Линейный стабилизатор напряжения на базе микросхемы UC1834

    

    Рис. 5. Возможные схемы включения микросхемы UC1834 в схему стабилизатора:

    I_н =0-0,2 А, u_вх - u_вsх ≥ 1,0 В (а, б); I_н >0-0,2 А, u_вх - u_вsх ≥ 1,2 В (в, г);

    I_н =0-5 А, u_вх - u_вsх ≥ 0,5 В (д, е); I_н >5 А, u_вх - u_вsх ≥ 1,2 В (ж, з) 

    В микросхеме UC1834 предусмотрено автоматическое ограничение тока выходного транзистора VT2 драйвера, что достигается с помощью резистора R₁=2 Ом и дополнительного транзистора VT3 (рис. 6, а). Если i_э2R₁ < U_пор3, где U_пор3 – пороговое напряжение эмиттерного перехода транзистора VT3, то транзистор VT3 закрыт и выходной ток транзистора VT2 изменяется пропорционально выходному току усилителя ошибки i_вых.уо: i_э2 ≈ B₁B₂i_вых.уо. Здесь B₁ и B₂ – коэффициенты передачи токов баз транзисторов VT1 и VT2. Когда i_э2R₁ > U_пор3, транзистор VT3 открывается, шунтируя на себя с ростом i_э2 все большую часть тока i_вых.уо, что препятствует дальнейшему росту тока i_э2. Ток i_э2 ограничивается на уровне

.

    

    Рис. 6. Схема выходного каскада (драйвера) микросхемы UC1834 (а); зависимость

    максимального выходного тока от температуры кристалла (б) 

    Так как температурная чувствительность напряжения база-эмиттер кремниевого транзистора составляет от –1,5 до –2 мВ/°С, при изменении температуры на 100° изменение напряжения база-эмиттер транзистора VT3 составляет Δu_бэ3 = –0,15- –0,2 В, что соответствует уменьшению уровня ограничения тока I_max на 75-100 мА (рис. 6, б).

    Положительная роль введения резистора R1 (рис. 6, а) состоит также в том, что за счет отрицательной обратной связи по току повышается стабильность режима выходного каскада. Этот резистор выполняет также функции резистора R _э в схемах на рис. 5, д-з.

    Для реализации функции ограничения  тока регулирующего транзистора стабилизатора в микросхеме предусмотрен усилитель токового сигнала CS/A (см. рис. 4), используемый в замкнутой системе токоограничения. Выход усилителя CS/A подключен к выходу усилителя ошибки контура напряжения. Как видно из схемы подключения входной цели усилителя токовой ошибки  
(рис. 7, а), на входы усилителя поступает синфазный сигнал, равный и_вх. Для его уменьшения создается необходимое падение напряжения на последовательно включенных диодах во входных цепях усилителя, представляющих собой источники смещения. Внутренние источники тока микросхемы отпирают те или иные диоды так, чтобы потенциалы входов усилителя не превышали и_вх/2.

    

    Рис. 7. Схема подключения входной цепи усилителя токового сигнала (а); зависимости

    порогового  напряжения цепи токоограничения от напряжения установки на выводе 4

    в пределах допуска на их отклонение (1 - верхний предел, 2 - нижний предел) (б)

    Напряжение  на выводе 4 (установка порога) устанавливается равным u_уст = 10 u_т.пор, где порог ограничения тока u_т.пор может быть выбран в пределах от 0 до 150 мВ.

    С помощью усилителя CS/A могут быть реализованы две схемы токоограничения: 1) зависящие от входного и выходного напряжений, и 2) зависящие только от выходного напряжения.

    В процессе токоограничения выходы усилителей ошибки Е/А и токового сигнала CS/A соединены и сигнал управления выходным каскадом микросхемы определяется их совместным действием. На рис. 8 показана зависимость, иллюстрирующая совместное действие двух усилителей, где по оси абсцисс отложены значения дифференциального входного сигнала усилителя CS/A, а по оси ординат – дифференциальный входной сигнал усилителя Е/А.

    

    Рис. 8. Зависимость дифференциального напряжения на входе усилителя Е/А от

    дифференциального напряжения на входе усилителя CS/A в режиме

    совместной  работы усилителей 

    Микросхема  UC1834 содержит дополнительные узлы обнаружения ненормальных режимов работы и сопряжения с другими блоками, когда аналоговый стабилизатор является частью некоторой системы. Обнаружение ненормальных режимов работы микросхемы основано на использовании компаратора с гистерезисом, контролирующего напряжения на входах 8 (NI) и 9 (INV) усилителя ошибки Е/А. При появлении ненормальных режимов выдается соответствующий сигнал в виде низкого уровня напряжения на выводе 10 (Fault alert), а также высокий уровень на выводе 16 (Crowbar gate) с выходным током 100 мА, который может использоваться, например, для включения внешнего тиристора, защищающего схему от повышения напряжения.

    Компаратор  схемы обнаружения ненормальных режимов имеет два пороговых значения напряжения для фиксации чрезмерного повышения или понижения напряжения, отличающихся на 150 мВ. Задержка сигнала ненормального режима, реализуемая с помощью внешнего конденсатора, подключаемого к выводу 11 (Fault delay) и заряжаемого от внутреннего источника тока 75 мкА, позволяет исключить влияние паразитных переходных процессов, возникающих в ненормальных режимах. Время задержки примерно равно 47 мс/мкФ. При устранении за время задержки условий для формирования сигнала ненормального режима соответствующие сигналы на выводах 10 и 16 не появляются.

    Температурная защита функционирует таким образом, что когда температура выходного транзистора достигает 165 °С, на выходе усилителя ошибки E/A создается низкий уровень напряжения, запирающий выходной каскад микросхемы. 

    Цоколевка корпусов 

    

    Рис. 9. Пластмассовый корпус типа DIP-16, CERDIP-16, SOIC-16 

    

 

    Рис. 10. Пластмассовый корпус типа PLCC-20, LCC-20 

    Подробное описание выводов 

    1) V_IN+: Положительное питание ИОН.

    Этот вывод служит для подачи напряжения питания микросхемы в случае стабилизатора положительного напряжения или в качестве потенциала земли микросхемы – в случае стабилизатора отрицательного напряжения. 

    2) -2.0V REFERENCE:  Опорное напряжение -2 В.

    Вывод служит для подачи опорного напряжения на инвертирующий вход усилителя ошибки E/A микросхемы в случае стабилизатора отрицательного напряжения. 

    3) +1,5V REFERENCE: Опорное напряжение +1,5 В.

    Вывод служит для подачи опорного напряжения на неинвертирующий вход усилителя ошибки E/A микросхемы в случае стабилизатора положительного напряжения и для задания порогового напряжения цепи токоограничения. 

    4) THRESHOLD ADJ: Регулировка порогового напряжения.

    Вывод для задания порогового напряжения цепи токоограничения. 

    5) V_IN-: Отрицательное питание ИОН.

    Этот вывод служит для подачи напряжения питания микросхемы в случае стабилизатора отрицательного напряжения или в качестве потенциала земли микросхемы – в случае стабилизатора положительного напряжения. 

    6) SENSE-: Отрицательный вывод датчика тока.

    7) SENSE+: Положительный вывод датчика тока.

    Эти два вывода нужны для подключения датчика тока.

    В этой части микросхемы реализуется функция ограничения тока регулирующего транзистора. 

    8) IN: Неинвертирующий вход УО.

    На  этот вывод подается опорное напряжение (в случае стабилизатора положительного напряжения) или выходное напряжение через резистивный делитель напряжения (в случае стабилизатора отрицательного напряжения). 

    9) INV: Инвертирующий вход УО.

    На  этот вывод подается опорное напряжение (в случае стабилизатора отрицательного напряжения) или выходное напряжение через резистивный делитель напряжения (в случае стабилизатора положительного напряжения). 

    10) FAULT ALERT: Сигнал ненормальных режимов.

    На  этом выводе при появлении ненормальных режимов работы выдается соответствующий сигнал в виде низкого уровня напряжения. 

    11) FAULT DELAY: Задержка сигнала неисправности.

    На  этом выводе реализуется задержка сигнала ненормального режима с помощью внешнего конденсатора, подключаемого к этому выводу и заряжаемого от внутреннего источника тока 75 мкА, которая позволяет исключить влияние паразитных переходных процессов, возникающих в ненормальных режимах. 

    12) DRIVER SINK: Вывод с втекающим током.

    Это есть вывод микросхемы для присоединения к базе силового транзистора (в случае стабилизатора положительного напряжения) или для подключения к земле (в случае стабилизатора отрицательного напряжения). 

    13) DRIVER SOURSE: Вывод с вытекающим током.

    Это есть вывод микросхемы для присоединения к базе силового транзистора (в случае стабилизатора отрицательного напряжения) или для подключения к земле (в случае стабилизатора положительного напряжения). 

    14) COMPENSATION/ SHUTDOWN: Коррекция/ блокировка.

    15) O.V.LATCH & RESET: Сброс триггера превышения напряжения.

    При соединенных выводах 14 и 15 стабилизатор будет выключаться в ответ  на обнаружение состояния повышенного  напряжения. Если ненормальный режим прекращается, напряжения на выводах 14 и 15 моментально опускается ниже порогового и выходы 12 и 13 деблокируются. 

    16) CROWBAR GATE: Вывод управления внешней схемой защиты.

    При появлении ненормальных режимов  на выводе выдается соответствующий сигнал в виде высокого уровня с выходным током 100 мА, который может использоваться, например, для включения внешнего тиристора, защищающего схему от повышения напряжения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Выбор и обоснование схемы источника питания 

    В общем случае постоянное напряжение получают путем трансформирования и последующего выпрямления напряжения сети.

    Полученное  таким способом напряжение питания, как правило, имеет заметную пульсацию  и изменяется в зависимости от нагрузки и колебаний напряжения сети. Поэтому в цепь питания часто  вставляют фильтр, сглаживающий пульсации, и стабилизатор напряжения, делающий выходное напряжение ИП независимым от перепадов напряжения сети.

    Функциональная  схема ИП (без стабилизатора напряжения) имеет следующий вид:                                                                                                                                                                 

    Рис. 11. Функциональная схема ИП (без стабилизатора напряжения) 

    а) сетевой фильтр ограничивает помехи, источником которых с одной стороны  выступает первичная сеть, а с другой стороны источник питания.

    б) силовой трансформатор служит для согласования напряжений переменного тока с выпрямленным напряжением;

    в) выпрямитель служит для получения знакопостоянного напряжения;

    г) сглаживающий фильтр служит для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения;

    К выводам этой схемы и будет подключаться разработанный нами стабилизатор напряжения.

    С учетом параметров стабилизатора принципиальная схема источника питания, соответствующая  функциональной схеме на рис. 11, примет вид:

    Рис. 12. Принципиальная схема источника питания для СН 

    Левая часть схемы вплоть до силового трансформатора выпрямителя Тр2 представляет собой сетевой фильтр.

    Конденсаторы  С1 и C3 подключают между фазными проводами для подавления дифференциальных помех (помехи, возникающие между проводами питания).

    Конденсаторы  С2 и С4 подключают между фазным и  защитным проводом («земля») для подавления синфазных помех (помехи, возникающие между каждым проводом и корпусом источника или защитным заземлением).