VIPER-100A et un chargeur de poche basé sur celui-ci

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La nouvelle gamme de puces présente tous les avantages de son prédécesseur - les contrôleurs PWM de la série UC384X - et, en plus, présente plusieurs avantages significatifs.

Tout d'abord, il s'agit du nombre environ divisé par deux d'éléments discrets du « cerclage » du microcircuit.

Une circonstance importante est la haute fiabilité de la protection thermique du SMPS à commutation VIPer. En cas de mauvais contact thermique entre le transistor de commutation et le dissipateur thermique, un contrôleur PWM situé séparément ne répondra qu'à la surchauffe du boîtier du microcircuit. Le fonctionnement intensif du transistor peut conduire à son claquage thermique, et pendant l'augmentation en avalanche du courant de drain, le transistor devient pratiquement incontrôlable. La tension secteur redressée via un transistor défectueux peut détruire le contrôleur PWM avant même que le fusible ne saute. Pour un SMPS à commutation VIPer, cette situation est exclue.

Et l'avantage le plus important est la possibilité de conception automatisée de SMPS.

Le microcircuit VIPer-110A est fabriqué dans un boîtier métal-plastique à cinq broches TO-220-5 avec un agencement de broches en zigzag. Considérez l'algorithme de fonctionnement et un schéma fonctionnel simplifié du produit illustré à la Fig. onze].

En comparant la Fig. 1 et le schéma fonctionnel du contrôleur PWM UC384X [2], il est facile de voir leur similitude. Le but de nombreux nœuds coïncide absolument ou diffère légèrement. En particulier, le comparateur de la tension d'alimentation d'entrée du microcircuit A1 fournit un niveau de seuil lorsque l'interrupteur VIPer passe à l'état "on" d'environ 11 V, "off" - 8 V. La protection thermique fonctionne de manière similaire. Lorsque la température du cristal monte à 140...170°C, le déclencheur de mode sans échec D1 bloque le fonctionnement de PWM D2 à l'entrée R1. Le fonctionnement reprendra automatiquement dès que la température de la puce chutera de 40°C par rapport au niveau de déclenchement de la protection thermique.

Le courant consommé par le microcircuit ne dépasse pas 1 mA à l'état "Off" et 15 mA - "On". L'une des caractéristiques du produit VIPer est que lors du démarrage, les broches 3 (DRAIN) et 2 (Vdd) à l'intérieur du microcircuit sont reliées par un circuit limiteur de courant. Le niveau limite est de 3 mA. Ce courant est partagé entre le comparateur de tension d'entrée A1 (1 mA) et le condensateur du filtre à oxyde connecté à la broche 2 (le courant de charge du condensateur est d'environ 2 mA). Après une augmentation relativement lente, la tension sur le condensateur à oxyde atteint le niveau seuil d'enclenchement du microcircuit (11 V), puis le condensateur se décharge avec un courant de fonctionnement du microcircuit de 15 mA. Si le microcircuit pour une raison quelconque (grande capacité du filtre déchargé avant d'allumer le condensateur ou court-circuit dans la charge) ne parvient pas à passer du mode de démarrage au mode de fonctionnement, la tension sur le condensateur diminue rapidement jusqu'au niveau de seuil d'arrêt, après quoi le processus est répété cycliquement.

En essayant de passer en mode de fonctionnement, le microcircuit génère des "paquets" d'impulsions de déclenchement. Le facteur de remplissage "packs" est déterminé par le rapport du courant de charge du condensateur au courant de décharge et n'est que de 2/15 "13%, ce qui évite d'endommager les redresseurs d'entrée et de sortie en mode démarrage ou lors de courts-circuits en la charge La formation de plusieurs "packs" en mode de démarrage contribue à une augmentation en douceur de la tension de sortie du SMPS et caractérise son inclusion "douce".

Le processus de régulation de la tension de sortie du SMPS est similaire à celui envisagé pour le prototype. Les circuits internes assurent la stabilisation de la tension d'alimentation du microcircuit au niveau de 13 V à l'aide de deux boucles de contrôle : interne et externe. Le circuit interne est un stabilisateur classique pour alimenter tous les composants du microcircuit. La boucle de commande externe est formée par l'enroulement auxiliaire du transformateur, connecté à la broche 2 via une résistance externe, et l'amplificateur de signal d'erreur A3 connecté à cette broche. La double stabilisation de la tension d'alimentation du microcircuit fournit une déviation minimale de la fréquence des impulsions de commutation. Dans [1], il est indiqué que lorsque la tension d'alimentation change dans la plage de 9 ... 15 V, ainsi que l'écart entre les valeurs ​​​​de la résistance et du condensateur de réglage de fréquence et les valeurs calculées ​Dans les limites de ± 1 % et ± 5 %, respectivement, l'écart du taux de répétition des impulsions ne dépassera pas ± 10 %. L'instabilité de température de la fréquence ne dépassera pas -4% si la température du cristal passe de 25 à 125°C.

Tout comme dans le contrôleur PWM UC384X, la sortie 5 (COMP) du même nom et fonctionnellement équivalente du microcircuit VIPer avec une tension en mode de fonctionnement d'environ 4,5 V peut être utilisée pour forcer le SMPS à s'éteindre.

A l'intérieur du microcircuit, cette broche peut être connectée à un fil commun par un transistor à effet de champ V2 sous l'influence d'un déclencheur de mode sans échec D1, qui réagit aux signaux de blocage de l'unité de protection thermique A2, et d'un comparateur de tension d'entrée A1. Si la connexion forcée de la sortie 5 au fil commun s'est produite pendant l'action de l'impulsion de commutation, l'impulsion suivante est possible au plus tôt dans 1,7 ... 5 μs, bien que le générateur continue de fonctionner tout ce temps. Le condensateur connecté à la broche 5 retardera la montée de la tension jusqu'au niveau de seuil de 0,5 V pendant un certain temps, et au moins une impulsion de commutation sera manquée. En modifiant le nombre d'impulsions transmises, il est également possible de réguler la tension de sortie du SMPS. La temporisation des impulsions de commutation est réalisée par l'élément A5 connecté à la sortie du comparateur de commande de courant A4.

La méthode de contrôle du courant utilisée, pour laquelle tous les éléments nécessaires sont formés sur le cristal, présente un intérêt particulier dans le produit VIReg. Un signal proportionnel au courant est fourni depuis la sortie supplémentaire du transistor de commutation V3 au convertisseur courant-tension U1, puis amplifié dans l'amplificateur de capteur de courant A9. Le niveau de tension à l'entrée R3 PWM D2 est proportionnel au courant de drain, et lorsque le niveau de seuil spécifié est atteint, la durée de l'impulsion de commutation sera limitée. Une unité d'extinction spéciale, dans les 0,25 µs après le début de l'impulsion de commutation, supprime les surtensions à l'avant dues au courant de rétablissement inverse de la diode de redressement dans l'enroulement secondaire et à la capacité distribuée de l'enroulement de stockage. Ces pointes peuvent provoquer un écrêtage prématuré de la largeur d'impulsion. Pendant le fonctionnement normal du SMPS, la durée des impulsions de commutation est limitée par l'entrée PWM R2.

En cas de court-circuit dans la charge après la mise sous tension du SMPS, le courant de sortie augmentera initialement lentement en fonction des caractéristiques dynamiques de la boucle de contrôle, et lorsque la valeur limite VIPer-100A de 3 A est atteinte, le courant sera limité à chaque impulsion de commutation. Il convient de prêter attention au fait que le courant limite 4 A indiqué dans les ouvrages de référence est le minimum de la plage possible pour des échantillons individuels. La valeur de courant typique pour la plupart est de 5,4 A, et les microcircuits individuels sont opérationnels même à un niveau limite de 5 A. Il est possible de limiter le courant à travers le transistor de commutation à un niveau inférieur si vous utilisez un convertisseur courant-tension externe, le dont la sortie est connectée à la broche XNUMX (COMP ). Tout cela garantit la prévention des dommages au SMPS dans des situations extrêmes.

L'apparition de la puce VIPer-100A permet une approche complètement nouvelle du problème de la création d'un chargeur simple et fiable (chargeur) pour batteries de voiture (AB).

La plupart des chargeurs chargent les batteries avec un courant stable. Cependant, dans tous les véhicules, y compris les voitures, la charge s'effectue à une tension constante. Dans le réseau de bord, les relais-régulateurs maintiennent la tension à un niveau de 14 ± 0,5 V. Par conséquent, la décharge de la batterie en mode de démarrage avec un courant de plusieurs dizaines d'ampères est suivie d'une courte période de moment où le courant de charge peut atteindre 30 ampères ou plus, puis il diminue rapidement en unités et fractions d'ampère.

Un mode de charge similaire peut être utilisé par les automobilistes pour résoudre un autre type de problème. Si vous devez partir de toute urgence et que la voiture n'a pas été utilisée depuis longtemps, alors, très probablement, en raison de l'autodécharge de la batterie, les tentatives de démarrage du moteur, surtout en hiver, seront infructueuses. Certains automobilistes utilisent alors une recharge longue durée (une demi-journée ou plus) de la batterie avec un faible courant, ce qui accélère la corrosion des grilles des électrodes positives [3] et entraîne la panne de la batterie. Il est plus rationnel dans ce cas d'utiliser un chargeur pendant 15 ... 30 minutes, en chargeant la batterie à tension constante. Une résistance avec une petite résistance (une fraction d'ohm) connectée en série avec la batterie limitera le courant de charge au moment initial, et à mesure que la batterie est chargée, la tension sur la batterie augmentera et le courant diminuera.

