Устройства электропитания на микросхемах

September 12, 2011 by admin Комментировать »

Современная база комплектующих ЭРЭ, из которых создаются различные УЭП, включает в себя кроме ППП и транзисторов большую гамму микросхем, с помощью которых решаются проблемы питания РЭА. Сегодня находят применение как отечественные, так и зарубежные микросхемы. ИС очень удобны для решения практических задач, но в домашних условиях требуют особой технологии их установки в изделие радиолюбителя.

СИП с выходным напряжением 5 В, собранный на интегральном стабилизаторе,* предназначен для питания малогабаритных ЭКВМ и различных электронных игрушек. Но необходимо заметить, что широкого распространения среди радиолюбителей такие устройства не получили. Популярностью пользуются трехвыводные интегральные стабилизаторы с различным уровнем выходных напряжений и токов. На рис. 2.6 приведена принципиальная электрическая схема, в которой использована ИМС DA1 серии К142.

Интегральные стабилизаторы типа К142ЕН5 предназначены для получения положительного выходного напря-

Рис. 2.6. Схема устройства электропитания, выполненного на микросхемах.

жения относительно общего вывода интегральной микросхемы 5 и 6 В (буквенные индексы: А, В и Б, Г соответственно). Стабилизаторы имеют три вывода для подключения к внешним цепям: входной, выходной и общий. Общий вывод, как правило, соединяется с корпусом УЭП и обозначается на схеме цифрой 8. Входное напряжение с выпрямителя поступает между входным и общим выводами, выходное напряжение снимается с выходного и общего выводов. Интегральный стабилизатор рассчитан таким образом, что его нормальная работа обеспечивается, если значение входного напряжения при максимальной "нагрузке превышает значение выходного напряжения по крайней мере на 2,5 В. А это значит, что при выходном напряжении 5 В входное выпрямленное напряжение постоянного тока должно быть в пределах 7,3—7,7 В.

Стабилизаторы серии К142 выпускаются на максимальное входное напряжение (до 25 В и выше), однако рост входного напряжения приводит к увеличению мощности рассеяния, выделяющейся в микросхеме, и следовательно — к увеличению рабочей температуры. Эти стабилизаторы выпускаются с системой защиты от перегрузок и коротких замыканий. Увеличение выходного тока сверх номинального значения приводит к уменьшению выходного напряжения и самопроизвольному выключению стабилизатора.

УЭП с регулируемым выходным напряжением от 0 до 9 В предназначено для испытаний и настройки транзисторных самодельных конструкций и может быть использовано для электропитания переносных радиоприемников, транзисторных усилителей, магнитофонов и другой РЭА и ИП.

Как видно из схемы, УЭП включает в свой состав два каскада, образующих два самостоятельных выхода стабилизированного напряжения и делающих его универсальным. УЭП состоит из входного устройства, сетевого понижающего трансформатора питания 77, двух выпрямителей, работающих на емкостные фильтры, двух стабилизаторов напряжения и выходного устройства. В свою очередь, входное устройство УЭП имеет в своем составе элементы подключения к сети переменного тока напряжением 220 или 127 В, индикаторную лампочку Я/, сигнализирующую о готовности УЭП к работе, предохранитель F1, защищающий входные цепи от коротких замыканий и перегрузок.

Сетевой понижающий трансформатор питания 77 изготавливается на броневом магнитопроводе типа ШЛ с активной площадью поперечного сечения стали основного стержня не менее 5 см2, имеет четыре обмотки, обеспечивающие расчетный уровень выходного выпрямленного напряжения постоянного тока. На вторичных обмотках трансформатора действуют напряжения переменного тока 7,5 и 13,5 В. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора 77 указаны в табл. 2.12. Экранная обмотка замыкается на отрицательный выход выпрямителей и усиливает действие гальванической развязки вторичных цепей устройства и нагрузки от высокого напряжения первичной сети переменного тока.

Таблица 2.12. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора в устройстве электропитания на микросхемах

 

 

 

 

 

 

Сопротивле

Обозначение трансформатора на схеме и тип кон

Магнитопро- вод, марка стали и толщина, мм

Обмотка

Выводы

Марка и диаметр провода, мм

Число витков

ние постоянному току, Ом (предельное отклонение ±15%)

струкции

 

 

 

 

7/, бро

ШЛ 16X25

I

1—3

ПЭВ-1; 0,18

2430

230

невой, с одной катушкой

или

УШ16Х24, витой ленточный или шихтованный

Экран

2—3 8

ПЭВ-1; 0,18 ПЭВ-1; 0,18

1400 1 слой

132

 

 

II

4—5

ПЭВ-1; 0,55

84

0,55

 

 

III

6—7

ПЭВ-1; 0,55

150

1

При изготовлении трансформатора необходимо усилить электрическую изоляцию токоведущих проводников от магнитопровода и других металлических частей УЭП.

