Импульсный стабилизатор напряжения (стр. 3 из 4)
53. Габаритная мощность дросселя, Вт:
.54. По величине
и 
определяем плотность тока: j=9, А/мм2.62. Диаметр провода, мм:
.Выбирается из [3] медный провод d=0,35, dизол=0,41.
63. Средняя линия обмотки, мм:
,где a, b, c – размеры сердечника, мм
64. Площадь сечения обмотки, мм2:
.65. Активное сопротивление обмотки дросселя, Ом:
,где
, м; 
, мм2.3. Схема управления
Для управления транзистором была выбрана микросхема TL494, которая выпускается фирмой TexasInstruments и широко применяется для управления блоками питания компьютеров типа IMB-PC. Микросхема TL494 представляет из себя ШИМ - контролер импульсного источника питания, работающий на фиксированной частоте, и включает в себя все необходимые для этого блоки. Встроенный генератор пилообразного напряжения требует для установке частоты только двух внешних компонентов R и С.
Рис. 4 Структурная схема TL494
На структурной схеме TL494 (рис. 4) видно, что микросхема включает в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки мертвого времени, триггер управления, прецизионный ИОН на 5В и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от –0,3…(Vcc-2) В. Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%. Допускается синхронизация встроенного генератора, при помощи подключения вывода R к выходу опорного напряжения и подачи входного пилообразного напряжения на вывод С, что используется при синхронной работе нескольких схем ИВП. Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада по схеме с общим эмиттером либо по схеме эмиттерного повторителя. Выходной каскад микросхемы TL495 работает в однотактном или двухтактном режиме с возможностью выбора режима с помощью специального входа. Встроенная схема контролирует каждый выход и запрещает выдачу сдвоенного импульса в двухтактном режиме.
Микросхема выпускается в корпусе DIP-16 и имеет следующие характеристики:
· Напряжение питания - 41В
· Входное напряжение усилителя - (Vcc+0.3)В
· Выходное напряжение коллектора - 41В
· Выходной ток коллектора - 250мА
· Общая мощность рассеивания в непрерывном режиме - 1Вт
Частота генератора определяется по формуле:
Рис. 5
Время паузы можно регулировать, выбирая соответствующий номинал времязадающего конденсатора Ст. Частота работы задающего генератора определяется соотношением Rт и Ст (выбор этих элементов частотозадающей цепи, показанных на рис. 5, осуществляется из графика на рис. 6). Ощутимые значения времени паузы получается при достаточно больших номиналах емкости Ст.
Модуляция ширины выходных импульсов достигается сравнением положительного пилообразного напряжения, получаемого на конденсаторе С, с двумя управляющими сигналами. Логические элементы ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы Q1 и Q2 только тогда, когда линия тактирования встроенного триггера находится в НИЗКОМ логическом состоянии. Это происходит только в течение того времени, когда амплитуда пилообразного напряжения выше амплитуды управляющих сигналов. Следовательно, повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает соответствующее линейное уменьшение ширины выходных импульсов. Под управляющими сигналами понимаются напряжения производимые схемой регулировки мёртвого времени (вывод 4), усилители ошибки (выводы 1, 2, 15, 16) и цепью обратной связи (вывод 3).
Вход компаратора регулировки мертвого времени имеет смещение 120 мВ, что ограничивает минимальное мертвое время на выходе первыми 4% длительности цикла пилообразно напряжения. В результате максимальная длительность рабочего цикла составляет 96% в том случае, если вывод 13 заземлен, и 48% в том случае, если на вывод 13 подано опорное напряжение.
