜지스터 VT1와 직렬로 연결된 2차 권선인 변류기 T1을 형성합니다. 그것이 열릴 때. 전류는 변압기의 5차 권선, 다이오드 VD1 및 저항 R1를 통해 흐르며, 이는 5차 권선의 전류보다 k배 적습니다. 여기서 k \u2d wp / w5은 변환 비율 T2입니다. 따라서 저항 R5에 전압이 형성되어 트랜지스터 VTXNUMX의 전류 모양을 정확하게 반복합니다. 각 순간의 순간 값은 다음 식으로 결정됩니다. UrXNUMX = lvTXNUMX·RXNUMX/k.

각 기간이 시작될 때 미세 회로의 제어 출력 전압이 트랜지스터 VT2를 열고 핀 3의 전압이 1V에 도달하면 강제로 닫힙니다. 스태빌라이저의 과부하 동안이 프로세스는 매주기마다 발생하여 트랜지스터 VT2를 통한 전류 증가를 방지합니다. 따라서 부하를 통해.

IRF4905 - INTERNATIONAL RECTIFIER의 p채널 전계 효과 트랜지스터. 개방 저항은 약 20mΩ입니다. 개폐 지연은 0,1μs 미만입니다. 게이트 소스 및 게이트 드레인 커패시턴스의 큰 (수 A) 재충전 전류를 제공하는 강력한 펄스 증폭기에서 제어되는 경우에만 이러한 특성을 얻습니다. 고려중인 전압 조정기에서이 증폭기는 마이크로 어셈블리 트랜지스터 VT1.1, VT1.2에서 만들어집니다. 또한 마이크로 회로에서 생성된 제어 신호를 반전시킵니다.

출력 스무딩 필터는 커패시터 C12 - C17로 구성됩니다. 그 수(XNUMX개)와 유형 선택은 추가 고주파 필터 없이 출력 전압의 고품질 필터링에 충분합니다.

스태빌라이저에서 소비하는 전류의 펄스 특성으로 인해 발생하는 고주파 간섭을 억제하려면 입력 U자형 필터가 필요합니다.

VD2로 전압 강하가 낮고 복구 시간이 약 0,05μs인 Schottky 다이오드를 사용하여 안정기의 효율을 높이면서 스위칭 손실을 줄일 수 있게 되었습니다.

이 장치는 권선을 제외한 표준 요소로 만들어집니다. 인덕터 L1은 퍼멀로이 MP 10으로 만든 K6x4.5x140 링에 감겨 있으며 5개 와이어 PEV 6에 0,5턴을 포함합니다. 링의 전체 둘레에 고르게 놓입니다. 초크 L2는 동일한 재질의 K19X11x4,8 링으로 만들어지며 동일한 직경의 12개 와이어가 10번 감겨 있습니다. 변압기 T1은 페라이트 1NM6로 만든 K2000Ox1x0.2 링에 감겨 있습니다. 200차 권선 w'는 PEV 2 와이어로 만들어지며 링의 전체 둘레에 고르게 놓인 7회 권선을 포함합니다. 2 차 권선은 링의 구멍을 통과하는 와이어이며 그 끝은 각각 커패시터 CXNUMX-CXNUMX의 양극 단자와 트랜지스터 VTXNUMX의 소스를 연결합니다. 변압기를 연결할 때 권선의 올바른 위상을 주의 깊게 관찰해야 합니다.

고주파 간섭의 고품질 필터링을 위해 NEC, NICHCON, TDK 등의 패키지 D(표면 실장용 커패시터)의 무연 탄탈륨 커패시터(C 1-C7, C12-C17)가 사용됩니다.국산 산화물 커패시터 K53에서 -28, K53-25, K53-22. 사실, 마지막 두 가지 유형의 커패시터는 설치 후 밀봉해야 합니다.

물론 설치 품질이 좋은 경우 스태빌라이저를 조정할 필요가 없습니다. DA1 마이크로 회로의 작동 특성은 제어 펄스의 듀티 사이클이 2 미만, 즉 낮은 공급 전압으로 작동하는 것을 "좋아"하지 않는다는 사실을 포함합니다. 이것은 인접한 기간의 펄스 쌍이 다르지만 주어진 공급 전압에 대해 일정한 지속 시간을 갖는다는 사실에서 나타납니다. 실제로 이것은 출력 전압 리플의 모양이 주파수에서 다른 포락선을 수신한다는 것을 의미합니다.

마스터 오실레이터 주파수의 절반. 이 기능은 저항이 3 ... 4 kOhm 인 저항과 용량이 0,1 ... 2 pF 인 커패시터에서 직렬 회로 미세 회로의 단자 1000과 10000 사이를 연결하여 제거 할 수 있습니다. 그러나 이러한 "기생" 진동의 주파수는 높으며 실질적으로 출력 전압 리플의 진폭을 증가시키지 않으며 스태빌라이저 전체의 동적 특성에 영향을 미치지 않습니다.

스위칭 조정기는 짧고 넓은 도체가 있는 인쇄 회로 기판에 장착해야 합니다. 크기가 작을수록 유도된 간섭이 적어지며, 이는 대체로 장치 전체의 안정성을 결정합니다. 트랜지스터 VT2와 다이오드 VD2는 유효 표면적이 100cm2 이상인 방열판에 설치되며 유도 간섭을 줄이기 위해 이러한 요소는 절연 스페이서를 통해 설치되어야 하며 방열판 자체는 음극에 전기적으로 연결됩니다. 커패시터 C2 - C7의 단자. 도면에 따른 인덕터(12)의 오른쪽 출력은 커패시터(C12)의 양의 출력에 연결되어야 하고, 저항(R4)의 출력은 다이어그램에 따라 오른쪽으로 커패시터(C17)의 양의 출력에 연결되어야 한다. 또한 부하에 출력 전압을 공급합니다. 스태빌라이저 레이아웃은 60x90mm 크기와 2mm 두께의 양면 인쇄 회로 기판에 만들어졌습니다. 보드의 위쪽에는 초크, 변압기, 미세 회로와 같은 "높은" 요소가 있고 "아래쪽"에는 필터링 탄탈륨 커패시터, VT1 트랜지스터 어셈블리, VT2 트랜지스터 및 플랜지가 바깥쪽에 있는 VD2 다이오드가 있습니다. . 주변에 균등하게 간격을 둔 3개의 구멍을 통해 보드는 보드와 동일한 크기 및 18mm 두께의 알루미늄 방열판에 나사로 고정됩니다. 결과는 XNUMXmm 두께의 플랫 디자인이었습니다. 효과적인 냉각을 위해 스태빌라이저가 수직으로 설치됩니다.

저자: A.Mironov, Lyubertsy, 모스크바 지역

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