Penstabil tegangan pada pengontrol PWM. Mengganti pengatur tegangan dengan PWM. Switching regulator tegangan berdasarkan IC TL494

Pada artikel ini Anda akan belajar tentang:

Masing-masing dari kita menggunakan sejumlah besar peralatan listrik yang berbeda dalam hidup kita. Sejumlah besar diantaranya memerlukan daya bertegangan rendah. Dengan kata lain, mereka mengkonsumsi listrik, yang tidak bercirikan tegangan 220 volt, tetapi harus berkisar antara satu hingga 25 volt.

Tentu saja, perangkat khusus digunakan untuk menyuplai listrik dengan jumlah volt tersebut. Namun, masalahnya bukan pada penurunan tegangan, tetapi pada pemeliharaan level tegangan yang stabil.

Untuk melakukan ini, Anda dapat menggunakan perangkat stabilisasi linier. Namun, solusi seperti itu akan menjadi kesenangan yang sangat rumit. Tugas ini idealnya dilakukan oleh penstabil tegangan switching apa pun.

Penstabil pulsa dibongkar

Jika kita membandingkan perangkat stabilisasi pulsa dan linier, perbedaan utamanya terletak pada pengoperasian elemen kontrol. Pada perangkat jenis pertama, elemen ini berfungsi seperti kunci. Dengan kata lain, keadaannya tertutup atau terbuka.

Elemen utama perangkat stabilisasi pulsa adalah elemen pengatur dan pengintegrasi. Yang pertama memastikan pasokan dan gangguan arus listrik. Tugas kedua adalah mengumpulkan listrik dan secara bertahap melepaskannya ke beban.

Prinsip pengoperasian konverter pulsa

Prinsip pengoperasian penstabil pulsa

Prinsip utama pengoperasiannya adalah ketika elemen pengatur ditutup, energi listrik diakumulasikan dalam elemen pengintegrasi. Akumulasi ini diamati dengan meningkatnya tegangan. Setelah elemen kontrol dimatikan, mis. membuka jalur pasokan listrik, komponen pengintegrasi melepaskan listrik, secara bertahap mengurangi tegangan. Berkat metode pengoperasian ini, perangkat stabilisasi pulsa tidak mengonsumsi banyak energi dan dapat berukuran kecil.

Elemen pengaturnya dapat berupa thyristor, transien bipolar, atau transistor efek medan. Tersedak, baterai atau kapasitor dapat digunakan sebagai elemen pengintegrasi.

Perhatikan bahwa perangkat stabilisasi pulsa dapat beroperasi dengan dua cara berbeda. Yang pertama melibatkan penggunaan modulasi lebar pulsa (PWM). Yang kedua adalah pemicu Schmitt. Pemicu PWM dan Schmitt digunakan untuk mengontrol sakelar perangkat stabilisasi.

Penstabil menggunakan PWM

Penstabil tegangan DC switching, yang beroperasi berdasarkan PWM, selain sakelar dan integrator, berisi:

1. generator;
2. penguat operasional;
3. alat modulasi

Pengoperasian sakelar secara langsung bergantung pada level tegangan input dan siklus kerja pulsa. Karakteristik terakhir dipengaruhi oleh frekuensi generator dan kapasitansi integrator. Ketika saklar terbuka maka proses perpindahan listrik dari integrator ke beban dimulai.

Diagram skema penstabil PWM

Dalam hal ini, penguat operasional membandingkan tingkat tegangan keluaran dan tegangan referensi, menentukan perbedaannya dan meneruskan penguatan yang diperlukan ke modulator. Modulator ini mengubah pulsa yang dihasilkan oleh generator menjadi pulsa persegi panjang.

Pulsa akhir dicirikan oleh deviasi siklus kerja yang sama, yang sebanding dengan perbedaan antara tegangan keluaran dan tegangan referensi. Impuls inilah yang menentukan perilaku kuncinya.

Artinya, pada siklus kerja tertentu, saklar dapat menutup atau membuka. Ternyata impuls memainkan peran utama dalam stabilisator tersebut. Dari sinilah sebenarnya nama perangkat ini berasal.

Konverter pemicu Schmitt

Perangkat stabilisasi pulsa yang menggunakan pemicu Schmitt tidak lagi memiliki komponen sebanyak pada perangkat jenis sebelumnya. Di sini elemen utamanya adalah pemicu Schmitt, yang mencakup pembanding. Tugas komparator adalah membandingkan level tegangan pada output dan level maksimum yang diijinkan.

Stabilizer dengan pemicu Schmitt

Ketika tegangan keluaran telah melampaui level maksimumnya, pemicu beralih ke posisi nol dan membuka sakelar. Pada saat ini, induktor atau kapasitor habis. Tentu saja karakteristik arus listrik selalu dipantau oleh pembanding tersebut di atas.

Dan kemudian, ketika tegangan turun di bawah level yang diperlukan, fase “0” berubah menjadi fase “1”. Selanjutnya kunci ditutup dan arus listrik mengalir ke integrator.

Keuntungan dari penstabil tegangan pulsa adalah rangkaian dan desainnya cukup sederhana. Namun, hal ini tidak dapat diterapkan di semua kasus.

Perlu dicatat bahwa perangkat stabilisasi pulsa hanya dapat bekerja pada arah tertentu. Yang kami maksud di sini adalah bahwa mereka bisa murni ke bawah atau murni ke atas. Ada juga dua jenis alat tersebut, yaitu alat pembalik dan alat yang dapat mengubah tegangan secara sewenang-wenang.

Skema perangkat stabilisasi pulsa pereduksi

Di masa depan, kami akan mempertimbangkan rangkaian perangkat stabilisasi pulsa pereduksi. Terdiri dari:

1. Mengatur transistor atau jenis saklar lainnya.
2. Induktor.
3. Kapasitor.
4. Dioda.
5. Banyak.
6. Perangkat kontrol.

Unit tempat akumulasi pasokan listrik terdiri dari kumparan itu sendiri (induktor) dan kapasitor.

Saat saklar (dalam kasus kita, transistor) terhubung, arus mengalir ke kumparan dan kapasitor. Dioda dalam keadaan tertutup. Artinya, tidak bisa melewatkan arus.

Energi awal dipantau oleh perangkat kontrol, yang pada saat yang tepat mematikan kunci, yaitu menempatkannya dalam keadaan terputus. Ketika saklar dalam keadaan ini, terjadi penurunan arus yang melewati induktor.

Penstabil pulsa buck

Dalam hal ini, arah tegangan pada induktor berubah dan, sebagai akibatnya, arus menerima tegangan, yang nilainya merupakan perbedaan antara gaya gerak listrik induksi sendiri kumparan dan jumlah volt pada masukan. Pada saat ini, dioda terbuka dan induktor menyuplai arus ke beban melaluinya.

Ketika suplai listrik habis, kunci disambungkan, dioda ditutup dan induktor diisi. Artinya, semuanya terulang kembali.
Penstabil tegangan switching step-up bekerja dengan cara yang sama seperti regulator tegangan step-down. Perangkat stabilisasi pembalik dicirikan oleh algoritma operasi yang serupa. Tentu saja karyanya memiliki perbedaan.

Perbedaan utama antara perangkat penambah pulsa adalah tegangan input dan tegangan koilnya memiliki arah yang sama. Hasilnya, mereka dijumlahkan. Dalam penstabil pulsa, pertama-tama ditempatkan choke, kemudian transistor dan dioda.

Pada alat stabilisasi pembalik, arah EMF induksi sendiri kumparan sama dengan pada alat penurun. Saat sakelar terhubung dan dioda menutup, kapasitor menyediakan daya. Semua perangkat ini dapat dirakit dengan tangan Anda sendiri.

Saran yang berguna: selain dioda, Anda juga dapat menggunakan sakelar (thyristor atau transistor). Namun, mereka harus melakukan operasi yang merupakan kebalikan dari kunci utama. Dengan kata lain, ketika kunci utama ditutup, kuncinya harus terbuka, bukan dioda. Dan sebaliknya.

Berdasarkan struktur stabilisator tegangan dengan pengaturan pulsa yang dijelaskan di atas, dimungkinkan untuk menentukan fitur-fitur yang dianggap kelebihan dan kekurangan.

Keuntungan

Keunggulan perangkat ini adalah:

1. Sangat mudah untuk mencapai stabilisasi seperti itu, yang ditandai dengan koefisien yang sangat tinggi.
2. Efisiensi tingkat tinggi. Karena fakta bahwa transistor beroperasi dalam algoritma saklar, terjadi disipasi daya yang rendah. Disipasi ini jauh lebih kecil dibandingkan perangkat stabilisasi linier.
3. Kemampuan untuk menyamakan tegangan, yang pada input dapat berfluktuasi dalam rentang yang sangat luas. Jika arusnya konstan, maka kisaran ini bisa dari satu hingga 75 volt. Jika arusnya bolak-balik, maka kisaran ini bisa berfluktuasi antara 90-260 volt.
4. Kurangnya sensitivitas terhadap frekuensi tegangan input dan kualitas catu daya.
5. Parameter keluaran akhir cukup stabil meskipun terjadi perubahan arus yang sangat besar.
6. Riak tegangan yang keluar dari suatu perangkat pulsa selalu berada dalam kisaran milivolt dan tidak bergantung pada daya peralatan listrik yang terhubung atau elemennya.
7. Stabilizer selalu menyala dengan lembut. Artinya arus keluaran tidak ditandai dengan lonjakan. Meski perlu diperhatikan saat pertama kali dinyalakan, lonjakan arusnya tinggi. Namun, untuk meratakan fenomena ini, digunakan termistor yang memiliki TCR negatif.
8. Nilai massa dan ukuran kecil.

Kekurangan

1. Jika kita berbicara tentang kelemahan perangkat stabilisasi ini, maka kelemahannya terletak pada kompleksitas perangkat tersebut. Karena banyaknya komponen berbeda yang dapat rusak dengan cepat, dan metode pengoperasian yang spesifik, perangkat ini tidak dapat membanggakan tingkat keandalan yang tinggi.
2. Dia terus-menerus menghadapi tegangan tinggi. Selama operasi, peralihan sering terjadi dan kondisi suhu yang sulit untuk kristal dioda diamati. Hal ini jelas mempengaruhi kesesuaian untuk perbaikan saat ini.
3. Peralihan sakelar yang sering menimbulkan interferensi frekuensi. Jumlah mereka sangat besar dan ini merupakan faktor negatif.

Saran yang berguna: untuk menghilangkan kekurangan ini, Anda perlu menggunakan filter khusus.

1. Dipasang baik di pintu masuk maupun di pintu keluar, jika perlu dilakukan perbaikan juga disertai kesulitan. Perlu dicatat di sini bahwa orang yang bukan spesialis tidak akan dapat memperbaiki kerusakan tersebut.
2. Pekerjaan perbaikan dapat dilakukan oleh seseorang yang berpengalaman dalam konverter arus tersebut dan memiliki sejumlah keterampilan yang diperlukan. Dengan kata lain, jika perangkat tersebut terbakar dan penggunanya tidak memiliki pengetahuan tentang fitur perangkat tersebut, maka lebih baik membawanya ke perusahaan khusus untuk diperbaiki.
3. Juga sulit bagi non-spesialis untuk mengkonfigurasi penstabil tegangan switching, yang mungkin mencakup 12 volt atau jumlah volt lainnya.
4. Jika thyristor atau saklar lainnya gagal, konsekuensi yang sangat kompleks mungkin timbul pada keluarannya.
5. Kerugiannya termasuk kebutuhan untuk menggunakan perangkat yang mengimbangi faktor daya. Selain itu, beberapa ahli mencatat bahwa perangkat stabilisasi semacam itu mahal dan tidak dapat membanggakan model dalam jumlah besar.

Area aplikasi

Namun meskipun demikian, stabilisator semacam itu dapat digunakan di banyak bidang. Namun, mereka paling banyak digunakan dalam peralatan navigasi radio dan elektronik.

Selain itu sering digunakan untuk televisi LCD dan monitor LCD, catu daya untuk sistem digital, serta untuk peralatan industri yang membutuhkan arus tegangan rendah.

Saran yang berguna: perangkat stabilisasi pulsa sering digunakan di jaringan AC. Perangkat itu sendiri mengubah arus tersebut menjadi arus searah, dan jika Anda perlu menghubungkan pengguna yang membutuhkan arus bolak-balik, maka Anda perlu menghubungkan filter penghalusan dan penyearah pada input.

Perlu dicatat bahwa perangkat bertegangan rendah memerlukan penggunaan stabilisator tersebut. Mereka juga dapat digunakan untuk mengisi langsung berbagai baterai dan menyalakan LED berdaya tinggi.

Penampilan

Seperti disebutkan di atas, konverter arus tipe pulsa berukuran kecil. Tergantung pada kisaran volt input yang dirancang untuknya, ukuran dan tampilannya bergantung.

Jika dirancang untuk beroperasi dengan tegangan masukan yang sangat rendah, maka dapat berupa kotak plastik kecil yang di dalamnya terdapat sejumlah kabel.

Stabilisator, yang dirancang untuk sejumlah besar volt masukan, adalah sirkuit mikro tempat semua kabel berada dan semua komponen dihubungkan. Anda telah mempelajarinya.

Tampilan perangkat stabilisasi ini juga bergantung pada tujuan fungsionalnya. Jika mereka memberikan keluaran tegangan yang diatur (bolak-balik), maka pembagi resistor ditempatkan di luar rangkaian terpadu. Jika sejumlah volt keluar dari perangkat, maka pembagi ini sudah terletak di sirkuit mikro itu sendiri.

Fitur Penting

Saat memilih penstabil tegangan switching yang dapat menghasilkan tegangan konstan 5V atau jumlah volt lainnya, perhatikan sejumlah karakteristik.

Karakteristik pertama dan terpenting adalah nilai tegangan minimum dan maksimum yang akan dimasukkan dalam stabilizer itu sendiri. Batas atas dan bawah dari karakteristik ini telah dicatat.

Parameter penting kedua adalah tingkat arus keluaran tertinggi.

Karakteristik penting ketiga adalah level tegangan keluaran nominal. Dengan kata lain, spektrum besaran di mana ia dapat ditemukan. Perlu dicatat bahwa banyak ahli menyatakan bahwa tegangan input dan output maksimum adalah sama.

Namun kenyataannya tidak demikian. Alasannya adalah voltase input berkurang pada transistor saklar. Hasilnya adalah jumlah volt pada output sedikit lebih kecil. Kesetaraan hanya dapat terjadi bila arus beban sangat kecil. Hal yang sama berlaku untuk nilai minimum.

Karakteristik penting dari setiap konverter pulsa adalah keakuratan tegangan keluaran.

Saran yang berguna: Anda harus memperhatikan indikator ini ketika perangkat stabilisasi memberikan keluaran sejumlah volt yang tetap.

Alasannya adalah karena resistor terletak di tengah konverter dan pengoperasian pastinya ditentukan dalam produksi. Ketika jumlah volt keluaran disesuaikan oleh pengguna, keakuratannya juga disesuaikan.

Saat ini, sirkuit mikro (domestik dan impor) banyak terwakili di pasar, yang mengimplementasikan serangkaian fungsi kontrol PWM yang berbeda untuk mengalihkan catu daya. Di antara sirkuit mikro jenis ini, KR1114EU4 (produsen: Kremniy-Marketing JSC, Rusia) cukup populer. Analog yang diimpornya adalah TL494CN (Texas Instrument). Selain itu, diproduksi oleh sejumlah perusahaan dengan nama berbeda. Misalnya, (Jepang) memproduksi sirkuit mikro IR3M02, (Korea) - KA7500, f. Fujitsu (Jepang) МВ3759.

Chip KR1114EU4 (TL494) adalah pengontrol PWM untuk catu daya switching yang beroperasi pada frekuensi tetap. Struktur sirkuit mikro ditunjukkan pada Gambar 1.

Berdasarkan sirkuit mikro ini, dimungkinkan untuk mengembangkan sirkuit kontrol untuk catu daya switching push-pull dan siklus tunggal. Sirkuit mikro mengimplementasikan serangkaian fungsi kontrol PWM yang lengkap: pembangkitan tegangan referensi, penguatan sinyal kesalahan, pembangkitan tegangan gigi gergaji, modulasi PWM, pembangkitan keluaran 2 siklus, perlindungan terhadap arus tembus, dll. dalam paket 16-pin, pinout ditunjukkan pada Gambar 2.

Generator tegangan ramp internal hanya memerlukan dua komponen eksternal untuk mengatur frekuensi - Rt dan Ct. Frekuensi generator ditentukan oleh rumus:

Untuk mematikan generator dari jarak jauh, Anda dapat menggunakan kunci eksternal untuk melakukan hubungan pendek input RT (pin 6) ke output ION (pin 14) atau hubungan pendek input ST (pin 5) ke kabel biasa.

Chip ini memiliki sumber tegangan referensi bawaan (Uref = 5,0 V), yang mampu memberikan aliran arus hingga 10 mA untuk membiaskan komponen eksternal rangkaian. Tegangan referensi memiliki kesalahan 5% pada kisaran suhu pengoperasian dari 0 hingga +70°C.

Diagram blok penstabil step-down berdenyut ditunjukkan pada Gambar 3.

Elemen pengatur RE mengubah masukan tegangan DC UBX menjadi rangkaian pulsa dengan durasi dan frekuensi tertentu, dan filter penghalusan (choke L1 dan kapasitor C1 mengubahnya lagi menjadi tegangan konstan keluaran. Dioda VD1 menutup rangkaian arus melalui induktor ketika RE dimatikan Dengan menggunakan umpan balik, rangkaian kendali sistem kendali mengontrol elemen pengatur sedemikian rupa sehingga diperoleh kestabilan tegangan keluaran Un.

Stabilisator, tergantung pada metode stabilisasinya, dapat berupa relai, termodulasi frekuensi pulsa (PFM) dan termodulasi lebar pulsa (PWM). Pada stabilisator dengan PWM, frekuensi pulsa (periode) bernilai konstan, dan durasinya berbanding terbalik dengan nilai tegangan keluaran. Gambar 4 menunjukkan pulsa dengan siklus kerja Ks yang berbeda.

Stabilisator PWM memiliki keunggulan sebagai berikut dibandingkan dengan stabilisator jenis lainnya:

• frekuensi konversi optimal (dari sudut pandang efisiensi), ditentukan oleh osilator internal dari rangkaian kontrol dan tidak bergantung pada faktor lain;
• frekuensi denyut pada beban adalah nilai konstan, yang sesuai untuk membuat filter penekan;
• Dimungkinkan untuk menyinkronkan frekuensi konversi dari jumlah stabilisator yang tidak terbatas, yang menghilangkan terjadinya ketukan ketika beberapa stabilisator diberi daya dari sumber DC primer yang sama.

Satu-satunya perbedaan adalah rangkaian PWM memiliki rangkaian kontrol yang relatif kompleks. Namun pengembangan sirkuit terpadu tipe KR1114EU4, yang berisi sebagian besar unit kontrol dengan PWM, memungkinkan penyederhanaan stabilisator pulsa secara signifikan.

Rangkaian penstabil step-down berdenyut berdasarkan KR1114EU4 ditunjukkan pada Gambar 5.

Tegangan input maksimum stabilizer adalah 30 V, dibatasi oleh tegangan sumber saluran maksimum yang diizinkan dari transistor efek medan saluran-p VT1 (RFP60P03). Resistor R3 dan kapasitor C5 mengatur frekuensi generator tegangan gigi gergaji, yang ditentukan oleh rumus (1). Dari sumber tegangan referensi (pin 14) D1, melalui pembagi resistif R6-R7, sebagian tegangan referensi disuplai ke input pembalik penguat kesalahan pertama (pin 2). Sinyal umpan balik melalui pembagi R8-R9 diumpankan ke input non-pembalik dari penguat kesalahan pertama (pin 1) dari rangkaian mikro. Tegangan keluaran diatur oleh resistor R7. Resistor R5 dan kapasitor C6 melakukan koreksi frekuensi penguat pertama.

Perlu dicatat bahwa driver keluaran independen dari sirkuit mikro memastikan pengoperasian tahap keluaran dalam mode dorong-tarik dan siklus tunggal. Di stabilizer, driver keluaran sirkuit mikro diaktifkan dalam mode siklus tunggal. Untuk melakukan ini, pin 13 dihubungkan ke kabel biasa. Dua transistor keluaran (kolektornya adalah pin 8, 11, emitornya adalah pin 9, 10) dihubungkan sesuai dengan rangkaian emitor bersama dan beroperasi secara paralel. Dalam hal ini, frekuensi keluaran sama dengan frekuensi generator. Tahap keluaran sirkuit mikro melalui pembagi resistif

R1-R2 mengontrol elemen pengatur regulator - transistor efek medan VT1. Untuk pengoperasian stabilizer yang lebih stabil pada catu daya sirkuit mikro (pin 12), filter LC L1-C2-C3 disertakan. Seperti dapat dilihat dari diagram, penggunaan KR1114EU4 memerlukan elemen eksternal dalam jumlah yang relatif sedikit. Kerugian peralihan dan peningkatan efisiensi stabilizer dapat dikurangi berkat penggunaan dioda Schottky (VD2) KD2998B (Unp=0,54 V, Uarb=30 V, lpr=30 A, fmax=200 kHz).

Untuk melindungi stabilizer dari arus berlebih, digunakan sekering pemulihan otomatis FU1 MF-R400. Prinsip pengoperasian sekering tersebut didasarkan pada sifat meningkatkan resistansinya secara tajam di bawah pengaruh nilai arus tertentu atau suhu lingkungan dan secara otomatis memulihkan sifat-sifatnya ketika penyebab ini dihilangkan.

Stabilizer memiliki efisiensi maksimum (sekitar 90%) pada frekuensi 12 kHz, dan efisiensi pada daya keluaran hingga 10 W (Uout = 10 V) mencapai 93%.

Detail dan desain. Resistor tetap bertipe S2-ZZN, resistor variabel SP5-3 atau SP5-2VA. Kapasitor C1 C3, C5-K50-35; C4, C6, C7 -K10-17. Dioda VD2 dapat diganti dengan dioda Schottky lainnya dengan parameter yang tidak lebih buruk dari di atas, misalnya 20TQ045. Chip KR1114EU4 digantikan oleh TL494LN atau TL494CN. Tersedak L1 - DM-0,1-80 (0,1 A, 80 µH). Induktor L2 dengan induktansi sekitar 220 μH dibuat pada dua inti magnet berbentuk cincin yang dilipat menjadi satu. MP-140 K24x13x6.5 dan berisi 45 lilitan kawat PETV-2 01,1 mm, diletakkan secara merata dalam dua lapisan di sekeliling seluruh cincin. Di antara lapisan-lapisan itu ada dua lapisan kain yang dipernis. LShMS-105-0,06 Gost 2214-78. Sekring yang dapat disetel ulang sendiri tipe MF-RXXX dapat dipilih untuk setiap kasus tertentu.

Stabilizer dibuat pada papan tempat memotong roti berukuran 55x55 mm. Transistor dipasang pada radiator dengan luas minimal 110 cm2. Selama pemasangan, disarankan untuk memisahkan kabel umum bagian daya dan kabel umum sirkuit mikro, serta meminimalkan panjang konduktor (terutama bagian daya). Stabilizer tidak memerlukan penyesuaian jika dipasang dengan benar.

Total biaya pembelian elemen radio stabilizer adalah sekitar $10, dan biaya transistor VT1 adalah $3...4. Untuk mengurangi biaya, alih-alih transistor RFP60P03, Anda dapat menggunakan RFP10P03 yang lebih murah, tetapi, tentu saja, ini akan memperburuk karakteristik teknis stabilizer.

Diagram blok penstabil paralel pulsa tipe boost ditunjukkan pada Gambar 6.