Grâce à ses petites dimensions et son poids, le chargeur commuté VIPer peut être transporté au garage sans tracas, même dans votre poche. D'autre part, il peut être utilisé non seulement comme chargeur à part entière, mais également comme source d'alimentation à d'autres fins.

Puisqu'un tel SMPS est protégé contre les courts-circuits, il peut être connecté à la fois à une batterie partiellement et complètement déchargée. En fonction du degré de décharge, le SMPS va "pomper" dans l'énergie AB, limitée par une puissance d'environ 100 W, c'est-à-dire que le courant de charge sera ajusté automatiquement, sans dépasser le mode de fonctionnement sécurisé SMPS.

Le chargeur permet de charger la batterie avec un courant d'au moins 6 A au début et de porter la tension sur celle-ci à 15 V en fin de charge. La fréquence de conversion de fonctionnement du SMPS utilisé est de 100 kHz. L'efficacité de l'appareil n'est pas inférieure à 87%. Dimensions du SMPS sans boîtier - 55x80x42,5 mm.

Les fonctions de service de la mémoire sont déterminées par les propriétés de la puce VIPer-100A utilisée. Ils ont déjà été évoqués : protection contre les courts-circuits et les coupures de charge, mise en place de modes de fonctionnement sûrs, protection thermique, régulation automatique du courant de charge en fonction du degré de décharge de la batterie.

Le seul inconvénient de la mémoire, qui doit être pris très au sérieux, est la vulnérabilité à l'inversion de polarité. Si la batterie est mal connectée, le transformateur et d'autres éléments du chargeur peuvent être endommagés, vous devez donc le connecter très soigneusement.

Le circuit mémoire, développé avec l'aide de DESIGNE SOFTWARE ("Evolution of flyback pulsed IP" in "Radio", 2002, No. 8), est représenté sur la fig. 2. La méthodologie de conception a été décrite en détail précédemment. Les paramètres de tension secteur n'ont pas changé, la fréquence de conversion a été choisie égale à 100 kHz, les paramètres de sortie correspondent à une tension de 15 V à un courant de 6 A. Le circuit magnétique du transformateur a été sélectionné RM10 (analogique domestique de KB 10) à partir de Matériel N67 (analogique - M2500NMS1).

Grâce à une analyse détaillée de l'algorithme de fonctionnement du produit VIPer-100A utilisé dans la mémoire, cela n'a aucun sens de redécrire le but des éléments individuels de l'appareil. Le dessin du circuit imprimé est illustré à la fig. 3.

Malgré le nombre minimum d'éléments utilisés, l'installation s'est avérée très dense, ce qui s'explique par la volonté de l'auteur d'utiliser un condensateur haute tension défectueux K41-1a d'une capacité de 0,1 μF pour une tension de 10 kV en tant que produit fini boîtier de l'appareil.

Puce VIPer-100Et il est installé sur un dissipateur thermique à broches d'une surface effective d'environ 60 cm2 à travers une plaque de mica à l'aide d'une pâte thermoconductrice, connectée à un fil commun.

Le pont de diodes est importé, conçu pour un courant direct de 1,5 A et une tension inverse de 1000 V. L'ensemble de diodes VD4-VD7 se compose de trois plaques de duralumin reliées par deux vis (l'épaisseur des extrêmes est de 1,5 mm, celle du milieu l'une mesure 2 mm) de dimensions 30x40 mm, entre lesquelles, par paires, de chaque côté de la plaque centrale, quatre diodes KD213B sont serrées avec la cathode au centre sans isolant à l'aide d'une pâte thermoconductrice. Lors de l'installation, une attention particulière doit être portée à l'isolation de toutes les bornes d'anode.

La résistance de limitation de courant R6 - C5-16MV d'une puissance de 5 W est installée perpendiculairement à la carte. Microampèremètre PA1 - M4283 ou tout autre utilisé dans les magnétophones portables pour indiquer le niveau d'enregistrement. Lors de son établissement, il est connecté à une source de tension stabilisée de 0,6 V et, en sélectionnant la résistance R5, placez la flèche sur le bord du secteur vert.

Les condensateurs à oxyde sont importés, car les condensateurs nationaux ne "s'adapteront" pas aux dimensions indiquées du SMPS. Le condensateur C7 est soudé en parallèle à la résistance R3, puis cette dernière est soudée avec une sortie perpendiculaire à la carte, et la seconde est connectée de manière articulée avec une sortie libre d'une diode VD2 installée de manière similaire.

