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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Stabilisateur de tension sur la puce KR142EN19 avec protection 27 volts / 7-25 volts 2 ampères. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Parasurtenseurs L'article décrit un stabilisateur de tension avec une protection fiable contre les impulsions. Si le courant de sortie du stabilisateur dépasse le seuil de protection pendant un certain temps, le stabilisateur s'éteint pendant quelques secondes pour refroidir le transistor de régulation, puis s'allume et s'éteint à nouveau jusqu'à ce que l'accident dans la charge soit éliminé. Le transistor de commande étant fermé la plupart du temps dans ce mode, la puissance moyenne dissipée par celui-ci, même avec un court-circuit de la sortie, n'est pas supérieure à celle du mode normal. Dans le stabilisateur proposé, une unité de protection contre les impulsions sur un relais Reed inclus dans un circuit à courant élevé est utilisée. Un tel ensemble contient peu de pièces supplémentaires, ne réduit quasiment pas l'efficacité du stabilisateur, et surtout, le courant de fonctionnement de la protection reed dépend très peu de la température. Le coefficient de stabilisation de l'appareil dépasse 400. La chute de tension minimale entre l'entrée et la sortie est de 0,5 V. Le circuit régulateur est illustré à la fig. 1.
L'élément principal du stabilisateur est la puce KR142EN19 (DA1). Si la tension à l'entrée de commande (broche 1) du microcircuit par rapport à la cathode (broche 2) dépasse son seuil d'ouverture (2,5 V), le courant anodique augmente avec une pente d'environ 2 mA/mV. La tension à l'anode d'un microcircuit ouvert, déterminée par son dispositif interne, est d'au moins 2,5 V. Ce microcircuit a une particularité : si la tension d'entrée est supérieure à ce qui est nécessaire pour son ouverture complète, il peut s'éteindre. En même temps, il cesse de contrôler le stabilisateur, à la suite de quoi une tension d'entrée peut apparaître à sa sortie. Une surcharge de l'entrée du microcircuit peut survenir en raison d'une surtension de sortie qui se produit lorsque la charge est déconnectée du stabilisateur de fonctionnement. Dans ce cas, le courant fourni à la charge avant qu'elle ne soit éteinte commence à charger le condensateur installé à la sortie du stabilisateur. Cela conduit à une augmentation de la tension de sortie jusqu'à ce que le transistor de commande soit fermé par le signal d'erreur traversant le stabilisateur. Évidemment, la surtension sera d'autant plus faible que la capacité du condensateur à la sortie de l'appareil sera grande et que le signal d'erreur traversera rapidement le stabilisateur. Des expériences de déconnexion de charge ont montré qu'une capacité d'au moins 1000 microfarads par ampère de courant de sortie est suffisante pour empêcher le microcircuit de s'éteindre dans le stabilisateur décrit. Lors de la répétition de l'appareil, il convient de s'abstenir de modifications entraînant une diminution des performances, par exemple en raison de l'utilisation de transistors basse fréquence. Il est particulièrement dangereux de réduire artificiellement la vitesse en ajoutant des liaisons RC intégratrices au chemin du signal d'erreur afin de lutter contre la génération. Puisqu'une partie de la tension de sortie est fournie par le curseur de la résistance de réglage de la tension de sortie R12 à l'entrée de commande du microcircuit, une augmentation de la tension entre les bornes de sortie du stabilisateur entraîne une augmentation de la tension entre l'entrée de commande du microcircuit et sa cathode, ce qui conduit à l'ouverture du microcircuit. Son signal de sortie ferme le transistor VT3, connecté selon le circuit à grille commune, puis le transistor de régulation composite VT2VT1, inclus dans le fil négatif du stabilisateur, ce qui entraîne une diminution du courant à travers celui-ci. Si le microcircuit est fermé, le transistor VT3 doit être ouvert, le courant de son canal doit être compris entre 4 ... 