Главная Источники вторичного электропитания - часть 1




Рис. 2.12. Полная принципиальная схема непрерывного компенсационного стабилизатора напряжения

Учитывая (влияние цепей коррекции 1на переходный процесс ъ НКСН [3], оано звено коррекции целесообразно включить в цепь базы силового транзистора РЭ (рис. 2.12)\ Второе звено может быть включено в любую точку контура регулирования, например в цепи ООС, разделяя резистор R2 на две равные части. Расчет элементов апериодических звеньев проводится но выражениям вида

R,= T,R,R,/{T,-T,){R, + R,);

(2.33) (2,34)

где Ri - эквивалентное сопротивление последующего за корректирующей цепью части схемы стабилизатора (показано на рис. 2.12 штриховыми линиями); - эквивалентное сопротивление предыдущей части схемы по отношению к включаемой цепи коррекции; Ти Т2 определяются по W„.4{p) или по ЛАХ несиловой части стабилизатора.

Для,/?и = 80Ом; /?з1=4,6.0м; Ги=2,3-10-»с; Г2/ = 1,6-10-« с; hiii-=25,8kOM3 /?зл=3,4 кОм; Г,/2 =2,4-10-8 с; Тцi = \,b-\0- получаем соответственно i?„/-=0,07 Ом С„1 = 0,5 мкФ; /?„и = 6 кОм, С„л=27 пФ.

С учетом Г111зм=5-,7-10-" с параметрами первого звена коррекции составят i?„j = 0,02 Ом; C„j = l,3 мкФ, а дополнительного звена (включенного вместо звена , поскольку зона его частотной коррекции очень мала) /?к.доп = 1,2 кОм; Ск.доп=500 пФ.

Выбор структуры и расчет параметров цепей неоиловой части НКСН позволяет оценить максимальные отклонения выходного напряжения НКСН в переходном режиме (At/н), если эта оценка не проводилась ранее. При ступенчатом уменьшении и увеличении тока нагрузки

А/н = ГрэД/н(Тоу/(Тоу + Тк))=

(2.35)

Для /рд = 0,5 Ом, Ск/==0,5 мкФ /?i«80 Ом при ступенчатом увеличении /ц н /?, = 800 Ом при ступенчатом уменьшении /н, /?з=4,6 Ом получаем

Тк = 0,5-10-8.4,6 = 2,3-10-в с;

А (/„ = 0,5-1,2 [1,6- 10-V(1,6-10- + 2,3.10-6)] «0,1 В.

Если значение AUa превышает заданное, то следует увеличить Cki и повторить расчет.

Для варианта схемы с Koc=KQy =2500 (при этом riH3M=5,7-ilO- с и Ск/=1,3> мкФ) получаем

\ Тк= 1,3.10-.4,6«6.10- с;

А[;„ = 0,5.1,2[!,6-10-/(1,6-10- + 6.10-«)Р «0,0025 В. В обоих вариантах расчета НКСН AUa значение не превышает заданное, поэтому выбранные параметры элементов частотно-зависимых цепей (в первую очередь конденсатора Ск) остаются без изменений.

Этап 11. Составление полной принципиальной схемы НКСН. Полная принципиальная схема НКСН слагается из принципиальной схемы функционально-необходимой части при ее дополнении несиловыми цепями, обеспечивающими получение требуемых параметров контура регулирования (см. рис. 2.12).

Этап 12. Анализ статических и динамических характеристик НКСН по полной принципиальной схеме. Необходимость в этом этапе возрастает тем больше, чем более совершенная технология применяется для изготовления НКСН. Применение полупроводниковой гибридной пленочной технологии требует предельного исключения ошибок и изменений в. принципиальной схеме.Поэтому после всех расчетных этапов и составления принципиальной схемы до изготовления опытного образца необходимо с помощью математической модели провести анализ энергетических, дифференциальных, динамических характеристик создаваемого устройства.

Данный этап позволяет предельно сократить этап натурных испытаний макета стабилизатора и снизить вероятность ошибок в расчете.

