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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Stabilizzatori di commutazione sul controller PWM KR1114EU4. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protettori di sovratensione Attualmente, sul mercato sono ampiamente rappresentati i microcircuiti (domestici e importati), che implementano un diverso insieme di funzioni di controllo PWM per la commutazione degli alimentatori. Tra i microcircuiti di questo tipo, KR1114EU4 (produttore: Kremniy-Marketing JSC, Russia) è piuttosto popolare. Il suo analogo importato è TL494CN (Texas Instrument). Inoltre, è prodotto da numerose aziende con nomi diversi. Ad esempio, (Giappone) produce il microcircuito IR3M02, (Corea) - KA7500, f. Fujitsu (Giappone) МВ3759.
Il chip KR1114EU4 (TL494) è un controller PWM per un alimentatore a commutazione che funziona a frequenza fissa. La struttura del microcircuito è mostrata in Fig.1.
Sulla base di questo microcircuito, è possibile sviluppare circuiti di controllo per alimentatori a commutazione push-pull e a ciclo singolo. Il microcircuito implementa una serie completa di funzioni di controllo PWM: generazione di una tensione di riferimento, amplificazione di un segnale di errore, generazione di una tensione a dente di sega, modulazione PWM, generazione di un'uscita a 2 cicli, protezione contro correnti passanti, ecc. Viene prodotto in un pacchetto a 16 pin, la piedinatura è mostrata in Fig. 2.
Il generatore di tensione a rampa integrato richiede solo due componenti esterni per impostare la frequenza: Rt e Ct. La frequenza del generatore è determinata dalla formula:
Per spegnere il generatore a distanza, è possibile utilizzare una chiave esterna per cortocircuitare l'ingresso RT (pin 6) all'uscita ION (pin 14) o cortocircuitare l'ingresso ST (pin 5) al filo comune. Il chip dispone di una sorgente di tensione di riferimento integrata (Uref = 5,0 V), in grado di fornire un flusso di corrente fino a 10 mA per polarizzare i componenti esterni del circuito. La tensione di riferimento ha un errore del 5% nel range di temperatura di funzionamento da 0 a +70°C. Lo schema a blocchi di uno stabilizzatore step-down pulsato è mostrato in Fig. 3.
L'elemento di regolazione RE converte la tensione CC in ingresso UBX in una sequenza di impulsi di una certa durata e frequenza, e il filtro di livellamento (induttanza L1 e condensatore C1 li converte nuovamente in una tensione costante di uscita. Il diodo VD1 chiude il circuito di corrente attraverso l'induttore quando RE è spento. Utilizzando il feedback, il circuito di controllo del sistema di controllo controlla l'elemento di regolazione in modo tale da ottenere la stabilità risultante della tensione di uscita Un. Gli stabilizzatori, a seconda del metodo di stabilizzazione, possono essere relè, modulati in frequenza di impulso (PFM) e modulati in larghezza di impulso (PWM). Negli stabilizzatori con PWM, la frequenza degli impulsi (periodo) è un valore costante e la loro durata è inversamente proporzionale al valore della tensione di uscita. La Figura 4 mostra impulsi con diversi cicli di lavoro Ks.
Gli stabilizzatori PWM presentano i seguenti vantaggi rispetto ad altri tipi di stabilizzatori:
L'unica differenza è che i circuiti PWM hanno un circuito di controllo relativamente complesso. Ma lo sviluppo di circuiti integrati del tipo KR1114EU4, contenenti al suo interno la maggior parte delle centraline con PWM, consente di semplificare notevolmente gli stabilizzatori di impulsi. Il circuito di uno stabilizzatore step-down a impulsi basato su KR1114EU4 è mostrato in Fig. 5.
