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無線電子工学および電気工学の百科事典 VIPER-100Aとそれに基づくポケット充電器
無線電子工学と電気工学の百科事典 / 充電器、バッテリー、ガルバニ電池 新しいチップ シリーズには、以前の UC384X シリーズ PWM コントローラの利点がすべて備わっており、さらにいくつかの重要な利点もあります。 まず第一に、これは超小型回路の「ストラップ」の個別要素の数が約半分になります。 重要な状況は、VIPer スイッチ SMPS の熱保護の信頼性が高いことです。 スイッチング トランジスタとヒート シンク間の熱接触が不良の場合、別個に配置された PWM コントローラーはマイクロ回路ケースの過熱にのみ応答します。 トランジスタの高負荷動作は熱破壊を引き起こす可能性があり、ドレイン電流が雪崩のように増加すると、トランジスタは事実上制御不能になります。 故障したトランジスタを介した整流された主電源電圧は、ヒューズが切れる前であっても PWM コントローラを破壊する可能性があります。 VIPer スイッチング SMPS の場合、この状況は除外されます。 そして最も重要な利点は、SMPS の自動設計の可能性です。 VIPer-110A マイクロ回路は、ジグザグ ピン配置の TO-220-5 1 ピン金属プラスチック パッケージで作られています。 図に示す製品の動作アルゴリズムと簡略化された機能図を考えてみましょう。 十一]。
図の比較図 1 と UC384X PWM コントローラーの機能図 [2] を見ると、それらの類似点が簡単にわかります。 多くのノードの目的は完全に一致するか、わずかに異なります。 特に、A1 マイクロ回路の入力電源電圧のコンパレータは、VIPer スイッチが「オン」状態になると約 11 V、「オフ」-8 V のしきい値レベルを提供します。熱保護も同様に機能します。 クリスタルの温度が 140 ～ 170°C に上昇すると、セーフ モード トリガ D1 が入力 R2 での PWM D1 の動作をブロックします。 チップ温度が熱保護トリップレベルと比較して 40°C 低下すると、動作は自動的に再開されます。 マイクロ回路によって消費される電流は、「オフ」状態では1 mAを超えず、「オン」状態では15 mAを超えません。 VIPer 製品の特徴の 3 つは、起動時にマイクロ回路内のピン 2 (DRAIN) とピン 3 (Vdd) が電流制限回路によって接続されることです。 制限レベルは 1 mA です。 この電流は、入力電圧コンパレータ A1 (2 mA) とピン 2 に接続された酸化物フィルタ コンデンサの間で共有されます (コンデンサの充電電流は約 11 mA)。 比較的ゆっくりと増加した後、酸化物コンデンサの電圧はマイクロ回路のスイッチオンの閾値レベル（15V）に達し、その後コンデンサはマイクロ回路の動作電流XNUMXmAで放電します。 何らかの理由（コンデンサをオンにする前に放電されたフィルタの大きな容量または負荷の短絡）で超小型回路が起動モードから動作モードに切り替わらない場合、コンデンサの電圧は急速にシャットダウンしきい値レベルまで低下し、その後、このプロセスは周期的に繰り返されます。 動作モードに切り替えようとすると、マイクロ回路はトリガーパルスの「パッケージ」を生成します。 「パック」充填率は、コンデンサの充電電流と放電電流の比によって決まり、わずか 2/15"13% です。これにより、始動モードまたは短絡時の入力および出力整流器の損傷が防止されます。始動モードでのいくつかの「パック」の形成は、SMPS の出力電圧のスムーズな増加に貢献し、その「ソフト」な包含を特徴付けます。 SMPS の出力電圧を調整するプロセスは、プロトタイプで検討されたプロセスと同様です。 内部回路は、内部と外部の 13 つの制御ループを使用して、マイクロ回路の電源電圧を 2 V のレベルで安定化します。 内部回路は、マイクロ回路のすべてのコンポーネントに電力を供給するための従来のスタビライザーです。 外部制御ループは、外部抵抗を介してピン 3 に接続されたトランスの補助巻線と、このピンに接続された誤差信号アンプ A1 によって形成されます。 