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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Schaltstabilisatoren am PWM-Controller KR1114EU4. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz Derzeit sind Mikroschaltungen (inländische und importierte) auf dem Markt weit verbreitet, die verschiedene PWM-Steuerfunktionen zum Schalten von Netzteilen implementieren. Unter den Mikroschaltungen dieses Typs ist KR1114EU4 (Hersteller: Kremniy-Marketing JSC, Russland) sehr beliebt. Sein importiertes Analogon ist TL494CN (Texas Instrument). Darüber hinaus wird es von einer Reihe von Unternehmen unter unterschiedlichen Namen hergestellt. Beispielsweise produziert (Japan) die Mikroschaltung IR3M02, (Korea) - KA7500, f. Fujitsu (Japan) МВ3759.
Der Chip KR1114EU4 (TL494) ist ein PWM-Controller für ein Schaltnetzteil, das mit einer festen Frequenz arbeitet. Der Aufbau der Mikroschaltung ist in Abb. 1 dargestellt.
Basierend auf dieser Mikroschaltung ist es möglich, Steuerschaltungen für Push-Pull- und Single-Cycle-Schaltnetzteile zu entwickeln. Die Mikroschaltung implementiert einen vollständigen Satz von PWM-Steuerfunktionen: Erzeugung einer Referenzspannung, Verstärkung eines Fehlersignals, Erzeugung einer Sägezahnspannung, PWM-Modulation, Erzeugung eines 2-Zyklus-Ausgangs, Schutz vor Durchgangsströmen usw. Es wird hergestellt In einem 16-Pin-Gehäuse ist die Pinbelegung in Abb. 2 dargestellt.
Der eingebaute Rampenspannungsgenerator benötigt zur Einstellung der Frequenz nur zwei externe Komponenten – Rt und Ct. Die Frequenz des Generators wird durch die Formel bestimmt:
Um den Generator aus der Ferne auszuschalten, können Sie einen externen Schlüssel verwenden, um den RT-Eingang (Pin 6) mit dem ION-Ausgang (Pin 14) oder den ST-Eingang (Pin 5) mit dem gemeinsamen Kabel kurzzuschließen. Der Chip verfügt über eine integrierte Referenzspannungsquelle (Uref = 5,0 V), die einen Stromfluss von bis zu 10 mA bereitstellen kann, um die externen Komponenten der Schaltung vorzuspannen. Die Referenzspannung weist im Betriebstemperaturbereich von 5 bis +0 °C einen Fehler von 70 % auf. Das Blockschaltbild eines gepulsten Abwärtsstabilisators ist in Abb. 3 dargestellt.
Das Regelelement RE wandelt die Eingangsgleichspannung UBX in eine Folge von Impulsen bestimmter Dauer und Frequenz um und der Glättungsfilter (Drossel L1 und Kondensator C1) wandelt diese wieder in eine konstante Ausgangsspannung um. Die Diode VD1 schließt den Stromkreis durch die Induktivität wenn der RE abgeschaltet wird. Mittels Rückkopplung steuert der Regelkreis des Regelsystems das Regelelement so an, dass die resultierende Stabilität der Ausgangsspannung Un erreicht wird. Stabilisatoren können je nach Stabilisierungsmethode Relais, pulsfrequenzmoduliert (PFM) und pulsweitenmoduliert (PWM) sein. Bei Stabilisatoren mit PWM ist die Impulsfrequenz (Periode) ein konstanter Wert und ihre Dauer ist umgekehrt proportional zum Wert der Ausgangsspannung. Abbildung 4 zeigt Impulse mit unterschiedlichem Tastverhältnis Ks.
PWM-Stabilisatoren haben im Vergleich zu anderen Arten von Stabilisatoren folgende Vorteile:
Der einzige Unterschied besteht darin, dass PWM-Schaltungen über einen relativ komplexen Steuerkreis verfügen. Aber die Entwicklung integrierter Schaltkreise vom Typ KR1114EU4, die in den meisten Steuergeräten mit PWM enthalten, ermöglicht eine deutliche Vereinfachung der Impulsstabilisatoren. Die Schaltung eines gepulsten Abwärtsstabilisators auf Basis von KR1114EU4 ist in Abb. 5 dargestellt.