La tensione di ingresso massima dello stabilizzatore è 30 V, è limitata dalla tensione drain-source massima consentita del transistor ad effetto di campo a canale p VT1 (RFP60P03). Il resistore R3 e il condensatore C5 impostano la frequenza del generatore di tensione a dente di sega, che è determinata dalla formula (1). Dalla sorgente di tensione di riferimento (pin 14) D1, attraverso un partitore resistivo R6-R7, parte della tensione di riferimento viene fornita all'ingresso invertente del primo amplificatore di errore (pin 2). Il segnale di feedback attraverso il divisore R8-R9 viene alimentato all'ingresso non invertente del primo amplificatore di errore (pin 1) del microcircuito. La tensione di uscita è regolata dal resistore R7. Il resistore R5 e il condensatore C6 eseguono la correzione della frequenza del primo amplificatore. Va notato che i driver di uscita indipendenti del microcircuito garantiscono il funzionamento dello stadio di uscita sia in modalità push-pull che a ciclo singolo. Nello stabilizzatore, il driver di uscita del microcircuito è acceso in modalità a ciclo singolo. Per fare ciò, il pin 13 è collegato al filo comune. Due transistor di uscita (i loro collettori sono i pin 8, 11, gli emettitori sono i pin 9, 10) sono collegati secondo un circuito di emettitore comune e funzionano in parallelo. In questo caso la frequenza di uscita è uguale alla frequenza del generatore. Lo stadio di uscita del microcircuito attraverso un divisore resistivo R1-R2 controlla l'elemento regolatore del regolatore: transistor ad effetto di campo VT1. Per un funzionamento più stabile dello stabilizzatore sull'alimentazione del microcircuito (pin 12), è incluso il filtro LC L1-C2-C3. Come si può vedere dallo schema, quando si utilizza KR1114EU4 è necessario un numero relativamente piccolo di elementi esterni. È stato possibile ridurre le perdite di commutazione e aumentare l'efficienza dello stabilizzatore grazie all'utilizzo di un diodo Schottky (VD2) KD2998B (Unp=0,54 V, Uarb=30 V, lpr=30 A, fmax=200 kHz). Per proteggere lo stabilizzatore dalle sovracorrenti, viene utilizzato un fusibile autoripristinante FU1 MF-R400. Il principio di funzionamento di tali fusibili si basa sulla proprietà di aumentare notevolmente la loro resistenza sotto l'influenza di un determinato valore di corrente o temperatura ambiente e di ripristinare automaticamente le loro proprietà quando queste cause vengono eliminate. Lo stabilizzatore ha la massima efficienza (circa il 90%) alla frequenza di 12 kHz e l'efficienza con potenza di uscita fino a 10 W (Uout = 10 V) raggiunge il 93%. Dettagli e design. I resistori fissi sono di tipo S2-ZZN, i resistori variabili sono SP5-3 o SP5-2VA. Condensatori C1 C3, C5-K50-35; C4, C6, C7 -K10-17. Il diodo VD2 può essere sostituito con qualsiasi altro diodo Schottky con parametri non peggiori di quelli sopra, ad esempio 20TQ045. Il chip KR1114EU4 è sostituito da TL494LN o TL494CN. Induttanza L1 - DM-0,1-80 (0,1 A, 80 µH). L'induttore L2 con un'induttanza di circa 220 μH è realizzato su due nuclei magnetici ad anello piegati insieme. MP-140 K24x13x6,5 e contiene 45 spire di filo PETV-2 da 01,1 mm, posate uniformemente in due strati attorno all'intero perimetro dell'anello. Tra gli strati ci sono due strati di tessuto verniciato. LShMS-105-0.06 GOST 2214-78. Il fusibile autoripristinante tipo MF-RXXX può essere selezionato per ciascun caso specifico. Lo stabilizzatore è realizzato su basetta da 55x55 mm. Il transistor è installato su un radiatore con una superficie di almeno 110 cm2. Durante l'installazione si consiglia di separare il filo comune della parte di potenza e il filo comune del microcircuito, nonché di ridurre al minimo la lunghezza dei conduttori (soprattutto della parte di potenza). Lo stabilizzatore non necessita di regolazione se installato correttamente. Il costo totale degli elementi radio stabilizzatori acquistati era di circa 10 dollari, e il costo del transistor VT1 era di 3...4 dollari. Per ridurre il costo, invece del transistor RFP60P03, è possibile utilizzare il più economico RFP10P03, ma, ovviamente, ciò peggiorerà leggermente le caratteristiche tecniche dello stabilizzatore. Lo schema a blocchi di uno stabilizzatore parallelo di impulsi di tipo boost è mostrato in Fig. 6.
