Стабилизированный VIPER - коммутированный ИИП из зарядного устройства.
Ранее было описано зарядное устройство на микросхеме VIPer - 100A [1], обеспечивающее необходимый зарядный ток для аккумуляторной батареи в начале и напряжение на ней в конце зарядки. При разработке особых требований к его параметрам не предъявлялось. Однако существует возможность путем несложной доработки превратить это зарядное устройство в стабилизированный источник питания с весьма высокими показателями.
Для этого обратимся к программе автоматизированного проектирования ИИП на основе VIPer-микросхем [2] и на этапе определения выходного фильтра Output Type (см. рис. 9 в [2]) взамен установленного Direct выберем Self — стандартный П-образный LC-фильтр. Следовательно, придется ужесточить требования к значению пульсаций напряжения на выходе устройства — в разделе Output Ripple в окне First Cell Ripple установим 0,5В и Second Cell Ripple — 0,02 В. На панели инструментов программы
Рис.1.
DS (см. рис. 6 в [2]) изменим способ регулирования Primary Regulation на Secondary Regulation. В результате схема ИИП, изображенная на рис. 2 в [1], несколько изменится. Фрагмент доработанной схемы показан на рис. 1. Нумерация элементов продолжает ранее принятую. Резисторы R5R6 и микроамперметр РА1 исключают.
Суть изменений сводится к введению в ИИП вторичного контура регулирования, благодаря которому параметры источника значительно улучшаются: при выходном напряжении 13,6В и номинальном токе нагрузки 6 А амплитуда пульсаций выходного напряжения не превысит 15 мВ.
Это достигается добавлением в устройство микросхемы DA2 и оптрона U1. Особенно заметно улучшение стабилизирующих свойств ИИП по его нагрузочной характеристике, показанной на рис. 2 (сравните с рис. 4 в [1]).
Быстродействие во вторичном контуре регулирования (оно зависит от коэффициента усиления оптрона Gain Optocoupler) определяет резистор R8. Возникает также и принципиально новое свойство доработанного ИИП — возможность регулирования времени "мягкого" пуска Soft Start Time, зависящего в первую очередь от емкости конденсатора Сб. По умолчанию DS устанавливает значения коэффициента усиления оптрона и время "мягкого" пуска равными 1 и 10 мс соответственно. Оставим время "мягкого" пуска для модернизируемого ИИП без изменения, а коэффициент усиления оптрона увеличим до 2, для чего обратимся к окну VIPer and Regulation Parameters (см. рис. 8 в [2]) и переустановим требуемый параметр. Номиналы элементов вторичного контура регулирования, рассчитанные программой, а затем уточненные в ходе налаживания устройства, приведены на рис. 1.
Рис.2.
В процессе регулирования в зависимости от выходного напряжения ИИП изменяется коэффициент усиления усилителя сигнала ошибки в Ш И М-контроллере. Для этого излучающий диод оптрона U1 через последовательно соединенные токоограничивающий резистор R8 и микросхему DA2 подключают к выходу устройства.
Резистор R12 — балластный в цепи питания стабилизатора DA2, а конденсатор С12 - помехоподавляющий в цепи управления. Резистивным делителем R9—R11 устанавливают рабочую точку, выбирая начальный ток диода оптрона. Световой поток, излучаемый диодом, регулирует ток, а соответственно, и эквивалентное сопротивление участка коллектор—эмиттер фототранзистора, подключенного параллельно цепи компенсации R2C6. Предположим, что под воздействием дестабилизирующих факторов увеличится выходное напряжение ИИП. Соответственно увеличится напряжение на управляющем входе (вывод 1) микросхемы DA2 и протекающий через нее ток.
Поэтому ток излучающего диода также возрастет, а эквивалентное сопротивление участка коллектор—эмиттер фототранзистора уменьшится. В справочных материалах [3] на рис. 10 приведен график, иллюстрирующий зависимость коэффициента усиления по напряжению усилителя сигнала ошибки A3 (см. рис. 1 в [1]), который при снижении сопротивления в цепи компенсации может уменьшаться на 27 дБ и более по сравнению с первоначально установленным. Таким образом, при изменении результирующего
сопротивления в цепи компенсации усилитель сигнала ошибки корректированием параметров коммутирующих импульсов восстанавливает прежнее значение напряжения на выходе ИИП.
Дополнительный узел обратной связи ИИП собран на небольшом (17,5x25 мм) отрезке платы для макетирования. Подключают его к ЗУ через дроссель L2, а конденсатор С9 на плате ЗУ заменяют другим, большей (6800 мкФ) емкости. Дроссель содержит 22 витка провода ПЭВ-2 1,5, намотанных виток к витку на оправке диаметром 3,8 мм, его магнитопровод — две
ферритовые трубки диаметром 3,5 и длиной 20 мм, применяемые в высокочастотных дросселях. Верхний по схеме вывод дросселя запаивают в отверстие на плате ЗУ, предназначенное для резистора R6.
Кроме того, проводником соединяют минусовые выходы ЗУ и дополнительного узла. Коллекторную и эмиттерную цепи фототранзистора соединяют соответственно с входом компенсации (вывод 5) и выводом 4 Ш И М-контроллера витой парой проводников МГТФ. Подстроечный резистор R10 — СПЗ-19А или другой малогабаритный, конденсаторы С6—К53-30 или К53-19, С12 — КМ-5, резисторы - ОМЛТ. Отечественная микросхема КР142ЕН19А заменима зарубежным аналогом TL431.
Стабилизированный источник питания налаживания почти не требует. Перед первым после доработки включением ИИП движок подстроечного резистора R10 устанавливают в нижнее по схеме положение, к выходу источника подключают эквивалент нагрузки, а затем включают его в сеть. Плавно перемещая движок вверх по схеме, измеряют напряжение на нагрузке, и как только оно скачком уменьшится с 15,3 до 13,6В, регулировку прекращают.
В дальнейшем напряжение на нагрузке будет стабильно поддерживаться на этом уровне. Ток излучающего диода оптрона в этот момент должен быть равен 1...2 мА, что намного меньше предельно допустимого (15 мА). Это позволяет надеяться на высокую надежность разработанного устройства. Заметим, что для повышения помехоустойчивости DS "рекомендует" между выводами 4 и 5 микросхемы DA1 подключить конденсатор емкостью 1000...2000 пФ.
На сайте компании STMicroelectronics помещен раздел FAQ (Frequently Asked Questions — часто задаваемые вопросы) [4], в котором желающие могут найти ответы на вопросы, связанные с расчетом ИИП на основе микросхем серии VJPer.
С. Косенко
Литература:
1. Косенко С. VIPer-100А и "карманное" зарядное устройство на его основе. — Радио, 2002, № 11, с. 30—32.
2. Косенко С. Эволюция обратноходовых импульсных ИП. — Радио, 2002, № 8, с. 32-35.
3. VIPerSwich Mode Elyback Power Supply DESIGNE SOFTWARE/Documentation/Data-sheet/Viper 100 - ViPer 100A: p. 1—20, February 2001.
