SMPS stabilizzati con commutazione VIPER - dal caricatore. Schema, descrizione

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SMPS stabilizzati con commutazione VIPER - dal caricatore

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Nell'articolo dell'autore "ViPer-100A e caricatore "tascabile" basato su di esso"("Radio", 2002, n. 11) è stato descritto un dispositivo per caricare le batterie delle auto. In questo articolo viene descritto come trasformarlo in una fonte di energia stabilizzata mediante una semplice modifica.

In [1] è stato descritto un caricabatterie basato sul microcircuito VIPer-100A, che fornisce la corrente di carica necessaria per la batteria all'inizio e la tensione su di essa alla fine della carica. Durante lo sviluppo non sono stati posti requisiti speciali ai suoi parametri.

Tuttavia è possibile, attraverso una semplice modifica, trasformare questo caricabatterie in una fonte di alimentazione stabilizzata dalle prestazioni molto elevate.

Per fare ciò, passiamo al programma di progettazione assistita da computer per SMPS basato su microcircuiti VIPer [2] e nella fase di determinazione del tipo di uscita del filtro di uscita (vedere Fig. 9 in [2]), invece del Direct installato, selezionare Self: un filtro LC standard a forma di U. Di conseguenza, dovremo restringere i requisiti per il valore dell'ondulazione di tensione all'uscita del dispositivo: nella sezione Ripple di uscita nella finestra First Cell Ripple, impostarlo su 0,5 V e Second Cell Ripple su 0,02 V. Nel programma barra degli strumenti

DS (vedi Fig. 6 in [2]) cambiamo il metodo di regolazione Regolazione Primaria in Regolazione Secondaria. Di conseguenza, il circuito SMPS mostrato in Fig. 2 in [1], cambierà leggermente. Un frammento dello schema modificato è mostrato in Fig. 1. La numerazione degli elementi prosegue quella precedentemente accettata. Sono esclusi i resistori R5R6 e il microamperometro PA1.

SMPS stabilizzati con commutazione VIPER - dal caricatore

L'essenza delle modifiche si riduce all'introduzione di un circuito di controllo secondario nell'SMPS, grazie al quale i parametri della sorgente sono notevolmente migliorati: con una tensione di uscita di 13,6 V e una corrente di carico nominale di 6 A, l'ampiezza dell'uscita l'ondulazione di tensione non supererà i 15 mV. Ciò si ottiene aggiungendo al dispositivo il microcircuito DA2 e il fotoaccoppiatore U1. Il miglioramento nelle proprietà stabilizzanti dell'SMPS è particolarmente evidente in base alla sua caratteristica di carico mostrata in Fig. 2 (confrontare con Fig. 4 in [1]).

SMPS stabilizzati con commutazione VIPER - dal caricatore

Le prestazioni nel circuito di controllo secondario (dipende dal guadagno del fotoaccoppiatore Guadagno optoaccoppiatore) sono determinate dal resistore R8. C'è anche una proprietà fondamentalmente nuova dell'SMPS modificato: la capacità di regolare il tempo di avvio graduale, Soft Start Time, che dipende principalmente dalla capacità del condensatore C6. Per impostazione predefinita, DS imposta il guadagno del fotoaccoppiatore e il tempo di avvio graduale rispettivamente su 1 e 10 ms. Lasciamo invariato il tempo di avvio "soft" per l'SMPS aggiornato e aumentiamo il guadagno del fotoaccoppiatore a 2, per il quale passiamo alla finestra VIPer e parametri di regolazione (vedere Fig. 8 in [2]) e reimpostamo il parametro richiesto . I valori degli elementi del circuito di controllo secondario, calcolati dal programma e poi perfezionati durante la configurazione del dispositivo, sono mostrati in Fig. 1.

Durante il processo di regolazione, a seconda della tensione di uscita dell'SMPS, cambia il guadagno dell'amplificatore del segnale di errore nel controller PWM. Per fare ciò, il diodo emettitore dell'accoppiatore ottico U1 è collegato all'uscita del dispositivo attraverso un resistore limitatore di corrente R8 collegato in serie e il microcircuito DA2. Il resistore R12 è un reattore nel circuito di alimentazione dello stabilizzatore DA2 e il condensatore C12 è un soppressore di interferenze nel circuito di controllo. Il partitore resistivo R9 - R11 imposta il punto di funzionamento selezionando la corrente iniziale del diodo fotoaccoppiatore. Il flusso luminoso emesso dal diodo regola la corrente e, di conseguenza, la resistenza equivalente della sezione collettore-emettitore del fototransistor collegata in parallelo al circuito di compensazione R2C6.

Supponiamo che sotto l'influenza di fattori destabilizzanti la tensione di uscita dell'SMPS aumenterà. Di conseguenza, la tensione all'ingresso di controllo (pin 1) del chip DA2 e la corrente che lo attraversa aumenteranno. Pertanto, aumenterà anche la corrente del diodo emettitore e diminuirà la resistenza equivalente della sezione collettore-emettitore del fototransistor. Nei materiali di riferimento [3] in Fig. La Figura 10 mostra un grafico che illustra la dipendenza del guadagno di tensione dell'amplificatore del segnale di errore A3 (vedere Fig. 1 in [1]), che, quando la resistenza nel circuito di compensazione diminuisce, può diminuire di 27 dB o più rispetto al originariamente impostato uno. Pertanto, quando la resistenza risultante nel circuito di compensazione cambia, l'amplificatore del segnale di errore, regolando i parametri degli impulsi di commutazione, ripristina il valore di tensione precedente all'uscita dell'SMPS.

Un'ulteriore unità di feedback SMPS è assemblata su un piccolo pezzo di scheda (17,5x25 mm) per la prototipazione. È collegato al caricabatterie tramite l'induttore L2 e il condensatore C9 sulla scheda del caricabatterie viene sostituito con un'altra capacità più grande (6800 μF). Lo starter contiene 22 spire di filo PEV-2 1,5, spire avvolte per girare su un mandrino con un diametro di 3,8 mm, il suo conduttore magnetico è costituito da due tubi di ferrite con un diametro di 3,5 e una lunghezza di 20 mm, utilizzati in alta frequenza strozzature. Il terminale superiore dell'induttore secondo lo schema è saldato nel foro sulla scheda di memoria destinato al resistore R6. Inoltre un conduttore collega le uscite negative del caricabatterie e dell'unità aggiuntiva. I circuiti del collettore e dell'emettitore del fototransistor sono collegati, rispettivamente, all'ingresso di compensazione (pin 5) e al pin 4 del controller PWM utilizzando una coppia intrecciata di conduttori MGTF. Resistore trimmer R10 - SPZ-19A o altro di piccole dimensioni, condensatori C6-K53-30 o K53-19, C12 - KM-5, resistori - OMLT. Il chip domestico KR142EN19A è sostituibile con un analogo straniero TL431.

Un alimentatore stabilizzato non richiede quasi alcuna configurazione. Prima di accendere l'SMPS per la prima volta dopo la modifica, il resistore trimmer R10 viene impostato nella posizione più bassa secondo lo schema, un carico equivalente viene collegato all'uscita sorgente, quindi viene collegato alla rete. Spostando dolcemente la slitta lungo il circuito, misurare la tensione attraverso il carico e non appena diminuisce bruscamente da 15,3 a 13,6 V, la regolazione viene interrotta. In futuro, la tensione sul carico verrà mantenuta stabilmente a questo livello. La corrente del diodo emettitore dell'accoppiatore ottico in questo momento dovrebbe essere pari a 1...2 mA, che è molto inferiore al massimo consentito (15 mA). Ciò ci consente di sperare in un'elevata affidabilità del dispositivo sviluppato.

Si noti che per aumentare l'immunità al rumore, DS “consiglia” di collegare un condensatore con una capacità di 4...5 pF tra i pin 1 e 1000 del microcircuito DA2000.

Sul sito web della STMicroelectronics all'indirizzo è stata inserita una sezione FAQ (Frequently Asked Questions) nella quale chi è interessato può trovare risposte a domande relative al calcolo degli SMPS basati sui microcircuiti della serie VIPer. La stessa sezione, tradotta dall'autore in russo, con alcune aggiunte.

Letteratura

Kosenko S. VIPer-100A e un caricabatterie “tascabile” basato su di esso. - Radio, 2002, n. 11, pag. 30-32.
Kosenko S. Evoluzione degli alimentatori pulsati flyback. - Radio, 2002, n. 8, pag. 32-35.
VIPerSwich Mode Alimentatore Elyback SOFTWARE DI PROGETTAZIONE/Documentazione/Scheda tecnica/Viper100 - ViPer100A: p. 1-20, febbraio 2001.

Autore: S. Kosenko, Voronezh

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