Оба выпрямителя выполнены по однофазным двухпо- лупериодным мостовым схемам на выпрямительных диодах VDI—VD4 и VD5—VD8, работающих на емкостные фильтры, собранные на электролитических конденсаторах С1 и С2. Выпрямители, собранные по схеме Греца, характеризуются как положительными, так и отрицательными показателями: имеют высокую частоту пульсации на выходе, низкое обратное напряжение на комплекте выпрямительных диодов, позволяют более полно использовать габаритную мощность трансформатора, но одновременно имеют высокое падение напряжения, пониженный кпд и не позволяют устанавливать однотипные диоды на радиаторах охлаждения без изоляционных прокладок.

Емкостный фильтр первого выпрямителя на конденсаторе С/ большой емкости обеспечивает получение не- стабилизированного напряжения 8,5 В, что на 1 В больше минимального значения входного напряжения стабилизатора, собранного на микросхеме DA1. Увеличение числа витков на вторичной обмотке трансформатора и, следовательно, напряжения на ней в данной схеме недопустимо, так как это может привести к увеличению мощности, выделяющейся в ИС, и выходу ее из строя.

При монтаже и сборке стабилизатора DA1 необходимо обеспечить наименьшую длину соединительных проводников, а саму микросхему установить на радиатор охлаждения с площадью активного охлаждения 100 см2. Источник питания напряжением 5 В стабилизированного постоянного тока может быть применен для питания микросхем технологии TTJ1C.

Емкостный фильтр второго выпрямителя на конденсаторе С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, которое подается на стабилизатор напряжения, собранный на транзисторах VTI, VT2 и стабилитроне VD9. Выходное напряжение этого стабилизатора можно регулировать резистором R4 почти от 0 до 9 В при токе нагрузки до 300 мА. Опорное напряжение вырабатывается стабилитроном VD9 и резистором R3. Транзистор VT1, включенный эмиттерным повторителем, является управляющим элементом стабилизатора, а напряжение, действующее на его нагрузочном резисторе /?5, подается на базу РЭ, собранного на транзисторе VT2. Как видно из схемы, нагрузка включена в эмиттерную цепь транзистора VT2 и потребляемый нагрузочный ток течет через переход эмиттер—коллектор этого транзистора.

Важную роль в сигнализации о превышении тока нагрузки имеет проволочный резистор R2 сопротивлением 6—7 Ом, параллельно которому включена лампочка накаливания Н2. По мере увеличения тока нагрузки пропорционально увеличивается падение напряжения на резисторе R2 и лампочке Н2. Изменяя сопротивление резистора в указанных пределах, нить лампы накаливания не светится и стабилизатор работает в номинальном режиме. Если ток нагрузки будет увеличиваться, а это возможно только в режиме перегрузки, нить лампочки начинает светиться все ярче и ярче, и при токе 0,5—0,6 А лампочка будет гореть на полную яркость.

На выходе этого стабилизатора установлен конденсатор СЗ, выполняющий роль фильтра, и резистор R6, который включается в работу при отключенной нагрузке, а регулирующий транзистор начинает работать как усилитель тока. Изготавливается резистор намоткой нихромо- вого провода диаметром 0,2 мм на резисторе типа ВС-2. Можно использовать для намотки константановый или манганиновый провод указанного диаметра.

Изготавливается УЭП в прямоугольном корпусе, с нижней и верхней крышками и лицевой панелью. В крышках корпуса необходимо предусмотреть вентиляционные отверстия для отвода тепла. Детали УЭП устанавливаются на плате, которую можно изготовить как под печатный, так и под объемный монтаж. В качестве материала этой платы лучше использовать односторонне фольгиро- ванный стеклотекстолит. Размеры платы должны соответствовать размерам лицевой панели, к которой она прикрепляется с помощью стоек и винтов. Трансформатор питания устанавливается на нижней крышке корпуса и закрепляется винтами. Конструктивно УЭП может быть выполнено практически любой формы, но с обязательным соблюдением правил эстетики и органолептики.

В УЭП применены следующие, в основном покупные, электрора- диоизделия: сетевой понижающий трансформатор питания броневой конструкции с одной катушкой 77 типа ШЛ или УШ; транзисторы VT1 типа МП42Б, VT2 — П213; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа Д105А, VD5—VD8 типа Д226; стабилитрон VD9 типа Д814Д; конденсаторы С/ типа K50-6-10B-8000 мкФ (два конденсатора по 4000 мкФ, включенные параллельно), С2 — K50-6-25B-2000 мкФ, СЗ — K50-6-16B-500 мкФ; резисторы R1 типа МЛТ-2-270 кОм, R2 — проволочный самодельный сопротивлением 6—7 Ом, R3 — МЛТ-0,5- 360 Ом, R4 — СП-IV-IBt-A-IO кОм, R5 — МЛТ-0,25-1 кОм, R6 — МЛТ-1-1 кОм; микросхема DA1 типа К142ЕН5А; индикаторные лампочки HI типа ТН-0,2, Н2 типа МН-6,3-0,22 А; предохранитель F1 типа ПМ-1-0,25 А; переключатели S1 типа П2Т-1-1, S2 — П1Т-1-1, S3 — МТ-1-1; электрические соединители XI типа «вилка» с электрическим кабелем длиной не менее 1,5 м, XI—Х5 типа КМЗ-1 или КП-1; ИП PV1 типа М4208.