マイクロ回路の電源電圧の二重安定化により、スイッチングパルスの周波数の偏差が最小限に抑えられます。 [9]では、電源電圧が15 ... 1 Vの範囲で変化する場合、周波数設定抵抗とコンデンサの値と計算値の間の差異が示されています。それぞれ± 5% および ± 10% 以内で、パルス繰り返し率の偏差は ± 4% を超えません。 水晶温度が 25 °C から 125 °C に上昇しても、周波数温度の不安定性は -XNUMX% を超えません。 UC384X PWM コントローラと同様に、約 5 V の動作モードで電圧がかかる VIPer マイクロ回路の同名で機能的に同等の出力 4,5 (COMP) を使用して、SMPS を強制的にオフにすることができます。 マイクロ回路の内部では、このピンは、熱保護ユニットA2のブロック信号に反応するセーフモードトリガーD1と入力電圧コンパレータA2の影響下で、電界効果トランジスタV1によって共通線に接続できます。 スイッチングパルスの動作中に出力5の共通線への強制接続が発生した場合、ジェネレータはずっと動作し続けますが、次のパルスは1,7 ... 5μs以内に可能になります。 ピン 5 に接続されたコンデンサにより、0,5 V のしきい値レベルまでの電圧上昇がしばらく遅れ、少なくとも 5 つのスイッチング パルスが失われます。 送信パルス数を変更することで、SMPS の出力電圧を調整することも可能です。 スイッチングパルスの時間遅延は、電流制御比較器A4の出力に接続された素子AXNUMXによって行われます。 VIReg 製品で特に興味深いのは、必要なすべての要素が結晶上に形成される電流制御方法です。 電流に比例した信号はスイッチングトランジスタV3の付加出力から電流電圧変換器U1に供給され、電流センサアンプA9で増幅される。 入力 R3 PWM D2 の電圧レベルはドレイン電流に比例し、指定されたしきい値レベルに達すると、スイッチング パルスの持続時間が制限されます。 特別なクエンチング ユニットは、スイッチング パルスの開始後 0,25 µs 以内に、二次巻線の整流ダイオードの逆回復電流と蓄積巻線の分布容量に起因するフロントのサージを抑制します。 これらのスパイクにより、パルス幅の早期クリッピングが発生する可能性があります。 SMPS の通常動作中、スイッチング パルスの持続時間は PWM 入力 R2 によって制限されます。 SMPS のスイッチをオンにした後に負荷に短絡が発生した場合、出力電流は最初は制御ループの動的特性に従ってゆっくりと増加し、VIPer-100A の制限値 3 A に達すると、出力電流が増加します。は各スイッチングパルスで制限されます。 参考書に記載されている限界電流 4 A は、個々のサンプルで可能な最小値であるという事実に注意を払う必要があります。 ほとんどの標準電流値は 5,4 A で、個々のマイクロ回路は 5 A の制限レベルでも動作します。外部の電流電圧コンバータを使用すると、スイッチング トランジスタを流れる電流をより低いレベルで制限することができます。その出力はピン XNUMX (COMP) に接続されます。 これらすべてにより、極端な状況における SMPS への損傷の防止が保証されます。 VIPer-100A チップの登場により、自動車バッテリー (AB) 用のシンプルで信頼性の高い充電器 (充電器) を作成するという問題に対して、まったく新しいアプローチが可能になります。 ほとんどの充電器は安定した電流でバッテリーを充電します。 ただし、自動車を含むすべての車両では、充電は定電圧で行われます。 車載ネットワークでは、リレーレギュレータが電圧を 14 ± 0,5 V のレベルに維持します。したがって、始動モードで数十アンペアの電流によるバッテリの放電の後に、その後の短い期間が続きます。充電電流が 30 アンペア以上に達すると、すぐに XNUMX アンペアの数分の XNUMX まで減少します。 ドライバーは、同様の充電モードを使用して、別の種類の問題を解決できます。 緊急に出発する必要があり、車が長期間使用されていない場合、おそらく、バッテリーの自己放電により、特に冬にはエンジンを始動しようとしても失敗します。 