Patent (1980): Regulator ciagly o wysokiej sprawnosci
Wiele urządzeń elektronicznych wymaga stabilizowanego napięcia zasilania. Sprawność zasilaczy liniowych jest makabrycznie niska co przy większych mocach stwarza problemy z odprowadzaniem ciepła ze stabilizatora i niezawodnością całego urządzenia. Toteż cennym rozwiązaniem stały się zasilacze impulsowe o wysokiej sprawności. Ich mankamentem są generowane zakłócenia radiowe EMC co eliminuje je w zastosowaniach w dokładnych i czułych przyrządach pomiarowych.
Typowym rozwiązaniem w zasilaczu jest prostownik pojemnościowy. Dla małych napięć optymalne jest podwójne uzwojenie wtórne i dwudiodowy prostownik pełnokresowy bowiem napięcie spada tylko na jednej przewodzącej diodzie. Dla większych napięć optymalne jest pojedyncze uzwojenie wtórne i mostek diodowy. Im większy jest kondensator prostownika tym mniejsze są tętnienia napięcia i większe (istotne) minimalne napięcie chwilowe. W tej samej obudowie ( i cenie ) kondensator elektrolityczny ma tym mniejszą pojemność im ma większe napięcie znamionowe.
Minimalny spadek napięcia na scalonych stabilizatorach rodziny 78XX przy prądzie obciążenia powyżej 500 mA wynosi ponad 2 V a dla układu LM317 jest jeszcze większy. Przy dyskretnej realizacji części mocy stabilizatora spadek napięcia jest z reguły jeszcze większy. Na spadek ten składa się też spadek napięcia na rezystorze mocy przez który płynie kontrolowany prąd wyjściowy. Spadek ten podano do układu zabezpieczającego. Stabilizator ma działać przy obniżeniu napięcia sieciowego najmniej o 10% i ma tolerować wypadniecie jednej fali z napięcia sieciowego na czas rozłączenia zwarcia w sieci. Stabilizator napięcia 5V spełniający te wymagania ma normalnie średnie napięcie wejściowe 12-18 V ( chwilowo znacznie mniejsze z powodu tętnień napięcia na kondensatorze). Gdy napięcie wejściowe jest niższe wymagania nie są spełnione.
Na schemacie pokazano zasilacz o wysokiej sprawności. Odczep na uzwojeniu pierwotnym należy użyć gdy napięcie sieci jest trwale obniżone. Transformator sieciowy ma podwójne uzwojenie wtórne. Prostownik mocy z tym podwójnym uzwojeniem ( chwilowo obciążona jest jedna połówka ) stanowią diody mocy D1 i D2 z niskonapięciowym ( dlatego że spadek napięcia na stabilizatorze jest mały ) kondensatorem C1 o dużej pojemności. Ma umowne napięcie 1. Uzwojenie wtórne jako całość pracuje z mostkiem D1,2 i D3 i D4. Prostownik jest zatem jak w symetrycznym akustycznym wzmacniaczu mocy ale kondensator C2 jest na pełne, dwukrotnie większe napięcie 2, umownie. Diody D3 i D4 muszą tylko tolerować obciążenie przez chwile. Ogromne impulsowe zdolności przeciążeniowe mają tanie, masowe plastikowe jednoamperowe diody rodziny 1N400X ( pod różnymi nazwami produkowane na całym świecie ) i trzyamperowe 1N540X. Doskonale się one tu nadają.
Regulatorem jest tranzystor mocy Q1, z radiatorem, zasilany napięciem 1. Jego Bazę steruje tranzystor mocy Q2, bez radiatora zasilony napięciem 2. Gdy napięcie 1 jest niewystarczające do utrzymania stabilizacji wyjścia , tranzystor Q1 wchodzi w nasycenie i coraz więcej prądu do wyjścia dostarcza Q2 poprzez złącze B-E tranzystora Q1.
Stosunek maksymalnego prądu Bazy do Kolektora w tranzystorach wynosi 0.1 do 1. Dla tranzystora 2N3055 ( i wszelkich naśladowczych ) Ic=15 A a Ib=7A. Dla tranzystora KD502 Tesla jest to proporcjonalnie 20 A i 10 A.