In questo stabilizzatore, l'elemento di regolazione RE, funzionante in modalità impulso, è collegato in parallelo al carico Rh. Quando RE è aperto, la corrente proveniente dalla sorgente di ingresso (Ubx) scorre attraverso l'induttore L1, immagazzinando energia al suo interno. Allo stesso tempo, il diodo VD1 interrompe il carico e non consente al condensatore C1 di scaricarsi attraverso RE aperto. La corrente al carico durante questo periodo di tempo proviene solo dal condensatore C1. Nel momento successivo, quando RE è chiuso, la fem di autoinduzione dell'induttore L1 viene sommata alla tensione di ingresso e l'energia dell'induttore viene trasferita al carico. In questo caso, la tensione di uscita sarà maggiore della tensione di ingresso. A differenza dello stabilizzatore step-down (Fig. 1), qui l'induttore non è un elemento filtrante e la tensione di uscita diventa maggiore della tensione di ingresso di una quantità determinata dall'induttanza dell'induttore L1 e dal ciclo di lavoro dello elemento di controllo RE.
Il diagramma schematico di uno stabilizzatore di boost di impulsi è mostrato in Fig. 7.
Utilizza sostanzialmente gli stessi componenti elettronici del circuito stabilizzatore step-down (Fig. 5). L'ondulazione può essere ridotta aumentando la capacità del filtro di uscita. Per un avvio “più morbido”, il condensatore C1 è collegato tra il filo comune e l'ingresso non invertente del primo amplificatore di errore (pin 9). Resistenze fisse - S2-ZZN, variabili - SP5-3 o SP5-2VA. Condensatori C1 C3, C5, C6, C9 - K50-35; C4, C7, C8 - K10-17. Transistor VT1 - IRF540 (transistor ad effetto di campo a canale n con Uсi=100 V, lc=28 A, Rсi=0,077 Ohm) - è installato su un radiatore con una superficie effettiva di almeno 100 cm2. L'acceleratore L2 è lo stesso del circuito precedente. È preferibile accendere lo stabilizzatore per la prima volta con un carico piccolo (0,1...0,2 A) e una tensione di uscita minima. Quindi aumentare lentamente la tensione di uscita e la corrente di carico fino ai valori massimi. Se gli stabilizzatori step-up e step-down funzionano dalla stessa tensione di ingresso Uin, la loro frequenza di conversione può essere sincronizzata. Per fare ciò (se lo stabilizzatore buck è il master e lo stabilizzatore step-up è lo slave) nello stabilizzatore step-up è necessario rimuovere il resistore R3 e il condensatore C7, chiudere i pin 6 e 14 del chip D1 e collegare il pin 5 di D1 al pin 5 del chip D1 dello stabilizzatore step-down. In uno stabilizzatore di tipo boost, l'induttore L2 non partecipa all'attenuazione dell'ondulazione della tensione continua in uscita, pertanto, per un filtraggio di alta qualità della tensione di uscita, è necessario utilizzare filtri con valori sufficientemente grandi di L e C. Ciò comporta quindi un aumento del peso e delle dimensioni del filtro e dell'apparecchio nel suo complesso. Pertanto, la densità di potenza di uno stabilizzatore step-down è maggiore di quella di uno stabilizzatore step-up. Autore: S. Shishkin, Sarov, regione di Nizhny Novgorod.
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Commenti sull'articolo: Alexander In Fig. 1 (E2) dovrebbe essere 10pin, 12pin è erroneamente indicato Paul Alessandro ha ragione. Davvero (E2) sull'uscita 10, non 12. E non possono esserci due dodicesime uscite. Sì, con funzioni diverse. Sii più attento a queste cose, in tali questioni. Non buttare un mozzicone di sigaretta. Sì, questo non può essere fatto da nessuna parte e comunque. Spiacente.
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