Каталог статей

Главная » Все схемы » Источники питания » Блоки питания (импульсные)

Выбранная схема!!!


2145
Маломощный ИИП на микросхеме VIPer17



Новая микросхема VIPer17 фирмы STMicroelectronics позволяет строить импульсные источники питания мощностью до 12 Вт с высоким КПД и сверхмалым потреблением энергии в ждущем режиме (не более 50 мВт). Микросхема содержит элементы двух независимых контуров управления выходным напряжением и два контура ограничения тока коммутирующего транзистора, что значительно повышает надежность блока питания. Но воспользоваться преимуществами этой микросхемы нелегко: она не входит в базы данных программ автоматизированного проектирования, весьма сложен рекомендуемый фирмой-производителем расчет сопротивления внешних резисторов. Автор предлагаемой статьи в процессе разработки ИИП успешно преодолел эти трудности с помощью программы VDS и электронной таблицы Microsoft Excel.

Вконце 2008 г. семейство специализированных микросхем для импульсных источников питания (ИИП) пополнилось новым поколением — VIPerX7. Новые микросхемы существенно отличаются от VIPerX2, хотя относятся к той же группе мощности. Внутренняя структура микросхемы VIPer17 и принципы построения ИИП на ее основе подробно описаны в [1].

Схема маломощного ИИП на микросхеме VIPer17 показана на рис. 1.

Основные технические характеристики

Напряжение питающей сети,

В ......................176...244

Частота преобразования,

кГц .........................115

Выходное напряжение, В...........9

Выходной ток, А...................1

Амплитуда пульсаций выходного напряжения, мВ, не более ........................10

Коэффициент стабилизации

по напряжению, не менее ... .2000

Выходное сопротивление, Ом.....0,3

КПД, %, не менее.................80

Микросхема DA1 VIPer17HD обеспечивает важные функциональные особенности ИИП: устойчивость к повышению напряжения сети благодаря высокому пробивному напряжению (более 800 В) коммутирующего транзистора; регулируемое защитное отключение ИИП при снижении сетевого напряжения менее 140 В и последующее авто-

матическое включение при увеличении более 184 В (так называемая функция Brown-out); "мягкий" пуск длительностью 8,5 мс; контроль каждого импульса выходного напряжения и защитное отключение ИИП после превышения заданного уровня в четырех импульсах подряд; автоматическое отключение при возрастании температуры кристалла микросхемы свыше 160°С и последующее включение после остывания до 130 °С; низкочастотная модуляция частоты преобразования с целью значительного снижения спектральной плот-

ности излучаемых помех; существенное снижение потребляемой мощности (менее 30 мВт при сетевом напряжении 220 В, 50 мВт — при максимальном сетевом напряжении) в дежурном режиме (standby).

Предлагаемый ИИП — обратноходо-вый преобразователь, принцип действия которых описан в [2]. При его реализации возникло несколько проблем. Основная — отсутствие этой микросхемы в базе данных программы автоматизированного проектирования импульсных источников питания VIPer Design Software (v.2.24) [2]. Другая проблема — сложный расчет сопротивления задающих режим резисторов R1—R5. Рассмотрим пути решения этих проблем.

Выполним проектирование импульсного трансформатора Т1. Выберем магнитопровод КВ10 из феррита 2500НМС1. Запускаем программу VIPer Design Software (v.2.24). В окне Input Parameters устанавливаем стандартные пределы изменения сетевого напряжения 220 VAC Range (176...264 В), для выходных параметров в окне Parameters Mains Output выбираем выходное напряжение 9 В и ток 1 А. В окне VIPer and Regulation Parameters оставляем выбранную программой по умолчанию микросхему VIPer53, но в поле Reflected Voltage вместо значения "по умолчанию" 80 В установим 150 В. Поле для частоты коммутации Switching Frequency заполним значе-