このような場合、一部のドライバーは低電流でバッテリーを長時間 (半日以上) 充電するため、正極グリッドの腐食が促進され [3]、バッテリーが故障することがあります。 この場合、充電器を15 ... 30分間使用して、バッテリーを定電圧で充電する方が合理的です。 小さな(XNUMXオームの何分のXNUMX)抵抗を持つ抵抗器をバッテリーと直列に接続すると、最初の瞬間の充電電流が制限され、バッテリーが充電されると、バッテリーの電圧が増加し、電流が減少します。 VIPer スイッチ付き充電器は、その小さな寸法と重量のおかげで、ポケットに入れても問題なくガレージに持ち運ぶことができます。 一方で、本格的な充電器としてだけでなく、他の用途の電源としても使用できます。 このような SMPS は短絡から回路が保護されているため、部分的に放電したバッテリーにも完全に放電したバッテリーにも接続できます。 放電の程度に応じて、SMPS は約 100 W の電力に制限された AB エネルギーに「ポンプ」します。つまり、SMPS 安全動作モードを超えることなく、充電電流が自動的に調整されます。 充電器を使用すると、最初に少なくとも 6 A の電流でバッテリーを充電し、充電終了時に電圧を 15 V にすることができます。 使用したSMPSの動作変換周波数は100kHzです。 デバイスの効率は 87% 以上です。 ハウジングなしの SMPS の寸法 - 55x80x42,5 mm。 メモリのサービス機能は、使用する VIPer-100A チップの特性によって決まります。 負荷の短絡や破損に対する保護、安全な動作モードの実装、熱保護、バッテリーの放電の程度に応じた充電電流の自動調整など、すでに述べました。 メモリの唯一の欠点は、極性反転に対する脆弱性です。これは非常に真剣に受け止める必要があります。 バッテリーが正しく接続されていない場合、充電器の変圧器やその他の要素が損傷する可能性があるため、慎重に接続する必要があります。 DESIGNE SOFTWARE (「Radio」、2002、No. 8 の「フライバック パルス IP の進化」) の助けを借りて開発されたメモリ回路を図に示します。 2. 設計方法については以前に詳しく説明しました。 主電源電圧パラメータは変更せず、変換周波数は 100 kHz に等しく選択され、出力パラメータは 15 A の電流で 6 V の電圧に対応します。変圧器の磁気回路は RM10 (KB 10 の国内アナログ) を選択しました。 N67 材質 (アナログ - M2500NMS1)。
メモリで使用される VIPer-100A 製品の機能アルゴリズムの詳細な分析のおかげで、デバイスの個々の要素の目的を再説明するのは意味がありません。 PCB 図面を図に示します。 3.
使用される要素の数が最小限であるにもかかわらず、設置は非常に高密度であることが判明しました。これは、完成品として電圧41 kVに対して容量1 μFの欠陥のある高電圧コンデンサK0,1-10aを使用したいという著者の願望によって説明されます。デバイスケース。 チップ VIPer-100そして、熱伝導ペーストを使用したマイカプレートを介して有効面積約60 cm2のピンヒートシンクに取り付けられ、共通のワイヤに接続されます。 ダイオードブリッジは輸入品で、順電流1,5 A、逆電圧1000 V向けに設計されています。VD4-VD7ダイオードアセンブリは、1,5本のネジで接続された2枚のジュラルミンプレートで構成されています（端の厚さは30 mm、中央の板の厚さは40 mmです） 213 つは XNUMX mm)、寸法は XNUMXxXNUMX mm で、その間に XNUMX つの KDXNUMXB ダイオードが、熱伝導ペーストを使用して絶縁体なしで中央プレートの両側にペアでクランプされ、カソードが中心にあります。 設置中は、すべてのアノード端子の絶縁に注意を払う必要があります。 6 Wの電流制限抵抗器R5 - C16-5MVが基板に垂直に取り付けられています。 録音レベルを示すためにポータブルテープレコーダーで使用される微小電流計 PA1 - M4283 またはその他。 これを確立するときは、0,6 V の安定化電圧源に接続し、抵抗 R5 を選択することによって、緑色のセクターの端に矢印が設定されます。 酸化物コンデンサは、国産品では指定されたSMPSの寸法に「適合」しないため、輸入品です。 コンデンサ C7 は抵抗 R3 に並列にはんだ付けされ、抵抗 R2 は XNUMX つの出力が基板に垂直になるようにはんだ付けされ、XNUMX つ目は同様に取り付けられたダイオード VDXNUMX の自由出力にヒンジ接続されます。 パルストランスの製造と設置には特に注意を払う必要があります。 磁気回路の非磁性ギャップは 0,7 mm でなければなりません。 変圧器の巻線は手作りのフレームに巻かれています。 小さなグラスファイバープレートをメスまたは鋭利なナイフで層状にし、厚さ0,1 ... 0,15 mmの2つの層をそこから分離します。 歪みのないニトロ接着剤を使用して必要な寸法のストリップを切断した後、適切な直径のロッドに3〜XNUMX層で巻き付け、接着剤が乾燥した後、取り除きます。 このようにして得られたフレーム上に、最初の層が11本の導体にPEV-2 0,41のワイヤを9回巻き、次にマイラーフィルムまたはワニス布から層間絶縁され、第XNUMX層がXNUMX回巻き付けられます。 次に、巻線間絶縁体が巻かれます。 7 回の PEV-2 1,5 ワイヤからなる巻線 III は、巻線 I に適合するようにわずかに大きな直径のロッドに巻かれます。長さ 8 ～ 10 mm のリード線がコイルの両側に残されます。 得られた巻線 III は、巻線 I の最初のセクションに慎重に配置され、それらの結論が正反対で中央に配置され、巻線間の絶縁層が接着剤で固定されます。 その後、磁気回路内のコイルの配置を確認すると便利です。両方のプレートが自由に接続されている場合は、コイルを取り外し、その端に接着剤を充填して巻線を固定してシールします。 接着剤がコイル上で乾燥した後、巻線 I の 8 番目のセクションごとに 7 ターンと 6 ターンの 2 層で巻かれます。巻線は、「放電された」PEV-0,15 XNUMX ワイヤの XNUMX ターンの巻線 II で完了し、試行後に完了します。磁気回路内にコイルを配置すると、コイルの端が再び接着剤でシールされます。 変圧器の巻線 I の測定されたインダクタンスは、DESIGNE SOFTWARE で計算されたものと一致し、225 μH に達しました。 完成した変圧器は、側面に沿って静電スクリーン（1層の銅箔）で閉じられ、ブラケットで基板に固定されます。 厚さ 7 mm のゴム片が変圧器とブラケットの間に置かれます。 組み立て時に磁気回路のプレートを接着する必要はありません。 2、3、2 を除くすべてのトランスのリード線は、基板上の対応する穴にはんだ付けされます。 結論 3 と 7 は、ヒンジで接続され、分離され、静電シールドの下に「隠蔽」されます。 ピン XNUMX は、より線の中心導体を備えた短い同軸ケーブルで基板に接続されています。 電源スイッチ、2 A ヒューズ ホルダー、微小電流計、バッテリー接続用の 12 つの端子がデバイスのカバーに配置されています。 さらに、SMPS の熱体制を容易にするために、小型ファンがハウジング カバーに固定されており、マイクロプロセッサを可能な限り最高のパフォーマンスで動作させるために使用され、そのファン用に吸気穴が設けられています。 9 V の電圧用に設計されたファンの端子は、0,125 オームの電流制限抵抗器 MLT-8,2 を介してコンデンサ C40 に接続されています。 モデルと性能に応じて、ファンによって消費される電流は、50 V で 12 ～ 55 mA から 65 V で 15 ～ XNUMX mA になります。 メモリが保守可能な部品からエラーなく組み立てられており、計算値からの動作周波数の偏差が 10% を超えない場合、デバイスの調整は必要ありません。 図上。 図４は、出力電圧（実線）および出力電力（破線）の負荷電流に対する依存性を示す。 測定は、閉じた抵抗器 R4 を使用して実行されました。
出力のリップルを低減するために、容量 22000 uF の酸化物コンデンサが接続されました。 文学
著者: S. コセンコ、ヴォロネジ
庭の花の間引き機
02.05.2024 最先端の赤外線顕微鏡
02.05.2024 昆虫用エアトラップ
01.05.2024
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