Стабілізувати VIPER-Комутована ПІП-із зарядного пристрою

С. КОСЕНКО, м. Воронеж

У статті автора "ViPer-100А і" кишенькове "зарядний пристрій на його основі" ("Радіо", 2002, № 11) було описано пристрій для зарядки автомобільних акумуляторних батарей. Як шляхом нескладної доробки перетворити його в стабілізований джерело живлення, розказано у пропонованій статті.

В [1] було описано зарядний пристрій на мікросхемі VIPer-100A, що забезпечує необхідну зарядний струм для акумуляторної батареї на початку і напруга на ній наприкінці зарядки. При розробці особливих вимог до його параметрами не висувалося.

Однак існує можливість шляхом нескладної доробки перетворити це зарядний пристрій у стабілізований джерело живлення з досить високими показниками.

Для цього звернемося до програми автоматизованого проектування ПІП на основі VIPer-мікросхем [2] і на етапі визначення вихідного фільтра Output Туре (див. мал. 9 в [2]) на заміну встановленого Direct виберемо Self – стандартний П-образний LC-фільтр. Отже, доведеться посилити вимоги до значення пульсацій напруги на виході пристрою – у розділі Output Ripple у вікні First Cell Ripple встановимо 0,5 В і Second Cell Ripple – 0,02 В. На панелі інструментів програми DS (див. рис. 6 в [2]) змінимо спосіб регулювання Primary Regulation на Secondary Regulation. У результаті схема ПІП, зображена на рис. 2 в [1], дещо зміниться. Фрагмент доопрацьованій схеми показано на рис. 1. Нумерація елементів продовжує раніше прийняту. Резистори R5R6 і мікроамперметр РА1 виключають.

Суть змін зводиться до введення в ПІП вторинного контура регулювання, завдяки якому параметри джерела значно поліпшуються: при вихідному напрузі 13,6 В і номінальному струмі навантаження 6 А амплітуда пульсацій вихідної напруги не перевищить 15 мВ. Це досягається додаванням в пристрій мікросхеми DA2 і Оптрон U1. Особливо помітно поліпшення стабілізуючих властивостей ПІП за його навантажувальною характеристиці, що на рис. 2 (порівняйте з рис. 4 в [1]).

Швидкодія у вторинному контурі регулювання (воно залежить від коефіцієнта посилення Оптрон Gain Optocoupler) визначає резистор R8. Виникає також і принципово нову властивість допрацьованого ПІП – можливість регулювання часу "м'якого" пуску Soft Start Time, що залежить в першу чергу від ємності конденсатора СБ За замовчуванням DS встановлює значення коефіцієнта посилення Оптрон і час "М'якого" пуску рівними 1 і 10 мс відповідно. Залишимо час "м'якого" пуску для модернізованого ПІП без зміни, а коефіцієнт посилення Оптрон збільшимо до 2, для чого звернемося до вікна VIPer and Regulation Parameters (див. рис. 8 в [2]) і перевстановити потрібний параметр. Номінали елементів вторинного контура регулювання, розраховані програмою, а потім уточнені в ході налагодження пристрою, наведено на рис. 1.

У процесі регулювання в залежності від вихідної напруги ПІП змінюється коефіцієнт посилення підсилювача сигналу помилки в ШІМ-контролері. Для цього випромінюючий діод Оптрон U1 через послідовно з'єднані струмообмежувальним резистор R8 і мікросхему DA2 підключають до виходу пристрою. Резистор R12 – баластний в ланцюзі живлення стабілізатора DA2, а конденсатор С12 – протизавадний в ланцюзі управління. Резистивним дільником R9-R11 встановлюють робочу точку, вибираючи початковий струм діода Оптрон. Світловий потік, випромінюваний діодом, регулює струм, а відповідно, і еквівалентний опір ділянки колектор-емітер фототранзистор, підключеного паралельно ланцюга компенсації R2C6.