Если при изготовлении устройства не окажется некоторых деталей, рекомендованных выше, то большинство из них можно заменить на аналогичные и качественные

ЭРЭ. Конденсаторы типа К50-6 — на К50-3, К50-16; резисторы типа МЛТ — на ВС, ВСа, МТ, ОМЛТ, УЛИ, БП, С1-4; стабилитрон типа Д814Д — на Д813; выпрямительные диоды можно заменить двумя диодными сборками типа КЦ402Е; вместо самодельного трансформатора можно применить трансформатор унифицированной конструкции типа ТИП.

Для проверки работоспособности УЭП к выходным зажимам Х2 и Х5 подключают вольтметр и измеряют выходное напряжение в режиме холостого хода, которое должно быть равно 5 В.

К зажимам ХЗ и Х4 подключается вольтметр постоянного тока и последовательно соединенный миллиамперметр на ток до 1 А и проволочный переменный резистор типа ППЗ сопротивлением 0,5 кОм. После включения УЭП в сеть вольтметр должен показывать напряжение от 0 до 9 В, а миллиамперметр — ток от 20 мА до 300 мА.

Техническая характеристика

устройства электропитания на микросхеме

КН142ЕН5А

Номинальное напряжение питающей сети

переменного тока, В ……………………………. 220

Номинальная частота питающей сети

переменного тока, Гц ………………………….. 50

Пределы изменения напряжения питающей сети

переменного тока, В …………………………….  198—242

Пределы изменения частоты питающей сети

переменного тока, Гц …………………………..  49,5—50,5

Выходное напряжение, В:

стабилизированное на микросхеме …………………..  5

стабилизированное регулируемое …………………. 0,2—9

Входное напряжение на микросхеме, В:

минимальное…………………………………………….. 8,5

максимальное ……………………………………………. 12

Коэффициент нестабильности по напряжению на выходе стабилизаторов, %:

5 В ……………………………………………………….. 0,05

0—9 В……………………………………………………… 0,5

Коэффициент нестабильности по току на выходе стабилизаторов, %:

5 В …………………………………………………………… 1

0—9 В……………………………………………………… 2,5

Максимально допустимая мощность рассеяния

при эксплуатации, Вт ………………………….. 10

Максимально допустимый ток на выходе стабилизаторов, А:

5 В……………………………………………………………. 5

0—9 В……………………………………………………….. 2

Коэффициент нелинейных искажений

питающей сети переменного тока, %, не более . . 10 Коэффициент стабилизации выходного напряжения, не менее:

5 В …………………………………………………………. 300

0—9 В……………………………………………………… 200

Помехозащищенность УЭП с металлическим экраном при напряженности внешнего

электромагнитного поля, дБ, не менее ……………. 100

Кпд, %, не менее …………………………………………. 72

Условия эксплуатации:

температура окружающей среды, °С……………… 5…35

относительная влажность воздуха

при температуре 20 °С, %, не более …………………. 93

атмосферное давление воздуха, кПа (мм рт. ст.):

минимальное…………………………………………….. 26,7 (200)

максимальное ……………………………………………  120 (900)

Малогабаритные стабилизированные УЭП на микросхемах серии К142 используются в радиолюбительской практике сравнительно редко, что объясняется только недостатком информации о тех преимуществах, которые можно получить при их практическом применении.

ИС серии К142 предназначены для использования в ВИПах различных конструктивных исполнений. Область применения таких источников электропитания в изделиях радиолюбителей может быть ограничена только их дефицитностью и еще пока высокой стоимостью. УЭП, выполненные на интегральных стабилизаторах, характеризуются высокими электрическими параметрами и техническими характеристиками.

Конструктивно УЭП могут быть оформлены как в виде самостоятельных сборочных единиц, узлов и блоков питания, так и в виде встроенных функциональных устройств, работающих в составе РЭА, и использованы для электропитания малогабаритных переносных радиоприемников, электрофонов, магнитофонов, стереорадиол, электронных игрушек, автомобильной сервисной радиоаппаратуры, малогабаритных телевизоров, ЭКВМ, компьютерных приставок, электротехнических бытовых изделий, сторожевых и охранных устройств и др.

Литература:

  Сидоров И. Н. С34 Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера.— СПб.: Лениздат, 1996.- 352 е.. ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты