Источники питания на базе MK

March 5, 2014 by admin Комментировать »

Выходные линии портов MK могут сами служить источником питания для внешних маломощных устройств. Судя по ВАХ идеализированного MK, реально отдаваемый ток в нагрузку с одной линии порта составляет 8…10 мА при выходном напряжении +4.7 В и 40…50 мА при выходном напряжении +3.3 В. Здесь важно лишь следить за температурой корпуса MK, чтобы он не перегревался при длительной эксплуатации в режиме источника питания.

Чтобы подключить более мощную нагрузку и получить более высокое и стабильное напряжение на выходе, применяют схемотехнику, апробированную в DC/DC-преобразователях, где MK одновременно выступает и генератором сигналов ШИМ, и измерителем напряжения обратной связи, и пороговым устройством, отключающим питание в аварийных ситуациях.

В силовой электронике основными проблемами при разработке DC/DC- преобразователей считаются большие габариты электролитических конденсаторов и катушек индуктивности. Уменьшить их размеры можно выбором высокой тактовой частоты задающего генератора и применением современных ЭРИ.

Например, электролитические конденсаторы, применяемые в фильтрах питания, делятся на алюминиевые (низкая цена, токи утечки 4…40 МК А) и танталовые (широкий диапазон температур, токи утечки 0.3…8 МК А). И в первом, и во втором случае лучше использовать новые конденсаторы. «Новые» не в смысле не паяные «залежавшиеся» K50-6, K50-12, а зарубежные конденсаторы последних лет разработки с улучшенными характеристиками материалов, хорошими электрическими параметрами и чрезвычайно малыми размерами.

По части катушек индуктивности тоже наметился прогресс. В частности, изготавливаются катушки индуктивности 0.1…1000 МК Гн, внешне очень похожие на обычные резисторы OMJIT-0.5. Их типовые параметры (серия EC36 фирмы Mobicon): добротность 50…75, частота резонанса 50 МГц, рабочий ток 0.1…0.9 А, сопротивление 0.04…17 Ом. Общее правило — чем меньше индуктивность, тем больше максимально допустимый ток, и наоборот.

Если требуется дальнейшее уменьшение габаритов конструкции, то переходят на конденсаторы и катушки индуктивности в SMD-исполнении для поверхностного монтажа. Они миниатюрные, безвыводные, а по параметрам мало в чём уступают корпусным аналогам (Табл. 2.15).

Таблица 2.15. Основные параметры SMD-конденсаторов и SMD-индуктивностей

Тйпоразмер корпуса

0402

0603

0805

1206

1812

«Бочка»

Ёмкость конденсатора С [мкФ]

10+..0.01

10+..0.22

10+..1

10+..2.2

Напряжение конденсатора [В]

25…50

16…50

16…100

16…100

Индуктивность L [мкГй]

0.001…0.12

0.002…47

0.002…4.7

0.002…2.2

0.001…1

1…1000

Ток через катушку /Nbvx [мА]

250…300

15…850

100…1000

55…1200

55…1500

330…7000

Схемы источников питания на базе MK можно условно разделить на безыуктивные (Рис. 2.99, а…н) и с ключевыми преобразователями (Рис. 2.100, а…д).

Рис. 2.99. Схемы без индуктивных источников питания на базе MK (начало):

а) стабилизатор DA1 поддерживает неизменным выходное напряжение +3 В при токах нагрузки до 20…30 мА. Для увеличения тока, надо запараллелить два и более выхода MK. Основное требование к микросхеме DA1 — как можно меньшее собственное потребление тока;

б) маломощный источник питания, напряжение на выходе которого регулируется скважностью импульсов в канале ШИМ. Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания в нагрузке на общий провод. Совместно с конденсатором C1 он входит в ФНЧ, который сглаживает пульсации. Максимальное выходное напряжение +5 В достигается лишь при высокоомной нагрузке;

в) напряжение питания, подаваемое на часы A1, стабилизируется на уровне 1.6…1.8 В светодиодом Я/7, который одновременно служит индикатором включения;

г) удвоитель напряжения на элементах C7, C2, VD1, VD2. Три линии MK запараллелены для повышения выходной мощности. Частота генерации импульсов меандра 20…50 кГц. Идеального удвоения с 5 до 10 В получить не удастся из-за падения напряжения на диодах VD1, VD2;

