Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



шими топологическими размерами. Такая схема позволяет получить необходимые электрические характеристики при использовании сравнительно малого количества компонентов (транзисторов с 213804-100), тем самым облегчая условия выделения значительной площади кристалла для мощного транзистора.

Источник опорного напряжения построен на транзисторах Гг- Гб и резисторах R2-/??• Стабильное опорное напряжение поддерживается на коллекторе транзистора Г5; его значение устанавливается резистивным -делителем /?2з- Температурная компенсация в источнике опорного напряжения осуществляется с помощью транзисторов Г4, Гз-соответствующим выбором плотностей, проходных токов (резисторы Rz, Re) - Сигнал рассогласования выделяется транзистором Г5 и затем усиливается усилителем, содержащим элементы T-Г9, Дз, R-Rq. Термокомпенсация в усилителе выполняется транзистором Гд и диодом Дз. Регулирующим элементом служат транзисторы Ти, Г15.

Рассматриваемая схема интегрального стабилизатора имеет в <воем составе дополнительные узлы: запуска Т\, Ru защиты от перегрузок- по току, и короткому замыканию Г13, Ri3-R\6, тепловой защиты Гц, Г12, Дь Rn, Ri2- Генераторы стабильного тока Гю, Tie, Г17 служат для обеспечения электрического режима всех уз-.лов интегрального стабилизатора.

В рассматриваемых схемах интегральных стабилизаторов на-пряжения компоненты имеют следующие основные параметры:

Транзисторы п-р-п /1213 504-100;

Транзисторы р-п-р /12133-=-10;

Стабилитроны [/ст = 6,3-б;5 В; aei/3.6~2 мВ/С.

Основные технические параметры интегральных стабилизаторов Напряжения представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Тип стабилизатора

Параметры

/„.А

К и. %/в

сз 2

К142ЕН1,2А

0,15

3-12

0,3/0,03*

0,01

4/2,5*

12-30

К142ЕН1,2Б

0,15

3-12

0,1/0,01*

0,01

4/2,5*

12-30

К142ЕНЗ

,1,0

3-30

0,05

0,01

К142ЕН4

3-30

0,05

0,01

:К142ЕН5А

5±1%

0,05

0,02

К142ЕН5Б

6±1%

0,05

0,02

КИ2ЕН6

+5+15

0,005

0,02

о;01

* Указывается значение параметра прн раздельном питании регулирующего элемента и схемы управления.

о)

Типовые параметры интегральных стабилизаторов, как правило, имеют в 2-5 раз лучшие значения по отношению к регламентированным. Если микросхемы не могут быть непосредственно применены в разрабатываемых ИВЭП, то они дополняются внешними элементами. Обычно эти дополнения преследуют две основные цели. Во-первых, вводится более мощный транзистор в РЭ, если вы.чодная мощность микросхемы недостаточна , для выполнения требований ) технического задания. В этом случае необходимо провести энергетический расчет РЭ с целью обеспечения минимальной рассеиваемой мощности и допустимого температурного режимаполупроводциковых при-* боров. Во-вторых, для обеспечения требуемых динамических характеристик к микросхемам подключаются корректирующие цепи, которые в силу особенностей технологического процесса не могут 6jJTb изготовлены одновременно с другими компонентами микросхемы.

Стабилизаторы К142ЕН1,2 и К142ЕНЗ,4 отличаются коэффициентом передачи контура регулирования и количеством звеньев в нем. Однако общность схемотехнических решений, идентичность условий применения позволяют вырабатывать единый подход к формированию необходимых динамических свойств. Для дальнейшего анализа примем, что у - всех указанных стабилизаторов постоянные времени звеньев (4

у 142ЕН1,2 и 5 у 142ЕНЗ,4) одинаковы и равны, примерно 2-10-8 с. Тогда ЛАХ электронного тракта без корректирующих цепей и выходного конденсатора в асимптотах примет вид, показанный на рис. 2.18.

Учитывая специфику микроэлектронных стабилизаторов для формирования их частотных характеристик, в больщинстве случаев целесообразно ограничиться одной корректирующей цепью. Для сохранения полосы пропускания контура регулирования стабилизатора целесообразно рассмотреть два случая. В первом случае Сн включается обязательно, во втором Си может отсутствовать, т. е. С„ = 0.

В качестве исходной желаемой частотной характеристики для обоих случаев выбираем характеристику, представленную на рис. 2.11. Характеристика такого вида является частным случаем-желаемой ЛАХ, рассмотренной в [3]. Если на выбранную характеристику будет наложена ЛАХ выходной цепи стабилизатора при наличии Сн, то. суммарная частотная характеристика примет вид, показанный на рис. 2.18,6. В этом случае емкость С» ограничена снизу условием нахождения частоты среза соср на участке ЛАХ с наклоном -20 дБ/декада.

Рис. 2.18. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика контура 142ЕН1: а - без коррекции; б - при Св=0; в -при Сн>0



Если Сн отсутствует или изменяется в неограниченных пределах, то исходная характеристика (рис. 2.19) должна быть смещена так, чтобы Мер попала в интервал частот между 00к1>00к2 (см. рис. 2.11). Этот случай является более общим по отношению к первому, но ограничиваться только им нецелесообразно, поскольку полоса пропускания контура регулирования здесь меньше (о)к1 на рис. 2.11 меньше, чем coki на рис. 2.18).

Несиловая коррекция должна быть включена в цепь управления РЭ (рис. 2.19). Элементы-корректирующей цепи с учетом обозначений, данных на рис. 2.19, определяются следующими выражениями:

-УПТ-:- (2.36)

(р-1)(1+-?упт/ВХРэ)

C„=l/co,2i?„, (2.37) где p = KocN для СнО; р = /Срос/Л для Сн>0;

N = 25; КосКог, вх РЭ = вг + (2 + 1) [Гы + гэ, + (Гэг + н) (1 +1)1. Для обеспечения требуемых динамических характеристик нерб-

ходимо устано]?ить следующие соотношения между сош, оока и соэ.т для СнО:

(о„1 = (0,1-0,2)(Оз../р; (2.38)

(о«2 = (0,1-0,2)(0э.т; (2.39)

(Оэ.т = 2я/гр.э.т.ынн, (2.40)

где соэ.т - граничная частота электронного тракта; для Сн>0

»к1 = «к2/Кр. (2-41)

Для типовых и максимальных значений коэффициента усиления контура регулирования в табл. 2.2 приведены значения параметров элементов корректирующей цепи.

Таблица 2.2

К142ЕН1,2

К142ЕНЗ,4

Тип стабилизатора

Сн>0

/СРос»/(ст

Rk, Ом Ск, пФ

200 355 560

800 90 2 040

•200 60 3 500

800 15 14 000

400 77 2 600

1 500 20 10 000

400 22 9 000

1 500 5

37 ООО

Пример. На основе микросхемы К142ЕН1 необходимо разработать стабилизатор напряжения (являющийся оконечным каскадом ИВЭП) с [/н=12В; /н = 1,5А (остальные параметры те же, что и в примере расчета интегрального гибридного НКСН).

Поскольку в основном ФНЧ в данном случае уже определена, расчет стабилизатора следует начать с этапа 3 метода проектирования НКСН. Для тр=\ получим

РЭ = к.э.гр (1 + /Пр) = 1 (1 + 1) = 2В.

Тогда

П.МИН

= 12-f 2 + 0,75= 14,75 В; п.макс= 14,75/(1-0,2)= 18.4 В. По £/«.ыакс и /ж выбирается транзистор 2Т908.

> 16 13

Рис. 2.19. Схема включения коррекции


Рис. 2.20. Принципиальная схема НКСН на микросхеме 142ЕН1

Принимаем, что цепь .коррекции будет включена в цепь базы РЭ (т. е. транзистора 2Т908);

1) по известному для ИМС Кет определяем КРос (принимая, как и ранее,

Рэв =1.2); .