Этап 13. Уточнение принципиальной схемы НКСН. Поскольку на этапах синтеза структуры неизбежны некоторые упрощения при описаниях процессов в отдельных-звеньях и цепях НКСН, то на этапе анализа возможны уточнения принципиальной схемы, которые должны быть учтены до изготовления опытного образца.

Этап 14. Конструирование и изготовление опытного образца НКСН (см. гл. 7).

Этап 15. Составление полной технической документации на изготовление НКСН. В результате проведенного расчета разработана принципиальная схема НКСН, обеспечивающая выполнение всех требований ТЗ и гарантирующая минимум объема конструкции. Это достигается тем, что в данной конкретной схеме предельно снижены энергетические потери и на контур регулирования переложена реализация всех (кроме функции силового преобразования электрической энергии) основных функций НКСН. Отступление от такого принципа проектирования НКСН приводит к существенному увеличению объема.

2.3. Некоторые практические схемы стабилизаторов

Изложенный метод проектирования НКСН был применен при разработке приведенных ниже стабилизаторов напряжения. На рис. 2.13 приведена схема НКСН с последовательным включением РЭ. Основные технические данные стабилизатора следующие: [/bi=24 В, /вых=17 В, /н=0,5 А. Коэффициенты



стабилизации и сглаживания - около 1000 при С2=.1 мкФ, выходное сопротивление 2-10-* Ом. При скачках тока нагрузки 0,25 А с фронтом 0,3 мкс перерегулирование не превышало 8-10 мВ.

Разработанный метод был применен при создания НКСН (рис. 2.14) с улучшенным качеством переходного процесса. В качестве силового транзистора РЭ был применен транзистор КТ908, а в качестве ОУ в несиловой

части--два усилителя 1УТ401Б.

Для повышения граничной частоты ОУ они были охвачены местной ООС, так что их общин коэффициент усиления составил 10. Это позволило получить следующие основные характеристики НКСН: Кст = = 10; 5 = 10 в интервале частот до 100 кГц; Гвыхос=10-* Ом. Введение местной ООС способствовало улучшению качества переходного процесса стабилизатора. При ступенчатом изменении /в or 0,25 до 0,5 А изменения выходного напряжения НКСН не превышали 5-8 мВ, а длительность переходного процесса 0,5-1 мкс, что превосходило аналогичные показатели стабилизатора с выходным конденсатором Сн = = 10- мкФ. Таким образом, при одновременном улучшении электрических показателей был существенно уменьшен объем НКСН за счет исключения конденсатора Сп-


Рис. 2.13. Принципнальная схема маломощного непрерывного компенсационного стабилизатора напряжения


Рис. 2.14 Принципиальная схема НКСН с расширенной полосой пропускания разомкнутого контура

2.4. Особенности разработки стабилизаторов напряжения на микросхемах

В настоящее время промышленность выпускает микроэлектронные стабилизаторы напряжения непрерывного действия К142ЕН. Стабилизаторы этой серии можно разделить на три основные

группы: стабилизаторы непрерывного действия с регулируемым выходным напряжением, с фиксированным выходным напряжением и с двуполярным входным и выходным напряжениями.

На рис. 2.15 приведена схема интегрального стабилизатора с регулируемым выходным напряжением типа К142ЕН1, 2 (А, Б). Сравнительно малое количество элементов в цепи усиления сигнала обратной связи и регулирования {Ti, Те, Tj), малое выходное

Опора.

Коррекция Вход! Коррекция


-j Выход I

Поиршпная

Тд--с3аш,ита

Выключатель

Рис. 2.15. Принципиальная схема микросхемы 142ЕН1

сопротивление составного транзистора, развязка дифференциального усилителя от источника опорного напряжения через делитель RvRi и эмиттерный повторитель Гг обеспечивают достаточно высокие стабилизирующие и динамические свойства данного стабилизатора.

Схема содержит элементы защиты от электрических перегрузок по току и короткому замыканию (Гд) и элементы выключения внешним сигналом {Tg, Дг, Ra).

Наличие выводов от отдельных узлов схемы позволяет улучшить отдельные характеристики за счет подключения внешнего-дополнительного источника питания (выводы 4, 8), дополнительного транзистора (выводы 13, 14, 16), фильтра шумов (выводьг 2, 6, 8, 12)., Выходное напряжение можно изменять с помощью внешнего резистивного делителя, данную схему можно использовать для стабилизации напряжений отрицательной полярности к Других цепей.

Маломощные интегральные транзисторы имеют коэффициент передачи тока /i2i340-=-60, мощный составной транзистор имеет общий коэффициент передачи тока /i2i3 1500-4000, предельные частоты всех транзисторов микросхемы примерно раиньГ и составляют /т = 300 МГц.



На рис. 2.16 приведена электрическая схема двухкаскадного интегрального стабилизатора напряжения типа К142ЕНЗ,4, пред--ставляющая собой дальнейшее усложнение рассмотренной выше. Схема состоит из следующих основных функциональных узлов:

источника опорного напряжения (Д,-Де, Ti-T)-,

узла сравнения и усиления сигнала рассогласования {Tj-Tu);

последовательного регулирующего элемента T2Q-T22;

узла защиты от перегрузок по току Т21, Ru-Rir,

узла защиты от теплового перегрева (7i8, Т19); . узла выключения стабилизатора внешним сигналом {Т-Тб).

Коррекция f\ 7


Выключение

Рис. 2.16. Принципиальная схема микросхемы 142ЕНЗ

%К(1/>рекция

Источник опорного напряжения, выполненный на обратно смещенных эмиттерных переходах Дь Дз, термокомпенсирован такими же прямо смещенными переходами д4-Де. Цепь Дь Дг служит для запуска схемы, в момент включения. Транзистор Тг является эмиттерным повторителем, образующим с цепями нагрузки три источника опорного напряжения для каскадов усиления и тепловой защиты. Использование на выходе источников опорного напряжения эмиттерных повторителей Т, Т5 позволяет получить выходные сопротивления порядка 1 Ом.

Узел сравнения и усиления сигнала рассогласования состоит из двух 1аскадов с раздельным входом эталонного напряжения. Благодаря такому раздельному входу практически исключается влияние положительной обратной связи по питанию. Конденсаторы Сь Сг емкостью около 30 пФ предназначены для устранения автоколебаний на высоких частотах.

Транзистор Тп служит в качестве демпфера бросков тока в цепи обратной связи при включении стабилизатора при малых выходных напряжениях и большой нагрузке. Этот транзистор 54

включается, когда разность потенциалов между базами транзисторов. Гд-Тю превышает t/э.б.вкл, что возможно только при работе стабилизатора в нелинейном режиме.

Узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий рассчитан на срабатывание при превышении предельно допустимого тока нагрузки на 20-25%. Тепловая защита выключает стабилизатор при температуре +175°С±10%.

На рис. 2.17 приведена схема интегрального стабилизатора К142ЕН5А, Б с фиксированным выходным напряжением. Данный интегральный стабилизатор напряжения, в отличие от предыдущих,


Рис. 2.17. Принципиальная схема микросхемы 142ЕН5

является функционально законченным, т. е. имеет в своем составе все необходимые электрические цепи и не требует (кроме выходного конденсатора) дополнительных внешних компонентов. Особенностью стабилизатора является построение источника опорного напряжения, уровень которого определяется шириной запрещенной зоны полупроводника и усилителя сигнала рассогласования, выполненного на транзисторах по схеме с общим эмиттером, а на его выходе - с общим коллектором, что обеспечивает высокий коэффициент усиления и низкое выходное сопротивление. - Такое схемотехническое построение обусловлено в основном двумя факторами - необходимостью использования низких уровней входных напряжений (для низковольтных стабилизаторов), которые могут быть ниже пробивных напряжений интегральных стабилизаторов, а также высоким уровнем токов нагрузки (ЗА), требующих создания мощного регулирующего транзистора с боль-



0 1 2 3 4 5 6 7 [8] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46


0.0311