Pada stabilizer ini, elemen pengatur RE, yang beroperasi dalam mode pulsa, dihubungkan secara paralel dengan beban Rh. Ketika RE terbuka, arus dari sumber input (Ubx) mengalir melalui induktor L1, menyimpan energi di dalamnya. Pada saat yang sama, dioda VD1 memutus beban dan tidak memungkinkan kapasitor C1 dilepaskan melalui RE terbuka. Arus ke beban selama periode waktu ini hanya datang dari kapasitor C1. Pada saat berikutnya, ketika RE ditutup, ggl induksi diri induktor L1 dijumlahkan dengan tegangan masukan, dan energi induktor ditransfer. ke beban. Dalam hal ini tegangan keluaran akan lebih besar dari tegangan masukan. Berbeda dengan penstabil step-down (Gbr. 1), di sini induktor bukan merupakan elemen filter, dan tegangan keluaran menjadi lebih besar dari tegangan masukan dengan jumlah yang ditentukan oleh induktansi induktor L1 dan siklus kerja induktor. elemen kontrol RE.

Diagram skema penstabil penambah pulsa ditunjukkan pada Gambar 7.

Ia pada dasarnya menggunakan komponen elektronik yang sama seperti pada rangkaian penstabil step-down (Gbr. 5).

Riak dapat dikurangi dengan meningkatkan kapasitansi filter keluaran. Untuk permulaan yang “lebih lembut”, kapasitor C9 dihubungkan antara kabel biasa dan input non-pembalik dari penguat kesalahan pertama (pin 1).

Resistor tetap - S2-ZZN, resistor variabel - SP5-3 atau SP5-2VA.

Kapasitor C1 C3, C5, C6, C9 - K50-35; C4, C7, C8 - K10-17. Transistor VT1 - IRF540 (transistor efek medan saluran-n dengan Uсi=100 V, lc=28 A, Rсi=0,077 Ohm) - dipasang pada radiator dengan luas permukaan efektif minimal 100 cm2. Throttle L2 sama seperti pada rangkaian sebelumnya.

Lebih baik menyalakan stabilizer untuk pertama kali dengan beban kecil (0,1...0,2 A) dan tegangan keluaran minimum. Kemudian secara perlahan naikkan tegangan keluaran dan arus beban ke nilai maksimum.

Jika stabilisator step-up dan step-down beroperasi dari tegangan input Uin yang sama, maka frekuensi konversinya dapat disinkronkan. Untuk melakukan ini (jika buck stabilizer adalah master dan step-up stabilizer adalah slave) di step-up stabilizer Anda perlu melepas resistor R3 dan kapasitor C7, tutup pin 6 dan 14 dari chip D1, dan sambungkan pin 5 dari D1 ke pin 5 dari chip D1 dari penstabil step-down.

Pada stabilizer tipe boost, induktor L2 tidak ikut menghaluskan riak tegangan DC keluaran, oleh karena itu, untuk penyaringan tegangan keluaran berkualitas tinggi, perlu menggunakan filter dengan nilai L yang cukup besar dan C. Oleh karena itu, hal ini menyebabkan peningkatan berat dan dimensi filter dan perangkat secara keseluruhan. Oleh karena itu, kepadatan daya penstabil step-down lebih besar dibandingkan dengan penstabil step-up.

Stabilisator linier memiliki kelemahan yang sama - efisiensi rendah dan pembangkitan panas yang tinggi. Perangkat kuat yang menghasilkan arus beban dalam rentang luas memiliki dimensi dan berat yang signifikan. Untuk mengimbangi kekurangan ini, penstabil pulsa telah dikembangkan dan digunakan.

Perangkat yang mempertahankan tegangan konstan pada konsumen saat ini dengan mengatur elemen elektronik yang beroperasi dalam mode kunci. Penstabil tegangan switching, seperti halnya penstabil linier, ada dalam tipe seri dan paralel. Peran kunci dalam model tersebut dimainkan oleh transistor.

Karena titik efektif alat penstabil hampir selalu terletak di daerah cutoff atau saturasi, melewati daerah aktif, sedikit panas dihasilkan di transistor, oleh karena itu penstabil pulsa memiliki efisiensi yang tinggi.

Stabilisasi dilakukan dengan mengubah durasi pulsa, serta mengontrol frekuensinya. Akibatnya, perbedaan dibuat antara frekuensi pulsa dan, dengan kata lain, pengaturan lebar-lebar. Stabilisator pulsa beroperasi dalam mode pulsa gabungan.

Dalam perangkat stabilisasi dengan kontrol lebar pulsa, frekuensi pulsa memiliki nilai konstan, dan durasi pulsa adalah nilai variabel. Pada perangkat dengan kontrol frekuensi pulsa, durasi pulsa tidak berubah, hanya frekuensinya yang berubah.

Pada keluaran perangkat, tegangan disajikan dalam bentuk riak, sehingga tidak cocok untuk memberi daya pada konsumen. Sebelum menyalurkan daya ke beban konsumen, harus dilakukan pemerataan. Untuk melakukan ini, filter kapasitif perata dipasang pada keluaran penstabil pulsa. Mereka datang dalam multi-link, berbentuk L dan lain-lain.

Tegangan rata-rata yang diterapkan pada beban dihitung dengan rumus:

• Ti adalah durasi periode.
• ti – durasi pulsa.
• Rн – nilai hambatan konsumen, Ohm.
• I(t) – nilai arus yang melewati beban, ampere.

Arus mungkin berhenti mengalir melalui filter pada awal pulsa berikutnya, tergantung pada induktansinya. Dalam hal ini kita berbicara tentang mode operasi dengan arus bolak-balik. Arusnya juga bisa terus mengalir, artinya pengoperasiannya dengan arus searah.

Dengan meningkatnya sensitivitas beban terhadap pulsa daya, mode DC tetap dijalankan, meskipun ada kerugian yang signifikan pada belitan dan kabel induktor. Jika ukuran pulsa pada keluaran perangkat tidak signifikan, maka pengoperasian dengan arus bolak-balik disarankan.

Prinsip operasi

Secara umum, penstabil pulsa mencakup konverter pulsa dengan perangkat penyesuaian, generator, filter pemerataan yang mengurangi pulsa tegangan pada output, dan perangkat pembanding yang menyuplai sinyal perbedaan antara tegangan input dan output.

