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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 VIPER-100A 및 이를 기반으로 한 포켓 충전기
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 충전기, 배터리, 갈바니 전지 새로운 칩 라인은 이전 제품인 UC384X 시리즈 PWM 컨트롤러의 모든 이점을 가지고 있으며, 그 외에도 몇 가지 중요한 이점이 있습니다. 우선, 이것은 마이크로 회로의 "스트래핑"의 개별 요소 수를 대략 절반으로 줄인 것입니다. 중요한 상황은 VIPer 전환 SMPS 열 보호의 높은 신뢰성입니다. 스위칭 트랜지스터와 방열판 사이의 열 접촉이 불량한 경우 별도로 위치한 PWM 컨트롤러는 마이크로 회로 케이스의 과열에만 반응합니다. 트랜지스터의 과중한 작업은 열 파괴로 이어질 수 있으며 드레인 전류의 눈사태와 같은 증가 중에 트랜지스터는 사실상 제어할 수 없게 됩니다. 결함이 있는 트랜지스터를 통해 정류된 주전원 전압은 퓨즈가 끊어지기 전에도 PWM 컨트롤러를 파괴할 수 있습니다. VIPer 전환 SMPS의 경우 이 상황은 제외됩니다. 그리고 가장 중요한 장점은 SMPS의 자동화 설계 가능성입니다. VIPer-110A 마이크로 회로는 지그재그 핀 배열이 있는 TO-220-5 1핀 금속-플라스틱 패키지로 제작됩니다. 그림 1에 표시된 제품의 작동 알고리즘과 단순화된 기능 다이어그램을 고려하십시오. 열하나].
그림 비교 1과 UC384X PWM 컨트롤러의 기능 다이어그램[2]을 보면 유사성을 쉽게 알 수 있습니다. 많은 노드의 목적은 절대적으로 일치하거나 약간 다릅니다. 특히, A1 마이크로 회로의 입력 공급 전압 비교기는 VIPer 스위치가 약 11V, "꺼짐"-8V의 "켜짐" 상태가 될 때 임계값 레벨을 제공합니다. 열 보호도 유사하게 작동합니다. 크리스털 온도가 140~170°C로 상승하면 안전 모드 트리거 D1이 입력 R2에서 PWM D1의 작동을 차단합니다. 열 보호 트립 레벨에 비해 칩 온도가 40°C 떨어지면 자동으로 작동이 재개됩니다. 미세 회로에서 소비하는 전류는 "Off" 상태에서 1mA, "On"에서 15mA를 초과하지 않습니다. VIPer 제품의 특징 중 하나는 시동 중에 마이크로 회로 내부의 핀 3(DRAIN) 및 2(Vdd)가 전류 제한 회로로 연결된다는 것입니다. 한계 레벨은 3mA입니다. 이 전류는 입력 전압 비교기 A1(1mA)과 핀 2에 연결된 산화물 필터 커패시터 사이에서 공유됩니다(커패시터 충전 전류는 약 2mA임). 상대적으로 느리게 증가한 후 산화물 커패시터의 전압이 미세 회로를 켜는 임계값 레벨(11V)에 도달한 다음 15mA의 미세 회로 작동 전류로 커패시터가 방전됩니다. 어떤 이유로 든 미세 회로 (커패시터를 켜기 전에 방전 된 필터의 큰 커패시턴스 또는 부하의 단락 회로)가 시작에서 작동 모드로 전환되지 않으면 커패시터의 전압이 종료 임계 값 수준으로 빠르게 감소한 후 프로세스가 주기적으로 반복됩니다. 작동 모드로 전환하려고 할 때 마이크로 회로는 트리거링 펄스의 "패키지"를 생성합니다. "팩" 충진 계수는 방전 전류에 대한 커패시터 충전 전류의 비율에 의해 결정되며 2/15 "13%에 불과하여 시작 모드에서 또는 부하 단락 중에 입력 및 출력 정류기의 손상을 방지합니다. 