Kia431a описание на русском — Мастер Фломастер
В этой статье мы узнаем, как работает интегральный стабилизатор напряжения TL431, в регулируемых блоках питания.
Технически TL431 называется программируемым шунтирующим регулятором, простыми словами это может быть определено как регулируемый стабилитрон. Давайте рассмотрим его спецификацию и указания по применению.
Стабилитрон TL431 имеет следующие основные функции:
- Выходное напряжение устанавливается или программируется до 36 вольт
- Низкое выходное сопротивление около 0,2 Ома
- Пропускная способность до 100 мА
- В отличие от обычных диодов Зенера, генерация шума в TL431 незначительна.
- Быстрое переключение.
Общее описание TL431
TL431 — регулируемый или программируемый регулятор напряжения.
Необходимое выходное напряжение может быть установлено с помощью всего двух внешних резисторов (делитель напряжения), подключенных к выводу REF.
На приведенной ниже схеме показана внутренняя структурная схема устройства, а также PIN-код обозначения.
Распиновка TL431
Схема включения стабилитрона TL431
Теперь давайте посмотрим, как этот прибор может быть использован в практических схемах. Схема ниже показывает, как можно использовать TL431 в роли обычного регулятора напряжения:
Приведенный выше рисунок показывает, как с помощью всего пары резисторов и TL431 получить регулятор, работающий в диапазоне 2,5…36 вольт. R1 представляет собой переменный резистор, который используется для регулировки выходного напряжения.
Следующая формула справедлива для вычисления сопротивлений резисторов, в случае если мы хотим получить какое-то фиксированное напряжение.
Vo = (1 + R1/R2)Vref
При совместном применении стабилизаторов серии 78xx (7805,7808,7812..) и TL431 можно использовать следующую схему:
TL431 катод соединен с общим выводом 78xx. Выход 78xx подключен к одной из точки резисторного делителя напряжения, который определяет выходное напряжение.
Вышеуказанные схемы использования TL431 ограничены выходным током 100 мА максимум.
Для получения более высокого выходного тока может быть использована следующая схема.
В приведенной выше схеме большинство компонентов схожи с обычным регулятором, приведенным выше, за исключением того, что здесь катод подключен к плюсу через резистор и к их точке соединения подсоединена база буферного транзистора. Выходной ток регулятора будет зависеть от мощности данного транзистора.
Области применения TL431
Выше изложенные варианты применения TL431 могут быть использована в любом месте, где требуется точность настройки выходного напряжения или опорного напряжении. В настоящее время это широко используется в импульсных источниках питания для генерации точного опорного напряжения.
TL 431 это программируемый шунтирующий регулятор напряжения. Хотя, эта интегральная схема начала выпускаться в конце 70-х она до сих пор не сдаёт своих позиций на рынке и пользуется популярностью среди радиолюбителей и крупных производителей электротехнического оборудования. На плате этого программируемого стабилизатора находится фоторезистор, датчик измерения сопротивления и терморезистор. TL 431 повсеместно используются в самых разных электрических приборах бытовой и производственной техники. Чаще всего этот интегральный стабилитрон можно встретить в блоках питания компьютеров, телевизоров, принтеров и зарядок для литий-ионных аккумуляторов телефонов.
TL 431 интегральный стабилитрон
Основные характеристики программируемого источника опорного напряжения TL 431
- Номинальное рабочее напряжение на выходе от 2,5 до 36 В;
- Ток на выходе до 100 мА;
- Мощность 0,2 Ватт;
- Диапазон рабочей температуры для TL 431C от 0° до 70°;
- Диапазон рабочей температуры для TL 431A от -40° до +85°.
Точность интегральной схемы TL 431 указывается шестой буквой в обозначении:
- Точность без буквы – 2%;
- Буква А – 1%;
- Буква В – 0, 5%.
Столь широкое его применения обусловлено низкой ценой, универсальным форм-фактором, надёжностью, и хорошей устойчивостью к агрессивным факторам внешней среды. Но также следует отметить точность работы данного регулятора напряжения. Это позволило ему занять нишу в устройствах микроэлектроники.
Основное предназначение TL 431 стабилизировать опорное напряжение в цепи. При условии, когда напряжение на входе источника ниже номинального опорного напряжения, в программируемом модуле транзистор будет закрыт и проходящий между катодом и анодом ток не будет превышать 1 мА. В случае, когда выходное напряжение станет превышать запрограммированный уровень, транзистор будет открыт и электрический ток сможет свободно проходит от катода к аноду.
Схема включения TL 431
В зависимости от рабочего напряжения устройства схема подключения будет состоять из одноступенчатого преобразователя и расширителя (для устройств 2,48 В.) или модулятора небольшой ёмкости (для устройств 3.3 В). А также чтобы снизить риск короткого замыкания, в схему устанавливается предохранитель, как правило, за стабилитроном. На физическое подключение оказывает влияние форм-фактор устройства, в котором будет находиться схема TL 431, и условия окружающей среды (в основном температура).
Стабилизатор на основе TL 431
Простейшим стабилизатором на основе TL 431 является параметрический стабилизатор. Для этого в схему нужно включить два резистора R 1, R 2 через которые можно задавать выходное напряжение для TL 431 по формуле: U вых= Vref (1 + R 1/ R 2). Как видно из формулы здесь напряжение на выходе будет прямо пропорционально отношению R 1 к R 2. Интегральная схема будет держать напряжение на уровне 2,5 В. Для резистора R 1 выходное значение рассчитывается так: R 1= R 2 (U вых/ Vref – 1).
Эта схема стабилизатора, как правило, используется в блоках питания с фиксированным или регулируемым напряжением. Такие стабилизаторы напряжения на TL 431 можно обнаружить в принтерах, плоттерах, и промышленных блоках питания. Если необходимо высчитать напряжение для фиксированных источников питания, то используем формулу Vo = (1 + R 1/ R 2) Vref.
Временное реле
Прецизионные характеристики TL 431 позволяют использовать его не совсем по «прямому» назначению. Из-за того, что входной ток этого регулируемого стабилизатора составляет от 2 до 4 мкА, то используя данную микросхему можно собрать временное реле. Роль таймера в нём будет исполнять R1 который начнёт постепенно заряжаться после размыкания контактов S 1 C 1. Когда напряжение на выходе стабилизатора достигнет 2,5 В, транзистор DA1 будет открыт, через светодиоды оптопары PC 817 начёт проходить ток, а открытый фоторезистор замкнёт цепь.
Термостабильный стабилизатор на основе TL 431
Технические характеристики TL 431 позволяют создавать на его основе термостабильные стабилизаторы тока. В которых резистор R2 выполняет роль шунта обратной связи, на нём постоянно поддерживается значение 2,5 В. В результате значение тока на нагрузке будет рассчитываться по формуле Iн=2,5/R2.
Цоколёвка и проверка исправности TL 431
Форм-фактор TL 431 и его цоколёвка будет зависеть от производителя. Встречаются варианты в старых корпусах TO -92 и новых SOT-23. Не стоит забывать про отечественный аналог: КР142ЕН19А тоже широко распространённый на рынке. В большинстве случаев цоколёвка нанесена непосредственно на плату. Однако не все производители так поступают, и в некоторых случаях вам придётся искать информацию по пинам в техпаспорте того или иного устройства.
TL 431 является интегральной схемой и состоит из 10 транзисторов. Из-за этого проверить её мультиметром невозможно. Для проверки исправности микросхемы TL 431 нужно использовать тестовую схему. Конечно, часто нет смысла искать перегоревший элемент и проще заменить схему целиком.
Программы расчёта для TL 431
В интернете существует множество сайтов, где вы сможете скачать программы-калькуляторы для расчёта параметров напряжения и силы тока. В них можно указывать типы резисторов, конденсаторов, микросхем и прочих составных частей схемы. TL 431 калькуляторы также бывают онлайн, они по функционалу проигрывают устанавливаемым программам, но если вам нужно исключительно входные/выходные и максимальные значения схемы, то они справятся с этой задачей.
| Номер в каталоге | Описание (Функция) | производитель |
| KIA431A | BIPOLAR LINEAR INTEGRATED CIRCUIT | KEC |
| Другие PDF | недоступен. |
| KIA431A Datasheet PDF : |
PROGRAMMABLE PRECISION REFERENCES
The KIA431 Series integrated circuits are three-terminal programmable shunt regulator diodes.
These monolithic IC voltage reference operate as a low temperature coefficient zener which is programmable from Vref to 36 volts with two external resistors. These devices exhibit a wide operating current range of 1.0 to 100mA with a typical dynamic impedance of 0.22Ω .The characteristics of these references make them excellent replacements for zener diodes in many applications such as digital voltmeters, power supplies, and op amp circuitry. The 2.5 volt reference makes it convenient to obtain a stable reference from 5.0 volt logic supplies, and since the KIA431 Series operates as a shunt regulator, it can be used as either a positive or negative voltage reference.
FEATURES
• Divice Code Name :KIA431 + Vref Code + Package Code+Pin Configuration Code
• Low Dynamic Output Impedance : 0.22Ω (Typ.).
• Sink Current Capability of 1.0 to 100mA.
• Equivalent Full-Range Temperature Coefficient of 50ppm/℃ (Typ.).
• Temperature Compensated for Operation Over Full Rated Operating Temperature Range.
• Low Output Noise Voltage.
Источники опорного напряжения
Источники опорного напряжения
Источник опорного напряжения — определение
Источники опорного напряжения (ИОН) – специализированные элементы силовой электроники, формирующие стабильное выходное напряжение, уровень которого является опорным для различных узлов устройства. ИОНы – это своеобразные «кварцевые генераторы» эталонного выходного напряжения, которое используется в качестве напряжения сравнения в ШИМ-генераторах, различных компараторных устройствах измерительных блоках и т.д.[Интегральные источники опорного напряжения. Михаил Пушкарев. КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ. №6. 2007. с. 71-76].
Основное требование к источникам опорного напряжения – высокая стабильность выходного напряжения. Стабильность по отношению к входному напряжению, температурная и временная стабильность. По внутреннему принципу работы ИОНы подразделяются на а – стабилитронные, б – на ширине запрещенной зоны, в – на XFET-ячейке. По схемотехнике включения – на параллельные и последовательные.
ИОН TL431 — «регулируемый стабилитрон»
Наиболее популярным параллельным ИОН является «регулируемый стабилитрон» TL431. Внутренняя структура TL431 и условное обозначение представлены на рисунке VR.1.
Рисунок VR.1 — Внутренняя структура и условное обозначение программируемого стабилитрона TL431
Внутри TL431 находится компаратор один их входов которого подключен к источнику опорного напряжения, а другой подключен выводу Ref «программируемого стабилитрона». Компаратор управляет биполярным транзистором параллельно которому включен обратный диод. Если напряжение на входе R превышает напряжение внутреннего опорного источника, то компаратор открывает транзистор. Если напряжения на катоде и управляющем входе Refсвязаны (например, через резисторный делитель), то возникает отрицательная обратная связь обеспечивающая свойство стабилизации напряжения между катодом и анодом.
Рисунок VR.2 — Базовая схема включения программируемого стабилитрона TL431
Принцип работы схемы представленной на рисунке VR.2 заключается в следующем. Если напряжение на выходе резисторного делителя R1R2 превышает опорное напряжение стабилитрона, то стабилитрон приоткрывается и ток через токоограничивающий резистор увеличивается. Соответственно напряжение между катодом и анодом стабилитрона уменьшается и устанавливается на некотором стабильном уровне определяемом коэффициентом деления резисторного делителя R1R2. Аналогично работают и другие схемы на основе «программируемого стабилитрона».
Основные параметры ИОН
1. Выходное напряжение (напряжение стабилизации, опорное напряжение) (Reference voltage) — Vref – пороговое напряжение между теми или иными входами ИОН, при котором срабатывает схема стабилизации.
2. Отклонение выходного напряжения от номинального значения (Deviation of reference input voltage) VI(dev) – абсолютное отклонение напряжения от уровня порогового напряжения V
3. Температурный коэффициент выходного напряжения (temperature coefficient of thereference input voltage) αVref — относительное отклонение выходного (опорного) напряжения под действием изменения температуры.
4. Коэффициент стабилизации выходного напряжения по отношению к напряжению питания (Ratio of change in reference voltage to the change in cathode voltage) ΔVref/ΔVKA – показывает отношение изменения выходного напряжения (напряжения стабилизации) к вызвавшему его изменению напряжения катод-анод (для параллельных ИОН) или входного напряжения (для последовательных ИОН).
5. Коэффициент стабилизации выходного напряжения по отношению к протекающему по ИОН току нагрузки — показывает отношение изменения выходного напряжения (напряжения стабилизации) к вызвавшему его изменению тока в цепи катод-анод (для параллельных ИОН) или выходного тока (для последовательных ИОН).
6. Максимальное входное напряжение (для последовательных ИОН), напряжение катод-анод (для параллельных ИОН) (Cathode voltage) VKA – максимальное входное напряжение ИОН / напряжение между катодом и анодом ИОН.
7. Максимальный постоянный ток нагрузки ИОН, ток катода для последовательных ИОН (Continuous cathode current range) IKA – максимальное значение постоянного тока в цепи нагрузки ИОН.
8. Минимальный входной ток вывода Ref (Minimum cathode current for regulation) Imin – минимальный уровень входного тока вывода Ref При котором обеспечивается стабилизация выходного напряжения.
9. Ток утечки ИОН в непроводящем состоянии (ток катода для параллельных ИОН) (Off-state cathode current) Ioff – выходной ток (ток катода) при выключенном стоянии ИОН.
10. Максимальная температура кристалла (Operating virtual junction temperature) T
Примеры использования ИОН
Примеры использования ИОН TL431 представлены на рисунке VR.3.
Рисунок VR.3 . Примеры использования ИОН TL431: a – элемент обратной связи по напряжению на выходе источника питания; b – последовательный линейный стабилизатор напряжения; c — генератор постоянного тока.
По крайней мере, больше года мы не обращались к рубрике СМР «Советуем повторить…» Впрочем, советов повторить ту или иную конструкцию на нашем сайте всегда было достаточно. Напомним, что характерной особенностью указанной рубрики является то, что в ней публикуются материалы, основанные на практическом опыте повторения той или иной конструкции, схема и описание которой были ранее напечатаны в радиолюбительских СМИ. Выполненные конструкции, как правило, носят сугубо утилитарный характер, т.е. опробованы радиолюбителями, содержат фото и практические советы, что особенно ценно для начинающих радиолюбителей.
На этот раз нас привлекла конструкция, представленная в 2009 году на сайте VRTR.ru и обсуждаемая на его форуме. Этот «Простой стабилизированный БП на супердоступных деталях» может выдавать плавно меняемое напряжение от 0 до 30 В при нагрузке и защите по току до 3 А Применяемые в них интегральные микросхемные стабилизаторы (в просторечии именуемые «кренками» — отечественные 142 серии и импортные 78ХХ) по мнению автора (Еddy71) предлагаемого БП обычно склонны к дрейфу выходного напряжения от температуры и приложенного входного напряжения. Здесь же в БП в качестве регулируемого источника стабильного опорного напряжения применен TL431, который прекрасно и очень стабильно работает стабилитроном с выходным напряжением от 2,5 до 37 В.
Планируется и вторая часть обзора материала по блоку индикации (амперметр-вольтметр к БП), что в какой-то мере компенсирует отсутствие цифровой техники среди материалов СМР. Выполнив конструкцию БП по предложенной авторской схеме (рис.1), из всего обилия выложенной многогранной и интересной информации на форуме мы выделили (из подкорректированных цитат и собственных замечаний) несколько положений, на наш взгляд, облегчающих повторение и настройку предлагаемого БП. Рис.1
Как настроить ток ограничения? Как должна вести себя защита? ОР4 —
это обычный неинвертирующий усилитель. Отношение R18 к R19 определяет его
коэффициент усиления. При указанных номиналах это около 23 раз. Соответственно
если в цепи течет ток 1А, на резисторе шунта падает 1х0,1=0,1 В. После усилителя
имеем 0,1х23=2,3 В. Далее это напряжение поступает на 10-ю ножку ОР2. На его же
9-ю ножку подаётся опорное напряжение. Они сравниваются и если с усилителя тока
пришло больше, чем опорное, выход ОР2 переключается в «высокое» состояние (около
9 В). Резистор R16 вместе с R17 задаёт гистерезис (задержку переключения из 0 в
1 и обратно, чтобы меньше реагировать на помехи). При срабатывании защиты на 8-й
ножке LМ324 появляется напряжение (вольт 8), оно после повторителя ОР2 и с
выхода ОР3 (14-й ножка) прикладывается через резистор R12 10 кОм к базе n-p-n
транзистора VT3, тот открывается и открытым коллектором подключает базу VT2
КТ815(BD139) к земле, запирает его. Выходной транзистор VT3 оказывается без
базового смещения и тоже запирается.
Если на 7 ножке слишком большой уровень напряжения,то занижать его увеличением номинала R17 не совсем правильно. Надо подобрать R19 так, чтоб при максимальном токе усиленное ОР4 напряжение дошло на 7-й ножке микросхемы где-то вольт до 6-7. Примерно под это значение подогнать R13-R14 (ОР2 работает как компаратор, когда напряжение на 7-й ножке превышает опорное, он «перещелкивается» и отключает выход).
Плату не забыть предварительно отмыть спиртом или растворителем от любой грязи (профилактика паразитных связей и возбуждения LM324 из-за ее большого усиления – ред.).
На TL 431 напряжение 10,7 В. R21 защищает в случае обрыва шунта на землю.
Защиту можно «загрубить», тогда на выходе БП при замыкании в испытуемой схеме (КЗ, неправильный монтаж, неисправные или вышедшие из строя детали т.д.) при срабатывании защиты резко падает напряжение , «по нулям».
А можно, при желании, установить «мягкую защиту», когда при срабатывании защиты на выходе еще присутствует напряжение. Например, на коллекторе VT3 0.04 вольт — он открыт. В нагрузку ставим лампочку, выставляем порог срабатывания (ток защиты), увеличиваем напряжение. В какой-то момент лампочка достигает максимального своего свечения, при этом срабатывает защита по току и свечение лампочки уменьшается вдвое, но она не тухнет полностью. Чтобы загрубить срабатывание защиты надо подбирать (уменьшать, иногда значительно) резистор R16 ПОС (гистерезис защиты) между 8-й и 10-й ножками, который отвечает за «защелкивание» защиты. Можно его еще и небольшим конденсатором около (1000 пФ) зашунтировать, который служит для сглаживания быстрых бросков тока. В эксперименте R16 доводили до 165 – 100 кОм. При срабатывании защиты лампочка тухла, но выйти с режима защиты путем уменьшения и потом увеличения резистором регулировки выходного напряжения не удавалось. Очевидно, это связано с тем, что шунтирующий конденсатор не уменьшал, а наоборот увеличивал выходное напряжение после срабатывания защиты – его подбирали от 100 пФ до 0.01мкФ. Остановились на величине 100 пФ. «Мягкая защита» — это просто не сильно усердствовать с уменьшением резистора R16 в ПОС. Т.е., скажем, оставить те же 330 кОм, чтоб гистерезис был, но умеренный. Если схема защиты сильно мягко работает, то может возбуждаться. С резистором R16 150 – 100 кОм будет постабильней, пожестче. «Мягкое ограничение» защищает как транзистор БП, так и питаемую схему от выгорания. Кому–то оно покажется более удобным. Когда триггер «защелкивается» приходится отключать БП и долго ждать разрядки конденсаторов фильтра. Выход получался при повороте резистором установки тока в сторону увеличения примерно на градус-два. Но есть и другие варианты.
Для сброса защиты после аварийного срабатывания, оптимально поставить кнопку на размыкание, между общим проводом и резистором R13. Иногда (как варианты) помогает замыкание R14 накоротко кнопкой. Или, как уже писалось выше, просто выход при повороте резистором установки тока в сторону увеличения, лучше на максимум (у нас в эксперименте последние два варианта выхода из режима защиты не всегда работали корректно – ред.) Для правильной (нужной вам) настройки защиты рекомендуется поставить временно вместо R16 переменный резистор на 330 кОм и покрутить его ручку. Для схемы БП это безопасно, ничего не сгорит. Нагрузка для экспериментов — лампочки. Они «трудноубиваемы».
Переменный резистор «защита по току» R13 можно заменить 12-позиционным переключателем с резисторами (подбирать амперметром). Так быстрее и легче выставлять ток ограничения: 20 мА-50 мА-100 мА…2 А-3 А. По размеру переключатель выглядит как резистор, только много контактов сзади. Подобрать постоянные резисторы и туда запаять. Один раз откалибровать и всё.
Индикация защиты. Навесить от 8-й ножки цепочку из светодиода и резистора 1 кОм на землю. Когда защита срабатывает, светодиод вспыхивает. Очень удобно.
Максимальное выходное напряжение, которое можно выставить регулятором напряжения, 30 В. При большом падении напряжения на VT3 (коллектор – эмиттер, возможно до 10 В), значительно растет теплоотдача, особенно при большом токе нагрузки — следует увеличить R7. В эксперименте падение на мощном транзисторе получилось до 0,3 В при токе 1А. LowDrop так сказать… При используемых от БП низких напряжениях падение на VT3 даже при небольших токах дает значительную рассеиваемую мощность, что в свою очередь требует значительного увеличения площади радиатора VT3. Поэтому, при повторении конструктива БП в нашем случае применено переключение обмоток трансформатора питания (рис.2), а радиатором служит алюминиевый корпус, на задней стенке которого закреплен мощный VT3.
Как поднять ток до 3А? Уменьшить R19 пропорционально (иногда до 50-100 Ом), этим загрубить зашиту и, т.о., можно снять необходимый ток. Максимальная величина тока также обусловлена мощностью трансформатора, точнее током его вторичной обмотки. Его можно узнать по справочным данным трансформатора, или проверить с нагрузкой перед установкой в схему БП. Например, в схеме на рис.2 применен ТН46 (габаритная мощность 56 Вт несколько меньше расчетной), вторичные обмотки которого свободно выдерживают максимальный ток около 3А. Максимальный ток зависит также от величины h31е VT3 (в большинстве случаев этот коэффициент усиления низкий). Тогда надо подобрать сопротивление в базе VT3 (резисторы R9-R10), уменьшив его при временно отключенной токовой защите до 2х100 Ом (параллельно припаять два резистора). Следует обратить на мощность этого (этих) резисторов (лучше не менее 0,5 Вт). Так, в эксперименте ставился один резистор мощностью 0,5 Вт – 470 Ом.
При возбуждении ОУ (признаки – микросхема и VT2 греются, слышен писк) следует между 1 и 2-й ножками LМ324 включить небольшой конденсатор С5 (47-100 пФ). Электролитический конденсатор С3 по выходу БП должен быть небольшой емкостью (47-100 мкФ), больше 100,0 мкФ нельзя – это КЗ для схемы защиты при включении (резкий бросок тока)! Другие замечания. Резистор R3 должен быть мощностью не менее 0,5 Вт, также целесообразно поставить не менее 0,5 Вт и R11. Для удобства настройки резисторы R16 — R19 можно ставить подстроечные. Напряжение на катоде TL431 +10,7 В и устанавливается автоматически при правильно собранной схеме. Из отечественных транзисторов лучше всего ставить КТ818, все таки при применении КТ837 паспортный ток в 7,5 А может оказаться при КЗ недостаточным. Составной КТ825 несомненно хорош, но с ним схема БП довольно часто возбуждается (большой h31е), что, соответственно, требует кропотливой настройки. Конденсатор на выходе моста считается примерно по 1 мкФ на каждый мА нагрузки. Т.е., если 1 А — это 1000 мкФ, 2 А – 2200 мкФ, и т.д. С учетом приведенных выше конспективно данных с форума VRTR и «замечаний редактора по ходу» приводим рабочую схему c подобранными в ходе настройки номиналами элементов (рис.2), а также фото выполненного по этой схеме БП (рис.3). Рис.2 Рис.3 А вот
так выглядит изготовленный А.Евтушенко (Черкассы, Украина) на основе вышеописанной конструкции БП с двумя
независимыми каналами 0-27 В, 1,5 А (сброс защиты, грубая и плавная регулировка
напряжения), два фиксированных 5 В и 12 В выхода по 0,5А (рис.4 — 6). Охлаждение
принудительное, с авторегулировкой оборотов вентилятора (~50-100%), индикаторы
тока и напряжения. Рис. 4, 5, 6 Как пишет А.Евтушенко, ему тоже пришлось «поиграться» с этим БП. Настройку проводил с другими заданными параметрами и элементами, поэтому в схеме и другие номиналы. Почитав форум о том, кто «на какие грабли наступал» и как решал — все получилось. Для четкого срабатывания защиты на разных напряжениях пришлось гистерезис (R16) уменьшить до 15 кОм. Диапазон защиты подогнал до 1,5 А (номинальный ток для трансформатора) подбором верхнего и нижнего резистора у потенциометра R13 (4,7 кОм и 150 Ом соответственно). Также на ОУ поставил 220 пФ между 1 и 2 ножками, 1000 пФ между 6 и 7. Добавил кнопку сброса защиты — замыкая 10 ножку на общий. Напряжение на входе без нагрузки 32 В. На выходе, в т.ч., с нагрузкой – 27 В.
И напоследок. Печатные платы (варианты LM324 в DIP и SMD корпусе) можно взять отсюда, а с форума сайта VRTR более подробные (точнее – все) комментарии рекомендуемой нами для повторения конструкции БП.
Источники: см. прямые ссылки в тексте статьи |
Заметки обо всем. Простые и опасные источники питания / Хабр
О чем эта статья
В этой статье рассказано о принципах построения простейших бестрансформаторных источников питания.Тема не новая, но, как показал опыт, не всем известная и понятная. И даже, некоторым, интересная.
Прошу желающих и интересующихся читать, критиковать, уточнять и дополнять на почту [email protected] или на мой сайт в раздел «Контакты».
Вступление
Не так давно один мой знакомый влез пальцами в некую схему, которую собирался починить (проводок отвалился — так что просто припаять его надо было на место). И его ударило током. Не сильно ударило, но ему хватило, чтобы удивиться: «как так — тут микроконтроллер стоит, что тут может стукнуть? Он же от 5 вольт питается!».
Его удивление быстро разъяснилось: схема оказалась с бестрансформаторным питанием и без гальванической развязки от сети.
Далее последовали вопросы уже в мою сторону. Сводились они к двум вещам: «А чё? Так можно делать?!» и «А как оно работает?».
Хотя я и не считаю себя экспертом в электронике, но делать подобные блоки питания мне приходилось. Так что пришлось взять ручку и листок и объяснить как оно работает. Благо это совсем не сложно.
Возможно, что и вам покажется интересной тема «бестрансформаторных» источников питания или, сокращённо, БИП. Кому-то для общего развития, а кому-то и для практического применения.
Источники питания от бытовой сети переменного тока
Сразу предупреждаю: я намеренно не коснусь тут импульсных источников питания. Это тема для другого разговора.
Вообще говоря, функции источника питания низковольтной электронной аппаратуры обычно состоят в следующем: обеспечить на выходе источника питания заданное напряжение при заданном диапазоне потребляемого тока. То есть, если выразиться формально, источник питания — это источник постоянного напряжения Uвых, который сохраняет Uвых=const при изменении потребляемого тока от Imin до Imax.
В «классическом» линейном источнике питания это происходит обычно так: входное сетевое напряжение понижается с помощью трансформатора, затем это напряжение выпрямляется и, наконец, стабилизируется с помощью линейного стабилизатора.
Структурная схема «классического» линейного источника питания показана на рисунке ниже. Одной из самых «неудобных» деталей такого источника питания является трансформатор: он дорогой и громоздкий.
Поэтому, радиолюбители и радиопрофессионалы искали способы — как отказаться от этот громоздкой и дорогой детали — трансформатора или хотя бы уменьшить его габариты и стоимость.
И такое решение нашлось: стали использовать реактивное сопротивление конденсатора Rc для того, чтобы «гасить» лишнее напряжение. Структурная схема «бестрансформаторного» источника питания (БИП) показана ниже.
Как видим, структура БИП почти не отличается от классического линейного источника питания. Разве что вместо трансформатора поставили гасящий конденсатор. Пусть вас не смущает и не обманывает сходство структуры этих источников питания на рисунке: внутри отличий масса.
Достоинства БИП: он относительно компактен, надёжен, дёшев, не боится короткого замыкания по выходу.
Но есть и существенные недостатки: он опасен с точки зрения прикосновения человека к элементам питаемого устройства. Да и максимальный ток, который может обеспечить такой источник питания — всего несколько сот миллиампер. При большем токе габариты конденсаторов велики и проще поставить трансформатор или вообще поставить импульсник.
Исходя из достоинств и недостатков БИП, область его применения — это хорошо изолированные маломощные устройства с питанием от бытовой электрической сети: одиноко стоящие датчики, устройства управления освещением, устройства включения вентиляции и обогрева и другие устройства малой мощности, работающие автономно.
Попробуем понять — как работает реальная схема БИП и как её рассчитать.
Теория практики и практика теории
Пример простейшей практической схемы
Так как раньше, до появления дешёвых «импульсников»,
БИПбыли наверное самым доступным способом уменьшить габариты и цену источника питания, то схем
БИПв книгах и интернете — вагон и маленькая тележка. Но принцип работы почти у всех схем примерно одинаковый: один или несколько гасящих конденсаторов на входе, выпрямитель и выходной стабилизатор постоянного напряжения.
Давайте рассмотрим одну из простейших рабочих схем БИП, что показана на рисунке ниже.
Сразу видны все основные части схемы: гасящий конденсатор С1; двухполупериодный выпрямитель — диодный мост VD1 и сглаживающий конденсатор C2; стабилизатор напряжения — стабилитрон VS1; и, наконец, нагрузка — питаемое от источника устройство Rн.
Забудем о «лишних элементах» или «основная формула БИП»
Для простоты забудем пока о существовании резисторов
R1и
R2: будем считать, что
R2отсутствует вообще, а
R1заменён на перемычку. Для всех расчётов это не существенно, а о назначении этих резисторов мы поговорим позже. То есть, временно, схема для нас будет выглядеть так, как на следующем рисунке.
Переменный ток сети питания, ограниченный гасящим конденсатором С1, протекает через точки 1 и 2 диодного моста VD1.
Постоянный ток, получаемый после выпрямления переменного диодным мостом VD1, протекает через стабилитрон и «нагрузку» Rн — питаемое устройство.
На схеме показано, как протекают все токи: Ic — переменный ток сети, Iн — постоянный ток нагрузки и Iст — постоянный ток стабилитрона.
Хоть я и написал «постоянный» и «переменный» токи — на самом деле это один и тот же ток. Просто диодный мост заставляет его течь через стабилитрон и нагрузку всегда в одну и ту же сторону.
Если считать, что мы измеряем действующее значение тока , то можно записать основную формулу работы нашей схемы БИП:
Это следует из первого закона Кирхгофа, который гласит, что сумма втекающих в любой узел токов равна сумме вытекающих из него токов и по сути является частной формулировкой закона сохранения массы/энергии.
Из этой формулы следует простой, но важный вывод: при неизменном напряжении сети , ток, потребляемый от питающей сети практически не изменяется при изменении сопротивления Rн в рабочем диапазоне токов — это ключевое отличие БИП от линейного источника питания с трансформатором.
Несмотря на то, что блок-схемы источников питания, приведённые в начале статьи очень похожи — работают очень по-разному: понижающий трансформатор в первой блок-схеме является источником напряжения, а гасящий конденсатор во второй блок-схеме является источником тока!
Но вернёмся к нашей схеме. Из последней формулы становится также ясно, что схема стабилизатора по сути является делителем тока между нагрузкой
Rни стабилитроном
VS1.
Если нагрузку Rн оторвать совсем — то весь ток потечёт через стабилитрон. Если нагрузку Rн «закоротить» — весь ток потечёт через нагрузку, в обход стабилитрона.
А вот «отрывать» стабилитрон VS1 от схемы ни в коем случае нельзя! Если его оторвать, то все сетевое напряжение может податься на нагрузку Rн. Последствия будут, скорее всего, печальные.
Когда педантичность не нужна
В любом варианте — от полного отключения
Rндо его «закоротки» — ток
Ic, текущий через гасящий конденсатор
C1будет примерно равен
; где
— напряжение сети, а
— сопротивление конденсатора
С1.
Педанты и прочие любители точности могут меня упрекнуть, дескать я не учёл напряжение на диодном мосту (между точками 1 и 2). Поэтому напряжение на конденсаторе C1 будет несколько меньше, чем — напряжение в розетке.
Разумеется, строго формально, товарищи педанты будут правы. Но смею заметить, что если нагрузка у нас — маломощное устройство с питанием 5В или 12В, а напряжение «в розетке» около 220В, то падением напряжения на нагрузке можно смело пренебречь: разница в «точных» и «приблизительных» расчётах будет не более нескольких процентов.
Что такое сопротивление гасящего конденсатора ? Это реактивное сопротивление конденсатора: оно зависит от частоты напряжения, подаваемого на конденсатор и вычисляется по формуле: , где f — частота напряжения в Герцах, а С — ёмкость конденсатора в Фарадах. Так как частота сети у нас фиксирована и составляет 50Гц, то для инженерных расчётов можно использовать формулу: , откуда . Для педантов опять-таки напоминаю, что ёмкость конденсатора всегда имеет погрешность в несколько процентов (обычно — 5%-15%), поэтому точнее считать смысла не имеет.
Исходя из вышеприведённых формул, можно вычислить ёмкость конденсатора C1: . Напряжение сети нам известно. А ток можно посчитать, зная максимальный ток нагрузки и минимальный ток стабилизации стабилитрона VS1 (это справочный параметр).
Это теория. Попробую описать что-то вроде методики расчёта БИП «на пальцах».
Нужен ли нам БИП вообще?
Для начала решим вопрос — а надо ли вообще использовать в конкретном случае
БИП?
Если ток нагрузки Rн больше 0.3-0.5А, то лучше БИП не использовать: мороки много, а выигрыша по габаритам и стоимости обычно мизер или нет вообще. Также обычно не стоит полагаться на БИП, если напряжение питания устройства больше, чем 24-27В. И не стоит забывать о безопасности!
Предположим, что нам надо питать простенькую схему на микроконтроллере, которая кушает умеренный ток миллиампер этак 100 при умеренном напряжении 3-6В. Схема изолирована и поэтому безопасна.
Как прикинуть ёмкость С1 и выбрать стабилитрон VS1?
Прежде всего, необходимо уточнить максимальный ток нагрузки
Iнmax: рассчитать или измерить.
Затем, надо залезть в справочник и найти там стабилитрон. Да не абы какой, а на нужное напряжение Uвых.
При поиске стабилитрона надо учитывать, что его максимальный ток стабилизации Iстmax должен быть не меньше, чем (Iстmin+Iнmax). Почему так? Да чтобы, если вы оторвали нагрузку Rн, стабилитрон не сгорел. И наоборот — если нагрузка потребляет максимальный ток, то через стабилитрон течёт минимальный ток стабилизации Iстmin. Практически надо выбирать стабилитрон, чтобы его максимальный ток стабилизации Iстmax был больше, чем сумма токов (Iстmin+Iнmax) как минимум на 20%. Не забывайте, что в сети далеко не всегда 220В. Может быть и 250В запросто. Поэтому запас по току — не излишество, а разумная предосторожность.
Далее рассчитываем ёмкость гасящего конденсатора С1. Его реактивное сопротивление будет равно примерно: , а его ёмкость, соответственно, равна для сетевого напряжения с частотой 50Гц.
Не забывайте, что предельно допустимое напряжение конденсатора С1 должно быть не меньше 400В для бытовой сети в 220В. И, разумеется, конденсатор С1 не должен быть электролитическим: он работает в сети переменного тока.
Собственно, это самое важное — подбор стабилитрона и расчёт ёмкости конденсатора.
Тем, кому не ясно, что такое Iстmax и Iстmin, поясню подробнее.
Максимальный ток стабилизации стабилитрона Iстmax — это такой ток через стабилитрон, при превышении которого, стабилитрон выходит из строя.
Минимальный ток стабилизации стабилитрона Iстmin — это такой минимальный ток через стабилитрон, при котором напряжение на стабилитроне соответствует паспортным характеристикам.
То есть стабилитрон должен работать в таких условиях, что ток стабилизации Iст, протекающий через него, лежит в диапазоне .
Значения Iстmin и Iстmax для конкретного стабилитрона можно найти в справочнике и они всегда указаны в описании стабилитрона.
Итак, ещё раз, по пунктам, о том как рассчитать C1 и выбрать стабилитрон VS1.
- Определяем напряжение нагрузки Uвых. Оно нам, как правило, известно.
- Определяем максимальный ток нагрузки Iнmax. Можно измерить или рассчитать.
- Лезем в справочник и ищем стабилитрон на напряжение Uвых, такой, что выполняется условие . (0.8 — потому что мы хотим 20% запаса по току).
- Рассчитываем ёмкость гасящего конденсатора С1 по формуле
Пример расчёта
Предположим, что напряжение питания нагрузки будет
Uвых=5Ви максимальный ток потребления нагрузки будет
Iнmax=100мА.
Лезем в справочник и находим там такой стабилитрон: КС447А. Напряжение стабилизации около 5В. Iстmin=3мА, Iстmax=160мА.
Проверяем. Неравенство — выполняется, значит стабилитрон подходит по току.
Рассчитываем конденсатор С1: . Не забываем, что для бытовой сети 220В конденсатор С1 должен быть на напряжение 400В.
Фильтр или конденсатор С2
Диодный мост, как известно, не даёт выпрямленного напряжения: на его выходе напряжение пульсирующее.
Чтобы сгладить пульсации применяется фильтрующий конденсатор С2. Как рассчитать его ёмкость?
Как обычно, можно применить два метода — точный и упрощённый. Точный метод учитывает, что конденсатор разряжается по экспоненте и прочие нюансы. Но помня о том, что конденсаторы выбрать точно на нужную ёмкость нельзя (разброс ёмкости в 10-15% это норма), мы допустим некоторые упрощения, которые на результат практически не повлияют.
Чтобы понять, как рассчитать ёмкость конденсатора С2, вспомним, что такое выпрямитель. Посмотрим на рисунок ниже. Примерно так выглядят графики зависимости напряжений от времени в нашей схеме, использующей в качестве выпрямителя диодный мост.
Синяя линяя, обозначенная цифрой 1 — это переменное напряжение на входе диодного моста (точки 1 и 2 на схеме БИП).
Красная линия, обозначенная цифрой 2 — это напряжение на стабилитроне VS1, в отсутствие сглаживающего конденсатора С2 или пульсирующее напряжение (представим, что С2 временно «откусили» от схемы). И, наконец, зелёная линия, обозначенная цифрой 3 — это сглаженное выпрямленное напряжение, когда конденсатор С2 подключён.
Нефильтрованное (пульсирующее) напряжение на выходе выпрямителя (линия 2) по амплитуде чуть меньше, чем напряжение на входе выпрямителя (линия 1). Это объясняется просто: на диодах падает несколько десятых долей вольта.
Зелёная линия 3 показывает процесс заряда и разряда конденсатора С2. Максимальное напряжение, на которое способен зарядиться в нашей схеме — это напряжение на стабилитроне VS1. Затем конденсатор начинает разряжаться до тех пор, пока в следующем периоде не начнёт заряжаться вновь.
Амплитуда пульсаций — это напряжение, на которое успел разрядиться конденсатор С2 за один период пульсирующего напряжения на выходе выпрямителя (линия 2).
Посчитать приближенно амплитуду пульсаций несложно, если принять ток разряда за константу — это будет максимальный ток потребления нагрузки Rн, который мы обозначили Iнmax.
По основной формуле конденсатора можно приблизительно посчитать, что: , где — это амплитуда пульсаций, a — период времени один период пульсирующего напряжения на выходе выпрямителя (линия 2).
На рисунке наглядно видно, что период равен половине периода напряжения питающей сети, или , где f — частота напряжения питающей сети (50Гц).
Таким образом, подставив одну формулу в другую, получим: или .
Теперь самое сложное — выбрать, а какая же амплитуда пульсаций нас устроит? Если в нагрузке есть свой линейный стабилизатор, то в принципе достаточно, чтобы амплитуда пульсаций была на уровне 10-20%. Например, часто в самой нагрузке Rн есть какой-то стабилизатор — 7805 или AMS1117 или ещё что-то подобное.
Если же предполагается питать цифровую схему прямо от нашего БИП без дополнительной стабилизации — то коэффициент пульсаций более 5% лучше не задавать.
Предположим, что схема у нас питается от 5В и имеет максимальный ток потребления 100мА. Коэффициент пульсаций задан 5%. Это значит, что будет равна 5% от 5В или 0.25В. Частота сети — 50Гц.
Отсюда находим ёмкость конденсатора С2 — . Нехилая такая ёмкость! Тем более, что ближайшая бОльшая ёмкость 4700мкФ. Это довольно габаритный конденсатор даже на напряжение 10В.
Если же схема имеет внутри линейный стабилизатор, например AMS1117, то уровень пульсаций можно выбрать в 20%, при этом ёмкость конденсатора С2 будет всего около 1000мкФ.
Резисторы R1 и R2 — нужные и важные
Вернёмся к резисторам
R1и
R2, о которых мы временно забыли.
С резистором R2 всё просто — он нужен для безопасности человека. То есть для того, чтобы конденсатор C1 разряжался после отключения схемы от питания. Иначе, если R2 не поставить, то конденсатор C1 будет довольно долго сохранять свой заряд после отключения питания от схемы. И если к нему прикоснуться — то вас ударит током. Очень неприятно. Резистор R2 можно не рассчитывать, а просто поставить любой сопротивлением 0.5 — 1 МОм. При таком сопротивлении ток через этот резистор будет мизерным и на работу схемы не повлияет.
С резистором R1 все сложнее. В процессе работы БИП он вроде бы не нужен. И это действительно так.
Но есть ещё момент включения БИП в сеть. И если в этот момент напряжение сети близко к амплитудному значению — то схема может сгореть. Даже почти наверняка сгорит.
Дело в том, что в момент включения, конденсатор С1 разряжен. А разряженный конденсатор на какое-то время (пока достаточно не зарядится) является по сути проводником. То есть все сетевое напряжение окажется на диодном мосту, нагрузке, стабилитроне и токи при этом будут просто огромны.
Поэтому и ставят резистор R1, функция которого — ограничить ток в момент включения. Например, если поставить R1 сопротивлением всего 10 Ом, то ток включения будет ограничен в самом худшем случае величиной около 30А. А такой ток в течении нескольких микросекунд уже вполне под силу выдержать большинству стабилитронов, не говоря уж о выпрямительных диодах диодного моста.
Обычно этот резистор так выбирают в пределах 10-30 Ом. Только имейте ввиду, что его мощность должна быть не меньше, чем . Например, если общий ток, потребления схемы 150мА, то мощность резистора R1 сопротивлением 27 Ом должна быть не менее .
Рекомендуется ставить резистор R1 не «впритык» по мощности, а с запасом. Например, в нашем случае — это 1.5 — 2Вт. Греться будет меньше.Кроме того, заметьте, что резисторы R1 и R2 должны быть рассчитаны на пиковое напряжение не менее 400В: напряжение сети в момент включения полностью подается на R1, в рабочем режиме почти все напряжение сети подается на R2, подключенный параллельно конденсатору C1.
Заключение
Надеюсь, что после прочтения, у читателей появилось понимание, что такое БИП и как оно работает.
Статья получилась несколько длиннее того, что хотелось бы. Но на самом деле тут рассмотрены только азы из азов. Если расписывать дальнейшие модификации БИП — то выйдет, наверное, брошюра или даже книга.
Прошу извинить за некоторые неточности и упрощения, которые, несомненно, бросятся в глаза опытным электронщикам.
Те, кто увидит ошибки или что-то, что стоит исправить и дополнить в разумных пределах — прошу не стесняться и писать в комментарии, на почту [email protected] или на мой
сайт в раздел «Контакты».
Заранее спасибо за отклики.
|
ШИМ SG6105 и его аналоги
Многофункциональная микросхема SG6105
Микросхема SG6105 (SG6105ADZ, SG6105D, SG6105DZ) позиционируется производителями как Power Supply Supervisor + Regulator + PWM [1], но для упрощения восприятия оставим только три последних символа — PWM (ШИМ), и будем обозначать эту микросхему как ШИМ SG6105.Аналогами данной многофункциональной микросхемы являются ATE6105, FSP3529Z,HS8108[2], IW1688, SC6105[3], [8].
Кроме того попала в руки документация на Mt6105 [4] и SD6109 [5]. Так что возможно это не полный перечень совместимых микросхем.
В даташите на микросхему ШИМ SG6105 очень подробно расписаны назначения выводов, величины входных и выходных сигналов, приведены временные диаграмы работы, блок-схема и пр. и пр. Однако, как показала практика, есть и особенности у этой микросхемы, или совсем не указанные в документации или указанные не явно, или просто кто-то не знает где (страница, строка) об этом написано.
Ранее мной уже выкладывался материал [12] по этой ШИМ, но есть желание кое что дополнить и исправить.
Встроенные аналоги TL431 (two 431)
Как показал опыт ремонта (и не только мой) [13], [14] так называемые «two 431», «Two shunt regulator for 3.3V and 5V-Standby», в народе называемые аналогами TL431, на самом деле не являются таковыми. Давайте сравним некоторые параметры дискретного 431 и его «аналога» из состава ШИМ SG6105.
| Дивайс | Recommended Cathode Voltage (Vka), V | Recommended Cathode Current (Ika), mA | Reference
Input Current Range (Iref), mA | Reference
Input Voltage (Vref), V |
| TL431 | 36 | 1~100 | 0.05~10 | 2.495 |
| UTC431 | 36 | 1~100 | 0.05~10 | 2.495 |
| Shunt
Regulator Output at Fb1, Fb2 Pins (Vfb), V | Output
Current at PG, Fb1, Fb2 Pins (Iout ), mA | Output Sinking Current Capability (Iout-fb), mA | Reference Voltage (Vref), V | |
| SG6105 | 16 | 30 | 10 | 2.5 |
Хиловатый «аналог» ИМХО. Поэтому и горят они при разгоне источника дежурного питания который в свою очередь происходит из-за изменения параметров электролитических конденсаторов.
Кроме того эти аналоги, в отличии от дискретных 431 являются 4-х выводными элементами (!).
| SG6105 | SD6109 | |
| «Аналог»
431 Programmable Precision Reference. Если не подано VCC, в пределах 4.5 to 5.5V, «аналог» не функционирует!. В документации на SD6109 это конкретно указано! | Дискретный (честный) 431 Programmable Precision Reference | |
Вот такая недокументированная особенность[14].
| Поэтому я и рекомендую в начале ремонта БП ATX на ШИМ SG6105 (и естественно на его аналогах) демонтировать микросхему с платы, заменить ее на дискретный 431 и отладить вначале источник дежурного питания. На платах некоторых блоков производителями даже предусмотрены соответствующие контактные площадки. Если же площадок нет, то устанавливать по схеме на картинке справа. Бывают случаи, когда в источнике дежурного питания используется второй «аналог» — выводы 11 (FB2) и 12 (VREF2) ШИМ. В таком случае устанавливаем 431: 1-й вывод вместо 12 (VREF2), 3-й — вместо 11 (FB2). |
Экспресс проверка МС ШИМ SG6105D(Z), IW1688 и их аналогов
В предыдущей моей статье по диагностике МС ШИМ SG6105 при измерениях использован довольно редкий, в наше время, прибор — «Ампервольтомметр-испытатель транзисторов ТЛ-4М». В настоящее время доступными для всех желающих 😉 являются цифровые мультиметры: от простейших «карманных» до «профессиональных».
Далее представлена таблица с результатами измерений сопротивлений выводов микросхем ШИМ. Измерения проводились как на новых (не подвергавшихся пайке), так и на бывших в употреблении микросхемах, на всех выводах относительно 15 (общий, он же «-«), с помощью приборов DT9205A и M890F.
Особенность этих мультиметров в наличии у них (я знаю, некоторые люди не смогут это спокойно прочитать…, но тем не менее) предела измерения 200M — 200 000 000 Ohm. Особенность схемотехнического решения данного предела на этих приборах в том, что для получения действительного значения необходимо от результата измерения (показания прибора на пределе 200M) отнимать 0,8 (восемь единиц младшего разряда. В данном случае это во внимание принимать не надо, так как измерения носят оценочный (относительный) характер. При измерении использовался также предел 200k.
| МС | 6105(1) | 6105(2) | 1688 | Режим ШИМ | |||
| Вариант | I | II | II | SB | Работа | Работа (щуп) | |
| Вывод | Назначение | | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1 | PSON | 1,4±0,1M | 127,5-155k | 127,5-155k | 4,22 | 0,27 | 0,25 |
| 2 | V33 | 3,3÷4,2M | 4,2-5,1M | 4,2-5,1M | 0 | 3,37 | 3,33 |
| 3 | V5 | 12,5÷31,5M | 56,5-61,4M | 56,5-61,4M | 0 | 5,04 | 4,97 |
| 4 | OPP | 1,7÷1,9M | 1,0-1,1M | 1,0-1,1M | 0,13 | 0,84 | 0,77 |
| 5 | UVAC | 1,7÷1,9M | 1,1M | 1,1M | 0 | 0,5 | 0,51 |
| 6 | NVP | 1,7÷1,9M | 1,1M | 1,1M | 4,8 | 0,32 | -0,05 |
| 7 | V12 | 1,3÷1,4M | 99,5-123,3k | 99,5-123,3k | 0,15 | 11,71 | 11,54 |
| 8 | OP2 | 1,3÷1,4M | 97,7-121,7k | 97,7-121,7k | 2,14 | 1,63 | 1,59 |
| 9 | OP1 | 1,3÷1,4M | 97,7-121,7k | 97,7-121,7k | 2,14 | 1,62 | 1,59 |
| 10 | PG | 1,7÷1,9M | 1,0-1,1M | 1,0-1,1M | 0 | 2,94 | 2,9 |
| 11 | FB2 | 1,5÷1,9M | 2,9÷3,5M | 2,9÷3,5M | 0 | 2,56 | 2,53 |
| 12 | VREF2 | 1,7÷1,8M | 1,1M | 1,1M | 0 | 2,48 | 2,44 |
| 13 | VREF1 | 1,7÷1,8M | 1,1M | 1,1M | 2,48 | 2,48 | 2,44 |
| 14 | FB1 | 1,7÷2,2M | 3,0÷3,6M | 3,0÷3,6M | 3,9 | 3,87 | 3,81 |
| 16 | COMP | 1,6÷1,8M | 1,1M | 1,1M | 0,33 | 1,63(защ) | 1,62 |
| 17 | IN | 1,7÷1,9M | 1,1M | 1,1M | 0 | 2,46 | 2,42 |
| 18 | SS | 1,4÷1,5M | 1,1M | 1,1M | 0 | 2,48 | 2,44 |
| 19 | RI | 1,7÷1,9M | 1,1M | 1,1M | 1,09 | 1,0(защ) | 0,97 |
| 20 | VCC | 1,4M | 96,2÷120,3k | 96,2÷120,3k | 5,07 | 5,06 | 4,98 |
Выводы №10 и №20 выделены голубым цветом в таблице просто для наглядности.
В результате проведения этой серии измерений выделябтся два вариатна (ряда) сопротивлений. С чем это связано — технологией изготовления, или годом выпуска, не знаю. Причем МС ШИМ SG6105 бывают обоих вариантов (3 -й и 4-й столбец таблицы), а МС ШИМ IW1688 только один (4-й столбец таблицы). И оба варианта можно принимать за основу при оценке исправности диагносцируемой МС ШИМ. К сожалению других аналогов ШИМ SG6105 в моем распоряжении не было.Как правило такой проверки достаточно в 90% случаев. Статистически — наиболее часто выходят из строя выводы 11-14, 4, 5, 19, 10, 3, 20 — обрыв (сопротивление бесконечно).
Измерение режимов ШИМ SG6105
В 6-8 столбцах Таблицы 2. приведены режимы ШИМ SG6105 измеренные цифровым мультиметром с входным сопротивлением 10МОм. 6-й столбец — SB. 7-й и 8-й — работа. 8-й столбец отличается тем, что результаты получены при измерении с использованием «щупа для измерения напряжения постоянного тока в цепях с переменной составляющей» из комплекта Вольтметра универсального ВУ-15 (В7-15, ВК7-15). Устройство данного щупа: — наконечник, непосредственно к нему припаян резистор ОМЛТ-0,5 150кОм, а к резистору припаян провод вставляемый в сигнальное гнездо вольтметра. Почему я рекомендую использовать такой щуп — при измерении напряжений на некоторых выводах (помечены розовым цветом в Таблице 2.) в режиме работы ШИМ SG6105, появляется неприятный звук и микросхема уходит в защиту. А применение данного щупа позволяет почти всегда избежать ухода в защиту. Из особенностей — на выводе 7 (V12) в режиме SB присутствует напряжение, которое «просачивается» на выход +12V! Величина этого напряжения зависит от резистора, включенного параллельно выходу +12V. Приходится с этим мириться.Об отключении защит и принудительном запуске ШИМ SG6105
На рисунке представлена часть схемы блока Linkworld с вариантом отключения защит ШИМ SG6105. Полный вариант смотрите на рисунке в архиве zaschita1.rar.
Отключаем Over Power Protection (OPP). В документации на ШИМ есть точное указание «OPP | Pin 4 | Analog input | Over-power sense input. This pin is connected to driver transformer or the output of current transformer. When not in use, this pin should be grounded.» Выполняем: поднимаем из монтажа вывод резистора R201 соединенный с R200, R200 замыкаем перемычкой. Или соединяем с выводом 15 ШИМ.
Отключаем Negative Voltage Protection. NVP | Pin 6 | Analog input … Внимательное изучение соответствующего раздела документации, временных диаграмм работы ШИМ, результаты измерений напряжения на 6 выводе наталкивают на вывод о том, что защиту NVP (pin 6) тоже, как и OPP(4) можно отключить соединиd с общим проводом (землёй, корпусом). Для этого отсоединяем R122 от вывода 6, а сам вывод соединяем с выводом 15 ШИМ.
Считаю необходимым указать, что об отключении защит NVP и OPP путем соединения их с общим проводом известно давно. К сожалению, я не знаю кому принадлежит авторство, и на кого в данном случае ссылаться.
Также в сети находится информация о том, что если не важно, есть ли высокий уровень сигнала PG, то можно отключить защиту AC Fails Detection соединив с общим проводом и UVAC | Pin 5 | Analog input | AC fail detection, detect main AC voltage under-voltage and/or failure. На схеме выполнено зеленым цветом.
Теоретически, более корректным является использование для
данной цели какого либо источника напряжения постоянного тока для
обеспечения
необходимого уровня на выводе UVAC (pin 5) (>+0,7В до +1,5В).
Например, с этой целью,
отсоединяем R120 от катода D8 (основной канал +5V) и
соединяем с С22 в источнике +5VSB (Источник .+5VSB заведомо исправен).
Таким образом, у нас остаются не «нейтрализованными»
Over-voltage
protection for 3.3V, 5V and 12V и Under-voltage protection for 3.3V, 5V
and 12V (pin 2, 3 и 7 соответственно). Подключим к источнику +5VSB
делитель напряжения состоящий из двух резисторов Rd1 и Rd2. При
указанных номиналах, а точке Ad получим напряжение необходимое для
нормальной работы супервизора по входу 2 ШИМ (V33). Главное не забыть
отсоединить вывод 2 ШИМ от основного канала +3,3V. Так же отсоединяем
вывод 3 ШИМ от основного канала +5V, а вместо него подключаем к выводу
3 ШИМ +5VSB. Аналогичную операцию проводим и с резистором
R102.
Можно отключить и контроль канала +12V (pin 9), сформировав
необходимое напряжение с источника питания каскада раскачки… Но
оставлять силовой канал без обратной связи считаю не
целесообразным. Или +5V или +12V должны
использоваться в
петле обратной связи.
Данные выводы были сделаны на основании документации на ШИМ SG6105.
Что же оказалось на практике?
В качестве «жертвы» был использован блок питания по схеме Colors iT 350U.
ШИМ SG6105D.
Порядок действий:
— 6 pin — R30 отсоединен от R82, D19, 6 pin соединен с 15 pin
— запуск есть;
— 4 pin — перемычка J22 отсоединена от 4 pin, 4 pin соединен с 15 pin —
запуск есть;
— 5 pin — R34 от катода D26, R62, R80, L1 — запуск есть, если не
касаться щупом мультиметра 5 pin, PG есть. При подсоединении к точке
соединения D12, C20 (источник питания раскачки) — PG есть. В режиме
SB напряжение на pin 5 0,85V, — запуск есть, PG
есть. В конце концов оставил поднятый вывод R34 «в воздухе».
PG есть!
— 3 pin — R66 отсоединил от точки +5S — запуск есть, PG нет! SS =
2,18V. При подключении R66 к +5VSB — PG есть, запуск есть;
— 2 pin — отсоединен от +3,3V — запуск есть, PG
нет! При подключении 2 pin к точке Ad делителю Rd1(150Ом)/
Rd2(300Ом) — PG есть, запуск есть.
— 7 pin(!) — R66 вернул на +5S, R59 отсоединил от +12V — запуск есть,
PG нет!
То есть входы ШИМ SG6105 «Over-voltage
protection for 3.3V, 5V and 12V и Under-voltage protection for 3.3V, 5V
and 12V» (pin 2, 3 и 7 соответственно) работают не так как указано на
временных диаграммах в даташите! Во всяком случае, в части касающейся
«Under-voltage protection» — при отсутствии входного напряжения запуск
ШИМ есть(!), нет только сигнала PG.
Итак, итог:
при 4, 6 выводах соединенных с общим проводом, делителе напряжения на 5
выводе, отключенном от штатной точки, и отключенных от схемы
блока входах контроля +3.3V, +5V и +12V ШИМ SG6105 запускается! Чем не
принудительный запуск? Единственное уточнение — на резистор R25 вместо
+5VS подавалось напряжение +5VSB.
Источники:
[1] — Документация на SG6105D(Z)
[2] — Документация на HS8108
[3] — Документация на SС6105
[4] — Документация на Mt6105
[5] — Документация на SD6109
[6] — Документация на UTC431 (TL431)
[7] — Радіоаматор, №3 (139) березень 2005, стр.28. Д.П. Кучеров
«Микроконтроллер SG6105D и его применение в блоках питания компьютеров».
[8] — Ремонт & Сервис, №9 (84) 2005, стр. 60. Д. Кишков «Применение
ШИМ контроллеров SG6105 и DR-B2002 в компьютерных источниках питания».
[9] — Компьютерные блоки питания, сайт Электрон55.ру
[10] — Диагностика микросхем SG6105 и IW1688, сайт Учебно-Практический Центр Эксперт»
[11] — ШИМ-контроллеры SG6105 и DR-B2002 в компьютерных ИП, сайт «MM Company»
[12] — SG6105D – проверка и настройка БП ColorSit 350U-SCH
[13] — SG6105D- в дежурке.
[14] — …встроенный TL431 не работает…
Благодарности:
VCO с использованием TL431 ссылки
TL431 — это трехконтактный программируемый шунтирующий регулятор, который реализует эталоны типа стабилитрона с низкими температурными коэффициентами. Его выход может быть запрограммирован на основе внутреннего задания от 2,5 В до 36 В с использованием двух внешних резисторов. Кроме того, он обеспечивает широкий диапазон рабочего тока от 1,0 мА до 100 мА с типичным динамическим сопротивлением 0,22 Ом. Характеристики этих эталонов делают их отличными заменителями стабилитронов во многих приложениях, таких как цифровые вольтметры, источники питания и схемы операционных усилителей, где требуются прецизионные эталоны напряжения.Сегодня они повсеместно используются в импульсных источниках питания.
TL431 демонстрирует интересную нестабильность при определенных условиях входного напряжения питания и емкостной нагрузки, вызывая устойчивые колебания в диапазоне от 10 кГц до 1,5 МГц, как правило, в зависимости от управляющего входного напряжения. Частично это происходит из-за области отрицательного сопротивления в этих условиях. Как показано в этой дизайнерской идее, нестабильность не возникает ни из-за наличия двух внутренних полюсов, ни из-за третьего полюса, подключенного к внешнему конденсатору, включенному последовательно с сопротивлением нагрузки.Добавлен единственный транзисторный выходной каскад для обеспечения буферизации, обеспечивающей выходной уровень TTL во всем диапазоне.
Рисунок 1 Схема ГУН TL431 с буферизацией выхода до уровня TTL.
Схема моделирования TL431
Рисунок 2 Эквивалентная схема TL431 для LTSpice
Работа VCO
Работу генератора можно понять, рассматривая схему в двух аспектах.Первый аспект — это основное действие источника опорного напряжения TL431. Рассмотрим эквивалентную схему генератора, показанную на рис. 2 . Ток I 1 (см. Рисунок 3 ) — это постоянный ток, зависящий от напряжения, величина которого приблизительно равна ( В CTRL -V KA ) / R ( V KA — напряжение «стабилитрона»). Предположим изначально, что конденсатор не заряжен, и в этом случае В КА = 0 В.Конденсатор постепенно заряжается от тока, полученного от I 1 , пока не достигнет равновесного значения TL431, то есть В KA = 2,49 В. Поскольку зарядный ток все еще присутствует, конденсатор продолжает заряжаться. Переходное моделирование схемы в Рисунок 2 показывает, что напряжение на конденсаторе должно только превышать равновесное значение V KA на несколько микровольт, чтобы сработала обратная связь устройства, восстанавливающая равновесие, как показано ниже:
Поскольку база Q1 напрямую подключена к конденсатору, увеличение V KA также увеличивает напряжение эмиттера Q1 (которое также является базовым напряжением Q11), заставляя Q11 проводить больше.Транзисторы Q9 и R8 формируют коллекторную нагрузку Q11. Таким образом, возрастающий ток коллектора в Q11 вызывает падение напряжения коллектора Q9. Поскольку Q9 и Q10 являются частью токового зеркала, два транзистора имеют тот же ток коллектора, что и Q11, но Q10 имеет динамическую нагрузку коллектора, состоящую из Q6, который получает свой базовый ток через R5 от второго токового зеркала, состоящего из три транзистора Q2, Q4 и Q12. Это токовое зеркало сконфигурировано так, что начальное увеличение напряжения эмиттера Q1 также увеличивает их напряжение В, , BE, , .Это влияет на Q6, также увеличивая его ток коллектора, усиливая возрастающий ток коллектора в Q10. Таким образом, общий эффект заключается в увеличении напряжения коллектора, которое также является базовым напряжением первого транзистора в паре Дарлингтона Q7 и Q8, заставляя Q8 проводить сильную проводимость, вызывая его напряжение коллектор-эмиттер ( В CE ). что в действительности составляет В KA , чтобы быстро упасть. В этом конкретном приложении опорный вывод (R), к которому подключен конденсатор, жестко подключен к катодному выводу (K).Следовательно, до сих пор, когда напряжение на конденсаторе превышает равновесное, устройство имеет тенденцию быстро понижать свое катодно-анодное напряжение, чтобы восстановить равновесие.
Рисунок 3 Простая иллюстрация путей тока в релаксационном генераторе TL431
Рисунок 3 показывает в виде блок-схемы, как устойчивые колебания начинаются и нарастают, когда нарушается внутреннее равновесие устройства TL431. Конденсатор заряжается от небольшого, почти постоянного тока, который происходит от тока питания I 1 .На рис. 1 этот зарядный ток обозначен как I 3 . Когда конденсатор проходит равновесное значение В REF , ток I 2 , который представляет собой объединенные токи коллектора Q7 и Q8 в . конденсатор. Продолжительность I 2 коротка, но ее достаточно, чтобы снова понизить напряжение конденсатора ниже равновесного.Затем конденсатор снова начинает заряжаться от I 1 , и цикл достигает устойчивых колебаний. Поскольку разряд конденсатора происходит очень быстро, ток во время разряда намного больше, чем ток источника I 1 , согласно I = Δ Q / Δ t , где ΔQ — это заряд, приобретаемый конденсатором во время фазы зарядки.
Оценка времени зарядки и разрядки
Поскольку токи зарядки и разрядки известны, можно найти приблизительные выражения для заряда, полученного во время зарядки, и заряда, сбрасываемого в выходные каскады TL431.Эти два выражения равны во время устойчивых колебаний, процесса, похожего на двухступенчатую бригаду ковша. То есть заряд, полученный во время зарядки, равен заряду, потерянному во время разрядки. В Рисунок 1 ,
I 3 = I 1 — I Смещение
Величина I BIAS в TL431 составляет около 260 мкА в широком диапазоне В CTRL .
Исходя из первых принципов, получается следующее дифференциальное уравнение:
Сопротивление R с — это последовательное сопротивление, подключенное к управляющему напряжению.Решение дифференциального уравнения от нижнего порога до верхнего порога V C во время стабильных колебаний дает время зарядки как
.Время разряда немного сложнее оценить, поскольку разряд происходит через динамическое сопротивление. Эффективное сопротивление, через которое сбрасывается накопленный заряд во время разряда, можно оценить следующим образом. Моделирование и эксперименты показывают, что во время стабильных колебаний значение V KA не опускается ниже 1.60 В или более 2,74 В. Изучение таблицы TL431, рис. 1, показывает, как устройство, как и диод, демонстрирует динамическое сопротивление.
Рисунок 4 Характеристика TL431B, показывающая динамическое сопротивление. Воспроизведено с [1]
Это диодная характеристика прямого смещения, которая поэтому может быть аппроксимирована функцией
В отличие от диодов с нормальным переходом, ток TL431 не имеет значительного температурного коэффициента, поскольку он рассчитан на опорную ширину запрещенной зоны.Можно показать, что динамическое сопротивление составляет
.Линейная аппроксимация характеристики из таблицы дала R 0 ≈135,9 кОм, α ≈2,304 В / кОм. Следовательно, в области колебательного поведения сопротивление изменяется от 1,7 кОм до 246 Ом. В контексте емкостного разряда это означает, что по мере увеличения управляющего напряжения разряд происходит быстрее, поскольку эффективный путь разряда имеет меньшее сопротивление. Следовательно, можно ожидать, что время разряда будет уменьшаться, то есть частота будет увеличиваться с увеличением управляющего напряжения.Это действительно наблюдается в практическом осцилляторе. Моделирование показывает, что при разряде через конденсатор течет большой ток, поэтому время разряда обычно очень короткое, и им можно пренебречь.
Выходной сигнал генератора снимается напрямую через конденсатор, поэтому необходима внешняя буферизация для предотвращения нагрузки конденсатора. Другие модели LTSpice TL431 легко доступны из различных источников — например, на веб-сайте Texas Instruments и в LTspice Wiki.Схема , рис. 1, была смоделирована с использованием различных моделей, и все они колебались согласованно. В практических экспериментах использовалось несколько эквивалентов от разных производителей. TL431A и B, KA431 и LM431 все были опробованы, и хотя все они колебались, входное напряжение для начала колебаний и диапазон колебаний частоты варьировались для каждого. Кроме того, эталонные напряжения устройств были разбросаны от 2,43 В до + 2,53 В.
Амплитуда выходного сигнала генератора в точке, обозначенной OSC на рис. 1 , рис. 1 Наблюдается, что изменяется при изменении управляющего входа V1, увеличиваясь с увеличением V1.При использовании токов, используемых в практических схемах, было замечено, что выходная частота примерно пропорциональна входному управляющему напряжению, но при определенных токах измерения фактически показали такое же изменение до определенного управляющего напряжения (область 1), а затем и частоты. колебания падали при увеличении управляющего напряжения (область 2). Для линейной области 1, Таблица 1 дает представление о значениях компонентов и частотном диапазоне в зависимости от входного сигнала управления для различных протестированных устройств.
Таблица 1 Практические измерения ГУН на TL431 в области, в которой частота увеличивается с управляющим напряжением
Емкость (С1) на нФ | KA431 | LM431 | ||
Диапазон управляющего напряжения (V1) в вольтах | Диапазон выходной частоты в кГц | Диапазон управляющего напряжения (V1) в вольтах | Диапазон выходной частоты в кГц | |
10 | 2.69 — 3,39 | 52,1 — 150,1 | 3,90 — 5,75 | 934,0 — 1517,0 |
100 | 2,69 — 11,6 | 12,4 — 211,5 | 7,47–11,60 | 383,0 — 435,0 |
В этих экспериментах управляющее напряжение было ограничено примерно до 12 В с целью ограничения катодных токов до 10 мА, хотя в таблице данных TL431 указано, что устройство может потреблять до 100 мА.Кроме того, только LM431 имел область 2, то есть когда частота фактически уменьшалась с увеличением управляющего напряжения. Это произошло между управляющим входом 5,20–7,04 В и соответствующим частотным диапазоном от 602 кГц до 433 кГц. Значение для C1 было 100 нФ. Согласно таблице данных [1], диапазон емкости для возникновения этих нестабильностей составляет от 10 нФ до 100 нФ — тот же диапазон, что и здесь.
Рисунок 5 Смоделированные выходы TL431 VCO
Возможные применения включают сверхдешевый лабораторный генератор импульсов TTL и низкочастотный ГУН с ФАПЧ, который можно использовать в средневолновом диапазоне.Устройство было успешно использовано в схеме смесителя с диодным кольцом для реализации программно-определяемого радио (SDR) для диапазона AM.
Список литературы
- Motorola Inc., TL431A, B Ссылки на программируемую точность, Документ TL431 / D, редакция 6, 1998 г. (Текущее техническое описание TI)
Приложение
- LTwiki, Модель специй TL431
- Texas Instruments, Spice модель TL431
- Видео работы ГУН
- Загрузите файлы LTSpice («сохранить как», затем удалите файлы.txt расширение).
См. Также :
(PDF) VCO с использованием эталона TL431
, который также является базовым напряжением первого транзистора в паре Дарлингтона Q7 и Q8, заставляя Q8 до
проводить сильную проводимость, вызывая его напряжение коллектор-эмиттер (VCE), которое в действительности составляет ВКА стремительно падать. В этом конкретном приложении
опорный вывод (R), к которому подключен конденсатор, жестко подключен к
катодному выводу (K).Следовательно, пока что, когда напряжение конденсатора превышает равновесное,
, устройство имеет тенденцию быстро понижать свое катодно-анодное напряжение, чтобы восстановить равновесие.
Рисунок 3 Простая иллюстрация путей тока в релаксационном генераторе TL431
Рисунок 3 показывает в виде блок-схемы, как устойчивые колебания начинаются и нарастают, когда внутреннее равновесие
устройства TL431 нарушается. Конденсатор заряжается от небольшого постоянного тока, равного почти
, который происходит от тока питания I1.На рисунке 1 этот зарядный ток обозначен
как I3. Когда конденсатор проходит равновесное значение VREF, ток I2, который представляет собой объединенные
коллекторных токов Q7 и Q8 на рисунке 2, быстро течет и эффективно отводит заряд, накопленный в конденсаторе
. Продолжительность I2 непродолжительна, но ее достаточно, чтобы напряжение на конденсаторе снова упало ниже равновесного значения
. Затем конденсатор снова начинает заряжаться от I1, и цикл достигает устойчивых колебаний
.Поскольку разряд конденсатора происходит очень быстро, ток во время разряда на
намного больше, чем ток источника I1, согласно I = ΔQ / Δt, где ΔQ — это заряд, приобретаемый конденсатором
во время его фазы зарядки.
Оценка времени зарядки и разрядки
Поскольку токи зарядки и разрядки известны, можно найти приблизительные выражения для заряда
, полученного во время зарядки, и заряда, сбрасываемого в выходные каскады TL431.
Эти два выражения равны во время стабильного колебания, процесса, похожего на двухступенчатую бригаду ковша.
То есть заряд, полученный во время зарядки, равен заряду, потерянному во время разрядки. На рисунке 1
I3 = I1 — IBIAS
Величина IBIAS в TL431 составляет около 260 мкА в широком диапазоне VCTRL.
Исходя из первых принципов, получается следующее дифференциальное уравнение:
Сопротивление Rs — это последовательное сопротивление, подключенное к управляющему напряжению.Решение дифференциала
Бесплатные электронные схемы и проекты 8085 »Blog Archive TL431 Properties and Applications
Abstract Регулируемый шунт TL431 описывает характеристики микросхемы и ее применение в ряде функциональных схем.
Ключевые слова Регулируемый шунтирующий источник постоянного тока с импульсным ШИМ
1 Профиль TL431
Texas Instruments (TI) TL431 является первым продуктом с хорошей термостабильностью трехконтактного регулируемого шунтирующего источника опорного напряжения.Его выходное напряжение с двумя резисторами может быть произвольно установлено от Vref (2,5 В) до 36 В в диапазоне любого значения (см. Рисунок 2). Типичный динамический импеданс устройства составляет 0,2 Ом, во многих приложениях можно использовать его вместо стабилитронов, например, цифровой измеритель напряжения, схему усилителя, источник питания регулятора напряжения, импульсный источник питания и так далее.
Слева — символ устройства. 3 контакта: катод (Cathode), анод (aNode) и опорный терминал (REF). Можно использовать определенные функции TL431, как показано на Рисунке 1, обозначают функциональные модули.
Как видно из рисунка, VI — это внутренний источник опорного напряжения 2,5 В, подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя. Показывает характеристики операционного усилителя, и только когда напряжение на клемме REF (инвертирующий вход) очень близко к VI (2,5 В), транзистор будет иметь стабильный сквозной ток ненасыщения и с небольшими изменениями напряжения REF, через транзистор на Рисунке 1 изменяется ток от 1 до 100 мА. Конечно, рисунок ни в коем случае не является реальной внутренней структурой TL431, он не может просто заменить его этой комбинацией.Однако, если при проектировании, аналитических приложениях схемы TL431, этой блок-схеме открытых идей, полезно понять схему, некоторый анализ этой статьи, основанный на этом модуле, также будет инициирован.
2. Применение цепи постоянного напряжения
TL431, упомянутый ранее, содержит внутреннее опорное напряжение 2,5 В, поэтому, когда заканчивается введение обратной связи по выходу REF, устройство от катода к аноду через широкий диапазон потоковой передачи контролирует выходное напряжение.Схема, показанная на рисунке 2, когда сопротивление R1 и R2 для определения, когда парциальное давление как введение обратной связи Vo, если V o увеличивается, количество обратной связи увеличивается, шунт TL431 будет увеличиваться, что, в свою очередь, привело к снижению Vo. . Очевидно, что глубина цепи отрицательной обратной связи должна равняться опорному напряжению VI в стабильном состоянии, тогда Vo = (1 + R1 / R2) Vref. Выбирать различные значения R1 и R2 можно от 2,5 В до 36 В, диапазон выходного напряжения любого, в частности, когда R1 = R2, когда Vo = 5 В.Отметим, что выбор сопротивления TL431 должен обеспечивать необходимые условия работы, то есть ток через катод больше 1 мА.
Конечно, эта схема не очень практична, но она наглядно показывает принцип работы прибора в применении метода. Эта схема модифицирована, вы можете получить в ней много практических силовых схем, как показано на Рисунке 3,4.
Рисунок 3, схема сильноточного шунтирующего стабилизатора 4 Прецизионный регулятор 5 В
3, Экспериментальные заметки
Значения сопротивления: R0 принимает 1.5К, R1, R2 были взяты 10К, по результатам выходное напряжение должно быть 5В. Vin с 12В, измеренное напряжение 5В. Вин с 24В, измеренное напряжение 5В (у меня 3 1/2 метра дисплея), поэтому точность таких устройств очень высока. Доступ к нагрузке на сторонах C, A и подключенное сопротивление нагрузки, Vin с 12 В. Когда сопротивление нагрузки больше 2К, выходное напряжение почти не меняется. Когда сопротивление меньше 2 кОм, выходное напряжение начинает уменьшаться, это время следует упомянуть перед катодным током, условия не соответствуют.
Изготовлен с прецизионным регулируемым источником питания постоянного тока TL431
Цепь пульсации чрезвычайно мала, высокой точности, может использоваться для высококачественного электропитания.
Исследование схемы эквалайзера литий-ионной батареи на основе TL431
[1] Смит Г.Микросхема защиты питания для литий-ионных аккумуляторов. Конференция по специализированным интегральным схемам. Протоколы IEEE 1996 [C], май 1996: P131-134.
DOI: 10.1109 / cicc.1996.510528
[2] Э.Потанина Е., Потанин В.Ю. Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов с трехпараметрическим контуром регулирования, Конференция специалистов по силовой электронике, 2005. PESC ‘O5. IEEE 36, 2005: 2836-2840.
DOI: 10.1109 / pesc.2005.1582035
[3] С.Юнг, И Ву, Н. Ким и Г. Чо, Аналогово-цифровое переключающее устройство для литий-ионных аккумуляторов в смешанном режиме с низким уровнем пульсаций и высокой эффективностью [C], Конференция по промышленным приложениям, 200. Тридцать шестое ежегодное собрание IAS. Отчет о конференции 2001 г., IEEE, 2001, т. 4: 2473-2477.
DOI: 10.1109 / ias.2001.955968
[4] Кун Брайан Т., Пител Грант Э., Керин Филип Т., Электрические свойства и выравнивание литий-ионных элементов в автомобильной промышленности [C], VPPC2005, стр.55-59.
DOI: 10.1109 / vppc.2005.1554532
[5] Стефен Т.Повесили. Продление срока службы батареи за счет управления выравниванием заряда [C]. IEEE-транзакции по промышленной электронике, ТОМ. 40, NO. 1, 1993, pp.145-149.
Неожиданное поведение регулятора на базе tl431 | Страница 2
TL431, технические данные:http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf
2N5458, технические данные:
https://www.fairchildsemi.com/datasheets/2N/2N5458.pdf
Спецификация BD139:
https://www.fairchildsemi.com/datasheets/BD/BD135.pdf
Гордон, вспомогательные данные для вашего блока питания №1 приведены выше. Я перерисовал вашу схему, чтобы на нее было удобнее ссылаться в этом посте, но схема точно такая же, как и ваша исходная схема, за исключением исправленного номера типа полевого транзистора.
Как я уже сказал, это продуманная конструкция, и я понимаю цели:
(1) Используйте минимум компонентов
(2) используйте JFET в качестве генератора постоянного тока, чтобы изолировать любые пульсации / шум на входном напряжении от функции управления напряжением, а также для обеспечения высокого коэффициента усиления и, следовательно, высокой точности контура обратной связи управления напряжением.
(3) Используйте дешевый, но не менее точный источник опорного напряжения и усилитель (TL431)
К сожалению, у схемы есть несколько практических проблем:
(1) Усиление напряжения настолько велико, что было бы очень трудно стабилизировать его в частотной области. Это относится не только к фазовым изменениям в основном усилительном тракте, но и к различным трактам сигнала, главным образом из-за паразитных емкостей.
(2) Постоянный ток, генерируемый полевым транзистором, будет иметь очень широкий диапазон из-за большого Idss (vgs = 0) от 2 мА до 9 мА.
(3) Ток насыщения JFET Id начинается с 2 В. При Vds ниже этого JFET действует не как генератор постоянного тока, а как сопротивление.
(4) По какой-то причине этот тип генератора постоянного тока никогда не бывает очень радостным и склонен к темпераменту. Гораздо более производительный, но менее элегантный генератор постоянного тока можно сделать с парой биполярных переходных транзисторов.
(5) TL431 является шунтирующим стабилизатором, поэтому он не может быть источником тока для управления базой биполярного транзистора с последовательным проходом.Таким образом, ток для базы — это постоянный ток, пропускаемый JFET, за вычетом 1 мА, необходимого для работы TL431. В зависимости от конкретного используемого полевого транзистора это даст базовый ток от 1 до 8 мА. Hfe (усиление по току) BD139 составляет 25, поэтому максимальный ток, который может выводить BD139, будет составлять от 25 до 200 мА. Из-за других факторов выходной ток будет меньше этого.
(6) Даже если резистор заменил JFET, это все еще схема с очень высоким коэффициентом усиления. Для достижения точности TL431 требуется высокий коэффициент усиления.Это означает, что для обеспечения стабильности частоты потребуется адаптация частоты. Вы можете увидеть доказательства этого в спецификации TL431 в разделе приложений, где показан блок питания, похожий на ваш блок питания №1, но без генератора постоянного тока JFET. Показанный конденсатор формирует общую частотную характеристику для обеспечения стабильности. Это стандартная практика для усилителей с обратной связью с высоким коэффициентом усиления. У нашего старого друга, операционного усилителя uA741, есть массивный конденсатор 30p, встроенный в схему исключительно для этой цели.
(7) Наконец, общий момент. На БП №1 развязки нет. Чтобы дать вам представление, если вы посмотрите на хорошо спроектированное аналоговое коммерческое оборудование, вы часто обнаружите, что конденсаторы разбрызганы повсюду. Это особенно актуально для аудиофильских усилителей класса high-end. Причина этого в том, что для усилителя линии питания и другие критические точки должны выглядеть для них как OV (земля), особенно при увеличении частоты. Если это не так, физическая схема не похожа на схему, с которой вы работаете.Это большой и сложный предмет, но для средней трассы вы можете обойтись несколькими основными правилами. У аналоговых дизайнеров есть стандартная поговорка: «сто нан нанести на колоду». Это означает развязку всех критических областей с помощью конденсатора с малыми потерями 100 нФ (обычно керамического) на землю или OV.
Это в большинстве случаев заботится о высоких частотах, но вам также необходимо развязать и на низких частотах, обычно с помощью алюминиевого электролитического или танталового конденсатора с низкими потерями 47 мкФ.
Развязка — это не просто вещь, которую делают педантичные инженеры-разработчики аналоговых систем, это очень важно.Вы, вероятно, думаете, что видели сотни цепей без развязки. Так и будет. Но мой опыт показывает, что многие домашние конструкторы терпят неудачу из-за нестабильности частоты, вызванной недостаточной настройкой частоты контура, отсутствием развязки и плохой компоновкой. Разъединение не всегда необходимо, но это всегда разумная мера предосторожности. Возьмем, к примеру, uA741. Это очень удобный операционный усилитель, имеющий узкую частотную характеристику, поэтому он выдерживает практически все, но он все равно будет работать лучше всего с хорошей компоновкой и развязкой.
Итак, в общем, Гордон, ваш инновационный дизайн разочарован недостатками практичных компонентов — они просто не соответствуют вашим высоким ожиданиям. Мне очень жаль это говорить, но по причинам, которые уже были изложены, и другим причинам, в которые я не входил, эту цепь было бы трудно приручить. Но не беспокойтесь, я опубликую схему, которая компенсирует мой негативный взгляд и даст вам то, что действительно нужно.
Ботан Ральф: дешевые источники напряжения TL431
Еще год назад я никогда не слышал о TL431.Затем я прочитал сообщение в блоге Кена Ширрифа, а также другие упоминания TL431 на hackaday.com и eevblog.com. Я обнаружил, что 431 полезен не только как источник опорного напряжения, но и как регулятор постоянного тока и даже как генератор, управляемый напряжением.
Я начал подозревать, что мой дешевый (~ 20 долларов) мультиметр с автоматическим переключением диапазона показывает напряжение, немного завышенное, и когда я обнаружил, что 100 TL431 продаются менее чем за 150 центов, я заказал их. В ожидании их прибытия я попытался узнать больше о производителе, Wing Shing Computer Components из Гонконга.Мне не удалось найти активный веб-сайт (по крайней мере, на английском языке), и хотя я нашел старую таблицу данных для WS-TL431, я не смог найти ничего актуального. Я нашел другого продавца на Aliexpress, который разместил фотографию коробки, полной WS-TL431A, с показателем точности 0,3%, что, учитывая низкую цену, неплохо. Даже оригинальные запчасти TI TL431 с рейтингом 1% трудно найти по цене менее 2 центов каждая.
Получив посылку, я проверил маркировку чипа, которая была одинаковой:
WS
TL431A
155SD
Я подозреваю, что 155 — это код даты 2015 года, 5-й недели, указывающий, что это новые детали.В старой таблице данных от Wing Shing показано, что деталь TL431A составляет всего 1%, а TL431AA — 0,5%, и ничего не указано для детали 0,3%. Не думаю, что я увековечиваю несправедливый стереотип, говоря, что китайцы печально известны плохой или отсутствующей документацией. Я думаю, что полученные мной детали оценены с точностью до 0,3% при 25 ° C, и производитель не обязался выпускать обновленное техническое описание (или английский веб-сайт, если на то пошло). Другие совместимые детали, такие как LT1431 от Linear, имеют рейтинг 0.Начальный допуск 4%, а цена соответствует аналогичным китайским деталям TL431, таким как ALJ TL431A и CJ431. Проверив маркировку микросхемы WS TL431, я установил на своей макетной плате простую схему с входным резистором 270 Ом (который должен давать около 9,5 мА) от источника питания USB ~ 5 В для проверки деталей. Всего я протестировал 25 деталей при температуре окружающей среды 24 ° C. Среднее значение напряжения было 2,513, а диапазон был от 2,506 до 2,517, или 2,5115 В + -0,23%. Измерения согласуются с 0.3% оценили, а также предполагают, что мой счетчик показывает примерно 0,6-0,7%.Следующее, что я попробовал, — это вскрыть корпус TO-92 плоскогубцами, пытаясь обнажить матрицу. Как и Кен, я смог обнажить медный анод (видно на самой первой картинке), но не смог обнажить кристалл. Размер матрицы составляет около 0,6 мм x 1 мм, поэтому, даже если бы я смог обнажить матрицу с помощью только увеличительного стекла, я сомневаюсь, что смог бы многое увидеть.
Я пытался обнажить матрицу, чтобы посмотреть, не обрезаны ли части Wing Shing плавким предохранителем, как часть TI, изображенная Кеном.Два предохранителя дают четыре различных комбинации вариантов подстройки, которые должны проявляться в виде более чем одного пика в распределении напряжений. Без матрицы я все еще мог анализировать свои измерения и искать пики. Мне нужна была простая команда оболочки:
sort voltages.txt | uniq -c
1 2,506
1 2,508
2 2,509
3 2,510
2 2,511
3 2.512
1 2,513
3 2,514
3 2,515
3 2,516
3 2,517
Даже с четвертью протестированных деталей очевидно, что напряжения сосредоточены около 2,510 В, 2,512 В и 2,515 / 2,516 В. Хотя было бы полезно больше точек данных, испытания согласуются с деталями с обрезкой предохранителя 0,3%.
В первой практической схеме, которую я сделал с TL431, он используется как 2.Стабилитрон 5V для перезарядки батареи. Я использовал резистор на 270 Ом для разряда батарей. Поскольку TL431 действует как стабилитрон на 2,5 В, сильный красный светодиод и резистор на 160 Ом в сумме дают дополнительное падение на 2,5 В, что очень близко к общему значению 4,8 В при разряде 12-элементной батареи до 0,4 В на элемент.
Я бы хотел, чтобы разряд был ближе к 0,1C, то есть около 130 мА, но красный светодиод рассчитан на максимальный непрерывный ток 50 мА. В техническом описании TL431 есть простая схема постоянного тока, и, сделав пару небольших изменений в этой схеме, я думаю, что смогу сделать схему разрядки постоянного тока 130 мА с напряжением отсечки чуть ниже 5 В.
2015/09/22 Обновление
Я провел быстрый тест динамического импеданса или изменения опорного напряжения в зависимости от изменения тока шунта. Увеличение тока с 3 мА до 15 мА привело к увеличению опорного напряжения на 2 мВ, что указывает на динамический импеданс в диапазоне от 0,15 до 0,2 Ом.2015/12/20 Обновление
На основании моего тестирования с AD584 я теперь считаю, что это эталоны 2,5 В, а не 2,495.
10 компонентов контура, которые вы должны знать
У поваров есть разные ингредиенты, такие как сгущенное молоко, винный камень и ксантановая камедь.Как инженеры, у нас тоже есть большой выбор схем, и хороший разработчик схем должен знать, что там есть. Не только ингредиенты для хлеба с маслом, такие как резисторы, конденсаторы, операционные усилители и компараторы, но и различные компоненты «гаджета».
Вот десять компонентов схемы, о которых вы, возможно, не слышали, но которые иногда могут оказаться весьма полезными.
1. Многофункциональный затвор (74LVC1G97 и 74LVC1G98)
Логика серии7400 претерпела метаморфозу за последние несколько десятилетий: от фундаментальных логических блоков в 14-20-контактных DIP-корпусах до одностворчатой клеевой логики в небольших малоразмерных корпусах SOT-23-6 и SC-70-6.TI представила две части, которые являются «многофункциональными вентилями» — у них есть нечетная таблица истинности на основе 3 входов, что позволяет использовать их в качестве логических элементов И, логических элементов ИЛИ, инверторов, буферов, мультиплексоров и т. Д. В зависимости от того, как соединены выводы. . Сейчас они являются вторичными поставщиками Fairchild, NXP и ON Semiconductor.
Зачем нужны эти детали?
Для последней схемы, над которой я работал, требовалось несколько склеенных логических частей. Мы могли бы использовать инверторы 1G04, вентили OR 1G32, вентили NAND 1G00 и вентили AND 1G00.Вместо этого мы использовали 1G97 и 1G98. Из-за этого нам нужно было хранить меньше разных деталей.
Если у вас есть небольшой тайник с этими двумя воротами, они окажутся там в крайнем случае, когда они вам понадобятся.
Если бы у меня была производственная разработка только с одним вентилем NAND и без других логических вентилей, я бы использовал 1G00: он дешевле, чем 1G97. Но в остальном они похожи на швейцарский армейский нож для логики клея.
2. Регулируемый шунтирующий регулятор TL431
Если вы посмотрите на схему любого источника питания с изолированным выходом, скорее всего, он использует TL431 и оптоизолятор.TL431 по сути работает как NPN-транзистор или N-канальный MOSFET, но с точностью падения напряжения 2,5 В BE / V GS . В TL431 контакты называются катодом (K), ref (R) и анодом (A). Контакты K и A аналогичны стоку и истоку полевого МОП-транзистора, а R аналогичен затвору
.Если это для вас ничего не значит, считайте его прецизионным компаратором:
Когда эталонный вывод находится более чем на 2,5 В выше анода, деталь начинает проводить между катодом и анодом.
Вы можете использовать его как прецизионный компаратор или как шунтирующий эталон (подключив резисторный делитель через выводы катод / опорный / анод). В импульсных источниках питания они обычно используются в качестве регулятора обратной связи: делитель напряжения подключается к опорному и анодному контактам, а оптоизолятор соединен последовательно с катодом, так что, когда выход источника питания достигает точки регулирования, TL431 начинает проводить через оптоизолятор, в результате чего контроллер источника питания снижает свою мощность.Обычно вы видите конденсатор, подключенный между выводами ref и катода для стабилизации контура обратной связи.
Доктор Рэй Ридли написал отличную статью о проектировании с использованием TL431 в источниках питания.
У многих производителей есть эквиваленты TL431, и детали недорогие.
Существует также несколько «низковольтных» вариантов, таких как TLV431, TS431 и LMV431, которые имеют пороговые значения 1,24 В, а не 2,5 В. Они также полезны, но будьте осторожны с ограничениями по напряжению между катодом и анодом: TLV431 и TS431 работают только до 6 В; если вы хотите подняться выше, вам нужно использовать TLVh531, который достигает 18 В.LMV431 работает при напряжении катод-анод до 30 В. Все эти компоненты имеют более низкие (лучшие) характеристики эталонного тока утечки, чем у обычного TL431 (макс. 0,5 мкА вместо 4 мкА; TS431 имеет характеристики 0,16 мкА!), А также более низкий минимальный рабочий ток между катодом и анодом (60-100 мкА. макс вместо 1 мА). Если бы я использовал микросхему питания, я бы сначала обратился к этим деталям из-за их лучших характеристик, хотя TL431 дешевле.
3. Генератор + многоступенчатый счетчик: 74HC4060
Если вам нужно спроектировать генератор на 1 Гц без использования микроконтроллера, первым делом вы можете использовать генератор 555.Это будет работать, но не очень хорошо — если вы попытаетесь, вы обнаружите, что вам нужно использовать либо очень большой резистор, либо очень большой конденсатор. Если вы используете большой резистор (> 1 МОм), частота генератора может изменяться из-за тока утечки от 555 или из-за поверхностного загрязнения на печатной плате. Если вы используете большой конденсатор (> 1 мкФ), он может быть физически большим или дорогим, или иметь плохие допуски или высокую внутреннюю утечку.
Лучше использовать микросхему вроде HC4060 и 32.Часовой кристалл 768 кГц и не имеет каких-либо проблем с допусками RC-генератора — кварцевые кристаллы 32 кГц обычно указываются с точностью 20 ppm. 4060 содержит драйвер генератора (только инвертор и буфер) и 14-ступенчатый счетчик. С помощью драйвера генератора вы можете управлять RC-цепью или кристаллом. Счетчик делит входной сигнал на низкочастотные выходы и дает вам 10 ответвлений из 14 каскадов — при исходной частоте 32,768 кГц 4060 дает все частоты с степенью двойки из 2.От 048 кГц до 2 Гц, за исключением 16 Гц. (Вы можете получить 1 Гц, взяв выход 2 Гц и пропустив его через триггер.)
4. Резонаторы керамические
Иногда вам нужен источник частоты, который более точен, чем RC-фильтр, но не должен быть таким же точным, как кварцевый кристалл.
Керамические резонаторы — это двух- или трехполюсные резонаторы с точностью около 0,5%; лучше, чем точность 5% в лучшем случае, которую вы получаете от RC-фильтров (конденсаторы с допуском выше 5% стоят дорого), но хуже, чем 50 ppm или лучше, которые вы можете получить от кварцевого кристалла.Варианты с тремя выводами имеют встроенные конденсаторы для обеспечения правильной генерации. Типичный частотный диапазон составляет 200 кГц — 50 МГц.
Насколько я помню, керамические резонаторы были дешевле кристаллов. Я только что проверил Digikey, и похоже, что это уже не тот случай — они примерно такие же; немного дороже для поверхностного монтажа, но немного дешевле для сквозного. Керамические резонаторы имеют одно важное преимущество перед кристаллами: они физически меньше, с размером 4 мм x 2 мм в качестве обычного варианта для керамических резонаторов SMT (включая встроенные конденсаторы!), Тогда как наименьший обычно доступный размер кристалла составляет около 8.5мм х 3мм.
Керамические резонаторы не подходят для хронометража — источник частоты с точностью 0,5% может выиграть или потерять 7 минут в день! — но одно приложение, которое может их использовать, — это UART. Если у вас есть приложение микроконтроллера, где единственное требование к точности частоты — обмен данными через RS232, 0,5% точности вполне достаточно. Байты UART со стартовыми и стоповыми битами имеют 10 бит на байт, поэтому ошибка в частоте 5% преобразуется в половину бита на байт, а ошибка 0,5% преобразуется в 1/20 бита на байт.Точность RC незначительна для такого рода приложений, но керамические резонаторы вполне подойдут.
5. Инвертор с накачкой заряда на коммутируемых конденсаторах (ICL7660 или аналогичный)
Допустим, у вас есть источник питания 5 В, 1 А, и вам действительно нужен источник -5 В для одной или двух аналоговых схем. Более 20 лет назад компания Intersil изобрела деталь, отвечающую всем требованиям: ICL7660.
Эта деталь принимает внешний конденсатор и попеременно переключает его между двумя путями подключения. Если вы сделаете один из этих путей источником питания 5 В, а другой — шинами питания -5 В, то конденсатор будет заряжаться через источник питания 5 В и разряжаться через нагрузку -5 В.
На несколько миллиампер работает нормально. Многие производители делают схемы 7660, поэтому существует несколько источников.
Но это не регулируемый блок питания. Выходное сопротивление 7660 является функцией сопротивления переключателя на плате, величины внешнего конденсатора и частоты переключения. Чем больше тока вы потребляете от 7660, тем больше напряжение будет падать до нуля.
Это также импульсный преобразователь, который генерирует и подает импульсы заряда при переключении конденсатора, поэтому он создает шум на частоте переключения.
Тем не менее, это полезная деталь, которую нужно иметь в заднем кармане для той одной схемы на вашей плате, которая нуждается в отрицательном источнике питания.
6. Драйверы и приемники низковольтной дифференциальной сигнализации (LVDS)
Существует множество схем для передачи последовательных данных между отдельными устройствами. Большинство из них используют дифференциальную сигнализацию. Единственный главный, который не работает, — это RS-232, который имеет практические ограничения на скорость передачи данных при наличии шума. Другие включают RS-422, RS-485, CAN и LVDS.Все они используют дифференциальные пары, поэтому все они гораздо менее чувствительны к синфазному шуму, который наведен на оба сигнала. LVDS часто используется для передачи цифровых данных между компьютерами и мониторами. Он использует более низкое напряжение сигнала, чем уровни, используемые в CAN или RS-485, поэтому потребление энергии и излучаемый шум намного ниже.
Если у вас есть сигналы, которые необходимо передать с одной печатной платы на другую и которые требуют хорошего подавления шума, вы можете использовать LVDS для их кодирования / декодирования на каждом конце.Некоторые примеры — сигналы SPI или PWM — оба чувствительны к сбоям.
7. Расширители ввода / вывода
Итак, у вас есть микроконтроллер в приложении, которое все еще добавляет новые функции, и по мере того, как вы добавляете все больше и больше входов или выходов, у вас заканчиваются контакты.
Доступны микросхемы, которыми можно управлять через I2C или SPI, которые будут обрабатывать менее часто меняющиеся входы и выходы. Мне больше всего нравятся MCP23017 и MCP23S17. Это 16-контактные устройства; 23017 — это I2C, а 23S17 — это SPI.
Если вам нужно что-то только для выходов, менее дорогое и менее сложное, вы можете обойтись использованием регистров сдвига 74HC595 на шине SPI. Каждый 595 является 8-битным выходом, входы которого сдвинуты по тактовому сигналу SPI и зафиксированы на его выходах по нарастающему фронту CS-сигнала.
8. Усилители измерения тока на стороне высокого напряжения
Бывают случаи, когда вам нужно измерить ток в цепи нагрузки, и вы не можете прервать заземление.Это оставляет вам возможность измерения тока на стороне высокого напряжения. Есть несколько вариантов измерения тока на стороне высокого напряжения:
- интегральные схемы со встроенными чувствительными элементами
- Датчики тока на основе датчика Холла
- токоизмерительные резисторы + усилители
Последний из них, вероятно, самый дешевый и гибкий. Мне нравится серия датчиков тока ZXCT, представленная Zetex, которая была приобретена Diodes Inc. Они используются для обнаружения однонаправленных токов и создания выходного тока, пропорционального измеренному напряжению.Их пропускная способность довольно приличная, а ток покоя находится в диапазоне 2-5 мкА. Идея состоит в том, что вы используете последовательный резистор для преобразования выходного тока в напряжение, а затем делаете с ним то, что хотите (например, буферизуете его). Я попытался изучить ряд альтернативных подходов от других поставщиков в 2008 или 2009 годах и в итоге пришел к выводу, что это лучший вариант по разумной цене.
Они бесполезны для двунаправленных токов (например, для зарядки / разрядки батарей), если вы не используете два устройства, по одному в каждом направлении; с помощью одного устройства решить эту проблему гораздо сложнее.
9. Токоизмерительные резисторы
Подбирать резисторы для считывания тока — это искусство. Вам нужен резистор, который производит как можно меньшее напряжение, чтобы он не мешал остальной части вашей схемы … но, с другой стороны, вам нужен резистор, который выдает как можно большее напряжение, чтобы ваш сигнал был достаточно большим. использовать. Возможно, потребуется рассеять несколько ватт, если измеряемый ток большой, но вы хотите, чтобы он был недорогим и небольшим. О, и это должно быть точно.
Если у вас токи ниже 100 мА, решить эту проблему несложно (резисторы на 1%, 1 Ом или 0,5 Ом, способные рассеивать более 10 мВт, найти не так уж и сложно).
В противном случае, скорее всего, это будут ваши основные требования:
- точность 1% или выше
- 0,1 Ом или меньше
Вот несколько моих любимых резисторов для измерения тока:
Для токов в диапазоне 1–10 А можно использовать «обычные» низкоомные SMT резисторы, такие как Panasonic ERJ и Stackpole CSR.
Для больших токов (> 10 А) подходят металлические элементы:
10. Аналоговые мультиплексоры и переключатели
Иногда вам нужно переключить аналоговые сигналы, будь то увеличение количества входов аналого-цифрового преобразователя, выбор других резисторов усиления или что-то еще.
Я делю типы мультиплексоров на четыре группы:
A. Мультиплексоры CD405x / 74HC405x и коммутаторы 4066
Стандартная цифровая логическая серия (CD4000 = 5-15 В, 74HC = +/- 2-6 В) содержит аналоговые переключатели.4051 — аналоговый мультиплексор 8: 1; 4052 — двойной аналоговый мультиплексор 4: 1; 4053 — тройной аналоговый мультиплексор 2: 1; 4066 — это четырехъядерный коммутатор. Они недорогие и производятся несколькими производителями. Но у них есть недостатки; ток утечки установлен на уровне 1 мкА, а сопротивление в открытом состоянии обычно составляет десятки или несколько сотен Ом.
B. «Улучшенный» 405x с улучшенными характеристиками утечки / сопротивления на открытом воздухе
Они понадобятся вам, если у вас есть входы с высоким импедансом или сопротивление во включенном состоянии является важным требованием.
Maxim была первой компанией, представившей серию переключателей / мультиплексоров с совместимостью выводов (MAX4051 / 2/3) с улучшенными характеристиками (ток утечки менее 0,1 мкА, сопротивление в открытом состоянии
C. Решения с одним переключателем с хорошими характеристиками утечки / сопротивления при включении
Переключатель4157 SPDT — они производятся несколькими производителями, совместимы по выводам друг с другом и имеют сопротивление включения в
.Fairchild FSA4157
Vishay DG4157
на полу NLAS4157
Д.Другое
В эту категорию входят аналоговые переключатели с нечетным напряжением или высокими требованиями к полосе пропускания или иным образом не отвечающие указанным выше категориям.
Единственный совет, который я могу вам здесь дать, — это взглянуть на предложения от Analog Devices, TI, Fairchild, Vishay и ON Semi.
Электронных компонентов очень много — важно идти в ногу с тем, что есть на рынке.
Многие производители и дистрибьюторы рассылают новые продукты на рынок; Linear Technology и Texas Instruments — одни из самых успешных.
Торговые периодические издания, такие как EDN и Electronic Design, — хорошие места для знакомства с новыми продуктами.