Припустимо, що під впливом дестабілізуючих факторів збільшиться вихідна напруга ПІП. Відповідно збільшиться напруга на керуючому вході (висновок 1) мікросхеми DA2 і протікає через неї струм. Тому струм випромінюючого діода також зросте, а еквівалентний опір ділянки колектор-емітер фототранзистор зменшиться. У довідкових матеріалах [3] на рис. 10 наведено графік, який ілюструє залежність коефіцієнта посилення по напрузі підсилювача сигналу помилки A3 (див. рис. 1 в [1]), який при зниженні опору в ланцюзі компенсації може зменшуватися на 27 дБ і більше в порівнянні з початково встановленим. Таким чином, при зміні результуючого опору в ланцюзі компенсації підсилювач сигналу помилки коригуванням параметрів комутуючих імпульсів відновлює колишнє значення напруги на виході ПІП.

Додатковий вузол зворотного зв'язку ПІП зібраний на невеликому (17,5 x25 мм) відрізку плати для макетування. Підключають його до ЗУ через дросель L2, а конденсатор С9 на платі ЗУ замінюють іншим, більшою (6800 мкФ) ємності. Дросель містить 22 витка проводу ПЕВ-2 1,5, намотаних виток до витка на оправці діаметром 3,8 мм, його магнітопровода – дві ферритові трубки діаметром 3,5 і довжиною 20 мм, що застосовуються в високочастотних дроселях. Верхній за схемою висновок дроселя запаюють в отвір на платі ЗУ, призначене для резистора R6. Крім того, провідником з'єднують мінусові виходи ЗУ і додаткового вузла. Колекторна і емітерний ланцюга фототранзистор з'єднують відповідно з входом компенсації (висновок 5) і виведенням 4 ШІМ-контролера кручений парою провідників МГТФ. Підлаштування резистор R10 – СПЗ-19А або інший малогабаритний, конденсатори С6-К53-30 або К53-19, С12 – КМ-5, резистори – ОМЛТ. Вітчизняна мікросхема КР142ЕН19А замінима закордонним аналогом TL431.

Стабілізований джерело живлення налагодження майже не вимагає. Перед першим після доопрацювання включенням ПІП движок підлаштування резистора R10 встановлюють у нижнє за схемою положення, до виходу джерела підключають еквівалент навантаження, а потім включають його в мережу. Плавно переміщаючи движок вгору за схемою, вимірюють напругу на навантаженні, і як тільки воно стрибком зменшиться з 15,3 до 13,6 В, регулювання припиняють. Надалі напруга на навантаженні буде стабільно підтримуватися на цьому рівні. Струм випромінюючого діода Оптрон у цей момент повинен бути рівний 1 … 2 мА, що набагато менше гранично допустимого (15 мА). Це дозволяє сподіватися на високу надійність розробленого пристрою.

Зауважимо, що для підвищення завадостійкості DS "рекомендує" між висновками 4 і 5 мікросхеми DA1 підключити конденсатор ємністю 1000 … 2000 пФ.

ЛІТЕРАТУРА

1. Косенко С. VIPer-100А і "кишенькове" зарядний пристрій на його основі. – Радіо, 2002, № 11, с. 30-32.

2. Косенко С. Еволюція обратноходових імпульсних ІП. – Радіо, 2002, № 8, с. 32-35.

3. VIPerSwich Mode Elyback Power Supply DESIGNE SOFTWARE/Documentation/Data-sheet/Viper100 – ViPeMOOA: p. 1-20, February 2001.

Or редакції. На сайті компанії STMicroelectronics no адресою <http:// us.st.com/atonHna/prodpres/discrete/ vipower/faq/vipfaq.htm> поміщений розділ FAQ (Frequently Asked Questions

часто задаються), в якому бажаючі можуть знайти відповіді на питання, пов'язані з розрахунком ПІП на основі мікросхем серії VIPer. Цей же розділ, перекладений автором на російську мову, з деякими доповненнями розміщений на сайті журналу <ftp://ftp.radio.ni/pub/20O2/12/vip_faq>.