시작 모드에서 여러 "팩"을 형성하면 SMPS의 출력 전압이 원활하게 증가하고 "소프트" 스위칭 온이 특징입니다. SMPS의 출력 전압을 조정하는 프로세스는 프로토타입에서 고려한 것과 유사합니다. 내부 회로는 내부 및 외부의 두 제어 루프를 사용하여 13V 수준에서 미세 회로의 공급 전압을 안정화합니다. 내부 회로는 마이크로 회로의 모든 구성 요소에 전원을 공급하는 기존 안정기입니다. 외부 제어 루프는 외부 저항을 통해 핀 2에 연결된 변압기의 보조 권선과 이 핀에 연결된 오류 신호 증폭기 A3에 의해 형성됩니다. 마이크로 회로 공급 전압의 이중 안정화는 스위칭 펄스 주파수의 최소 편차를 제공합니다. [1]에서 공급 전압이 9 ... 15 V 범위에서 변경되고 주파수 설정 저항 및 커패시터의 값과 계산된 값이 각각 ± 1% 및 ± 5% 이내의 차이가 있을 때 펄스 반복률의 편차는 ± 10%를 초과하지 않음을 나타냅니다. 크리스탈 온도가 4에서 25°C로 증가하면 주파수 온도 불안정성은 -125%를 초과하지 않습니다. UC384X PWM 컨트롤러와 마찬가지로 작동 모드에서 전압이 약 5V인 VIPer 마이크로 회로의 이름이 같고 기능적으로 동등한 출력 4,5(COMP)를 사용하여 SMPS를 강제로 끌 수 있습니다. 마이크로 회로 내부에서이 핀은 열 보호 장치 A2의 차단 신호와 입력 전압 비교기 A1에 반응하는 안전 모드 트리거 D2의 영향으로 전계 효과 트랜지스터 V1에 의해 공통 와이어에 연결될 수 있습니다. 스위칭 펄스의 동작 중에 출력 5를 공통 와이어에 강제 연결하면 발전기가 계속 작동하지만 다음 펄스는 1,7 ... 5 μs보다 빠르지 않습니다. 핀 5에 연결된 커패시터는 일정 시간 동안 전압 상승을 0,5V의 임계값 수준으로 지연시키고 적어도 하나의 스위칭 펄스가 누락됩니다. 전송되는 펄스 수를 변경하여 SMPS의 출력 전압을 조정할 수도 있습니다. 스위칭 펄스의 시간 지연은 전류 제어 비교기 A5의 출력에 연결된 요소 A4에 의해 수행됩니다. VIReg 제품에서 특히 흥미로운 점은 필요한 모든 요소가 크리스탈에 형성되는 전류 제어 방법입니다. 전류에 비례하는 신호는 스위칭 트랜지스터(V3)의 추가 출력에서 전류-전압 변환기(U1)로 공급된 후 전류 센서 증폭기(A9)에서 증폭된다. 입력 R3 PWM D2의 전압 레벨은 드레인 전류에 비례하며 지정된 임계값 레벨에 도달하면 스위칭 펄스의 지속 시간이 제한됩니다. 스위칭 펄스 시작 후 0,25µs 이내에 특수 퀀칭 장치가 2차 권선에 있는 정류기 다이오드의 역회복 전류와 저장 권선의 분산 커패시턴스로 인해 전면에서 서지를 억제합니다. 이러한 스파이크는 펄스 폭의 조기 클리핑을 유발할 수 있습니다. SMPS의 정상 작동 중에 스위칭 펄스의 지속 시간은 PWM 입력 RXNUMX에 의해 제한됩니다. SMPS를 켠 후 부하에서 단락이 발생하면 제어 루프의 동적 특성에 따라 초기에 출력 전류가 천천히 증가하고 VIPer-100A 제한 값인 3A에 도달하면 각 스위칭 펄스에서 전류가 제한됩니다. 참고 문헌에 제공된 제한 전류 4A는 개별 샘플에 대해 가능한 최소 범위라는 사실에 주의해야 합니다. 대부분의 일반적인 전류 값은 5,4A이며 개별 미세 회로는 5A의 제한 수준에서도 작동합니다. 출력이 핀 XNUMX(COMP)에 연결된 외부 전류-전압 변환기를 사용하는 경우 더 낮은 수준에서 스위칭 트랜지스터를 통해 전류를 제한할 수 있습니다. 이 모든 것이 극한 상황에서 SMPS의 손상 방지를 보장합니다. VIPer-100A 칩의 등장으로 자동차 배터리(AB)용 간단하고 안정적인 충전기(충전기)를 만드는 문제에 대한 완전히 새로운 접근 방식이 가능해졌습니다. 대부분의 충전기는 안정적인 전류로 배터리를 충전합니다. 그러나 자동차를 포함한 모든 차량은 일정한 전압으로 충전이 이루어진다. 온보드 네트워크에서 릴레이 레귤레이터는 전압을 14 ± 0,5V 수준으로 유지합니다. 따라서 수십 암페어의 전류로 시작 모드에서 배터리가 방전된 후 충전 전류가 30암페어 이상에 도달할 수 있는 짧은 시간이 뒤따른 다음 암페어 단위 및 분수로 빠르게 감소합니다. 운전자는 유사한 충전 모드를 사용하여 다른 종류의 문제를 해결할 수 있습니다. 급히 떠나야하고 자동차를 오랫동안 사용하지 않은 경우 배터리의 자체 방전으로 인해 특히 겨울철에 엔진 시동 시도가 실패 할 가능성이 큽니다. 이러한 경우 일부 운전자는 낮은 전류로 배터리를 장기간(반나절 이상) 재충전하여 양극 그리드[3]의 부식을 가속화하고 배터리를 고장나게 합니다. 이 경우 배터리를 일정한 전압으로 충전하면서 15 ~ 30 분 동안 충전기를 사용하는 것이 더 합리적입니다. 배터리와 직렬로 연결된 작은(옴의 일부) 저항이 있는 저항은 초기 순간에 충전 전류를 제한하고 배터리가 충전됨에 따라 배터리의 전압이 증가하고 전류가 감소합니다. 작은 크기와 무게 덕분에 VIPer 전환 충전기는 주머니에 넣어도 번거로움 없이 차고로 운반할 수 있습니다. 한편, 본격적인 충전기로서 뿐만 아니라 다른 용도의 전원으로서도 사용할 수 있다. 이러한 SMPS는 단락으로부터 회로 보호되므로 부분적으로 방전된 배터리와 완전히 방전된 배터리 모두에 연결할 수 있습니다. 방전 정도에 따라 SMPS는 약 100W의 전력으로 제한되는 AB 에너지로 "펌핑"합니다. 즉, SMPS 안전 작동 모드를 벗어나지 않고 충전 전류가 자동으로 조정됩니다. 충전기를 사용하면 처음에는 최소 6A의 전류로 배터리를 충전하고 충전이 끝나면 전압을 15V로 가져올 수 있습니다. 사용된 SMPS의 동작 변환 주파수는 100kHz이다. 장치의 효율은 87% 이상입니다. 하우징이 없는 SMPS 치수 - 55x80x42,5 mm. 메모리의 서비스 기능은 사용된 VIPer-100A 칩의 속성에 따라 결정됩니다. 그들은 이미 언급되었습니다 : 단락 및 부하 차단에 대한 보호, 안전한 작동 모드 구현, 열 보호, 배터리 방전 정도에 따른 충전 전류의 자동 조절. 매우 심각하게 고려해야 하는 메모리의 유일한 단점은 극성 반전에 대한 취약성입니다. 배터리가 잘못 연결되면 변압기 및 충전기의 다른 요소가 손상될 수 있으므로 매우 신중하게 연결해야 합니다. DESIGNE SOFTWARE("Radio", 2002, No. 8의 "Evolution of flyback pulsed IP")의 도움으로 개발된 메모리 회로는 그림 2에 나와 있습니다. 100. 설계 방법론은 이전에 자세히 설명했습니다. 전원 전압 매개 변수는 변경되지 않았으며 변환 주파수는 15kHz로 선택되었으며 출력 매개 변수는 6A 전류에서 10V 전압에 해당합니다. 변압기 자기 회로는 N10 재질 (아날로그 - M67NMS2500)에서 RM1 (국내 아날로그 KB XNUMX)으로 선택되었습니다.
메모리에 사용된 VIPer-100A 제품의 기능 알고리즘에 대한 상세한 분석 덕분에 장치의 개별 요소의 목적을 다시 설명하는 것은 의미가 없습니다. PCB 도면은 Fig. 삼.