Die maximale Eingangsspannung des Stabilisators beträgt 30 V, sie wird durch die maximal zulässige Drain-Source-Spannung des p-Kanal-Feldeffekttransistors VT1 (RFP60P03) begrenzt. Widerstand R3 und Kondensator C5 stellen die Frequenz des Sägezahnspannungsgenerators ein, die durch Formel (1) bestimmt wird. Von der Referenzspannungsquelle (Pin 14) D1 wird über einen Widerstandsteiler R6-R7 ein Teil der Referenzspannung dem invertierenden Eingang des ersten Fehlerverstärkers (Pin 2) zugeführt. Das Rückkopplungssignal über den Teiler R8-R9 wird dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Fehlerverstärkers (Pin 1) der Mikroschaltung zugeführt. Die Ausgangsspannung wird durch den Widerstand R7 geregelt. Der Widerstand R5 und der Kondensator C6 übernehmen die Frequenzkorrektur des ersten Verstärkers. Es ist zu beachten, dass die unabhängigen Ausgangstreiber der Mikroschaltung den Betrieb der Ausgangsstufe sowohl im Push-Pull- als auch im Single-Cycle-Modus gewährleisten. Im Stabilisator wird der Ausgangstreiber der Mikroschaltung im Einzelzyklusmodus eingeschaltet. Dazu wird Pin 13 mit der gemeinsamen Leitung verbunden. Zwei Ausgangstransistoren (ihre Kollektoren sind die Pins 8, 11, Emitter sind die Pins 9, 10) sind nach einer gemeinsamen Emitterschaltung verbunden und arbeiten parallel. In diesem Fall ist die Ausgangsfrequenz gleich der Generatorfrequenz. Die Ausgangsstufe der Mikroschaltung über einen Widerstandsteiler R1-R2 steuert das Reglerelement - Feldeffekttransistor VT1. Für einen stabileren Betrieb des Stabilisators an der Stromversorgung des Mikroschaltkreises (Pin 12) ist der LC-Filter L1-C2-C3 enthalten. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, ist bei Verwendung von KR1114EU4 eine relativ geringe Anzahl externer Elemente erforderlich. Durch den Einsatz einer Schottky-Diode (VD2) KD2998B (Unp=0,54 V, Uarb=30 V, lpr=30 A, fmax=200 kHz) konnten Schaltverluste reduziert und die Effizienz des Stabilisators erhöht werden. Um den Stabilisator vor Überstrom zu schützen, wird eine selbstwiederherstellende Sicherung FU1 MF-R400 verwendet. Das Funktionsprinzip solcher Sicherungen beruht auf der Eigenschaft, ihren Widerstand unter dem Einfluss eines bestimmten Stromwerts oder einer bestimmten Umgebungstemperatur stark zu erhöhen und bei Beseitigung dieser Ursachen ihre Eigenschaften automatisch wiederherzustellen. Der Stabilisator hat seinen maximalen Wirkungsgrad (ca. 90 %) bei einer Frequenz von 12 kHz und der Wirkungsgrad bei einer Ausgangsleistung bis 10 W (Uout = 10 V) erreicht 93 %. Details und Design. Festwiderstände sind vom Typ S2-ZZN, variable Widerstände vom Typ SP5-3 oder SP5-2VA. Kondensatoren C1 C3, C5-K50-35; C4, C6, C7 -K10-17. Die Diode VD2 kann durch jede andere Schottky-Diode ersetzt werden, deren Parameter nicht schlechter als die oben genannten sind, zum Beispiel 20TQ045. Der KR1114EU4-Chip wird durch TL494LN oder TL494CN ersetzt. Drossel L1 – DM-0,1-80 (0,1 A, 80 µH). Der Induktor L2 mit einer Induktivität von etwa 220 μH besteht aus zwei zusammengefalteten ringförmigen Magnetkernen. MP-140 K24x13x6,5 und enthält 45 Windungen 2 mm PETV-01,1-Draht, gleichmäßig in zwei Lagen um den gesamten Umfang des Rings gelegt. Zwischen den Lagen liegen zwei Lagen lackierter Stoff. LShMS-105-0.06 GOST 2214-78. Für jeden Einzelfall kann eine selbstrückstellende Sicherung vom Typ MF-RXXX ausgewählt werden. Der Stabilisator wird auf einem Steckbrett mit den Maßen 55x55 mm hergestellt. Der Transistor wird auf einem Heizkörper mit einer Fläche von mindestens 110 cm2 installiert. Bei der Installation empfiehlt es sich, den gemeinsamen Draht des Leistungsteils und den gemeinsamen Draht des Mikroschaltkreises zu trennen sowie die Länge der Leiter (insbesondere des Leistungsteils) zu minimieren. Bei korrekter Installation muss der Stabilisator nicht angepasst werden. Die Gesamtkosten der gekauften Stabilisator-Funkelemente betrugen etwa 10 US-Dollar und die Kosten für den VT1-Transistor 3 bis 4 US-Dollar. Um die Kosten zu senken, können Sie anstelle des RFP60P03-Transistors den günstigeren RFP10P03 verwenden, was jedoch natürlich die technischen Eigenschaften des Stabilisators etwas verschlechtert. Das Blockschaltbild eines Impuls-Parallelstabilisators vom Boost-Typ ist in Abb. 6 dargestellt.