Wzmocnienie tranzystora 2N3055 spada monotonicznie powyżej prądu kolektora 200 mA. Przy Uce=1V i Ic=8A wzmocnienie wynosi tylko 13 razy. Z tego powodu tranzystor ten jest stosowany do prądów kolektora poniżej 5A.
Zatem dostarczanie do wyjścia poprzez złącze B-E Q1 dużego prądu przez Q2 nie jest problemem.
Dla Uout=5V napięcie „1” wynosi pod obciążeniem poniżej 7V ( ale z powodu tętnień chwilowo mniej ) a mało obciążone napięcie „2” wynosi 16V.
Regulator z tranzystorem mocy Q2 ma też mały spadek napięcia i maksymalnie wykorzystuje przy zaniku napięcia sieciowego na czas jednego okresu energie z kondensatora jego prostownika. Jego konstrukcja jest osobnym tematem.
Zabezpieczenie niskonapięciowego regulatora przed przeciążeniem jest osobnym tematem. W każdym razie nie zastosowano w obwodzie prądu wyjściowego rezystora mocy do „pomiaru” prądu wyjściowego” na którym spada napięcie.
Zwróćmy uwagę że przy małych napięciach Uce uszkodzenie tranzystora jest trudne i układ zabezpieczający może być bardzo prosty. Z kolei przy dużych napięciach Uce uszkodzenie tranzystora jest bardzo łatwe.
Układ zabezpieczający ma charakterystykę Foldback.
Patent (1982): Szybkie bipolarne scalone i dyskretne klucze mocy Low Voltage
Streszczenie.
Organami wykonawczymi systemów mikroprocesorowych i mikrokontrolerów są m.in. małe napędy z: DC Motor, Step Motor, BLDC, Voice Coil i Solenoid proporcjonalny.
Przykładowo sterowanie mikrokrokowe uzwojeń silnika krokowego z mostków H z modulacją „PWM” daje nieporównanie lepsze parametry napędu niż prymitywne sterowanie.
Mostek H ( dla silnika BLDC mostek trójfazowy ) wraz z układem sterującym wykonany z elementów dyskretnych jest skomplikowany i musi być scalony dla szerszego zastosowania.
Klucze sterowane sygnałem PWM stosowane są też w regulatorach napięcia ale też do sterowania „diodowego mostka E-W” korygującego zniekształcenia kineskopu kolorowego o kącie odchylania 110 Deg.
W układach scalonych do tych celów najważniejsze są szybkie klucze mocy. Odpowiednio sterowane scalone tranzystory NPN są dość szybkie natomiast tranzystory PNP w typowej technologii są wolne co wymaga bardzo mocnego forsowania prądu sterującego bazę do szybkiego włączenia i wyłączenie klucza. Tranzystory PNP sterują górne wyjściowe tranzystory kluczujące NPN. Szybkie tranzystory PNP powstają w technologii CDI ale jest ona około 3 razy droższa czyli wyrób jest niekonkurencyjny.
W kluczach zastosowano nieznane dotąd układy chwilowego forsownego włączania i wyłączania kluczy dające bardzo szybkie przełączania i zapewniające jednocześnie mały pobór mocy.
Zintegrowane układy logiczne mogą stosować idee TTL lub RTL. Z uwagi na zakres wejściowych napięć wspólnych obejmujący GND wygodny jest do scalenia prosty komparator jak w wielokrotnych układach komparatorów LM339/393.
Po początkowym omówieniu znanych konfiguracji szybkich scalonych kluczy mocy ( począwszy od SN75325... ) pokazano nowe układy. Część z nich stanowi istotną modyfikacje istniejących rozwiązań a cześć jest nowatorska. Warte rozważenia są szybkie górne klucze bez tranzystorów PNP z zasilaniem z kondensatorków Bootstrap.
Pokazano sposób optymalizacji parametrów dyskretnego potrójnego, komplementarnego układu quasi – Darlingtona na duży prąd. Układ taki z końcowymi tranzystorami BD131 ( Ic=3A, można połączyć 2 takie równolegle ) jest zdumiewająco szybki i ma niewielkie napięcie przewodzenia.
Low Voltage dla IC oznacza 50 V a dla układów dyskretnych 100 V.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz