Сходинка дев’ята. Вторинні джерела живлення Частина четверта, остання (продовження)


Статью просмотрели: 515 человек

 

Початок статті за посиланням.

 

Ну і останні два виводи – вихід опорної напруги 5.0 В (8) та вхід генератора (4). Вони використовуються для приєднання ланцюжка з резистора R3 та конденсатора C3. За допомогою цього ланцюжка задають частоту роботи генератора.

Оце короткий і стислий опис схеми та роботи наведеного на Мал. 17 інвертора імпульсного джерела живлення.

У минулому дописі ми розбирали роботу ШІР і те, як відбувається регулювання тривалості імпульсів вручну. Давайте розглянемо як регулюється тривалість імпульсів управління автоматично, адже ми розуміємо, що регулювання тривалості імпульсів ШІР у таких вузлах відбувається автоматично.

Мал. 18
Пилкоподібний сигнал

Правду кажучи, у повсякденні я майже ніколи не користуюся поняттям ПРОГАЛЬНІСТЬ. Мені більше до вподоби міжнародний варіант – РОБОЧИЙ ЦИКЛ (duty cycle) виражений у відсотковому відношенні. Як на мене, це більш простіше і зрозуміліше. Скажімо меандр, дорівнює 50 відсоткам робочого циклу. Детальніше про співвідношення цих термінів прочитайте у попередньому дописі.

 

Ми вже знаємо, що основою буд-якого регулятора на основі широтно-імпульсної управління є генератор. Давайте звернемося до Мал. 16. У складі розглянутого нами контролера присутній генератор, до того ж не простий. Він виробляє пилкоподібні імпульси. За своєю формою сигнал нагадує зубці пилки тому і отримав назву – пилкоподібний (Мал. 18).

Далі, до складу контролера входять підсилювач похибки, контроль струму та тригер ШІР, це елементи які формують сигнал управління вихідним вузлом мікросхеми. Основний сигнал управління формується у елементі логіки драйвера. До нього надходить три сигнали:

  • опорна напруга;
  • сигнал генератора, імпульси якого і є основою управління силовим ключем MOSFET;
  • на третій вхід потрапляє сигнал тригера ШІР, де формуються імпульси тривалості робочого циклу.

Лише логіка збігів певних рівнів цих сигналів на вході дає дозвіл на формування вихідного сигналу управління драйвером силового ключа потрібної тривалості.

Нас цікавить тригер ШІР.

 

Мал. 19
Комбінований сигнал тригера ШІР

Отже, на один зі входів тригера ШІР надходить пилкоподібний сигнал генератора. При відсутності сигналу похибки, через відкритий вузол контролю струму, на інший вхід тригера надходить максимально можливий рівень сигналу опорної напруги 2.5 В. На підставі цих двох сигналів, на виході тригера виставляється дозвільний рівень для формування сигналу управління з робочим циклом 100%.

 

На вході підсилювача похибки з'явився сигнал, що каже про збільшення рівня напруги на контрольованій ділянці – рівень вихідного потенціалу підсилювача похибки (опорної напруги) став меншим. Вузол контролю струму – відкритий, сумарний сигнал на виході тригера ШІМ змінив вигляд для формування сигналу з меншим робочим циклом. Як наслідок – рівень вихідної напруги інвертора знизився.

На Мал. 19 зображено комбінацію усіх сигналів тригера. Пилка – вхід до тригера пилкоподібних імпульсів генератора послідовності (з червоним фоновим заповненням), Зелена спадаюча лінія – сигнал підсилювача похибки (опорна напруга) на вході тригера. Прямокутні імпульси (із синім фоновим заповненням) – імпульси на виході тригера, які використовуються для формування імпульсів керування силовим ключем. Як бачите, робочий цикл цих імпульсів змінюється (зменшується від 80% до 20%), в залежності від рівня вхідного сигналу похибки.

Ми не заглиблюємося до розгляду внутрішньої будови вузла тригера, нас не цікавить робота його компонентів. Важливе лише його функціональне призначення і логіка взаємодії вхідних сигналів (рівнів потенціалу) та результат такої взаємодії на виході тригера. Тригер, це своєрідна защіпка, він має два стійкі стани – "є вихідний сигнал", "немає вихідного сигналу". Стан "є вихідний сигнал" виникає тоді, коли рівень пилкоподібного сигналу нульовий. Перехід до стану "немає вихідного сигналу" виникає тоді, коли рівень опорної напруги збігається із рівнем пилкоподібного сигналу генератора. Тобто, імпульс управління виникає лише тоді, та триває лише той час, коли амплітуда сигналу тактового генератора менша за амплітуду опорної напруги.

Тепер уявімо, що робота інвертора стабілізувалася на певному рівні. Сформований робочий цикл відповідає потребам статичного навантаження джерела живлення. Виникає колізія. КЗ у колах споживача, напруга падає. Робочий цикл встановлюється на рівні 100%, інвертор намагається підняти напругу, росте струм у ланці ключового транзистора. Падіння напруги на датчику струму стає вищим за 1.0 вольт. Сигнал із датчика надходить до вузла контролю струму. Цей вузол, неначе запобіжник, блокує сигнал від підсилювача похибки. На тригер він не надходить, вихідний сигнал тригера відсутній. Логіка драйвера управління силовим ключем не отримує необхідної суми сигналів і припиняє свою роботу. Інвертор зупиняється до зменшення перевантаження ланки силового ключа. Струм зменшився, падіння напруги на датчику струму ключа стало меншим за 1.0 вольт. Вузол контролю струму дав дозвіл на проходження сигналу підсилювача похибки. Спроба запуску – струм миттєво зростає, інвертор знову вимикається, проблема лишається, чується характерний "цик". І так продовжується доти, поки не буде вимкнене живлення інвертора, або не усунута проблема.

Тепер давайте повернемося до схеми інвертора яку ми розглядали на Мал. 16. Схемотехніка його побудови не передбачає використання реалізованого у контролері сигналу контролю за напругою, тому вхід підсилювача похибки заблокований нульовим потенціалом. Опорна напруга 2.5 вольта, при відсутності сигналу заборони від вузла контролю за струмом, потрапляє до тригера ШІР. Такий стан формує на його виході 100% робочий цикл.

Для управління роботою тригера ШІР використано вивід 1 – вихід підсилювача похибки. При зростанні контрольованої напруги вище встановленої межі, починає розгоратися світлодіод оптопари, що веде до поступового відкриття оптотранзистора і блокування опорного сигналу 2.5 вольта на масу. Чим більше ступінь перевищення контрольного рівня, тим більше відкривається оптотранзистор, тим меншим стає рівень опорної напруги заблокованої транзисторним переходом колектор-емітер на масу. Ширина імпульсів робочого циклу меншає, вихідна напруга падає.

Мал. 20
Імпульсне джерело живлення на контролері сімейства TNY

Ну і наостанок наведу схему простого ІБЖ на одному контролері. Схема взята з Інтернету, але вона цілком відповідає варіанту із datasheet. Такий блок живлення здатен віддати 16 ватів потужності, а це, при вихідній напрузі 5.0 В, трохи більше 3‑х амперів.

 

Така схема приклад реалізації простого, легенького, компактного, надійного імпульсного джерела живлення для заряджання акумулятора будь-якого девайсу.

Існує ще група МС інверторів (all in one) сімейства TOP221 – TOP227, яка дозволяє будувати компактні джерела живлення потужністю до 150W!

-------------------------------------------------------------------

ВІДСТУП

лінійне джерело живлення
(основне)

 

У минулих дописах я розповів вам, як швидко зробити собі цілком пристойний блок живлення із конструктора пропонованого магазином. Ми розглянули його певні недоліки, способи їх виправлення. Розглянули способи збільшення потужності та підвищення надійності.

Втім, основною моєю метою було бажання показати аматорам як використати для індикації напруги та струму звичайні аналогові прилади. Та й розповісти більш детальніше що це таке. Кажуть ера аналогових вольтметрів та амперметрів минула, дозвольте з вами не погодитися.

Отже, почнемо.

У більшості випадків, конструктивною основою аналогового вимірювального пристрою є магнітоелектрична рамка. Це не каже про те, що не існує таких приладів із іншими системами реагування на якісь вимірювані величини. Але ми їх розглядати не будемо, бо магнітоелектрична система найчастіше потрапляє до рук аматора.

 

Мал. 21
Магнітоелектричний прилад

Зробимо невеличкий відступ. На Мал. 21, взятому з підручника фізики для 9-го класу, зображено внутрішню конструкцію механізму магнітоелектричної системи. На рухомій рамці є декілька витків мідного дроту, проходження по яким струму і викликає взаємодію його магнітного потоку з магнітним полем постійного магніту. Спіральні пружини балансують рухому систему механізму таким чином, щоб при відсутності струму в обмотці рамки стрілка завжди поверталася на 0.

 

Для аматора є важливим гвинт корекції системи підвісу, зображений на малюнку символом !. За його допомогою коригують встановлення стрілки на нульову позначку при відсутності сигналу. Таке коригування із часом доводиться робити.

Отже по своїй суті, незалежно від використання, прилад реагує на силу магнітного потоку у рамці. А спосіб використання для вимірювання струму чи напруги визначають зовнішні ланцюги корекції та порядок увімкнення до кіл вимірювання.

Існують прилади із вмонтованими всередині елементами корекції. Якщо ви придбаваєте прилад – амперметр, який має шкалу, скажімо, на 5 амперів у магазині, то такий прилад повинен мати вмонтований шунт. Втім, на всяк випадок, з'ясуйте це у продавця, бо деякі прилади комплектуються зовнішніми шунтами, або ж не комплектуються зовсім.

 

 

Мал. 22
Міліамперметр М42100

Найважливішою інформацією для аматора є опір обмотки рамки та струм її повного відхилення на кінцеву позначку. Якщо прилад "видобутий" із якогось пристрою, то кола корекції можуть бути зовнішніми і лишитися у пристрої-донорі. Тому позначки на шкалі не відповідатимуть реальним характеристикам приладу. Тож, перш ніж використати його у якійсь конструкції, слід з'ясувати його дві основні характеристики:

 

  • опір рамки;
  • струм повного відхилення.

Будемо вчитися це робити. У мене своя технологія, принаймні для головок із низькою чутливістю, яка мені трапилася (Мал. 22).

Перш за все слід зібрати простеньку схему. Джерелом живлення буде наш допоміжний БЖ, навантаженням резистор, який створюватиме потрібний струм у колі, та піддослідний прилад, увімкнений послідовно із резистором навантаження. Для початку приймемо для розрахунку напругу 5.0 В, тоді резистор навантаження для струму 100 мікроампер, а саме з такого струму починаємо роботу з невідомим приладом, становитиме 50 кОм (R=U/A, 5/0,0001=50000). З'єднуємо все докупи, виставляємо мінімальну напругу, вмикаємо БЖ і поступово збільшуємо вихідну напругу слідкуючи за поведінкою стрілки приладу. Якщо стрілка, навіть при суттєвому збільшенні напруги, не доходить до кінцевої мітки шкали – наш прилад має меншу чутливість. Зменшуємо резистор навантаження для збільшення струму у колі. Скажімо резистор 5 кОм при максимальній напрузі 30 В дасть струм 6 мА, ну і так далі. Міняйте резистор навантаження для того, щоб досягти повного відхилення стрілки приладу на кінцеву шкалу. Мені підійшов резистор близько 13 Ом. Результат на Мал. 23.

Коли мета досягнута, паралельно піддослідному приладу вмикаємо вольтметр, для визначення падіння напруги на ньому. Це дасть нам можливість визначити опір нашого піддослідного. Простий розрахунок дозволяє нам з'ясувати, що опір системи головки становить (0.074/0.15) 0.5 Ом. Усі ці підрахунки наближені, бо для вимірів ми використовуємо не високоточні стендові прилади, а звичайні мультиметри.

Отже ми з'ясували, що чутливість аналогового приладу – 150 мА, а внутрішній опір його системи (бо з певною імовірністю можу сказати, що цей прилад має вмонтований шунт) становить 0.5 Ом.

Мал. 23
Повне відхилення

Для того, щоб вимірювати цим приладом струми більші за його чутливість, слід використати зовнішній шунт.

Давайте проведемо експеримент, загрубимо чутливість нашого приладу, щоб він мав повне відхилення при струмі 1.5 А.

Для цього використаємо зовнішній шунт, який пропускатиме через себе основний струм, а частини струму буде проходити через прилад. Струм через прилад не зміниться, на максимумі він буде становити, як і раніше, 150 мА, але це буде частина струму, який протікатиме по основному колу. Суть у тім, що рівень виміру струму приладом буде дотичним показником сумарного струму відповідно налаштованої системи прилад-шунт.

Отже, для того, щоб прилад показував на кінцевій мітці струм відхилення 1.5 А, через нього повинен протікати струм у десять разів менший за струм кола. 1.5 А/0.15 А = 10.

Підрахуємо опір шунта. Опір системи приладу 0.5 Ом поділимо на визначений нами коефіцієнт зменшення: 0.5/10 = 0.05 Ом.

 

Мал. 24
Підбір резисторів для шунта відхилення

З того що у нас є підберемо зовнішній шунт (Мал. 24). Він трохи не відповідає потрібному, але цього цілком достатньо, щоб зрозуміти суть справи.

 

Аналогічно можна змінити чутливість приладу для виміру 3-х чи 5-ти амперів.

3.0 А/0.15 А = 20;  0.5/20 = 0.025 Ом.

5.0 А/0.15 А = 33.33;  0.5/33.33 = 0.015 Ом.

Потужність шунта повинна бути у декілька разів більшою за максимальну сумарну потужність потоку струму. При струмі 3.0 А та максимальній напрузі 30.0 В, потужність потоку становитиме 90 ватів. Відповідно при 5 амперах та 30 вольтах – 150 ватів. Основна ціль – шунт не повинен нагріватися, температура не повинна впливати на опір шунта. Іще одне, основне коло виміру струму повинне мати надійний контакт із зовнішнім шунтом, а прилад приєднується до шунта паралельно! Якщо струм кола виміру потече через прилад без шунта (при порушенні контакту з'єднання) – прилад вийде з ладу!!!

 

Мал. 25
Зовнішній експериментальний шунт

Повернемося до нашого експерименту. На Мал. 25 виможете бачити зовнішній шунт реалізований з метою експерименту із керамічних резисторів. Для реального джерела живлення потужності такого шунта явно недостатньо (правда це залежить від максимальної вихідної напруги такого джерела живлення).

 

Приєднаємо його до допоміжного джерела і перевіримо наші розрахунки. Схема приєднання залишається така ж сама, але не забудьте поміняти зовнішній резистор навантаження для забезпечення струму споживання ним трохи більшого за 1.5 А.

 

 

 

Мал. 26
Результат досліду

Реальні показники ледь більші, та то не проблема, адже це експеримент і він довів життєздатність такого методу визначення номіналу шунта.

 

Якщо вам доведеться робити шунт самостійно, його можна виготовити із мідного дроту (декілька жилок), мідної чи сталевої пластинки і підганяти його для точних показників вам все одно доведеться за допомогою інструментального втручання (надфіля, напилка чи ножиць по металу).

Подібні прилади можна використати і для виміру напруги. Втім, прилади із такою низькою чутливістю використовувати у якості вольтметрів я б не радив, адже струм споживання при повному відхиленні становить аж 150 мА, а це не мало.

Та все одно я поясню як це робиться. Скажімо, нам потрібен вольтметр на напругу 30 вольтів. Тобто напруга 30 вольтів повинна викликати повне відхилення стрілки аж до кінцевої мітки. Знову звертаємося до закону Ома, і використовуємо формулу для визначення опору, через який би при напрузі 30 вольтів протікав струм 150 мА (струм визначеного повного відхилення стрілки):

R = V/I; 30/0.15 = 200 Ом.

Ми знаємо, що для виміру напруги, вольтметри вмикається паралельно джерелу ЕРС. Збираємо схему з міліамперметра та послідовно з'єднаного резистора із опором 200 омів і цю ланку вмикаємо на вихід джерела живлення.

Тепер при вихідній напрузі джерела живлення 30 вольтів ми матимемо відхилення стрілки приладу до кінцевої мітки. Перемальована шкала перетворить його на вольтметр, а градуювати шкалу у проміжних значеннях доведеться самостійно.

 

Мал. 27
Інформаційні помітки

Декілька слів стосовно символів позначень на шкалах аналогових приладів (Мал. 27). Такі символи розташовують у нижньому кутку праворуч. Наведу, для прикладу, основні позначення, які зустрічаються найчастіше (насправді їх більше): 1 – прилад для вимірів у колах постійного струму, 2 – система приладу магнітоелектрична, 3 – клас точності приладу, 4 – випробувана напруга пробою ізоляції 2 кіловольта, 5 – щитовий прилад (для роботи у вертикальному положенні), 6 – прилад для роботи у горизонтальному положенні.

А тепер покажу зразки таких службових символьних поміток з приладів які трапилися мені під руку (Мал. 28):

 

          

Мал. 28
Приклад інформаційних поміток

 

Ви, гадаю, зрозуміли, що хвиляста лінія вказує на призначення приладу для роботи у колах змінного струму, символ діода інформує про вмонтований випрямляч. На деяких приладах є літера Б – вона каже про те, що прилад може експлуатуватися у захищених, сухих, не опалюваних приміщеннях. Іще одне. Коли на приладі відсутні позначки 5 чи 6, то такий прилад вважається універсальним і здатен працювати як у вертикальному так і у горизонтальному положенні.

 

До наступної зустрічі. Хай вам щастить.

 

Наступний допис – про компаратори та операційні підсилювачі.

 

Комментарии к статье

Отсутствуют
  • Вы, клиент нашего интернет-магазина? Войдите чтобы оставить комментарий
    Войдите
    Впервые в интернет-магазине? Чтобы продолжить вам нужно зарегистрироваться, это займет несколько минут
    Зарегистрируйтесь