нием 115 кГц, как у VIPer17HD. В окне Transformer Design отмечаем пункт User Defined, а затем заполняем поле Primary Inductance значением 2,52 мГн. В разделе Winding Turns отмечаем пункт Force Input Turns и заполняем поле для первичной обмотки Input числом 64. Отметив пункты Fixed в разделах Core Size и Core Material, выбираем RMI0 и N67 соответственно. Нажав на экранную клавишу Apply, получаем конструктивные данные трансформатора: первичная обмотка (I) — 64 витка провода диаметром 0,41 мм, выходная (III) —





5 витков провода диаметром 1,8 мм, обмотка связи (II) — 8 витков провода диаметром 0,07 мм. Немагнитный зазор на центральном керне — 0,19 мм.

В первом контуре ограничение и стабилизацию выходного напряжения выполняет узел отрицательной обратной связи с выхода ИИП на вход FB микросхемы DA1. Этот узел содержит оптрон U1, микросхему DA2, резисторы R6, R7, R9—R13 и конденсаторы С6, С7, С12. Узел не имеет никаких особенностей по сравнению с аналогами, описанными в

статьях [3,4]. Во втором контуре напряжение обмотки связи (II), выпрямленное диодом VD2, через делитель R5R4 поступает на вход CONT микросхемы DA1, что приводит к ограничению и стабилизации напряжения этой обмотки, которое пропорционально выходному напряжению ИИП. Так осуществляется дополнительный контроль выходного напряжения в каждом импульсе, что существенно повышает надежность ИИП: он остается работоспособным и его выходное напряжение стабильно даже при обрывах цепей оптрона U1 и микросхемы DA2. Резистор R4 выполняет еще одну функцию: его сопротивление определяет порог срабатывания

первого контура защиты по току стока коммутирующего транзистора.

Обмотка связи (II) использована также для питания микросхемы DA1 Выпрямленное диодом VD5 и сглаженное конденсатором С8 напряжение этой обмотки подано на вывод Vdd микросхемы DA1 относительно ее общего провода SOURCE (он же вывод истока коммутирующего транзистора).

Рассчитаем сопротивления задающих режим резисторов R1—R5. В справочных данных на микросхему [1] приведены соответствующие уравнения. Предполагается, что после ориентировочного выбора сопротивлений этих резисторов необходимо подставить их значения в предлагаемую систему уравнений, а затем решить ее относительно искомых значений напряжения и тока. В зависимости от полученных результатов могут потребоваться повторные вычисления. Однако эту рутинную многократную вычислительную работу можно поручить компьютеру. Для этого автором разработана электронная таблица VIPER17.XLS — документ Microsoft Excel.

Вид таблицы показан на рис. 2. Зеленые ячейки содержат исходные данные. В желтых ячейках выведены результаты расчетов, автоматически изменяющиеся после каждой корректировки исходных данных. Приведенный в качестве примера расчет показывает, что для реализации защитного отключения ИИП на вывод BR микро-

схемы следует подать выпрямленное напряжение сети через делитель, образованный последовательно соединенными резисторами R1 и R2 суммарным сопротивлением 3646 кОм и резистором R3 — 8,5 кОм. При замене этих значений на стандартные 3,6 МОм и 8.2 кОм уровни включения и выключения ИИП смещаются несущественно. Если в процессе вычислений сопротивления резисторов R1—R3 получились отрицательными, необходимо увеличить разность напряжений включения и выключения. Если защитное отключение ИИП не требуется, вывод BR микросхемы VIPer17 следует соединить с общим проводом ее питания SOURCE.

Сопротивление резистора R4 5,1...100кОм определяет максимальный ток коммутирующего транзистора на уровне 0,1 ...1 от предельного значения 0,4 А первого контура ограничения тока. Например, как показано на рис. 2, для ограничения тока на уровне 0,95x0,4 = 0,38 А следует выбрать резистор R4 сопротивлением 46,1 кОм или принять ближайшее в ряду Е24 стандартное значение 47 кОм. Микросхема VIPer17 содержит также второй контур ограничения тока на уровне 0,6 А.

