Курсовая работа: Импульсный стабилизатор напряжения

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 (V_DD ) — 4,5... 18 В;

• напряжение "логической единицы" по входу (V_IH ) — 2,4 В;

• напряжение "логического нуля" по входу (V_IL ) — 0,8 В;

• максимальный выходной ток (i_out ) — 6 А;

• время включения (t_r ) — 25 нсек;

• время выключения (t_f ) — 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 (V_R ) – 5 В;

- Max постоянный ток диода (i_f ) – 60 мА;

- Max импульсный ток светодиода (i_fsm ) – 3 А;

- Max температура кристалла (T_j ) – 125 єC;

- Max напряжение "коллектор-эмиттер" (U_ceo ) – 30 В;

- Max импульсный ток коллектора (i_cm ) – 100 мА;

- Max постоянный ток коллектора (i_c ) – 50 мА;

- Напряжение изоляции (U_io ) – 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 i_f и i_c практически линейна.

Рис. 9

В качестве прецизионного датчика напряжения нагрузки до недавнего времени использовались операционные усилители, охваченные частотно зависимыми обратными связями. Однако в последнее время появился более компактный способ отслеживания напряжения на нагрузке. Заключается он в использовании трехвыводного опорного регулируемого стабилизатора VD3 типа TL431 [7, 8]. Этот стабилизатор проще назвать управляемым стабилитроном, напряжение стабилизации которого меняется в зависимости от того, какое напряжение подано на управляющий электрод. Функциональная схема управляемого стабилитрона показана на рис. 11, а условное обозначение на рис. 12.

Основные электрические параметры программируемого стабилитрона:

- Max напряжение "катод-анод" (U_ka ) – 37 В;