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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Comutação de estabilizadores no controlador PWM KR1114EU4. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos Atualmente, os microcircuitos (nacionais e importados) são amplamente representados no mercado, que implementam um conjunto diferente de funções de controle PWM para comutação de fontes de alimentação. Entre os microcircuitos desse tipo, o KR1114EU4 (produtor ZAO Kremniy-Marketing, Rússia) é bastante popular. Sua contraparte importada é TL494CN (Texas Instrument). Além disso, é produzido por várias empresas com nomes diferentes. Por exemplo, (Japão) produz o chip IR3M02, (Coreia) - KA7500, f. Fujitsu (Japão) МВ3759.
O microcircuito KR1114EU4 (TL494) é um controlador PWM de uma fonte de alimentação comutada operando em uma frequência fixa. A estrutura do microcircuito é mostrada na Fig.1.
Com base neste microcircuito, é possível desenvolver circuitos de controle para fontes de alimentação push-pull e comutadas de ciclo único. O microcircuito implementa um conjunto completo de funções de controle PWM: geração de tensão de referência, amplificação de sinal de erro, geração de tensão dente de serra, modulação PWM, geração de saída de 2 tempos, através de proteção de corrente, etc. É produzido em um pacote de 16 pinos, a pinagem é mostrada na Fig. 2.
O gerador de tensão dente de serra integrado requer apenas dois componentes externos, Rt e Ct, para definir a frequência. A frequência do gerador é determinada pela fórmula:
Para desligar remotamente o gerador, você pode usar uma chave externa para fechar a entrada RT (pino 6) para a saída ION (pino 14) ou fechar a entrada ST (pino 5) para um fio comum. O microcircuito possui uma referência de tensão incorporada (Uref=5,0 V) capaz de fornecer até 10 mA de corrente para polarizar os componentes do circuito externo. A tensão de referência tem um erro de 5% na faixa de temperatura operacional de 0 a +70°C. O diagrama de blocos do estabilizador abaixador de pulso é mostrado na Fig.3.
O elemento de controle do RE converte a tensão CC de entrada UBX em uma sequência de pulsos de uma determinada duração e frequência, e o filtro de suavização (a bobina L1 e o capacitor C1 os converte novamente em uma tensão CC de saída. O diodo VD1 fecha o circuito de corrente através do acelerador quando o RE é desligado. Com a ajuda do feedback, o circuito de controle do sistema de controle controla o elemento de controle de forma que o resultado seja uma dada estabilidade da tensão de saída Un. Os estabilizadores, dependendo do método de estabilização, podem ser relé, modulação por frequência de pulso (PFM) e modulação por largura de pulso (PWM). Nos estabilizadores PWM, a frequência de pulso (período) é um valor constante e sua duração é inversamente proporcional ao valor da tensão de saída. A Figura 4 mostra pulsos com diferentes ciclos de trabalho Ks.
Os estabilizadores PWM têm as seguintes vantagens sobre outros tipos de estabilizadores:
A única diferença é que os circuitos PWM possuem um circuito de controle relativamente complexo. Mas o desenvolvimento de circuitos integrados do tipo KR1114EU4, contendo dentro da maioria dos nós SU com PWM, pode simplificar significativamente os estabilizadores de comutação. O diagrama de um estabilizador abaixador pulsado baseado em KR1114EU4 é mostrado na Fig. 5.
A tensão máxima de entrada do estabilizador é de 30 V, limitada pela tensão dreno-fonte máxima permitida do transistor de efeito de campo do canal p VT1 (RFP60P03). O resistor R3 e o capacitor C5 definem a frequência do gerador de tensão dente de serra, que é determinado pela fórmula (1). Da fonte de tensão de referência (pino 14) D1 através do divisor resistivo R6-R7, parte da tensão de referência é fornecida à entrada inversora do primeiro amplificador de erro (pino 2). O sinal de feedback através do divisor R8-R9 é alimentado na entrada não inversora do primeiro amplificador de erro (pino 1) do microcircuito. A tensão de saída é regulada pelo resistor R7. O resistor R5 e o capacitor C6 realizam a correção de frequência do primeiro amplificador. Deve-se notar que os drivers de saída independentes do microcircuito garantem a operação do estágio de saída nos modos push-pull e de ciclo único. No estabilizador, o driver de saída do microcircuito é ligado no modo de ciclo único. Para isso, o pino 13 é conectado a um fio comum. Dois transistores de saída (seus coletores - pinos 8, 11, emissores - pinos 9, 10) são conectados de acordo com um circuito emissor comum e operam em paralelo. Neste caso, a frequência de saída é igual à frequência do gerador. O estágio de saída do microcircuito através de um divisor resistivo R1-R2 controla o elemento regulador do estabilizador - transistor de efeito de campo VT1. Para uma operação mais estável do estabilizador para alimentar o microcircuito (pino 12), um filtro LC L1-C2-C3 está incluído. Como pode ser visto no diagrama, ao usar o KR1114EU4, é necessário um número relativamente pequeno de elementos externos. Foi possível reduzir as perdas de chaveamento e aumentar a eficiência do estabilizador devido ao uso de um diodo Schottky (VD2) KD2998B (Unp=0,54 V, Uobr=30 V, lpr=30 A, fmax=200 kHz). Para proteger o estabilizador de sobrecorrente, é usado um fusível de