ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ НА МИКРОСХЕМЕ КР1211ЕУ1

---

А. ГОРЕСЛАВЕЦ, г. МОСКВА

---

Рассматриваются принцип работы и наиболее характерные случаи применения специализированного контроллера КР1211ЕУ1 в нестабилизированных преобразователях напряжения.

Основная особенность микросхемы КР1211ЕУ1 - наличие двух достаточно мощных каналов управления ключами, работающих в противофазе с обязательной паузой между выходными импульсами (импульс во втором канале появляется через некоторое время после окончания импульса в первом, и наоборот; в западной терминологии эта пауза носит название Dead time - время простоя). Благодаря этому микросхема хорошо подходит для построения несложных, легко повторяемых импульсных преобразователей напряжения.

Основные технические характеристики микросхемы следующие (при температуре +25 °С): номинальное напряжение питания Uпит - 8В (предельные значения - 3 и 9 В), номинальный выходной ток - 100 мА (максимальный - 150 мА), минимальное выходное напряжение высокого уровня (при Uпит=9 В) - не менее 8,5 В, максимальное низкого уровня - 0,5 В. Средний потребляемый ток при максимальной нагрузке (Uпит=9 В) - 200 мА, максимальная рассеиваемая мощность - 750 мВт. Максимальное входное напряжение низкого уровня - не более 0,2UПИТ, минимальное высокого уровня - не менее 0,7Uпит, максимальная рабочая частота задающего генератора - 5 МГц. Корпус - восьмивыводный пластмассовый 2101.8-1.

Рабочая частота задающего генератора микросхемы зависит от параметров элементов цепи R1C1 (рис. 1). Ток, протекающий через резистор R1, заряжает конденсатор С1. Когда напряжение на нем повышается до уровня, равного примерно 2/3 от напряжения питания, открывается шунтирующий его внутренний ключ микросхемы, в результате чего конденсатор быстро разряжается. Далее цикл повторяется. Частоту колебаний f на входе Т микросхемы можно оценить по формуле f = 1.4/R1C1.

Рис. 1 Для устойчивой работы устройства емкость конденсатора С1 должна быть не более 3000 пФ, а сопротивление резистора R1 - не менее 500 Ом.

Импульсы пилообразной формы на входе Т (рис. 2) служат основой для формирования выходных импульсов на выходах Q1 и Q2. На них поочередно появляются прямоугольные импульсы, длительность которых зависит от уровня напряжения на входе IN.

Рис. 2 При низком логическом уровне она равна шести, а при высоком - восьми периодам колебаний задающего генератора. По окончании импульса формируется пауза длительностью, равной одному периоду колебаний задающего генератора, в течение которой напряжение на обоих выходах имеет низкий уровень. Затем появляется импульс в другом канале и т. д. Иными словами, частота следования импульсов на выходах микросхемы fabul связана с частотой f следующими соотношениями:

при низком уровне на входе IN

fвых=f/(6+1+6+1) = f/14;

при высоком

fвых=f/(8+1+8+1) = f/18.

Здесь суммы чисел в скобках - периоды колебаний на выходах Q1 и Q2, выраженные через период колебаний на входе Т.

Микросхема имеет входы FC и FV, которые используют для построения различных схем защиты. Функционируют они следующим образом. При подаче на вход FV напряжения с высоким уровнем выходы Q1 и Q2 блокируются и переходят в состояние низкого уровня независимо от состояния, в котором они находились до этого. С уменьшением напряжения до низкого уровня выходные импульсы появляются вновь в соответствии с алгоритмом работы микросхемы. Таким образом, если вход FV подключить, например, через делитель напряжения к цепи питания, то при появлении в ней импульсной помехи с опасным уровнем напряжения выходные транзисторы закроются на все время ее действия (рис. 3). Резисторы делителя выбирают таким образом, чтобы в отсутствие помех напряжение на входе FV имело низкий уровень (не более 0,2Uпит).

Рис. 3 При подаче напряжения с высоким уровнем на вход FC выходы микросхемы также блокируются и переходят в состояние низкого уровня. Однако в отличие от рассмотренного случая, они остаются в этом состоянии и после пропадания сигнала с высоким уровнем на входе FC вплоть до сброса внутреннего триггера микросхемы кратковременной подачей сигнала низкого уровня на вход IN. Например, если включить в цепь питания устройства токоизмерительный резистор R7 и узел, состоящий из резисторов R2, R3 и транзистора VT3 (рис. 4), то при увеличении тока нагрузки сверх заданного предела микросхема выключит выходные транзисторы и не допустит их повторного включения.
Рис. 4 Для перезапуска устройства в этом случае необходимо выключить и снова включить его питание (рис. 5). Низкий уровень сигнала на входе IN блокирует действие сигнала на входе FC.
Рис.5 Для того чтобы защита работала правильно, при включении питания нужно на короткое время "обнулить" вход IN, например, с помощью цепи R4C2, как это сделано в устройстве по схеме на рис. 4. В момент включения питания конденсатор С2 разряжен и обеспечит на входе IN напряжение низкого уровня. Далее он будет заряжаться током, протекающим через резистор R4, вследствие чего на входе IN появится напряжение высокого уровня и начнет работать защита по входу FC. Делитель R2R3 рассчитывают таким образом, чтобы при открытом транзисторе VT3 напряжение на входе FC было выше 2/3 напряжения питания микросхемы, но не превышало его.

ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОСХЕМЫ

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТЬЮ ДО 0,5 ВТ

Наиболее просто реализуется маломощный преобразователь напряжения (рис. 6), например, для счетчика Гейгера или фотоэлектронного умножителя. Сопротивление резистора R1 и емкость конденсатора С1 выбраны из условия получения частоты колебаний задающего генератора, равной примерно 560 кГц, что соответствует частоте преобразования около 40 кГц.

Рис.6 Первичная обмотка трансформатора Т1 подключена непосредственно к выходам микросхемы. Магнитопровод трансформатора - Ш4х4 или Ш5х5 из феррита 2000НМ. Первичная обмотка должна содержать 24...30 витков провода ПЭВТ-2 0,1, вторичная (для получения напряжения около 400 В) - 1200...1500 витков провода ПЭВТ-2 0,04...0,06. Изоляция между обмотками - два слоя лавсановой пленки толщиной 0,03...0,05 мм. Диоды VD1-VD4 - любые высоковольтные с допустимым обратным напряжением 800... 1000 В и рабочей частотой 30...50 кГц (например, КД258Г, КД258Д).

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ДО 30 ВТ

Принципиальная схема преобразователя мощностью 5...15 Вт изображена на рис. 7. От предыдущего он отличается наличием усилителя мощности на транзисторах VT1, VT2 и более высоким напряжением питания (микросхема DA1 питается стабилизированным напряжением 5 В, снимаемым с выхода интегрального стабилизатора DA2).

Рис.7 Магнитопровод трансформатора Т1 - ферритовый (2000НМ) броневой или Ш-образный со средним керном сечением 0,4... 1 см₂. Число витков первичной обмотки определяют из расчета 1...1.5 витка на 1 В напряжения питания, а диаметр провода - исходя из плотности тока 3...5 А/мм2. Например, при среднем токе первичной обмотки 2 А следует использовать провод диаметром 0,8...1 мм. Аналогично рассчитывают число витков и диаметр провода вторичной обмотки. Конденсатор C4 выбирают исходя из минимального нагрева транзисторов выходных ключей (для частоты 40 кГц - 0,022...0,033 мкФ).

При использовании биполярных транзисторов достаточно напряжения питания микросхемы 4...5 В, при этом средний ток через выходы микросхемы не должен превышать 100 мА. Транзисторы следует выбирать с максимально возможной рабочей частотой и максимальным коэффициентом передачи тока (например, КТ997А, КТ9166А). Во избежание перегрузки выходов микросхемы емкость конденсаторов C2, C3, которые служат для форсированного открывания и закрывания транзисторов, не должна превышать 0,1 мкФ.

Транзисторы структуры p-n-р даже при соответствующем изменении схемы использовать нельзя, так как в этом случае выходные импульсы будут перекрывать друг друга, что приведет к появлению сквозного тока и выходу устройства из строя.

В качестве выходных ключей допустимо использовать полевые транзисторы, например, КП727А, КП921, SI9945 и т. п. (в этом случае мощность преобразователя - 5...30 Вт). Их затворы подключают непосредственно к выводам 4 и 6 микросхемы DA1, истоки соединяют с общим проводом, а стоки - с крайними выводами первичной обмотки трансформатора Т1, зашунтированной конденсатором. Для полного открывания полевых транзисторов напряжение питания микросхемы необходимо повысить примерно до 8 В. Сделать это нетрудно - достаточно в цепь вывода 8 микросхемы DA2 включить стабилитрон КС133А (анодом к общему проводу), а между выводами 8 и 2 - резистор сопротивлением 1... 1,2 кОм.

При работе на активную нагрузку в указанном интервале мощностей транзисторы выходных ключей обычно не требуют теплоотводов, так как преобразователи такого типа имеют достаточно высокий КПД и, как следствие этого, рассеивают небольшое количество тепла.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 12 В В ПЕРЕМЕННОЕ 220 В, 50 Гц

Принципиальная схема преобразователя мощностью 100 Вт показана на рис.8. ЦепьР1С1 выбрана из условия получения частоты выходного напряжения около 50 Гц. В качестве ключей используют соединенные параллельно мощные составные транзисторы серии КТ827 (с индексами А-В).

Рис. 8 Токовыравниваю-щие резисторы R9-R12 изготавливают из отрезков медного провода диаметром 0,2 и длиной 100...200 мм, намотанных на резисторы МЛТ мощностью 1...2 Вт. Допустимо использовать и соединенные параллельно полевые транзисторы, например КП727А, в этом случае то-ковыравнивающие резисторы не потребуются.

Трансформатор Т1 можно намотать самостоятельно, но проще применить подходящий по мощности унифицированный накальный трансформатор серии ТН с четырьмя накальными обмотками на напряжение 6,3 В каждая. Соединяют их последовательно, свободные выводы подключают к коллекторам транзисторов VT1-VT4, а соединенные вместе выводы второй и третьей обмоток - к входу стабилизатора напряжения DA2. Во избежание перегрева транзисторы VT1-VT4 необходимо установить на теплоотводы площадью не менее 600 см2 и применить их принудительный обдув, например, используя вентилятор, подобный тем, что применяют в блоках питания компьютеров. Рабочее напряжение электродвигателей таких вентиляторов, как правило, 12 В, поэтому их можно подключить непосредственно к шине питания преобразователя.

---

Радио 5/2001, с.42-43.