Исходя из соотношения числа витков выходной III и вспомогательной II обмоток импульсного трансформатора, а также предела выходного напряжения во втором контуре ограничения/стабилизации , (9,5 В), программа VIPER17.XLS опре- ' делила сопротивление резистора R5 — 205,2 кОм, учитывая прямое падение напряжения на выпрямительных диодах в цепи вторичной обмотки (VD6) и обмотки связи (VD2). Если вывод CONT микросхемы оставить свободным, в первом контуре ток стока коммутирующего транзистора будет ограничен на максимальном уровне 0,4 А и не будет работать второй контур контроля выходного напряжения.

Печатная плата (рис. 3) выполнена из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,2...1,5 мм. На противоположных сторонах платы проводники соединяют двусторонней про-пайкой выводов соответствующих элементов. В отверстие печатного провод-

ника, соединенного с выводами 13—16 микросхемы DA1, следует вставить отрезок провода и припаять его концы к печатным проводникам с обеих сторон платы. Плата с расположенными на ней деталями показана на фото (рис. 4).

В процессе изготовления рекомендованного программой импульсного трансформатора Т1 вначале была намотана первая секция 1.1 первичной обмотки из 35 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,41 мм без межслойной изоляции. Затем проводом ПЭВ-2 диаметром 1,4 мм на подходящей оправке намотана выходная обмотка III и установлена на первую секцию, после нее — обмотка связи II проводом ПЭВ-2 диа-

метром 0,1 мм, последней — вторая секция первичной обмотки I.2 из 29 витков. Все обмотки изолированы друг от друга двойными слоями лакоткани общей толщиной 0,1 мм. Для получения индуктивности 2520 мкГн программа рекомендовала одинарный зазор 0,19 мм на центральном керне. Эквивалентный рекомендованному зазор был получен с помощью вставок 0,08 мм на центральном и наружном кернах (два зазора уменьшенной примерно вдвое длины вместо одинарного), измеренная индуктивность составила требуемые 2520 мкГн. Трансформатор Т1 закреплен пайкой монтажных клипсов в соответствующие отверстия печатной платы. Этот трансформатор можно выполнить и на другом магнитопроводе, как рекомендовано в статье [5], но в этом случае придется изменить расположение проводников на печатной плате.

Дроссель сетевого фильтра L1 — от неисправного импортного зарядного устройства для малогабаритных аккумуляторов. Он намотан на магнитопроводе Е13/7/4 с двухсекционным каркасом двумя проводами (каждый — в своей секции) до заполнения каркаса. Измеренная индуктивность каждой обмотки — 60 мГн. При самостоятельном изготовлении можно использовать провод ПЭВ-2 диаметром 0,12 мм. Допустимо применить двухсекционный броневой магнитопровод Б14. Индуктивность дросселя L1 особого значения не имеет, важно, чтобы она была достаточна для нормального функционирования сетевого фильтра. Для этого нужно, чтобы обмотки были симметричными и заполнили всю доступную площадь окна магнитопровода. Дроссель L2 — высокочастотный ДМ-3.

Все резисторы — МЛТ Оксидные конденсаторы С4, С8, СЮ, С11 — фирмы СарХоп, остальные — пленочные или керамические. Номинальное напряжение конденсаторов С1—СЗ — не ниже 400 В; С5—С7, С12 — 50 В; С9 -1 кВ. Оптрон 4N35 (U1) можно заменить аналогичным из серии АОТ128.

Микросхема VIPer17HD (DA1) для поверхностного монтажа использована

как более доступная, чем VIPerl 7HN для монтажа в отверстия. Как рекомендовано в [1], теплоотводом для микросхемы поверхностного монтажа служат металлизированные площадки на печатной плате со стороны элементов, соединенные с выводами истока и стока коммутирующего транзистора микросхемы. Вместо VIPer17HD можно применить VIPerl7HN, но при этом потребуется изменение печатной платы.