10 mA. Ce mode est obtenu si une tension d'environ 5 V est appliquée à la grille par rapport au fil positif commun. Il s'est avéré que l'application d'une partie de la tension d'entrée avec des ondulations sur la grille entraîne l'apparition d'ondulations en sortie du stabilisateur d'une amplitude d'environ 1 mV. Ainsi, la tension sur la grille du transistor VT3 est stabilisée par rapport au fil commun par la diode zener VD1, puis également filtrée par les circuits R2C3, R5C4. L'utilisation d'un transistor à effet de champ a permis de réduire considérablement le courant traversant les filtres, et, par conséquent, leurs dimensions. La résistance R7 empêche l'auto-excitation. Sans cela, l'étage du transistor VT3 peut s'auto-exciter à une fréquence d'environ 20 MHz. Le stabilisateur décrit a trois degrés de protection contre les accidents à la fois dans la charge et dans le stabilisateur lui-même. Une protection rapide contre les surcharges de courte durée est assurée par la résistance R8. Avec un excès significatif, environ deux fois, du courant de charge d'un maximum donné de 2 A, la chute de tension aux bornes de la résistance R8 augmente jusqu'au niveau de la tension d'entrée, le transistor VT2 sature en conséquence et cesse d'amplifier le courant, ce qui conduit à limiter le courant de charge. En cas de pannes plus longues, le stabilisateur est protégé par une protection contre les impulsions sur le relais Reed K1. Si le courant de charge dépasse le courant d'actionnement du relais (2 A), le commutateur Reed se ferme et le condensateur C3 se décharge rapidement à travers la résistance R1. Cela commence également la décharge du condensateur C4 à travers la résistance R5. Mais ce processus est beaucoup plus lent en raison de la résistance relativement importante de la résistance R5. Lorsque la chute de tension aux bornes du condensateur C4 diminue à environ 1 V, le transistor VT3 se ferme, éteignant ainsi le stabilisateur. Le délai d'arrêt du stabilisateur par le circuit R5C4 est introduit de manière à ce que le condensateur C3 ait le temps de se décharger presque complètement avant l'ouverture de l'interrupteur reed K1.1. Après ouverture de l'interrupteur Reed, la charge lente du condensateur C3 à travers la résistance R2 commence. Cela conduit à l'ouverture progressive du transistor VT3 et au lancement du stabilisateur. De même, le stabilisateur démarre à la mise sous tension. Si l'UMZCH est alimenté à partir de ce stabilisateur, lorsqu'il est allumé, il n'y aura pas de clic dans les systèmes acoustiques. Le stabilisateur décrit, comme tout appareil à rétroaction profonde, peut être sujet à la génération. Lors du prototypage du dispositif, on a observé une génération sous forme d'impulsions en sortie du stabilisateur avec une amplitude d'environ 5 mV et une fréquence d'environ 100 kHz. Il s'est avéré que la qualité du condensateur C5 affecte surtout la tendance du stabilisateur à générer. Pour comprendre pourquoi cela se produit, le raisonnement suivant aide. Disons que la tension à la sortie du stabilisateur a accidentellement changé de 1 mV. Le CI convertit cette tension en un changement de courant de sortie de 2 mA. Les transistors de régulation l'amplifieront d'environ 500 fois, ce qui entraînera un changement de courant à travers le stabilisateur et le condensateur C5 de 1 A. Ce changement de courant provoquera une chute de tension à travers la résistance série équivalente (ERS) du condensateur, qui passera par la boucle de rétroaction "dans le deuxième cercle". Si cette chute de tension dépasse 1 mV, une oscillation peut se produire. Évidemment, la stabilité du stabilisateur peut être assurée par le condensateur C5 avec une ESR inférieure à 0,001 Ohm. Pour faire un choix, des mesures de l'ESR de condensateurs de différentes séries ont été effectuées. Une tension unipolaire avec une fréquence de 100 kHz et une excursion de courant de 1 A a été appliquée au condensateur à travers une résistance. L'ESR a été calculée à partir de la tension aux bornes du condensateur mesurée par un oscilloscope. Il s'est avéré que pour les condensateurs d'une capacité supérieure à 500 μF, l'ESR à une fréquence de 100 kHz dépend principalement de la conception du condensateur et dépend faiblement de sa capacité et de sa tension nominale. Selon les résultats des mesures, le condensateur C5 est composé de dix condensateurs de la série K50-24 de 470 microfarads connectés en