사용 된 최소 수의 요소에도 불구하고 설치는 매우 조밀 한 것으로 판명되었으며 이는 완성 된 장치 케이스로 41kV 전압에 대해 1μF 용량의 결함이있는 고전압 커패시터 K0,1-10a를 사용하려는 저자의 욕구에 의해 설명됩니다. 칩 VIPer-100그리고 공통전선과 연결된 열전도 페이스트를 이용한 운모판을 통해 유효면적 약 60cm2의 핀 방열판에 설치한다. 1,5A의 순방향 전류와 1000V의 역방향 전압을 위해 설계된 다이오드 브리지를 가져옵니다. VD4-VD7 다이오드 어셈블리는 1,5x2mm 크기의 30개의 나사로 연결된 40개의 두랄루민 플레이트(극단 두께는 213mm, 중간 플레이트는 XNUMXmm)로 구성되며, 그 사이에 XNUMX개의 KDXNUMXB 다이오드가 절연체 없이 중앙 플레이트의 각 측면에 쌍으로 고정됩니다. . 설치하는 동안 모든 양극 단자의 절연에 주의를 기울여야 합니다. 6W 전력의 전류 제한 저항 R5 - C16-5MV는 보드에 수직으로 설치됩니다. Microammeter PA1 - M4283 또는 기록 수준을 표시하기 위해 휴대용 테이프 레코더에 사용되는 기타. 그것을 설정할 때 0,6V의 안정화 된 전압 소스에 연결되고 저항 R5를 선택하면 녹색 섹터의 가장자리에 화살표가 설정됩니다. 산화물 커패시터는 국내산 커패시터가 SMPS의 표시된 치수에 "적합"하지 않기 때문에 수입됩니다. 커패시터 C7은 저항 R3에 병렬로 납땜되고 후자는 보드에 수직 인 하나의 출력으로 납땜되고 두 번째는 유사하게 설치된 다이오드 VD2의 자유 출력과 힌지 방식으로 연결됩니다. 펄스 변압기의 제조 및 설치에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 자기 회로는 0,7mm의 비자기 간격을 가져야 합니다. 변압기 권선은 수제 프레임에 감겨 있습니다. 작은 유리 섬유판을 메스 또는 날카로운 칼로 층화하고 0,1 ~ 0,15mm 두께의 한 층을 분리합니다. 왜곡없이 니트로 접착제를 사용하여 필요한 치수의 스트립을 자른 후 적절한 직경의 막대에 2-3 층으로 감고 접착제가 마르면 제거합니다. 이렇게 얻은 프레임에서 첫 번째 레이어가 감겨져 있습니다-두 개의 도체에서 와이어 PEV-11 2의 0,41 턴, 마일 라 필름 또는 니스 처리 된 천의 층간 절연 및 두 번째 레이어-9 턴. 그런 다음 권선 절연체가 감겨 있습니다. PEV-7 2 와이어의 1,5회 권선으로 구성된 권선 III은 권선 I에 맞도록 약간 더 큰 직경의 막대에 감겨 있습니다. 8 ~ 10mm 길이의 리드가 코일의 양쪽에 남습니다. 결과 권선 III은 권선 I의 첫 번째 섹션에 조심스럽게 배치되어 결론이 정반대, 중앙에 배치되고 권선 절연 층이 접착제로 고정됩니다. 그런 다음 자기 회로에서 코일의 위치를 확인하는 것이 유용하며 두 판이 자유롭게 연결되면 코일이 제거되고 끝이 접착제로 채워져 권선을 고정하고 밀봉합니다. 접착제가 코일에서 건조된 후, 권선 I의 각 두 번째 부분을 8회 및 7회씩 두 겹으로 감습니다. 권선은 "방전된" PEV-6 2 와이어의 0,15회 권선 II로 완료되고 코일을 자기 회로에 시험적으로 배치한 후 코일의 끝을 다시 접착제로 밀봉합니다. 변압기 권선 I의 측정된 인덕턴스는 DESIGNE SOFTWARE에서 계산된 값과 일치했으며 225μH에 달했습니다. 완성 된 변압기는 정전기 스크린으로 측면을 따라 닫힙니다. 한 층의 구리 호일과 브래킷으로 보드에 고정됩니다. 1mm 두께의 고무 스트립이 변압기와 브래킷 사이에 놓여 있습니다. 조립 중에 자기 회로 판을 붙일 필요는 없습니다. 7, 2 및 3을 제외한 모든 변압기 리드는 보드의 해당 구멍에 납땜됩니다. 결론 2와 3은 경첩 방식으로 연결되고 분리된 다음 정전기 스크린 아래에 "숨겨져" 있습니다. 핀 7은 연선 중심 도체가 있는 짧은 동축 케이블로 보드에 연결됩니다. 전원 스위치, 2A 퓨즈 홀더, 마이크로 전류계 및 배터리 연결용 단자 12개가 장치 덮개에 있습니다. 또한 SMPS의 열 관리를 용이하게 하기 위해 소형 팬이 하우징 커버에 고정되어 마이크로프로세서를 가능한 한 최고의 성능으로 불어내는 데 사용되며 공기 흡입구가 제공됩니다. 9V 전압용으로 설계된 팬 단자는 저항이 0,125옴인 전류 제한 저항 MLT-8,2를 통해 커패시터 C40에 연결됩니다. 모델 및 성능에 따라 팬이 소비하는 전류는 50V에서 12...55mA에서 65V에서 15...XNUMXmA입니다. 메모리가 오류 없이 서비스 가능한 부품으로 조립되고 작동 주파수와 계산된 값의 편차가 10% 이하인 경우 장치 조정이 필요하지 않습니다. 무화과. 그림 4는 부하 전류에 대한 출력 전압(실선)과 출력 전력(파선)의 의존성을 보여줍니다. 측정은 닫힌 저항 R6으로 수행되었습니다.
출력에서 리플을 줄이기 위해 22000uF 용량의 산화물 커패시터를 연결했습니다. 문학
저자: S. Kosenko, Voronezh
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