Diagram bagian utama penstabil tegangan ditunjukkan pada gambar.

Tegangan pada keluaran perangkat disuplai ke perangkat pembanding dengan tegangan dasar. Hasilnya adalah sinyal proporsional. Itu disuplai ke generator, setelah sebelumnya diperkuat.

Ketika dikontrol dalam generator, perbedaan sinyal analog diubah menjadi riak dengan frekuensi konstan dan durasi variabel. Dengan kontrol frekuensi pulsa, durasi pulsa memiliki nilai konstan. Ini mengubah frekuensi pulsa generator tergantung pada sifat sinyal.

Pulsa kontrol yang dihasilkan oleh generator diteruskan ke elemen konverter. Transistor kontrol beroperasi dalam mode kunci. Dengan mengubah frekuensi atau interval pulsa generator, tegangan beban dapat diubah. Konverter mengubah nilai tegangan keluaran tergantung pada sifat pulsa kontrol. Menurut teori, pada perangkat dengan penyesuaian frekuensi dan lebar, pulsa tegangan pada konsumen mungkin tidak ada.

Dengan prinsip pengoperasian relai, sinyal yang dikendalikan oleh stabilizer dihasilkan menggunakan pemicu. Ketika tegangan konstan disuplai ke perangkat, transistor, yang bertindak sebagai sakelar, terbuka dan meningkatkan tegangan keluaran. perangkat pembanding menentukan sinyal perbedaan, yang, setelah mencapai batas atas tertentu, mengubah keadaan pemicu, dan transistor kontrol beralih ke cutoff.

Tegangan keluaran akan mulai berkurang. Ketika tegangan turun ke batas bawah, perangkat pembanding mendeteksi perbedaan sinyal dengan mengalihkan pemicu lagi, dan transistor akan kembali jenuh. Perbedaan potensial pada beban perangkat akan meningkat. Akibatnya, dengan jenis stabilisasi relai, tegangan keluaran meningkat, sehingga menyamakannya. Batas pemicu diatur dengan mengatur amplitudo nilai tegangan pada perangkat pembanding.

Stabilisator tipe relai memiliki kecepatan respons yang meningkat, berbeda dengan perangkat dengan kontrol frekuensi dan lebar. Inilah keuntungan mereka. Secara teori, dengan stabilisasi jenis relai, akan selalu ada pulsa pada keluaran perangkat. Inilah kelemahan mereka.

Tingkatkan penstabil

Regulator switching boost digunakan dengan beban yang beda potensialnya lebih tinggi dari tegangan pada input perangkat. Stabilizer tidak memiliki isolasi galvanis antara catu daya dan beban. Stabilisator boost yang diimpor disebut konverter boost. Bagian utama dari perangkat tersebut:

Transistor memasuki saturasi, dan arus mengalir melalui rangkaian dari kutub positif melalui induktor penyimpanan, transistor. Dalam hal ini, energi terakumulasi di medan magnet induktor. Arus beban hanya dapat dihasilkan oleh pelepasan kapasitansi C1.

Mari kita matikan tegangan switching dari transistor. Pada saat yang sama, ia akan memasuki posisi cut-off, dan oleh karena itu EMF induksi sendiri akan muncul pada throttle. Ini akan dihubungkan secara seri dengan tegangan input, dan dihubungkan melalui dioda ke konsumen. Arus akan mengalir melalui rangkaian dari kutub positif ke induktor, melalui dioda dan beban.

Pada saat ini, medan magnet induktif induktif memasok energi, dan kapasitansi C1 menyimpan energi untuk mempertahankan tegangan pada konsumen setelah transistor memasuki mode saturasi. Choke ini untuk cadangan energi dan tidak berfungsi pada filter daya. Ketika tegangan diberikan lagi ke transistor, transistor akan terbuka dan seluruh proses akan dimulai lagi.

Stabilisator dengan pemicu Schmitt

Perangkat pulsa jenis ini memiliki ciri khas tersendiri dengan kumpulan komponen terkecil. Pemicunya memainkan peran utama dalam desain. Ini termasuk pembanding. Tugas utama komparator adalah membandingkan nilai beda potensial keluaran dengan nilai tertinggi yang diperbolehkan.

Prinsip pengoperasian perangkat dengan pemicu Schmitt adalah ketika tegangan tertinggi meningkat, pemicu dialihkan ke posisi nol dengan pembukaan kunci elektronik. Pada suatu saat throttle terlepas. Ketika tegangan mencapai nilai terendah, peralihan dilakukan satu kali. Hal ini memastikan saklar menutup dan arus mengalir ke integrator.

Perangkat semacam itu dibedakan berdasarkan sirkuitnya yang disederhanakan, tetapi dapat digunakan dalam kasus-kasus khusus, karena penstabil pulsa hanya bersifat step-up dan step-down.

Penstabil uang

Stabilisator tipe pulsa, yang beroperasi dengan pengurangan tegangan, adalah perangkat catu daya listrik yang ringkas dan kuat. Pada saat yang sama, mereka memiliki sensitivitas rendah terhadap gangguan konsumen pada tegangan konstan dengan nilai yang sama. Tidak ada isolasi galvanik pada keluaran dan masukan pada perangkat step-down. Perangkat yang diimpor disebut helikopter. Daya keluaran pada perangkat tersebut selalu lebih kecil dari tegangan masukan. Rangkaian penstabil pulsa tipe buck ditunjukkan pada gambar.

Mari kita sambungkan tegangan untuk mengontrol sumber dan gerbang transistor, yang akan memasuki posisi saturasi. Ini akan membawa arus melalui rangkaian dari kutub positif melalui penyeimbang tersedak dan beban. Tidak ada arus yang mengalir melalui dioda dalam arah maju.

Mari kita matikan tegangan kontrol, yang mematikan transistor kunci. Setelah itu akan berada pada posisi cut-off. GGL induktif dari choke penyeimbang akan menghalangi jalur perubahan arus yang akan mengalir melalui rangkaian melalui beban dari choke, sepanjang konduktor bersama, dioda, dan kembali ke choke. Kapasitansi C1 akan keluar dan akan mempertahankan tegangan pada keluaran.