К Рос = ст /„.нзкЛэв = 200.18,4/12.,! ,2 = 256; 2) считаем, что Юэ.т определяется транзистором 2Т908, т. е.

0,2.6,28.10»

2.10*

511. И

2.10*

= 22ГОм; С =

= 2,45.10* 1/с;

6.28-10».22

= 7,2 нФ.

8,43-10

В соответствии с проведенными расчетами принципиальная схема НКСН приведена иа рис. 2.20.

2.5. Некоторые практические схемы микроэлектронных стабилизаторов напряжения

Интегральные стабилизаторы с регулируемым выходным напряжением в наибольшей степени отличаются от классических схем НКСН. Схемотехническая функциональная незавершенность таких микросхем позволяет за счет раз* личных способов включения дополнительных внешних радиокомпонентов создавать схемы стабилизаторов напряжения, обладающих лучшими параметрами



no сравнению с собственными, параметрами микросхем, а также создавать различные модификации стабилизаторов напряжения.

Кроме основного функционального назначения такие интегральные микро-.схемы могут быть использованы для создания различных узлов ИВЭП другого функционального назначения. В частности, на основе интегральных микро-•схем с РЭ последовательного типа можно создавать схемы параллельных импульсных стабилизаторов напряжения, стабилизаторов тока, активных сглаживающих фильтров, автогенераторов, пороговых устройств и т. д. Пороговые свойства в сочетании с основными свойствами таких интегральных микросхем (автоматического слежения и регулирования) могут быть эффективно использованы для создания различных схем защиты от перегрузок по току и перенапряжений.

На рис. 2.21,а показана схема функционально законченного стабилизатора напряжения компенсационного типа на основе интегральной микросхемы


Рис. 2.21. Схемы НКСН на микросхемах К142ЕН1,2

К142ЕН1. Она позволяет получить стабилизированное выходное напряжение положительной полярности; -при этом с помощью резистора /?, внещнего резистивного делителя можно установить требуемое значение выходного напряжения в определенном интервале регулирования.

Внешние элементы данной схемы выбираются из условий обеспечения необходимых электрических режимов микросхемы. Так, сопротивление Д2 рези-етивного делителя выбирается из условий равенства или превышения минимально допустимого тока делителя, т. е. /д1,5 мА, и обычно составляет i?2~2,4 кОм. Сопротивление Ri выбирается таким, чтобы обеспечить регулировку (подстройку) выходного напряжения в заданных пределах, и, как правило, /?1<20 кОм.

- В рассматриваемоТ! схеме резистором R3-R5 работают в цепях защиты от перегрузок по току. С помощью делителя RRs задается напряжение на базу транзистора защиты. Резистор R3 служит в качестве датчика тока в схеме защиты от перегрузок по току. Сопротивления этих резисторов выбираются из следующих условий.

э.б 79

«5 =

и.прг

э.б Г4

где 1/эбГ4=/эбг9«0,70 В (см. рис. 2.15); /д = 0,3 мА; /н.прг - ток срабатывания защиты; при эгом /?4 = 2 кОм=соп51.

Защита от перегрузки по току срабатывает, когда приращение на резисторе Рз равно или превышает 0,7 В. В этом случае транзистор защиты микросхемы открывается и шунтирует регулирующий транзистор.

Схемы других стабилизаторов напряжения компенсационного типа на основе микросхемы К142ЕН2 приведены иа рис. 2.21,б,в.

Определенный. интерес представляет собой возможность использования микросхем для стабилизации отрицательного напряжения. На рис. 2.22 показана схема стабилизатора напряжения с общим плюсом, имеющая два внеш-

- о-

-f о-

дтл

Kffff,2


ГТША

f6 f,2K-

-o-h

Puc. 2.22. Стабилизатор напряжения отрицательной полярности



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


0.0142