Линейный стабилизатор напряжения на базе микросхемы UC1834

    Специальный симметрирующий трансформатор Тр1, обмотки которого включаются встречно и параллельно нагрузке (рис. 12), применяется для подавления высокочастотных синфазных помех.

    Обязательным  элементом фильтров электросети является варистор R2, который предназначен для подавления импульсов напряжения, возникающих в электросети.

    Резистор  R1 и термистор R2 используются для ограничения пусковых токов.

    В качестве выпрямителя выбрана мостовая схема, реализованная на диодах VD1-VD4. Она обладает наилучшими технико-экономическими показателями. Достоинства схемы: повышенная частота пульсаций, низкое обратное напряжение, хорошее использование трансформатора.

    Сглаживающий  фильтр, реализованный в виде Г-образного  LC-фильтра на дросселе L и конденсаторе С5, служит для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Описание  электрической схемы  выбранного устройства

    Рис. 13. Типовая схема стабилизатора напряжения на ток 10 А 

    На  рис. 11 приведена типовая схема включения стабилизатора с обвязкой, необходимой для работы микросхемы.

    Выходные  конденсаторы C2 и C3 обеспечивают устойчивость при импульсном изменении тока нагрузки и снижают уровень пульсаций выходного напряжения.

    Входной конденсатор C1 необходимо включить для подавления высокочастотных помех первичной сети и устранения возможной генерации при скачкообразном включении входного напряжения.

    Резистор  R1 – это резистор защиты непрерывного стабилизатора от перегрузок по току.

    Резистор  R8 и конденсатор C5 образуют корректирующую цепь усилителя ошибки C/A микросхемы UC1834. Она в свою очередь совместно с R1, R4 и R5 образует токоограничительный контур.

    Пара  резисторов R2 и R3 служит для задания порога ограничения тока в микросхеме.

    Резисторы R6 и R7 образуют делитель выходного напряжения.

    Пара  транзисторов VT1 и VT2 служит в качестве регулирующего элемента, выполняющего роль активного нелинейного сопротивления и усиливающего мощность стабилизатора. 
 
 

    Расчет  силовой части стабилизатора 

    Типовая схема подключения представлена на рис. 13.   

    Исходные данные:

    1. Ток нагрузки I_н=10 А.

    2. Напряжение нагрузки U_н =15 В.

    3. Нестабильность первичной сети ± 20% (или ∆_вх = 0,2) 

    Определим необходимое минимальное напряжение на входе стабилизатора напряжения (СН) по формуле:

    

,

    где U_кэ – минимальное напряжение на переходе коллектор – эмиттер регулирующего элемента, а U_{вх m} – амплитуда пульсаций на входе СН.

    Обычно  U_кэ выбирают порядка 2÷3 В для германиевых и 3÷5 В – для кремниевых.

    

,

    

.

    Номинальное и максимальное напряжения на входе  СН определяются из выражений:

    

,

    

.

    Найдем  мощность, рассеиваемую силовыми транзисторами микросхемы:

    

.

    Из  справочника выбираем усиливающий  мощность транзистор BUX48A, для которого I_{к max} = 15 А > I_н; P_{к max} = 175 Вт > P_сц; U_{кэ max} = 450 В > U_{вх max}; H_21э = 10÷50; T_{п max} =200ºC.

    Проверяем условие H_{21э max} = (3÷5) I_н / I_{мс max} = (3÷5)10/0,2=150÷250. Так как оно не выполняется, применим схему составного транзистора.

    Минимальный и максимальный токи базы транзистора  VT1:

    

,

    

.

    Выбираем  транзистор VT2 составного транзистора. Для него

    

; ;

    

.

    Из  справочника выбираем транзистор TIP42C, для которого I_{к max} = 5 А;  
P_{к max} = 65 Вт; U_{кэ max} = 100 В; H_21э = 30÷80; T_{п max} =150ºC.

    Максимальный  ток базы VT2 равен:

    

,

    что более чем в 6 раз меньше I_{мс max}. Следовательно, двух транзисторов в составном транзисторе достаточно для получения необходимого тока нагрузки.

    Максимальное  и минимальное значение КПД стабилизатора:

    

,

    

. 

    Расчет  навесных элементов 

    В качестве стандартного ряда номиналов  элементов будет использоваться ряд Е24 (содержит 24 числа в интервале от 1 до 10), которому соответствует допуску ±5 %:    

    1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1. 

    Номиналы  элементов,  рекомендованных производителем: 

    1. C₂ = 6,2 мкФ,

    2. C₅ = 0,047 мкФ,

    3. R₈ = 680 Ом. 

    Рассчитаем  делитель напряжения, который выполнен на резисторах R₆ и R₇. Соотношение номиналов резисторов определяется выражением:

    

,

    где .

    Обычно  принимают R₆ = 1,2 кОм. Тогда

    

.

    Из  стандартного ряда выбираем ближайшее  значение R₇ = 130 Ом.

    С учетом выбранных номиналов резисторов пересчитаем коэффициент передачи делителя:

    

. 

    Расчет  токоограничительного резистора R₁. Определим дифференциальное напряжение на входе усилителя ошибки E/A:

    

.

    По  рис. 7 определим соответствующее дифференциальное напряжение на входе усилителя CS/A:

    

.

    Тогда .

    В соответствии с рядом E24 примем R₁ = 0,01 Ом. 

    Расчет  резистора R₅:

    

.

    В соответствии с рядом E24 R₅ = 43 Ом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Разработка  печатной платы

• Определение габаритов.
• Выбор толщины материала платы из ряда стандартных:
• Наиболее часто используется материал толщиной 1,55 мм.
• Вычерчивание в CAD-программе в слое BOARD габаритов (краёв) платы.
• Расположение крупных радиодеталей: разъёмов и др. В верхнем слое (TOP):
• Уже определены чертежи каждого компонента, расположение и количество выводов и др. (используются готовые библиотеки компонентов).
• «Разбрасывание» остальных компонентов по верхнему слою.
• Делаем ручную трассировку печатной платы (в Eagle CAD возможна автоматическая трассировка плат).
• Проверка платы на ошибки (DRC, Design Rules Check): проверка на зазоры, замыкания, наложения компонентов и др.
• Экспорт файла в формат.

Перечень  элементов

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Список  использованной литературы 

    1. А.Г. Иванов, Г.А. Белов, А.Г. Сергеев.  Системы управления полупроводниковыми преобразователями. – Чебоксары: Изд-во ЧГУ, 2010. – 448 с.

    2. К.П. Полянин. Интегральные стабилизаторы напряжения. – М.: Энергия, 1979. – 192 с.

    3. Е.Н. Гейтенко. Источники вторичного  электропитания. Схемотехника и  расчет. Учебное пособие. – М.: Солон – пресс, 2008. – 448 с.

    4. Прянишников В.А. Электроника.  Курс лекций. – Санкт-Петербург.: Корона принт, 1998. – 398 с.

    5. А.Н. Истомин, Б.М. Породин. Методические  указания к выполнению РГР  по расчету электропреобразовательных  устройств. – М.: Изд-во МАИ, 1992. – 64 с.

    6. А.В. Перебаскин, А.А. Бахметьев, М.Ю. Петров. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. – М.: Додэка, 1998. – 400 с.

    7. High Efficiency Linear Regulator UC1834, Datasheet. www. focus.ti.com

    8. Versatile UC1834 Optimizes Linear Regulator Efficiency. Unitrode Application Note U-95. www. focus.ti.com