Увеличить длительность мертвого времени на выходе, можно подавая на вход регулировки мертвого времени (вывод 4) постоянное напряжение в диапазоне 0..3,3 В. ШИМ - компаратор регулирует ширину выходных импульсов от максимального значения, определяемого входом регулировки мертвого времени до нуля, когда напряжение обратной связи изменяется от 0,5 до 3,5В. Оба усилителя ошибки имеют входной диапазон синфазного сигнала от –0,3 до (Vcc-2,0) В и могут использоваться для считывания значений напряжения или тока с выхода источника питания. Выходы усилителей ошибки имеют активный ВЫСОКИЙ уровень напряжения и объединены функцией ИЛИ на не инвертирующем входе ШИМ - компаратора. В такой конфигурации усилитель, требующий минимального времени для включения выхода, является доминирующим в петле управления. Во время разряда конденсатора С на выходе компаратора регулировки мертвого времени генерируется положительный импульс, который тактирует триггер и блокирует выходные транзисторы Q1 и Q2. Если на вход выбора режима работы подается опорное напряжение (вывод 13), триггер непосредственно управляет двумя выходными транзисторами в противофазе (двухтактный режим), а выходная частота равна половине частоты генератора. Выходной формирователь может также работать в однотактном режиме, когда оба транзистора открываются и закрываются одновременно, и когда требуется максимальный рабочий цикл, не превышающий 50%. Это желательно, когда трансформатор имеет звенящую обмотку с ограничительным диодом, используемым для подавления переходных процессов. Если в однотактном режиме требуются большие токи, выходные транзисторы могут работать параллельно. Для этого требуется замкнуть на землю вход выбора режима работы ОТС, что блокирует выходной сигнал от триггера. Выходная частота в этом случае будет равна частоте генератора.
Для управления полевым транзистором необходим драйвер. Для данной схемы применена микросхема МАХ4429, производимая фирмой MAXIM. Микросхема выпускается в корпусе DIP-8 и имеет следующие характеристики:
• напряжение питания (VDD) — 4,5... 18 В;
• напряжение "логической единицы" по входу (VIH) — 2,4 В;
• напряжение "логического нуля" по входу (VIL) — 0,8 В;
• максимальный выходной ток (iout) — 6 А;
• время включения (tr) — 25 нсек;
• время выключения (tf) — 25 нсек.
Чтобы получить высокие характеристики стабильности и быструю реакцию на изменение характера нагрузки является способ, который сравнительно легко и надежно позволит обеспечить указанные условия, - оптическая развязка. Она позволяет ввести гальваническую изоляцию и достаточно точно отслеживать состояние напряжения на нагрузке.
Иногда разработчика может не удовлетворить линейность передачи сигнала обратной связи. Такой случай, может встретиться при проектировании высокоточных мощных следящих систем регулирования тока. Поэтому в таких системах применяется гальванически развязанные датчики тока, основанные на эффекте Холла, или более древние магнитные усилители. Датчик тока с элементом Холла представляет собой небольшую коробочку с отверстием посредине, через которую проматывается нужное количество витков силового провода нагрузки. Второй путь повышения точности передачи сигнала обратной связи – использование операционных усилителей с гальванической изоляцией. Постоянное напряжение преобразуется в таком усилителе в переменное напряжение высокой частоты (сотни килогерц), передается через развязывающий трансформатор и детектируется на выходе. Предложение прецизионных операционных усилителей с гальванической развязкой невелико, да и стоят они дорого. Поэтому использование данных методов гальванической развязки сигнала обратной связи должно быть продиктовано исключительной необходимостью. В типовых источниках питания лучшим является оптоэлектронный способ гальванической развязки обратной связи.
Для данной конструкции использована транзисторная оптопара 4N25 [7, 8]. Оптопара, условное обозначение и расположение выводов которой показаны на рис. 7 и рис. 8.
Оптопара 4N25 имеет следующие параметры:
- Max обратное напряжение светоизлучающего диода (VR) – 5 В;
- Max постоянный ток диода (if) – 60 мА;
- Max импульсный ток светодиода (ifsm) – 3 А;
- Max температура кристалла (Tj) – 125 єC;
- Max напряжение "коллектор-эмиттер" (Uceo) – 30 В;
- Max импульсный ток коллектора (icm) – 100 мА;
- Max постоянный ток коллектора (ic) – 50 мА;
- Напряжение изоляции (Uio) – 3,75 кВ.
Оптопара выпускается в стандартном корпусе DIP-6.
Из графиков рис. 9 и рис. 10 хорошо видно, что для светодиода в области тока 0,1…10 мА зависимости между ifи icпрактически линейна.