д) формирователь двух отрицательных напряжений на элементах C1…C4, VD1.. VD4. Для повышения выходного напряжения диоды рекомендуются Шоттки, желательно высокочастотные, или, на крайний случай, германиевые Д9;

е) буферная микросхема DD1 снижает нагрузку по току на MK. Частота генерации 1…100 кГц. Замена 7)7)7 — любой мощный КМОП-инвертор/повторитель;

 Рис. 2.99. Схемы без индуктивных источников питания на базе MK (продолжение):

ж) стабилизатор отрицательного напряжения с силовым ключом на транзисторе VT2 и повышенным питанием +12 В. Микросхема DA1 должна иметь низкий ток потребления;

з) высокоточный программируемый по шине PC источник питания на 8-разрядном ЦАП DA1 фирмы Maxim/Dallas;

и) два изолированных и гальванически развязанных между собой источника питания. Микросхема DA1 содержит аналоговые ключи, которые коммутируются сигналами основной и удвоенной частоты от двух выходов MK;

к) мультифазный диодно-конденсаторный умножитель напряжения на элементах VD1.. VD6, С/…С6снизкопотребляющим стабилизатором на микросхеме DA1. На выходах МК  должна генерироваться «бегущая единица» с частотой следования импульсов десятки килогерц;

 Рис. 2.99. Схемы без индуктивных источников питания на базе MK (окончание):

л) аналогично Рис. 2.99, к, но без стабилизации напряжения и с противофазными сигналами на выходах MK. После подачи питания +5 В в момент начального заряда ёмкостей конденсаторов C1…C3 выходы MK испытывают кратковременную перегрузку по току;

м) регулируемый источник постоянного напряжения Еп на базе ЦАП с матрицей «R-2R»; н) частота генерируемого сигнала на выходе МК  должна составлять десятки килогерц. Резисторы R1, Я2ограничивают пусковые токи. Конденсаторы C6, C7снижают радиопомехи.

Рис. 2.100. Схемы ключевых источников питания на базе MK (начало):

а)         максимально упрощённый вариант ключевого DC/DC-преобразователя без обратной связи. Выходное напряжение в нагрузке RH составляет 30 В при токе 20 мА;

 Рис. 2.100. Схемы ключевых источников питания на базе MK (окончание):

б) ключевой DC/DC-преобразователь использует энергию, которая запасается в катушке индуктивности LL Частоту генерации определяет MK, как правило, не более 100 кГц. Элементы VD1, C1 выпрямляют и сглаживают импульсы, а параметрический стабилизатор R1, VD2 поддерживает выходное напряжение на уровне +12 В. Аналоговые ключи микросхемы DA1 выдерживают ток нагрузки на порядок выше, чем допускается для портов MK. Соответственно мощность нагрузки может быть гораздо больше. Для выключения DC/DC-преобразователя на выходе MK следует выставить любой постоянный уровень, однако лучше НИЗКИЙ (а не ВЫСОКИЙ), чтобы экономилась электроэнергия и не перегревалась обмотка катушки индуктивности L1\

в) высокое напряжение, генерируемое импульсным DC/DC-преобразователем, «пробивает» воздушный зазор между заострёнными контактами XI, X2. Индикатор HL1 мигает при каждом прохождении импульса ВЫСОКОГО уровня с выхода MK. Диод VD1 защищает базу транзистора VT1 от наводок. Стабилитрон VD3 подбирается экспериментально;

г) элементы L1, R1, VT1, VD1, C1 образуют нерегулируемый DC/DC-преобразователь напряжения, работающий на частоте 53 кГц. КПД источника составляет 64% при мощности в нагрузке 280 мВт и скважности импульсов, генерируемых с выхода MK, 30%. Транзистор VT2 периодически подключает нагрузку RH к общему проводу. Если регулировать скважность импульсов в канале ШИМ нижнего выхода MK, то будет изменяться средний ток в нагрузке;

д) двухтранзисторный повышающий DC/DC-преобразователь напряжения для питания подсветки цветного ЖК-модуля. Транзистор VT1 выполняет функцию защитного буфера и не даёт открываться транзистору VT2 при рестарте MK.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

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