Диоды VD3, VD4, VD6 установлены перпендикулярно плате и соединены по схеме навесным монтажом. Защитный диод 1.5КЕ440 (VD3), демпфирующий выбросы напряжения индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора, допустимо заменить цепью из параллельно соединенных резистора МЛТ-2 сопротивлением 15 кОм и конденсатора емкостью 6800 пФ с номинальным напряжением не менее 1 кВ.

Налаживание ИИП заключается в установке выходного напряжения подбором резистора R9, а также проверке защитного отключения при перегрузке и снижении сетевого напряжения.

Испытания ИИП показали его высокие эксплуатационные параметры: при номинальном токе нагрузки 1 А ток стока коммутирующего транзистора не превышал 0,3 А, работа происходила только в режиме прерывистого тока во всем интервале сетевого напряжения 176...264 В без перегрева микросхемы. Только когда выходной ток превышал 1,5 А, возникал

перегрев. В случае необходимости эксплуатации ИИП с выходным током более 1,2 А на микросхему потребуется установить дополнительный тепло-отвод, для чего на плате (рис. 3 и 4) предусмотрены два отверстия диаметром 2,5 мм. Устройство также было испытано с теплоотводом из дюралюминия с площадью поверхности 18 см2, который был установлен на микросхему DA1 с использованием теплопроводя-щей пасты. При температуре окружающей среды 28 °С устройство могло длительно отдавать в нагрузку ток 1,5 А. Возрастание тока нагрузки выше 2 А вызывает отключение преобразователя из-за превышения амплитудой импульсов тока коммутирующего транзистора микросхемы DA1 уровня 0,4 А. После увеличения сопротивления нагрузки работа преобразователя автоматически возобновлялась.

Предлагаемый ИИП создан автором для замены трансформаторного сетевого адаптера с выходным напряжением 9 В и током 0,5 А в домашнем бесшнуровом телефоне Panasonic КХ-ТС1713. Поскольку этот блок питания был включен круглосуточно, его замена на ИИП позволила получить существенную экономию электроэнергии. ИИП также мо-

жет быть применен для питания различных компьютерных периферийных устройств.

ЛИТЕРАТУРА

1. VIPerl 7. Off-line high voltage converters. — < www.st.com/stonline/products/literature ds/14419/VIPer 17.pdf >.

2. Косенко С. Эволюция обратноходовых импульсных ИП. — Радио, 2002, № 6, с. 43,44; № 7, с. 47, 48; № 8, с. 32—35; № 9, с. 24—26.

3. Косенко С. VIPer-коммутируемый импульсный ИП для УМЗЧ. — Радио, 2004, № 10, с. 17—19.

4. Косенко С. Проектирование импульсного стабилизированного понижающего преобразователя. — Радио, 2005, № 9 с. 31—33.

5. Косенко С. Подбор отечественных аналогов импортных трансформаторов в об-ратноходовом преобразователе. — Радио, 2006, №5, с. 31.

От редакции. Файл электронной таблицы размещен на нашем FTP-сервере по ! адресу <ftp://ftp. radio, ru/pub/2009/11/ j VIPER 17.XLS>.

Редактор — M. Евсиков, графика — M. Евсиков, фото — автора


Категория: Блоки питания (импульсные) | Добавил: Администратор (10.10.2011)
Просмотров: 9747 | Рейтинг: 4.5/2


Всего комментариев: 0

Все ссылки на книги и журналы, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления, авторские права на эти публикации принадлежат авторам книг и издательствам журналов! Подробно тут!
Жалоба

Пожалуйста оставьте свои комментарии !!!!

Имя *:
Email:
Код *:


ElectroTOP - Рейтинг сайтов
Copyright Zloy Soft (Company) © 2008 - 2016