auto-reinicialização FU1 MF-R400. O princípio de operação de tais fusíveis é baseado na capacidade de aumentar drasticamente sua resistência sob a influência de um determinado valor de corrente ou temperatura ambiente e restaurar automaticamente suas propriedades quando essas causas forem eliminadas. O estabilizador tem uma eficiência máxima (cerca de 90%) na frequência de 12 kHz, e a eficiência na potência de saída de até 10 W (Uout = 10 V) atinge 93%. Detalhes e design. Resistores fixos - tipo S2-ZZN, variáveis - SP5-3 ou SP5-2VA. Capacitores C1 C3, C5-K50-35; C4, C6, C7 -K10-17. O diodo VD2 pode ser substituído por qualquer outro diodo Schottky com parâmetros não piores que os acima, por exemplo, 20TQ045. O chip KR1114EU4 é substituído por TL494LN ou TL494CN. Choke L1 - DM-0,1-80 (0,1 A, 80 μH). O indutor L2 com uma indutância de cerca de 220 μH é feito em dois núcleos magnéticos anulares empilhados juntos. MP-140 K24x13x6,5 e contém 45 voltas de fio PETV-2 01,1 mm, dispostas uniformemente em duas camadas em todo o perímetro do anel. Duas camadas de tecido envernizado são colocadas entre as camadas. LShMS-105-0.06 GOST 2214-78. O tipo de fusível reajustável MF-RXXX pode ser selecionado para cada aplicação específica. O estabilizador é feito em breadboard com dimensões de 55x55 mm. O transistor é montado em um radiador com área de pelo menos 110 cm2. Durante a instalação, é aconselhável separar o fio comum da unidade de potência e o fio comum do microcircuito, bem como minimizar o comprimento dos condutores (especialmente a unidade de potência). O estabilizador não precisa ser ajustado com a instalação adequada. O custo total dos elementos de rádio adquiridos do estabilizador foi de cerca de US $ 10, e o custo do transistor VT1 foi de US $ 3 ... 4. Para reduzir o custo, em vez do transistor RFP60P03, você pode usar o RFP10P03 mais barato, mas, claro, isso vai piorar um pouco as características técnicas do estabilizador. Um diagrama de blocos de um estabilizador paralelo de pulso do tipo elevador é mostrado na Fig. 6.
Neste estabilizador, o elemento de controle RE, operando em modo pulsado, é conectado em paralelo com a carga Rh. Quando a RE está aberta, a corrente da fonte de entrada (Ubx) flui pelo indutor L1, armazenando energia nele. O diodo VD1 ao mesmo tempo corta a carga e não permite que o capacitor C1 seja descarregado através de um RE aberto. A corrente na carga durante este período de tempo vem apenas do capacitor C1. No momento seguinte, quando o RE é fechado, o EMF da auto-indução do indutor L1 é adicionado à tensão de entrada e a energia do indutor é dada à carga. Neste caso, a tensão de saída será maior que a de entrada. Em contraste com o estabilizador abaixador (Fig. 1), aqui o indutor não é um elemento de filtro e a tensão de saída se torna maior que a tensão de entrada por uma quantidade determinada pela indutância do indutor L1 e o ciclo de pulso do elemento de controle RE.
Um diagrama esquemático de um regulador de impulso de comutação é mostrado na Fig. 7.
Utiliza basicamente os mesmos componentes eletrônicos do circuito regulador do buck (Fig. 5). A ondulação pode ser reduzida aumentando a capacitância do filtro de saída. Para uma partida "mais suave", um capacitor C1 é conectado entre o fio comum e a entrada não inversora do primeiro amplificador de erro (pino 9). Resistores fixos - S2-ZZN, variáveis - SP5-3 ou SP5-2VA. Capacitores C1 C3, C5, C6, C9 - K50-35; C4, C7, C8 - K10-17. O transistor VT1 - IRF540 (transistor de efeito de campo de canal n com Usi = 100 V, lc = 28 A, Rsi = 0,077 Ohm) - é instalado em um radiador com uma área de superfície efetiva de pelo menos 100 cm2. Choke L2 - o mesmo do esquema anterior. É melhor ligar o estabilizador pela primeira vez com uma carga pequena (0,1 ... 0,2 A) e uma tensão de saída mínima. Em seguida, aumente lentamente a tensão de saída e a corrente de carga para os valores máximos. Se os estabilizadores elevadores e redutores operarem com a mesma tensão de entrada Uin, então sua frequência de conversão pode ser sincronizada. Para fazer isso (se o estabilizador abaixador for o líder e o escravo elevador) no estabilizador elevador, você precisa remover o resistor R3 e o capacitor C7, fechar os pinos 6 e 14 do chip D1 e conectar o pino 5 de D1 ao pino 5 do chip D1 do estabilizador abaixador. Em um estabilizador do tipo boost, o indutor L2 não participa da suavização da ondulação da tensão CC de saída, portanto, para uma filtragem de alta qualidade da tensão de saída, é necessário usar filtros com valores suficientemente grandes de L e C. Isso, portanto, leva a um aumento na massa e nas dimensões do filtro e do dispositivo como um todo. Portanto, a potência específica do estabilizador abaixador é maior que a do estabilizador elevador. Autor: S. Shishkin, Sarov, região de Nizhny Novgorod
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Comentários sobre o artigo: Alexander Na Fig. 1 (E2) deve ser de 10 pinos, 12 pinos é erroneamente indicado Paul Alexandre tem razão. De fato (E2) está no pino 10, não no 12. E não pode haver dois 12º pinos. Sim, com diversas funções. Esteja mais atento a essas coisas, em tais assuntos. Não jogue uma bituca de cigarro. Sim, isso não pode ser feito em qualquer lugar e de qualquer maneira. Desculpe.
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