Bei diesem Stabilisator ist das im Impulsbetrieb arbeitende Regelelement RE parallel zur Last Rh geschaltet. Wenn RE geöffnet ist, fließt Strom von der Eingangsquelle (Ubx) durch die Induktivität L1 und speichert darin Energie. Gleichzeitig unterbricht die Diode VD1 die Last und verhindert, dass sich der Kondensator C1 über den offenen RE entlädt. Der Strom zur Last kommt während dieser Zeitspanne nur vom Kondensator C1. Im nächsten Moment, wenn der RE geschlossen wird, wird die Selbstinduktions-EMK des Induktors L1 mit der Eingangsspannung summiert und die Energie des Induktors übertragen zur Ladung. In diesem Fall ist die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung. Im Gegensatz zum Abwärtsstabilisator (Abb. 1) ist der Induktor hier kein Filterelement und die Ausgangsspannung wird um einen Betrag größer als die Eingangsspannung, der durch die Induktivität des Induktors L1 und das Tastverhältnis des Induktors bestimmt wird Bedienelement RE.
Das schematische Diagramm eines Pulse-Boost-Stabilisators ist in Abb. 7 dargestellt.
Es verwendet grundsätzlich die gleichen elektronischen Komponenten wie in der Abwärtsstabilisierungsschaltung (Abb. 5). Die Welligkeit kann durch Erhöhen der Kapazität des Ausgangsfilters reduziert werden. Für einen „sanfteren“ Start wird der Kondensator C1 zwischen die gemeinsame Leitung und den nichtinvertierenden Eingang des ersten Fehlerverstärkers (Pin 9) geschaltet. Festwiderstände - S2-ZZN, Variablen - SP5-3 oder SP5-2VA. Kondensatoren C1 C3, C5, C6, C9 - K50-35; C4, C7, C8 – K10-17. Der Transistor VT1 – IRF540 (n-Kanal-Feldeffekttransistor mit Uсi=100 V, lc=28 A, Rсi=0,077 Ohm) – wird auf einem Strahler mit einer effektiven Oberfläche von mindestens 100 cm2 installiert. Drossel L2 ist die gleiche wie in der vorherigen Schaltung. Es ist besser, den Stabilisator zum ersten Mal mit einer kleinen Last (0,1...0,2 A) und einer minimalen Ausgangsspannung einzuschalten. Erhöhen Sie dann langsam die Ausgangsspannung und den Laststrom auf maximale Werte. Wenn die Aufwärts- und Abwärtsstabilisatoren mit der gleichen Eingangsspannung Uin arbeiten, kann ihre Wandlungsfrequenz synchronisiert werden. Dazu müssen Sie im Aufwärtsstabilisator den Widerstand R3 und den Kondensator C7 entfernen (wenn der Abwärtsstabilisator der Master und der Aufwärtsstabilisator der Slave ist), die Pins 6 und 14 des D1-Chips schließen und den Pin anschließen 5 von D1 mit Pin 5 des D1-Chips des Abwärtsstabilisators verbinden. In einem Stabilisator vom Boost-Typ beteiligt sich die Induktivität L2 nicht an der Glättung der Welligkeit der Ausgangsgleichspannung. Daher ist es für eine hochwertige Filterung der Ausgangsspannung erforderlich, Filter mit ausreichend großen Werten von L und zu verwenden C. Dies führt dementsprechend zu einer Erhöhung des Gewichts und der Abmessungen des Filters und des Geräts insgesamt. Daher ist die Leistungsdichte eines Abwärtsstabilisators größer als die eines Aufwärtsstabilisators. Autor: S. Shishkin, Sarow, Region Nischni Nowgorod.
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Kommentare zum Artikel: Alexander In Abb. 1 (E2) sollte 10-polig sein, fälschlicherweise 12-polig angegeben Paul Alexander hat Recht. Wirklich (E2) auf Ausgang 10, nicht 12. Und es kann nicht zwei 12. Ausgänge geben. Ja, mit verschiedenen Funktionen. Seien Sie in solchen Dingen auf solche Dinge aufmerksamer. Wirf keinen Zigarettenstummel. Ja, das geht nirgendwo und irgendwie. Entschuldigung.
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