Ketika beda potensial pembuka diterapkan antara sumber dan gerbang transistor, maka akan masuk ke mode saturasi dan seluruh rangkaian akan terulang kembali.

Penstabil pembalik

Stabilisator switching tipe pembalik digunakan untuk menghubungkan konsumen dengan tegangan konstan, yang polaritasnya memiliki arah polaritas yang berlawanan dengan beda potensial pada output perangkat. Nilainya bisa di atas jaringan catu daya, dan di bawah jaringan, tergantung pada pengaturan stabilizer. Tidak ada isolasi galvanis antara catu daya dan beban. Perangkat tipe pembalik yang diimpor disebut konverter buck-boost. Tegangan keluaran perangkat tersebut selalu lebih rendah.

Mari kita sambungkan beda potensial kontrol, yang akan membuka transistor antara sumber dan gerbang. Ini akan terbuka, dan arus akan mengalir melalui rangkaian dari plus melalui transistor, induktor, ke minus. Dalam proses ini, induktor menyimpan energi menggunakan medan magnetnya. Mari kita matikan beda potensial kendali dari saklar pada transistor, maka akan menutup. Arus akan mengalir dari induktor melalui beban, dioda, dan kembali ke posisi semula. Energi cadangan pada kapasitor dan medan magnet akan dikonsumsi oleh beban. Mari kita berikan daya pada transistor lagi ke sumber dan gerbang. Transistor akan menjadi jenuh lagi dan proses akan berulang.

Keuntungan dan kerugian

Seperti semua perangkat, penstabil peralihan modular tidak ideal. Oleh karena itu, hal ini mempunyai pro dan kontra tersendiri. Mari kita lihat keuntungan utamanya:

• Mencapai keselarasan dengan mudah.
• Koneksi lancar.
• Ukuran kompak.
• Stabilitas tegangan keluaran.
• Interval stabilisasi yang lebar.
• Peningkatan efisiensi.

Kekurangan perangkat:

• Desain yang rumit.
• Ada banyak komponen tertentu yang mengurangi keandalan perangkat.
• Kebutuhan untuk menggunakan perangkat kompensasi daya.
• Kesulitan pekerjaan perbaikan.
• Pembentukan interferensi frekuensi dalam jumlah besar.

Frekuensi yang diijinkan

Pengoperasian penstabil pulsa dimungkinkan pada frekuensi konversi yang signifikan. Ini adalah ciri pembeda utama dari perangkat yang memiliki trafo jaringan. Meningkatkan parameter ini memungkinkan diperolehnya dimensi terkecil.

Untuk sebagian besar perangkat, rentang frekuensinya adalah 20-80 kilohertz. Tetapi ketika memilih PWM dan perangkat kunci, harmonik arus yang tinggi harus diperhitungkan. Batas atas parameter dibatasi oleh persyaratan tertentu yang berlaku untuk perangkat frekuensi radio.

Dalam stabilisator dengan PWM, generator digunakan sebagai elemen pulsa, waktu pulsa atau jeda bervariasi tergantung pada sinyal konstan yang tiba pada input elemen pulsa dari output rangkaian perbandingan.

Prinsip pengoperasian penstabil PWM adalah sebagai berikut. Tegangan DC dari penyearah atau baterai disuplai ke transistor pengatur, kemudian melalui filter ke output stabilizer. Tegangan keluaran penstabil dibandingkan dengan tegangan referensi, dan kemudian sinyal perbedaan diterapkan ke masukan perangkat yang mengubah sinyal arus searah menjadi pulsa dengan durasi tertentu, yang terakhir berubah sebanding dengan sinyal perbedaan antara tegangan referensi. referensi dan tegangan terukur. Dari perangkat yang mengubah arus searah menjadi pulsa, sinyal dikirim ke transistor kontrol; yang terakhir beralih secara berkala dan nilai tegangan rata-rata pada keluaran filter bergantung pada rasio antara waktu transistor dalam keadaan terbuka dan tertutup (pada lebar pulsa - itulah nama jenis modulasi ini), dan pengulangan pulsa PWM lajunya konstan. Ketika tegangan pada keluaran stabilizer berubah, sinyal arus searah berubah, dan karenanya lebar (durasi) pulsa (pada periode konstan); Akibatnya nilai rata-rata tegangan keluaran kembali ke nilai semula.

Dalam stabilisator dengan PFM Ketika sinyal pada keluaran elemen pulsa berubah, durasi jeda berubah, tetapi durasi pulsa tetap tidak berubah. Selain itu, tidak seperti stabilisator dengan PWM, frekuensi peralihan transistor kontrol bergantung pada perubahan arus beban dan tegangan keluaran, dan oleh karena itu merupakan nilai yang berubah-ubah dan tidak konstan - itulah nama jenis modulasi ini. Prinsip pengoperasian stabilisator tersebut mirip dengan prinsip pengoperasian stabilisator PWM. Perubahan tegangan keluaran stabilizer menyebabkan perubahan jeda, yang menyebabkan perubahan frekuensi pulsa dan nilai rata-rata tegangan keluaran tetap tidak berubah.

Prinsip pengoperasian relay atau dua posisi stabilisator agak berbeda dengan prinsip pengoperasian stabilisator dengan PWM. Dalam stabilisator relai, pemicu digunakan sebagai elemen pulsa, yang pada gilirannya mengontrol transistor kontrol. Ketika tegangan konstan diterapkan ke masukan penstabil, pada saat pertama transistor pengatur terbuka dan tegangan pada keluaran penstabil meningkat, dan sinyal pada keluaran rangkaian perbandingan pun meningkat. Pada nilai tegangan keluaran tertentu, sinyal pada keluaran rangkaian perbandingan mencapai nilai di mana pemicu dipicu, menutup transistor kontrol. Tegangan pada keluaran stabilizer mulai menurun, yang menyebabkan penurunan sinyal pada keluaran rangkaian pembanding. Pada nilai sinyal tertentu pada keluaran rangkaian perbandingan, pemicu menyala kembali, membuka transistor kontrol dan tegangan pada keluaran stabilizer mulai meningkat; itu akan meningkat sampai pemicu menutup transistor kontrol lagi, dan dengan demikian proses berulang.

Perubahan tegangan input atau arus beban stabilizer akan menyebabkan perubahan waktu keadaan terbuka transistor kontrol dan perubahan frekuensi switching, dan nilai rata-rata tegangan output akan dipertahankan (dengan batas tertentu). tingkat akurasi) tidak berubah. Jadi, seperti pada stabilisator PFM, pada stabilisator relai, frekuensi peralihan transistor kontrol tidak konstan.

Keuntungan dan kerugian dari stabilisator yang dijelaskan.

1. Pada prinsipnya, riak tegangan keluaran pada stabilisator dengan PWM dan PWM mungkin sama sekali tidak ada, karena elemen pulsa dikendalikan oleh komponen konstan dari sinyal rangkaian kontrol; Dalam stabilisator relai, denyut tegangan keluaran pada dasarnya harus terjadi, karena peralihan pemicu secara berkala hanya mungkin terjadi bila tegangan keluaran berubah secara berkala.

Salah satu kelemahan utama stabilisator PWM dan PWM dibandingkan dengan relai adalah kecepatan operasinya yang lebih rendah.

Rangkaian ini merupakan pengatur step down yang mempunyai kemampuan mengatur dan memproteksi atau membatasi arus. Fitur khusus perangkat ini adalah penggunaan transistor bipolar induksi statis (BSIT) dan sirkuit mikro TL494 dengan dua penguat operasional di bagian daya. Op-amp digunakan dalam rangkaian umpan balik negatif regulator, memastikan pengoperasian yang optimal.

Parameter pengoperasian regulator:

• tegangan suplai terukur – 40…45V;
• rentang tegangan keluaran yang dapat disesuaikan – 1…30V;
• Frekuensi pengontrol PWM – 40 kHz;
• resistansi rangkaian keluaran regulator – 0,01 Ohm;
• arus keluaran maksimum jangka panjang adalah 8A.

Rangkaian stabilizer ditunjukkan pada Gambar 1. Filter penghalusan yang terbuat dari kapasitor C16-18, induktansi penyimpanan L1, dioda-discharger VD6, sakelar VT1 membentuk rangkaian daya perangkat. Konstruksi rangkaian daya klasik, yang membedakan adalah elemen tambahan C5, VDD1, R7, VT2, dirancang untuk memastikan pengoperasian sakelar daya (VT1) yang aman.Transformator T2 memungkinkan Anda mengurangi laju kenaikan arus saat membuka saklar VT1. Energi yang terakumulasi ketika kunci ditutup disalurkan ke input rangkaian melalui sisi kanan rakitan dioda VD1. Kapasitansi C5 dirancang untuk mengurangi laju kenaikan tegangan pada sakelar. Pemasangan elemen rangkaian OBR mengoptimalkan mode pengoperasian transistor kunci, mengurangi kehilangan panas dan beban kejut. Perlindungan kunci VT1 dari pengaruh arus balik melalui rangkaian C5T2 disediakan oleh dioda VD1 yang terletak di sebelah kiri.

Gambar 1

Sinyal kontrol ke gerbang sakelar disuplai melalui transformator isolasi T1, belitan primernya dihubungkan ke rangkaian kolektor transistor T2. Elemen R1, VD2, VD3 dirancang untuk membatasi lonjakan tegangan balik gerbang sakelar. Emitor VT2 dihubungkan melalui resistor pembatas R8 ke pin 8 dan 10 dari sirkuit mikro DA1 (kolektor transistor keluaran). Resistor pembatas memungkinkan Anda memilih nilai optimal arus gerbang sakelar VT1.

Pengoperasian sirkuit dikendalikan pada chip TL494 yang dirancang khusus. Prinsip koneksinya klasik, pin 7 dan 13 terhubung, mode ujung tunggal. Untuk dapat bekerja dengan tegangan minimum, tegangan referensi kira-kira 0,9V diatur pada pin 2 melalui pembagi. Tegangan pada kaki ke-4 menentukan siklus kerja maksimum dari pulsa yang dihasilkan. Respons frekuensi amplitudo rangkaian dikoreksi waktu oleh rantai utama C12R14, C11R13. Frekuensi pembangkitan diatur oleh rantai C14R21. Umpan balik tegangan negatif dibuat oleh elemen VD8, R20, R25, R24. Tegangan pada keluaran stabilizer diatur oleh resistansi variabel R24. Kontrol arus dilakukan dengan penurunan tegangan pada resistor R5, R4 yang dipasang secara paralel. Sinyal dari mereka menuju ke penguat operasional ke-2 dari chip kontrol (kontak 16,15). Batasan arus maksimum pada keluaran perangkat disesuaikan dengan resistansi R19.

Op-amp dari chip DA2 dirancang untuk melindungi perangkat ketika arus keluaran melebihi arus maksimum yang diizinkan. Input op-amp DA1 dan op-amp DA2 dihubungkan ke sensor arus menggunakan resistor R5, R4. Ketika penurunan tegangan pada sensor meningkat, tegangan tinggi akan muncul pada keluaran komparator. Melalui kontak tertutup SA1, rantai umpan balik positif terbentuk; tegangan tinggi akan mempertahankan op-amp DA2 dalam keadaan ini dan memblokir pengoperasian DA1 melalui input 16.

Sakelar SA1 dalam keadaan terbuka memastikan pengoperasian perangkat dengan batasan arus maksimum. LED HL1 menyala ketika beban diputus atau ketika arus dibatasi.

Catu daya untuk bagian kontrol rangkaian disediakan oleh rantai penstabil elemen C6-10, C4, C3, R3, R2, VD5, VD4, VT2.

Perangkat dipasang pada papan fiberglass dengan foil di satu sisi. Bagian terpencil:

• beralih SA1;
• LED HL1;
• regulator tegangan

Semua trek yang ditujukan untuk bagian daya rangkaian harus diperkuat tambahan dengan kawat tembaga dengan penampang minimal 1 mm 2. Suku cadang dapat digunakan di Rusia atau analog asingnya. Area pembuangan panas untuk transistor kunci dan rakitan dioda VD1 setidaknya 370 cm 2, untuk VD6 - setidaknya 130 cm 2.