Une attention particulière doit être portée à la fabrication et à l'installation d'un transformateur d'impulsions. Son circuit magnétique doit être avec un entrefer non magnétique de 0,7 mm.

Les enroulements du transformateur sont enroulés sur un châssis fait maison. Une petite plaque de fibre de verre est stratifiée avec un scalpel ou un couteau tranchant et une couche de 0,1 ... 0,15 mm d'épaisseur en est séparée. Après avoir coupé une bande aux dimensions requises, en utilisant de la nitro-colle sans déformations, elle est enroulée en 2-3 couches sur une tige d'un diamètre approprié, et après séchage de la colle, elle est retirée.

Sur le cadre ainsi obtenu, la première couche est enroulée - 11 tours de fil PEV-2 0,41 dans deux conducteurs, puis isolation intercouche de film lavsan ou de tissu verni et la deuxième couche - 9 tours. Ensuite, l'isolation entre les enroulements est enroulée.

L'enroulement III, composé de 7 tours de fil PEV-2 1,5, est enroulé sur une tige de diamètre légèrement plus grand afin qu'il s'adapte à l'enroulement I. Des fils de 8 ... 10 mm de long sont laissés de chaque côté de la bobine. L'enroulement III résultant est soigneusement placé sur la première section de l'enroulement I afin que leurs conclusions soient diamétralement opposées, centrées et qu'une couche d'isolation entre les enroulements soit fixée avec de la colle. Après cela, il est utile de vérifier le placement de la bobine dans le circuit magnétique, et si les deux plaques sont librement connectées, la bobine est retirée et ses extrémités sont remplies de colle pour fixer et sceller les enroulements.

Une fois que la colle a séché sur la bobine, elle est enroulée en deux couches de 8 et 7 tours chaque deuxième section de l'enroulement I. L'enroulement est complété par l'enroulement II de 6 tours de fil PEV-2 0,15 "déchargé" et après un essai placement de la bobine dans le circuit magnétique, les extrémités de la bobine sont à nouveau scellées avec de la colle.

L'inductance mesurée de l'enroulement I du transformateur coïncidait avec celle calculée dans DESIGNE SOFTWARE et s'élevait à 225 μH. Le transformateur fini est fermé le long de la surface latérale avec un écran électrostatique - une couche de feuille de cuivre et fixé sur la carte avec un support. Une bande de caoutchouc de 1 mm d'épaisseur est posée entre le transformateur et le support. Il n'est pas nécessaire de coller les plaques du circuit magnétique lors du montage. Tous les fils du transformateur, à l'exception de 7, 2 et 3, sont soudés dans les trous correspondants sur la carte. Les conclusions 2 et 3 sont reliées de manière articulée, isolées, puis "cachées" sous un écran électrostatique. La broche 7 est connectée à la carte avec un court morceau de câble coaxial avec un conducteur central toronné.

Un interrupteur d'alimentation, un porte-fusible 2 A, un microampèremètre et deux bornes de connexion de la batterie sont placés sur le couvercle de l'appareil. De plus, pour faciliter le régime thermique du SMPS, un ventilateur de petite taille est fixé sur le couvercle du boîtier, utilisé pour souffler les microprocesseurs, de préférence avec les performances les plus élevées possibles, et des trous d'admission d'air sont prévus à cet effet. Les bornes du ventilateur, conçues pour une tension de 12 V, sont connectées au condensateur C9 via une résistance de limitation de courant MLT-0,125 avec une résistance de 8,2 ohms. Selon le modèle et les performances, le courant consommé par le ventilateur sera de 40...50 mA à 12 V à 55...65 mA à 15 V.

Si la mémoire est assemblée à partir de pièces réparables sans erreur et que l'écart de la fréquence de fonctionnement par rapport à la valeur calculée ne dépasse pas 10%, le réglage de l'appareil n'est pas nécessaire.

Sur la fig. 4 montre la dépendance de la tension de sortie (ligne continue) et de la puissance de sortie (ligne pointillée) sur le courant de charge. Les mesures ont été effectuées avec une résistance fermée R6.

Pour réduire l'ondulation à la sortie, un condensateur à oxyde d'une capacité de 22000 XNUMX uF a été connecté.

littérature

1. Alimentation flyback à découpage VIPer DESIGNE SOFTWARE/Documentation/Data-sheet/Viper100 - Viper100A : p. 1-20, février 2001.
2. Microcircuits pour alimentations à découpage et leur application. Annuaire. - M. : DODEKA, 1997.
3. Dasoyan M. A., Kurzukov N. I., Tyutryumov O. S., Yagnyatinsky V. M. Batteries de démarrage. Appareil, opération, réparation. - M. : Transports, 1994.

Auteur : S. Kosenko, Voronej

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