parallèle, ce qui permet de supprimer l'auto-excitation sans utiliser d'autres moyens. Pour utiliser pleinement la faible résistance de la batterie de condensateurs C5, il est nécessaire que la longueur des fils de connexion des bornes du condensateur C5 à la borne droite de la résistance R13 selon le circuit de sortie et au point de connexion des résistances R10 et R14 doivent être aussi courts que possible, comme indiqué sur le schéma. La tendance du stabilisateur à générer, comme il ressort de ce qui précède, augmente avec une augmentation de l'amplitude maximale possible de l'impulsion de courant que le stabilisateur peut fournir au condensateur C5. Cela peut être un problème majeur lorsque vous essayez d'augmenter le courant de sortie maximum. Vous pouvez améliorer la stabilité du stabilisateur en sélectionnant une résistance R10, qui crée une rétroaction négative locale dans le circuit cathodique du microcircuit. Lors de l'établissement d'un stabilisateur, cette résistance est fermée avec un cavalier, puis la génération est éliminée en augmentant le nombre de condensateurs dans la batterie C5, après quoi le cavalier est retiré. Le stabilisateur acquiert une marge de stabilité suffisante pour son fonctionnement normal même après une perte partielle de capacité de la batterie C5. Le condensateur C2 élimine l'influence de l'inductance de l'enroulement du relais reed sur la stabilité du stabilisateur. Un autre degré de protection peut être ajouté au stabilisateur - contre la surchauffe du transistor de régulation VT1. Pour ce faire, il suffit de presser un relais thermique avec une plaque bimétallique sur le corps de ce transistor, qui fonctionne à une température de 60 ... 70 ° C. Les contacts fermés du relais thermique sont inclus dans le circuit ouvert du drain du transistor VT3. La surchauffe du transistor VT1 entraînera l'ouverture des contacts du relais thermique, à la suite de quoi le transistor VT1 sera fermé jusqu'à ce qu'il refroidisse. Le transistor KP507A (VT3) sera remplacé par des paramètres proches KP508A. Il est permis de remplacer le microcircuit KR142EN19 (DA1) par KR142EN19A ou un analogue étranger TL431. Les condensateurs C3, C4, utilisés dans le nœud de protection comme temporisateur, doivent être à faible fuite, par exemple, de la série FT, K78, K71-4. La capacité du condensateur C3 détermine la période de fonctionnement de la protection contre les impulsions, ainsi que la durée du lancement du stabilisateur. Avec la valeur de la résistance R2 et la capacité du condensateur C3 indiquées sur le schéma, cette période est environ égale à 3 s. Il ne doit pas être réduit de manière significative en réduisant la capacité du condensateur C3, car si le démarrage est trop rapide, le courant de charge des condensateurs pouvant faire partie de la charge peut dépasser 2 A, ce qui entraînera le déclenchement de la protection. Relais Reed K1 - fait maison. Sur le commutateur à lames KEM1 (ou un autre similaire), 15 tours de fil de bobinage d'un diamètre de 0,4 à 0,7 mm sont enroulés. Ensuite, le nombre de tours est spécifié par le fonctionnement de l'interrupteur Reed à un courant de charge de 2 A. Le transistor VT1 doit être installé sur un dissipateur thermique avec une surface de refroidissement d'au moins 200 cm30. Lors du réglage, une tension est appliquée à l'entrée depuis la sortie de la source d'alimentation du laboratoire. Sa valeur maximale ne doit pas dépasser 1 V (la tension limite de l'anode-cathode du microcircuit DA14). En sélectionnant la résistance R0,5, la limite supérieure du réglage de la tension de sortie est fixée à 1 ... 8 V de moins que la tension d'entrée. La résistance R2 est sélectionnée de sorte que la chute de tension à ses bornes à un courant de charge d'environ XNUMX A soit égale à la moitié de la tension d'entrée. Le stabilisateur doit être utilisé avec prudence dans les sources bipolaires en raison de son démarrage lent. Étant donné que le commutateur à lames de la protection contre les impulsions peut se fermer en raison de fortes secousses, il n'est pas recommandé d'utiliser le stabilisateur proposé dans les systèmes embarqués. Auteur : S. Kanygin, Kharkov ; Publication : cxem.net
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